CN1033608C - 快中子核反应堆的内部结构 - Google Patents

Abstract

快中子核反应堆的内部结构具有支承堆芯且向堆芯供应液态金属的底座，放置在反应堆主容器底部的平台，以及使热收集区与冷收集区分开的内部容器。内部容器直接固定在底座的上部，底座则通过滑动支承装置放在平台上。底座在其圆周上及内部容器和平台之外的一个区域连接于一个供应冷却用液态金属的装置。侧面中子防护组件在堆芯圆周上固定于底座。

Description

快中子核反应堆的内部结构

本发明涉及一种改进的快中子核反应堆的内部结构。

整体型快中子核反应堆具有一个主容器，其中装有堆芯及内部结构，堆芯及内部结构浸在通常由钠构成的液态金属中以便冷却。

循环冷却堆芯液体的中间热交换器和泵也装在主容器内，主容器的上部由很厚的板密封，板上具有连接热交换器和泵的通道。

位于主容器内的内部结构具体来说包括一个内部容器，内部容器形成主容器内的一个接受离开堆芯的热的液态金属的区域和一个接受从中间热交换器送出的冷却的液态金属的区域。内部容器一般在其上部具有一套与主容器共轴的壳，在其下部具有基本为环形的阶形区域(step shaped area)。热交换器和泵穿过阶形区域延伸，因此，泵的下部进口部分浸在液态钠中，中间热交换器在阶形区域的每一侧面都具有开口，以便保证冷却堆芯的，在热交换器内循环的液态金属(称为一次冷却液)的进、出通路。

在热交换器内循环的一次冷却液以同二次冷却液热接触的方式进行冷却，二次冷却液一般由液态金属如钠构成。被一次冷却液加热的二次冷却液在中间热交换器内以及在反应堆主容器之外的二次回路中循环，在二次回路中设置蒸汽发生器。

快中子核反应堆的内部容器是公知的，它具有由环形单壁构成的阶形区域，环形单壁的子午线例如可具有尖形穹窿形状。

在目前使用的已知类型的反应堆中，放在容器底部的平台支承着底座，在底座上固定着堆芯的燃料组件和围绕底座放置的假底座，在假底座上放置提供反应堆侧面中子防护的元件。

内部容器的阶形区域固定在平台上，泵通过管道向底座供应热的液态金属，管道以径向穿过平台。在供应管道和平台之间以及在底座和底座支承物之间设有密封装置。

底座的供应管道必须通过平台，或者可能通过内部容器的下部延伸，这使反应堆的设计复杂化，并且要求在管道的通路区域使用如波纹管那样的密封装置以便可以维持容器的接收热的液态钠的部分(热收集区)和容器的接收冷却的液体的部分(冷收集区)之间的压差。

密封装置的以及中间支承结构如底座支承件的侧向尺寸使反应堆一次回路的设计更为困难，使反应堆元件的，特别是主容器的径向尺寸很大。

在底座和内部容器支承件如平台之间必须设置用于传送冷却主容器所需的一次冷却液的密封装置可能具有复杂的结构。

另外，围绕底座会形成一次冷却液实际上停滞或低速流动的区域；这些区域的存在会在反应堆过渡操作期间在反应堆结构上产生复杂的应力。

专利文献FR-A-2,558,635中公开了第一种解决方案。在这种技术方案中，使用一种可发挥底座和平台两种功能的复杂结构。但是，在这种结构中仍必须为堆芯一次冷却液(钠)提供侧向连接和密封通路。另外，这种整体结构的笨重且超静定的设计很复杂；结构的这种超静定性使其不能以满意的方式跟随反应堆操作的热学过渡期中的变化。而且任何整体式结构都存在装配、调整反应堆装置时的固有缺点。

本发明的目的是提供一种快中子核反应堆的内部结构、反应堆具有内装堆芯和内部结构的主容器，堆芯和内部结构浸在液态金属中以冷却堆芯，本发明的内部结构具有一内部容器，形成从堆芯接受热的液态金属的主容器的一个区域以及接受冷却的液态金属且下部具有基本为环形的单壁或阶形区域的一个区域；还具有一个堆芯组件的支承件，称为底座用于输送和分配堆芯中的冷却用液态金属；以及一底座的支承件，称为平台，平台安放在主容器的底部。所述内部结构设计简单，避免了现有技术装置的前述的种种缺陷。

为此目的，上述内部结构的阶形区域的下部直接用焊接固定在底座的上部，底座在其圆周上的和内部结构及平台之外的一个区域连接于供应冷却用液态金属的装置，且通过滑动支承装置安放在平台上，滑动支承装置之一位于底座的圆周且在底座和平台之间提供冷却用液态金属的密封。

为了描述本发明，现对照附图以非限定的举例方式描述按照本发明的用液态钠冷却的快中子核反应堆的内部结构的一个实施例。

图1是具有按照本发明内部结构的快中子核反应堆的主容器的垂直面剖视图；

图2是图1所示反应堆内部结构的示意图；

图3是图2所示内部结构的外圆周部分的垂直平面剖视图；

图4是图3所示结构部分焊接区的放大详图；

图5是图2所示内部结构的中央部分的垂直面剖视图。

如图1所示，快中子核反应堆的主容器1外是防护容器2，主容器内装有堆芯3，堆芯由垂直并排放置的棱柱形燃料组件构燃料组件4的下部接合在将燃料组件保持在垂直位置上的底座5内。底座5放置在平台6上，平台6则放置在反应堆主容器1的底部。

反应堆的主容器1具有一个基本为圆柱形的部分和一个由部分球壳焊接在一起的凸形曲面底部。

反应堆的内部容器8上部由一套共轴的壳构成，其共同轴线即主容器的轴线，这些共轴的壳之间形成不同的环形容器，内装冷却主容器的一次液态钠。

在由内部容器8形成的容器中部，一次液态钠具有一上部液面10，液面10作为反应器工作阶段的函数可以在某些限度内变化。

构成阶形区域(step shaped area)的内部容器的下部9做成环形单壁的形式，如图1所示，其子午线为尖形穹窿形。

内部容器8在主容器1内限定了一个第一区12和第二区13，第一区12位于内部容器8之内，其中装有堆芯3，第二区13位于内部容器8之外，在阶形区域9下方。

构成反应堆热收集区的第一区12内装有一次液态钠，其上部液面由标号10表示，液态钠与堆芯3接触而受热。

内部容器的阶形区域具有一次泵14以及中间热交换器15的通道开口，在一次泵和热交换器的区域内，阶形区域9的壁连接于同轴壳，为泵和交换器提供了密封通道，并使作为热的收集区的第一区12中的液态钠与作为冷收集区的第二区13中的液态钠相隔开。

反应堆的主容器1上部由很厚的板11密封，板11上设有泵14和热交换器15的通道开口。

在1500MW快中子核反应堆中，使堆芯的一次冷却液态钠循环的反应堆一次回路具有三个绕容器轴线120°间隔设置的一次泵14，在一次泵之间共设置6个中间热交换器。

每个一次泵在侧向由输出管18直接连接于底座5，在底座5上安放着堆芯3的组件。由泵14从第二区13抽取的一次液态钠送入底座5，底座5保证冷却堆芯的液态钠在每个组件4中的分布。

从堆芯底部注入的液态钠以垂直方向向上通过组件并在第一区12中从堆芯送出。中间热交换器15具有一个上部开口19，通过开口19在热交换器中被冷却的液态钠进入第二区13。

现在对照附图2描述核反应堆的内部结构，内部结构具有内部容器8，底座5和平台6。

平台6和底座5是机械焊接结构构成的，其强度经过计算能承受作用其上的力，具体来说是能承受堆芯3的重量。

安放在主容器1底部的平台6的结构与现有技术中平台结构基本相同。

底座5做成高度不大的圆筒箱结构形式，通过从圆筒形底座5外壁向下延伸的圆形支承凸缘22安放在平台6的上表面上。球面支承装置21也插放于底座5的下表面和平台6的上表面之间。

下面将要讲到，圆形凸缘22和球面支承装置21构成了滑动支承，在发生地震时，或热传递中某些构件发生热胀冷缩时，能允许反应堆结构的某些位移。

平台6的上壁中部具有一个开口，在开口的区域中固定着一凸缘45以及与枢轴25配合工作的调节填隙件，枢轴25连接于底座5的下部。

当底座5放在平台6上时，接合在凸缘45中的枢轴25防止了底座5和平台6之间的横向位移。

防止转动的一个键27放在底座圆周上，因此，可避免底座相对于平台绕与容器轴线重合的轴线的任何转动。

底座5下部环形凸缘22可保证对于反应堆的冷却用的液态钠的一定密封作用。凸缘22放在调节填隙件35上，使底座安装时有正确的姿式。

通过管子18(沿箭头28)进入底座5的液态钠流的主要部分通过堆芯底部(沿箭头29)进入以便冷却燃料组件。

上述液态钠流的一小部分构成泄漏流，向下流向平台6(如箭头30所示)。

由于环形凸缘22在底座的圆周上密封地接触于底座和平台之间。如箭头30所示的液态钠流，穿过平台到达容器底部，该液态钠流在容器底部被回收并在流动中与主容器1的内壁相接触，使该内壁冷却。

构成内部容器8的下部的阶形区域9的下部直接焊接在底座5的圆周部分。燃料组件构成堆芯3，绕堆芯3放置的，构成反应堆侧面中子防护31的组件直接放置在底座5的上部。

事实上，侧面中子防护31的吸收组件以及堆芯3的燃料组件各有一支脚，接合在相应形状的墩内，墩则固定在底座5的箱体结构中。

如图3所示，底座5的一部分制成圆筒形箱体结构，具有一个下板32和一个上板33，圆形的上、下板相互平行，各自的圆周固定在构成底座外壁的圆柱形壳上。

外壳34的下部构成环形凸缘22，将底座支承在填隙件35上，填隙件35可调节底座的位置并支承在平台6的上板36上。

如图所示，一支柱37用于固定由管形件组成的组件，管形件的下部固定在底座的下板32上，而其上部在一开口区域固定在上板33上，开口穿过在下板上加工的一空腔的上板。

接受燃料组件的底座5的支柱37，在其侧壁上具有开口38，使冷却燃料组件的液态钠可以通过。

接受反应堆侧面中子防护组件的支柱上则没有上述侧向开口38。

内部容器8的阶形区域9的下端通过焊缝39固定在底座外壳34凸出于上板33的附属部分上。

将底座支承于平台的球面支承装置21构成设置在下板32上的局部支承装置，它具有连接于底座下板32下表面的凸球面部分和连接于平台上板36的凹球面部分。以环形凸缘22和填隙件35为一方，以球面支承装置21为另一方构成了滑动支承装置，因此，在地震时和在反应堆热传递中发生热胀冷缩时可以吸收底座和平台之间的横向作用力。

图4是底座5靠外部分的局部视图。

底座5的外壳34具有构成附属焊接部分的上部，在其上通过焊缝39固定阶形区域9的下端。外壳34也包括两个向内凸出的环形部分，经过机加工与在圆形上、下板33和32上的相应的机加工部分一起在底座5的箱体构件上构成焊槽39和40，焊槽中有焊接金属。

如图所示，一支柱37支承着侧面中子防护组件，在穿过底座上板33的一开口内通过激光焊接的焊缝41固定，并接合于底座下板32上加工成的一盲孔中。

构成底座外壳34下部并在下表面有一硬化层的环形凸缘22通过调节填隙件35安放在平台的上板36上，填隙件35也有表面渗铝或氮化铬形成的硬化层。填隙件35放在平台上板上加工出的环形空腔内。

这样底座就可以在有限的范围内相对于平台滑动，而相互接触中零件的摩损也不大。

另外，环形凸缘22和平台上板36的接触表面是完好的平面，因而在底座和平台上表面之间的空间提供了液密密封，因此与第二区13相隔离。这个空间接收冷却主容器内壁的液态钠的泄漏收集区的一部分。

为连接输送冷却用液态钠的管子18而设置的喷嘴，如喷嘴43在穿过底座5外壳34的开口区域用焊接金属焊接固定。

如图2所示，在位于内部容器8和平台6之外的区域上，管子18直接连接在底座5的外壳上。这样就可避免使用如伸缩软管那样的可变形的密封通路装置。

如图5所示，底座中部具有连接于下板32的枢轴25。

平台6的上板36中央具有一开口，沿开口边缘固定着凸缘45，凸缘45的内孔中安装着枢轴25，凸缘45和枢轴25之间插有一调整填隙件46。

调整填隙件46是在安装反应堆内部结构时加工而成的。

枢轴25的直径规定为反应堆结构易于承受到的，并能引起平台和底座之间横向位移的地震力的函数，也是底座下板32的下表面和平台的上板36之间距离的函数。

该距离可以确定为一个小值，通常大约为80mm。

中央的枢轴不只抵抗地震时产生的力，也抵抗反应堆容器内热的不对称性引起的力。

底座可用外部的锻造的壳和圆形平板制成，在外壳上用焊接固定连接管子的喷嘴，圆形平板则焊接固定在外壳上。

外壳可以由没有焊接的单一锻件构成，也可以由许多锻件拼焊而成。

外壳也可用厚板制成。

应注意的是，在按照本发明的结构中，内部容器的阶形区域是直接固定在通过其为堆芯输送冷却液的底座上的。而在现有技术的结构中，内部容器的阶形区域则通常是固定在支承底座的结构如平台上的。

另外，底座和平台之间的密封是通过滑动的环形圆周支承件而不是由挠性密封件实现的。因此，按照本发明的装置具有更大的强度和更大的可靠性。

反应堆侧面中子防护组件由底座本身支承，支承的方式与构成堆芯的燃料组件相同，而不是通过另外的结构如假底座支承。

按照本发明的装置，与现有技术中的装置相比，其特殊的优点是结构简单，零部件少，形状简单。

对较高功率的反应堆来说，采用本发明的结构，其径向尺寸显著减小，因此反应堆的内部容器和主容器的直径都显著减小。

同时也避免使用可变形的或挠性密封装置如波纹管等，因此，改善了装置的可靠性，显著减小装配所需要的时间。

同时也避免了冷却用液态金属停滞或低速流动区域的形成。

在反应堆操作的过渡期中，结构的热学性能有所改善。

按照本发明的结构的各部件更容易接近以便检修。

按照本发明的结构所需钢材比现有技术中的结构大大减少。反应堆内部结构钢材用量的节省非常重要，尤其是由于这种结构必须用不锈钢制造。

本发明的范围并不局限于所描述的实施例。因此，可以对本发明的结构作种种变化，如采用不同形状的底座，在底座和平台之间采用不同的支承和固定装置。

内部容器的阶形区域可以具有不同于所述实施例的形状，但是这种阶形区域必须由可以通过焊接而固定在底座上部的单壁形成。

按照本发明的结构可用于通过液态金属冷却的任何整体式快中子核反应堆。

Claims (10)

1，快中子核反应堆的内部结构，快中子核反应堆具有一主容器，内装反应堆堆芯和内部结构，堆芯和内部结构浸在液态金属中以便冷却堆芯，内部结构具有一内部容器，形成了主容器的一个接受离开堆芯的热的液态金属的区域和一个接受冷却的液态金属的区域，内部容器具有一单壁，其下部基本为环形；一个称为底座的支承件用来支承堆芯组件及在堆芯中供应和分配液态金属；以及一个称为平台的底座支承件，安放在主容器的底部，其特征在于：所述内部容器的壁下部通过焊接固定在所述底座的上部，底座在其外周上及在内部容器和平台之外的一个区域中连接于供应冷却用液态金属的装置并且通过可滑动的支承装置安放在平台上，可滑动支承装置之一位于底座圆周上且保证在底座和平台之间对冷却用液态金属的密封。

2.按照权利要求1所述的内部结构，其特征在于：反应堆侧面中子防护组件直接固定在堆芯圆周上固定于底座。

3.按照权利要求1或2所述的内部结构，其特征在于：所述底座在平台上的可滑动支承装置包括一条连接于底座圆周部分的环形支承凸缘和许多插放在底座和平台之间的球面支承装置。

4.按照权利要求1所述的内部结构，其特征在于：所述底座还具有一中央枢轴，接合在连接于平台的凸缘内，以便保证底座相对于平台的横向定位。

5.按照权利要求4所述的内部结构，其特征在于：一锁紧键接合在平台的上板中以便锁紧底座防止其相对于平台的转动。

6.按照权利要求1所述的内部结构，其特征在于：所述底座制成圆筒形箱体结构，具有一外壳，一圆形下板和一圆形上板，下板和上板的圆周固定在外壳上。

7.按照权利要求6所述的内部结构，其特征在于：底座的所述外壳具有一上部环形部分，突出于所述上板，所述内部容器的阶形区域的一端焊接在所述上部环形部分上。

8.按照权利要求6所述的内部结构，其特征在于：所述底座的外壳具有从所述下板向下突出的下部环形部分，它构成底座的可滑动支承装置，并通过一可调填隙件安放在平台上。

9.按照权利要求8所述的内部结构，其特征在于：底座外壳下部环形部分的下部支承表面以及放在平台上的可调填隙件的有关支承表面均覆盖有硬化层。

10.按照权利要求6-9中任一项所述的内部结构，其特征在于：向底座供应冷却用液态金属的装置具有至少一条管子，连接于焊接在底座外壳的通孔上的喷嘴。

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