CN103377725A - 一种反应堆堆内构件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种反应堆堆内构件，包括上部支承法兰、吊篮筒体法兰、以及位于上部支承法兰与吊篮筒体法兰之间的压紧弹性环，压紧弹性环的轴向截面为C型，C型包括彼此平行对称设置的上臂和下臂，以及衔接上臂下臂的弯部；上臂下臂的自由端指向压紧弹性环的中心轴；上臂自由端的上表面与上部支承法兰紧密接触，下臂自由端的下表面与吊篮筒体法兰紧密接触。本发明既能满足安全功能又不受摩擦系数(或接触面情况)影响的新型压紧弹性环，将对反应堆寿期内的安全、稳定运行起到重要的意义。

Description

一种反应堆堆内构件
技术领域
本发明涉及一种反应堆堆内构件，特别是涉及一种既能完成安全功能又不受摩擦系数影响的反应堆堆内构件。
背景技术
堆内构件是反应堆本体系统中的重要设备之一，其安装在反应堆压力容器内，容纳并支承堆芯，与反应堆压力容器、控制棒驱动机构、燃料组件及相关组件等设备组合在一起实现反应堆功能。堆内构件的主要功能如下：
为燃料组件及相关组件提供支承、定位和导向；
引导一回路冷却剂流过堆芯，并合理分配流量；
将控制棒动态载荷、燃料组件载荷和其他载荷传递给反应堆压力容器；
为反应堆压力容器提供辐照屏蔽，减轻其受到的堆芯辐照损伤；
在反应堆压力容器内为堆芯仪表套管组件提供支承和导向；
在假想的失水事故下，引导冷却剂进入堆芯；
为反应堆压力容器辐照监督管提供定位和支承。
反应堆压紧弹性环(以下简称压紧弹性环)是堆内构件的重要部件，它是位于上部支承法兰和吊篮筒体法兰之间的弹性圆环，当反应堆压力容器顶盖合盖并预紧时，压紧弹性环受到压缩，将堆芯上部和下部支承结构压紧在反应堆压力容器的支承凸缘上，补偿运行时反应堆压力容器因压力、温度变化而产生的影响。通过拧紧反应堆压力容器主螺栓保证压紧弹性环的预紧载荷。
目前国内外较为常见的压紧弹性环设计均采用方形的截面形式，其与上部支承法兰面及下部支承法兰面接触之处为圆弧面，摩擦力与压紧力的合力成为一个扭矩，其特点是截面的转动惯量较大，制造工艺成熟。
但是通过计算与试验，发现这种形式的压紧弹性环存在一个较大不足，即压紧弹性环圆弧面与法兰面间的摩擦系数变化将对压紧弹性环的刚度产生较大的影响，而摩擦系数本身在设计和制造上都存在很大不确定性，而且在反应堆寿期内随着材料性能及设备的老化，支承面间的摩擦系数都可能发生变化进而引起弹性环刚度的变化，这对反应堆的安全运行是极其不利的。因此亟须提供一种新型的反应堆堆内构件。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种既能完成安全功能又不受摩擦系数影响的反应堆堆内构件。
为解决上述技术问题，本发明一种反应堆堆内构件，包括上部支承法兰、吊篮筒体法兰、以及位于上部支承法兰与吊篮筒体法兰之间的压紧弹性环，压紧弹性环的轴向截面为C型，C型包括彼此平行对称设置的上臂和下臂，以及衔接上臂下臂的弯部；上臂、下臂的自由端指向压紧弹性环的中心轴，或指向相反方向；上臂自由端的上表面与上部支承法兰紧密接触，下臂自由端的下表面与吊篮筒体法兰紧密接触。
上臂、下臂包括依次衔接的第一直臂段、弧型臂段以及第二直臂段；第一直臂段与弯部衔接；上臂的第二直臂段与上部支承法兰紧密接触，下臂的第二直臂段与吊篮筒体法兰紧密接触。
弧型臂段内表面为平面，外表面为拱起的弧面，弧面的直径与C型压紧弹性环的轴向高度比为1.5～2.5∶1。
第一直臂段的厚度为20mm一40mm。
第一直臂段的厚度为30mm。
弯部外表面与第一直臂段衔接位置处为R20mm的倒圆。
C型的轴向高度等于径向宽度，且为压紧弹性环外直径的1/25～1/35。
压紧弹性环外半径与内半径之差为C型径向宽度的1/2～3/4。
上臂与下臂之间连接有附加弹性环。
压紧弹性环由403马氏体不锈钢或SA182 F6NM不锈钢制成。
本发明通过“C型”的压紧弹性环，使压紧弹性环的上下接触点受力方向在同一条直线上，因此这种压紧弹性环在反应堆运行时仅受压紧力作用而不受摩擦力作用，这就从根本上解决了传统压紧弹性环受摩擦系数变化影响较大这一固有缺陷，即在反应堆设计寿期内，压紧弹性环的刚度不因接触面情况的改变而发生变化，另外，排除了摩擦力的影响后，压紧弹性环的设计也可以做到更精确，更有针对性，提高了设计的可靠性。
本发明通过设计C型压紧弹性环的结构、材料、尺寸，实现刚度满足反应堆压紧弹性环的设计刚度要求。
本发明在C型的开口处另外设置附加弹性环，可以起到进一步调整刚度的作用。
附图说明
图1为本发明所提供的一种反应堆堆内构件的示意图。
图2为本发明所提供的一种反应堆堆内构件的压紧弹性环的示意图。
图中：1为压紧弹性环，2为上部支承法兰，3为吊篮筒体法兰，4为压力容器顶盖，5为压力容器接管段，6为附加弹性环。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。
本发明包括上部支承法兰2、吊篮筒体法兰3以及压紧弹性环1。吊篮筒体法兰3放置于压力容器接管段5凸缘之上，压紧弹性环1放置于吊篮筒体法兰3之上，放置于压紧弹性环1之上；压力容器顶盖盖于上部支承法兰2之上。
压紧弹性环1的轴向截面为C型，C型包括彼此平行对称设置的上臂和下臂，以及衔接上臂下臂的弯部；上臂、下臂的自由端指向压紧弹性环的中心车由，或指向相反方向。
上臂、下臂包括依次衔接的第一直臂段、弧型臂段以及第二直臂段；第一直臂段与弯部衔接；上臂的第二直臂段支丞上部支承法兰2，下臂的第二直臂段支丞吊篮筒体法兰3。
弧型臂段内表面为平面，外表面为拱起的弧面，弧面的直径与C型压紧弹性环的轴向高度比为1.5～2.5∶1，优选为2∶1，以改善接触条件。
对于百万千瓦级的压水堆核电站，第一直臂段的厚度为20mm-40mm，优选为30mm。
弯部外表面与第一直臂段衔接位置处为R20mm的倒圆，以避免压紧弹性环1变形过大时，碰撞上下法兰面。倒圆的大小需合理设计，过大的倒圆将削弱压紧弹性环1刚度。
C型的轴向高度等于径向宽度，且为压紧弹性环外直径的1/25～1/35。此时的刚度与反应堆尺度匹配较为合理，压缩量在2.5～3.5mm左右即可满足预紧要求。
压紧弹性环1外半径与内半径之差为C型径向宽度的1/2～3/4，优选为2/3。此项参数可调节压紧弹性环1的刚度，且制造难度低，从减小应力角度考虑，参数过小或过大都将造成压紧弹性环1局部变形过大，应力集中严重。
上臂与下臂之间可以焊接有附加弹性环6，可看成是一个与压紧弹性环1并联的弹性环，以起到进一步调整刚度的作用，此时总的刚度为压紧弹性环1与附加弹性环6的刚度之和。
压紧弹性环1的设计寿命为60年，在高温、高压、高辐照的环境下工作，要求材料有良好的力学性能(及高温力学性能)，其材料要求很高，一般采用403马氏体不锈钢锻件或SA182 F6NM制造。
材料性能可以达到：
  性能   室温   350℃
  规定强度Rp0.2(MPa)   ≥620   ≥515
  抗拉强度Rm(MPa)   760～930   ≥640
  断后伸长率A(％)   ≥16
  断面收缩率Z(％)   ≥50
  硬度HB   226-277
锻件冲击韧性可以达到：
传统方型压紧弹性环存在一个较大不足，即压紧弹性环圆弧面与法兰面间的摩擦系数(或接触面情况)变化将对压紧弹性环的刚度产生较大的影响，而摩擦系数(或接触面情况)本身在设计和制造上都存在很大不确定性，并且在反应堆寿期内随着材料性能及设备的老化，支承面间的摩擦系数(或接触面情况)都将发生变化进而引起弹性环刚度的变化，这对反应堆的安全运行是极为不利的。本发明既能满足安全功能又不受摩擦系数(或接触面情况)影响的新型压紧弹性环，将对反应堆寿期内的安全、稳定运行起到重要的意义。

Claims (10)

1.一种反应堆堆内构件，包括上部支承法兰、吊篮筒体法兰、以及位于所述上部支承法兰与吊篮筒体法兰之间的压紧弹性环，其特征在于：所述压紧弹性环的轴向截面为C型，所述C型包括彼此平行对称设置的上臂和下臂，以及衔接上臂下臂的弯部；上臂、下臂的自由端指向压紧弹性环的中心轴，或指向相反方向；所述上臂自由端的上表面与所述上部支承法兰紧密接触，所述下臂自由端的下表面与所述吊篮筒体法兰紧密接触。
2.根据权利要求1所述的一种反应堆堆内构件，其特征在于：所述上臂、下臂包括依次衔接的第一直臂段、弧型臂段以及第二直臂段；所述第一直臂段与所述弯部衔接；所述上臂的第二直臂段与所述上部支承法兰紧密接触，所述下臂的第二直臂段与所述吊篮筒体法兰紧密接触。
3.根据权利要求2所述的一种反应堆堆内构件，其特征在于：所述弧型臂段内表面为平面，外表面为拱起的弧面，所述弧面的直径与C型压紧弹性环的轴向高度比为1.5～2.5∶1。
4.根据权利要求2所述的一种反应堆堆内构件，其特征在于：第一直臂段的厚度为20mm-40mm。
5.根据权利要求4所述的一种反应堆堆内构件，其特征在于：第一直臂段的厚度为30mm。
6.根据权利要求2所述的一种反应堆堆内构件，其特征在于：所述弯部外表面与第一直臂段衔接位置处为R20mm的倒圆。
7.根据权利要求1所述的一种反应堆堆内构件，其特征在于：所述C型的轴向高度等于径向宽度，且为压紧弹性环外直径的1/25～1/35。
8.根据权利要求1所述的一种反应堆堆内构件，其特征在于：所述压紧弹性环外半径与内半径之差为C型径向宽度的1/2～3/4。
9.根据权利要求1所述的一种反应堆堆内构件，其特征在于：所述上臂与下臂之间连接有附加弹性环。
10.根据权利要求1所述的一种反应堆堆内构件，其特征在于：所述压紧弹性环由403马氏体不锈钢或SA182 F6NM不锈钢制成。
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