CN104157314A - 一种核反应堆由任接铝合金氮化硅高压冷却设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种核反应堆冷却设备，一种核反应堆由任接铝合金氮化硅高压冷却设备，核反应堆隔层体脚座位于下半球底盖内腔，下半球底盖底部外表面上有支撑脚架安放在反应堆底池底平面上，下半球底盖上方有卡箍密封固定着强制冷却筒体，强制冷却筒体上方有卡箍密封固定着上半球顶盖，上半球顶盖顶部外上有填料密封孔，核反应堆隔层体顶上的填料密封孔中密闭固定着控制导线管外圆，作为改进：强制冷却筒体圆筒内侧壁上有螺旋导流板，螺旋导流板内边缘与核反应堆隔层体外边缘间隙配合；下半球底盖上外接有高压管路连接着由任接能量交换设备上的由任排出口，上半球顶盖上外接有回压管路通往由任接能量交换设备上的由任回压接口。

Description

一种核反应堆由任接铝合金氮化硅高压冷却设备

技术领域

本发明涉及一种用于从核反应堆移除衰变热的强制冷却设备，国际专利分类为G21C15/18，具体涉及一种核反应堆由任接铝合金氮化硅高压冷却设备。 

背景技术

用于产生电能的核反应堆的结构有多种形式，就冷却剂循环方式而言，大致可分为冷却剂强制循环和自然循环的反应堆。大家知道，强制循环的反应堆其冷却剂，一般是水，穿过其发生核反应的堆芯进行循环，从该堆芯带走热量，通过管路流到反应堆容器的外部，把热量释放到专用的热交换器内，然后再用水泵抽回堆芯。公知的所谓“集中式”反应堆没有外部管路，热交换器设在内设堆芯的容器内。但是，这种类型的反应堆仍包括循环泵，用于以较小帕的压力向堆芯和交换器输送冷却剂。冷却剂强制循环反应堆的一个主要缺陷是需要在容器内设置复杂的冷却管路，这样设置主要是为了在交换器的输出口向泵输送冷却剂，然后再输送到堆芯。另外的不足之处是，内设这样复杂的冷却管路需要大直径的反应堆，因此需通过冷却剂高速循环来减小反应堆的体积。为简化冷却管路，公知的方案是，在核反应堆内部仅仅依靠冷却剂自然循环来实现。 

中国专利CN102081976A公开一种大容量完全非能动安全壳冷却系统。该安全壳冷却系统可利用传感器收集安全壳相关的热工参数，跟踪冷却过程，在安全壳上方设置多个用以储存不同冷却剂的储藏箱，通过冷却剂种类的选择及冷却剂流量的调节实现对安全壳冷却功率的动态控制；通过采用广义非能动控制单元，该安全壳冷却系统的启动及整个运行过程可完全不依赖于外部动力供应，因此具有完全的非能动特性。该发明使用了多种低沸点冷却剂，使系统变得复杂，并且增加了建造和维护成本。 

核设施的任何小故障所带来的危害是巨大的，且维修成本高昂，因此，对反应堆进行安全高效冷却意义重大。 

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的顶部水箱冷却水利用率不高，PCS系统复杂，通过压力和温度调节水流量存在缺陷等问题，提供一种能够提高冷却水利用效率，在密闭反应堆结构形状尺寸都不变的情况下，通过增加外部强制循环，从核反应堆移除衰变热的强制冷却设备。 

本发明采用以下技术方案： 

一种核反应堆由任接铝合金氮化硅高压冷却设备，核反应堆隔层体脚座位于下半球底盖内腔，所述的下半球底盖底部外表面上有支撑脚架安放在反应堆底池底平面上，所述的下半球底盖上方有法兰密封固定着强制冷却筒体，所述的强制冷却筒体上方有法兰密封固定着上半球顶盖，上半球顶盖顶部外上有填料密封孔，所述的填料密封孔中的密封填料密闭密封着所述的核反应堆隔层体顶部的控制导线管外圆，作为改进：所述的强制冷却筒体圆筒内侧壁上有螺旋导流板，螺旋导流板内边缘与所述的核反应堆隔层体外边缘间隙配合；所述的下半球底盖上外接有高压管路连接着由任接能量交换设备上的由任排出口，所述的上半球顶盖上外接有回压管路通往所述的由任接能量交换设备上的由任回压接口，所述的由任接能量交换设备上的由任排泄口上有排泄管路通往循环冷却池的下端头，所述的由任接能量交换设备上的由任吸入接口上有高压吸管通往所述的循环冷却池的上端头，所述的循环冷却池两端头之间交叉布置有导流直板，由任接能量交换设备上的铝合金花键输入轴外端连接着所述的动力源；

所述的由任接能量交换设备整体还包括由任接口主体、吸入由任端盖和回压由任端盖，所述的由任接口主体上下两侧分别有水泵蜗壳和水轮机蜗壳，

所述的由任接口主体上的主体内孔内固定一对陶瓷轴承外圆，陶瓷轴承内孔固定着花键主轴，花键主轴上下两侧分别固定着水泵叶轮和水机转轮；

所述的水泵蜗壳上垂直于所述的花键主轴的切线方向上有由任排出口，所述的水泵蜗壳的泵头端孔与所述的吸入由任端盖的泵盖台阶面可拆卸密闭紧固；所述的由任排出口上有排出由任斜面，排出由任斜面外缘背面是排出外螺纹，高压管路端头上有高压管由任弧面及其外缘背面的高压管台阶凸环，排出由任外圈上有排出圈内螺纹和排出圈台阶凹环，所述的排出圈内螺纹与所述的排出外螺纹螺旋配合，所述的排出圈台阶凹环与所述的高压管台阶凸环可旋转滑动配合；所述的水轮机蜗壳上垂直于所述的花键主轴的切线方向上有由任排泄口，所述的水轮机蜗壳的水机端孔与所述的回压由任端盖的机盖台阶面可拆卸密闭紧固；所述的由任排泄口上有排泄由任斜面，排泄由任斜面外缘背面是排泄外螺纹，排泄管路端头上有排泄管由任弧面及其外缘背面的排泄管台阶凸环，排泄由任外圈上有排泄圈内螺纹和排泄圈台阶凹环，所述的排泄外螺纹与所述的排泄圈内螺纹螺旋配合，所述的排泄圈台阶凹环与所述的排泄管台阶凸环可旋转滑动配合；

所述的吸入由任端盖上有所述的由任吸入接口与所述的泵盖台阶面中心轴线成垂直布置，所述的吸入由任端盖上有泵盖轴孔与所述的泵盖台阶面中心轴线成同轴布置，所述的泵盖轴孔与所述的铝合金花键输入轴之间为间隙配合，所述的泵盖轴孔上的填料密封槽中有密封圈挤压着所述的铝合金花键输入轴外圆面；所述的铝合金花键输入轴下端的花键齿孔与所述的花键主轴上端的花键齿轴之间为轴线可滑动配合；所述的由任吸入接口上有吸入由任斜面，吸入由任斜面外缘背面是吸入外螺纹，所述的高压吸管端头上有吸管由任弧面及其外缘背面的吸管台阶凸环，吸入由任外圈上有吸入圈内螺纹和吸入圈台阶凹环，所述的吸入圈内螺纹与所述的吸入外螺纹螺旋配合，所述的吸入圈台阶凹环与所述的吸管台阶凸环可旋转滑动配合；所述的回压由任端盖上有所述的由任回压接口与所述的机盖台阶面中心轴线成同轴布置，所述的由任回压接口上有回压由任斜面，回压由任斜面外缘背面是回压外螺纹，所述的回压管路端头上有回压管由任弧面及其外缘背面的回压管台阶凸环，回压由任外圈上有回压圈内螺纹和回压圈台阶凹环，所述的回压外螺纹与所述的回压圈内螺纹旋转配合，所述的回压圈台阶凹环与所述的回压管台阶凸环可旋转滑动配合；所述的铝合金花键输入轴外表面激光喷涂有一层厚度为0.43至0.47毫米的铝合金硬质耐腐材料，所述的铝合金硬质耐腐材料由如下重量百分比的元素组成：Al:43—45、Zn:4.6—4.8、Ti:3.8—3.9、W: 3.5—3.6、Sn: 2.3—2.4、Ni:2.6—2.8、Cr:1.2—1.3、Mo:1.5—1.6，余量为Fe及不可避免的杂质；所述杂质的重量百分比含量为：C少于O.07、 Si少于0.12、 Mn少于0.16、 S少于O.Ol、 P少于O.02；所述的陶瓷轴承整体材质为氮化硅陶瓷，以Si3N4 (四氮化三硅)为基料，配以矿化剂MgO(氧化镁)、BaCO3碳酸钡及结合粘土组成，并且其各组分的重量百分比含量为Si3N4:92.1—92.5； MgO:2.5—2.7； BaCO3:2.7—2.8；结合粘土:2.3—2.4。

作为进一步改进：所述的螺旋导流板外边缘沿着强制冷却筒体圆筒内侧壁的螺旋升角为22至24度。 

作为进一步改进：所述的主体内孔两侧都有壳体内螺纹分别对着所述的水泵蜗壳内腔以及所述的水轮机蜗壳内腔，所述的花键主轴水泵一侧依次有泵轴承段、泵平键段、泵螺纹段以及所述的花键齿轴，水泵螺母与所述的泵螺纹段旋转紧固，所述的花键主轴水轮机一侧依次有机轴承段、机螺纹段以及机端光轴，所述的一对陶瓷轴承内孔分别与所述的泵轴承段外圆以及所述的机轴承段外圆过盈配合，所述的一对陶瓷轴承外圆与所述的主体内孔过渡配合，一对轴承紧固圈外螺纹与所述的壳体内螺纹调节固定着一对所述的陶瓷轴承轴向位置；所述的水机转轮的转轮内螺纹与所述的机螺纹段螺旋配合紧固；所述的水泵叶轮的通孔内圆与所述的泵平键段外圆过渡配合，所述的花键齿孔内的花键凹齿与所述的花键齿轴上的花键凸齿之间为滑动配合，所述的花键凹齿底部有工艺退刀槽。 

作为进一步改进：所述的转轮内螺纹底端的转轮光孔与所述的机端光轴滑动配合，所述的转轮光孔上有九个转轮螺孔，所述的机端光轴上有二个光轴销孔，止退销钉外螺纹段与所述的转轮螺孔旋转紧固，所述的止退销钉圆柱销段与所述的光轴销孔之间为滑动配合。 

作为进一步改进：所述的花键凹齿深度为54至56毫米，所述的花键凹齿的齿两侧面宽度为5至6毫米，所述的花键凹齿的齿两侧面端口有1×45度的凹齿坡口；所述的花键凸齿长度为42至44毫米，所述的花键凸齿的齿两侧面宽度为5至6毫米，所述的花键凸齿的齿两侧面端口有1×45度的凸齿坡口，所述的花键凸齿与所述的花键凹齿之间为滑动配合，且所述的花键凸齿与所述的花键凹齿之间留有外径间隙和内径间隙。 

作为进一步改进：所述的轴承紧固圈一侧端面上有六个操作盲孔。 

本发明的有益效果是： 

将核反应堆隔层体安放的强制冷却筒体内，特别是强制冷却筒体圆筒内侧壁上有螺旋导流板，螺旋导流板外边缘沿着强制冷却筒体圆筒内侧壁的螺旋升角为22至24度设置增强了冷却效果，所述的上半球顶盖上外接有回压管路通往所述的由任接能量交换设备上的由任回压接口，使得回流压力能得到有效回收，分担了动力源负荷达30%，实现了降能目的；

利用循环冷却池两端头之间交叉布置有导流直板，同时将由任接能量交换设备上的由任排泄口上有排泄管路通往循环冷却池的下端头，所述的由任接能量交换设备上的由任吸入接口上有高压吸管通往所述的循环冷却池的上端头，使得循环冷却水得到充分散热；

本发明重要环节的由任接能量交换设备整体结构采用由任连接密闭固定安装方便，可适应管路有一定的不直线度，都能自由任意连接固定。其中由任接口主体采用两侧中心对称设置有水泵蜗壳和水轮机蜗壳，使得整体作用力得到平衡；特别是由任接口主体上的主体内孔两侧都设置有壳体内螺纹，配用一对轴承紧固圈由专用套筒调整工具对准操作盲孔调整到位，确保水泵叶轮和水机转轮随着一对陶瓷轴承分别精确位于水泵蜗壳和水轮机蜗壳之中，经实验显示其能量转换效率高达68%；

本发明重要环节的由任接能量交换设备在水机转轮的转轮光孔上有九个转轮螺孔与机端光轴上的二个光轴销孔错位对应，确保水机转轮的转轮内螺纹与机螺纹段之间微小旋转调节，就能确保止退销钉同时对准转轮螺孔和光轴销孔，实现水机转轮相对于花键主轴可承受正反转而不会松开，快捷安全；

本发明重要环节的由任接能量交换设备在花键主轴的泵螺纹段外端还设置有花键齿轴与铝合金花键输入轴的花键齿孔滑动配合，实现了外部动力输入；且所述的花键凹齿底部有工艺退刀槽，便于加工花键凹齿；所述的花键凹齿的齿两侧面端口有1×45度的凹齿坡口，所述的花键凸齿的齿两侧面端口有1×45度的凸齿坡口，而且所述的花键凸齿与所述的花键凹齿之间留有外径间隙和内径间隙，便于装配便于时花键齿孔与花键齿轴对准导入，确保花键凸齿与花键凹齿之间精密配合传递大扭矩。

本发明重要环节的由任接能量交换设备的关键零部件，动密封件的铝合金花键输入轴在外圆表面激光喷涂有一层铝合金硬质耐腐材料，动摩擦承载件的陶瓷轴承整体材质为氮化硅陶瓷，既耐腐蚀又耐磨损。 

附图说明

图1是本发明俯视平面示意图。 

图2是图1中通过上半球顶盖97中心的剖面图。 

图3是图2中强制冷却筒体90的单独剖面图。 

图4是图1中由任接能量交换设备60的剖面示意图。 

图5是图4中的由任接口主体61剖面示意图。 

图6是图4中的吸入由任端盖41剖面示意图。 

图7是图4中的回压由任端盖81剖面示意图。 

图8是图4中的排出由任外圈99剖面示意图。 

图9是图4中的高压管路94端头上的高压管由任弧面941和高压管台阶凸环194剖面示意图。 

图10是图4中的排泄由任外圈58剖面示意图。 

图11是图4中的排泄管路28端头上的排泄管由任弧面281和排泄管台阶凸环128剖面示意图。 

图12是图4中的回压由任外圈59剖面示意图。 

图13是图4中的回压管路87端头上的回压管由任弧面781和回压管台阶凸环178剖面示意图。 

图14是图4中的吸入由任外圈54剖面示意图。 

图15是图4中的高压吸管56端头上的吸管由任弧面561和吸管台阶凸环156剖面示意图。 

图16是图1中的水泵螺母72所处局部放大剖面示意图。 

图17是图16中的A-A剖面图。 

图18是图16中的B-B剖面图。 

图19是图16中的C-C剖面图。 

图20是图16中铝合金花键输入轴77的花键齿孔71部位放大图。 

图21是图16中花键主轴33的泵平键段34以及传动平键11部位放大图。 

图22是图1中的止退销钉19所处局部放大剖面示意图。 

图23是图22中的D-D剖面图。 

图24是图22中花键主轴33的机螺纹段36部位放大图。 

图25是图22中水机转轮88的转轮内螺纹26部位剖面放大图。 

图26是图4中的轴承紧固圈75剖面示意图。 

图27是图26中的轴承紧固圈75俯视图。 

具体实施方式

结合附图和实施例对本发明的结构和工作原理作进一步阐述： 

一种核反应堆由任接铝合金氮化硅高压冷却设备，核反应堆隔层体30脚座位于下半球底盖92内腔，所述的下半球底盖92底部外表面上有支撑脚架20安放在反应堆底池10底平面上，所述的下半球底盖92上方有法兰密封固定着强制冷却筒体90，所述的强制冷却筒体90上方有法兰密封固定着上半球顶盖97，上半球顶盖97顶部外上有填料密封孔79，所述的填料密封孔79中的密封填料密闭密封着所述的核反应堆隔层体30顶部的控制导线管98外圆，作为改进：所述的强制冷却筒体90圆筒内侧壁上有螺旋导流板91，螺旋导流板91内边缘与所述的核反应堆隔层体30外边缘间隙配合；所述的下半球底盖92上外接有高压管路94连接着由任接能量交换设备60上的由任排出口69，所述的上半球顶盖97上外接有回压管路87通往所述的由任接能量交换设备60上的由任回压接口89，所述的由任接能量交换设备60上的由任排泄口82上有排泄管路28通往循环冷却池50的下端头，所述的由任接能量交换设备60上的由任吸入接口65上有高压吸管56通往所述的循环冷却池50的上端头，所述的循环冷却池50两端头之间交叉布置有导流直板21，由任接能量交换设备60上的铝合金花键输入轴77外端连接着所述的动力源70；

所述的由任接能量交换设备60整体还包括由任接口主体61、吸入由任端盖41和回压由任端盖81，所述的由任接口主体61上下两侧分别有水泵蜗壳67和水轮机蜗壳66，所述的由任接口主体61上的主体内孔63内固定一对陶瓷轴承73外圆，陶瓷轴承73内孔固定着花键主轴33，花键主轴33上下两侧分别固定着水泵叶轮44和水机转轮88；

所述的水泵蜗壳67上垂直于所述的花键主轴33的切线方向上有由任排出口69，所述的水泵蜗壳67的泵头端孔64与所述的吸入由任端盖41的泵盖台阶面46可拆卸密闭紧固；所述的由任排出口69上有排出由任斜面53，排出由任斜面53外缘背面是排出外螺纹55，高压管路94端头上有高压管由任弧面941及其外缘背面的高压管台阶凸环194，排出由任外圈99上有排出圈内螺纹991和排出圈台阶凹环199，所述的排出圈内螺纹991与所述的排出外螺纹55螺旋配合，所述的排出圈台阶凹环199与所述的高压管台阶凸环194可旋转滑动配合；所述的水轮机蜗壳66上垂直于所述的花键主轴33的切线方向上有由任排泄口82，所述的水轮机蜗壳66的水机端孔68与所述的回压由任端盖81的机盖台阶面86可拆卸密闭紧固；所述的由任排泄口82上有排泄由任斜面83，排泄由任斜面83外缘背面是排泄外螺纹85，排泄管路28端头上有排泄管由任弧面281及其外缘背面的排泄管台阶凸环128，排泄由任外圈58上有排泄圈内螺纹581和排泄圈台阶凹环158，所述的排泄外螺纹85与所述的排泄圈内螺纹581螺旋配合，所述的排泄圈台阶凹环158与所述的排泄管台阶凸环128可旋转滑动配合；

所述的吸入由任端盖41上有所述的由任吸入接口65与所述的泵盖台阶面46中心轴线成垂直布置，所述的吸入由任端盖41上有泵盖轴孔47与所述的泵盖台阶面46中心轴线成同轴布置，所述的泵盖轴孔47与所述的铝合金花键输入轴77之间为间隙配合，所述的泵盖轴孔47上的填料密封槽74中有密封圈挤压着所述的铝合金花键输入轴77外圆面；所述的铝合金花键输入轴77下端的花键齿孔71与所述的花键主轴33上端的花键齿轴31之间为轴线可滑动配合；所述的由任吸入接口65上有吸入由任斜面43，吸入由任斜面43外缘背面是吸入外螺纹45，所述的高压吸管56端头上有吸管由任弧面561及其外缘背面的吸管台阶凸环156，吸入由任外圈54上有吸入圈内螺纹541和吸入圈台阶凹环154，所述的吸入圈内螺纹541与所述的吸入外螺纹45螺旋配合，所述的吸入圈台阶凹环154与所述的吸管台阶凸环156可旋转滑动配合；所述的回压由任端盖81上有所述的由任回压接口89与所述的机盖台阶面86中心轴线成同轴布置，所述的由任回压接口89上有回压由任斜面93，回压由任斜面93外缘背面是回压外螺纹95，所述的回压管路87端头上有回压管由任弧面781及其外缘背面的回压管台阶凸环178，回压由任外圈59上有回压圈内螺纹591和回压圈台阶凹环159，所述的回压外螺纹95与所述的回压圈内螺纹591旋转配合，所述的回压圈台阶凹环159与所述的回压管台阶凸环178可旋转滑动配合；所述的铝合金花键输入轴77外表面激光喷涂有一层厚度为0.43至0.47毫米的铝合金硬质耐腐材料，所述的铝合金硬质耐腐材料由如下重量百分比的元素组成：Al:43—45、Zn:4.6—4.8、Ti:3.8—3.9、W: 3.5—3.6、Sn: 2.3—2.4、Ni:2.6—2.8、Cr:1.2—1.3、Mo:1.5—1.6，余量为Fe及不可避免的杂质；所述杂质的重量百分比含量为：C少于O.07、 Si少于0.12、 Mn少于0.16、 S少于O.Ol、 P少于O.02；所述的陶瓷轴承73整体材质为氮化硅陶瓷，以Si3N4 (四氮化三硅)为基料，配以矿化剂MgO(氧化镁)、BaCO3碳酸钡及结合粘土组成，并且其各组分的重量百分比含量为Si3N4:92.1—92.5； MgO:2.5—2.7； BaCO3:2.7—2.8；结合粘土:2.3—2.4。

作为进一步改进：所述的螺旋导流板91外边缘沿着强制冷却筒体90圆筒内侧壁的螺旋升角为22至24度。 

作为进一步改进：所述的主体内孔63两侧都有壳体内螺纹62分别对着所述的水泵蜗壳67内腔以及所述的水轮机蜗壳66内腔，所述的花键主轴33水泵一侧依次有泵轴承段35、泵平键段34、泵螺纹段32以及所述的花键齿轴31，水泵螺母72与所述的泵螺纹段32旋转紧固，所述的花键主轴33水轮机一侧依次有机轴承段37、机螺纹段36以及机端光轴39，所述的一对陶瓷轴承73内孔分别与所述的泵轴承段35外圆以及所述的机轴承段37外圆过盈配合，所述的一对陶瓷轴承73外圆与所述的主体内孔63过渡配合，一对轴承紧固圈75外螺纹与所述的壳体内螺纹62调节固定着一对所述的陶瓷轴承73轴向位置；所述的水机转轮88的转轮内螺纹26与所述的机螺纹段36螺旋配合紧固；所述的水泵叶轮44的通孔内圆22与所述的泵平键段34外圆过渡配合，所述的花键齿孔71内的花键凹齿13与所述的花键齿轴31上的花键凸齿14之间为滑动配合，所述的花键凹齿13底部有工艺退刀槽18。 

作为进一步改进：所述的转轮内螺纹26底端的转轮光孔29与所述的机端光轴39滑动配合，所述的转轮光孔29上有九个转轮螺孔15，所述的机端光轴39上有二个光轴销孔16，止退销钉19外螺纹段与所述的转轮螺孔15旋转紧固，所述的止退销钉19圆柱销段与所述的光轴销孔16之间为滑动配合。 

作为进一步改进：所述的花键凹齿13深度为54至56毫米，所述的花键凹齿13的齿两侧面宽度为5至6毫米，所述的花键凹齿13的齿两侧面端口有1×45度的凹齿坡口23；所述的花键凸齿14长度为42至44毫米，所述的花键凸齿14的齿两侧面宽度为5至6毫米，所述的花键凸齿14的齿两侧面端口有1×45度的凸齿坡口24，所述的花键凸齿14与所述的花键凹齿13之间为滑动配合，且所述的花键凸齿14与所述的花键凹齿13之间留有外径间隙17和内径间隙27。 

作为进一步改进：所述的轴承紧固圈75一侧端面上有六个操作盲孔76。 

作为进一步改进：所述的水机转轮88上的转轮叶片84布置角度与所述的花键主轴33旋转轴线成44至46度夹角。 

实施例中： 

螺旋导流板91外边缘沿着强制冷却筒体90圆筒内侧壁的螺旋升角为23度；动力源70选用变频电机，循环冷却池50中的安全防爆水的水位线25在填料密封孔79下方，填料密封孔79中的密封填料挤压着控制导线管98外圆，构成静态密封。

高压管路94和回压管路87上分别有进水控制阀门96和出水控制阀门78，便于维修处理。 

所述的铝合金花键输入轴77外表面激光喷涂有一层厚度为0.43至0.47毫米的铝合金硬质耐腐材料，所述的铝合金硬质耐腐材料由如下重量百分比的元素组成：Al:44、Zn:4.7、Ti:3.85、W: 3.55、Sn: 2.35、Ni:2.7、Cr:1.25、Mo:1.55，余量为Fe及不可避免的杂质；所述杂质的重量百分比含量为：C为O.06、 Si为0.11、 Mn为0.15、 S为O.O2、 P为O.02。 

所述的陶瓷轴承73整体材质均为氮化硅陶瓷，以Si3N4 (四氮化三硅)为基料，配以矿化剂MgO(氧化镁)、BaCO3碳酸钡及结合粘土组成，并且其各组分的重量百分比含量为Si3N4:92.3； MgO:2.6； BaCO3:2.75；结合粘土:2.35。 

本发明的工作过程如下： 

一、由任接能量交换设备60组装：

1．为避免轴承高温引起退火影响机械性能，采用将花键主轴33人工降温至零下190至195度持续12至13分钟取出，1分钟之内将一对陶瓷轴承73分别套在泵轴承段35和机轴承段37，整体放置在由任接口主体61上的主体内孔63之中；

2．一对轴承紧固圈75分别旋转在主体内孔63两侧的壳体内螺纹62上，由专用套筒调整工具对准操作盲孔76调整到位，确保水泵叶轮44和水机转轮88同时分别精确位于水泵蜗壳67和水轮机蜗壳66之中；

3．水机转轮88上的转轮内螺纹26与机螺纹段36旋转配合预紧，当转轮光孔29上的九个转轮螺孔15中的1个转轮螺孔15与机端光轴39上的2个光轴销孔16中的任何1个光轴销孔16对准时，将止退销钉19外螺纹段与转轮螺孔15旋转紧固，使得止退销钉19圆柱销段与所述的光轴销孔16之间为滑动配合，就能确保止退销钉19同时对准转轮螺孔15和光轴销孔16，实现水机转轮88相对于花键主轴33可承受正反转而不会松开，快捷安全；

4．回压由任端盖81的机盖台阶面86与所述水轮机蜗壳66的水机端孔68对准，并用12颗螺钉分别穿越机盖台阶面86上的12个通孔，密闭紧固在水机端孔68周边的12个螺孔之中；

5．水泵叶轮44通孔上的键槽对准泵平键段34上的传动平键11压入，使得水泵叶轮44的通孔内圆22与所述的泵平键段34外圆过渡配合；

6．水泵螺母72与泵螺纹段32旋转紧固；

7．吸入由任端盖41的泵盖台阶面46与水泵蜗壳67的泵头端孔64对准，并用10颗螺钉分别穿越泵盖台阶面46上的10个通孔，密闭紧固在泵头端孔64周边的10个螺孔之中；

8．铝合金花键输入轴77的花键齿孔71由外向内穿越吸入由任端盖41上的泵盖轴孔47，借用泵盖轴孔47上有填料密封槽74中有密封圈挤压着所述的铝合金花键输入轴77外圆面构成动密封。

利用花键凹齿13的齿两侧面端口有1×45度的凹齿坡口23，以及花键凸齿14的齿两侧面端口有1×45度的凸齿坡口24，将花键齿孔71对准导入到花键齿轴31上。 

二、由任接能量交换设备60管路连接： 

由任接能量交换设备60的铝合金花键输入轴77外端固定连接着动力源70输出端；

所述的由任接能量交换设备60上的由任排泄口82上有排泄管路28通往循环冷却池50的下端头，所述的由任接能量交换设备60上的由任吸入接口65上有高压吸管56通往所述的循环冷却池50的上端头；循环冷却池50中蓄水5000立方作为循环冷却水。

预先将吸入由任外圈54上的吸入圈台阶凹环154套入所述的吸管台阶凸环156，再将所述的吸管由任弧面561对准所述的吸入由任斜面43，最后将所述的吸入圈内螺纹541与所述的吸入外螺纹45螺旋拧紧，使得所述的吸管由任弧面561与所述的吸入由任斜面43紧贴密封； 

预先将排出由任外圈99上的排出圈台阶凹环199套入所述的高压管台阶凸环194，再将所述的高压管由任弧面941对准所述的排出由任斜面53，最后将所述的排出圈内螺纹991与所述的排出外螺纹55螺旋拧紧，使得所述的高压管由任弧面941与所述的排出由任斜面53紧贴密封；

预先将排泄由任外圈58上的排泄圈台阶凹环158套入所述的排泄管台阶凸环128，再将所述的排泄管由任弧面281对准所述的排泄由任斜面83，最后将所述的排泄圈内螺纹581与所述的排泄外螺纹85螺旋拧紧，使得所述的排泄管由任弧面281与所述的排泄由任斜面83紧贴密封；

预先将回压由任外圈59上的回压圈台阶凹环套入所述的回压管台阶凸环178，再将所述的回压管由任弧面781对准所述的回压由任斜面93，最后将所述的回压圈内螺纹591与所述的回压外螺纹95螺旋拧紧，使得所述的回压管由任弧面781与所述的回压由任斜面93紧贴密封。

三、由任接能量交换设备60运行过程： 

启动动力源70大功率驱动由任接能量交换设备60，动力源70输出端固定连接着铝合金花键输入轴77上端，铝合金花键输入轴77下端的花键齿孔71与所述的花键主轴33上端的花键齿轴31之间为轴线可滑动配合，驱动所述的花键主轴33高速旋转；继而带动花键主轴33上的水泵叶轮44和水机转轮88高速旋转。

利用水泵叶轮44高速旋转产生的离心力在由任吸入接口65处产生负压，经高压吸管56吸入循环冷却池50中的循环冷却水；利用水泵叶轮44高速旋转产生的离心力在水泵蜗壳67处产生高压，由由任排出口69排出的压力循环冷却水注入到下半球底盖92，沿着螺旋导流板91加速流动，对核反应堆隔层体30外表面进行降温，流经上半球顶盖97后从回压管路87通往所述的由任接能量交换设备60上的由任回压接口89，作用在花键主轴33上的转轮叶片84上，借着水机转轮88上的转轮叶片84布置角度与花键主轴33的旋转轴线成45度夹角，推动水机转轮88以相同旋转方向更高速旋转，带动花键主轴33旋转速度提高1个百分点，分担了动力源70负荷达30%，实现了降能目的。 

将核反应堆隔层体30安放的强制冷却筒体90内，特别是强制冷却筒体90圆筒内侧壁上有螺旋导流板91增强了冷却效果，所述的上半球顶盖97上外接有回压管路87通往所述的由任接能量交换设备60上的由任回压接口89，使得回流压力能得到有效回收，分担了动力源70负荷达30%，实现了降能目的； 

利用循环冷却池50两端头之间交叉布置有导流直板21，同时将由任接能量交换设备60上的由任排泄口82上有排泄管路28通往循环冷却池50的下端头，所述的由任接能量交换设备60上的由任吸入接口65上有高压吸管56通往所述的循环冷却池50的上端头，使得循环冷却水得到充分散热。特别是核反应堆隔层体30整体外表面始终处于高压冷却状态，抵消了核反应堆隔层体30内部的部分高压影响。

本发明重要环节的由任接能量交换设备60整体结构采用由任连接密闭固定安装方便，可适应管路有一定的弯曲度，都能自由任意连接固定。其中由任接口主体61采用两侧中心对称设置有水泵蜗壳67和水轮机蜗壳66，使得整体作用力得到平衡；特别是由任接口主体61上的主体内孔63两侧都设置有壳体内螺纹62，配用一对轴承紧固圈75由专用套筒调整工具对准操作盲孔76调整到位，确保水泵叶轮44和水机转轮88同时分别精确位于水泵蜗壳67和水轮机蜗壳66之中，经实验显示其能量转换效率高达68%。 

本发明重要环节的由任接能量交换设备60在水机转轮88的转轮光孔29上有九个转轮螺孔15与机端光轴39上的2个光轴销孔16错位对应，确保水机转轮88的转轮内螺纹26与机螺纹段36之间微小旋转调节，就能确保止退销钉19同时对准转轮螺孔15和光轴销孔16，实现水机转轮88相对于花键主轴33可承受正反转而不会松开，快捷安全。 

本发明重要环节的由任接能量交换设备60在花键主轴33的泵螺纹段32外端还设置有花键齿轴31与铝合金花键输入轴77的花键齿孔71滑动配合，实现了外部动力输入；且所述的花键凹齿13底部有工艺退刀槽18，便于加工花键凹齿13；所述的花键凹齿13的齿两侧面端口有1×45度的凹齿坡口23，所述的花键凸齿14的齿两侧面端口有1×45度的凸齿坡口24，而且所述的花键凸齿14与所述的花键凹齿13之间留有外径间隙17和内径间隙27，便于装配便于时花键齿孔71与花键齿轴31对准导入，确保花键凸齿14与花键凹齿13之间精密配合传递大扭矩。 

本发明重要环节的由任接能量交换设备60的关键零部件，动密封件的铝合金花键输入轴77在外圆表面激光喷涂有一层铝合金硬质耐腐材料， 动摩擦承载件的陶瓷轴承73整体材质为氮化硅陶瓷，既耐腐蚀又耐磨损。 

(表1)氮化硅陶瓷轴承与316不锈钢轴承的耐腐蚀磨损实验数据对比 

由表1的对照数据可以得出：氮化硅陶瓷轴承的耐腐蚀抗磨损能力远远强于316不锈钢轴承。

(表2)为铝合金花键输入轴77外表面的铝合金硬质耐腐材料涂层，与常规不锈钢材质的表面粗糙度受损程度实验数据对比 

由表2的对照数据可以得出：外圆表面激光喷涂有一层铝合金硬质耐腐材料的铝合金花键输入轴77的表面粗糙度受损程度远远小于常规不锈钢材质外表面的表面粗糙度受损程度。

Claims (6)

1.一种核反应堆由任接铝合金氮化硅高压冷却设备，核反应堆隔层体（30）脚座位于下半球底盖（92）内腔，所述的下半球底盖（92）底部外表面上有支撑脚架（20）安放在反应堆底池（10）底平面上，所述的下半球底盖（92）上方有法兰密封固定着强制冷却筒体（90），所述的强制冷却筒体（90）上方有法兰密封固定着上半球顶盖（97），上半球顶盖（97）顶部外上有填料密封孔（79），所述的填料密封孔（79）中的密封填料密闭密封着所述的核反应堆隔层体（30）顶部的控制导线管（98）外圆，其特征是：所述的强制冷却筒体（90）圆筒内侧壁上有螺旋导流板（91），螺旋导流板（91）内边缘与所述的核反应堆隔层体（30）外边缘间隙配合；所述的下半球底盖（92）上外接有高压管路（94）连接着由任接能量交换设备（60）上的由任排出口（69），所述的上半球顶盖（97）上外接有回压管路（87）通往所述的由任接能量交换设备（60）上的由任回压接口（89），所述的由任接能量交换设备（60）上的由任排泄口（82）上有排泄管路（28）通往循环冷却池（50）的下端头，所述的由任接能量交换设备（60）上的由任吸入接口（65）上有高压吸管（56）通往所述的循环冷却池（50）的上端头，所述的循环冷却池（50）两端头之间交叉布置有导流直板（21），由任接能量交换设备（60）上的铝合金花键输入轴（77）外端连接着所述的动力源（70）；

所述的由任接能量交换设备（60）整体还包括由任接口主体（61）、吸入由任端盖（41）和回压由任端盖（81），所述的由任接口主体（61）上下两侧分别有水泵蜗壳（67）和水轮机蜗壳（66），

所述的由任接口主体（61）上的主体内孔（63）内固定一对陶瓷轴承（73）外圆，陶瓷轴承（73）内孔固定着花键主轴（33），花键主轴（33）上下两侧分别固定着水泵叶轮（44）和水机转轮（88）；

所述的水泵蜗壳（67）上垂直于所述的花键主轴（33）的切线方向上有所述的由任排出口（69），所述的水泵蜗壳（67）的泵头端孔（64）与所述的吸入由任端盖（41）的泵盖台阶面（46）可拆卸密闭紧固；所述的由任排出口（69）上有排出由任斜面（53），排出由任斜面（53）外缘背面是排出外螺纹（55），所述的高压管路（94）端头上有高压管由任弧面（941）及其外缘背面的高压管台阶凸环（194），排出由任外圈（99）上有排出圈内螺纹（991）和排出圈台阶凹环（199），所述的排出圈内螺纹（991）与所述的排出外螺纹（55）螺旋配合，所述的排出圈台阶凹环（199）与所述的高压管台阶凸环（194）可旋转滑动配合；所述的水轮机蜗壳（66）上垂直于所述的花键主轴（33）的切线方向上有所述的由任排泄口（82），所述的水轮机蜗壳（66）的水机端孔（68）与所述的回压由任端盖（81）的机盖台阶面（86）可拆卸密闭紧固；所述的由任排泄口（82）上有排泄由任斜面（83），排泄由任斜面（83）外缘背面是排泄外螺纹（85），所述的排泄管路（28）端头上有排泄管由任弧面（281）及其外缘背面的排泄管台阶凸环（128），排泄由任外圈（58）上有排泄圈内螺纹（581）和排泄圈台阶凹环（158），所述的排泄外螺纹（85）与所述的排泄圈内螺纹（581）螺旋配合，所述的排泄圈台阶凹环（158）与所述的排泄管台阶凸环（128）可旋转滑动配合；

所述的吸入由任端盖（41）上有所述的由任吸入接口（65）与所述的泵盖台阶面（46）中心轴线成垂直布置，所述的吸入由任端盖（41）上有泵盖轴孔（47）与所述的泵盖台阶面（46）中心轴线成同轴布置，所述的泵盖轴孔（47）与所述的铝合金花键输入轴（77）之间为间隙配合，所述的泵盖轴孔（47）上的填料密封槽（74）中有密封圈挤压着所述的铝合金花键输入轴（77）外圆面；所述的铝合金花键输入轴（77）下端的花键齿孔（71）与所述的花键主轴（33）上端的花键齿轴（31）之间为轴线可滑动配合；所述的由任吸入接口（65）上有吸入由任斜面（43），吸入由任斜面（43）外缘背面是吸入外螺纹（45），所述的高压吸管（56）端头上有吸管由任弧面（561）及其外缘背面的吸管台阶凸环（156），吸入由任外圈（54）上有吸入圈内螺纹（541）和吸入圈台阶凹环（154），所述的吸入圈内螺纹（541）与所述的吸入外螺纹（45）螺旋配合，所述的吸入圈台阶凹环（154）与所述的吸管台阶凸环（156）可旋转滑动配合；所述的回压由任端盖（81）上有所述的由任回压接口（89）与所述的机盖台阶面（86）中心轴线成同轴布置，所述的由任回压接口（89）上有回压由任斜面（93），回压由任斜面（93）外缘背面是回压外螺纹（95），所述的回压管路（87）端头上有回压管由任弧面（781）及其外缘背面的回压管台阶凸环（178），回压由任外圈（59）上有回压圈内螺纹（591）和回压圈台阶凹环（159），所述的回压外螺纹（95）与所述的回压圈内螺纹（591）旋转配合，所述的回压圈台阶凹环（159）与所述的回压管台阶凸环（178）可旋转滑动配合；所述的铝合金花键输入轴（77）外表面激光喷涂有一层厚度为0.43至0.47毫米的铝合金硬质耐腐材料，所述的铝合金硬质耐腐材料由如下重量百分比的元素组成：Al:43—45、Zn:4.6—4.8、Ti:3.8—3.9、W: 3.5—3.6、Sn: 2.3—2.4、Ni:2.6—2.8、Cr:1.2—1.3、Mo:1.5—1.6，余量为Fe及不可避免的杂质；所述杂质的重量百分比含量为：C少于O.07、 Si少于0.12、 Mn少于0.16、 S少于O.Ol、 P少于O.02；所述的陶瓷轴承（73）整体材质为氮化硅陶瓷，以Si3N4 (四氮化三硅)为基料，配以矿化剂MgO(氧化镁)、BaCO3（碳酸钡）及结合粘土组成，并且其各组分的重量百分比含量为Si3N4:92.1—92.5； MgO:2.5—2.7； BaCO3:2.7—2.8；结合粘土:2.3—2.4。

2.根据权利要求1所述的一种核反应堆由任接铝合金氮化硅高压冷却设备，其特征是：所述的螺旋导流板（91）外边缘沿着强制冷却筒体（90）圆筒内侧壁的螺旋升角为22至24度。

3.根据权利要求1所述的一种核反应堆由任接铝合金氮化硅高压冷却设备，其特征是：所述的主体内孔（63）两侧都有壳体内螺纹（62）分别对着所述的水泵蜗壳（67）内腔以及所述的水轮机蜗壳（66）内腔，所述的花键主轴（33）水泵一侧依次有泵轴承段（35）、泵平键段（34）、泵螺纹段（32）以及所述的花键齿轴（31），水泵螺母（72）与所述的泵螺纹段（32）旋转紧固，所述的花键主轴（33）水轮机一侧依次有机轴承段（37）、机螺纹段（36）以及机端光轴（39），所述的一对陶瓷轴承（73）内孔分别与所述的泵轴承段（35）外圆以及所述的机轴承段（37）外圆过盈配合，所述的一对陶瓷轴承（73）外圆与所述的主体内孔（63）过渡配合，一对轴承紧固圈（75）外螺纹与所述的壳体内螺纹（62）调节固定着一对所述的陶瓷轴承（73）轴向位置；所述的水机转轮（88）的转轮内螺纹（26）与所述的机螺纹段（36）螺旋配合紧固；所述的水泵叶轮（44）的通孔内圆（22）与所述的泵平键段（34）外圆过渡配合，所述的花键齿孔（71）内的花键凹齿（13）与所述的花键齿轴（31）上的花键凸齿（14）之间为滑动配合，所述的花键凹齿（13）底部有工艺退刀槽（18）。

4.根据权利要求3所述的一种核反应堆由任接铝合金氮化硅高压冷却设备，其特征是：所述的转轮内螺纹（26）底端的转轮光孔（29）与所述的机端光轴（39）滑动配合，所述的转轮光孔（29）上有九个转轮螺孔（15），所述的机端光轴（39）上有二个光轴销孔（16），止退销钉（19）外螺纹段与所述的转轮螺孔（15）旋转紧固，所述的止退销钉（19）圆柱销段与所述的光轴销孔（16）之间为滑动配合。

5.根据权利要求3所述的一种核反应堆由任接铝合金氮化硅高压冷却设备，其特征是：所述的花键凹齿（13）深度为54至56毫米，所述的花键凹齿（13）的齿两侧面宽度为5至6毫米，所述的花键凹齿（13）的齿两侧面端口有1×45度的凹齿坡口（23）；所述的花键凸齿（14）长度为42至44毫米，所述的花键凸齿（14）的齿两侧面宽度为5至6毫米，所述的花键凸齿（14）的齿两侧面端口有1×45度的凸齿坡口（24），所述的花键凸齿（14）与所述的花键凹齿（13）之间为滑动配合，且所述的花键凸齿（14）与所述的花键凹齿（13）之间留有外径间隙（17）和内径间隙（27）。

6.根据权利要求3所述的一种核反应堆由任接铝合金氮化硅高压冷却设备，其特征是：所述的轴承紧固圈（75）一侧端面上有六个操作盲孔（76）。