CN106531239A - 一种用于重金属冷却反应堆的堆顶盖动密封装置及密封方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于重金属冷却反应堆的堆顶盖动密封装置，包括：基座，在所述基座上方形成有环形的动密封凹槽，所述动密封凹槽中盛放有铋‑锡合金；电加热系统，一端插入所述动密封凹槽的铋‑锡合金中；用于承载换料机构的堆顶旋塞，其至少形成有凹槽状边缘，所述凹槽状边缘与所述基座中的动密封凹槽相配合，并插入所述的动密封凹槽的铋‑锡合金中；顶部螺栓，采用中空结构，用于密封和固定温度传感器，温度传感器中的热电偶从螺栓中间插入动密封凹槽中，并浸没在铋‑锡合金中。本发明还公开了相应的方法。实现本发明，可以提高堆顶旋塞的密封性能，以及增强反应堆的安全性能。
Description
技术领域
本发明涉及重金属冷却反应堆技术领域，特别涉及一种用于重金属冷却反应堆的堆顶盖动密封装置及密封方法。
背景技术
在核反应堆的运行过程，每隔一定的周期需要进行换处理。例如在重金属反应堆中，采用堆内换料，堆顶盖需要相对主容器做相对运动，可能会面临重金属反应堆放射性和极毒物质外泄的问题，故需要采用密封措施。
在现有的技术中，在主容器与顶盖之间常常采用橡胶圈垫之类的进行密封，但是这种传统橡胶圈垫存在易受辐照、且高温容易老化的问题，故不能有效保证反应堆的安全性和可靠性。
故急需一种具有更高安全性及可靠性的密封结构或方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于重金属冷却反应堆的堆顶盖动密封装置及密封方法，可以有效提高重金属反应堆堆顶旋塞的密封性能，增强重金属冷却反应堆的安全性能。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种用于重金属冷却反应堆的堆顶盖动密封装置，包括：
设置于重金属冷却反应堆主容器上的基座，在所述基座上方形成有环形的动密封凹槽，所述动密封凹槽中盛放有铋-锡合金；
电加热系统，一端插入所述动密封凹槽的铋-锡合金中；
用于承载换料机构的堆顶旋塞，其通过轴承放置于所述基座上部，且所述堆顶旋塞至少形成有凹槽状边缘，所述凹槽状边缘与所述基座中的动密封凹槽相配合，并插入所述的动密封凹槽的铋-锡合金中；
顶部螺栓，其至少穿过所述堆顶旋塞的凹槽状边缘，用于固定温度传感器，同时起到密封的作用。
其中，所述顶部螺栓为一中空结构，在所述中空结构内设置有用于测量所述铋-锡合金的温度的温度传感器。
其中，所述顶部螺栓与所述堆顶旋塞之间进一步设置有密封圈。
其中，所述电加热系统包括金属管道和设置于所述金属管道内部的电热丝，所述电热丝用于加热所述铋-锡合金。
其中，在所述动密封凹槽外侧采用硅胶密封以防止氧化，在所述动密封凹槽内侧与反应堆的气体空间之间填充有氩气。
相应地，本发明实施例的另一方面，还提供一种用于重金属冷却反应堆的堆顶盖动密封方法，其在上述的密封装置中实现，所述方法包括如下步骤：
在反应堆堆芯换料时，使反应堆停堆冷却并消除堆内空间的放射性气体物质；
启动电加热系统对所述铋-锡合金进行加热，使其融化；
通过轴承的转动，使堆顶旋塞与主容器基座两者相对运动，让所述堆顶旋塞的凹槽状边缘在所述基座的动密封凹槽中能够旋转移动；
进行换料操作；
在换料完成后，停止电加热系统，使所述铋-锡合金自然冷却并凝固。
实施本发明，具有如下的有益效果：
首先，在本发明实施例中，堆顶旋塞与基座之间采用铋-锡合金材料进行密封，该铋-锡合金不易老化，同时具有动密封的能力，从而解决了重金属反应堆放射性和极毒物质外泄的问题，有效提高了反应堆的安全性和可靠性；
同时，在本发明实施例中，在顶部螺栓中设置专用的温度传感器，以及同时设置加热通道，其中，温度传感器能够探测合金温度，能够通过温度探测合金的相变；加热通道不直接与凹槽中的铋-锡合金接触，能够有效延长加热系统的寿命；从而提高了整个动密封装置的寿命和有效性；
综上，本发明实施例通过特定的结构布置，利用铋-锡合金的两相特性隔离堆内和堆外空间，有效降低放射性和极毒物质外泄可能性，同时提高了密封装置寿命，避免了传统橡胶圈垫受到辐照、高温容易老化的问题，有效提高反应堆的系统可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的一种用于重金属冷却反应堆的堆顶盖动密封装置的一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，示出了本发明提供的一种用于重金属冷却反应堆的堆顶盖动密封装置的一个实施例的结构示意图。在该实施例中，该堆顶盖动密封装置包括：
设置于重金属冷却反应堆主容器上的基座5，在所述基座5上方形成有环形的动密封凹槽8，所述动密封凹槽8中盛放有铋-锡合金4，可以理解的是，所述铋-锡合金4用于密封堆内堆外空间，其具有耐辐照、抗高温、熔点低的特点，平时反应堆运行时，铋-锡合金4处于凝固状态，能够有效填充堆顶旋塞7和主容器基座5之间的缝隙，隔离堆内与堆外空间；
电加热系统3，一端插入所述动密封凹槽8的铋-锡合金4中；
用于承载换料机构的堆顶旋塞7，其通过轴承6放置于所述基座5上部，且所述堆顶旋塞7至少形成有凹槽状边缘70，所述凹槽状边缘7与所述基座5中的动密封凹槽8相配合，并插入所述的动密封凹槽8的铋-锡合金4中；其中，基座5处于主容器上，动密封凹槽8坐落于基座5上，起到承载作用；轴承6为支撑堆顶旋塞7的作用，使得堆顶旋塞7与主容器能够相对移动；
顶部螺栓9，其至少穿过所述堆顶旋塞7的凹槽状边缘70，至少一端部插入所述动密封凹槽8的铋-锡合金4中，堆顶旋塞7用于承载换料机构，其为移动部件，其凹槽状边缘70实际作为动密封的一部分。
其中，所述顶部螺栓9为一中空结构，在所述中空结构内设置有用于测量所述铋-锡合金4的温度的温度传感器1。该顶部螺栓9可用于密封和固定温度传感器1，温度传感器1中的热电偶从螺栓中间插入动密封凹槽中，并浸没在铋-锡合金4中，该温度传感器1可以实时测量铋-锡合金4的温度；
其中，所述顶部螺栓9与所述堆顶旋塞7之间进一步设置有密封圈2，该密封圈2用于密封通过堆顶旋塞7顶部的顶部螺栓9。
其中，所述电加热系统3包括金属管道30和设置于所述金属管道30内部的电热丝31，所述电热丝31用于加热所述铋-锡合金4。其中，在反应堆启动换料操作时，在堆顶旋塞7工作期间，通过该电加热系统3的作用，使铋-锡合金4保持在液态；当换料操作结束后，且堆顶旋塞7复位后，停止该电加热系统3的加热，使使铋-锡合金4重新变为固体状态。
进一步的，为了加强密封效果，在所述动密封凹槽8外侧采用硅胶密封以防止氧化，在所述动密封凹槽8内侧与反应堆的气体空间之间填充有氩气。
相应地，本发明实施例还提供一种用于重金属冷却反应堆的堆顶盖动密封方法，其在如图1所示的堆顶盖动密封装置中实现，所述方法包括如下步骤：
在反应堆堆芯换料时，使反应堆停堆冷却并消除堆内空间的放射性气体物质；
启动电加热系统3对所述铋-锡合金4进行加热，使其融化；
通过轴承6的转动，使堆顶旋塞7与主容器基座5两者相对运动，让所述堆顶旋塞2的凹槽状边缘70在所述基座5的动密封凹槽8中能够旋转移动；
进行换料操作；
在换料完成后，通过轴承6的转动，使堆顶旋塞7与主容器基座5两者相对运动，让所述堆顶旋塞2的凹槽状边缘70重新旋转移动至原来的位置；
停止电加热系统3，使所述铋-锡合金4自然冷却并凝固。
实施本发明，具有如下的有益效果：
首先，在本发明实施例中，堆顶旋塞与基座之间采用铋-锡合金材料进行密封，该铋-锡合金不易老化，同时具有动密封的能力，从而解决了重金属反应堆放射性和极毒物质外泄的问题，有效提高了反应堆的安全性和可靠性；
同时，在本发明实施例中，在顶部螺栓中设置专用的温度传感器，以及同时设置加热通道，其中，温度传感器能够探测合金温度，能够通过温度探测合金的相变；从而提高了整个动密封装置的寿命和有效性；
综上，本发明实施例通过特定的结构布置，利用铋-锡合金的两相特性隔离堆内和堆外空间，有效降低放射性和极毒物质外泄可能性，同时提高了密封装置寿命，避免了传统橡胶圈垫受到辐照、高温容易老化的问题，有效提高反应堆的系统可靠性。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (6)
1.一种用于重金属冷却反应堆的堆顶盖动密封装置，其特征在于，包括：
设置于重金属冷却反应堆主容器上的基座（5），在所述基座（5）上方形成有环形的动密封凹槽（8），所述动密封凹槽（8）中盛放有铋-锡合金（4）；
电加热系统（3），一端插入所述动密封凹槽（8）的铋-锡合金（4）中；
用于承载换料机构的堆顶旋塞（7），其通过轴承（6）放置于所述基座（5）上部，且所述堆顶旋塞（7）至少形成有凹槽状边缘（70），所述凹槽状边缘7与所述基座（5）中的动密封凹槽（8）相配合，并插入所述的动密封凹槽（8）的铋-锡合金（4）中；
顶部螺栓（9），其至少穿过所述堆顶旋塞（7）的凹槽状边缘（70），用于密封温度传感器（1）与堆顶旋塞（7）之间的缝隙。
2.如权利要求1所述的一种用于重金属冷却反应堆的堆顶盖动密封装置，其特征在于，所述顶部螺栓（9）为一中空结构，在所述中空结构内设置有用于测量所述铋-锡合金（4）的温度的温度传感器（1）。
3.如权利要求2所述的一种用于重金属冷却反应堆的堆顶盖动密封装置，其特征在于，所述顶部螺栓（9）与所述堆顶旋塞（7）之间进一步设置有密封圈（2）。
4.如权利要求3所述的一种用于重金属冷却反应堆的堆顶盖动密封装置，其特征在于，所述电加热系统（3）包括金属管道（30）和设置于所述金属管道（30）内部的电热丝（31），所述电热丝（31）用于加热所述铋-锡合金（4）。
5.如权利要求4所述的一种用于重金属冷却反应堆的堆顶盖动密封装置，其特征在于，在所述动密封凹槽（8）外侧采用硅胶密封以防止氧化，在所述动密封凹槽（8）内侧与反应堆的气体空间之间填充有氩气。
6.一种用于重金属冷却反应堆的堆顶盖动密封方法，其在如权利要求1至5任一项的堆顶盖动密封装置中实现，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
在反应堆堆芯换料时，使反应堆停堆冷却并消除堆内空间的放射性气体物质；
启动电加热系统（3）对所述铋-锡合金（4）进行加热，使其融化；
通过轴承（6）的转动，使堆顶旋塞（7）与主容器基座（5）两者相对运动，让所述堆顶旋塞2的凹槽状边缘（70）在所述基座（5）的动密封凹槽（8）中能够旋转移动；
进行换料操作；
在换料完成后，停止电加热系统（3），使所述铋-锡合金（4）自然冷却并凝固。
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