CN106601312B - 一种ads集成堆顶结构及核能发电设备 - Google Patents

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Abstract

本发明创造提供了一种ADS集成堆顶结构，堆顶法兰与压力容器的上边沿密封连接，所述堆顶法兰的中部设置有中心筒体，中心筒体的一侧靠近中心筒体的堆顶法兰上设置有用于放置提升装置的提升装置筒体，堆顶法兰上围绕着中心筒体和提升装置筒体的外侧分布有若干根用于给ADS充气的充气管，堆顶法兰上还设置有蒸汽发生器筒体和冷却剂净化装置。本发明创造提供了一种安全可靠、结构紧凑、操作便利的ADS堆顶结构，可以有效地提高ADS堆顶的空间利用率，减小ADS的尺寸，同时充分实现ADS反应堆的各项功能，保证了反应堆运行的可靠性以及操作可行性。

Description

一种ADS集成堆顶结构及核能发电设备
技术领域
本发明创造属于核技术领域，尤其是涉及一种用于ADS铅铋堆的集成堆顶结构及核能发电设备。
背景技术
目前在ADS堆顶装置的设计中，存在着设计复杂，结构尺寸大，操作便利性差等问题。ADS的反应堆使用的设备要求结构紧凑，可靠性高，安全性好，便于操作。
发明内容
有鉴于此，本发明创造旨在提出一种用于铅铋堆ADS的集成堆顶结构，以解决上述问题。
为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：
一种ADS集成堆顶结构，堆顶法兰与压力容器的上边沿密封连接，所述堆顶法兰的中部设置有中心筒体，中心筒体的一侧靠近中心筒体的堆顶法兰上设置有用于放置提升装置的提升装置筒体，堆顶法兰上围绕着中心筒体和提升装置筒体的外侧分布有若干根用于给ADS充气的充气管，堆顶法兰上还设置有蒸汽发生器筒体和冷却剂净化装置。
进一步的，所述中心筒体与堆顶法兰同轴心。
进一步的，所述与中心筒体的上端对应的法兰上设置有转运机通道、燃料元件检测系统和螺旋塞。
进一步的，所述充气管不均匀分布。
进一步的，所述冷却剂净化装置的数量为两个，冷却剂净化装置设置在中心筒体的侧部，冷却剂净化装置与提升装置筒体相对设置。
进一步的，所述蒸汽发生器筒体的数量为四个，蒸汽发生器筒体为椭圆形，蒸汽发生器筒体对称设置，每两个蒸汽发生器筒体围绕着中心筒体设置在中心筒体侧部的提升装置筒体与冷却剂净化装置之间的堆顶法兰上。
进一步的，所述压力容器的壳体上部为Y型结构，压力容器的壳体上部分支为外壳体和内壳体，内壳体沿着壳体的长度方向向上延伸，外壳体朝着远离内壳体的斜上方延伸，外壳体的上边沿设置有用于与安全壳固接的第一法兰盘，内壳体的上边沿设置有第二法兰盘，堆顶法兰固接在第二法兰盘上。
进一步的，所述堆顶法兰与压力容器的上边沿通过螺栓连接，压力容器的上边沿与堆顶法兰之间设置有用于密封的O型环。
一种核能发电设备，包括上述的ADS集成堆顶结构。
相对于现有技术，本发明创造所述的一种ADS集成堆顶结构具有以下优势：
本发明创造提供了一种安全可靠、结构紧凑、操作便利的ADS堆顶结构，可以有效地提高ADS堆顶的空间利用率，减小ADS的尺寸，同时充分实现ADS反应堆的各项功能，保证了反应堆运行的可靠性以及操作可行性。
附图说明
构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：
图1为本发明创造实施例的安全壳系统的纵向剖视图；
图2为本发明创造实施例的安全壳系统的立体图；
图3为本发明创造实施例的安全壳与压力容器的纵向剖视图；
图4为本发明创造实施例所述的风冷装置的立体图；
图5中图a为本发明创造实施例所述的风冷装置的主视图，图b为图a中I处的放大图，图c为图a中的II处的放大图；
图6为本发明创造实施例所述的换热道的内部结构示意图；
图7为本发明创造实施例所述的风冷装置的主视图；
图8为本发明创造实施例所述的安全壳与风冷装置的爆炸图；
图9为本发明创造实施例的压力容器与堆顶装置的结构示意图；
图10为本发明创造实施例的压力容器与堆顶装置的轴线处的纵向剖视图；
图11为本发明创造实施例的压力容器与堆顶装置的俯视图；
图12为本发明创造实施例的堆顶法兰与压力容器连接处的放大图。
附图标记说明：
101-环体；1011-外换热通道；1012-内换热通道；1013-隔板；1014-第一人孔；1015-U型槽；102-气体通道外管；103-气体通道内管；104-冷却管；105-保温棉；106-第一加强板；107-第二加强板；108-第三加强板；109-水平支撑；110-竖直支撑；201-安全壳；202-凸台；2021-第二人孔；2022-凸台加强板；203-环形罩；204-在役检查通道；301-压力容器；3011-内壳体；3012-外壳体；3013-第一法兰盘；3014-第二法兰盘；302-流量分配环板；3021-流量分配孔；401-堆顶法兰；402-中心筒体；403-提升装置筒体；404-充气管；405-蒸汽发生器筒体；406-冷却剂净化装置；407-螺栓；408-O型环。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。
如图1至12所示，一种ADS(accelerator driven sub-critical system,加速器驱动次临界系统)安全壳201系统，安全壳201为开口朝上的敞口容器，贴覆着安全壳201的内壁设置有与安全壳201对应的敞口的压力容器301，安全壳201与压力容器301固接。压力容器301的内部底部中间设置有流量分配环板302(如图1、3)，流量分配环板302的环壁上开设有若干流量分配孔3021，安全壳201的外部设置有风冷装置。部分流量分配孔3021的孔径不同，流量分配孔3021在环壁上不均匀分布，采用这样的结构实现流量的调节。压力容器301的壳体上部分支为外壳体3012和内壳体3011，内壳体3011沿着壳体的长度方向向上延伸，外壳体3012朝着远离内壳体3011的斜上方延伸，外壳体3012的上边沿设置有用于与安全壳201固接的第一法兰盘3013，内壳体3011的上边沿设置有用于安装堆顶法兰401的第二法兰盘3014。外壳体3012的高度高于内壳体3011的高度。安全壳201的安全壳201壳体的靠近敞口端的外壁圆周上设置有突出于外壁的凸台202，凸台202的上端面设置有若干用于内部检修的第二人孔2021，第二人孔2021沿着凸台202的上端面均匀分布。凸台202内部空心，凸台202内部空心中设置有若干凸台加强板2022，靠近凸台202侧壁的凸台202的下端面上设置有突出于凸台202下端面的环形罩203，环形罩203与凸台202同轴心。第二人孔2021的数量为八个。安全壳201上设置有水平设置的在役检查通道204。在役检查通道204的数量为四个，在役检查通道204的轴线在同一个平面内，在役检查通道204围绕着安全壳201的圆周均匀分布。
如图4至8所示，风冷装置包括空心的环体101，空心为换热道。环体101嵌于环形罩203内。换热道内设置有环形的隔板1013，隔板1013将换热道分为相互独立的外换热通道1011和内换热通道1012。环体101远离轴心的外侧壁上固接有与外换热通道1011连通的气体通道外管102，气体通道外管102内部设置有气体通道内管103，气体通道内管103的外管径小于气体通道外管102的内管径，气体通道内管103与气体通道外管102之间留有空隙。气体通道内管103的一端固接在隔板1013的外侧壁上，气体通道内管103与内换热通道1012连通。气体通道内管103与气体通道外管102的数量分别为四个，气体通道内管103与气体通道外管102沿着环体101的轴线均匀分布。外换热通道1011和内换热通道1012通过U型结构的冷却管104连通形成换热回路，冷却管104的一端穿过环体101的下侧壁后伸入外换热通道1011内，冷却管104的另外一端穿过环体101的下侧壁后伸入内换热通道1012内，冷却管104设置有若干个，冷却管104在环体101的下侧壁上围绕着环体101的轴线均匀分布。气体通道内管103与气体通道外管102的轴线平行，气体通道内管103与气体通道外管102的轴线分别与环体101的轴线垂直，为了保障换气的通畅性，气体通道内管103在气体通道外管102内偏心设置。隔板1013的下端固接有环形的第一加强板106，第一加强板106固接在换热道内壁上，位于外换热通道1011内的第一加强板106上固接有两个与其垂直的第二加强板107，两个第二加强板107的中部固接有与第一加强板106平行的第三加强板108，第三加强板108的自由端与隔板1013位于外换热通道1011内的侧壁固接。第三加强板108的数量为四个，第三加强板108围绕着隔板1013位于外换热通道1011内的侧壁对称分布，相对应的第二加强板107的数量为八个。
如图5所示，冷却管104的两个平行部分之间设置有用于隔热的保温棉105，保温棉105通过水平支撑109和竖直支撑110固定在冷却管104的两个平行部分之间。水平支撑109设置在靠近冷却管104下端的两个平行部分之间，水平支撑109的两端分别与冷却管104的两个平行部分的相对的侧壁固接，保温棉105的下端固接在水平支撑109上，保温棉105的上端固接在环体101的下侧壁上，竖直支撑110的一端与水平支撑109固接，竖直支撑110的另外一端与环体101的下侧壁固接，保温棉105的侧端面固接在竖直支撑110上。
如图4至8所示，环体101的上侧壁上开设有若干沿着环体101的上侧壁均匀分布的第一人孔1014，第一人孔1014与第二人孔2021对应。环体101的没有设置第一人孔1014的上侧壁上开设有若干均匀分布的用于放置在役检查通道204的U型槽1015。U型槽1015设置在相邻的两个气体通道外管102之间，四个U型槽1015将环体101分为相等的四部分。U型槽1015的数量与在役检查通道204的数量相对应。U型槽1015设置在两个气体通道外管102之间的环体101上。冷却管104伸入内换热通道1012内部的端部与内换热通道1012的内部底壁齐平。环体101设置在安全壳201的侧壁上部，环体101的上端面与凸台202的下端面相配合，冷却管104的最下端与安全壳201的最下端齐平。
风冷装置的工作原理：在安全壳201正常运行的过程中，风扇将冷空气从气体通道内管103中进入，冷空气进入冷却管104，安全壳201外壁与冷却管104相邻，二者进行热量交换。安全壳201系统外壁将产生的余热传给冷却管104，冷却管104通过另一个出口，将热空气排放到外换热通道1011内，然后通过气体通道外管102将热量排出，实现了热量交换。
如图9至12所示，压力容器301的上边沿固接有堆顶法兰401，堆顶法兰401不只有各功能部件。堆顶法兰401通过螺栓407和压力壳的上边沿连接，并通过O型环408实现密封。O型环408保证压力容器301与堆顶结构共同构成的压力边界的密封性。螺栓407与堆顶法兰401的连接保证了ADS堆顶装置整体的可拆，可以在不更换压力容器301的情况下，更换ADS的堆顶装置以及芯体。堆顶法兰401上各装置与压力容器301共同构成一回路的压力边界。堆顶中心筒体402位于堆顶法兰401的中部并且与堆顶法兰401同轴线。堆顶的中心筒体402正下方对应于反应堆堆芯。与中心筒体402对应的法兰上布置有转运机通道、燃料元件检测系统、螺旋塞等部件，能够对反应堆堆芯的运行状况进行实时监测和控制。位于堆顶中心筒体402的右侧，设置有提升装置筒体403。提升装置布置于提升装置筒体403内，提升装置向下延伸与反应堆堆芯位于同一内部腔体内。利用提升装置，可以方便的更换反应堆堆芯的燃料元件，操作便利。在中心筒体402和提升装置筒体403的外侧，不均匀的分布若干根充气管404。充气管404的作用是为ADS充气，使得ADS压力容器301上部充满气体，以防止位于压力容器301中下部的铅铋液体挥发或流出。铅铋具有很大的毒性，因此需要通过气体隔离确保铅铋不外溢。位于中心筒体402的左侧，为两个冷却剂净化装置406。冷却剂净化装置406用于对ADS冷却剂液态铅铋合金的净化。分布于堆顶法兰401周边的四个长圆形筒体，是蒸汽发生器筒体405。蒸汽发生器与反应堆的一体化布置，有利于及时将反应堆反应产生的热量带出，降低反应堆的温度。同时，避免了将一回路的铅铋液体引出到反应堆压力容器301外，保证了ADS的安全性。蒸汽发生器筒体405设计为长圆形结构，可以充分利用堆顶法兰401的剩余空间，提高热交换效率。堆顶装置整体安装于ADS压力容器301上。堆顶装置布置于压力容器301的内壳体3011上边沿。
一种核设施，包括上述的安全壳201系统。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种ADS集成堆顶结构，其特征在于：堆顶法兰(401)与压力容器(301)的上边沿密封连接，堆顶法兰(401)与压力容器(301)可拆卸连接，所述堆顶法兰(401)的中部设置有中心筒体(402)，中心筒体(402)的一侧靠近中心筒体(402)的堆顶法兰(401)上设置有用于放置提升装置的提升装置筒体(403)，堆顶法兰(401)上围绕着中心筒体(402)和提升装置筒体(403)的外侧分布有若干根用于给ADS充气的充气管(404)，堆顶法兰(401)上还设置有蒸汽发生器筒体(405)和冷却剂净化装置(406)。
2.根据权利要求1所述的ADS集成堆顶结构，其特征在于：所述中心筒体(402)与堆顶法兰(401)同轴心。
3.根据权利要求1所述的ADS集成堆顶结构，其特征在于：与中心筒体(402)的上端对应的法兰上设置有转运机通道、燃料元件检测系统和螺旋塞。
4.根据权利要求1所述的ADS集成堆顶结构，其特征在于：所述充气管(404)不均匀的分布。
5.根据权利要求1所述的ADS集成堆顶结构，其特征在于：所述冷却剂净化装置(406)的数量为两个，冷却剂净化装置(406)设置在中心筒体(402)的侧部，冷却剂净化装置(406)与提升装置筒体(403)相对设置。
6.根据权利要求1所述的ADS集成堆顶结构，其特征在于：所述蒸汽发生器筒体(405)的数量为四个，蒸汽发生器筒体(405)为椭圆形，蒸汽发生器筒体(405)对称设置，每两个蒸汽发生器筒体(405)围绕着中心筒体(402)设置在中心筒体(402)侧部的提升装置筒体(403)与冷却剂净化装置(406)之间的堆顶法兰(401)上。
7.根据权利要求1所述的ADS集成堆顶结构，其特征在于：所述压力容器(301)的壳体上部为Y型结构，压力容器(301)的壳体上部分支为外壳体(3012)和内壳体(3011)，内壳体(3011)沿着壳体的长度方向向上延伸，外壳体(3012)朝着远离内壳体(3011)的斜上方延伸，外壳体(3012)的上边沿设置有用于与安全壳(201)固接的第一法兰盘(3013)，内壳体(3011)的上边沿设置有第二法兰盘(3014)，堆顶法兰(401)固接在第二法兰盘(3014)上。
8.根据权利要求1所述的ADS集成堆顶结构，其特征在于：所述堆顶法兰(401)与压力容器(301)的上边沿通过螺栓(407)连接，压力容器(301)的上边沿与堆顶法兰(401)之间设置有用于密封的O型环(408)。
9.一种核能发电设备，其特征在于：包括权利要求1至8任一项所述的ADS集成堆顶结构。
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