CN106683719A - 核反应堆及双层套管结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及核反应堆及双层套管结构，双层套管结构包括内管和套设在内管外围的外管，内管形成第一通道，内管外和外管之间形成与第一通道隔绝第二通道。双层套管结构减少了反应堆各个主设备之间的距离，使小型堆结构更加紧凑，便于整体支撑的设计；大幅缩短了一回路系统的主管道长度，降低了主冷却剂在一回路系统循环过程中的热损失，使一回路系统更加紧凑，进一步地，采用双层套管结构的反应堆可实现整体起吊安装。

Description

核反应堆及双层套管结构

技术领域

本发明涉及核电领域，更具体地说，涉及一种核反应堆及双层套管结构。

背景技术

核电作为清洁能源，已经被广泛的建设应用。在传统的核电站中，如压水堆核电站，通常包括压力容器、蒸汽发生器、主泵、稳压器等主设备。在现有技术中，由于核电站的建设场地充足、规模较大，压力容器、蒸汽发生器、主泵之间通常都是通过长管道进行连接，设备进、出口均需设置连接管嘴。整个设备布置的间距较大，管道较长，所以设备占用空间较大。

在核电站运行过程中，需要由主管道来实现主冷却剂在核蒸汽供应系统中的循环流动。它是构成反应堆一回路循环流道的重要组成部分。一回路主冷却剂通过主管道、压力容器、蒸汽发生器、主泵等构成的封闭环路形成稳定流畅的流道，持续带走堆芯热量，并将热量传递给二次侧水产生需要的热蒸汽。

然而，随着用电的分散需求的增加，大型核电站的建设逐渐的被限制，慢慢的需要更多的小型化核电站。在小型化核电站中，由于小型化的限制，各主设备之间如果仍使用主管道、连接管嘴的结构进行连接，势必造成尺寸过大，无法适用需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种改进的核反应堆及双层套管结构。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种双层套管结构，所述双层套管结构包括内管和套设在所述内管外围的外管，所述内管形成第一通道，所述内管外和所述外管之间形成与所述第一通道隔绝的第二通道。

优选地，所述内管包括分别由所述外管的两端插入到所述外管内拼接的第一管段、第二管段，所述第一管段、第二管段两相对的端部之间密封配合。

优选地，所述第一管段、第二管段两相对的端部之间设有相互密封的密封机构，所述密封机构包括设置在所述第一管段的内端端部的密封段，所述密封段套设到所述第二管段内端端部外。

优选地，所述密封机构还包括设置在所述第二管段的内端外壁面上的密封圈，所述密封圈与所述密封段的内壁面配合。

优选地，所述第二管段的内端面与所述第一管段的内端面之间留有间隙。

优选地，所述外管的内壁上设有定位部，所述第一管段、第二管段的外壁面上设有与所述定位部对应卡合实现侧向定位的插接部。

优选地，所述定位部包括沿轴向设置的卡槽，所述插接部包括沿轴向设置与所述卡槽插接配合的卡台。

优选地，所述外管包括第三管段、第四管段，所述第三管段、第四管段拼接后连接，且拼接的端面密封。

优选地，所述第三管段、第四管段的内壁面上均设有所述定位部，所述第一管段、第二管段的外壁面上分别设有与所述第三管段、第四管段上的定位部对应的插接部。

优选地，所述第一管段的外端面设有侧向向外延伸设置、与外部连接的裙板。

优选地，所述内管偏离所述外管的中心设置。

优选地，所述裙板呈半圆形，所述裙板上设有与所述第一管段的内孔对应的通孔，所述裙板的弧形边缘与所述内管连接。

优选地，所述第二管段的外端面设有用于和外部连接的法兰板。

本发明还构造一种核反应堆，所述核反应堆包括至少两个腔室，每一所述腔室内分别设有连通的两个容腔，两个所述腔室之间连接有所述的双层套管结构；

所述第一通道的两端分别与对应端所述腔室的其中一个容腔连通，所述第二通道的两端分别与对应端所述腔室的另外一个容腔连通，以在所述双层套管结构两端的两个所述腔室之间形成相应的循环回路供冷却剂循环回流。

优选地，所述腔室包括主泵、压力容器、以及蒸汽发生器对应的腔室，所述压力容器与所述蒸汽发生器之间连接有所述双层套管结构；和/或，

所述主泵与所述压力容器、所述蒸汽发生器中的一个之间连接有所述双层套管结构；

以在所述主泵提供冷却剂循环动力时，所述主泵、压力容器、以及蒸汽发生器内的各容腔之间形成相应的循环回流。

优选地，所述内管包括分别由所述外管的两端插入到所述外管内拼接的第一管段、第二管段，所述第一管段的外端面设有侧向向外延伸设置、与外部连接的裙板。

优选地，所述内管偏离所述外管的中心设置；所述裙板呈半圆形，所述裙板上设有与所述第一管段的内孔对应的通孔，所述裙板的弧形边缘与所述内管连接。

优选地，所述第二管段的外端面设有用于和外部连接的法兰板。

实施本发明的核反应堆及双层套管结构，具有以下有益效果：本发明的核反应堆及双层套管结构减少了反应堆各个主设备之间的距离，使小型堆结构更加紧凑，便于整体支撑的设计；同时，大幅缩短了一回路系统的主管道长度，降低了主冷却剂在一回路系统循环过程中的热损失，也使整个一回路系统更加紧凑，进一步地，采用双层套管结构的反应堆可实现整体起吊安装，相对大堆分设备分别就位并最后焊接的模式更加高效快捷。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例中的核反应堆通过双层套管结构连接的结构示意图；

图2是图1中的双层套管结构的剖面示意图；

图3是图1中的双层套管结构的内部结构立体示意图；

图4是图3中的局部视图C的放大示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本发明一个优选实施例中的核反应堆包括两个腔室，每一腔室内分别设有连通的两个容腔，双层套管结构4连接在两个腔室之间。腔室可以分别为核反应堆的主泵1、蒸汽发生器2、压力容器3其中的一个，双层套管结构4让核反应堆的各主设备的容腔之间连通。

如图2所示，双层套管结构4内形成有并排且相互隔离的第一通道A、第二通道B，第一通道A的两端分别与对应端腔室的其中一个容腔连通，第二通道B的两端分别与对应端腔室的另外一个容腔连通，以在双层套管结构4两端的两个腔室之间形成相应的循环回路供冷却剂循环回流，在整个一回路上形成流通。

核反应堆的各主设备之间采用双层套管结构4，减少了各个主设备之间的距离，使小型堆结构更加紧凑，便于整体支撑的设计。同时，大幅缩短了一回路系统的主管道长度，降低了主冷却剂在一回路系统循环过程中的热损失，也使整个一回路系统更加紧凑，进一步地，采用双层套管结构4的反应堆可实现整体起吊安装，相对大堆分设备分别就位并最后焊接的模式更加高效快捷。

双层套管结构4包括内管41和套设在内管41外的外管42，内管41内形成第一通道A、内管41外壁面和外管42内壁面间形成第二通道B；第一通道A与第二通道B相互隔绝，在循环回流过程中，可以保证内管41的内外两侧的通道之间不会产生泄漏。

优选地，内管41包括分别由外管42的两端插入到外管42内拼接的第一管段411、第二管段412，第一管段411、第二管段412两相对的端部之间密封配合。内管41分段设置，可以让第一管段411、第二管段412从两端安装到外管42内，且第一管段411、第二管段412通过可拆结构与外管42或相邻设备内的构件相连，便于拆装检修。

第一管段411、第二管段412两相对的端部之间设有相互密封的密封机构43，避免拼接位置出现泄漏。密封机构43包括设置在第一管段411的内端端部的密封段431，密封段431套设到第二管段412内端端部外，第二管段412插入到密封段431内，密封段431与第二管段412之间形成密封。

进一步地，密封机构43还包括设置在第二管段412的内端外壁面上的密封圈432，密封圈432与密封段431的内壁面配合，在密封段431和第二管段412之间形成密封。在其他实施例中，密封段431和第二管段412之间也可采用其他密封结构，以能保证第一管段411、第二管段412之间插装配合的方式和插装后的密封效果即可。

第二管段412的内端面与第一管段411的内端面之间留有间隙，以允许内管41在轴向方向的变形，消除热应力。当外管42材质的热线膨胀率比第一管段411、第二管段412的小时，在第一管段411、第二管段412安装完毕后，端面接头处存在一个安装间隙，可以满足管道一定温度下内管41相对于外管42产生额外的轴向膨胀，间隙的大小可根据应用场合任意调节。

同理，当外管42材质的热线膨胀率比第一管段411、第二管段412的大时，还可以在安装完毕后完全压紧，让端面接头处的间隙为零。在一定温度下，第一管段411、第二管段412之间可以产生间隙，满足内管41相对于外管42产生额外的轴向收缩。以上两种情况下消除管道热应力，具有热补偿作用，可实现内管41发生一定轴向热膨胀位移的工况下能消除额外热应力，有效消除了端部连接法兰应力过大的问题，保证密封结构功能性。

利用第一管段411、第二管段412插接配合的结构方式，在便于第一管段411、第二管段412拆装的同时，还可在插接位置上设置多种密封结构形式，实现插接位置的密封，插接位置的密封结构也便于更换，利于电站后期的运行维护。

进一步地，结合图3、图4所示，外管42的内壁上设有定位部421，第一管段411、第二管段412的外壁面上设有与定位部421对应卡合实现侧向定位的插接部413。在第一管段411、第二管段412分别从外管42的两端插入后，插接部413与定位部421配合，实现第一管段411、第二管段412的侧向定位，保证第一管段411、第二管段412插入后不会出现晃动。

进一步地，定位部421包括沿轴向设置的卡槽，插接部413包括沿轴向设置与卡槽插接配合的卡台。在其他实施例中，卡槽和卡台的位置也可调换。

在一些实施例中，为了便于安装和加工，外管42包括第三管段422、第四管段423，腔室上分别设有与第三管段422、第四管段423对应的开孔。优选地，第三管段422、第四管段423分别与对应端的腔室为一体结构，第三管段422、第四管段423由腔室上开孔位置的管嘴形成，这样既减少了主管道的环焊缝数量，也避免了传统压水堆中主管道安全端焊接的难题，改善了焊缝的机械性能，从而减少了现场安装工作量。

在其他实施例中，第三管段422、第四管段423也可通过焊接或法兰连接等方式固定到对应腔室上，与开孔连通。

将第三管段422、第四管段423伸出的端部拼接，通常，第三管段422、第四管段423拼接连通后，在拼接位置用焊接等方式连接固定。在其他实施例中，第三管段422、第四管段423也可通过法兰结构连接。

优选地，第三管段422、第四管段423的内壁面上均设有定位部421，第一管段411、第二管段412的外壁面上分别设有与第三管段422、第四管段423上的定位部421对应的插接部413。

在第一管段411、第二管段412从两端插入外管42后，可以从第一管段411、第二管段412的外端将其固定。优选地，第一管段411的外端面设有侧向向外延伸设置、与外部连接的裙板414。裙板414可以与外管42的端部连接，也可以与腔室内的其他结构连接。

为了尽量减小对第二通道B内流体的流动影响，可以让内管41偏离外管42的中心设置。对应的，裙板414呈半圆形，裙板414上设有与第一管段411的内孔对应的通孔，让第一管段411的外端与外部连通，裙板414的弧形边缘与内管41连接。

半圆形的裙板414可以保证外管42的端面有一半的横断面可以供流体进出。通常，裙板414可以同时与外管42的端部和腔室内的结构焊接固定，裙板414也可可拆卸安装。在其他实施例中，内管41也可与外管42同轴设置。

进一步地，第二管段412的外端面设有用于和外部连接的法兰板415，法兰板415与腔室内的结构可拆卸连接。第一管段411、第二管段412中至少有一个是可拆卸安装，以，便于后期的维护检修。

内管41从外管42中通过，可以使压力容器3、主泵1和蒸汽发生器2等腔室两侧的主冷却剂进出口均位于同一管嘴中，减少了压力容器3、蒸汽发生器2和主泵1等主设备的开孔数量，便于加工制造。

再如图1所示，本发明一个优选实施例中的核反应堆包括主泵1、压力容器3、蒸汽发生器2，压力容器3与蒸汽发生器2之间连接有双层套管结构4；主泵1与压力容器3之间连接有双层套管结构4，以在主泵1提供冷却剂循环动力时，主泵1、压力容器3、以及蒸汽发生器2内的各容腔之间形成相应的循环回流。

结合图4所示，双层套管结构4包括内管41和套设在内管41外围的外管42，内管41形成第一通道A，内管41外和外管42之间形成与第一通道A隔绝的第二通道B。

内管41包括分别由外管42的两端插入到外管42内拼接的第一管段411、第二管段412，第一管段411的外端面设有侧向向外延伸设置、与外部连接的裙板414。

内管41偏离外管42的中心设置；裙板414呈半圆形，裙板414上设有与第一管段411的内孔对应的通孔，裙板414的弧形边缘与内管41连接，也可与腔室连接，或同时与内管41、腔室连接。

进一步地，第二管段412的外端面设有用于和外部连接的法兰板415。

在其他实施例中，主泵1也可与蒸汽发生器2连接，在主泵1与蒸汽发生器2之间连接有双层套管结构4。当然，也可根据具体结构，只在主泵1与压力容器3之间连接双层套管结构4，或只在主泵1与蒸汽发生器2之间连接双层套管结构4，或只在压力容器3和蒸汽发生器2之间连接双层套管结构4。

可以理解地，上述各技术特征可以任意组合使用而不受限制。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (15)

1.一种用于核反应堆的双层套管结构（4），其特征在于，所述双层套管结构（4）包括内管（41）和套设在所述内管（41）外围的外管（42），所述内管（41）形成第一通道（A），所述内管（41）外和所述外管（42）之间形成与所述第一通道（A）隔绝的第二通道（B）。

2.根据权利要求1所述的用于核反应堆的双层套管结构（4），其特征在于，所述内管（41）包括分别由所述外管（42）的两端插入到所述外管（42）内拼接的第一管段（411）、第二管段（412），所述第一管段（411）、第二管段（412）两相对的端部之间密封配合。

3.根据权利要求2所述的用于核反应堆的双层套管结构（4），其特征在于，所述第一管段（411）、第二管段（412）两相对的端部之间设有相互密封的密封机构（43），所述密封机构（43）包括设置在所述第一管段（411）的内端端部的密封段（431），所述密封段（431）套设到所述第二管段（412）内端端部外；

所述密封机构（43）还包括设置在所述第二管段（412）的内端外壁面上的密封圈（432），所述密封圈（432）与所述密封段（431）的内壁面配合。

4.根据权利要求2或3所述的用于核反应堆的双层套管结构（4），其特征在于，所述第二管段（412）的内端面与所述第一管段（411）的内端面之间留有间隙。

5.根据权利要求2或3所述的用于核反应堆的双层套管结构（4），其特征在于，所述外管（42）的内壁上设有定位部（421），所述第一管段（411）、第二管段（412）的外壁面上设有与所述定位部（421）对应卡合实现侧向定位的插接部（413）；

所述定位部（421）包括沿轴向设置的卡槽，所述插接部（413）包括沿轴向设置与所述卡槽插接配合的卡台。

6.根据权利要求5所述的用于核反应堆的双层套管结构（4），其特征在于，所述外管（42）包括第三管段（422）、第四管段（423），所述第三管段（422）、第四管段（423）拼接后连接，且拼接的端面密封。

7.根据权利要求6所述的用于核反应堆的双层套管结构（4），其特征在于，所述第三管段（422）、第四管段（423）的内壁面上均设有所述定位部（421），所述第一管段（411）、第二管段（412）的外壁面上分别设有与所述第三管段（422）、第四管段（423）上的定位部（421）对应的插接部（413）。

8.根据权利要求2或3所述的用于核反应堆的双层套管结构（4），其特征在于，所述第一管段（411）的外端面设有侧向向外延伸设置、与外部连接的裙板（414）。

9.根据权利要求8所述的用于核反应堆的双层套管结构（4），其特征在于，所述内管（41）偏离所述外管（42）的中心设置。

10.根据权利要求9所述的用于核反应堆的双层套管结构（4），其特征在于，所述裙板（414）呈半圆形，所述裙板（414）上设有与所述第一管段（411）的内孔对应的通孔，所述裙板（414）的弧形边缘与所述内管（41）连接。

11.根据权利要求2或3所述的用于核反应堆的双层套管结构（4），其特征在于，所述第二管段（412）的外端面设有用于和外部连接的法兰板（415）。

12.一种核反应堆，所述核反应堆包括至少两个腔室，每一所述腔室内分别设有供冷却剂依次流通的两个容腔，其特征在于，两个所述腔室之间连接有权利要求1至11任一项所述的双层套管结构（4）；

所述第一通道（A）的两端分别与对应端所述腔室的其中一个容腔连通，所述第二通道（B）的两端分别与对应端所述腔室的另外一个容腔连通，以在所述双层套管结构（4）两端的两个所述腔室之间形成相应的循环回路供冷却剂循环回流。

13.根据权利要求12所述的核反应堆，所述腔室包括主泵（1）、压力容器（3）、以及蒸汽发生器（2）对应的腔室，其特征在于，所述压力容器（3）与所述蒸汽发生器（2）之间连接有所述双层套管结构（4）；和/或，

所述主泵（1）与所述压力容器（3）、所述蒸汽发生器（2）中的一个之间连接有所述双层套管结构（4）；

以在所述主泵（1）提供冷却剂循环动力时，所述主泵（1）、压力容器（3）、以及蒸汽发生器（2）内的各容腔之间形成相应的循环回路。

14.根据权利要求12或13所述的核反应堆，其特征在于，所述双层套管结构（4）的内管（41）包括分别由所述外管（42）的两端插入到所述外管（42）内拼接的第一管段（411）、第二管段（412），所述第一管段（411）的外端面设有周缘向外延伸设置、与外部连接的裙板（414）；

所述内管（41）偏离所述外管（42）的中心设置；所述裙板（414）呈半圆形，所述裙板（414）上设有与所述第一管段（411）的内孔对应的通孔；所述裙板（414）与其对接的所述腔室的一容腔的进口密封相接，以隔绝所述第二通道（B）与该容腔；

所述裙板（414）的弧形边缘与所述内管（41）连接。

15.根据权利要求14所述的用于核反应堆的双层套管结构（4），其特征在于，所述第二管段（412）的外端面设有用于和外部连接的法兰（415）；所述法兰（415）与其对接的所述腔室的一容腔的进口密封相接，以隔绝所述第二通道（B）与该容腔。