CN106855157A - 双层套管结构及核反应堆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及核反应堆及其双层套管结构和回路管道的密封结构，管道包括第一管段、第二管段。密封结构包括在第一管段与第二管段相对的一端设置的第一密封头，以及在第二管段上向第一管段伸出设置的第二密封头。第一密封头与第二管段相对的端面沿周向设有第一密封部；第二密封头包括第一端密封固定在第二管段上、可轴向弹性伸缩的弹性预紧件，以及设置在弹性预紧件的第二端、与第一密封部相对的第三密封部。弹性预紧件提供轴向预紧力将第三密封部向第一密封部抵压形成端面密封或线密封。本发明的密封结构既保证了密封性能，又便于第一管段与第二管段的拆装，提升了拆装和检修效率。

Description

双层套管结构及核反应堆

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其双层套管结构和回路管道的密封结构。

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。

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其双层套管结构和回路管道的密封结构。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种用于核反应堆回路管道的密封结构，所述管道包括第一管段、第二管段，；

所述密封结构包括在所述第一管段与所述第二管段相对的一端设置的第一密封头，以及在所述第二管段上向所述第一管段伸出设置的第二密封头；

所述第一密封头与所述第二管段相对的端面沿周向设有第一密封部；

所述第二密封头包括第一端密封固定在所述第二管段上、可轴向弹性伸缩的弹性预紧件，以及设置在所述弹性预紧件的第二端、与所述第一密封部相对的第三密封部；

所述弹性预紧件提供轴向预紧力将所述第三密封部向所述第一密封部抵压形成端面密封或线密封。

优选地，所述第一密封部包括在所述第一密封头的端面沿周圈设置的内凹结构，所述第三密封部包括沿周圈设置、并与所述内凹结构对应插接配合的凸起结构，所述内凹结构与所述凸起结构外形对应；或

所述第一密封部包括在所述第一密封头的端面沿周圈设置的凸起结构，所述第三密封部包括沿周圈设置、并与所述凸起结构对应插接配合的内凹结构，所述凸起结构与所述内凹结构外形对应；或，

所述第一密封部包括在所述第一密封头的端面沿周圈设置的凹凸结构，所述第三密封部包括沿周圈设置、并与所述凹凸结构对应插接配合的凸凹结构，所述凹凸结构与所述凸凹结构外形对应。

优选地，所述第一密封部包括相对轴向倾斜的第一密封面，所述第三密封部包括相对轴向倾斜的第二密封面，所述第一密封面、第二密封面均沿周圈设置，且位置对应，以相互抵靠密封。

优选地，所述第一密封部包括在所述第一密封头的端面沿周圈设置的密封槽，所述密封槽的断面为V形；

所述第三密封部为沿周圈设置的密封圈，所述密封圈包括沿周圈设置并与所述密封槽对应配合的凸起，所述凸起的断面外形为与所述密封槽外形对应的锥形或球面。

优选地，所述弹性预紧件为管状，且侧壁的断面外形为波纹形、C形、U形中的一种或组合。

优选地，所述第一管段、第二管段的端面相对，且所述第一管段、第二管段两相对的端面之间留有间隙。

优选地，所述第一管段、第二管段两相对的端面上分别设有相互定位的定位台阶。

优选地，所述第二密封头还包括安装在所述第二管段上的第四密封部，所述第四密封部沿周圈设置，所述第三密封部、第四密封部分别位于所述弹性预紧件的轴向两端；

所述第三密封部上设有向所述弹性预紧件的第一端延伸设置的套筒，所述套筒伸出的一端的周圈与所述第四密封部的周圈密封配合。

优选地，所述第一密封头、第二密封头分别位于所述第一管段、第二管段的外侧面，所述弹性预紧件位于所述套筒内侧，所述第四密封部的外圈与所述套筒的内壁面配合；或，

所述第一密封头、第二密封头分别位于所述第一管段、第二管段的内侧面，所述弹性预紧件位于所述套筒外侧，所述第四密封部的内圈与所述套筒的外壁面配合。

本发明还构造一种用于核反应堆的双层套管结构，所述双层套管结构包括内管和套设在所述内管外的外管，所述内管包括相插接的第一管段、第二管段，所述第一管段、第二管段之间采用所述的管道密封结构。

本发明还构造一种核反应堆，包括至少两个腔室，还包括连接在所述两个腔室之间的所述的双层套管结构，所述内管内形成第一通道、所述内管外壁面和所述外管内壁面间形成第二通道；所述第一通道与所述第二通道相互隔绝。

实施本发明的核反应堆及其双层套管结构和回路管道的密封结构，具有以下有益效果：本发明的密封结构在第一管段与第二管段插装到指定位置后，通过弹性预紧件自身变形提供的预紧力实现第一密封部、第三密封部相抵压靠紧形成端面密封，对第一管段、第二管段固定，即可完成第一管段与第二管段的连接，安装方便，拆除时将第一管段与第二管段左右分开，使第一密封头、第二密封头分离即可进行相关检查和维修工作，既保证了密封性能，又提升了拆装效率。

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双层套管结构的剖面结构示意图；

图2是图1中的局部视图C的放大示意图；

图3是本发明实施例中的核反应堆的主泵、蒸汽发生器、压力容器之间的连接有双层套管结构时的结构示意图。

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用于核反应堆回路管道的密封结构的管道包括第一管段411、第二管段412，第一管段411、第二管段412对接的位置采用管道密封结构保证密封性和安装的便捷性。

进一步地，密封结构采用以下结构实现密封，密封结构包括在第一管段411与第二管段412相对的一端设置的第一密封头413，以及在第二管段412上向第一管段411伸出设置的第二密封头414。第一密封头413与第二管段412相对的端面沿周向设有第一密封部4131。第二密封头414包括第一端密封固定在第二管段412上、可轴向弹性伸缩的弹性预紧件4141，以及设置在弹性预紧件4141的第二端、与第一密封部4131相对的第三密封部4142。第一密封部4131、第三密封部4142相抵靠，弹性预紧件4141提供轴向预紧力将第三密封部4142向第一密封部4131抵压形成端面密封或线密封。

在第一管段411与第二管段412插装到指定位置后，通过弹性预紧件4141自身变形提供的预紧力实现第一密封部4131、第三密封部4142相抵压靠紧形成端面密封。进一步的对第一管段411与第二管段412固定，即可完成第一管段411与第二管段412的连接，安装连接非常方便。拆除的时候只需要将连接的第一管段411与第二管段412左右分开，使第一密封头413、第二密封头414分离后抽出第一管段411与第二管段412，即可进行相关检查和维修工作。

第一密封部4131包括在第一密封头413的端面沿周圈设置的密封槽4132，密封槽4132的断面为V形。进一步地，第三密封部4142为沿周圈设置的密封圈4143，密封圈4143包括沿周圈设置并与密封槽4132对应配合的凸起，凸起的断面外形为与密封槽4132外形对应的锥形或球面。在第一管段411、第二管段412组装时，凸起插入到密封槽4132内，密封槽4132的两个面与凸起的面抵靠实现密封。

进一步地，在前述实施例中，V形密封槽4132为第一密封部4131在第一密封头413的端面沿周圈设置的内凹结构，断面呈锥形的凸起为第三密封部4142沿周圈设置、并与内凹结构对应插接配合的凸起结构，内凹结构与凸起结构外形对应。当然，内凹结构和凸起结构也可为其他形状。

在其他实施例中，第一密封部4131的V形密封槽4132的两个密封面中可以只包括一个相对轴向倾斜的第一密封面4133，第三密封部4142的凸起的两个密封面中也可只包括一个相对轴向倾斜的第二密封面4144，第一密封面4133、第二密封面4144均沿周圈设置，且位置对应，以相互抵靠实现密封。

进一步地，在其他实施例中，也可为第一密封部4131包括在第一密封头413的端面沿周圈设置的凸起结构，第三密封部4142包括沿周圈设置、并与凸起结构对应插接配合的内凹结构，凸起结构与内凹结构外形对应，插接后靠密封面相抵实现密封。

当然，在其他实施例中，也可为第一密封部4131包括在第一密封头413的端面沿周圈设置的凹凸结构，第三密封部4142包括沿周圈设置、并与凹凸结构对应插接配合的凸凹结构，凹凸结构与凸凹结构外形对应，插接后靠密封面相抵实现密封。在能保证密封效果的前提下，第一密封部4131、第三密封部4142对应的密封面的外形可不做限定。

弹性预紧件4141为管状，且侧壁的断面外形为波纹形，波纹形的管状结构既可以在周向实现密封，还可以在第一密封部4131、第三密封部4142相抵压靠紧过程中，弹性预紧件4141受压，提供轴向弹力保持第一密封部4131、第三密封部4142相抵压紧，保证密封性能。在其他实施例中，管状的弹性预紧件4141的断面外形可为C形、U形，或者为波纹形、C形、U形多种外形中的组合，以能提供轴向弹力即可。

在一些实施例中，第二密封头414还包括安装在第二管段412上的第四密封部4145，第四密封部4145沿周圈设置，第三密封部4142、第四密封部4145分别位于弹性预紧件4141的轴向两端。优选地，弹性预紧件4141的端部焊接在第四密封部4145上，第四密封部4145焊接在第二管段412上。

进一步地，第三密封部4142上设有向弹性预紧件4141的第一端延伸设置的套筒4146，套筒4146伸出的一端的周圈与第四密封部4145的周圈密封配合。套筒4146可以对弹性预紧件4141保护，避免流体介质对弹性预紧件4141的冲蚀和流致振动。

优选地，第一密封头413、第二密封头414分别位于第一管段411、第二管段412的外侧面，弹性预紧件4141位于套筒4146内侧，第四密封部4145的外圈与套筒4146的内壁面配合，该结构从第一管段411、第二管段412安装，安装方便。

在其他实施例中，也可为第一密封头413、第二密封头414分别位于第一管段411、第二管段412的内侧面，弹性预紧件4141位于套筒4146外侧，第四密封部4145的内圈与套筒4146的外壁面配合。

在一些实施例中，第一管段411、第二管段412的端面相对，且第一管段411、第二管段412两相对的端面之间留有间隙。

可以满足管道一定温度下内管相对于外管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，不会对装配影响，仍能保持密封效果。管道的密封结构可以应用于单独的管道的密封，也可应用于双层套管结构。

优选地，第一管段411、第二管段412两相对的端面上分别设有相互定位的定位台阶，可以在安装时相互定位。

本发明管道的材质为耐腐蚀金属，如不锈钢或者镍基合金，该种材质在堆内使用有较多的成熟经验，适用温度压力范围较广，且具有较好抗辐照和耐腐蚀能力，能够广泛适用于核电站一回路、二回路以及辅助系统中类似双层套管结构中。

再结合图1、图2所示，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与所述第二通道B相互隔绝，以供冷却剂向不同方向的流通。

本发明中管道的第一管段411、第二管段412组成内管41，第一管段411、第二管段412一般材质为耐腐蚀金属材质，如不锈钢或者镍基合金，分别从外管42两端对应的腔室安装插入到外管42内，对接后连通形成第一通道A，置于外管42之中。

第一通道A、第二通道B隔离开，在第一通道A、第二通道B流道中充满了一回路高放射性介质。第一通道A、第二通道B之间会存在一定的压差，由于弹性预紧件4141提供预紧力使第一密封部4131、第三密封部4142之间的密封面实现密封，两个通道相互独立不会相互泄露，具有一定的承压能力。

第一管段411、第二管段412两相对的端面之间留有间隙，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，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。

在将第一管段411、第二管段412从外管42拔出时，直接向外拔出即可实现第一管段411、第二管段412的分离，保证第一管段411、第二管段412之间的拆装便捷，便于检查和维修等工作。本发明适用温度压力范围较广，且具有较好抗辐照和耐腐蚀能力，能够广泛适用于核电站一回路、二回路以及辅助系统中类似双层套管结构中。

如图3所示，本发明一个优选实施例中的核反应堆包括主泵1、蒸汽发生器2、压力容器3，蒸汽发生器2和压力容器3的腔室之间连接有双层套管结构4，主泵1可以通过双层套管结构4与蒸汽发生器2连接，也可以通过双层套管结构4与压力容器3连接，在主泵1提供冷却剂循环动力时，在压力容器3、蒸汽发生器2内的各腔体之间形成相应的循环回流，双层套管结构4可以减短主泵1、蒸汽发生器2、压力容器3之间的连接长度。

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 (11)

1.一种用于核反应堆回路管道的密封结构，其特征在于，所述管道包括第一管段（411）、第二管段（412），；

所述密封结构包括在所述第一管段（411）与所述第二管段（412）相对的一端设置的第一密封头（413），以及在所述第二管段（412）上向所述第一管段（411）伸出设置的第二密封头（414）；

所述第一密封头（413）与所述第二管段（412）相对的端面沿周向设有第一密封部（4131）；

所述第二密封头（414）包括第一端密封固定在所述第二管段（412）上、可轴向弹性伸缩的弹性预紧件（4141），以及设置在所述弹性预紧件（4141）的第二端、与所述第一密封部（4131）相对的第三密封部（4142）；

所述弹性预紧件（4141）提供轴向预紧力将所述第三密封部（4142）向所述第一密封部（4131）抵压形成端面密封或线密封。

2.根据权利要求1所述的用于核反应堆回路管道的密封结构，其特征在于，所述第一密封部（4131）包括在所述第一密封头（413）的端面沿周圈设置的内凹结构，所述第三密封部（4142）包括沿周圈设置、并与所述内凹结构对应插接配合的凸起结构，所述内凹结构与所述凸起结构外形对应；或

所述第一密封部（4131）包括在所述第一密封头（413）的端面沿周圈设置的凸起结构，所述第三密封部（4142）包括沿周圈设置、并与所述凸起结构对应插接配合的内凹结构，所述凸起结构与所述内凹结构外形对应；或，

所述第一密封部（4131）包括在所述第一密封头（413）的端面沿周圈设置的凹凸结构，所述第三密封部（4142）包括沿周圈设置、并与所述凹凸结构对应插接配合的凸凹结构，所述凹凸结构与所述凸凹结构外形对应。

3.根据权利要求1所述的用于核反应堆回路管道的密封结构，其特征在于，所述第一密封部（4131）包括相对轴向倾斜的第一密封面（4133），所述第三密封部（4142）包括相对轴向倾斜的第二密封面（4144），所述第一密封面（4133）、第二密封面（4144）均沿周圈设置，且位置对应，以相互抵靠密封。

4.根据权利要求3所述的用于核反应堆回路管道的密封结构，其特征在于，所述第一密封部（4131）包括在所述第一密封头（413）的端面沿周圈设置的密封槽（4132），所述密封槽（4132）的断面为V形；

所述第三密封部（4142）为沿周圈设置的密封圈（4143），所述密封圈（4143）包括沿周圈设置并与所述密封槽（4132）对应配合的凸起，所述凸起的断面外形为与所述密封槽（4132）外形对应的锥形或球面。

5.根据权利要求1至4任一项所述的用于核反应堆回路管道的密封结构，其特征在于，所述弹性预紧件（4141）为管状，且侧壁的断面外形为波纹形、C形、U形中的一种或组合。

6.根据权利要求1至4任一项所述的用于核反应堆回路管道的密封结构，其特征在于，所述第一管段（411）、第二管段（412）的端面相对，且所述第一管段（411）、第二管段（412）两相对的端面之间留有间隙。

7.根据权利要求6所述的用于核反应堆回路管道的密封结构，其特征在于，所述第一管段（411）、第二管段（412）两相对的端面上分别设有相互定位的定位台阶。

8.根据权利要求1至4任一项所述的用于核反应堆回路管道的密封结构，其特征在于，所述第二密封头（414）还包括安装在所述第二管段（412）上的第四密封部（4145），所述第四密封部（4145）沿周圈设置，所述第三密封部（4142）、第四密封部（4145）分别位于所述弹性预紧件（4141）的轴向两端；

所述第三密封部（4142）上设有向所述弹性预紧件（4141）的第一端延伸设置的套筒（4146），所述套筒（4146）伸出的一端的周圈与所述第四密封部（4145）的周圈密封配合。

9.根据权利要求8所述的用于核反应堆回路管道的密封结构，其特征在于，所述第一密封头（413）、第二密封头（414）分别位于所述第一管段（411）、第二管段（412）的外侧面，所述弹性预紧件（4141）位于所述套筒（4146）内侧，所述第四密封部（4145）的外圈与所述套筒（4146）的内壁面配合；或，

所述第一密封头（413）、第二密封头（414）分别位于所述第一管段（411）、第二管段（412）的内侧面，所述弹性预紧件（4141）位于所述套筒（4146）外侧，所述第四密封部（4145）的内圈与所述套筒（4146）的外壁面配合。

10.一种用于核反应堆的双层套管结构，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）外的外管（42），所述内管（41）包括相插接的第一管段（411）、第二管段（412），所述第一管段（411）、第二管段（412）之间采用权利要求1至9任一项所述的管道密封结构。

11.一种核反应堆，包括至少两个腔室，其特征在于，还包括连接在所述两个腔室之间的权利要求10所述的双层套管结构（4），所述内管（41）内形成第一通道（A）、所述内管（41）外壁面和所述外管（42）内壁面间形成第二通道（B）；所述第一通道（A）与所述第二通道（B）相互隔绝。