CN108922643A - 一种紧凑布置小型堆反应堆一回路总体结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种紧凑布置小型堆反应堆一回路总体结构，其适用于海洋运行环境，包括压力容器、双层套管结构、堆内构件、控制棒驱动机构、主泵、蒸汽发生器、稳压器、主设备整体支承、抑压池、一次屏蔽结构等，所述蒸汽发生器通过双层套管结构与压力容器相连，所述主泵通过双层套管结构与压力容器相连，所述稳压器通过波动管线与蒸发器相连，所述压力容器与所述蒸汽发生器、主泵、稳压器通过一体化整体支承安装在抑压池内。本发明既能确保核反应冷却剂在反应堆冷却剂系统的循环，又便于实现核蒸汽供应系统的紧凑布置，提高换热效率。

Description

一种紧凑布置小型堆反应堆一回路总体结构

技术领域

本发明涉及核电技术领域，特别是涉及一种紧凑布置小型堆反应堆一回路总体结构。

背景技术

反应堆冷却剂系统一回路主设备主要包括反应堆压力容器结构、主泵、蒸汽发生器、稳压器等，现有核蒸汽供应系统主设备之间通过长主管道相连构成闭合环路，冷却剂在核反应堆内加热后通过与之相连的热管送入蒸汽发生器，加热蒸汽发生器另一侧的给水，而经过换热的冷却剂通过过渡管道进入主泵，主泵将冷却剂通过冷管道再此被送入核反应堆，如此循环。其中一个热管段上连接有一个稳压器，用来调节系统的压力和对压力进行保护。主设备之间分散布置，且分别独立支承，不仅会导致换热效率的降低，亦使得核反应堆需同时设置进口接管和出口接管，而且整体结构占用空间较大。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术存在的上述不足，提供一种适用于船等有限安装空间的紧凑布置小型堆反应堆一回路总体结构，能确保核反应冷却剂在反应堆冷却剂系统的循环，又便于实现核蒸汽供应系统的紧凑布置，提高换热效率。

本发明实施提供一种紧凑布置小型堆反应堆一回路总体结构，包括：抑压水池，固定设置于抑压水池的设备腔中的压力容器、蒸汽发生器、主泵以及稳压器，其中，所述压力容器、蒸汽发生器以及主泵之间通过双层套管结构进行连接，在所述压力容器中设置有堆内构件，在所述压力容器上设置有堆顶结构以及控制棒驱动机构；所述压力容器与所述蒸汽发生器、主泵、稳压器通过一体化整体支承安装在所述抑压水池内，在所述压力容器内部、压力容器外围、主设备外围设置有屏蔽结构。堆坑以上主设备采用整体式金属保温层结构。优选地，所述压力容器通过第一双层套管连接所述蒸汽发生器，并通过第二双层套管连接所述主泵，其中该第一双层套管与该第二双层套管各形成有两个相互隔绝的流道，冷却剂经所述第一双层套管与所述第二双层套管于所述压力容器、所述蒸汽发生器以及所述主泵中循环流动。

优选地，所述第一外管是由所述压力容器的管嘴与所述蒸汽发生器的管嘴对接焊连接而成，所述第一内管可拆卸地连接于所述压力容器与所述蒸汽发生器；所述第二外管是由所述压力容器的管嘴与所述主泵的管嘴对焊连接而成，所述第二内管可拆卸地连接于所述压力容器与所述主泵，其中所述一内管和第二内管均由多段不锈钢连接构成，并通密封圈结构实现密封。

优选地，一台所述主泵与一台蒸汽发生器构成一环路连接在反应堆压力容器上，所述蒸汽发生器、所述压力容器与所述主泵三者间成直角或锐角设置。

优选地，所述稳压器经波动管连接至所述蒸汽发生器。

优选地，包括至少两个所述蒸汽发生器和至少两个所述主泵形成至少两个环路，所述至少两个蒸汽发生器和所述至少两个主泵成布置在所述压力容器周围并与所述压力容器连接，所述主泵与所述蒸汽发生器相对于压力容器呈中心对称布置。

优选地，所述稳压器是蒸汽稳压器，所述蒸汽发生器是螺旋管式直流蒸汽发生器。

优选地，所述蒸汽发生器内的二回路给水采用强迫循环方式。

优选地，所述反应堆压力容器具有一体化顶盖以及一体化进出口接管，同时采用收口法兰，压力容器内部设置有一环腔结构形成反应堆冷却剂由蒸汽发生器流入主泵的过渡流道。

优选地，所述控制棒驱动机构采用一体化密封壳与控制棒驱动机构贯穿件之间焊接连接，同时设置有辅助落棒弹簧装置以及倾翻锁死装置。

优选地，所述抑压池为由水气空间构成的钢结构壳体，其下部为水空间，上部为气空间，水气空间相连，下部设置有反应堆压力容器、蒸汽发生器的设备型腔，水空间上表面焊接有水平支承台，上部气空间围绕容器设备开有设备环腔。

优选地，所述一体化整体支承装置包括支承基础、支座支承、横向支承，其中：

所述支承基础位于抑压池水空间内部，上端与抑压池水空间上板焊接，下端与反应堆舱底部相连，支承基础为板壳结构，主要围绕压力容器、蒸汽发生器设备型腔布置轴向支承，连接反应堆舱与支座支承，同时设有横向支承柱与反应堆舱侧壁焊接；

所述支座支承为单点支座，沿设备中心连线对称布置，容器设备外部焊接有支承键，支承键与支承座配合安装，支承座固定与所述抑压池水空间上板上，支承键与支座之前通过滑动调整板配合，通过滑动板之间的摩擦可实现支承键相对于支承座径向相对滑动；

横向支承，设置于所述稳压器的上部。

优选地，在所述压力容器中设置有安放堆芯的吊篮，在所述吊篮外设置堆内屏蔽组件；在所述压力容器外部设置有高性能屏蔽材料填充的块状近堆屏蔽体；进一步设置有围绕抑压水池设备环腔内壁的一次屏蔽罩结构，将一回路主设备整体进行包围。

实施本发明，具有如下有益效果：

本发明实施例提供一种适用于船等有限安装空间的紧凑布置小型堆反应堆一回路总体结构设计方案，既能确保一回路反应堆冷却剂循环流动，又能够实现一回路主设备紧凑布置，提高换热效率；

主设备之间通过管嘴直接对接焊连接，降低发生大破口的概率，能够提高一回路运行的安全性。反应堆压力容器以及堆顶的一体化设计能够有效减小设备外径，更利于设备的紧凑布置。采用螺旋管式直流蒸汽发生器能够提高换热效率。

同时采用一体化整体支承同时通过支承结构设计既能够限制和约束设备之间相对位移又能够释放热膨胀对接管和设备的影响，通过合理的屏蔽方案解决设备布置紧凑带来的辐射剂量增大问题，使反应堆一回路总体结构设计方案更加适应于海洋等环境运行要求。

附图说明

图1是本发明紧凑布置小型堆反应堆一回路总体结构的一个实施例的结构示意图；

图2是图1的俯视示意图；

图3是图1中一回路流道结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明一较佳实施例的新型的紧凑布置小型堆反应堆一回路总体结构图。一并结合图2和图3所示，在本发明实施例中，所述紧凑布置小型堆反应堆一回路总体结构，包括：抑压水池1，固定设置于抑压水池1的设备型腔中的压力容器10、蒸汽发生器21、主泵22以及稳压器30，其中，所述压力容器10、蒸汽发生器21以及主泵22之间通过双层套管结构进行连接，在所述压力容器10中设置有堆内构件，在所述压力容器10上设置有堆顶结构15以及控制棒驱动机构16；所述压力容器10与所述蒸汽发生器21、主泵22、稳压器30通过一体化整体支承4安装在所述抑压水池1内，在所述压力容器10内部、压力容器外围、主设备外围设置有屏蔽结构50、51。堆坑以上主设备采用整体式金属保温层结构。

从图1及图2中可以看出，在本实施例中，包括一个反应堆压力容器10、两个蒸汽发生器21、两个主泵22以及稳压器30，其中一个蒸汽发生器21和一个主泵22构成一组，其通过反应堆压力容器10形成一环路；且稳压器30连接至两组蒸汽发生器21与主泵22中的任一组，用以调节和维持反应堆压力容器10与蒸汽发生器21、主泵22构成的一回路内的压力。

在本实施例中，两组蒸汽发生器21与主泵22的结构相同，因此以下以其中一组为例进行说明。其中，反应堆压力容器10经第一双层套管23连接蒸汽发生器21，经第二双层套管24连接主泵22。该第一双层套管23与该第二双层套管24各形成有两个相互隔绝的流道，以使得冷却剂能够经该第一双层套管23与第二双层套管24于反应堆压力容器10、蒸汽发生器21以及主泵22中循环流动。

如图3所示，第一双层套管23包括第一内管231和套设于该第一内管231外围的第一外管232，该第一内管231内形成第一流道2311，第一内管231与第一外管232之间形成第二流道2321，第一流道2311与第二流道2321相互隔绝。在本实施例中，第一外管232是由反应堆压力容器10的压力容器的管嘴11与蒸汽发生器21的管嘴211对焊连接而成；第一内管231则是可拆卸地连接于反应堆压力容器10的堆内构件12如吊篮与蒸汽发生器21，以便于拆卸维修更换。可选地，该第一内管231由多段不锈钢管对接而成，且相邻不锈钢管对接处设有密封结构，以减少对接处的旁漏流。

类似地，第二双层套管24与第一双层套管23的结构类似，具体地，其可包括第二内管241和套设于该第二内管外围的第二外管242，同理，该第二内管内形成第三流道2411，第二内管与第二外管之间形成第四流道2421，第四流道与第三流道2411相互隔绝。在本实施例中，第二外管是由反应堆压力容器10的管嘴11与主泵22的管嘴221对焊连接而成；第二内管则是可拆卸地连接于反应堆压力容器10和主泵22。可选地，该第二内管由多段不锈钢管对接而成，且相邻不锈钢管对接处设有密封结构，可以防止内外管流道串流。

反应堆压力容器10内进一步设有环腔，该环腔连接第二流道2321与第四流道2421，以使冷却剂得以由蒸汽发生器21经第二流道2321、环腔以及第四流道2421进入主泵22。该环腔可由设于反应堆压力容器10的压力容器内的隔板于该压力容器中限定而成，可以理解的是，所述环腔结构形成反应堆冷却剂由蒸汽发生器流入主泵的过渡流道。

反应堆冷却剂第二双层套管的第三流道2411进入反应堆本体，经过堆芯换热后，通过第一双层套管第一流道2311进入蒸汽发生器，经过蒸汽发生器换热后冷却剂通过第一双层套管第二流道进入反应堆压力容器，通过环腔13进入第二双层套管第四流道流回至主泵，完成一回路冷却剂的循环流动。

稳压器30经波动管31直接连接至一相应蒸汽发生器21。该稳压器30可为蒸汽稳压器，即采用蒸汽稳压的方式，通过电加热元件和喷雾头来调节稳压器内的水容积和气容积，实现一回路的压力调节。而于此基础上，关于反应堆压力容器10、蒸汽发生器21、主泵22之间的布置方式，一种可选的实施方式是，蒸汽发生器21、反应堆压力容器10、主泵22三者间成直角或锐角设置，例如在一个例子中，反应堆压力容器10与蒸汽发生器21之间的连线与反应堆压力容器10与主泵22之间的连线成90度角，如图1所示，这样本实施例中的反应堆压力容器10与两个蒸汽发生器21和两个主泵21成十字形布置，如此亦使得整个系统结构紧凑，且能够满足船舱布置要求。然而，本发明并不限于此，亦可采用其他的布置方式，以适应于不同的应用需求，例如，在其他的例子中，可以设置两个以上蒸汽发生器21和两个以上主泵21，这些蒸汽发生器21和主泵21布置在所述反应堆压力容器10周围。

进一步地，为使新型的紧凑布置小型堆一回路主设备结构的结构紧凑，蒸汽发生器21可采用螺旋管式直流蒸汽发生器，其结构紧凑，换热效率高。

需要说明的是，上述实施例中，新型的紧凑布置小型堆一回路主设备结构中设有两组蒸汽发生器21和主泵22，但本发明并不限于此，亦可应用于一个蒸汽发生器和主泵组合或更多组合的设计中，而且亦不限于蒸汽发生器、反应堆压力容器和主泵成90度角或十字形。

进一步的，所述蒸汽发生器21内的二回路给水采用强迫循环方式，产生过热蒸汽，提高二次侧换热效率。

进一步的，所述反应堆压力容器10具有一体化顶盖以及一体化进出口接管，同时采用收口法兰，可以减小设备外径，便于实现主设备紧凑布置。

进一步的，所述控制棒驱动机构16采用一体化密封壳以实现密封壳与控制棒驱动机构贯穿件之间焊接连接，同时设置有辅助落棒装置以及倾翻锁死装置，其中，设置辅助落棒装置，可以保证在海洋摇摆工况下控制棒组件落棒时间满足设计要求；设置倾翻锁死装置，可以防止倾翻情况下控制棒抽出堆芯，满足海洋条件下的使用。

优选地，所述抑压池1为由水汽空间构成的钢结构壳体，其下部为水空间，上部为气空间，水气空间相连，下部设置有反应堆压力容器10、蒸汽发生器21的设备型腔，水空间上表面焊接有水平支承台，上部气空间围绕容器设备开有环腔。

进一步的，所述一体化整体支承装置4包括支承基础、支座支承、横向支承，其中：

所述支承基础位于抑压池1水空间内部，上端与抑压池1水空间上板焊接，下端与反应堆舱底部相连，支承基础为板壳结构，主要围绕压力容器、蒸汽发生器设备型腔布置轴向支承，连接反应堆舱与支座支承，同时设有横向支承柱与反应堆舱侧壁焊接；

所述支座支承为单点支座，沿设备中心连线对称布置，容器设备外部焊接有支承键，支承键与支承座配合安装，支承座固定与所述抑压池1水空间上板上，支承键与支座之前通过滑动调整板配合，通过滑动板之间的摩擦可实现支承键相对于支承座径向相对滑动；

横向支承件40，设置于所述稳压器30的上部。所述稳压器30也位于抑压池设备环腔中，上部通过非接触式横向支承件支承，用于限制稳压器30的横向位移，底部通过支承裙座固定在抑压池水空间平台上。抑压池1底部水空间设有稳压器轴向支承基础。

进一步的，在所述压力容器10的堆内构件采用重金属反射层堆芯型腔结构12，屏蔽堆芯中子的同时反射中子维持堆芯反应性；并设置有安放堆芯的吊篮13，在所述吊篮13外设置堆内屏蔽组件14，以减少来自堆芯的中子对压力容器内壁的中子辐照；在所述压力容器10外部设置有高性能屏蔽材料填充的块状近堆屏蔽体50，降低反应堆舱辐射剂量的同时，减轻二次屏蔽的设计装量；进一步设置有围绕抑压水池设备环腔内壁的一次屏蔽罩结构51，将一回路主设备整体进行包围，进一步降低辐照剂量。

同时，所述反应堆一回路总体结构采用一体化顶盖设计顶盖吊具与堆顶结构15固定于反应堆压力容器10顶盖上。

主泵22采用全密封屏蔽泵，设置惰转飞轮与逆止阀结构，可以防止反应堆冷却剂倒流。

实施本发明，具有如下有益效果：

本发明实施例提供一种适用于船等有限安装空间的紧凑布置小型堆反应堆一回路总体结构设计方案，既能确保一回路反应堆冷却剂循环流动，又能够实现一回路主设备紧凑布置，提高换热效率；

同时采用一体式同时通过支承结构设计限制设备之间相对位移并释放热膨胀，通过合理的屏蔽方案解决设备布置紧凑带来的辐射剂量增大问题，使反应堆一回路总体结构设计方案更加适应于海洋等环境运行要求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的权利要求范围，因此凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含于本发明的权利要求范围内。

Claims (13)

1.一种紧凑布置小型堆反应堆一回路总体结构，其特征在于，包括：抑压水池，固定设置于抑压水池的设备型腔中的压力容器、蒸汽发生器、主泵以及稳压器，其中，所述压力容器、蒸汽发生器以及主泵之间通过双层套管结构进行连接，在所述压力容器中设置有堆内构件，在所述压力容器上设置有堆顶结构以及控制棒驱动机构；所述压力容器与所述蒸汽发生器、主泵、稳压器通过一体化整体支承安装在所述抑压水池内，在所述压力容器内部、压力容器外围、主设备外围设置有屏蔽结构；堆坑以上主设备采用整体式金属保温层结构。

2.如权利要求1所述的结构，其特征在于，所述压力容器通过第一双层套管连接所述蒸汽发生器，并通过第二双层套管连接所述主泵，其中该第一双层套管与该第二双层套管各形成有两个相互隔绝的流道，冷却剂经所述第一双层套管与所述第二双层套管于所述压力容器、所述蒸汽发生器以及所述主泵中循环流动。

3.如权利要求2所述的结构，其特征在于，所述第一外管是由所述压力容器的管嘴与所述蒸汽发生器的管嘴对接焊连接而成，所述第一内管可拆卸地连接于所述压力容器与所述蒸汽发生器；所述第二外管是由所述压力容器的管嘴与所述主泵的管嘴对焊连接而成，所述第二内管可拆卸地连接于所述压力容器与所述主泵，其中所述一内管和第二内管均由多段不锈钢连接构成，并通密封圈结构实现密封。

4.如权利要求3所述的结构，其特征在于，一台所述主泵与一台蒸汽发生器构成一环路连接在反应堆压力容器上，所述蒸汽发生器、所述压力容器与所述主泵三者间成直角或锐角设置。

5.如权利要求4所述的结构，其特征在于，所述稳压器经波动管连接至所述蒸汽发生器。

6.如权利要求5所述的结构，其特征在于，包括至少两个所述蒸汽发生器和至少两个所述主泵形成至少两个环路，所述至少两个蒸汽发生器和所述至少两个主泵成布置在所述压力容器周围并与所述压力容器连接，所述主泵与所述蒸汽发生器相对于压力容器呈中心对称布置。

7.如权利要求6的新型的结构，其特征在于，所述稳压器是蒸汽稳压器，所述蒸汽发生器是螺旋管式饱和直流蒸汽发生器。

8.如权利要求7所述的结构，其特征在于，所述蒸汽发生器内的二回路给水采用强迫循环方式。

9.如权利要求至1至8任一项所述的结构，其特征在于，所述反应堆压力容器具有一体化顶盖以及一体化进出口接管，同时采用收口法兰，压力容器内部设置有一环腔结构形成反应堆冷却剂由蒸汽发生器流入主泵的过渡流道。

10.如权利要求9所述的结构，其特征在于，所述控制棒驱动机构采用一体化密封壳，与控制棒驱动机构贯穿件之间焊接连接，同时设置有辅助落棒弹簧装置以及倾翻锁死装置。

11.如权利要求10所述的结构，其特征在于，所述抑压池为由水气空间构成的钢结构壳体，其下部为水空间，上部为气空间，水气空间相连，下部设置有反应堆压力容器、蒸汽发生器的设备型腔，水空间上表面焊接有水平支承台，上部气空间围绕容器设备开有设备环腔。

12.如权利要求11所述的结构，其特征在于，所述一体化整体支承装置包括支承基础、支座支承、横向支承，其中：

所述支承基础位于抑压池水空间内部，上端与抑压池水空间上板焊接，下端与反应堆舱底部相连，支承基础为板壳结构，主要围绕压力容器、蒸汽发生器设备型腔布置轴向支承，连接反应堆舱与支座支承，同时设有横向支承柱与反应堆舱侧壁焊接；

所述支座支承为单点支座，沿设备中心连线对称布置，容器设备外部焊接有支承键，支承键与支承座配合安装，支承座固定与所述抑压池水空间上板上，支承键与支座之前通过滑动调整板配合，通过滑动板之间的摩擦可实现支承键相对于支承座径向相对滑动；

横向支承，设置于所述稳压器的上部。

13.如权利要求12所述的结构，其特征在于，在所述压力容器中设置有安放堆芯的吊篮，在所述吊篮外设置堆内屏蔽组件；在所述压力容器外部设置有高性能屏蔽材料填充的块状近堆屏蔽体；进一步设置有围绕抑压水池设备环腔内壁的一次屏蔽罩结构，将一回路主设备整体进行包围。