CN109585039B - 一种小型铅基反应堆用模块化堆芯结构及其组装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种小型铅基反应堆用模块化堆芯结构及其组装方法，其结构包括：顶盖模块、骨架模块以及支撑模块，顶盖模块包括第一围筒、隔流筒以及盖板，盖板上设有供燃料棒穿过的第一通孔；骨架模块与顶盖模块的敞口端相连，骨架模块包括管板单元、第二围筒以及支撑件；支撑模块包括固定板、底板、插条以及围板；支撑模块与骨架模块之间夹设有垫板，垫板上开有供燃料棒穿过的第二通孔。通过小型模块化设计、模块化制造和组装，将顶盖模块、骨架模块和支撑模块同步进行加工制造、组装，缩短工期，降低建造成本，同时也简化了现场施工难度和周期。

Description

一种小型铅基反应堆用模块化堆芯结构及其组装方法
技术领域
本发明涉及核工程技术领域，尤其涉及一种小型铅基反应堆用模块化堆芯结构及其组装方法。
背景技术
小型模块化反应堆以其安全性能高、运行灵活、适应性强、用途广等优势，逐渐受到各国的广泛关注。小型化铅基反应堆是一种具有固有安全性、采用液态铅基合金作为冷却剂的超小型可移动式先进核能系统。相对于传统大型反应堆，小型化铅基反应堆采用模块化设计和建造，可以在建造厂进行模块化组装，大大缩短了建设周期，有效降低了建设成本。
传统反应堆的堆芯结构复杂，堆芯安装步骤繁琐，无法快速地完成堆芯组装，安装周期长，费用高。小型化铅基反应堆要求反应堆体积尽可能小，并且要求实现堆芯的模块化装卸，减少安装及换料的操作难度。
发明内容
本发明提供了一种小型铅基反应堆用模块化堆芯结构及其组装方法，旨在通过小型模块化设计、模块化制造和组装，缩短工期，降低建造成本，同时也简化了现场施工难度和周期。
一方面，本发明提供了一种小型铅基反应堆用模块化堆芯结构，其包括：
顶盖模块，所述顶盖模块包括第一围筒、设于所述第一围筒内的隔流筒以及设于所述第一围筒端口的盖板，所述盖板上设有供燃料棒穿过的第一通孔；
骨架模块，所述骨架模块与所述顶盖模块的敞口端相连，所述骨架模块包括供燃料棒自所述第一通孔对应插入的管板单元、包覆于所述管板单元外侧的第二围筒以及设于所述第二围筒与所述管板单元之间的支撑件；
支撑模块，所述支撑模块包括用于供燃料棒穿过所述管板单元后定位的固定板、包覆于所述固定板外围用于承载整个结构的底板、用于实现燃料棒全约束固定的插条以及设于所述底板与所述固定板之间的围板；
其中，所述支撑模块与所述骨架模块之间夹设有垫板，所述垫板上开有供燃料棒穿过的第二通孔。
另一方面，本发明提供了一种小型铅基反应堆用模块化堆芯组装方法，其包括：
同步制作用于组成堆芯结构框架的顶盖模块、骨架模块以及支撑模块，所述顶盖模块的组成部件包括第一围筒、隔流筒以及盖板，所述盖板上设有第一通孔，所述骨架模块的组成部件包括管板单元、第二围筒以及支撑件，所述支撑模块的组成部件包括固定板、底板、插条以及围板，所述支撑模块与所述骨架模块之间夹设有垫板，所述垫板上开有第二通孔；
自上而下将顶盖模块、骨架模块以及支撑模块依次对齐组装以形成堆芯结构框架；
燃料棒在导向棒的作用下自所述第一通孔导入，进入所述管板单元内，燃料棒的端头穿过所述管板单元定位于所述固定板上；
待燃料棒布满所述固定板上的所有槽位置后，使用插条将燃料棒固定，并通过螺钉连接顶盖模块、骨架模块和支撑模块，再从堆芯底部插入小吸收条并固定，插入位置为燃料棒与流道管之间的间隙，以完成堆芯组装。
本发明实施例通过小型模块化设计、模块化制造和组装，将顶盖模块、骨架模块和支撑模块同步进行加工制造、组装，缩短工期，降低建造成本，同时也简化了现场施工难度和周期。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例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是本发明实施例提供的一种小型铅基反应堆用模块化堆芯结构的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种小型铅基反应堆用模块化堆芯结构的局部结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种小型铅基反应堆用模块化堆芯结构的局部结构爆炸图；
图4是本发明实施例提供的一种小型铅基反应堆用模块化堆芯结构的单排管的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的一种小型铅基反应堆用模块化堆芯组装方法的流程示意图。
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做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。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
请参阅图1，是本发明实施例提供的一种小型铅基反应堆用模块化堆芯结构的结构示意图，该结构包括顶盖模块1、骨架模块2以及支撑模块3，顶盖模块1包括第一围筒12、设于第一围筒12内的隔流筒13以及设于第一围筒12端口的盖板11，盖板11上设有供燃料棒4穿过的第一通孔(图中未标出)；
骨架模块2与顶盖模块1的敞口端相连，骨架模块2包括供燃料棒4自第一通孔对应插入的管板单元21、包覆于管板单元21外侧的第二围筒23以及设于第二围筒23与管板单元21之间的支撑件22；支撑模块3包括用于供燃料棒4穿过管板单元21后定位的固定板31、包覆于固定板外围用于承载整个结构的底板34、用于实现燃料棒4全约束固定的插条32以及设于底板34与固定板31之间的围板33；支撑模块3与骨架模块2之间夹设有垫板24，垫板24上开有供燃料棒4穿过的第二通孔。
具体地，通过小型模块化设计、模块化制造和组装，将顶盖模块1、骨架模块2和支撑模块3同步进行加工制造、组装，缩短工期，降低建造成本，同时也简化了现场施工难度和周期。
在一实施例中，管板单元21由单排管单排管逐块拼装后焊接而成，拼焊后的管板单元内部填充中子慢化材料。
参见图2，在一实施例中，单排管包括间隔排列整齐的多个流道管2111以及设于流道管2111两端用于固定流道管2111的夹板2112。
具体地，采用先进的整体成型工艺技术，将流道管2111与上、下支撑结构做成单排管，再通过拼接的方式构成管板单元21，优化了堆芯结构。
在一实施例中，隔流筒13的中间根据堆芯热工流量分配的要求划分为若干独立的网格。
具体地，隔流筒13的中间根据堆芯热工流量分配的要求划分为若干独立的网格形成若干空间以实现流量分配的需求。
参见图3，在一实施例中，隔流筒13的筒口向外弯曲形成裙边结构的搭台131，第一围筒12的筒口设有与搭台尺寸相适应的搭槽121。
在一实施例中，燃料棒4的端头设有用于辅助燃料棒4导向的导向棒。
请参阅图4，是本发明实施例提供的一种小型铅基反应堆用模块化堆芯组装方法的流程示意图，该方法包括步骤S101-S104：
步骤S101：同步制作用于组成堆芯结构框架的顶盖模块、骨架模块以及支撑模块，顶盖模块的组成部件包括第一围筒、隔流筒以及盖板，盖板上设有第一通孔，骨架模块的组成部件包括管板单元、第二围筒以及支撑件，支撑模块的组成部件包括固定板、底板、插条以及围板，支撑模块与所述骨架模块之间夹设有垫板，垫板上开有第二通孔；
步骤S102：自上而下将顶盖模块、骨架模块以及支撑模块依次对齐组装以形成堆芯结构框架；
步骤S103：燃料棒在导向棒的作用下自第一通孔导入，进入管板单元内，燃料棒的端头穿过管板单元定位于固定板上；
步骤S104：待燃料棒布满所述固定板上的所有槽位置后，使用插条将燃料棒固定，并通过螺钉连接顶盖模块、骨架模块和支撑模块，再从堆芯底部插入小吸收条并固定，插入位置为燃料棒与流道管之间的间隙，以完成堆芯组装。
在一实施例中，隔流筒的筒口向外弯曲形成裙边结构的搭台，所述第一围筒的筒口设有与所述搭台尺寸相适应的搭槽，隔流板通过裙边搭接的方式安装在上围筒中，顶部通过盖板压紧，再通过TIG焊接(Tungsten Inert Gas Welding，非熔化极惰性气体钨极保护焊)的方式连接盖板和第一围筒，构成盖板模块。
在一实施例中，管板单元由单排管与慢化剂逐层间隔安装，并通过专用焊接夹具确保其相互位置关系后，采用电子束焊接连接构成。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种小型铅基反应堆用模块化堆芯结构，其特征在于，包括：
顶盖模块，所述顶盖模块包括第一围筒、设于所述第一围筒内的隔流筒以及设于所述第一围筒端口的盖板，所述盖板上设有供燃料棒穿过的第一通孔；
骨架模块，所述骨架模块与所述顶盖模块的敞口端相连，所述骨架模块包括供燃料棒自所述第一通孔对应插入的管板单元、包覆于所述管板单元外侧的第二围筒以及设于所述第二围筒与所述管板单元之间的支撑件；
支撑模块，所述支撑模块包括用于供燃料棒穿过所述管板单元后定位的固定板、包覆于所述固定板外围用于承载整个结构的底板、用于实现燃料棒全约束固定的插条以及设于所述底板与所述固定板之间用于定位固定板的围板；
其中，所述支撑模块与所述骨架模块之间夹设有用于辅助调节流量分配的垫板，所述垫板上开有供燃料棒穿过的第二通孔。
2.根据权利要求1所述的小型铅基反应堆用模块化堆芯结构，其特征在于，所述管板单元由单排管逐块拼装后焊接而成，拼焊后的管板单元内部填充中子慢化材料。
3.根据权利要求2所述的小型铅基反应堆用模块化堆芯结构，其特征在于，所述单排管包括间隔排列整齐的多个流道管以及设于所述流道管两端用于固定所述流道管的夹板。
4.根据权利要求1所述的小型铅基反应堆用模块化堆芯结构，其特征在于，所述隔流筒的中间根据堆芯热工流量分配的要求划分为若干独立的网格。
5.根据权利要求1所述的小型铅基反应堆用模块化堆芯结构，其特征在于，所述隔流筒的筒口向外弯曲形成裙边结构的搭台，所述第一围筒的筒口设有与所述搭台尺寸相适应的搭槽。
6.根据权利要求1所述的小型铅基反应堆用模块化堆芯结构，其特征在于，燃料棒的端头设有用于辅助燃料棒导向的导向棒。
7.一种小型铅基反应堆用模块化堆芯组装方法，其特征在于，包括：
同步制作用于组成堆芯结构框架的顶盖模块、骨架模块以及支撑模块，所述顶盖模块的组成部件包括第一围筒、隔流筒以及盖板，所述盖板上设有第一通孔，所述骨架模块的组成部件包括管板单元、第二围筒以及支撑件，所述支撑模块的组成部件包括固定板、底板、插条以及围板，所述支撑模块与所述骨架模块之间夹设有垫板，所述垫板上开有第二通孔；
自上而下将顶盖模块、骨架模块以及支撑模块依次对齐组装以形成堆芯结构框架；
燃料棒在导向棒的作用下自所述第一通孔导入，进入所述管板单元内，燃料棒的端头穿过所述管板单元定位于所述固定板上；
待燃料棒布满所述固定板上的所有槽位置后，使用插条将燃料棒固定，并通过螺钉连接顶盖模块、骨架模块和支撑模块，再从堆芯底部插入用于保证装置维持次临界安全的小吸收条并固定，插入位置为燃料棒与流道管之间的间隙，以完成堆芯组装。
8.根据权利要求7所述的小型铅基反应堆用模块化堆芯组装方法，其特征在于，
所述隔流筒的筒口向外弯曲形成裙边结构的搭台，所述第一围筒的筒口设有与所述搭台尺寸相适应的搭槽，隔流板通过裙边搭接的方式安装在上围筒中，顶部通过盖板压紧，再通过TIG焊接的方式连接盖板和第一围筒，构成盖板模块。
9.根据权利要求7所述的小型铅基反应堆用模块化堆芯组装方法，其特征在于，所述管板单元由单排管与慢化剂逐层间隔安装，并通过专用焊接夹具确保其相互位置关系后，采用电子束焊接连接构成。
10.根据权利要求9所述的小型铅基反应堆用模块化堆芯组装方法，其特征在于，所述单排管包括间隔排列整齐的多个流道管以及设于所述流道管两端用于固定所述流道管的夹板。
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