CN109872827A - 一种适用于耐高温驱动机构的筒体式一体化堆顶结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于耐高温驱动机构的筒体式一体化堆顶结构，包括压力容器顶盖、控制棒驱动机构、围筒、抗震支承板、抗震板组件、防飞射物屏蔽板、电缆组件及起吊部件；还包括设置在围筒上的第二窗口，所述第二窗口为开设在围筒侧壁上的通孔，所述通孔贯通围筒的内、外侧。该堆顶结构的结构设计使得其在反应堆正常运行及开扣盖期间，不需要拆除其中的任何一个零部件，从而实现堆顶结构的一体化，达到减少反应堆开扣盖时堆顶结构拆除所需步骤，从而提高反应堆的经济性和安全性的目的。

Description

一种适用于耐高温驱动机构的筒体式一体化堆顶结构

技术领域

本发明涉及压水型核电站反应堆，具体涉及核电站反应堆的堆顶结构，特别是涉及一种适用于耐高温驱动机构的筒体式一体化堆顶结构。

背景技术

反应堆堆顶结构是反应堆的重要部件之一，位于反应堆压力容器本体的上方，其功能主要包括：在地震情况下限制控制棒驱动机构(CRDM)的过度变形以维持其正常功能，保证其在地震情况下的功能完整性；将反应堆堆顶上所有电缆引导到规定的土建接口处；在安装、换料和检修时与反应堆厂房内环吊连接将整个堆顶结构(含压力容器顶盖和控制棒驱动机构等)吊到(离)反应堆压力容器本体。同时，作为反应堆换料或维修开/扣盖操作时，必须进行操作的大型设备，堆顶结构的设计应能够实现简捷、快速的拆装，并为操作人员提供必要的辐射防护，进而节省反应堆换料或维修操作时间和减少操作人员所受的辐照剂量，从提高反应堆的安全性和经济性。

目前，国内外压水型反应堆堆顶结构主要有二代及二代加的分散式堆顶结构(以基于法国AREVA NP公司M310堆型为代表)，以及第三代的一体化堆顶结构(以美国西屋公司的AP1000堆型和华龙一号堆型为代表)。

对现有的压水型反应堆堆顶结构做进一步优化，以提升反应堆运行的安全性和经济性，是本领域技术人员所亟待解决的技术问题。

发明内容

针对上述提出的对现有的压水型反应堆堆顶结构做进一步优化，以提升反应堆运行的安全性和经济性，是本领域技术人员所亟待解决的技术问题的问题，本发明提供了一种适用于耐高温驱动机构的筒体式一体化堆顶结构，该堆顶结构的结构设计使得其在反应堆正常运行及开扣盖期间，不需要拆除其中的任何一个零部件，从而实现堆顶结构的一体化，达到减少反应堆开扣盖时堆顶结构拆除所需步骤，从而提高反应堆的经济性和安全性的目的。

本方案的技术手段如下，一种适用于耐高温驱动机构的筒体式一体化堆顶结构，包括压力容器顶盖、控制棒驱动机构、围筒、抗震支承板、抗震板组件、防飞射物屏蔽板、电缆组件及起吊部件，所述压力容器顶盖及抗震支承板分别固定连接在围筒的下端和上端，所述控制棒驱动机构通过抗震板组件与抗震支承板相连，所述防飞射物屏蔽板与抗震支承板相连，且防飞射物屏蔽板位于抗震板组件上方，所述电缆组件位于抗震支承板的上方，电缆组件通过支座与抗震支承板相连，所述起吊部件位于抗震支承板的上方且与抗震支承板固定连接；

还包括设置在围筒上的第二窗口，所述第二窗口为开设在围筒侧壁上的通孔，所述通孔贯通围筒的内、外侧。

目前，由于第三代反应堆相对于二代及二代加反应堆而言，更具有先进性，因此目前及未来一段时间第三代反应堆正在/将被广泛应用。而目前的第三代一体化堆顶结构除具备上述堆顶结构应具有的功能外，还具有冷却控制棒驱动机构的冷却结构：以风冷的形式对控制棒驱动机构进行冷却，保证控制棒驱动机构的正常运行。同时，该冷却结构是根据控制棒驱动机构的冷却要求而设置的。

随着反应堆设计技术及材料科学的不断发展，反应堆控制棒驱动机构的结构也在不断发展，目前第三代反应堆已成功研制出了不需要强制通风冷却的控制棒驱动机构，即耐高温驱动机构，因此对使用耐高温驱动机构的反应堆而言，就功能而言，其堆顶结构不需设置用于冷却驱动机构的冷却结构。因此，目前的第三代反应堆一体化堆顶结构用于使用耐高温驱动机构的反应堆中，虽然在功能上满足基本的功能需要，但存在以下问题：(1)首先，堆顶结构中存在冷却结构，对使用耐高温驱动机构的堆顶结构而言属于多余设备，不利于堆顶结构的经济性；其次，由于该结构尺寸较大，结构较为复杂，其存在不仅增加了堆顶结构的重量，而且占据了堆顶结构围筒内部较大的空间，阻碍了堆顶结构内部其他零部件更加合理的布置，同时现有技术中，由于冷却结构为薄板焊接异形结构件，故包括冷却结构的堆顶结构亦存在加工制造较为困难的问题。(2)若去除冷却结构，可解决上述(1)中提到的问题，但亦会引发另一个问题：由于围筒将整个控制棒驱动机构围住，形成一个近似于封闭的空间，无法使控制棒驱动机构周围空气与围筒外侧空气自然对流循环，对控制棒驱动机构的自冷却产生较大影响，甚至可能导致控制棒驱动机构自冷却不能满足功能要求。

本方案中，通过设置为堆顶结构包括压力容器顶盖、控制棒驱动机构、围筒、抗震支承板、抗震板组件、防飞射物屏蔽板、电缆组件及起吊部件等零部件，所述电缆组件即包括电缆托架及电缆桥组件，起吊部件即为顶盖吊具，同时限定以上零部件之间的相对连接关系，这样，所述堆顶结构在正常使用时及开、扣盖期间，这些零部件组成一个整体存在，不需拆除或拆分任何一个零部件，从而实现堆顶结构的一体化，有利于提高反应堆的经济性和安全性。

同时本方案中，所述第二窗口作为围筒上连通围筒内、外侧的空气对流通道，第二窗口不但能够使筒体内外空气充分对流，这样，在不设置堆顶冷却结构的情况下，可满足耐高温控制棒驱动机构自冷却时的空气对流要求，符合第三代使用耐高温控制棒驱动机构反应堆的总体使用要求和一体化要求；同时，有利于减轻整个堆顶结构的重量、使得堆顶结构内部结构简单化、使得堆顶结构具有更好的经济性。

同时以上方案中，围筒既对堆顶结构上部结构如抗震支承板、电缆托架和电缆桥组件、防飞射物屏蔽板、顶盖吊具起到支承的作用，同时又在地震情况下，将承受控制棒驱动机构的横向载荷，并将该载荷传递到压力容器顶盖上。因此以上提供的连接方式中，围筒不但承受竖直方向的轴向载荷，而且可承受水平方向上的径向载荷。作为优选的，以上各部件之间的连接方式均可采用螺栓连接。

以上方案提供了一种不需要采用堆顶结构内置冷却结构的方案，同时针对不采用堆顶结构内置冷却结构的用途，可达到上述提出的满足性能要求、可减轻重量、可简化堆顶结构内部结构、利于堆顶结构使用经济性的效果，故作为本领域技术人员，优选的，设置为所述堆顶结构不设置用于实现控制棒驱动机构冷却的内置冷却结构。

更进一步的技术方案为：

为使得在围筒各轴向位置和径向位置均能够通过对应的第二窗口形成空气对流，以使得围筒侧面各点能够较为均匀的实现散热，同时作为一种可优化围筒刚度，利于围筒承载能力的技术方案，设置为：所述第二窗口为多个，多个第二窗口组成多个窗口环；

在围筒的轴线方向上，不同窗口环分布于围筒不同轴向位置，各窗口环上均相对于围筒的轴线环形均布有多个第二窗口。

还包括设置在围筒上的第一窗口，所述第一窗口为开设在围筒侧壁上的通孔，且第一窗口作为围筒侧壁上用于在围筒外部对围筒内部机械机构进行安装、拆卸的操作通道。本方案中，所述第一窗口作为操作通道，作为本领域技术人员，所述第一窗口亦可作为与第二窗口功能相同的散热通道或对流通道，故为利于使得控制棒驱动机构在围筒的周向方向上能够被较为均匀的冷却，同时优化围筒刚度，设置为：所述第一窗口为多个，且第一窗口环形均布于围筒上。优选的，所述第一窗口亦可设置为如第二窗口的窗口环设置或分布形式，即多个第一窗口亦可在围筒上围成位于不同轴线位置的多个窗口环，各窗口环均由多个环形均布的第一窗口组成。

作为以上一体化方案的具体结构，设置为：所述围筒包括筒体、上法兰及下法兰，所述上法兰作为筒体上端的端部法兰，所述下法兰作为筒体下端的端部法兰；

所述下法兰上还设置有第一螺栓孔，围筒的下端通过穿设在第一螺栓孔中的第一连接螺栓与压力容器顶盖上的顶盖支撑台固定连接；

所述上法兰上还设置有第二螺栓孔，围筒的上端通过穿设在第二螺栓孔中的第二连接螺栓与抗震支撑板固定连接。

作为抗震板组件的具体实现方案，所述抗震板组件包括多块抗震板，且抗震板的数量与控制棒驱动机构的数量相等，各控制棒驱动机构上端的支撑面上均安装有一块抗震板。

为使得本堆顶结构的结构设计方便运用拉伸机以由围筒的不同径向方向对本堆顶结构进行相应操作，设置为：还包括固定于控制棒驱动机构上方的环轨部件，所述环轨部件包括用于为拉伸机提供导向和支承作用的环形轨道。

作为环轨部件的具体实现方式，所述环轨部件固定于抗震支承板上。

本发明具有以下有益效果：

本方案中，通过设置为堆顶结构包括压力容器顶盖、控制棒驱动机构、围筒、抗震支承板、抗震板组件、防飞射物屏蔽板、电缆组件及起吊部件等零部件，所述电缆组件即包括电缆托架及电缆桥组件，起吊部件即为顶盖吊具，同时限定以上零部件之间的相对连接关系，这样，所述堆顶结构在正常使用时及开、扣盖期间，这些零部件组成一个整体存在，不需拆除或拆分任何一个零部件，从而实现堆顶结构的一体化，有利于提高反应堆的经济性和安全性。

同时本方案中，所述第二窗口作为围筒上连通围筒内、外侧的空气对流通道，第二窗口不但能够使筒体内外空气充分对流，这样，在不设置堆顶冷却结构的情况下，可满足耐高温控制棒驱动机构自冷却时的空气对流要求，符合第三代使用耐高温控制棒驱动机构反应堆的总体使用要求和一体化要求；同时，有利于减轻整个堆顶结构的重量、使得堆顶结构内部结构简单化、使得堆顶结构具有更好的经济性。

附图说明

图1是本发明所述的一种适用于耐高温驱动机构的筒体式一体化堆顶结构一个具体实施例的结构示意图；

图2是本发明所述的一种适用于耐高温驱动机构的筒体式一体化堆顶结构一个具体实施例中，围筒的结构示意图。

图中的附图标记分别为：1、压力容器顶盖，2、顶盖支撑台，3、第一连接螺栓，4、控制棒驱动机构，5、围筒，6、抗震板组件，7、第二连接螺栓，8、抗震支承板，9、防飞射物屏蔽板，10、电缆组件，11、起吊部件，12、环轨部件，13、支座，14、第一螺栓孔，15、下法兰，16、第一窗口，17、筒体，18、第二窗口，19、上法兰，20、第二螺栓孔。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但是本发明的结构不仅限于以下实施例。

实施例1：

如图1和图2所示，一种适用于耐高温驱动机构的筒体式一体化堆顶结构，包括压力容器顶盖1、控制棒驱动机构4、围筒5、抗震支撑板8、抗震板组件5、防飞射物屏蔽板9、电缆组件10及起吊部件11，所述压力容器顶盖1及抗震支撑板8分别固定连接在围筒5的下端和上端，所述控制棒驱动机构4通过抗震板组件5与抗震支撑板8相连，所述防飞射物屏蔽板9与抗震支撑板8相连，且防飞射物屏蔽板9位于抗震板组件5上方，所述电缆组件10位于抗震支撑板8的上方，电缆组件10通过支座13与抗震支撑板8相连，所述起吊部件11位于抗震支撑板8的上方且与抗震支撑板8固定连接；

还包括设置在围筒5上的第二窗口18，所述第二窗口18为开设在围筒5侧壁上的通孔，所述通孔贯通围筒5的内、外侧。

目前，由于第三代反应堆相对于二代及二代加反应堆而言，更具有先进性，因此目前及未来一段时间第三代反应堆正在/将被广泛应用。而目前的第三代一体化堆顶结构除具备上述堆顶结构应具有的功能外，还具有冷却控制棒驱动机构4的冷却结构：以风冷的形式对控制棒驱动机构4进行冷却，保证控制棒驱动机构4的正常运行。同时，该冷却结构是根据控制棒驱动机构4的冷却要求而设置的。

随着反应堆设计技术及材料科学的不断发展，反应堆控制棒驱动机构4的结构也在不断发展，目前第三代反应堆已成功研制出了不需要强制通风冷却的控制棒驱动机构4，即耐高温驱动机构，因此对使用耐高温驱动机构的反应堆而言，就功能而言，其堆顶结构不需设置用于冷却驱动机构的冷却结构。因此，目前的第三代反应堆一体化堆顶结构用于使用耐高温驱动机构的反应堆中，虽然在功能上满足基本的功能需要，但存在以下问题：(1)首先，堆顶结构中存在冷却结构，对使用耐高温驱动机构的堆顶结构而言属于多余设备，不利于堆顶结构的经济性；其次，由于该结构尺寸较大，结构较为复杂，其存在不仅增加了堆顶结构的重量，而且占据了堆顶结构围筒5内部较大的空间，阻碍了堆顶结构内部其他零部件更加合理的布置，同时现有技术中，由于冷却结构为薄板焊接异形结构件，故包括冷却结构的堆顶结构亦存在加工制造较为困难的问题。(2)若去除冷却结构，可解决上述(1)中提到的问题，但亦会引发另一个问题：由于围筒5将整个控制棒驱动机构4围住，形成一个近似于封闭的空间，无法使控制棒驱动机构4周围空气与围筒5外侧空气自然对流循环，对控制棒驱动机构4的自冷却产生较大影响，甚至可能导致控制棒驱动机构4自冷却不能满足功能要求。

本方案中，通过设置为堆顶结构包括压力容器顶盖1、控制棒驱动机构4、围筒5、抗震支撑板8、抗震板组件5、防飞射物屏蔽板9、电缆组件10及起吊部件11等零部件，所述电缆组件10即包括电缆托架及电缆桥组件，起吊部件11即为顶盖吊具，同时限定以上零部件之间的相对连接关系，这样，所述堆顶结构在正常使用时及开、扣盖期间，这些零部件组成一个整体存在，不需拆除或拆分任何一个零部件，从而实现堆顶结构的一体化，有利于提高反应堆的经济性和安全性。

同时本方案中，所述第二窗口18作为围筒5上连通围筒5内、外侧的空气对流通道，第二窗口18不但能够使筒体17内外空气充分对流，这样，在不设置堆顶冷却结构的情况下，可满足耐高温控制棒驱动机构4自冷却时的空气对流要求，符合第三代使用耐高温控制棒驱动机构4反应堆的总体使用要求和一体化要求；同时，有利于减轻整个堆顶结构的重量、使得堆顶结构内部结构简单化、使得堆顶结构具有更好的经济性。

以上方案提供了一种不需要采用堆顶结构内置冷却结构的方案，同时针对不采用堆顶结构内置冷却结构的用途，可达到上述提出的满足性能要求、可减轻重量、可简化堆顶结构内部结构、利于堆顶结构使用经济性的效果，故作为本领域技术人员，优选的，设置为所述堆顶结构不设置用于实现控制棒驱动机构4冷却的内置冷却结构。

实施例2：

如图1和图2所示，本实施例在实施例1的基础上作进一步限定：

为使得在围筒5各轴向位置和径向位置均能够通过对应的第二窗口18形成空气对流，以使得围筒5侧面各点能够较为均匀的实现散热，同时作为一种可优化围筒5刚度，利于围筒5承载能力的技术方案，设置为：所述第二窗口18为多个，多个第二窗口18组成多个窗口环；

在围筒5的轴线方向上，不同窗口环分布于围筒5不同轴向位置，各窗口环上均相对于围筒5的轴线环形均布有多个第二窗口18。

还包括设置在围筒5上的第一窗口16，所述第一窗口16为开设在围筒5侧壁上的通孔，且第一窗口16作为围筒5侧壁上用于在围筒5外部对围筒5内部机械机构进行安装、拆卸的操作通道。本方案中，所述第一窗口16作为操作通道，作为本领域技术人员，所述第一窗口16亦可作为与第二窗口18功能相同的散热通道或对流通道，故为利于使得控制棒驱动机构4在围筒5的周向方向上能够被较为均匀的冷却，同时优化围筒5刚度，设置为：所述第一窗口16为多个，且第一窗口16环形均布于围筒5上。优选的，所述第一窗口16亦可设置为如第二窗口18的窗口环设置或分布形式，即多个第一窗口16亦可在围筒5上围成位于不同轴线位置的多个窗口环，各窗口环均由多个环形均布的第一窗口16组成。

作为以上一体化方案的具体结构，设置为：所述围筒5包括筒体17、上法兰19及下法兰15，所述上法兰19作为筒体17上端的端部法兰，所述下法兰15作为筒体17下端的端部法兰；

所述下法兰15上还设置有第一螺栓孔14，围筒5的下端通过穿设在第一螺栓孔14中的第一连接螺栓3与压力容器顶盖1上的顶盖支撑台2固定连接；

所述上法兰19上还设置有第二螺栓孔20，围筒5的上端通过穿设在第二螺栓孔20中的第二连接螺栓7与抗震支撑板固定连接。

作为抗震板组件5的具体实现方案，所述抗震板组件5包括多块抗震板，且抗震板的数量与控制棒驱动机构4的数量相等，各控制棒驱动机构4上端的支撑面上均安装有一块抗震板。

为使得本堆顶结构的结构设计方便运用拉伸机以由围筒5的不同径向方向对本堆顶结构进行相应操作，设置为：还包括固定于控制棒驱动机构4上方的环轨部件12，所述环轨部件12包括用于为拉伸机提供导向和支承作用的环形轨道。

作为环轨部件12的具体实现方式，所述环轨部件12固定于抗震支撑板8上。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在对应发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种适用于耐高温驱动机构的筒体式一体化堆顶结构，包括压力容器顶盖(1)、控制棒驱动机构(4)、围筒(5)、抗震支承板(8)、抗震板组件(6)、防飞射物屏蔽板(9)、电缆组件(10)及起吊部件(11)，其特征在于，所述压力容器顶盖(1)及抗震支承板(8)分别固定连接在围筒(5)的下端和上端，所述控制棒驱动机构(4)通过抗震板组件(6)与抗震支承板(8)相连，所述防飞射物屏蔽板(9)与抗震支承板(8)相连，且防飞射物屏蔽板(9)位于抗震板组件(6)上方，所述电缆组件(10)位于抗震支承板(8)的上方，电缆组件(10)通过支座(13)与抗震支承板(8)相连，所述起吊部件(11)位于抗震支承板(8)的上方且与抗震支承板(8)固定连接；

还包括设置在围筒(5)上的第二窗口(18)，所述第二窗口(18)为开设在围筒(5)侧壁上的通孔，所述通孔贯通围筒(5)的内、外侧。

2.根据权利要求1所述的一种适用于耐高温驱动机构的筒体式一体化堆顶结构，其特征在于，所述第二窗口(18)为多个，多个第二窗口(18)组成多个窗口环；

在围筒(5)的轴线方向上，不同窗口环分布于围筒(5)不同轴向位置，各窗口环上均相对于围筒(5)的轴线环形均布有多个第二窗口(18)。

3.根据权利要求1所述的一种适用于耐高温驱动机构的筒体式一体化堆顶结构，其特征在于，还包括设置在围筒(5)上的第一窗口(16)，所述第一窗口(16)为开设在围筒(5)侧壁上的通孔，且第一窗口(16)作为围筒(5)侧壁上用于在围筒(5)外部对围筒(5)内部机械机构进行安装、拆卸的操作通道。

4.根据权利要求3所述的一种适用于耐高温驱动机构的筒体式一体化堆顶结构，其特征在于，所述第一窗口(16)为多个，且第一窗口(16)环形均布于围筒(5)上。

5.根据权利要求1所述的一种适用于耐高温驱动机构的筒体式一体化堆顶结构，其特征在于，所述围筒(5)包括筒体(17)、上法兰(19)及下法兰(15)，所述上法兰(19)作为筒体(17)上端的端部法兰，所述下法兰(15)作为筒体(17)下端的端部法兰；

所述下法兰(15)上还设置有第一螺栓孔(14)，围筒(5)的下端通过穿设在第一螺栓孔(14)中的第一连接螺栓(3)与压力容器顶盖(1)上的顶盖支撑台(2)固定连接；

所述上法兰(19)上还设置有第二螺栓孔(20)，围筒(5)的上端通过穿设在第二螺栓孔(20)中的第二连接螺栓(7)与抗震支撑板(8)固定连接。

6.根据权利要求1所述的一种适用于耐高温驱动机构的筒体式一体化堆顶结构，其特征在于，所述抗震板组件(6)包括多块抗震板，且抗震板的数量与控制棒驱动机构(4)的数量相等，各控制棒驱动机构(4)上端的支撑面上均安装有一块抗震板。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的一种适用于耐高温驱动机构的筒体式一体化堆顶结构，其特征在于，还包括固定于控制棒驱动机构(4)上方的环轨部件(12)，所述环轨部件(12)包括用于为拉伸机提供导向和支承作用的环形轨道。

8.根据权利要求7所述的一种适用于耐高温驱动机构的筒体式一体化堆顶结构，其特征在于，所述环轨部件(12)固定于抗震支承板(8)上。