CN110767331B - 一种小型液态金属反应堆箱式堆顶盖 - Google Patents

一种小型液态金属反应堆箱式堆顶盖 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种小型液态金属反应堆箱式堆顶盖，涉及核反应堆顶盖结构设计领域，通过设置内顶盖和主顶盖；内顶盖上设有主泵接口部和控制棒驱动机构接口部；主顶盖上设有用于引出换热器管束的换热器接口；主顶盖的下部设有用于安装换热器的腔体结构；内顶盖定位安装在主顶盖上。本发明通过在主顶盖的箱体内集成换热器；运行期间，液态重金属冷却剂会流过箱体，起到堆顶屏蔽的作用，以减少堆顶盖屏蔽材料用量，减轻堆顶盖质量。本发明通过在箱体不同位置的板壳分别采用具备中子屏蔽或伽马屏蔽功能的结构材料，以优化堆顶屏蔽效果，减少屏蔽用量。

Description

一种小型液态金属反应堆箱式堆顶盖
技术领域
本发明涉及核反应堆顶盖结构设计领域，具体涉及一种小型液态金属反应堆箱式堆顶盖。
背景技术
核反应堆堆本体是反应堆系统中重要的组成，其设计尺寸直接影响整堆设计尺寸。液态金属池式堆，主设备大多集中在堆顶盖上，堆顶盖的尺寸直接影响反应堆的整体尺寸。反应堆堆顶盖的主要功能包括：支承换热器、驱动泵、控制棒驱动机构耐压壳等反应堆功能设备，为堆顶的设备供中子屏蔽以及生物屏蔽，因而堆顶盖的尺寸、质量受到主设备及其连接方式、堆顶盖屏蔽及材料的影响。
目前常见的反应堆堆顶盖都为单层成型壳体，例如AP1000压水堆堆顶盖设备为单层球盖。池式反应堆堆顶盖常用单层平盖或成型壳体，例如，法国超凤凰堆采用了箱体堆顶盖结构，并在箱体内填充混凝土，反而加重了反应堆顶盖质量；俄罗斯SVBR-70反应堆的采用了箱体平盖设计，箱体内填充轻量化屏蔽材料，但是换热器垂直贯穿堆顶盖安装，无法为顶盖提供屏蔽功能；中国实验快堆的堆顶盖采用了不锈钢材质的单层球形封头，需分别在堆内设置中子屏蔽，堆外设置混凝土生物屏蔽。
本发明充分利用液态重金属冷却剂的生物屏蔽特性，将换热器集成在堆顶盖内；液态重金属的冷却剂兼顾传热及屏蔽作用；同时，对箱体的不同位置部件采用对应的屏蔽结构功能复合材料，以达到优化屏蔽，堆顶盖轻量化目的。
发明内容
本发明的目的是一种小型液态金属反应堆箱式堆顶盖，旨在解决现阶段小型液态金属反应堆堆顶盖的重量较重和屏蔽效果较差的技术问题。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种小型液态金属反应堆箱式堆顶盖，包括内顶盖和主顶盖；所述内顶盖上设有主泵接口部和控制棒驱动机构接口部；所述主顶盖上设有用于引出换热器管束的换热器接口；所述主顶盖的下部设有用于安装换热器的腔体结构；所述内顶盖定位安装在所述主顶盖上。
可选地，所述内顶盖通过安装板盖设在所述主顶盖的圆筒体顶端开口上。
可选地，所述主泵接口部为接管法兰；所述控制棒驱动机构接口部为压力管道。
可选地，所述主顶盖包括圆筒体、支承环板、换热器接口、支承耳部和凹槽部；所述支承环板固定套设在所述圆筒体上；所述换热器接口设在所述支承环板上；所述凹槽部设在所述支承环板下。
可选地，所述圆筒体设在所述主顶盖的中心位置处；所述圆筒体内径尺寸大于堆芯尺寸。
可选地，所述支承环板与圆筒体同轴定位设置；所述支承环板周向围设在所述圆筒体中部位置。
可选地，所述支承环板上设置有多个用于引出换热器管束的换热器接口。
可选地，所述凹槽部分别与支承环板的圆环面和圆筒体的底面固定连接来形成环状空腔结构；所述环状空腔结构内装入所述换热器。
可选地，所述凹槽部的外圆柱壳体设置有换热器出口孔；所述圆筒体下部设置换热器入口孔；所述换热器入口孔与所述换热器出口孔一一对应设置。
可选地，所述圆筒体和支承环板为具备伽马屏蔽功能的结构材料制成；所述凹槽部为具备中子屏蔽功能的结构材料制成。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明通过在主顶盖的箱体内集成换热器；运行期间，液态重金属冷却剂会流过箱体，起到堆顶屏蔽的作用，以减少堆顶盖屏蔽材料用量，减轻堆顶盖质量。
2、本发明通过在箱体不同位置的板壳分别采用具备中子屏蔽或伽马屏蔽功能的结构材料，以优化堆顶屏蔽效果，减少屏蔽用量。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅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为本发明的立体结构示意图；
图2为本发明的内顶盖剖视图；
图3为本发明的主顶盖剖视图；
图中标号说明：
1、内顶盖；11、主泵接口部；12、控制棒驱动机构接口部；13、安装板；2、主顶盖；21、圆筒体；22、支承环板；23、换热器接口；24、支承耳部；25、凹槽部；26、腔体结构；27、换热器出口孔；28、换热器入口孔。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，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作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。
结合附图1至图3，本发明提供了一种小型液态金属反应堆箱式堆顶盖，在满足堆顶盖功能要求的前提下，解决小型液态金属反应堆设计中存在堆顶盖集成设备过多而导致的质量大，堆顶屏蔽效果差的技术问题，为小型液态金属反应堆堆顶盖的轻量化以及堆顶盖屏蔽优化提供一种可行的设计方案。
具体地，结合附图1，包括内顶盖1和主顶盖2；所述内顶盖1上设有主泵接口部11和控制棒驱动机构接口部12；所述主顶盖2上设有用于引出换热器管束的换热器接口23；所述主顶盖2的下部设有用于安装换热器的腔体结构26；所述内顶盖1定位安装在所述主顶盖2上。
本发明通过在主顶盖的箱体内集成换热器；运行期间，液态重金属冷却剂会流过箱体，起到堆顶屏蔽的作用，以减少堆顶盖屏蔽材料用量，减轻堆顶盖质量。
在一实施例中，结合附图2，所述内顶盖1通过安装板13盖设在所述主顶盖2的圆筒体21顶端开口上；所述控制棒驱动机构接口部12为压力管道；且管道端面与控制棒驱动结构的压力管壳焊接；所述主泵接口部11为接管法兰；在法兰端面上开设用于主泵法兰螺栓连接的盲螺孔。
在一实施例中，结合附图3，所述主顶盖2箱体由多板壳构成；所述主顶盖2包括圆筒体21、支承环板22、换热器接口23、支承耳部24和凹槽部25；所述支承环板22固定套设在所述圆筒体21上；所述换热器接口23设在所述支承环板22上；所述凹槽部25设在所述支承环板22下所述圆筒体21设在所述主顶盖2的中心位置处，并用来安装所述内顶盖1。
优选地，所述圆筒体21内径尺寸大于堆芯尺寸。
所述支承环板22与圆筒体21同轴定位设置；所述支承环板22周向围设在所述圆筒体21中部位置。
所述支承环板22上设置有多个用于引出换热器管束的换热器接口23。
所述换热器接口23包括进、出口各三个；所述换热器接口23圆周均匀分布在所述支承环板22上。
所述支承耳部24用于将所述主顶盖2安装到主容器法兰上的；所述支承耳部24上开设螺栓通孔。
所述凹槽部25分别与支承环板22的圆环面和圆筒体21的底面固定连接来形成环状空腔结构；所述环状空腔结构内装入所述换热器；需要说明的是，所述换热器包括但不限于板式换热器、螺旋管束换热器。
具体地，所述凹槽部25的外圆柱壳体设置有换热器出口孔27，上下排列三个，换热器出口孔27沿凹槽部25的外圆柱壳体圆周均匀布置二十二个，沿换热器有效换热高度，从上到下上均匀布置三行；所述圆筒体21下部设置换热器入口孔28；所述换热器入口孔28与所述换热器出口孔27一一对应设置(对应位置、尺寸和数量相同)。
优选地，所述圆筒体21以及支承环板22的材料为伽马屏蔽和结构功能复合材料，包括但不限于不锈钢、钨合金钢；所述凹槽部25的材料为中子屏蔽和结构功能复合材料，包括但不限于硼钢、钆钢。需要说明的是，本发明的结构简单实用，通过在箱体不同位置的板壳分别采用具备中子屏蔽或伽马屏蔽功能的结构材料，以优化堆顶屏蔽效果，减少屏蔽用量。
需要说明的是，本发明中未详细阐述部分属于本领域公知技术，或可直接从市场上采购获得，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可获得，其具体的连接方式在本领域或日常生活中有着极其广泛的应用，此处不再详述。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种小型液态金属反应堆箱式堆顶盖，其特征在于：包括内顶盖(1)和主顶盖(2)；所述内顶盖(1)上设有主泵接口部(11)和控制棒驱动机构接口部(12)；所述主顶盖(2)上设有用于引出换热器管束的换热器接口(23)；所述主顶盖(2)的下部设有用于安装换热器的腔体结构(26)；所述内顶盖(1)定位安装在所述主顶盖(2)上；
所述内顶盖(1)通过安装板(13)盖设在所述主顶盖(2)的圆筒体(21)顶端开口上；
所述主顶盖(2)包括圆筒体(21)、支承环板(22)、换热器接口(23)、支承耳部(24)和凹槽部(25)；所述支承环板(22)固定套设在所述圆筒体(21)上；所述换热器接口(23)设在所述支承环板(22)上；所述凹槽部(25)设在所述支承环板(22)下；
所述凹槽部(25)分别与支承环板(22)的圆环面和圆筒体(21)的底面固定连接来形成环状空腔结构；所述环状空腔结构内装入所述换热器。
2.根据权利要求1所述的小型液态金属反应堆箱式堆顶盖，其特征在于：所述主泵接口部(11)为接管法兰；所述控制棒驱动机构接口部(12)为压力管道。
3.根据权利要求1所述的小型液态金属反应堆箱式堆顶盖，其特征在于：所述圆筒体(21)设在所述主顶盖(2)的中心位置处；所述圆筒体(21)内径尺寸大于堆芯尺寸。
4.根据权利要求1所述的小型液态金属反应堆箱式堆顶盖，其特征在于：所述支承环板(22)与圆筒体(21)同轴定位设置；所述支承环板(22)周向围设在所述圆筒体(21)中部位置。
5.根据权利要求1所述的小型液态金属反应堆箱式堆顶盖，其特征在于：所述支承环板(22)上设置有多个用于引出换热器管束的换热器接口(23)。
6.根据权利要求1所述的小型液态金属反应堆箱式堆顶盖，其特征在于：所述凹槽部(25)的外圆柱壳体设置有换热器出口孔(27)；所述圆筒体(21)下部设置换热器入口孔(28)；所述换热器入口孔(28)与所述换热器出口孔(27)一一对应设置。
7.根据权利要求1所述的小型液态金属反应堆箱式堆顶盖，其特征在于：所述圆筒体(21)和支承环板(22)为具备伽马屏蔽功能的结构材料制成；所述凹槽部(25)为具备中子屏蔽功能的结构材料制成。
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