CN111341467A - 一种适用于球形燃料和高温冷却剂的金属堆内构件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于球形燃料和高温冷却剂的金属堆内构件，包括设置在上部的上围筒组件、设置在上围筒部件下方的堆芯围筒组件，上围筒组件和堆芯围筒组件之间可拆卸连接，上围筒组件内的压紧板下方设置有在轴向限位上层石墨的轴向定位装置，堆芯围筒组件包括堆芯围筒，堆芯围筒内壁上设置有2个以上沿着轴向上下平行排列的周向限位层，周向限位层由沿堆芯围筒内壁周向设置的多个周向限位件构成，2个以上周向限位层在周向方向限制设置在堆芯围筒内的石墨。本发明能够实现金属构件对设置在其内的石墨构件的包容和定位，防止温度变化引起的金属构件和石墨构件之间的移位问题。

Description

一种适用于球形燃料和高温冷却剂的金属堆内构件

技术领域

本发明涉及核领域，具体涉及一种适用于球形燃料和高温冷却剂的金属堆内构件。

背景技术

高温气冷反应堆是由普通的石墨气冷堆发展而来的反应堆。工作原理是：用石墨做为慢化剂，用气体氦作为冷却剂(这就是“气冷”)，氦气的温度高达800度左右(这就是“高温”)

具体过程是：当反应堆内的核燃料进行核反应时，放出中子，速度太快的中子经过石墨碰撞便慢下来(因为在此堆里只有慢中子才能与铀燃料发生有效反应)，以维持核反应。核反应时要释放出大量的热量，如果不把热量带走，就会烧毁反应堆，所以用气体(氦)流经堆芯，把热量带到热交换器，再由另一路冷却剂把氦气冷却，降温后的氦气又回到堆芯继续冷却反应堆，形成闭式循环回路。

高温冷却剂是第四代反应堆的标志性指标之一，冷却剂可为液态金属、熔盐及氦气、二氧化碳等。采用高温冷却剂、球形燃料具有经济性好、安全性高、可持续发展等诸多特点，同时也存在很多技术难点。

高安全性燃料、高温冷却剂是第四代反应堆标志性指标之一，冷却剂可为液态金属、氦气、二氧化碳等。相比传统的压水堆，球形燃料和高温冷却剂反应堆内部设置石墨构件，石墨既作为反射层和慢化剂，又作为结构件。石墨具有散体性，需要设置金属堆内构件来包容和定位石墨构件并构建合理冷却剂流道，由于石墨密度小于冷却剂，线膨胀系数与金属材料存在很大差异，因此对金属堆内构件提出了很高的要求。而现有技术中还没有人提出这一问题。因此提供一种适用于球形燃料和高温冷却剂反应堆的金属堆内构件结构是非常必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于球形燃料和高温冷却剂的金属堆内构件，该金属堆内构件能够包容和定位石墨构件并能够有效解决石墨构件和金属材料之间线膨胀系数差异大引起的石墨构件和金属构件之间出现移位的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种适用于球形燃料和高温冷却剂的金属堆内构件，包括设置在上部的上围筒组件、设置在上围筒部件下方的堆芯围筒组件，上围筒组件和堆芯围筒组件之间可拆卸连接，上围筒组件内的压紧板下方设置有在轴向限位上层石墨的轴向定位装置，堆芯围筒组件包括堆芯围筒，堆芯围筒内壁上设置有2个以上沿着轴向上下平行排列的周向限位层，周向限位层由沿堆芯围筒内壁周向设置的多个周向限位件构成，2个以上周向限位层在周向方向限制设置在堆芯围筒内的石墨。

上围筒组件包括扣合在上围筒上方的压紧板，设置在压紧板下方同样扣合设置在上围筒上的多个扇形的压紧块，每个压紧块和压紧板之间间隙配合连接，每个压紧块和上层石墨的每一个石墨块的位置数量一一对应，每个压紧块、与压紧块对应的石墨块和压紧板三者之间通过轴向定位装置连接，轴向定位装置包括设置在压紧块和压紧板之间的上定位方键、设置在压紧块和对应石墨块之间的下定位方键。

每个压紧块和压紧板之间通过上定位方键进行定位间隙配合连接。方形间隙配合可实现定位，便于安装，使得压紧块可相对压紧板移动并容纳热膨胀差。

每个压紧块和对应的石墨块之间通过下定位方键进行定位间隙配合连接。

堆芯围筒组件还包括设置在堆芯围筒下方的堆芯底板，堆芯底板上部沿周向设置有多个第二定位键，第二定位键和设置在中层底部的中层石墨块下部间隙配合。

压紧板上当然开设有支承控制棒套管的第一台阶孔和支承卸料机构的第二台阶孔，上围筒上设置有冷却剂流向反应堆容器出口的冷却剂出口。

压紧板位于上围筒上方，二者通过上围筒周边边缘处周向均布的若干紧固件连接固定。

周向限位件和堆芯围筒之间通过紧固件连接。周向限位件可以为第一定位键等限位件。

堆芯围筒组件下方设置有下压紧板。

本发明中需放置且定位在金属构件内的石墨构件对应分为上部石墨结构和下部石墨结构，上部石墨结构设置在金属构件的堆芯底板上，而下部石墨结构设置在堆芯底板下方的下部腔室内。上部石墨结构则包括上部填充层、上反射层、下反射层、位于上反射层和下反射层之间的侧反射层。上部填充层被设置在上围筒组件内，上部填充层通过轴向限位装置与金属构件完成定位安放；上反射层、侧反射层、下反射层则设置在堆芯围筒组件内，通过多个沿轴向上下平行设置的周向限位层实现对应部分石墨的定位和安放。上反射层、下发射层和侧反射层均由多个分层排布的石墨块构成。

本发明中为进一步定位石墨构件的下反射层，在堆芯底板上部沿周向设置有多个第二定位键以定位或限位下反射层石墨。

本发明中为进一步防止地震中堆内构件的整体轴向移位，还在下压紧板的周向边缘处设置了多个周向均布的限位结构，限位结构为均匀分布在下压紧板外侧的弹簧，可提供一定的压紧力，起到限位和缓冲功能。上述紧固件均为现有技术，只要能够实现紧固作用的构件均可以按照实际需求设置在此处。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明能够实现金属构件对设置在其内的石墨构件的包容和定位，防止温度变化引起的金属构件和石墨构件之间的移位问题。本发明便于制造和安装，安全可靠性高。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1是本发明结构图；

图2是本发明第一定位键处截面A-A图样；

图3是本发明堆芯底板处截面B-B图样；

图4是本发明上部围筒组件与堆芯围筒组件连接处局部放大图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1—上围筒组件，101—上围筒，102—压紧板，103—压紧块，104—上定位方键，105—下定位方键，106—限位结构，1024—冷却剂出口

2—堆芯围筒组件，201—堆芯围筒，202—堆芯底板，203—密封环，204—第一定位键，205—第二定位键，206-第三定位键，2021-定位孔道，2022—冷却剂孔道

3—定位销

4—下压紧板

5—控制棒套管。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1、2、3、4所示，一种适用于球形燃料和高温冷却剂的金属堆内构件，包括设置在上部的上围筒组件1、设置在上围筒101部件下方的堆芯围筒组件2，上围筒组件1和堆芯围筒组件2之间通过多个沿着圆周方向设置的定位销3进行定位连接，上围筒组件1内的压紧板102下方设置有在轴向限位上层石墨的轴向定位装置，堆芯围筒组件2包括堆芯围筒201，堆芯围筒201内壁上设置有2个以上沿着轴向上下平行排列的周向限位层，周向限位层由沿堆芯围筒201内壁周向设置的多个周向限位件构成，2个以上周向限位层在周向方向限制设置在堆芯围筒201内的石墨。

上围筒组件1和堆芯围筒组件2之间还可以采用其他的可拆卸连接方式，不仅局限于销接一种。

上围筒组件1包括上围筒101、压紧板102、压紧块103等。

上围筒组件1包括扣合在上围筒101上方的压紧板102，设置在压紧板102下方同样扣合设置在上围筒101上的多个扇形的压紧块103，每个压紧块103和压紧板102之间间隙配合连接，每个压紧块103和上层填充层

石墨构件的每一个石墨块的位置数量一一对应，每个压紧块103、与压紧块103对应的石墨块和压紧板102三者之间通过轴向定位装置连接，轴向定位装置包括设置在压紧块103和压紧板102之间的上定位方键104、设置在压紧块103和对应石墨块之间的下定位方键105。

压紧板102上开设有支承控制棒套管5的第一台阶孔和支承卸料机构的第二台阶孔，上围筒101上设置有冷却剂流向反应堆容器出口的冷却剂出口1024。

每个压紧块103和压紧板102之间通过上定位方键104进行定位间隙配合连接。每个压紧块103和对应的石墨块之间通过下定位方键105进行定位间隙配合连接。上定位方键104均与压紧块103、压紧板102之间采用间隙配合将压紧块103和压紧板102连接在一起。下定位方键105与上填充层的石墨块开槽相对应，从而在轴向定位或限位约束上填充层石墨。而限位结构106则通过机械连接或焊接方式周向分布在上围筒101顶部周向边缘处。

堆芯围筒组件2还包括堆芯底板202，堆芯底板202上部沿周向设置有多个第二定位键205，第二定位键205和设置在中层底部的中层石墨块下部间隙配合。堆芯底板202通过圆周边缘处设置的螺栓和销与堆芯围筒201固定连接。堆芯底板202周边缘处沿着圆周均匀设置有第三定位键206，第三定位键206与反应堆容器对应的四处支撑块开槽间隙配合。为便于现场安装调试，第三定位键206为上端宽、下端窄的T形结构。堆芯底板202上还设置有开槽，开槽为通孔，开槽是为方便冷却剂的流通而设置的。

堆芯底板202上开设的定位孔道2021和控制棒套管5位置是一一对应的，定位孔道2021与控制棒套管5之间有适当间隙，对控制棒套管5下端起限位作用。

堆堆芯底板202中央区域均匀开设有若干冷却剂孔道2022，冷却剂孔道2022为冷却剂进入堆芯提供通道。

堆芯围筒组件2还包括密封环203。密封环203设置在堆芯围筒201顶部法兰外圆处，随堆芯围筒201一并吊装。

在具体实施中，周向限位层可以为两层。两层周向限位层之间的间隔为球形燃料的直径大小。周向限位层由多个沿着堆芯围筒201的内壁周向均布的第一定位键204构成。第一定位键204结构和尺寸与上反射层、侧反射层的开槽相匹配，从而实现限制石墨构架的周向位移。

周向限位件和堆芯围筒201之间通过紧固件连接。周向限位件可以为定位键等限位件。

压紧板102位于上围筒101上方，二者通过上围筒101周边边缘处周向均布的若干紧固件连接固定。

堆芯围筒组件2下方设置有下压紧板4。用于压紧下腔室填充石墨。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于球形燃料和高温冷却剂的金属堆内构件，其特征在于，包括设置在上部的上围筒组件(1)、设置在上围筒(101)部件下方的堆芯围筒组件(2)，上围筒组件(1)和堆芯围筒组件(2)之间可拆卸连接，上围筒组件(1)内的压紧板(102)下方设置有在轴向限位上层石墨的轴向定位装置，堆芯围筒组件(2)包括堆芯围筒(201)，堆芯围筒(201)内壁上设置有2个以上沿着轴向上下平行排列的周向限位层，周向限位层由沿堆芯围筒(201)内壁周向设置的多个周向限位件构成，2个以上周向限位层在周向方向限制设置在堆芯围筒(201)内的石墨。

2.根据权利要求1所述的适用于球形燃料和高温冷却剂的金属堆内构件，其特征在于，上围筒组件(1)包括扣合在上围筒(101)上方的压紧板(102)，设置在压紧板(102)下方同样扣合设置在上围筒(101)上的多个扇形的压紧块(103)，每个压紧块(103)和压紧板(102)之间间隙配合连接，每个压紧块(103)和上层石墨的每一个石墨块的位置数量一一对应，每个压紧块(103)、与压紧块(103)对应的石墨块和压紧板(102)三者之间通过轴向定位装置连接，轴向定位装置包括设置在压紧块(103)和压紧板(102)之间的上定位方键(104)、设置在压紧块(103)和对应石墨块之间的下定位方键(105)。

3.根据权利要求2所述的适用于球形燃料和高温冷却剂的金属堆内构件，其特征在于，每个压紧块(103)和压紧板(102)之间通过上定位方键(104)间隙配合连接，进行定位。

4.根据权利要求2所述的适用于球形燃料和高温冷却剂的金属堆内构件，其特征在于，每个压紧块(103)和对应的石墨块之间通过下定位方键(105)间隙配合连接，进行定位。

5.根据权利要求1所述的适用于球形燃料和高温冷却剂的金属堆内构件，其特征在于，堆芯围筒组件(2)还包括堆芯底板(202)，堆芯底板(202)上部沿周向设置有多个第二定位键(205)，第二定位键(205)和设置在中层底部的中层石墨块下部间隙配合。

6.根据权利要求1所述的适用于球形燃料和高温冷却剂的金属堆内构件，其特征在于，压紧板(102)上当然开设有支承控制棒套管(5)的第一台阶孔和支承卸料机构的第二台阶孔，上围筒(101)上设置有冷却剂流向反应堆容器出口的冷却剂出口(1024)。

7.根据权利要求1所述的适用于球形燃料和高温冷却剂的金属堆内构件，其特征在于，压紧板(102)位于上围筒(101)上方，二者通过上围筒(101)周边边缘处周向均布的若干紧固件连接固定。

8.根据权利要求1所述的适用于球形燃料和高温冷却剂的金属堆内构件，其特征在于，周向限位件和堆芯围筒(201)之间通过紧固件连接。

9.根据权利要求1所述的适用于球形燃料和高温冷却剂的金属堆内构件，其特征在于，在压紧板(102)的周向边缘处沿周向均布设置有多个限位结构(106)，以限制堆内构件在地震载荷作用下的轴向位移。

10.根据权利要求1所述的适用于球形燃料和高温冷却剂的金属堆内构件，其特征在于，堆芯围筒组件(2)下方设置有下压紧板(4)。

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