CN111503327A - 浮动阀门装置及其工作方法、压力容器 - Google Patents

浮动阀门装置及其工作方法、压力容器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种浮动阀门装置及其工作方法、压力容器，浮动阀门装置包括导流管、浮动阀门以及驱动组件；导流管竖直设置在压力容器内隔板上并与隔板孔相连通；导流管的管壁上设有导流孔，连通导流管的内部流道和压力容器的上部环腔；浮动阀门设置在导流管和隔板孔之间并连通导流管和隔板孔，浮动阀门可在冷却剂的浮力或重力作用下沿导流管的轴向上下滑动，闭合或打开隔板孔，将压力容器的上部环腔和下部环腔隔断或连通；驱动组件设置在导流管内，驱使上部环腔的冷却剂进入导流管并通过浮动阀门流入下部环腔。本发明实现核反应堆冷却剂在正常运行流道和事故工况流道进行切换，解决了高温和强辐照环境下难以采用能动装置和阀门动力输入难题。

Description

浮动阀门装置及其工作方法、压力容器
技术领域
本发明涉及一种阀门装置，尤其涉及一种浮动阀门装置及其工作方法、压力容器。
背景技术
在正常运行工况，核反应堆中冷却剂的流通主要通过压力容器内隔板上的通孔进入隔板下方的环腔，再进入吊篮内部的堆芯。目前，隔板的冷却剂孔主要通过设置的单向门实现开合。在正常运行工况下，单向门需要通过下方冷却剂的浮力往上动作闭合隔板上的通孔，在事故工况下，单向门需要通过自身与冷却剂的质量差异打开冷却剂孔。然而，由于单向门周围的流场存在多个无规律方向，使得单向门保持开合不稳定。
另外，对于上述单向门的设置，需要将隔板设置为双层隔板结构，达到增压的目的，同时需要设置导流结构，达到稳定流场的目的，较为复杂。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种实现核反应堆冷却剂流道切换的浮动阀门装置及其工作方法、具有该浮动阀门装置的压力容器。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种浮动阀门装置，安装在压力容器内的隔板上，所述浮动阀门装置包括导流管、浮动阀门以及驱动组件；
所述导流管竖直设置在隔板上并与所述隔板上的隔板孔相连通；所述导流管的管壁上设有至少一个导流孔，连通所述导流管的内部流道和压力容器的上部环腔；
所述浮动阀门设置在所述导流管和隔板孔之间并连通所述导流管和隔板孔，所述浮动阀门可在冷却剂的浮力或重力作用下沿所述导流管的轴向上下滑动，闭合在所述隔板孔上或打开所述隔板孔，将压力容器的上部环腔和下部环腔隔断或连通；
所述驱动组件设置在所述导流管内，驱使上部环腔的冷却剂进入所述导流管并通过所述浮动阀门流入下部环腔。
优选地，所述浮动阀门包括配合在所述导流管的下端口处的阀体、连接在所述阀体的一端外周并位于所述下端口外的环形的挡板；
所述阀体上设有贯通其相对两端的流通通道，所述流通通道连通所述导流管的内部流道和隔板孔；
所述阀体的外周与所述隔板孔的内壁之间形成有一环形通孔，所述挡板随所述阀体沿所述导流管的轴向上下滑动，闭合在所述环形通孔上或离开所述环形通孔。
优选地，所述阀体嵌设在所述导流管的下端口内侧或者套设在所述端口外侧。
优选地，所述挡板上设有向所述隔板方向凸出的凸起部，所述隔板孔外围的所述隔板上设有与所述凸起部相适配的卡槽；在所述挡板闭合所述环形通孔时，所述凸起部卡合在所述卡槽内。
优选地，所述挡板的宽度大于所述环形通孔的宽度。
优选地，所述驱动组件包括沿所述导流管的轴向延伸的驱动轴、连接在所述驱动轴的下端上的叶轮；所述驱动轴的上端延伸至压力容器的上端。
优选地，在所述导流管的轴向上，所述叶轮位于所述导流孔的下方。
优选地，所述浮动阀门装置还包括与所述驱动轴连接的电机；所述电机设置在压力容器外部。
优选地，所述浮动阀门装置还包括支承件；所述支承件位于隔板孔的外围并连接在所述导流管的下端和隔板之间。
优选地，所述支承件包括至少一个支承杆；或者，所述支承件为围接在所述导流管的下端外周面和隔板之间的支承壁，所述支承壁上设有至少一个通孔，连通所述隔板孔和上部环腔。
本发明还提供一种浮动阀门装置的工作方法，包括：
在正常运行工况，在驱动组件的驱动下，压力容器内上部环腔的冷却剂进入导流管，通过浮动阀门流入下部环腔，再从压力容器内吊篮的底部进入所述吊篮内，对所述吊篮内的堆芯进行冷却；经过堆芯后升温的冷却剂通过所述吊篮上的出口进入上部环腔；
在事故工况，浮动阀门在冷却剂的浮力作用下沿导流管的轴向向上滑动，打开隔板孔，压力容器内上部环腔的冷却剂通过隔板孔流入下部环腔，再从压力容器内吊篮的底部进入所述吊篮内，对所述吊篮内的堆芯进行冷却；经过堆芯后升温的冷却剂通过所述吊篮上的出口进入上部环腔。
本发明还提供一种压力容器，包括容器本体、设置在所述容器本体内的吊篮、设置在所述容器本体内下端并连接在所述吊篮外周侧面和容器本体的内壁面之间的隔板、设置在所述隔板上的至少一个上述任一项所述的浮动阀门装置。
本发明的浮动阀门装置，用于压力容器内，利用冷却剂浮力和驱动组件对冷却剂的驱动力，配合浮力阀门，实现核反应堆冷却剂在正常运行流道和事故工况流道进行切换，解决了高温和强辐照环境下难以采用能动装置和阀门动力输入难题；浮动阀门与驱动组件关联，解决了核反应堆内冷却剂流场紊乱对该类功能执行机构的负面影响。
本发明还适用于以金属溶液为冷却剂的核反应堆；
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明一实施例的压力容器的剖面结构示意图；
图2是图1中A部分的放大结构示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本发明一实施例的压力容器，包括容器本体10、吊篮20、隔板30以及至少一个浮动阀门装置。
吊篮20设置在容器本体10内，主要位于容器本体10内中心位置并沿容器本体10的轴向延伸至容器本体10的上端。吊篮20内部设置堆芯(未图示)。隔板30设置在容器本体10内下端并连接在吊篮20外周侧面和容器本体10的内壁面之间，将容器本体10的内部空间分成位于隔板30上方且环绕在吊篮20外围的上部环腔101、位于隔板30和吊篮20下方的下部环腔102。
吊篮20的上端设有出口21，贯通吊篮20内部和上部环腔101，吊篮20内部的冷却剂可通过出口21流至上部环腔101。吊篮20的底部与下部环腔102相连通，且吊篮20的底部设有流量分布器22，对从下部环腔102进入吊篮20内部的冷却剂进行均流。
隔板30上设有至少一个隔板孔31，可连通上部环腔101和下部环腔102。浮动阀门装置对应隔板孔31设置在隔板30上。
结合图1、图2，浮动阀门装置包括导流管40、浮动阀门50以及驱动组件60。
导流管40竖直设置在隔板30上，与隔板30上的隔板孔31相连通，从而下部环腔102的冷却剂可通过隔板孔31进入导流管40。导流管40以其朝向隔板30的下端与隔板孔31相对并连通；导流管40远离隔板30的上端延伸至容器本体10的上端。
导流管40的管壁上设有至少一个导流孔41，连通导流管40的内部流道和上部环腔102，使得上部环腔102中的冷却剂可通过该导流孔41进入导流管40内。导流管40内的冷却剂再从下端通过隔板孔31进入下部环腔102。
浮动阀门50设置在导流管40和隔板孔31之间并连通导流管40和隔板孔31，浮动阀门50可在冷却剂的浮力或重力作用下沿导流管40的轴向上下滑动，闭合在隔板孔31上或打开隔板孔31，将压力容器的上部环腔101和下部环腔102隔断或连通。
具体地，浮动阀门50可包括配合在导流管40的下端口处的阀体51、连接在阀体51的一端外周并位于导流管40的下端口外的环形的挡板52。阀体51上设有贯通其相对两端的流通通道510，流通通道510连通导流管40的内部流道和隔板孔31。
阀体51及其所在的导流管40端口的整体直径小于隔板孔31的内径，以使得阀体51及其所在的导流管40端口与隔板孔31之间留有间隙。
根据设置，阀体51可以嵌设在导流管40的下端口内侧，如图2所示。或者，阀体51也可以套设在端口外侧。阀体51的一个端部在轴向上伸出导流管40外，挡板52设置在该端部的外周上。
阀体51的外周与隔板孔31的内壁之间形成有一环形通孔32，挡板52随阀体51沿导流管40的轴向上下滑动，闭合在环形通孔32上或离开环形通孔32。挡板52的宽度大于环形通孔32的宽度，以使挡板52闭合在环形通孔32上时其周缘部抵接在隔板30上。
挡板52的设置还可以增加阀体51在横向上的面积。在事故工况时，挡板52为阀体51的上升提供浮力驱动。
进一步地，挡板52上设有向隔板30方向凸出的凸起部53，隔板30上设有与凸起部53相适配的卡槽33，卡槽33位于隔板孔31的外围。在挡板52闭合环形通孔32时，凸起部53卡合在卡槽33内，起到稳定挡板52的作用。
驱动组件60设置在导流管40内，驱使上部环腔101的冷却剂进入导流管40并通过浮动阀门50(从流通通道510通过)流入下部环腔102。
驱动组件60可包括驱动轴61以及连接在驱动轴61上的叶轮62。驱动轴61在导流管40内沿导流管40的轴向延伸，其上端可延伸至压力容器的上端，叶轮62连接在驱动轴61的下端上。在驱动轴61转动带动叶轮62转动后，将导流管40外部的冷却剂吸进导流管40内。
本实施例中，在导流管40的轴向上，叶轮62位于导流孔41的下方。
另外，本发明的浮动阀门装置还包括与驱动轴61连接的电机(未图示)。电机设置在压力容器外部，连接并驱使驱动轴61转动。
本发明中，通过驱动组件60为冷却剂的流动提供动力，确保有足够的压力流通，隔板30不需双层设置。
进一步地，本发明的浮动阀门装置还包括支承件70。支承件70位于隔板孔31的外围并连接在导流管40的下端和隔板30之间，对导流管40起到支撑作用，使其定位在隔板30的上方。
作为选择，支承件70可包括至少一个支承杆。或者，如图2所示，支承件70为围接在导流管40的下端外周面和隔板30之间的支承壁，整体呈环形。支承壁上设有至少一个通孔71，连通隔板孔31和上部环腔102。
参考图1-2及图1中箭头所示的冷却剂流向，本发明的浮动阀门装置的工作方法，包括：
在正常运行工况，在驱动组件60的驱动下，压力容器内上部环腔101的冷却剂进入导流管40，通过浮动阀门50流入下部环腔102，具体从流通通道510和隔板孔31通过，同时在冷却剂下压下浮动阀门50闭合在隔板孔31上，通过挡板52将环形通孔32闭合，隔断上部环腔101和下部环腔102的直接连通。冷却剂再从压力容器内吊篮20的底部(经过流量分布器22均流)进入吊篮20内，对吊篮20内的堆芯进行冷却；经过堆芯后升温的冷却剂通过吊篮20上的出口21进入上部环腔101；这样，冷却剂完成正常工况的一次循环。
在事故工况(即驱动组件60失去电源停止运行)，浮动阀门50在冷却剂的浮力作用下沿导流管40的轴向向上滑动，打开隔板孔31，以使下部环腔102通过隔板孔31与上部环腔101相连通；压力容器内上部环腔101的冷却剂通过隔板孔31流入下部环腔102，再从压力容器内吊篮20的底部(经过流量分布器22均流)进入吊篮20内，对吊篮20内的堆芯进行冷却；经过堆芯后升温的冷却剂通过吊篮20上的出口21进入上部环腔101；这样，冷却剂完成事故工况的一次循环。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (12)

1.一种浮动阀门装置，安装在压力容器内的隔板上，其特征在于，所述浮动阀门装置包括导流管、浮动阀门以及驱动组件；
所述导流管竖直设置在隔板上并与所述隔板上的隔板孔相连通；所述导流管的管壁上设有至少一个导流孔，连通所述导流管的内部流道和压力容器的上部环腔；
所述浮动阀门设置在所述导流管和隔板孔之间并连通所述导流管和隔板孔，所述浮动阀门可在冷却剂的浮力或重力作用下沿所述导流管的轴向上下滑动，闭合在所述隔板孔上或打开所述隔板孔，将压力容器的上部环腔和下部环腔隔断或连通；
所述驱动组件设置在所述导流管内，驱使上部环腔的冷却剂进入所述导流管并通过所述浮动阀门流入下部环腔。
2.根据权利要求1所述的浮动阀门装置，其特征在于，所述浮动阀门包括配合在所述导流管的下端口处的阀体、连接在所述阀体的一端外周并位于所述下端口外的环形的挡板；
所述阀体上设有贯通其相对两端的流通通道，所述流通通道连通所述导流管的内部流道和隔板孔；
所述阀体的外周与所述隔板孔的内壁之间形成有一环形通孔，所述挡板随所述阀体沿所述导流管的轴向上下滑动，闭合在所述环形通孔上或离开所述环形通孔。
3.根据权利要求2所述的浮动阀门装置，其特征在于，所述阀体嵌设在所述导流管的下端口内侧或者套设在所述端口外侧。
4.根据权利要求2所述的浮动阀门装置，其特征在于，所述挡板上设有向所述隔板方向凸出的凸起部，所述隔板孔外围的所述隔板上设有与所述凸起部相适配的卡槽；在所述挡板闭合所述环形通孔时，所述凸起部卡合在所述卡槽内。
5.根据权利要求2所述的浮动阀门装置，其特征在于，所述挡板的宽度大于所述环形通孔的宽度。
6.根据权利要求1所述的浮动阀门装置，其特征在于，所述驱动组件包括沿所述导流管的轴向延伸的驱动轴、连接在所述驱动轴的下端上的叶轮；所述驱动轴的上端延伸至压力容器的上端。
7.根据权利要求6所述的浮动阀门装置，其特征在于，在所述导流管的轴向上，所述叶轮位于所述导流孔的下方。
8.根据权利要求6所述的浮动阀门装置，其特征在于，所述浮动阀门装置还包括与所述驱动轴连接的电机；所述电机设置在压力容器外部。
9.根据权利要求1-8任一项所述的浮动阀门装置，其特征在于，所述浮动阀门装置还包括支承件；所述支承件位于隔板孔的外围并连接在所述导流管的下端和隔板之间。
10.根据权利要求9所述的浮动阀门装置，其特征在于，所述支承件包括至少一个支承杆；或者，所述支承件为围接在所述导流管的下端外周面和隔板之间的支承壁，所述支承壁上设有至少一个通孔，连通所述隔板孔和上部环腔。
11.一种权利要求1-10任一项所述的浮动阀门装置的工作方法，其特征在于，包括：
在正常运行工况，在驱动组件的驱动下，压力容器内上部环腔的冷却剂进入导流管，通过浮动阀门流入下部环腔，再从压力容器内吊篮的底部进入所述吊篮内，对所述吊篮内的堆芯进行冷却；经过堆芯后升温的冷却剂通过所述吊篮上的出口进入上部环腔；
在事故工况，浮动阀门在冷却剂的浮力作用下沿导流管的轴向向上滑动，打开隔板孔，压力容器内上部环腔的冷却剂通过隔板孔流入下部环腔，再从压力容器内吊篮的底部进入所述吊篮内，对所述吊篮内的堆芯进行冷却；经过堆芯后升温的冷却剂通过所述吊篮上的出口进入上部环腔。
12.一种压力容器，其特征在于，包括容器本体、设置在所述容器本体内的吊篮、设置在所述容器本体内下端并连接在所述吊篮外周侧面和容器本体的内壁面之间的隔板、设置在所述隔板上的至少一个权利要求1-10任一项所述的浮动阀门装置。
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