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Abstract

本发明属于核电厂主回路系统技术领域，具体涉及一种能够自持流动的气冷反应堆主回路，包括设置在密封的组合体承压外壳内的主轴，还包括位于组合体承压外壳内并依次串联在主轴上的轮机、风机、控制电机转子，还包括位于组合体承压外壳之外的控制电机定子和热交换器，控制电机定子位于控制电机转子外围，共同构成带动主轴旋转的电机，组合体承压外壳与反应堆、热交换器连通；在电机的带动下，反应堆内的气体工质依次流经轮机、热交换器、风机，然后返回反应堆内。本发明提供的气冷反应堆主回路在正常运行时，主回路中的气体工质可以稳定自持循环流动，不需要外输电源，省略了供电所需配套的辅助设备，降低了主回路的复杂性，提高了主回路的可靠性。

Description

一种能够自持流动的气冷反应堆主回路
技术领域
本发明属于核电厂主回路系统技术领域，具体涉及一种能够自持流动的气冷反应堆主回路。
背景技术
在核电领域，主回路系统是使反应堆冷却剂在规定压力、温度的条件下进行循环的系统，亦称反应堆冷却剂系统、一回路主系统，是核电厂的第二道安全屏障,保障其顺利运行非常重要。对于气冷反应堆，在主回路循环中，一般设有主风机，驱动气体工质在回路中流动，保证有足够的强迫循环流量通过堆芯，把反应堆产生的热量送至热交换器，实现热量交换。对于主回路中的主风机，需要一系列配套的辅助设备为其供电，增加了系统的复杂性，相应的降低了主回路系统的可靠性。
发明内容
针对目前主回路系统中主风机驱动方式的弊端，本发明目的是为了在主回路正常运行时，可以在不使用外输电源的情况下使得主回路中的气体工质可持续循环流动，消除对外输电源的依赖，从而提高系统可靠性。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案是一种能够自持流动的气冷反应堆主回路，其中，包括设置在密封的组合体承压外壳内的主轴，还包括位于所述组合体承压外壳内并依次串联在所述主轴上的轮机、风机、控制电机转子，还包括位于所述组合体承压外壳之外的控制电机定子和热交换器，所述控制电机定子位于所述控制电机转子外围，共同构成带动所述主轴旋转的电机，所述组合体承压外壳与反应堆、所述热交换器连通；在所述电机的带动下，所述反应堆内的气体工质依次流经所述轮机、所述热交换器、所述风机，然后返回所述反应堆内。
进一步，所述轮机用于从所述反应堆内流出的所述气体工质获得推力带动所述主轴旋转；所述热交换器用于所述气体工质的热量交换；所述风机用于在所述主轴的带动下旋转，为从所述热交换器进行所述热量交换后流出的所述气体工质进行升压。
进一步，所述轮机、所述风机、所述控制电机转子同轴。
进一步，所述组合体承压外壳分为轮机舱、风机舱、电机舱三部分，所述轮机位于所述轮机舱内，所述风机位于所述风机舱内，所述控制电机转子位于所述电机舱内，所述控制电机定子位于所述电机舱外围。
进一步，所述轮机舱和所述风机舱之间设有动密封结构，实现密封隔离，所述主轴从所述动密封结构穿过。
进一步，所述轮机舱通过第一管线连接所述反应堆，通过第二管线连接所述热交换器；所述风机舱通过第三管线连接所述热交换器，通过第四管线连接所述反应堆。
进一步，所述第一管线、所述第二管线、所述第三管线、所述第四管线与所述组合体承压外壳之间的连接采用静密封方式，所述第二管线、所述第三管线与所述热交换器之间的连接采用静密封方式，实现所述气体工质的零泄漏。
进一步，还包括控制所述控制电机定子的控制装置。
本发明的有益效果在于：
本发明所提供的一种能够自持流动的气冷反应堆主回路在正常运行时，主回路中的气体工质可以稳定自持循环流动，不需要外输电源，省略了供电所需配套的辅助设备，降低了主回路的复杂性，提高了主回路的可靠性。
附图说明
图1是本发明具体实施方式中所述的闭式布雷顿循环的p-V图(p代表压力，V代表体积)；
图2是本发明具体实施方式中所述的闭式布雷顿循环的T-S图(T代表温度，S代表熵)；
图3是本发明具体实施方式中所述的一种能够自持流动的气冷反应堆主回路的示意图；
图中：1-反应堆，2-轮机，3-风机，4-控制电机转子，5-控制电机定子，6-热交换器，7-主轴，8-动密封结构，9-组合体承压外壳，10-轮机舱，11-风机舱，12-电机舱，13-第一管线，14-第二管线，15-第三管线，16-第四管线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
如图1所示，本发明提供的一种能够自持流动的气冷反应堆主回路，其中，包括轮机2、风机3、控制电机转子4、控制电机定子5、热交换器6、主轴7、动密封结构8、组合体承压外壳9、第一管线13、第二管线14、第三管线15、第四管线16以及控制控制电机定子5的控制装置等部件。
轮机2、风机3、控制电机转子4依次串联在主轴7上，并且轮机2、风机3、控制电机转子4、控制电机定子5、主轴7都设置在密封的组合体承压外壳9内。控制电机定子5和热交换器6位于组合体承压外壳9之外，控制电机定子5位于控制电机转子4外围，共同构成带动主轴7旋转的电机。
轮机2、风机3、控制电机转子4同轴，形成轮机叶片、风机叶片、与控制电机转子共轴结构，并且密封在同一个组合体承压外壳9中，使得系统更加简单紧凑。
组合体承压外壳9分为轮机舱10、风机舱11、电机舱12三部分，轮机2位于轮机舱10内，风机3位于风机舱11内，控制电机转子4位于电机舱12内，控制电机定子5位于电机舱12外围。
动密封结构8设置在轮机舱10和风机舱11之间，实现密封隔离，主轴7从动密封结构8穿过。
轮机舱10通过第一管线13连接反应堆1，通过第二管线14连接热交换器6；风机舱11通过第三管线15连接热交换器6，通过第四管线16连接反应堆1。
第一管线13、第二管线14、第三管线15、第四管线16与组合体承压外壳9之间的连接采用静密封方式，第二管线14、第三管线15与热交换器6之间的连接采用静密封方式，实现气体工质的零泄漏。
组合体承压外壳9与反应堆1、热交换器6连通；在电机的带动下，反应堆1内的气体工质依次流经轮机2、热交换器6、风机3，然后返回反应堆1内。
轮机2用于从反应堆1内流出的气体工质获得推力带动主轴7旋转；热交换器6用于气体工质的热量交换；风机3用于在主轴7的带动下旋转，为从热交换器6进行热量交换后流出的气体工质进行升压。
本发明提供的能够自持流动的气冷反应堆主回路是建立在闭式布雷顿循环的理论基础上，如图2、和图3所示，图2为闭式布雷顿循环的p-V图，图3为闭式布雷顿循环的T-S图。
在图2和图3中，
1-2为气体工质在风机3中的压缩升压过程；
2-3为气体工质在反应堆1中的吸热过程；
3-4为气体工质推动轮机2膨胀做功的过程，此时轮机2带动风机3给气体工质升压；
4-1为气体工质在热交换器6中的放热过程，气体工质进行热量交换将堆芯(反应堆1)的热量传出；
其中，图中3-4气体工质推动轮机2做功是为了使主回路中的气体工质可自持循环流动，图中4-1气体工质在热交换器6中的放热是为了将堆芯的热量传出实现热量交换。
气体工质可以以内循环或者外循环的方式对组合体承压外壳9内腔中的各个部分起到润滑作用。为了防止气体工质不经过热交换器6，直接从轮机2与风机3之间区域流过，降低热量交换效率，所以在轮机2与风机3之间增加动密封结构8，减小气体工质在轮机2与风机3之间的泄露。轮机2与风机3之间气体工质的泄露只会对热量交换效率的高低产生影响，不会造成放射性物质的外泄。
本发明提供的能够自持流动的气冷反应堆主回路的工作过程和效果：
在启动或者调速阶段，通过控制控制电机定子5的控制装置调节控制电机定子5，对控制电机转子4的转速进行调整，使其带动轮机2和风机3旋转，气体工质由反应堆1流出，推动轮机2，然后流入热交换器6。气体工质将堆芯的热量传出，进行热量交换后，进入风机3。风机3由控制电机转子4和轮机2带动，对气体工质进行升压。最后，气体工质流回反应堆1。当系统参数达到目标值后，隔离控制电机定子5对控制电机转子4的作用，控制电机不再带动主轴7旋转，完成调速过程。此时，主回路中的气体工质可以持续循环流动，不再需要外部电源供电。
在长期稳定运行状态时，隔离控制电机定子5对控制电机转子4的作用，控制电机不再工作。气体工质由反应堆1流出，推动轮机2，然后流入热交换器6。气体工质将堆芯的热量传出，进行热量交换后，气体工质进入风机3。风机3由轮机2带动，对气体工质进行升压。最后，气体工质流回反应堆1，并始终重复此循环过程。
本发明所述的装置并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。

Claims (5)

1.一种能够自持流动的气冷反应堆主回路，其特征是：包括设置在密封的组合体承压外壳(9)内的主轴(7)，还包括位于所述组合体承压外壳(9)内并依次串联在所述主轴(7)上的轮机(2)、风机(3)、控制电机转子(4)，还包括位于所述组合体承压外壳(9)之外的控制电机定子(5)和热交换器(6)，所述控制电机定子(5)位于所述控制电机转子(4)外围，共同构成带动所述主轴(7)旋转的电机，所述组合体承压外壳(9)与反应堆(1)、所述热交换器(6)连通；在所述电机的带动下，所述反应堆(1)内的气体工质依次流经所述轮机(2)、所述热交换器(6)、所述风机(3)，然后返回所述反应堆(1)内；
所述轮机(2)用于从所述反应堆(1)内流出的所述气体工质获得推力带动所述主轴(7)旋转；所述热交换器(6)用于所述气体工质的热量交换；所述风机(3)用于在所述主轴(7)的带动下旋转，为从所述热交换器(6)进行所述热量交换后流出的所述气体工质进行升压；
所述轮机(2)、所述风机(3)、所述控制电机转子(4)同轴；
所述组合体承压外壳(9)分为轮机舱(10)、风机舱(11)、电机舱(12)三部分，所述轮机(2)位于所述轮机舱(10)内，所述风机(3)位于所述风机舱(11)内，所述控制电机转子(4)位于所述电机舱(12)内，所述控制电机定子(5)位于所述电机舱(12)外围。
2.如权利要求1所述的能够自持流动的气冷反应堆主回路，其特征是：所述轮机舱(10)和所述风机舱(11)之间设有动密封结构(8)，实现密封隔离，所述主轴(7)从所述动密封结构(8)穿过。
3.如权利要求2所述的能够自持流动的气冷反应堆主回路，其特征是：所述轮机舱(10)通过第一管线(13)连接所述反应堆(1)，通过第二管线(14)连接所述热交换器(6)；所述风机舱(11)通过第三管线(15)连接所述热交换器(6)，通过第四管线(16)连接所述反应堆(1)。
4.如权利要求3所述的能够自持流动的气冷反应堆主回路，其特征是：所述第一管线(13)、所述第二管线(14)、所述第三管线(15)、所述第四管线(16)与所述组合体承压外壳(9)之间的连接采用静密封方式，所述第二管线(14)、所述第三管线(15)与所述热交换器(6)之间的连接采用静密封方式，实现所述气体工质的零泄漏。
5.如权利要求1所述的能够自持流动的气冷反应堆主回路，其特征是：还包括控制所述控制电机定子(5)的控制装置。
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