CN112951454B - 连接组件以及包括该连接组件的反应堆安全壳 - Google Patents
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Abstract
本发明的实施例公开了一种用于反应堆安全壳的内部电气设备与外部电气设备之间进行连接的连接组件，包括连接组件主体、密封件、第一连接件、固定件和第二连接件。连接组件主体的一端连接于外部电气设备，连接组件主体的另一端连接于内部电气设备；密封件由陶瓷材料制成，并设置成环状，连接组件主体穿过密封件，并且密封件沿连接组件主体延伸预定距离；第一连接件的一端密封连接于连接组件主体，第一连接件的另一端钎焊于密封件；固定件设置于连接组件主体外层，固定件固定于反应堆安全壳，使得连接组件固定至反应堆安全壳；第二连接件的一端钎焊于密封件，第二连接件的另一端密封连接于固定件。这种连接组件具有良好的密封性。
Description
技术领域
本发明的实施例涉及核反应堆技术领域，具体涉及一种用于对反应堆安全壳的内部电气设备与外部电气设备之间进行连接的连接组件。
背景技术
反应堆安全壳的内部电气设备与反应堆安全壳的外部电气设备需要进行信号、电力等方面的通讯以及连接；另外，由于反应堆内的放射性，应当保证反应堆安全壳的完整性，防止放射性物质外泄。核电站反应堆具有高温、高压、高辐射等工况环境，对用于反应堆中的部件的结构和性能提出了严格的要求，然而，现有的用于提供反应堆安全壳的内部电气设备与反应堆安全壳的外部电气设备的组件，在反应堆环境中，会出现结构不稳定、性能下降、寿命降低甚至失效的情况。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的连接组件。
根据本发明的第一个方面，提供了一种用于对反应堆安全壳的内部电气设备与外部电气设备之间进行连接的连接组件，包括：连接组件主体，所述连接组件主体的一端连接于所述外部电气设备，所述连接组件主体的另一端连接于所述内部电气设备；密封件，所述密封件由陶瓷材料制成，并设置成环状，所述连接组件主体穿过所述密封件，并且所述密封件沿所述连接组件主体延伸预定距离；第一连接件，所述第一连接件的一端密封连接于所述连接组件主体，所述第一连接件的另一端钎焊于所述密封件；固定件，所述固定件设置于所述连接组件主体外层，所述固定件固定于所述反应堆安全壳，使得所述连接组件固定至所述反应堆安全壳；第二连接件，所述第二连接件的一端钎焊于所述密封件，所述第二连接件的另一端密封连接于所述固定件。
可选地，所述连接组件主体的一端设有插孔，所述外部电气设备插入所述插孔。
可选地，所述连接组件主体上设有第一台阶面，所述第一台阶面密封连接于所述第一连接件。
可选地，所述密封件外表面靠近所述第一台阶面的一端设有第二台阶面，所述第二台阶面连接于所述第一连接件。
可选地，所述密封件外表面远离所述第一台阶面的一端设有第三台阶面，所述第三台阶面连接于所述第二连接件。
可选地，所述密封件外表面的中部设有凸起结构，用于提高所述连接组件的绝缘性能。
可选地，所述密封件内表面钎焊于所述连接组件主体，所述密封件侧面钎焊于所述固定件。
可选地，所述密封件表面设有金属化处理的活化层。
可选地，所述活化层表面设有镍层。
可选地，所述第一连接件和所述第二连接件为波纹管结构。
可选地，所述固定件和所述第二连接件之间采用氩弧焊密封连接。
可选地，所述固定件和所述第二连接件之间采用氩弧焊密封连接时，所述第二连接件搭接在所述固定件上，用于增加所述固定件和所述第二连接件连接的机械强度。
可选地，所述连接组件还包括监测件，所述监测件用于监测所述连接组件的气体泄漏。
可选地，所述监测件设置于所述密封件和/或所述固定件上。
根据本发明的另一个方面，提供了一种反应堆安全壳，包括：壳体以及根据本发明的第一个方面提供的连接组件；所述连接组件固定于所述壳体。
与现有技术相比，本发明提供的连接组件采用设计合理的结构形式，具备在高辐照和高温下服役的能力，可满足核电站反应堆内严苛的技术要求，改善了反应堆的安全性。
附图说明
通过下文中参照附图对本发明所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。其中：
图1是根据本发明的一个实施例的连接组件的结构示意图；
图2是根据本发明的一个实施例的连接组件主体的结构示意图；
图3是根据本发明的一个实施例的密封件的结构示意图；
图4是根据本发明的一个实施例的反应堆安全壳的示意图。
应该注意的是，附图并未按比例绘制，并且出于说明目的，在整个附图中类似结构或功能的元素通常用类似的附图标记来表示。还应该注意的是，附图只是为了便于描述优选实施例，而不是本发明本身。附图没有示出所描述的实施例的每个方面，并且不限制本发明的范围。
图中，10为连接组件主体，20为密封件，30为第一连接件，40为固定件，50为第二连接件，60为壳体，11为插孔，12为第一台阶面，21为第二台阶面，22为第三台阶面，23为凸起结构。
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，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明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的一个实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。
除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
在本发明的描述中，需要理解的是，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但不限于一个或者更多个所述特征。
本发明的实施例提供了一种用于对反应堆安全壳的内部电气设备与外部电气设备之间进行连接的连接组件，图1是根据本发明的一个实施例的连接组件的结构示意图，连接组件包括连接组件主体10、密封件20、第一连接件30、固定件40以及第二连接件50。
反应堆安全壳又称反应堆保护外壳，指包在反应堆主要设备外面起保护作用的一个密封金属或混凝土外壳。反应堆的安全壳是防止放射性物质逸散到环境中的最后一道屏障，须能经受发生失去冷却水事故时产生的压力和温度变化，地震和旋风等自然灾害以及来自内部或外部的碎片撞击等意外情况的影响。
例如，本发明的实施例提供的连接组件可以用于空间反应堆，空间反应堆是为空间飞行器提供能源的一种反应堆，例如空间反应堆电源、空间反应堆推进系统和双模式空间核动力系统。
连接组件主体10的一端连接于反应堆安全壳的内部电气设备，连接组件主体10的另一端连接于反应堆安全壳的外部电气设备。在一些实施例中，连接组件主体10的一端可以连接于反应堆安全壳的内部电缆，连接组件主体10的另一端可以连接于反应堆安全壳的外部电缆，使得电缆穿越安全壳，并维持安全壳内外的电气信号的连续性。在其它实施例中，连接组件主体10的一端可以连接于反应堆安全壳的内部光缆，连接组件主体10的另一端可以连接于反应堆安全壳的外部光缆，用于反应堆安全壳内外光缆的光路连接。
密封件20由陶瓷材料制成，并设置成环状，连接组件主体10穿过密封件20，并且密封件20沿连接组件主体10延伸预定距离。在一些实施例中，密封件20可以设置为环状，连接组件主体10穿过密封件20，并且密封件20沿连接组件主体10延伸预定距离，此种设置方法可以提高连接组件的密封性能。在其它实施例中，密封件20可以设置为其他形状，密封件20也可以设置于连接组件主体10外层。
第一连接件30的一端密封连接于连接组件主体10，第一连接件30的另一端钎焊于密封件20。
固定件40设置于连接组件主体10外层，固定件40固定于反应堆安全壳上，使得连接组件固定至反应堆安全壳。
第二连接件50的一端钎焊于密封件20，第二连接件50的另一端密封连接于固定件40。
图2是根据本发明的一个实施例的连接组件主体10的结构示意图。参见图2，连接组件主体10的一端设有第一连接头，用于连接反应堆安全壳的外部电气设备，连接组件主体10的另一端设有第二连接头，用于连接反应堆安全壳的内部电气设备。在本发明的实施方式中，连接组件主体10的一端设有插孔11，所述外部电气设备插入所述插孔11。在其它实施例中，连接组件主体10的一端设有的第一连接头可以为线鼻子，线鼻子常用于电缆末端连接和续接，能让电缆和电器连接更牢固、更安全，线鼻子可以通过螺栓与反应堆安全壳的外部电气设备连接，连接组件主体10的另一端设有的第二连接头可以为圆棒形状，可以通过接插件与反应堆安全壳的内部电气设备连接。本领域技术人员可以理解地，第一连接头和第二连接头可以根据实际情况中的不同需要加工成其它任何不同的形状，并且第一连接头和第二连接头的形状可以相同，也可以不同。
连接组件主体10用于连接反应堆安全壳的内外电气设备，使得内外电气信号可以穿越安全壳，连接组件主体10可以由金属材料制成。可选地，连接组件主体10可以为铜导体。
连接组件主体10和第一连接件30密封连接的位置设有第一台阶面12，用于第一连接件30的定位。本领域技术人员可以理解地，连接组件主体10和第一连接件30密封连接的位置可以设置第一台阶面12，可以设置其它结构用于第一连接件30的定位，也可以不设置。
图3是根据本发明的一个实施例的密封件的结构示意图。参见图3，密封件20与第一连接件30钎焊连接的一端设有第二台阶面21，第二台阶面21钎焊连接于第一连接件30，密封件20与第二连接件50钎焊连接的一端设有第三台阶面22，第三台阶面22钎焊连接于第二连接件50，使得密封件20与第一连接件30钎焊连接的位置和密封件20与第二连接件50钎焊连接的位置更加明确，并且使得钎焊更加容易。本领域技术人员可以理解地，密封件20上可以设置第二台阶面21和第三台阶面22，可以设置其它结构，也可以不设置。
密封件20的中部设置有凸起结构23，用于增大爬电距离，提升连接组件的绝缘性能。爬电距离是指沿绝缘表面测得的两个导电零部件之间，在不同的使用情况下，由于导体周围的绝缘材料被电极化，导致绝缘材料呈现带电现象的带电区，对最小爬电距离做出限制，是为了防止在两导电体之间，通过绝缘材料表面可能出现的污染物出现爬电现象，在实际应用中，所要安装的带电两导体之间的最短绝缘距离要大于允许的最小爬电距离。增大爬电距离，可以提升导电部件的绝缘性能。在一些实施例中，密封件20表面可以设置凸起结构，用于增大爬电距离。在其它实施例中，密封件20表面可以设置波纹管结构，用于增大爬电距离。
密封件20内表面钎焊于连接组件主体10，密封件20侧面钎焊于固定件40。
密封件20的表面设有金属化处理的活化层，即对密封件20的外表面、内表面和侧面均设有金属化处理的活化层。在本发明的实施例中，可以理解地，密封件20由陶瓷材料制成，对密封件20的表面进行金属化即对陶瓷进行金属化，本发明的实施例对密封件20的表面采用活化Mo-Mn法进行金属化。传统的Mo-Mn法是以难熔金属粉Mo为主，再加入少量低熔点Mn的金属化配方，加入粘结剂涂覆到密封件20表面，然后烧结形成金属化层，此种方法的缺点在于烧结温度高、能源消耗大、封接强度低。本发明的实施例中采用的活化Mo-Mn法是在传统Mo-Mn法基础上进行的改进，通过添加活化剂和用钼、锰的氧化物或盐类代替金属粉的方法从而降低金属化温度，使用活化Mo-Mn法能使金属粉与密封件20结合牢固，能够极大改善润湿性，可以实现陶瓷与金属的有效可靠连接。本领域技术人员可以理解地，对陶瓷金属化常用的制备方法还包括活性金属钎焊法、直接覆铜法和磁控溅射法，由于这些制备方法本身是本领域技术人员所习知的，在此不做赘述。
密封件20的表面经过金属化处理后，电镀镍层，用于在钎焊过程中实现钎料铺展润湿，并且阻碍钎料对金属化处理的活化层的腐蚀。在可选的实施例中，镍层的厚度为5～10μm，在此种范围下能得到良好的钎焊效果。在其他实施例中，镍层的厚度也可以为其他数值。
本领域技术人员可以理解地，陶瓷金属化中常用的陶瓷基片可以为SiC、BeO、AlN、Al2O3等陶瓷，其中SiC陶瓷具有较高的热导率，但其较高的介电常数和较低的绝缘电压限制其在高频领域的应用；BeO陶瓷具有异常高的导热性能及低温热导率；AlN陶瓷具有优异的电性能和热性能，被认为是最具有发展前途的高热导陶瓷基片，且其介电常数较低、机械强度高，在严酷的条件下仍能正常工作，但AlN陶瓷需要在惰性气氛下烧结，能源消耗大，成本较高；Al2O3陶瓷是目前应用最为成熟的基片材料，其机械强度高、硬度大、耐磨损、电绝缘强度高、耐热冲击大、化学稳定性好且原料来源丰富、制造工艺简单、价格低廉，所以Al2O3陶瓷已经成为陶瓷金属化应用最广泛的陶瓷之一。可选地，本发明的实施例中的密封件20可以采用95％Al2O3陶瓷环。
本发明的实施例中，可选地，连接组件主体10可以由金属材料制成，密封件20可以由陶瓷材料制成，对连接组件主体10和密封件20进行钎焊，即对金属和陶瓷进行钎焊，用于实现连接组件的无机密封，并满足高温、高压环境下工作的要求。第一连接件30可以设置为波纹管结构，利用其弹性用于降低钎焊过程中产生的残余应力。本领域技术人员可以理解地，第一连接件30根据实际情况的不同需要可以设置为其它结构。可选地，第一连接件30可以为可伐合金环或者无氧铜环，用于降低钎焊过程中产生的残余应力。
本发明的实施例中，可选地，固定件40可以由金属材料制成，密封件20可以由陶瓷材料制成，对固定件40和密封件20进行钎焊，即对金属和陶瓷进行钎焊，用于实现连接组件的无机密封，并满足高温、高压环境下工作的要求。第二连接件50可以设置为波纹管结构，利用其弹性用于降低钎焊过程中产生的残余应力。本领域技术人员可以理解地，第二连接件50根据实际情况的不同需要可以设置为其它结构。可选地，第二连接件50可以为可伐合金环，用于降低钎焊过程中产生的残余应力。
本发明的实施例中，可选地，第一连接件30和第二连接件50可以由金属材料制成，第一连接件30的一端钎焊于密封件20，第二连接件50的一端钎焊于密封件20，用于提高连接组件的密封性。
在一些实施例中，第一连接件30和第二连接件50的厚度为0.5～1mm，将第一连接件30和第二连接件50的厚度设置在上述范围对钎焊过程可以产生有益效果。本领域技术人员可以理解地，第一连接件30和第二连接件50的厚度根据实际情况的不同需要可以设置为其他数值。
在钎焊过程中，钎料的作用至关重要，它直接影响着钎焊接头的质量与力学性能。因此，在选择钎料时要充分考虑润湿性、铺展性、钎料与母材的扩散作用以及钎料的成分均匀性等因素。目前用于陶瓷金属钎焊的钎料可以分为传统钎料和非晶态钎料。传统钎料可以包括一些贵金属钎料：银基钎料、铜基钎料和金基钎料等，此类钎料成本高，与陶瓷材料的润湿性不好。非晶态钎料采用非晶态合金制备而成，具有独特的结构，且与陶瓷和金属材料间都具有很好的润湿性。陶瓷金属钎焊中常用的非晶态钎料可以为Ni基非晶态钎料、Cu基非晶态钎料和Ti基非晶态钎料等。由于这些钎料本身是本领域技术人员所习知的，在此不做赘述。可选地，钎料可以采用Ag-Cu28共晶组分钎料，此种钎料具有良好的润湿性和延展性，钎焊设备可以为真空炉或氢气炉。
固定件40和第二连接件50之间可以采用氩弧焊密封连接，氩弧焊是目前焊接中应用最广泛的一种焊接技术，其是将氩作为气体保护进行电弧焊接，氩能够将空气很好的隔绝在焊接区域之外，避免空气对焊接区域造成氧化，确保焊接质量。固定件40和第二连接件50之间的焊接方法还可以为电渣焊接、电阻焊接、摩擦焊接等，由于这些焊接方法本身是本领域技术人员所习知的，在此不做赘述。本领域技术人员可以理解地，固定件40和第二连接件50之间可以根据实际情况中的不同需要选择不同的焊接方法。
固定件40和第二连接件50氩弧焊密封连接时，接头形式可以选用搭接接头，第二连接件50的一端搭接在固定件40上，使得第二连接件50的一端与固定件40部分重叠，此种接头形式可以提高固定件40和第二连接件50焊接的密封性，增加机械强度，从而提高本发明的实施例中的连接组件的密封性。常见的焊接接头可以为对接接头、十字接头、角接接头、端接接头等，由于这些焊接方法本身是本领域技术人员所习知的，在此不做赘述。在其它实施例中，对固定件40和第二连接件50进行焊接时，也可以选用其它的焊接接头形式。
连接组件上可以设有监测件(未示出)，用于监测气体泄漏。在一些实施例中，监测件可以设置于密封件20上，在另一些实施例中，监测件可以设置于固定件40上，在其它实施例中，密封件20和固定件40上都可以设有监测件。本领域技术人员可以理解地，监测件根据实际情况中的不同需要可以设置在连接组件上的任何位置上。可选地，监测件可以设为监测孔结构，也可以设为其它结构。
图4是根据本发明的一个实施例的反应堆安全壳的示意图，参见图4，连接组件固定于安全壳的壳体60，连接组件主体10的第一连接头位于壳体60外部，用于连接壳体60外部的电气设备。在一些实施例中，壳体60的壳身为圆柱形筒身，壳体60的壳顶为半球形，壳体60的底座设为凸底，采用这种结构具有施工方便和节省材料的优点。在其它实施例中，壳体60的底座可以设为半球底，也可以设为平底。在一些实施例中，壳体60可以设为圆锥台形壳体。在另一些实施例中，壳体60可以设为球形壳体。本领域技术人员可以理解地，壳体60的壳身、壳顶以及底座的形状可以根据实际情况中的不同需要加工成不同的形状。
在一些实施例中，壳体60可以设为双层壳体。可选地，内层壳可以为预应力混凝土结构，外层壳可以为钢筋混凝土结构。采用这种形式，从壳体60内部来说，当内层壳发生泄漏事故时，外层壳可以阻止放射性物质继续向外泄露。从壳体60外部来说，当外层壳收到外来物的突然撞击而被破坏时，内层壳可以阻挡外来物，确保反应堆的安全。在一些实施例中，壳体60的内层壳和外层壳之间可以添加缓冲剂，用于增加壳体60防泄漏和承受外来物撞击的能力。
本领域技术人员可以理解地，连接组件可以固定在壳体60的任何位置；连接组件可以通过焊接方式固定至壳体60，也可以通过其他方式固定至壳体60；连接组件固定在壳体60的具体位置和固定方式根据实际情况中的不同需要进行选择。
对于本发明的实施例，还需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (12)
1.一种用于对反应堆安全壳的内部电气设备与外部电气设备之间进行连接的连接组件，其特征在于，包括：
连接组件主体(10)，所述连接组件主体(10)的一端连接于所述外部电气设备，所述连接组件主体(10)的另一端连接于所述内部电气设备；
密封件(20)，所述密封件(20)由陶瓷材料制成，并设置成环状，所述连接组件主体(10)穿过所述密封件(20)，并且所述密封件(20)沿所述连接组件主体(10)延伸预定距离；
第一连接件(30)，所述第一连接件(30)的一端密封连接于所述连接组件主体(10)，所述第一连接件(30)的另一端钎焊于所述密封件(20)；
固定件(40)，所述固定件(40)设置于所述连接组件主体(10)外层，所述固定件(40)固定于所述反应堆安全壳，使得所述连接组件固定至所述反应堆安全壳；
第二连接件(50)，所述第二连接件(50)的一端钎焊于所述密封件(20)，所述第二连接件(50)的另一端密封连接于所述固定件(40)；
所述连接组件主体(10)上设有第一台阶面(12)，所述第一台阶面(12)密封连接于所述第一连接件(30)；
所述密封件(20)外表面靠近所述第一台阶面(12)的一端设有第二台阶面(21)，所述第二台阶面(21)连接于所述第一连接件(30)；
所述密封件(20)外表面远离所述第一台阶面(12)的一端设有第三台阶面(22)，所述第三台阶面(22)连接于所述第二连接件(50)。
2.根据权利要求1所述的连接组件，其特征在于，所述连接组件主体(10)的一端设有插孔(11)，所述外部电气设备插入所述插孔(11)。
3.根据权利要求1所述的连接组件，其特征在于，所述密封件(20)外表面的中部设有凸起结构(23)，用于提高所述连接组件的绝缘性能。
4.根据权利要求1所述的连接组件，其特征在于，所述密封件(20)内表面钎焊于所述连接组件主体(10)，所述密封件(20)侧面钎焊于所述固定件(40)。
5.根据权利要求1所述的连接组件，其特征在于，所述密封件(20)表面设有金属化处理的活化层。
6.根据权利要求5所述的连接组件，其特征在于，所述活化层表面设有镍层。
7.根据权利要求1所述的连接组件，其特征在于，所述第一连接件(30)和所述第二连接件(50)为波纹管结构。
8.根据权利要求1所述的连接组件，其特征在于，所述固定件(40)和所述第二连接件(50)之间采用氩弧焊密封连接。
9.根据权利要求8所述的连接组件，其特征在于，所述固定件(40)和所述第二连接件(50)之间采用氩弧焊密封连接时，所述第二连接件(50)搭接在所述固定件(40)上，用于增加所述固定件(40)和所述第二连接件(50)连接的机械强度。
10.根据权利要求1所述的连接组件，其特征在于，还包括监测件，所述监测件用于监测所述连接组件的气体泄漏。
11.根据权利要求10所述的连接组件，其特征在于，所述监测件设置于所述密封件(20)和/或所述固定件(40)上。
12.一种反应堆安全壳，其特征在于，包括：
壳体(60)以及根据权利要求1-11任一项所述的连接组件；
所述连接组件固定于所述壳体(60)。
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