CN113983854B - 用于反应堆内热交换器的支承结构 - Google Patents

用于反应堆内热交换器的支承结构 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种用于反应堆内热交换器的支承结构，包括：容纳部，用于容纳所述热交换器，所述热交换器用于冷却所述反应堆内的冷却剂，其中，所述容纳部包括第一容纳部和第二容纳部；连接部，用于连接所述第一容纳部和所述第二容纳部；减震部，所述减震部通过所述连接部设置于所述第一容纳部和所述第二容纳部之间，所述连接部设置有凹槽，所述减震部能够在所述凹槽内滑动，用于对所述热交换器减震缓冲。这种支承结构可以提高热交换器的支承强度，使热交换器在地震载荷下仍能可靠运行。

Description

用于反应堆内热交换器的支承结构
技术领域
本发明涉及核反应堆技术领域，具体涉及一种用于反应堆内热交换器的支承结构。
背景技术
核电结构是国家能源战略的重大工程，其建设成本高，一旦遭到地震破坏，将会导致经济损失，并且震后修复困难。我国属于多地震国家，保证核反应堆在地震下的安全性是关键问题，热交换器是核反应堆内的换热设备，热交换器的支承设置在堆内支承上，这就要求热交换器的支承有足够的支承强度，使热交换器在地震载荷下仍能可靠运行。
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用于反应堆内热交换器的支承结构。
本发明实施例的第一个方面提供了一种用于反应堆内热交换器的支承结构，包括：容纳部，用于容纳所述热交换器，所述热交换器用于冷却所述反应堆内的冷却剂，其中，所述容纳部包括第一容纳部和第二容纳部；连接部，用于连接所述第一容纳部和所述第二容纳部；减震部，所述减震部通过所述连接部设置于所述第一容纳部和所述第二容纳部之间，所述连接部设置有凹槽，所述减震部能够在所述凹槽内滑动，用于对所述热交换器减震缓冲。
本发明实施例的第二个方面提供了一种反应堆，包括：热交换器和本发明实施例的第一个方面提供的用于反应堆内热交换器的支承结构，所述热交换器固定于所述支承结构。
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。
图1是根据本发明的实施例提供的用于反应堆内热交换器的支承结构的结构示意图；
图2是根据图1提供的用于反应堆内热交换器的支承结构的容纳部与连接部的结构示意图；
图3是根据图1提供的用于反应堆内热交换器的支承结构的连接部的结构示意图；
图4是本发明的实施例提供的用于反应堆内热交换器的支承结构的固定部的结构示意图；
图5是本发明的实施例提供的用于反应堆内热交换器的支承结构的测温部的结构示意图。
附图中，10为容纳部，11为第一容纳部，12为第二容纳部，13为连通部，20为连接部，21为凹槽，30为减震部，31为紧固件，40为约束部，50为定位件，60为固定部，70为补偿部，80为测温部，81为热电偶导管，82为热电偶套管，90为屏蔽部。
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。
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。
热交换器是反应堆内的换热设备，可以用于对冷却剂换热，传导热量，与反应堆内的其他设备配合使用，将堆芯的热量排出。
热交换器可以包括独立热交换器，中间热交换器和空气热交换器等。
独立热交换器和空气热交换器可以是非能动余热排出系统内的设备，非能动余热排出系统是反应堆的安全系统，其无需借助泵的驱动，依靠自然循环力在全厂断电等会引起三回路热阱丧失的事故中将堆芯的热量持续的导出，进而保证快堆系统的安全停堆，在非能动余热排除系统的运行过程中，一回路的自然循环将堆芯热量带入独立热交换器中，热量通过独立热交换器传递至中间回路，中间回路中的冷却剂携带热量进入空气热交换器，传递至拔风烟囱中的空气，自然循环将热量带入大气，从而实现堆芯热量的安全排出。
中间热交换器连接于反应堆的一回路和二回路，一回路导出的堆芯热量通过中间热交换器传递给二回路。
可选地，反应堆可以是钠冷快堆，具体地，可以是中国示范快堆，也可以是其他类型的反应堆。
本发明的实施例提供的支承结构用于反应堆内的热交换器，可选地，可以用于独立热交换器、空气热交换器和中间热交换器。由于我国属于多地震国家，尤其是中国示范快堆的选址在地震烈度为9级的位置，因此需要保证核反应堆在地震下的安全性，热交换器支承在地震载荷下对热交换器的晃动进行约束，需要提高热交换器的支承强度，使热交换器在地震载荷下能够可靠运行，从而保证反应堆的安全运行或安全停堆。
图1是根据本发明的实施例提供的用于反应堆内热交换器的支承结构的结构示意图，图2是根据图1提供的用于反应堆内热交换器的支承结构的容纳部与连接部的结构示意图，参见图1和图2，该支承结构包括：
容纳部10，用于容纳热交换器，热交换器用于冷却反应堆内的冷却剂，其中，容纳部10包括第一容纳部11和第二容纳部12；在本发明的实施例中，容纳部10可以罩设于热交换器，对热交换器起到保护作用。可选地，第一容纳部11和第二容纳部12都可以是筒体，在本发明的实施例中，第一容纳部11的直径小于第二容纳部12的直径，防止热交换器在晃动时与容纳部10发生碰撞，影响热交换器的安全运行。在其它实施例中，第一容纳部11的直径和第二容纳部12的直径也可以相等。
可选地，在本发明的实施例中，第一容纳部11和第二容纳部12之间可以设置有过渡段，用于适应第一容纳部11与第二容纳部12之间的直径变化。在一些实施例中，第一容纳部11和第二容纳部12可以一体成型。在其它实施例中，第一容纳部11和第二容纳部12也可以分别制造，方便现场进行安装。
连接部20，用于连接第一容纳部11和第二容纳部12；在本发明的实施例中，连接部20可以包括第一法兰和第二法兰，第一法兰连接第一容纳部11，第二法兰连接第二容纳部12，通过连接第一法兰和第二法兰使第一容纳部11与第二容纳部12连接。在其他实施例中，连接部20也可以是螺纹，第一容纳部11和第二容纳部12之间可以通过螺纹连接。在一些实施例中，根据实际需要的不同，第一容纳部11和第二容纳部12还可以选用焊接连接、承插连接、管道黏合连接等方式进行连接，上述管道连接方式是本领域技术人员应当知晓的，在此不再赘述。
减震部30，减震部30通过连接部20设置于第一容纳部11和第二容纳部12之间，连接部20设置有凹槽21，所述减震部30能够在凹槽21内滑动，用于对热交换器减震缓冲。
在本发明的实施例中，减震部30可以设置于第一容纳部11和第二容纳部12之间，具体地，减震部30可以设置于第一法兰和第二法兰之间。在其它实施例中，减震部30可以根据实际需要设置于其他位置。
图3是根据图1提供的用于反应堆内热交换器的支承结构的连接部的结构示意图，结合图2与图3，该支承结构还可以包括紧固件31，减震部30通过紧固件31设置于连接部20，具体地，减震部30通过紧固件31设置于第一法兰和第二法兰之间，减震部30与紧固件31之间存在空隙，形成凹槽21，减震部30能够沿图2所示的箭头方向在凹槽21内滑动。可选地，紧固件31可以是螺栓，螺栓与螺母配合从而使减震部30设置于连接部20，紧固件31也可以是其它紧固结构。
在本发明的实施例中，减震部30可以设置为环形，减震部30可以套设于紧固件31。在其它实施例中，减震部30也可以设置为弹性片，多个减震部30周向设置于紧固件31，可以沿图2所示的箭头方向伸缩或延伸。考虑到安装的方便性和牢固性，本领域技术人员可以根据实际需要将减震部30设置成不同的形状和/或设置为不同的数量。
在本发明的实施例中，该支承结构还包括：约束部40，约束部40设置于容纳部10内，并设置于减震部30的一侧，用于约束热交换器的晃动。可选地，约束部40可以设置成圆柱面。在其它实施例中，约束部40可以设置成环形。
在本发明的实施例中，该支承结构还包括：定位件50，定位件50设置于约束部40，定位件50将约束部40定位于容纳部10。本领域技术人员可以理解，根据减震部30设置的位置，约束部40可以设置于第一容纳部11，也可以设置于第二容纳部12。热交换器设置于容纳部10内部，定位件50将约束部40定位于容纳部10和热交换器之间，使得热交换器与容纳部10之间存在间隙，防止热交换器晃动时与容纳部10发生碰撞，可以更好地实现支承结构对热交换器的约束，从而提高支承结构的支承强度。可选地，热交换器可以通过焊接固定于约束部40。在其它实施例中，热交换器也可以通过连接结构可拆卸地连接于约束部40，具体地，连接结构一端连接于热交换器，另一端可以连接于约束部40，便于热交换器的更换。可选地，定位件50可以是固定销，不仅可以对约束部40起到定位作用，也可以用于将约束部40固定于容纳部10。具体地，定位件50可以是圆柱销，也可以是圆锥销。本领域技术人员可以根据实际需要选择其他的固定结构。
在本发明的实施例中，容纳部10设有连通部13，连通部13用于使冷却剂流入和/或流出容纳部10。可选地，连通部13可以周向设置于容纳部10。
连通部13可以设置于第一容纳部11和/或第二容纳部12。在本发明的实施例中，连通部13可以分别设置于第一容纳部11和第二容纳部12，使反应堆内冷却剂的循环效率更高，提高传导热量的效率和速度，设置于第一容纳部11的连通部13可以用于使换热前的冷却剂流入容纳部10，设置于第二容纳部12的连通部13可以用于使换热后的冷却剂流出容纳部10。在其它实施例中，设置于第一容纳部11的连通部13可以用于使换热后的冷却剂流出容纳部10，设置于第二容纳部12的连通部13可以用于使换热前的冷却剂流入容纳部10。在一些实施例中，连通部13可以只设置于第一容纳部11方或者只设置于第二容纳部12。本领域技术人员可以根据实际需要设置连通部11在容纳部10上的位置。可选地，容纳部10的底部可以不密封，冷却剂可以通过容纳部10的底部流出；容纳部10的底部可以通过密封件(图中未示出)进行密封，起到保护热交换器的作用，并且可以防止热量散发，提高容纳部10内部热交换器的换热效率。可以在密封件上设置连通部，使冷却剂经由容纳部10底部的密封件流出。
在一些实施例中，多个连通部13可以全部设置于第一容纳部11或第二容纳部12。此时，一个连通部13的设置位置高于另一个连通部13,冷却剂可以从位置较高的连通部13流入容纳部10，经换热后的冷却剂可以从位置较低的连通部13流出容纳部10；或者，冷却剂可以从位置较低的连通部13流入容纳部10，经换热后的冷却剂可以从位置较高的连通部13流出容纳部10。
可选地，连通部13包括多个通孔，多个通孔均匀设置于容纳部10，可以提高冷却剂流入和/或流出容纳部10的速度。在本发明的实施例中,多个通孔的大小可以一致。在其它实施例中，多个通孔的大小可以不一致，用于使冷却剂流过通孔的速度不同，从而提高冷却剂的流速和热交换器对冷却剂的换热效率。在本发明的实施例中，通孔的形状可以是圆形，在其它实施例中，本领域技术人员可以根据实际情况的需要将通孔设置成不同的形状。
在本发明的实施例中，通孔上可以设有鳞片形的盖体，从而使得冷却剂单向流入或流出通孔。具体地，该鳞片形的盖体可以设置于容纳部10内侧，用于使冷却剂从容纳部10外单向流入容纳部10内；或者，该鳞片形的盖体可以设置于容纳部10外侧，用于使冷却剂从容纳部10内单向流入容纳部10外，提高冷却剂的循环效率，从而对冷却剂进行充分换热，防止存在换热不充分的冷却剂从通孔流出的情况，可以提高换热效果。在其它实施例中，本领域技术人员可以根据冷却剂的实际流动方向设置盖体和连通部13的位置。
当容纳部10上设有多个连通部13时，具体地，在第一容纳部11和第二容纳部12上都设置有连通部13时，在本发明的实施例中，设于第一容纳部11的连通部13可以在容纳部10的内部设有鳞片形的盖体，使得冷却剂经由设于第一容纳部11的连通部13进入容纳部10；设于第二容纳部12的连通部13可以在容纳部10的外部设有鳞片形的盖体，使得进入容纳部10内经过换热的冷却剂经由设于第二容纳部12的连通部13流出容纳部10。
在其它实施例中，设于第二容纳部12的连通部13可以在容纳部10的内部设有鳞片形的盖体，使得冷却剂经由设于第二容纳部12的连通部13进入容纳部10；设于第一容纳部11的连通部13可以在容纳部10的外部设有鳞片形的盖体，使得进入容纳部10内经过换热的冷却剂经由设于第一容纳部11的连通部13流出容纳部10。
或者，只在第一容纳部11或只在第二容纳部12设有多个连通部13时，在本发明的实施例中，位置较高的连通部13可以在容纳部10的内部设有鳞片形的盖体，使得冷却剂经由位置较高的连通部13进入容纳部10；位置较低的连通部13可以在容纳部10的外部设有鳞片形的盖体，使得进入容纳部10内经过换热的冷却剂经由位置较低的连通部13流出容纳部10。
在其它实施例中，位置较低的连通部13可以在容纳部10的内部设有鳞片形的盖体，使得冷却剂经由位置较低的连通部13进入容纳部10；位置较高的连通部13可以在容纳部10的外部设有鳞片形的盖体，使得进入容纳部10内经过换热的冷却剂经由位置较高的连通部13流出容纳部10。
在本发明的实施例中，多个减震部30可以沿周向均匀设置于连接部20。具体地，多个减震部30可以通过紧固件31周向均匀设置于第一法兰和第二法兰之间，使得该支承结构具有更好的减震缓冲效果。
图4是本发明的实施例提供的用于反应堆内热交换器的支承结构的固定部的结构示意图，参见图4，该支承结构还包括固定部60，设置于容纳部10的顶部，固定部60固定于反应堆。本领域技术人员可以理解，反应堆容器是指安置反应堆并承受其巨大运行压力的密闭容器，也称反应堆压力壳，可选地，固定部60可以连接于该反应堆容器，具体地，可以焊接于该反应堆容器的锥顶盖。
在本发明的实施例中，该支承结构还包括补偿部70，设于容纳部10，用于补偿容纳部10的轴向形变。可选地，补偿部70可以是C形膨胀节。在其它实施例中，补偿部70也可以是U形膨胀节或波纹管膨胀节。本领域技术人员可以根据实际情况的需要和安装的简易程度选择合适形状或合适类型的补偿部。
图5是本发明的一个实施例提供的用于反应堆内热交换器的支承结构的测温部的结构示意图，参见图5，该支承结构还包括测温部80，测温部80设置于容纳部10内，用于测量进入和/或流出所述容纳部10的冷却剂的温度。可选地，测温部80可以设置于第一容纳部11，也可以设置于第二容纳部12。在其它实施例中，测温部80还可以用于测量容纳部10内的冷却剂温度。具体地，测温部80可以包括：热电偶导管81，用于容纳热电偶；热电偶套管82，热电偶套管82设于所述容纳部10内，热电偶导管81设于热电偶套管82内。在本发明的实施例中，热电偶导管81可以包括入口热电偶导管和出口热电偶导管，相应地，热电偶套管82可以包括入口热电偶套管和出口热电偶套管，设于入口热电偶导管内的热电偶可以用于测量流入容纳部10的冷却剂的温度，设于出口热电偶导管内的热电偶可以用于测量流出容纳部10的冷却剂的温度。
在本发明的实施例中，热电偶套管82中可以容纳多个热电偶导管81，在其它实施例中，也可以在容纳部10内设置多个热电偶套管82，相应地，设置与热电偶套管82数量相等的热电偶导管81。可选地，热电偶导管81内可以设有1个或者多个热电偶。设置多个数量的热电偶导管81可以使得对容纳部10内的冷却剂的温度测量更加准确。
在本发明的实施例中，该支承结构还可以包括屏蔽部90，参见图3，屏蔽部90设于容纳部10外，用于防止冷却剂从第一容纳部11和第二容纳部12的连接处流入和/或流出，还可以用于防止容纳部10内部的热量向容纳部10外扩散，防止热量影响到容纳部10外部的设备，提高容纳部10的密封性，从而提高换热效率，还可以用于屏蔽容纳部10外部冷却剂的影响。具体地，屏蔽部90可以包括多层，例如，屏蔽部90可以包括内层屏蔽部和外层屏蔽部。
在本发明的实施例中，屏蔽部90可以设置于第一容纳部11外，也可以设置于第二容纳部12外。在其它实施例中，屏蔽部90还可以设置于第一容纳部11与第二容纳部12的连接处，用于防止冷却剂从连接处泄漏，从而对容纳部10外的设备造成影响。
可选地，容纳部10内部也可以设有屏蔽部90，提高屏蔽效果，减小影响，增强容纳部10的密封性。
对本发明的实施例提供的用于反应堆内热交换器的支承结构的现场安装过程中，对第一容纳部11至补偿部70上端的部分进行强度和密封性试验，防止未经过热交换器换热的冷却剂渗漏，并且，在补偿部70和固定部60焊接后，进行压力试验。
在强度试验的过程中，试验压力可以设置为0.175MPa，试验介质可以设置为蒸馏水，试验时金属温度不低于5℃，观察压力为0.15MPa，从而检验该支承结构是否存在泄漏、渗漏和残余变形现象。若未出现上述现象，则证明强度试验合格。
在密封试验的过程中，试验介质为氦气，试验压力为0.15MPa，试验要求泄漏率不大于6.7×10-6Pa·m3/s。
还可以对入口热电偶导管与出口热电偶导管进行压力试验和密封性试验。在热电偶导管81安装完成后，利用直径为5毫米的钢球做通球试验，检验钢球是否能顺利到达热电偶导管81下部，从而检验热电偶导管81内是否出现卡阻。
在压力试验的过程中，试验介质为氮气，试验时金属温度不低于5℃，试验压力为0.175MPa，试验开始后，使试验压力均匀缓慢地逐渐上升，上升至试验压力，至少保持30分钟后，缓慢地将压力降至0.15±0.01MPa，在试验过程中，检验该支承结构是否存在断裂、泄漏、渗漏和可见的残余变形现象。若未出现上述现象，则证明压力试验合格。
压力试验合格后，可以进行密封性试验，试验介质可以为氦气与氮气的混合气体，试验压力为0.15+0.005MPa，试验要求的允许泄漏率为6.7×10-6Pa·m3/s。
本发明的实施例提供了一种反应堆，该反应堆包括热交换器和本发明的实施例提供的用于反应堆内热交换器的支承结构，热交换器固定于支承结构。
在本发明的实施例中，该反应堆还包括堆内支承，容纳部10固定于堆内支承。
本发明的实施例增加了热交换器中下部的支承结构，通过减震部30和约束部40对热交换器进行减震约束，起到了地震时约束热交换器的晃动的效果，并提高了支承结构的支承强度，为热交换器的可靠运行提供了保障。具体地，本发明的实施例提供的用于反应堆内热交换器的支承结构可以应用于中国示范快堆中。
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 (10)

1.一种用于反应堆内热交换器的支承结构，其特征在于，包括：
容纳部(10)，用于容纳所述热交换器，所述热交换器用于冷却所述反应堆内的冷却剂，其中，所述容纳部(10)包括第一容纳部(11)和第二容纳部(12)；
连接部(20)，用于连接所述第一容纳部(11)和所述第二容纳部(12)；
减震部(30)，所述减震部(30)通过所述连接部(20)设置于所述第一容纳部(11)和所述第二容纳部(12)之间，所述减震部(30)通过紧固件(31)设置于所述连接部(20)，所述连接部(20)设置有凹槽(21)，所述减震部(30)能够在所述凹槽(21)内滑动，用于对所述热交换器减震缓冲；
约束部(40)，所述约束部(40)设置于所述容纳部(10)内，并设置于所述减震部(30)的一侧，用于约束所述热交换器的晃动；
定位件(50)，所述定位件(50)设置于所述约束部(40)，所述定位件(50)将所述约束部(40)定位于所述第二容纳部(12)。
2.根据权利要求1所述的支承结构，其特征在于，所述容纳部(10)设有连通部(13)，所述连通部(13)用于使所述冷却剂流入和/或流出所述容纳部(10)。
3.根据权利要求2所述的支承结构，其特征在于，所述连通部(13)包括多个通孔，所述多个通孔均匀设置于所述容纳部(10)。
4.根据权利要求1所述的支承结构，其特征在于，多个所述减震部(30)沿周向均匀设置于所述连接部(20)。
5.根据权利要求1所述的支承结构，其特征在于，还包括：
固定部(60)，设置于所述容纳部(10)的顶部，所述固定部(60)固定于所述反应堆。
6.根据权利要求1所述的支承结构，其特征在于，还包括：
补偿部(70)，设于所述容纳部(10)，用于补偿所述容纳部(10)的轴向形变。
7.根据权利要求1所述的支承结构，其特征在于，还包括：
测温部(80)，所述测温部(80)设置于所述容纳部(10)，用于测量进入和/或流出所述容纳部(10)的冷却剂的温度。
8.根据权利要求1所述的支承结构，其特征在于，还包括：
屏蔽部(90)，所述屏蔽部(90)设置于所述容纳部(10)外，用于防止所述冷却剂从所述第一容纳部(11)和所述第二容纳部(12)的连接处流入和/或流出。
9.一种反应堆，其特征在于，包括：
热交换器；
权利要求1-8任一项所述的用于反应堆内热交换器的支承结构，所述热交换器固定于所述支承结构。
10.根据权利要求9所述的反应堆，其特征在于，还包括：
堆内支承，所述容纳部(10)固定于所述堆内支承。
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