CN113990534A - 用于反应堆的冷却剂传输结构 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例公开了一种用于反应堆的冷却剂传输结构，所述反应堆内设置有动力泵，所述冷却剂传输结构包括：传输管，所述传输管的一端连接于所述动力泵，所述传输管的另一端与所述反应堆连通，所述动力泵用于推动冷却剂在所述传输管内流动；支承部，所述支承部固定于所述反应堆，所述支承部与所述传输管连接，以至少部分地消除所述传输管与所述动力泵的共振。此种冷却剂传输结构的刚度高，防止其与动力泵共振，并且可以在地震载荷下增加位移约束，从而提高了该冷却剂传输结构连接部位的强度。

Description

用于反应堆的冷却剂传输结构

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的冷却剂传输结构。

背景技术

一回路主冷却系统是反应堆内的主要系统之一，一回路中的冷却剂通过堆芯时将燃料元件内产生的裂变能从堆芯排出，维持堆芯正常工作条件，确保反应堆安全运行。在一回路主冷却系统中，依靠动力泵实现一回路冷却剂的循环，并通过冷却剂传输结构使冷却剂在动力泵和反应堆之间流通。由于冷却剂传输结构浸泡在冷却剂中，因此要求冷却剂传输结构有较高的刚度，防止其出现断裂现象，影响反应堆的安全运行。

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的冷却剂传输结构。

本发明实施例的第一个方面提供了一种用于反应堆的冷却剂传输结构，所述反应堆内设置有动力泵，所述冷却剂传输结构包括：传输管，所述传输管的一端连接于所述动力泵，所述传输管的另一端与所述反应堆连通，所述动力泵用于推动冷却剂在所述传输管内流动；支承部，所述支承部固定于所述反应堆，所述支承部与所述传输管连接，以至少部分地消除所述传输管与所述动力泵的共振。

本发明实施例的第二个方面提供了一种反应堆，包括：动力泵；本发明实施例的第一个方面提供的冷却剂传输结构，所述冷却剂传输结构连接于所述动力泵。

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的冷却剂传输结构的示意性结构图；

图2是根据本发明的实施例提供的用于反应堆的冷却剂传输结构的支承部的示意性结构图；

图3是根据本发明的实施例提供的用于反应堆的冷却剂传输结构的传输管的示意性结构图；

图4是根据图3提供的传输管的局部示意性结构图；

图5是根据本发明的实施例提供的用于反应堆的冷却剂传输结构的应用过程的示意图。

附图中，10为动力泵，11为支承板，12为栅板联箱，13为堆芯，14为堆内支承，20为传输管，21为弯曲段，30为支承部，31为波纹管，32为延伸件，40为接头，41为连通部，42为卡合部，43为过渡段，50为密封部，60为三通接头，70为支承管。

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。

一回路主冷却系统在反应堆中起到排出堆芯产生的热量的作用，冷却剂传输结构在一回路主冷却系统中起到传输冷却剂的作用，具体地，冷却剂传输结构将冷却剂从动力泵传输至反应堆堆芯内。一回路主冷却系统中的冷却剂通过堆芯时将堆芯的燃料元件内产生的裂变能从堆芯排出，维持堆芯正常工作条件，确保反应堆安全运行。

可选地，此处的反应堆可以是池式快堆，具体地，反应堆可以是中国示范快堆；冷却剂可以是液态钠或者液态铅铋合金等。

本发明的一个实施例提供了一种用于反应堆的冷却剂传输结构，反应堆内设置有动力泵10，可选地，动力泵10可以是离心泵，在泵内充满冷却剂的情况下，叶轮旋转产生离心力，叶轮槽道中的冷却剂在离心力的作用下甩向外围流进泵壳，此时叶轮中心压强降低，该压强低于管内的压强，冷却剂在压强差的作用下流入叶轮，使得离心泵可以不断地吸入冷却剂，从而完成冷却剂的循环。在其它实施例中，本领域技术人员可以根据实际情况选择其他类型的动力泵为冷却剂传输提供动力。图1是本发明的实施例提供的用于反应堆的冷却剂传输结构的示意性结构图，参见图1，冷却剂传输结构包括：

传输管20，传输管20的一端连接于动力泵10，传输管20的另一端与反应堆连通，动力泵10用于推动冷却剂在传输管20内流动；可选地，传输管20的一端可以连接于动力泵10的泵支承，相较于直接连接于动力泵10，泵支承可以对传输管20起到缓冲作用，以减小传输管20与动力泵10的转频共振。可选地，传输管20可以是压力管。具体地，反应堆内包括栅板联箱12，栅板联箱12用于支承堆芯13，传输管20可以连通于栅板联箱12，使得冷却剂进入栅板联箱12，从而对堆芯13进行冷却。

支承部30，支承部30固定于反应堆，支承部30与传输管20连接，以至少部分地消除传输管20与动力泵10的共振。具体地，支承部30可以提高该冷却剂传输结构的刚度，从而消除传输管20与动力泵10之间的转频共振。在本发明的实施例中，传输管20可以穿过支承部30，使得支承部30对传输管20起到约束作用，从而至少部分地消除传输管20与动力泵10之间的共振。在其它实施例中，支承部30可以周向设置于传输管20的外部，可选地，支承部30也可以是支承杆，支承杆夹持于传输管20外部，以约束该传输管20，从而避免传输管20与动力泵10之间转频共振。

反应堆内的冷却剂传输结构浸泡在冷却剂中，由于冷却剂附加质量的影响，冷却剂传输结构的刚度会降低约40％，使得对冷却剂传输结构的刚度要求更高，在传输管20设置支承部30，可以通过提高支承刚度来提高该冷却剂传输结构的整体刚度。

可选地，支承部30和传输管20可以一体成型，支承部30和传输管20之间也可以通过法兰进行焊接，现场安装时方便操作。

图2是根据本发明的实施例提供的用于反应堆的冷却剂传输结构的支承部的示意性结构图，参见图2，在本发明的实施例中，支承部30可以包括波纹管31，传输管20设置为穿过波纹管31，该波纹管31可以用于补偿传输管20在地震载荷下产生的位移，从而提高传输管20与支承部30的连接部位、传输管20与动力泵10的连接部位以及传输管20与反应堆的连接部位的强度。在其它实施例中，支承部30可以包括弹性件，弹性件周向设置于传输管20，用于补偿传输管20在地震载荷下产生的位移。可选地，传输管20可以包括两条管道，弹性件设置于两条管道之间，用于补偿传输管20在地震载荷下产生的位移。在一些实施例中，可以将弹性件与波纹管31配合使用，以获得更好的位移补偿和消除传输管20和动力泵10之间的转频共振的效果。

参见图1和图2，支承部30还包括延伸件32，延伸件32将波纹管31固定于反应堆，用于提高支承部30的稳定性，从而提高该冷却剂传输结构的稳定性，进一步提高支承部30对传输管20消除共振和位移补偿的效果。可选地，支承部30可以直接固定于反应堆，可以节省反应堆内空间。具体地，本领域技术人员可以理解，反应堆内包括堆内支承14，堆内支承14是反应堆内的支承结构，用于支承堆芯13和其他设备，本领域技术人员可以理解，堆内支承14可以包括支承板11和栅板联箱12，栅板联箱12可以支承和固定堆芯13，并且在反应堆运行期间，为堆芯13和其他反应堆内的设备合理分配冷却剂流量，支承部30可以固定于堆内支承14。例如，支承部30可以固定于堆内支承14的支承板11上。波纹管31还可以用于补偿该冷却剂传输结构与堆内支承14的热位移差，以及在地震载荷下该冷却剂传输结构与堆内支承14的位移差。本领域技术人员可以理解，冷却剂传输结构与堆内支承14的热位移差和位移差，即传输管20与堆内支承14的热位移差和位移差，也就是说，对传输管20进行位移补偿，相当于对该冷却剂传输结构进行位移补偿。

在本发明的实施例中，传输管20至少包括一个弯曲段21，与反应堆内其他设备配合设置于反应堆内，可以提高反应堆内空间的利用率，从而节省反应堆内空间。

由于传输管20至少包括一个弯曲段21，即，传输管20采用空间弯曲成型结构，属于薄壁复杂结构，使得其整体刚度较小。因此，也需要支承部30来提高该冷却剂传输结构的刚度。

在本发明的一个实施例中，具体地，传输管20可以包括一段弯管和两段直管，弯管设置于两段直管之间，可选地，弯管和直管之间可以通过焊接连接，也可以一体成型。

在本发明的实施例中，支承部30可以连接于靠近弯曲段21的一端，即，支承部30可以连接于传输管20靠近弯曲段21的一端，用于提高传输管20的弯曲段21的强度。

在本发明的实施例中，支承部30也可以直接连接于所述弯曲段21，进一步提高传输管20的弯曲段21的强度。

当冷却剂在传输管20内流动时，会产生摩擦压降、加速压降和重位压降，在弯曲段21处会产生局部压降，因此，将支承部30设置于传输管20靠近弯曲段21的一端，或者将支承部30设置于弯曲段21，可以减小压降的影响，提高弯曲段21的强度，从而防止传输管20发生断裂。

在一些实施例中，支承部30也可以连接于传输管20靠近动力泵10的一端，进一步提高消除传输管20与动力泵10之间的转频共振的效果。可选地，也可以在传输管20靠近动力泵10的一端和靠近弯曲段21的一端均设置有支承部30，此种设置方法可以进一步提高传输管20的强度，对消除传输管20和动力泵10之间的转频共振和对传输管20进行位移补偿的效果更好，但是此种设置方法会占用反应堆内较多的空间。本领域技术人员在实际应用中可以综合考虑反应堆内空间大小、消除共振、提高强度、位移补偿的效果等因素，选择合适的位置和数量，设置支承部30。

图3是根据本发明的实施例提供的用于反应堆的冷却剂传输结构的传输管的示意性结构图，图4是根据图3提供的传输管的局部示意性结构图，参见图3和图4，传输管20连接于反应堆的一端设有接头40。

该冷却剂传输结构还包括密封部50，密封部50设于接头40，用于防止冷却剂流入反应堆时从接头40流出。可选地，密封部50可以是密封环。

参见图4，接头40包括：

连通部41，连通部41用于连通传输管20和反应堆；

卡合部42，卡合部42设置于连通部41，用于连接接头40和反应堆。

在本发明的实施例中，传输管20通过接头40连接于反应堆。在其它实施例中，传输管20也可以直接插入反应堆。

在本发明的实施例中，连通部41和卡合部42之间设置有过渡段43，以补偿接头40的轴向变形。具体地，过渡段43可以减小冷却剂流至反应堆时产生的应力，还可以补偿由于传输管20热膨胀产生的位移。

在本发明的一个实施例中，具体地，连通部41可以包括两段直管，两段直管之间设置有过渡段，卡合部42可以包括连接管和接管，连接管设置于连通部41，接管设置于连接管上，接管用于连通于反应堆，具体地，接管可以连接于堆内支承14，连接管可以连接于栅板联箱12。

参见图3和图4，该冷却剂传输结构还包括：

三通接头60，三通接头60用于连接传输管20和动力泵10，使得动力泵10内的冷却剂通过两个出口进入反应堆，使得冷却剂在反应堆内的循环效率更高。

在本发明的实施例中，三通接头60与动力泵10的连接处可以设置有密封环，具体地，三通接头60连接于动力泵10的出口管，动力泵10的出口管可以直接插入该三通接头60，利用密封环和动力泵10的出口管的材料的热膨胀系数差使热态间隙变小，从而减小漏流。

在本发明的实施例中，三通接头60与动力泵10连接的一端可以周向设置至少一个支承管70，该支承管70将三通接头60和动力泵10连接。可选地，支承管70内设置有冷却剂通道，冷却剂经过支承管70内的冷却剂通道进入动力泵10的泵吸入腔。

在本发明的实施例中，该冷却剂传输结构还可以包括补偿部(图中未示出)，该补偿部可以设置于传输管20，用于补偿传输管20的轴向形变。可选地，补偿部可以是C形膨胀节。在其它实施例中，补偿部也可以是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。

在本发明的实施例中，该冷却剂传输结构还可以包括测量部(图中未示出)，该测量部可以设置于传输管20，具体地，测量部可以设置于传输管20与动力泵10连接的一端，测量部也可以设置于传输管20与反应堆连通的一端。在本发明的实施例中，测量部可以是热电偶，用于测量流入传输管20和/或流出传输管20的冷却剂的温度，实时监测反应堆内流通的冷却剂的温度。在其它实施例中，测量部也可以是流量计，用于测量流入传输管20和/或流出传输管20的冷却剂的流量，实时监测通过该回路的冷却剂的流量数据，通过该流量数据可以判断反应堆一回路的冷却系统是否正常运行，同时可以判断冷却剂传输结构的传输管20是否出现堵塞、形变等异常现象，实时了解反应堆的运行状态，使反应堆安全运行。

在本发明的实施例中，具体地，在安装制造过程中，可以对传输管20和/或三通接头60进行强度试验，试验介质为蒸馏水，试验时金属温度不低于10℃，试验压力为0.84MPa，试验时，试验压力均匀缓慢地逐渐上升，升至试验压力，至少保持30分钟，然后缓慢地将压力降至0.63MPa，保持到检验结束，检测传输管20和/或三通接头60是否出现断裂，泄漏，渗透和可见的残余变形现象。

在本发明的实施例中，具体地，在安装制造过程中，该冷却剂传输结构与动力泵10的泵支承连接套和反应堆的栅板联箱12焊接后，一起进行强度试验和泄漏试验，强度试验介质为氮气，试验压力为0.7MPa，试验时压力逐渐升高，升至试验压力，保压30分钟，然后将压力降至0.53MPa，保持观察所需的一段时间，检测是否出现压力下降和可见的残余变形现象。

在强度试验后可以进行泄漏试验，介质为氮气与氦气混合气体，试验压力为0.53MPa，氦示踪气体浓度在试验压力下不低于10％体积浓度，允许泄漏率6.7×10-6/m³Pa/s。

本发明的实施例在中国示范快堆上进行了应用，应用过程中，支承部30采用两波的波纹管结构，波距设置为196mm，厚度设置为8mm，外径设置为1616mm，该波纹管结构可以补偿的设计工况下最大轴向热位移差为9.5mm，可以补偿的在地震载荷下最大轴向位移差为2.3mm，可以补偿的设计工况下最大横向热位移差为5.1mm，可以补偿的在地震载荷下最大横向位移差为7.4mm。并且，该波纹管结构的强度、稳定性和疲劳均有一定的裕量。

在应用中，具体地，波纹管上部通过法兰焊接至传输管20上，波纹管下部通过连接筒，固定于堆内支承14的支承中板，此种结构将一回路冷却剂传输结构在钠液中的固有频率，从10.9HZ提高到了21.5HZ，有效地避免了该冷却剂传输结构与动力泵10转频的共振。

图5是根据本发明的实施例提供的用于反应堆的冷却剂传输结构的应用过程的示意图，参见图5，动力泵10为冷却剂传输提供动力，推动冷却剂在传输管20内沿箭头方向进入栅板联箱12，再从栅板联箱12沿箭头方向进入堆芯13，对堆芯13进行冷却。

在本发明的实施例中，反应堆可以是池式钠冷快堆，选用金属钠作为冷却剂，传输管20浸泡在冷钠池内，动力泵10从冷钠池吸钠，可选地，动力泵10可以经由支承管70从冷钠池吸钠，动力泵10将冷钠经由传输管20送至栅板联箱12，从而对堆芯13以及堆内其他设备进行冷却，冷钠吸收堆芯13产生的热量之后，再进入热钠池，从而完成冷却剂在反应堆一回路中的循环。

本发明的实施例提供了一种反应堆，该反应堆包括：动力泵10和本发明的实施例提供的用于反应堆的冷却剂传输结构，冷却剂传输结构连接于动力泵10。

本发明的实施例通过在传输管20上设置支承部30，提高了冷却剂传输结构的整体刚度，能够有效避免冷却剂传输结构与动力泵10转频共振，并且，通过该支承部30，在提高支承刚度的同时，有效实现了在地震载荷下对冷却剂传输结构的位移补偿，提高了冷却剂传输结构连接部位的强度，为反应堆安全可靠运行提供了保障。

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 (13)

1.一种用于反应堆的冷却剂传输结构，所述反应堆内设置有动力泵(10)，其特征在于，所述冷却剂传输结构包括：

传输管(20)，所述传输管(20)的一端连接于所述动力泵(10)，所述传输管(20)的另一端与所述反应堆连通，所述动力泵(10)用于推动冷却剂在所述传输管(20)内流动；

支承部(30)，所述支承部(30)固定于所述反应堆，所述支承部(30)与所述传输管(20)连接，以至少部分地消除所述传输管(20)与所述动力泵(10)的共振。

2.根据权利要求1所述的冷却剂传输结构，其特征在于，所述支承部(30)包括波纹管(31)，所述传输管(20)设置为穿过所述波纹管(31)。

3.根据权利要求2所述的冷却剂传输结构，其特征在于，所述支承部(30)还包括延伸件(32)，所述延伸件(32)将所述波纹管(31)固定于所述反应堆。

4.根据权利要求1所述的冷却剂传输结构，其特征在于，所述传输管(20)至少包括一个弯曲段(21)。

5.根据权利要求4所述的冷却剂传输结构，其特征在于，所述支承部(30)连接于靠近所述弯曲段(21)的一端。

6.根据权利要求4所述的冷却剂传输结构，其特征在于，所述支承部(30)连接于所述弯曲段(21)。

7.根据权利要求1所述的冷却剂传输结构，其特征在于，所述支承部(30)连接于所述传输管(20)靠近所述动力泵(10)的一端。

8.根据权利要求1所述的冷却剂传输结构，其特征在于，所述传输管(20)连接于所述反应堆的一端设有接头(40)。

9.根据权利要求8所述的冷却剂传输结构，其特征在于，还包括：

密封部(50)，所述密封部(50)设于所述接头(40)，用于防止所述冷却剂流入所述反应堆时从所述接头(40)流出。

10.根据权利要求8所述的冷却剂传输结构，其特征在于，所述接头(40)包括：

连通部(41)，所述连通部(41)用于连通所述传输管(20)和所述反应堆；

卡合部(42)，所述卡合部(42)设置于所述连通部(41)，用于连接所述接头(40)和所述反应堆。

11.根据权利要求10所述的冷却剂传输结构，其特征在于，所述连通部(41)和所述卡合部(42)之间设置有过渡段(43)，以补偿所述接头(40)的轴向变形。

12.根据权利要求1所述的冷却剂传输结构，其特征在于，还包括：

三通接头(60)，所述三通接头(60)用于连接所述传输管(20)和所述动力泵(10)，使得所述动力泵(10)内的冷却剂通过两个出口进入所述反应堆。

13.一种反应堆，其特征在于，包括：

动力泵(10)；

权利要求1-12任一项所述的冷却剂传输结构，所述冷却剂传输结构连接于所述动力泵(10)。

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