CN114137677A - 一种核动力堆光纤贯穿件及其制备方法和使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核动力堆光纤贯穿件及其制备方法和使用方法，包括金属外壳、外侧金属端板、玻璃封装和内侧金属端板；外侧金属端板与金属外壳外侧开口焊接；内侧金属端板与金属外壳内侧开口焊接；外侧金属端板内部开设多个孔洞，用于容纳外侧铠装光缆的穿过；外侧金属端板内表面开设多个圆形凹槽，用于容纳玻璃封装；玻璃封装设置于金属外壳内部且位于外侧金属端板内侧，用于容纳裸光纤；硅基灌封材料充满由玻璃灌封内侧、内侧金属端板内表面以及金属外壳构成的内部空间，用于容纳内侧铠装光缆；内侧金属端板内部开设多个孔洞，用于内侧铠装光缆穿出。本发明实现了光纤中传递的光学信号在保持安全壳密封性能的同时顺利穿过核动力堆安全壳。

Description

一种核动力堆光纤贯穿件及其制备方法和使用方法

技术领域

本发明属于核动力堆技术领域，具体涉及一种核动力堆光纤贯穿件及其制备方法和使用方法。

背景技术

在传统的核动力堆中，采用电气贯穿件将安全壳内(堆舱内)的电信号传输到安全壳外(堆舱外)，该电气贯穿件设备在电气上执行电气连接的功能，在机械上执行安全壳(堆舱)的密封功能，也即是说保持安全壳(堆舱)密封性能的同时完成电信号的电气连接。该电气贯穿件信号容量有限，体积较为庞大。以压水堆核电厂为例，该电气贯穿件结构为一个直径40cm左右、长度2m(与安全壳(堆舱)的厚度有关)的圆柱形，在该结构中共能传递40个左右的信号，而且由于这些电信号难以实现信号复用，因此在现有核动力堆中，电气贯穿件所占用的体积较为庞大。以华龙一号核电厂为例，单机组共设置了XX个电气贯穿件，数量和体积十分可观。

随着光纤传感技术的蓬勃发展，借助于光纤传感的体积微小、耐事故能力强、天然绝缘、不惧电磁干扰等特点，其在核动力堆中有非常广阔的应用前景。为了实现安全壳内(堆舱内)光纤传感设备的光学信号引出安全壳(堆舱)，需要使用光纤贯穿件，在保持安全壳(堆舱)密封性能的同时实现光学信号传递功能，则亟需解决如下具体问题：

(1)由于光纤体积微小，光纤纤芯加包层只有几百μm的直径，即使加上铠装保护层也只有数个mm的直径，因此需要考虑如何实现小体积线缆的密封问题。

(2)由于在小尺寸光纤贯穿件中可容纳较多的光纤，因此需要考虑如何实现抗振动等机械保护问题。

(3)在施工现场，光纤贯穿件与现场光纤的连接需要易于操作。

发明内容

为了解决光纤中传递的光学信号在保持安全壳(堆舱)密封性能的同时顺利穿过核动力堆安全壳(堆舱)的问题，本发明提供了一种核动力堆光纤贯穿件。本发明通过裸光纤和玻璃灌封的形式实现了微小光纤在光纤贯穿件中的可靠密封，通过硅基灌封材料为光纤贯穿件内部的光缆提供了密封，从而为光缆在光纤贯穿件内部抵御振动冲击提供了良好的机械保护，通过铠装光缆与现场传输光缆之间熔接加金属管保护的的方式可较好的解决光纤贯穿件与现场光缆的可靠连接问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种核动力堆光纤贯穿件，包括金属外壳、外侧金属端板、玻璃封装和内侧金属端板；

所述外侧金属端板通过外侧角焊缝与所述金属外壳外侧开口焊接实现密封；所述内侧金属端板通过内侧角焊缝与所述金属外壳内侧开口焊接实现密封；

所述外侧金属端板内部开设多个孔洞，用于容纳外侧铠装光缆的穿过；所述外侧金属端板内表面开设多个圆形凹槽，用于容纳玻璃封装；

所述玻璃封装设置于所述金属外壳内部且位于所述外侧金属端板内侧；所述玻璃封装用于容纳裸光纤；

硅基灌封材料充满由所述玻璃灌封内侧、内侧金属端板内表面以及所述金属外壳构成的内部空间，所述硅基灌封材料用于容纳内侧铠装光缆；

所述内侧金属端板内部开设多个孔洞，用于所述内侧铠装光缆穿出。

优选的，本发明的金属外壳由内侧金属外壳和外侧金属外壳构成；

所述内侧金属外壳和所述外侧金属外壳均为圆筒状结构；

所述内侧金属外壳可通过内侧角焊缝和所述安全壳内壁连接，所述外侧金属外壳可通过外侧角焊缝和所述安全壳外壁连接；

所述内侧金属外壳和所述外侧金属外壳通过V型坡口焊接构成所述金属外壳。

优选的，本发明的外侧铠装光缆、所述裸光纤以及所述内侧铠装光缆为一体式结构；

所述外侧铠装光缆从所述光纤贯穿件外侧延伸到所述外侧金属端板内表面，所述裸光纤从所述外侧金属端板内表面凹槽底部延伸到所述玻璃灌封内表面，所述内侧铠装光缆从所述玻璃封装内表面延伸到所述光纤贯穿件内侧。

优选的，本发明的内侧金属外壳上开设灌封口；

所述灌封口用于所述硅基灌封材料的流入。

优选的，本发明的灌封口为矩形或椭圆形。

优选的，本发明的外侧铠装光缆在所述安全壳外侧采用熔接后金属外壳保护的方式与所述安全壳外侧的传输光缆连接；

所述内侧铠装光缆在所述安全壳内侧采用熔接后金属外壳保护的方式与所述安全壳内侧的传输光缆连接。

第二方面，本发明提出了如上所述的一种核动力堆光纤贯穿件的制备方法，其特征在于，包括：

步骤1，制备外侧铠装光缆、裸光纤和内侧铠装光缆的一体化结构；

步骤2，将树根按照步骤1制备完成的铠装光缆依次从光纤贯穿件的外侧穿过外侧金属端板预设的孔洞，使得裸光纤的外侧端部与外侧金属端板内表面的凹槽底部齐平；

步骤3，将按步骤2制备完成的外侧金属端板置于外侧金属外壳内部，并通过外侧角焊缝实现二者之间的焊接；

步骤4，在外侧金属端板内侧完成玻璃灌封的制备；

步骤5，通过V型坡口完成外侧金属外壳和内侧金属外壳之间的焊接，形成完整的金属外壳；

步骤6，将内侧铠装光缆依次从内侧金属端板的内侧穿过内侧金属端板预设的孔洞，之后将内侧金属端板置于内侧金属外壳内部，内侧铠装光缆从内侧金属端板的内表面拉直；

步骤7，通过内侧角焊缝完成内侧金属端板和内侧金属外壳之间的焊接；

步骤8，从内侧金属外壳上的灌封口灌入硅基灌封材料，直至灌满外侧金属外壳和内侧金属外壳的空间，并完成硅基灌封材料的凝固。

优选的，本发明的步骤4制备的玻璃灌封的厚度不超过外侧金属外壳的内端面。

第三方面，本发明还提出了如上所述的一种核动力堆光纤贯穿件的使用方法，包括：

步骤1，将光纤贯穿件安装于安全壳壁上，并采用焊接的方式实现密封；

步骤2，在光纤贯穿件外侧设置外侧连接箱，外侧连接箱内部设置外侧连接骨架，将外侧铠装光缆与安全壳外的传输光缆连接点设置于外侧连接骨架上；

步骤3，在光纤贯穿件内侧设置内侧连接箱，内侧连接箱内部设置内侧连接骨架，将内侧铠装光缆与安全壳内的传输光缆连接点设置于内侧连接骨架上。

优选的，本发明的步骤1中，通过外侧角焊缝实现光纤贯穿件与安全壳外壁的焊接，通过内侧角焊缝实现光纤贯穿件与安全壳内壁的焊接。

本发明具有如下的优点和有益效果：

本发明提出的光纤贯穿件，相较于传统的电气贯穿件，在相同信号容量的前提下，体积十分微小；并且由于光纤传感器的光学信号可以通过耦合和串联(如准分布式传感器)、以及分布式传感器(如基于拉曼散射的分布式温度光纤传感器和基于瑞利散射的分布式振动光纤传感器)，因此单个光纤贯穿件的信号容量相较于传统的电气贯穿件有很大提升。

本发明提出的光纤贯穿件还可实现通信光纤的信号传递，应用范围非常广泛。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的光纤贯穿件结构示意图。

图2为本发明的光纤贯穿件现场典型应用示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-内侧金属外壳，2-外侧金属端板，3-玻璃灌封，4-外侧铠装光缆，5-外侧角焊缝，6-裸光纤，7-硅基灌封材料，8-灌封口，9-V型坡口，10-外侧金属外壳，11-内侧金属端板，12-内侧铠装光缆，13-内侧角焊缝，14-外侧连接箱，15-外侧连接骨架，16-光纤贯穿件，17-内侧连接骨架，18-内侧连接箱。

具体实施方式

在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所发明的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本发明的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

在本发明的各种实施例中，表述“或”或“A或/和B中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“A或B”或“A或/和B中的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。

在本发明的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本发明的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。

应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。

在本发明的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本发明的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

本实施例提供了一种核动力堆光纤贯穿件，如图1所示，本实施例的光纤贯穿件包括金属外壳；该金属外壳由内侧金属外壳1和外侧金属外壳10构成，内侧金属外壳1和外侧金属外壳10均为一圆筒状结构，内侧金属外壳1通过内侧角焊缝13和安全壳(堆舱)内壁连接，外侧金属外壳10通过外侧角焊缝5和安全壳(堆舱)外壁连接，内侧金属外壳1和外侧金属外壳10通过V型坡口9焊接在一起构成光纤贯穿件的金属外壳。

光纤贯穿件的金属外壳用于实现光纤贯穿件与安全壳(堆舱)壁的可靠密封并容纳内部所有部件。

外侧金属端板2通过外侧角焊缝5与外侧金属外壳10的开口(即未与内侧金属外壳焊接连接的一端或贯穿件的金属外壳朝向安全壳外的开口)焊接连接并实现可靠密封，内侧金属端板11通过内侧角焊缝13与内侧金属外壳1的开口(即未与外侧金属外壳焊接连接的一端或贯穿件的金属外壳朝向安全壳内的开口)焊接连接并实现可靠密封。

外侧金属端板2内部开设多个孔洞，用于容纳外侧铠装光缆4的穿过，外侧金属端板2的内表面开设多个圆形凹槽，用于容纳玻璃灌封3以提高裸光纤6的密封能力。玻璃灌封3设置于外侧金属外壳10内部且位于外侧金属端板2的内侧，玻璃灌封3用于容纳裸光纤6，以实现裸光纤6在外侧金属外壳10内的密封，以及为裸光纤6提供机械支撑。内侧金属端板11内部开设多个孔洞，用于容纳内侧铠装光缆12穿过。

外侧铠装光缆4、裸光纤6以及内侧铠装光缆12的纤芯、包层以及涂覆层为连续的一体式结构，外侧铠装光缆4从光纤贯穿件外侧延伸到外侧金属端板2内表面，裸光纤6从外侧金属端板2内表面延伸到玻璃灌封3内侧(即裸光纤6的外侧端面与外侧金属板2内侧的凹槽底部齐平，裸光纤6的内侧端面与玻璃灌封3内表面齐平)，内侧铠装光缆12从玻璃灌封3内侧延伸到光纤贯穿件内侧。

硅基灌封材料7充满由玻璃灌封3内侧、内侧金属端板11内表面以及内侧金属外壳1内部构成的空间，硅基灌封材料7用于容纳内侧铠装光缆12，实现内侧铠装光缆12在该空间的固定、支撑和密封。内侧金属外壳1上开设灌封口8，用于硅基灌封材料7的流入，该灌封口8为一面积较小的矩形或椭圆形。

外侧铠装光缆4在安全壳(堆舱)外侧采用熔接后金属外壳保护的方式与安全壳(堆舱)外侧的传输光缆连接，内侧铠装光缆12在安全壳(堆舱)内侧采用熔接后金属外壳保护的方式与安全壳(堆舱)内侧的传输光缆连接。

实施例2

本实施例提出了一种上述实施例1提出的光纤贯穿件的制备方法，其具体过程如下：

步骤1，将一根铠装光缆中间的一段保护套剥开露出裸光纤，以形成一整根中间有一段裸光纤的光缆，即形成外侧铠装光缆4、裸光纤6和内侧铠装光缆12的一体化结构。

步骤2，将数根按照步骤1制作完成的铠装光缆依次从光纤贯穿件的外侧穿过外侧金属端板2预设的孔洞，使得裸光纤6的外侧端部与外侧金属端板2内侧的凹槽底部齐平。

步骤3，将制作完成的外侧金属端板2置于外侧金属外壳10内部，并通过外侧角焊缝5实现二者之间的焊接。

步骤4，在外侧金属端板2内侧完成玻璃灌封3的制备，玻璃灌封的厚度不应超过外侧金属外壳10的内端面。

步骤5，通过X型坡口9完成外侧金属外壳10和内侧金属外壳1之间的焊接，形成完整的光纤贯穿件的外壳。

步骤6，将内侧铠装光缆12依次从内侧金属端板11的内侧穿过内侧金属端板11预设的孔洞，然后将内侧金属端板11放置于内侧金属外壳1内，保持内侧金属端板11外表面和内侧金属外壳1的内端面齐平，内侧铠装光缆12从内侧金属端板11的内表面拉直。

步骤7，通过内侧角焊缝13完成内侧金属端板11和内侧金属外壳1之间的焊接。

步骤8，从内侧金属外壳1上的灌封口8灌入硅基灌封材料7，直至灌满外侧金属外壳10和内侧金属外壳1的空间，通过热处理等方式完成硅基灌封材料7的凝固。

步骤9，在施工现场通过外侧角焊缝5实现光纤贯穿件与安全壳(堆舱)外壁的焊接，通过内侧角焊缝13实现光纤贯穿件与安全壳(堆舱)内壁的焊接。

步骤10，外侧铠装光缆4在安全壳(堆舱)外侧采用熔接后金属外壳保护的方式与安全壳(堆舱)外侧的传输光缆连接；内侧铠装光缆12在安全壳(堆舱)内侧采用焊接后金属外壳保护的方式与安全壳(堆舱)内侧的传输光缆连接。

实施例3

本实施例采用上述实施例1提出的光纤贯穿件，实现铠装光缆在施工现场的方便连接，如图2所示，具体实施过程如下：

将一台光纤贯穿件16安装于安全壳(堆舱)壁上，并采用焊接的方式实现可靠密封。

光纤贯穿件16外侧设置外侧连接箱14，外侧连接箱14内部设置外侧连接骨架15，将外侧铠装光缆4与安全壳(堆舱)外的传输光缆连接点设置于外侧连接骨架15上，为该连接点提供机械保护，外侧连接箱14为外侧连接骨架15以及固定在其上的光缆连接点提供机械保护。

光纤贯穿件16内侧设置内侧连接箱18，内侧连接箱18内部设置内侧连接骨架17，将内侧铠装光缆12与安全壳(堆舱)内的传输光缆连接点设置于内侧连接骨架17上，为该连接点提供机械保护，内侧连接箱18为内侧连接骨架17以及固定在其上的光缆连接点提供机械保护。

本实施例的光纤贯穿件16外径优选为10cm，其内至多可容纳40根铠装光缆，其中的光纤可采用单模光纤或多模光纤。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种核动力堆光纤贯穿件，其特征在于，包括金属外壳、外侧金属端板(2)、玻璃封装(3)和内侧金属端板(11)；

所述外侧金属端板(2)通过外侧角焊缝(5)与所述金属外壳外侧开口焊接实现密封；所述内侧金属端板(11)通过内侧角焊缝(13)与所述金属外壳内侧开口焊接实现密封；

所述外侧金属端板(2)内部开设多个孔洞，用于容纳外侧铠装光缆(4)的穿过；所述外侧金属端板(2)内表面开设多个圆形凹槽，用于容纳玻璃封装(3)；

所述玻璃封装(3)设置于所述金属外壳内部且位于所述外侧金属端板(2)内侧；所述玻璃封装(3)用于容纳裸光纤(6)；

硅基灌封材料(7)充满由所述玻璃灌封(3)内侧、内侧金属端板(11)内表面以及所述金属外壳构成的内部空间，所述硅基灌封材料(7)用于容纳内侧铠装光缆(12)；

所述内侧金属端板(11)内部开设多个孔洞，用于所述内侧铠装光缆(12)穿出。

2.根据权利要求1所述的一种核动力堆光纤贯穿件，其特征在于，所述金属外壳由内侧金属外壳(1)和外侧金属外壳(10)构成；

所述内侧金属外壳(1)和所述外侧金属外壳(10)均为圆筒状结构；

所述内侧金属外壳(1)可通过内侧角焊缝(12)和所述安全壳内壁连接，所述外侧金属外壳(10)可通过外侧角焊缝(5)和所述安全壳外壁连接；

所述内侧金属外壳(1)和所述外侧金属外壳(10)通过V型坡口(9)焊接构成所述金属外壳。

3.根据权利要求1所述的一种核动力堆光纤贯穿件，其特征在于，所述外侧铠装光缆(4)、所述裸光纤(6)以及所述内侧铠装光缆(12)为一体式结构；

所述外侧铠装光缆(4)从所述光纤贯穿件外侧延伸到所述外侧金属端板(2)内表面，所述裸光纤(6)从所述外侧金属端板(2)内表面凹槽底部延伸到所述玻璃灌封(3)内表面，所述内侧铠装光缆(12)从所述玻璃封装(3)内表面延伸到所述光纤贯穿件内侧。

4.根据权利要求2所述的一种核动力堆光纤贯穿件，其特征在于，所述内侧金属外壳(1)上开设灌封口(8)；

所述灌封口(8)用于所述硅基灌封材料(7)的流入。

5.根据权利要求4所述的一种核动力堆光纤贯穿件，其特征在于，所述灌封口(8)为矩形或椭圆形。

6.根据权利要求1所述的一种核动力堆光纤贯穿件，其特征在于，所述外侧铠装光缆(4)在所述安全壳外侧采用熔接后金属外壳保护的方式与所述安全壳外侧的传输光缆连接；

所述内侧铠装光缆(12)在所述安全壳内侧采用熔接后金属外壳保护的方式与所述安全壳内侧的传输光缆连接。

7.如权利要求1-6任一项所述的一种核动力堆光纤贯穿件的制备方法，其特征在于，包括：

步骤1，制备外侧铠装光缆(4)、裸光纤(6)和内侧铠装光缆(12)的一体化结构；

步骤2，将树根按照步骤1制备完成的铠装光缆依次从光纤贯穿件的外侧穿过外侧金属端板(2)预设的孔洞，使得裸光纤(6)的外侧端部与外侧金属端板(2)内表面的凹槽底部齐平；

步骤3，将按步骤2制备完成的外侧金属端板(2)置于外侧金属外壳(10)内部，并通过外侧角焊缝(5)实现二者之间的焊接；

步骤4，在外侧金属端板(2)内侧完成玻璃灌封(3)的制备；

步骤5，通过V型坡口(9)完成外侧金属外壳(10)和内侧金属外壳(1)之间的焊接，形成完整的金属外壳；

步骤6，将内侧铠装光缆(12)依次从内侧金属端板(11)的内侧穿过内侧金属端板(11)预设的孔洞，之后将内侧金属端板(11)置于内侧金属外壳(1)内部，内侧铠装光缆(12)从内侧金属端板(11)的内表面拉直；

步骤7，通过内侧角焊缝(13)完成内侧金属端板(11)和内侧金属外壳(1)之间的焊接；

步骤8，从内侧金属外壳(1)上的灌封口(8)灌入硅基灌封材料(7)，直至灌满外侧金属外壳(10)和内侧金属外壳(1)的空间，并完成硅基灌封材料(7)的凝固。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤4制备的玻璃灌封(3)的厚度不超过外侧金属外壳(10)的内端面。

9.如权利要求1-6所述的一种核动力堆光纤贯穿件的使用方法，其特征在于，包括：

步骤1，将光纤贯穿件安装于安全壳壁上，并采用焊接的方式实现密封；

步骤2，在光纤贯穿件外侧设置外侧连接箱(14)，外侧连接箱(14)内部设置外侧连接骨架(15)，将外侧铠装光缆(4)与安全壳外的传输光缆连接点设置于外侧连接骨架(15)上；

步骤3，在光纤贯穿件内侧设置内侧连接箱(18)，内侧连接箱(18)内部设置内侧连接骨架(17)，将内侧铠装光缆(12)与安全壳内的传输光缆连接点设置于内侧连接骨架(17)上。

10.根据权利要求9所述的使用方法，其特征在于，所述步骤1中，通过外侧角焊缝实现光纤贯穿件与安全壳外壁的焊接，通过内侧角焊缝实现光纤贯穿件与安全壳内壁的焊接。

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