CN115331850B - 一种非能动堆顶冷却结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种非能动堆顶冷却结构，涉及核电厂反应堆堆顶结构技术领域，其适用于低功耗控制棒驱动机构，解决了现有技术中核电厂反应堆堆顶无法实现控制棒驱动机构的非能动冷却的问题，取消堆顶原有的风机，可大幅缩减堆顶结构的轮廓尺寸，具体方案如下：一种非能动堆顶冷却结构，包括设置在压力容器顶盖上的围筒，围筒靠近底部侧壁设置多个风门，围筒内设置纵向的控制棒驱动机构，围筒内固定通风围板，通风围板位于风门上方且套设在控制棒驱动机构周侧以集中冷却流体，围筒内靠近顶部设置抗震支承结构以对控制棒驱动机构限位，抗震支承结构表面均布有孔洞以提供冷却流体的流动通道，围筒顶部敞口设置以在围筒内形成纵向贯通的堆顶冷却通道。
Description
技术领域
本发明涉及核电厂反应堆堆顶结构技术领域，尤其是一种非能动堆顶冷却结构。
背景技术
在核电厂中，堆顶结构位于压力容器顶盖上方，将堆顶不同功能要求的几个设备和部件整合成一体以简化反应堆换料操作。这类堆顶结构大部分都通过风机对控制棒驱动机构进行冷却，多数风机位于堆顶，少数位于厂房其他位置，通过风管连接到堆顶。风机的存在占用堆顶结构较大空间，同时也对结构的强度和抗震带来不利影响。
申请号201910180319.X的中国专利公开了一种适用于耐高温驱动机构的筒体式一体化堆顶结构，该结构包括压力容器顶盖、控制棒驱动机构、围筒、抗震支承板、抗震板组件、防飞射物屏蔽板、电缆组件及起吊部件；还包括设置在围筒上的窗口。该方案的围筒上方被防飞射物屏蔽板所遮挡，因而无法形成有效的自然对流冷却通道，其取消了堆顶结构为控制棒驱动机构提供冷却空气的功能。控制棒驱动机构磁轭线圈在不进行额外冷却的条件下，温度将高达400℃以上，完全取消堆顶的冷却功能对控制棒驱动机构磁轭线圈和堆顶附近的仪表和电缆均提出了非常高的要求，该方案在围筒侧壁设置窗口，供外部空气进入围筒，但是在侧面设置窗口的方式并不能实现空气的充分流通，无法形成定向的冷却流体流动通道，无法达到良好的冷却效果。
申请号2012105371390的中国专利公开了一种适用于一体化堆顶的控制棒驱动机构(CRDM)冷却围板及风管组件。该结构虽然取消了堆顶的风机，但由于冷却围板和风管组件组成的冷却通道具有上下反复引流且总体流道较长的特点，需要在堆顶附近墙体或结构上设置风机和风管与其连接，才能实现冷却功能，结构复杂且无法实现控制棒驱动机构的非能动冷却。综上，现有技术的核电厂反应堆堆顶无法实现控制棒驱动机构良好的非能动冷却。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种非能动堆顶冷却结构，解决现有技术中核电厂反应堆堆顶不能实现空气的充分流通，无法形成定向的冷却流体流动通道，无法实现控制棒驱动机构良好的非能动冷却的技术问题。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
一种非能动堆顶冷却结构，包括设置在压力容器顶盖上的围筒，围筒靠近底部侧壁设置多个风门，围筒内设置纵向的控制棒驱动机构，围筒内固定通风围板，通风围板位于风门上方且套设在控制棒驱动机构周侧以集中冷却流体，围筒内靠近顶部设置抗震支承结构以对控制棒驱动机构限位，抗震支承结构表面均布有孔洞以提供冷却流体的流动通道，围筒顶部敞口设置以在围筒内形成纵向贯通的堆顶冷却通道。
作为进一步的实现方式，风门设置在围筒靠近底部的侧壁上，多个风门在围筒侧壁上均匀设置。
作为进一步的实现方式，所述通风围板通过固定件与围筒内壁的支撑结构固定连接。
作为进一步的实现方式，所述抗震支承结构为环状结构，与围筒内壁固定连接。
作为进一步的实现方式，所述通风围板为环状结构，通风围板中部开口设置以配合控制棒驱动机构，开口形状与控制棒驱动机构外缘围成的形状适配。
作为进一步的实现方式，所述通风围板由多个不锈钢钢板相互固定连接而成。
作为进一步的实现方式，抗震支承结构为环状结构，抗震支承结构包括限位环和可调螺杆，可调螺杆与限位环连接以控制限位环位置。
作为进一步的实现方式，所述限位环套设在单个控制棒驱动机构周侧。
上述本发明的有益效果如下：
1.本发明在围筒底部设置风门，能够在围筒内形成上下贯通的堆顶冷却通道，对空气流通具有导向作用，有利于加快围筒内的空气流动速度，实现冷却空气对控制棒驱动机构的线圈的快速降温。
2.本发明围筒靠近底部侧壁的风门在反应堆运行期间打开，作为控制棒驱动机构冷却系统进风口，停堆换料期间关闭，作为人员和设备屏蔽，可根据情况灵活有效地实现冷却功能和屏蔽功能。
3.本发明通风围板的设置使进入围筒的冷却流体集中于控制棒驱动机构磁轭线圈位置，对控制棒驱动机构进行均匀冷却，降低了不参与换热的旁流。
4.本发明通过设置冷却通道，可以取消堆顶原有的风机，可大幅缩减堆顶结构的轮廓尺寸，对堆顶的结构强度、抗震、安装、吊装、存放均有益处，同时，也可降低调试及维修难度，降低设备成本，提高经济性。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明实施例中一种非能动堆顶冷却结构的整体结构示意图。
图2是本发明实施例中通风围板的结构示意图。
图3是本发明实施例中通风围板与控制棒驱动机构配合的结构示意图。
图4是本发明实施例中抗震支承结构的示意图。
图5是本发明实施例中一种非能动堆顶冷却结构的冷却流道的结构示意图。
图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意。
其中：1.压力容器顶盖，2.围筒，3.风门，4.通风围板，5.控制棒驱动机构，6.抗震支承结构，7.限位环，8.可调螺杆。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
正如背景技术所介绍的，现有技术中核电厂反应堆堆顶不能实现空气的充分流通，无法形成定向的冷却流体流动通道，无法实现控制棒驱动机构良好的非能动冷却的技术问题，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种非能动堆顶冷却结构。
实施例
本发明的一种典型的实施方式中，参考图1-图5所示，一种非能动堆顶冷却结构，包括设置在压力容器顶盖1上的围筒2，如图1所示，围筒2上部敞口设置，以便于空气流通。
围筒2靠近底部侧壁设置多个风门3，用于外部温度较低的空气进入围筒2内部进行换热冷却。围筒2内设置多个纵向的控制棒驱动机构5，控制棒驱动机构5贯穿压力容器顶盖1后延伸到围筒2内，控制棒驱动机构5的磁轭线圈采用耐高温线圈。
如图2所示，围筒2内固定通风围板4，通风围板4位于风门3上方且套设在控制棒驱动机构5周侧以集中冷却流体，通风围板4位于围筒2底部风门3的上方，通过螺栓与围筒2内壁的支撑结构固定连接，通风围板4的设置，对冷却流体，即空气具有导向和集中的作用，使得通过风门3进入围筒2内的空气从通风围板4内部经过，从而将控制棒驱动机构线圈发热量携带至围筒2上方，最终从围筒2上方的敞口排出。冷却空气从围筒2上部敞口结构融入反应堆厂房空间，形成上下贯通的堆顶冷却通道，实现堆顶的非能动冷却功能。
上述围筒2的结构设计，相对于现有技术中，将用于供冷却空气流通的窗口设于围筒2侧壁，能够形成上下贯通的堆顶冷却通道，有利于加快围筒2内的空气流动速度，实现冷却空气对控制棒驱动机构5的线圈的快速降温。冷却空气在通过围筒2最底部的风门3进入围筒2后，与压力容器顶盖1上方的热空气换热，空气温度开始上升，进而受热的空气向上运动，继续与控制棒驱动机构5的线圈换热，换热完成之后的空气最终向上运动，从围筒2顶部的敞口排出。
本实施例的风门3充当外部冷却空气进入围筒2内部的初始入口，而围筒2侧壁其余部分均封闭设置，形成从围筒2底部到顶部的导向结构，具有对冷却空气导向的作用，保证最终的冷却空气从围筒2顶部敞口处排出。
围筒2下方风门3在反应堆运行期间打开，作为控制棒驱动机构5冷却系统进风口，停堆换料期间关闭，作为人员和设备屏蔽，可根据情况灵活有效地实现冷却功能和屏蔽功能。
本实施例的围筒2由一块碳钢钢板卷制后焊接或几块碳钢钢板拼焊后卷制焊接而成的筒状结构。
本实施例相对于现有技术在围筒2底部设置风门3，其余部分封闭的结构形式，使得围筒2内部形成了一个上下贯通的堆顶冷却通道，实现良好堆顶非能动冷却功能。
进一步的，围筒2内靠近顶部设置抗震支承结构6以对控制棒驱动机构5限位，抗震支承结构6表面均布有孔洞以提供冷却流体的流动通道。
风门3设置在围筒2底部的侧壁上，多个风门3环绕围筒均匀设置。使得冷却空气能够从围筒2下部进入围筒2内部。
如图2和图3所示，通风围板4位于风门3上方，通过螺栓与围筒2内部的支撑结构固定连接，支撑结构可以是带有螺孔或通孔的支撑座等形式，为现有技术。通风围板4为环状结构，通风围板4中部开口设置以配合控制棒驱动机构5，控制棒驱动机构5从通风围板4的开口处延伸到围筒2内部上方位置。开口形状与控制棒驱动机构5外缘围成的形状适配，通风围板4的设置使进入围筒2的冷却流体集中于控制棒驱动机构5磁轭线圈位置，对控制棒驱动机构5进行均匀冷却，可以有效降低不参与换热的旁流。
如图2所示，通风围板4由多块不锈钢板通过焊接和螺栓连接安装成形，成形的通风围板4内部形状与控制棒驱动机构5形成的轮廓形状一致，留有少量间隙。
整个堆顶结构能够在无风机强制冷却情况下，通过自然对流换热，将控制棒驱动机构5磁轭线圈处温度从400℃以上降低至350℃以下，满足耐高温线圈使用温度；同时，可将附近相关仪表和电缆的温度降低至使用限值以下。围筒2上方敞开式结构能够使控制棒驱动机构5流道保持上下贯通，便于由下向上的自然对流换热。
进一步的，在围筒2内部的上方设置抗震支承结构6，用于限制控制棒驱动机构5，抗震支承结构6通过螺栓与围筒2固定。抗震支承结构6为环状结构，抗震支承结构6包括限位环7和可调螺杆8，可调螺杆8与限位环7连接以控制限位环7位置。限位环7套设在单个控制棒驱动机构周侧。
限位环7的数量与控制棒驱动机构5的数量一致。相邻两个限位环之间通过可调螺杆8连接，通过调节可调螺杆8，实现了对相邻两个限位环7之间距离的调节。限位环7与控制棒驱动机构5形成间隙配合，对控制棒驱动机构5起到横向限位的作用，通过调节可调螺杆8，保证控制棒驱动机构5与围筒2的轴线始终平行设置。本实施例的可调螺杆8调节限位环7间距的方式为机械领域的现有技术，当然与可以采用其他现有技术，只要能实现对限位环7间距的调节即可。
本实施例采用套环拉杆式的抗震支承结构6，一方面可以对控制棒驱动机构5顶部进行横向限位，另一方面，其结构的简洁性相较传统的抗震板降低了控制棒驱动机构冷却流道中的流阻，使冷却效果更显著。
如图5所示，冷却空气由围筒2的风门3流入围筒2内部，空气受热上升均匀流入通风围板4与控制棒驱动机构5形成的间隙，被控制棒驱动机构5进一步加热后，空气向上穿过围筒2上部的抗震支承结构6，最终从围筒2上方流入厂房空间，实现非能动堆顶的冷却功能。
综上，本实施例的堆顶结构设计，可以取消堆顶原有的风机，大幅缩减堆顶结构的轮廓尺寸，对堆顶的结构强度、抗震、安装、吊装、存放均有益处，同时，也可降低调试及维修难度，降低设备成本，提高经济性。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种非能动堆顶冷却结构，其特征在于，包括设置在压力容器顶盖上的围筒，围筒靠近底部侧壁设置多个风门，围筒内设置纵向的控制棒驱动机构，围筒内固定通风围板，通风围板位于风门上方且套设在控制棒驱动机构周侧以集中冷却流体，围筒内靠近顶部设置抗震支承结构以对控制棒驱动机构限位，抗震支承结构表面均布有孔洞以提供冷却流体的流动通道，围筒顶部敞口设置以在围筒内形成纵向贯通的堆顶冷却通道。
2.根据权利要求1所述的一种非能动堆顶冷却结构，其特征在于，风门设置在围筒底部的侧壁上，多个风门在围筒侧壁上均匀设置。
3.根据权利要求1所述的一种非能动堆顶冷却结构，其特征在于，所述通风围板通过固定件与围筒内壁的支撑结构固定连接。
4.根据权利要求1所述的一种非能动堆顶冷却结构，其特征在于，所述抗震支承结构为环状结构，与围筒内壁固定连接。
5.根据权利要求1所述的一种非能动堆顶冷却结构，其特征在于，所述通风围板为环状结构，通风围板中部开口设置以配合控制棒驱动机构，开口形状与控制棒驱动机构外缘围成的形状适配。
6.根据权利要求5所述的一种非能动堆顶冷却结构，其特征在于，所述通风围板由多块不锈钢钢板相互固定连接而成。
7.根据权利要求4所述的一种非能动堆顶冷却结构，其特征在于，抗震支承结构为环状结构，抗震支承机构包括限位环和可调螺杆，可调螺杆与限位环连接以控制限位环位置。
8.根据权利要求7所述的一种非能动堆顶冷却结构，其特征在于，所述限位环套设在单个控制棒驱动机构周侧。
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