CN117612750A - 一种用于核反应堆电缆贯穿装置的屏蔽结构及安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及辐射防护技术领域，具体公开了一种用于核反应堆电缆贯穿装置的屏蔽结构及安装方法，包括组合式屏蔽组件和柔性缝隙屏蔽装置；组合式屏蔽组件填充于电缆贯穿装置的筒体内，所述组合式屏蔽组件在其轴向厚度上设置有隔热板、包覆屏蔽体和金属屏蔽体，所述包覆屏蔽体和金属屏蔽体分别用于实现中子屏蔽和γ射线辐照屏蔽；所述柔性缝隙屏蔽装置由多片填充在电缆贯穿装置的筒体和预埋管之间的环形缝隙内的柔性屏蔽片构成。本发明不仅能实现全面辐射屏蔽防护，以防止反应堆放射性物质通过电缆贯穿装置外泄，且具备耐热性和结构易安装的优点。

Description

一种用于核反应堆电缆贯穿装置的屏蔽结构及安装方法

技术领域

本发明涉及辐射防护技术领域，具体涉及一种用于核反应堆电缆贯穿装置的屏蔽结构及安装方法。

背景技术

电缆贯穿装置可安装于反应堆安全壳或堆舱壁上，用于保障电气信号的连续性、维持压力边界的完整性，并防止反应物质外泄。对于反应堆而言，其主要电离辐射包括中子束和γ射线等。由于反应堆所需电缆贯穿装置数量众多，因此辐射外泄的安全隐患不容忽视。

现有电缆贯穿装置的设计主要关注其电气性能与密封性能，而较少考虑生物屏蔽性能。对于部分考虑生物屏蔽的电缆贯穿装置，其在屏蔽性能的全面性和屏蔽材料的耐热性等方面仍有不足。如中国专利公开的公开号为CN113077918A的“适用于核动力船舶的安全壳电气贯穿装置”，采用了多层蜂窝煤型局部屏蔽组件，可以减少因电缆贯穿装置开孔导致的辐射泄漏，但其未考虑筒体组件与预埋管之间存在空腔的情况，而留有较大的辐射泄漏通道；此外也未考虑屏蔽材料的耐热性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于核反应堆电缆贯穿装置的屏蔽结构及安装方法，不仅能实现全面辐射屏蔽防护，以防止反应堆放射性物质通过电缆贯穿装置外泄，且具备耐热性优点。

本发明通过下述技术方案实现：

一种用于核反应堆电缆贯穿装置的屏蔽结构，包括组合式屏蔽组件和柔性缝隙屏蔽装置；

所述组合式屏蔽组件填充于电缆贯穿装置的筒体内，所述组合式屏蔽组件在其轴向厚度上设置有隔热板、包覆屏蔽体和金属屏蔽体，所述包覆屏蔽体和金属屏蔽体分别用于实现中子屏蔽和γ射线辐照屏蔽；

所述柔性缝隙屏蔽装置由多片填充在电缆贯穿装置的筒体和预埋管之间的环形缝隙内的柔性屏蔽片构成。

本发明的组合式屏蔽组件安装于电缆贯穿装置内部，避免生物屏蔽结构占用贯穿件外部的额外空间，所述组合式屏蔽组件能够用于实现中子屏蔽和γ射线辐照屏蔽，所述柔性缝隙屏蔽装置填充在电缆贯穿装置的筒体和预埋管之间的环形缝隙内，实现电缆贯穿装置筒体与预埋管之间墙体的辐照屏蔽，减少辐射泄漏通道。

综上，本发明所述屏蔽结构采用组合式屏蔽组件和柔性缝隙屏蔽装置相结合的方式，二者分别用于对电缆贯穿装置内和电缆贯穿装置的筒体和预埋管之间的环形缝隙进行辐照屏蔽，实现了全面屏蔽，能有效防止反应堆放射性物质通过电缆贯穿装置外；且本发明所述组合式屏蔽组件上设置有隔热板，隔热板具有隔热功能，使屏蔽结构具备耐热性。

进一步地，组合式屏蔽组件还包括第一支撑隔板和第二支撑隔板，所述第一支撑隔板和第二支撑隔板的外壁与筒体内壁连接；所述隔热板、包覆屏蔽体和金属屏蔽体设置在第一支撑隔板和第二支撑隔板之间。

进一步地，组合式屏蔽组件还包括紧固件，所述紧固件包括支撑杆和螺母；所述支撑杆的两端分别贯穿第一支撑隔板和第二支撑隔板，且所述支撑杆的两端均通过螺母紧固。

进一步地，第一支撑隔板和第二支撑隔板采用激光送粉熔覆的方式进行焊接在筒体内壁。

进一步地，筒体内壁设置有与第一支撑隔板和第二支撑隔板相对应的第一台阶和第二台阶。

所述第一台阶和第二台阶分别对第一支撑隔板和第二支撑隔板具有一定的限位作用，便于后续焊接第一支撑隔板和第二支撑隔板，提高焊接精度。

进一步地，隔热板设置在靠近核反应堆内部一侧，其中一种方式为：隔热板、包覆屏蔽体和金属屏蔽体由外到内依次布置。

进一步地，包覆屏蔽体包括含硼高分子材料填充体、不锈钢壳体和不锈钢贯穿管；

所述含硼高分子材料填充体填充在不锈钢壳体内，所述不锈钢贯穿管在包覆屏蔽体的轴向厚度上贯穿含硼高分子材料填充体，所述不锈钢贯穿管用于接触式穿过导体组件。

本发明所述接触式穿过具体是指不锈钢贯穿管的内径等于导体组件的外径，使导体组件穿过不锈钢贯穿管时，导体组件的外壁与不锈钢贯穿管的内壁紧密接触。

含硼高分子材料填充体具体可以是铅硼聚乙烯填充体。

进一步地，不锈钢壳体的两端分别密封设置有第一不锈钢端板和第二不锈钢端板，所述第一不锈钢端板和第二不锈钢端板上均设置有用于接触式穿过导体组件的通孔。

本发明所述接触式穿过具体是指通孔的内径等于导体组件的外径，使导体组件穿过通孔时，导体组件的外壁与通孔的内壁紧密接触。

进一步地，第一不锈钢端板和第二不锈钢端板焊接固定在不锈钢壳体的两端。具体可以采用采用激光送粉熔覆的方式进行焊接固定。

进一步地，金属屏蔽体采用铅或含铅合金材料，所述金属屏蔽体上设置有用于接触式穿过导体组件的通孔。

进一步地，柔性屏蔽片的制备方法为：采用橡胶材料为基底，均匀混合铅粉，经模具压制成片状。

进一步地，柔性缝隙屏蔽装置在其轴向厚度上包括多层柔性屏蔽单元，每层柔性屏蔽单元至少包括一片柔性屏蔽片，柔性屏蔽片首尾相接并形成缺口，相邻两层柔性屏蔽单元上的缺口错开设置，能提高屏蔽效果。

进一步地，隔热板所用的隔热材料包括聚醚醚酮、聚砜、聚醚砜、聚酰亚胺或酚醛树脂。

上述屏蔽结构的安装方法，包括以下步骤：

S1、所述隔热板、包覆屏蔽体和金属屏蔽体依次装入筒体；并进行固定，完成组合式屏蔽组件的组装，使组合式屏蔽组件的轴向厚度大于屏蔽墙体厚度；

S2、完成电缆贯穿装置总装，将所述导体组件穿过隔热板、包覆屏蔽体和金属屏蔽体；

S3、电缆贯穿装置与预埋管焊接后，施加轴向推力，将多片柔性屏蔽片塞入筒体和预埋管之间的环形缝隙，组成柔性缝隙屏蔽装置，使柔性缝隙屏蔽装置的轴向厚度大于屏蔽墙体厚度。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明充分考虑了筒体组件与预埋管之间的空腔所形成的辐射通道，采用组合式屏蔽组件和柔性缝隙屏蔽装置相结合的方式，组合式屏蔽组件通过铅或铅合金、铅硼聚乙烯以及含铅特殊屏蔽材料的组合，实现反应堆电缆贯穿装置的中子和γ射线辐照屏蔽，避免反应堆放射性物质外泄；硅橡胶与铅粉压制而成的柔性缝隙屏蔽装置具有一定的柔性，可适用于不同曲率大小的缝隙，实现电缆贯穿装置筒体与预埋管之间墙体的辐照屏蔽，减少辐射泄漏通道，即组合式屏蔽组件和柔性缝隙屏蔽装置分别用于对电缆贯穿装置内和电缆贯穿装置的筒体和预埋管之间的环形缝隙进行辐照屏蔽，实现了全面屏蔽，能有效防止反应堆放射性物质通过电缆贯穿装置外。

2、本发明的组合式屏蔽组件装于电缆贯穿装置内部，避免生物屏蔽结构占用贯穿件外部的额外空间，且组合式屏蔽组件中的隔热板、包覆屏蔽体和金属屏蔽体为分体式组合结果，易于安装；同时柔性缝隙屏蔽装置由多片填充在电缆贯穿装置的筒体和预埋管之间的环形缝隙内的柔性屏蔽片构成，便于将柔性屏蔽片逐片填充在筒体和预埋管之间的环形缝隙内，也提高了安装的方便性。

3、本发明通过不锈钢外壳包覆铅硼聚乙烯屏蔽体，避免高温导致铅硼聚乙烯屏蔽体出现软化垮塌.

4、本发明通过聚醚醚酮材料隔热板实现电缆贯穿装置中铅硼聚乙烯屏蔽体与安全壳/堆舱内部的良好隔热，保证铅硼聚乙烯屏蔽体能长期有效工作。

5、本发明通过支撑杆与螺母固定两侧支撑隔板，并将固定隔板与贯穿件筒体焊接，实现屏蔽结构的稳固性。

6、本发明采用激光送粉熔覆的方式进行焊接，减小不锈钢外包覆层焊接变形量，提高安装精度。

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是本发明屏蔽结构的结构示意图；

图2是本发明包覆屏蔽体的结构示意图；

图3是本发明屏蔽结构的安装示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1、第一支撑隔板；2、隔热板；3、包覆屏蔽体；4、金属屏蔽体；5、第二支撑隔板；6、紧固件；7、柔性缝隙屏蔽装置；8、预埋管；9、筒体；10、导体组件；11、第一不锈钢端板；12、含硼高分子材料填充体；13、不锈钢壳体；14、不锈钢贯穿管；15、第二不锈钢端板；16、屏蔽安装工装；17、柔性屏蔽片；18、电缆贯穿装置。

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：

如图1-图3所示，一种用于核反应堆电缆贯穿装置的屏蔽结构，包括组合式屏蔽组件和柔性缝隙屏蔽装置7；

所述组合式屏蔽组件填充于电缆贯穿装置18的筒体9内，所述组合式屏蔽组件在其轴向厚度上设置有隔热板2、包覆屏蔽体3和金属屏蔽体4，所述包覆屏蔽体3和金属屏蔽体4分别用于实现中子屏蔽和γ射线辐照屏蔽；所述隔热板2、包覆屏蔽体3和金属屏蔽体4与筒体9具有相同轴向，当筒体9为圆管时，隔热板2、包覆屏蔽体3和金属屏蔽体4为圆柱体结构。

包覆屏蔽体3和金属屏蔽体4通过增加单层厚度或多层叠加的方式增强屏蔽效果；所述隔热板2可通过增加单层厚度或多层叠加的方式增强隔热效果。热板2设置在靠近核反应堆内部一侧，一个具体案例中，隔热板2、包覆屏蔽体3和金属屏蔽体4由外到内依次布置。由外到内具体是指堆外到堆内。

其中，隔热板2具有隔热功能，用于实现组合式屏蔽组件的隔热，使屏蔽结构具有耐热性，所述隔热板采用聚醚醚酮、聚砜、聚醚砜、聚酰亚胺或酚醛树脂等耐高温高分子聚合物材料制成。

其中，包覆屏蔽体3的一种具体实现方式为采用含硼高分子材料(可以是铅硼聚乙烯材料)外部包覆不锈钢壳体，具体地：

包覆屏蔽体3包括含硼高分子材料填充体12、不锈钢壳体13和不锈钢贯穿管14；

所述含硼高分子材料填充体12填充在不锈钢壳体13内，所述不锈钢贯穿管14在包覆屏蔽体3的轴向厚度上贯穿含硼高分子材料填充体12，所述不锈钢贯穿管14用于接触式穿过导体组件10；且在不锈钢壳体13的两端分别密封设置有第一不锈钢端板11和第二不锈钢端板15，所述第一不锈钢端板11和第二不锈钢端板15上均设置有用于接触式穿过导体组件10的通孔。优选地，所述第一不锈钢端板11和第二不锈钢端板15采用激光送粉熔覆的方式进行焊接固定在不锈钢壳体13的两端。

其中，金属屏蔽体4的一种具体实现结构为：

采用铅或含铅合金材料，所述金属屏蔽体4上设置有用于接触式穿过导体组件10的通孔。

所述柔性缝隙屏蔽装置7由多片填充在电缆贯穿装置的筒体9和预埋管8之间的环形缝隙内的柔性屏蔽片17构成。

其中，柔性屏蔽片17采用橡胶材料为基底，其中均匀混有铅粉，经模具压制成型；所述柔性屏蔽片17的厚度不大于筒体9和预埋管8的间隙宽度。

柔性缝隙屏蔽装置7的一种具体实现结构为：

柔性缝隙屏蔽装置7在其轴向厚度上包括多层柔性屏蔽单元，每层柔性屏蔽单元至少包括一片柔性屏蔽片17，柔性屏蔽片17首尾相接并形成缺口，相邻两层柔性屏蔽单元上的缺口错开设置。具体是将柔性屏蔽片17经裁剪至合适尺寸后，通过屏蔽安装工装16向其轴向施加推力的方式将其塞入筒体9和预埋管8之间的环形缝隙。

在一个优选案例中，所述组合式屏蔽组件还包括第一支撑隔板1和第二支撑隔板5，所述第一支撑隔板1和第二支撑隔板5的外壁与筒体9内壁密封连接；所述隔热板2、包覆屏蔽体3和金属屏蔽体4设置在第一支撑隔板1和第二支撑隔板5之间，所述第一支撑隔板1和第二支撑隔板5对隔热板2、包覆屏蔽体3和金属屏蔽体4具有限位作用。

在一个优选案例中，为了便于第一支撑隔板1和第二支撑隔板5焊接在筒体9内，提高焊接精度，组合式屏蔽组件还包括紧固件6，所述紧固件6用于对第一支撑隔板1和第二支撑隔板5进行预定位。所述紧固件6包括支撑杆和螺母；所述支撑杆的两端分别贯穿第一支撑隔板1和第二支撑隔板5，且所述支撑杆的两端均通过螺母紧固。

优选的，第一支撑隔板1和第二支撑隔板5采用激光送粉熔覆的方式进行焊接在筒体9内壁。

优选的，筒体9内壁设置有与第一支撑隔板1和第二支撑隔板5相对应的第一台阶和第二台阶，所述第一台阶和第二台阶对第一支撑隔板1和第二支撑隔板5具有定位效果。

本实施例所述屏蔽结构的安装方法，包括以下步骤：

步骤一、组装包覆屏蔽体3：铅硼聚乙烯材料填充体12装入不锈钢壳体13并通过定位工装固定限位；第一不锈钢端板11和第二不锈钢端板15分别与不锈钢壳体13两端通过激光送粉熔覆固定；将不锈钢贯穿管14穿过铅硼聚乙烯材料填充体12后，两端分别与第一不锈钢端板11和第二不锈钢端板15通过激光送粉熔覆焊接固定，完成包覆屏蔽体3的组装。

S2、所述隔热板2、包覆屏蔽体3和金属屏蔽体4依次装入筒体9；并进行固定，两端安装第一支撑隔板1和第二支撑隔板5；穿入限位杆6并用配套的紧固螺母固定，然后将第一支撑隔板1和第二支撑隔板5分别与筒体9焊接。

S3、完成电缆贯穿装置总装，将所述导体组件10穿过第一支撑隔板1、隔热板2、包覆屏蔽体3、金属屏蔽体4和第二支撑隔板5的通孔。

S3、电缆贯穿装置18与预埋管8焊接后，使用如图3所示的屏蔽安装工装16施加轴向推力，将多片柔性屏蔽片17塞入筒体9和预埋管8之间的环形缝隙，组成柔性缝隙屏蔽装置7，使柔性缝隙屏蔽装置7的轴向厚度大于屏蔽墙体厚度。

本实施例充分考虑了筒体9与预埋管8之间的空腔所形成的辐射通道，采用组合式屏蔽组件和柔性缝隙屏蔽装置7相结合的方式，组合式屏蔽组件通过铅或铅合金、铅硼聚乙烯以及含铅特殊屏蔽材料的组合，实现反应堆的电缆贯穿装置18的中子和γ射线辐照屏蔽，避免反应堆放射性物质外泄；硅橡胶与铅粉压制而成的柔性缝隙屏蔽装置7具有一定的柔性，可适用于不同曲率大小的缝隙，实现电缆贯穿装置18的筒体9与预埋管8之间墙体的辐照屏蔽，减少辐射泄漏通道，即组合式屏蔽组件和柔性缝隙屏蔽装置7分别用于对电缆贯穿装置18内和电缆贯穿装置18的筒体9和预埋管8之间的环形缝隙进行辐照屏蔽，实现了全面屏蔽，能有效防止反应堆放射性物质通过电缆贯穿装置外。

本实施例适用于反应堆安全壳或堆舱电缆贯穿装置内部，不影响安全壳或堆舱内外部安装空间，且具有屏蔽效果好、耐高温性能优、易于加工安装等特点，可有效阻隔中子束和γ射线等放射性物质的泄漏通道。

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。

需要注意的是，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

Claims (12)

1.一种用于核反应堆电缆贯穿装置的屏蔽结构，其特征在于，包括组合式屏蔽组件和柔性缝隙屏蔽装置(7)；

所述组合式屏蔽组件填充于电缆贯穿装置(18)的筒体(9)内，所述组合式屏蔽组件在其轴向厚度上设置有隔热板(2)、包覆屏蔽体(3)和金属屏蔽体(4)，所述包覆屏蔽体(3)和金属屏蔽体(4)分别用于实现中子屏蔽和γ射线辐照屏蔽；

所述柔性缝隙屏蔽装置(7)由多片填充在电缆贯穿装置的筒体(9)和预埋管(8)之间的环形缝隙内的柔性屏蔽片(17)构成。

2.根据权利要求1所述的一种用于核反应堆电缆贯穿装置的屏蔽结构，其特征在于，所述组合式屏蔽组件还包括第一支撑隔板(1)和第二支撑隔板(5)，所述第一支撑隔板(1)和第二支撑隔板(5)的外壁与筒体(9)内壁连接；所述隔热板(2)、包覆屏蔽体(3)和金属屏蔽体(4)设置在第一支撑隔板(1)和第二支撑隔板(5)之间。

3.根据权利要求2所述的一种用于核反应堆电缆贯穿装置的屏蔽结构，其特征在于，所述组合式屏蔽组件还包括紧固件(6)，所述紧固件(6)包括支撑杆和螺母；所述支撑杆的两端分别贯穿第一支撑隔板(1)和第二支撑隔板(5)，且所述支撑杆的两端均通过螺母紧固。

4.根据权利要求2所述的一种用于核反应堆电缆贯穿装置的屏蔽结构，其特征在于，所述筒体(9)内壁设置有与第一支撑隔板(1)和第二支撑隔板(5)相对应的第一台阶和第二台阶。

5.根据权利要求1所述的一种用于核反应堆电缆贯穿装置的屏蔽结构，其特征在于，所述包覆屏蔽体(3)包括含硼高分子材料填充体(12)、不锈钢壳体(13)和不锈钢贯穿管(14)；

所述含硼高分子材料填充体(12)填充在不锈钢壳体(13)内，所述不锈钢贯穿管(14)在包覆屏蔽体(3)的轴向厚度上贯穿含硼高分子材料填充体(12)，所述不锈钢贯穿管(14)用于接触式穿过导体组件(10)。

6.根据权利要求5所述的一种用于核反应堆电缆贯穿装置的屏蔽结构，其特征在于，所述不锈钢壳体(13)的两端分别密封设置有第一不锈钢端板(11)和第二不锈钢端板(15)，所述第一不锈钢端板(11)和第二不锈钢端板(15)上均设置有用于接触式穿过导体组件(10)的通孔。

7.根据权利要求6所述的一种用于核反应堆电缆贯穿装置的屏蔽结构，其特征在于，所述第一不锈钢端板(11)和第二不锈钢端板(15)焊接固定在不锈钢壳体(13)的两端。

8.根据权利要求1所述的一种用于核反应堆电缆贯穿装置的屏蔽结构，其特征在于，所述金属屏蔽体(4)采用铅或含铅合金材料，所述金属屏蔽体(4)上设置有用于接触式穿过导体组件(10)的通孔。

9.根据权利要求1所述的一种用于核反应堆电缆贯穿装置的屏蔽结构，其特征在于，所述柔性屏蔽片(17)的制备方法为：采用橡胶材料为基底，均匀混合铅粉，经模具压制成片状。

10.根据权利要求1所述的一种用于核反应堆电缆贯穿装置的屏蔽结构，其特征在于，所述柔性缝隙屏蔽装置(7)在其轴向厚度上包括多层柔性屏蔽单元，每层柔性屏蔽单元至少包括一片柔性屏蔽片(17)，柔性屏蔽片(17)首尾相接并形成缺口，相邻两层柔性屏蔽单元上的缺口错开设置。

11.根据权利要求1-10任一项所述的一种用于核反应堆电缆贯穿装置的屏蔽结构，其特征在于，所述隔热板(2)所用的隔热材料包括聚醚醚酮、聚砜、聚醚砜、聚酰亚胺或酚醛树脂。

12.如权利要求1-11任一项所述的屏蔽结构的安装方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、所述隔热板(2)、包覆屏蔽体(3)和金属屏蔽体(4)依次装入筒体(9)；并进行固定，完成组合式屏蔽组件的组装，使组合式屏蔽组件的轴向厚度大于屏蔽墙体厚度；

S2、完成电缆贯穿装置总装，将所述导体组件(10)穿过隔热板(2)、包覆屏蔽体(3)和金属屏蔽体(4)；

S3、电缆贯穿装置(18)与预埋管(8)焊接后，施加轴向推力，将多片柔性屏蔽片(17)塞入筒体(9)和预埋管(8)之间的环形缝隙，组成柔性缝隙屏蔽装置(7)，使柔性缝隙屏蔽装置(7)的轴向厚度大于屏蔽墙体厚度。