CN117766174A - 一种堆芯中子和温度测量探测器组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自动化控制领域，尤其涉及堆芯中子和温度测量探测器组件。所述探测器组件包括：端塞、不锈钢套管、变径过渡管、密封贯穿件、连接器安装管及连接器依次连接；不锈钢套管及变径过渡管的内部形成空腔，空腔内由下至上设置下保护套及薄壁管；电缆转接件将热电偶、自给能探测器的铠装电缆进行软导线转接保护，软导线与连接器的插针焊接，连接器的内部通过装配固定密封筒对插针焊接位置进行封装；热电偶冷端和电缆转接件贴合安装并保持在同一高度；热电偶和自给能探测器穿过密封贯穿件、电缆密封件，延伸至空腔内；排气管与密封贯穿件及电缆密封件连接。本发明结构简单，安全性高，适用于三代核电站内。

Description

一种堆芯中子和温度测量探测器组件

技术领域

本发明涉及自动化控制领域，尤其涉及一种堆芯中子和温度测量探测器组件。

背景技术

二代加及之前的核电厂大部分采用移动式微型裂变室为敏感元件的堆芯测量系统，虽然已广泛应用，但是其安装需从反应堆压力容器底部穿入并采用了裂变材料。由于裂变材料的材料限制和压力容器底部开孔的风险，三代电站从安全和材料方面进行考虑对该部分设计行了优化。移动式微型裂变室在后续机型应用较少。

堆芯中子和温度测量探测器组件是一种集成了自给能中子探测器和铠装热电偶的组合探测器。其中，自给能中子探测器用于测量反应堆堆芯中子注量率及其轴向分布；铠装热电偶用于测量燃料组件冷却剂的出口温度以及事故工况下反应堆压力容器内的温度。

堆芯中子和温度测量探测器组件通过安装在压力容器顶盖的密封件贯穿进入压力容器内，堆芯中子和温度测量探测器组件伸出压力容器的端部配置专用连接器，用以连接信号传输电缆。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种堆芯中子和温度测量探测器组件，适用于三代核电站内，可采用从堆顶容器插入的方式进行，密封方式更便捷，采用无裂变材料的自给能中子探测器进行中子注量率的测量，更加安全。

本发明提供了一种堆芯中子和温度测量探测器组件，包括：端塞、不锈钢套管、变径过渡管、密封贯穿件、连接器安装管及连接器依次通过焊接的方式进行连接；

不锈钢套管及变径过渡管的内部形成一体空腔，所述空腔内由上至下依次设置有下保护套及薄壁管，所述空腔内充满惰性气体；

通过电缆转接件将热电偶、自给能探测器的铠装电缆进行软导线转接保护，软导线与连接器的插针焊接，连接器的内部通过装配固定密封筒对插针焊接位置进行封装处理；

热电偶的冷端和电缆转接件贴合安装并保持在同一高度；

热电偶和自给能探测器穿过密封贯穿件和电缆密封件，延伸至所述空腔内；

密封贯穿件和电缆密封件对热电偶和自给能探测器的电缆实现固定、定位作用，排气管与密封贯穿件及电缆密封件连接，配合完成捡漏。

优选地，所述端塞为子弹头型。

优选地，所述自给能探测器设置1～7支，自给能探测器的主体等间距递减排布或等间距排布，利用薄壁管与定位件的配合完成自给能探测器的定位和固定。

优选地，所述自给能探测器的排布利用固定的薄壁管上不同方位的开槽和不同型式的定位件进行定位固定。

优选地，所述自给能探测器的排布利用固定的定位支撑条和不同规格的定位件定位固定。

优选地，所述定位支撑条通过焊接的方式与薄壁管进行连接，每一支自给能探测器主体的不同部位的固定通过不同的定位件和定位支撑条完成固定；

自给能探测器的固定分为：主体上部固定、主体下部固定、电缆部分固定；

根据自给能探测器不同部位特点，通过不同的异型的定位件和定位支撑条的点焊完成限位固定。

优选地，所述热电偶的热端与不锈钢套管内壁贴壁。

优选地，所述热电偶的热端与热电偶贴壁零件在同一高度，两者通过焊接保证其与不锈钢套管内壁贴合，其他铠装电缆从热电偶贴壁零件中部穿过。

优选地，所述热电偶的冷端为铂电阻，所述铂电阻为四线制Pt100铂电阻。

优选地，所述连接器安装管的管壁加厚。

优选地，所述密封贯穿件与下保护套通过焊接方式进行连接；下保护套与薄壁管通过焊接的方式进行连接。

优选地，所述连接器为自密封连接器或无密封连接器；

自密封连接器在插头插座啮合时具备密封功能，采用螺纹连接方式；

无密封连接器在插头插座啮合时不具备密封功能，采用直插的方式连接。

与现有技术相比，本发明的堆芯中子和温度测量探测器组件，结构简单，适用与多种类型的反应堆。采用了无裂变材料的自给能中子探测器进行中子注量率的测量，该方式更加安全。在此基础上，探测器组件增加了堆芯出口温度的监测功能，对于反应堆的安全性多了一层监控和保护。在应用时采用从堆顶容器插入的方式进行，便于与压力容器间完成密封，密封方式比在堆底密封更便捷和简单。

附图说明

图1表示一实施例的堆芯中子和温度测量探测器组件的截面图；

图2表示密封贯穿件处的放大图；

图3表示一实施例的不锈钢套管内元件等间距递减排布图；

图4表示图3中A-A的截面图；

图5表示图3中B-B的截面图；

图6表示图3中C-C的截面图；

图7表示另一实施例中不锈钢套管内元件等间距排布图；

图8表示图7中E-E的截面图；

图9表示图7中F-F的截面图；

图10表示图7中G-G的截面图；

图中，

1-子弹头型端塞；2-不锈钢套管；3-变径过渡管；4-密封贯穿件；5-电缆密封件；6-排气管；7-连接器安装管；8-电缆转接件；9-密封筒；10-连接器；11-铂电阻；12-下保护套；13-薄壁管；14-热电偶；15-自给能探测器；16-热电偶贴壁零件；17-定位件(A)；18-定位支撑条；19-定位件(B)；20-定位件(C)；21-定位件(D)。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明的实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明的限制。

本发明公开了一种堆芯中子和温度测量探测器组件，内部包含若干支用于测量反应堆堆芯中子注量率的自给能中子探测器、若干支用于测量温度的热电偶等元件。有些情况下，还包含1个用于测量热电偶冷端温度的铂电阻。这些元件通过一系列结构保护和固定在反应堆堆芯导向管里和压力容器顶部法兰上。

本发明的实施例公开了一种堆芯中子和温度测量探测器组件，如图1和2所示，包括：端塞1、不锈钢套管2、变径过渡管3、密封贯穿件4、连接器安装管7及连接器10依次通过焊接的方式进行连接；

不锈钢套管2及变径过渡管3的内部形成一体空腔，所述空腔内由上至下依次设置有下保护套12及薄壁管13，所述空腔内充满惰性气体；

通过电缆转接件8将热电偶14、自给能探测器15的铠装电缆进行软导线转接保护，软导线与连接器10的插针焊接，连接器10的内部通过装配固定密封筒9对插针焊接位置进行封装处理；

热电偶14的冷端和电缆转接件8贴合安装并保持在同一高度；

热电偶14和自给能探测器15穿过密封贯穿件4、电缆密封件5，延伸至所述空腔内；

密封贯穿件4、电缆密封件5对热电偶14和自给能探测器15的电缆实现定位，排气管6与密封贯穿件4及电缆密封件5连接，配合完成捡漏。

所述端塞1优选为子弹头型塞，通过端部的锥面和高光洁度设计保证在探测器组件在向堆芯导向管内插入安装时更省力。

端塞1、不锈钢套管2、变径过渡管3之间相互连接采用结构简单、稳定性高的对焊接头，构成承压部分机械部分。

不锈钢套管2采用冷拔无缝钢管制成；一般情况下，在变径过渡管3通过Swagelok直通接头、石墨密封或者其他密封装置与压力容器顶部法兰密封；作为直接的一回路压力边界，保护其内部元件与堆芯冷却剂隔离；材料和焊缝均通过无损检测和水压外压试验的验证。

不锈钢套管2及变径过渡管3的内部形成一体空腔，两端分别由端塞1和密封贯穿件4进行密封，内部充满了惰性气体，优选氦气，以便保护内部元件。

所述空腔内由上至下依次设置有下保护套12及薄壁管13，所述密封贯穿件4与下保护套12通过焊接方式进行连接；下保护套12与薄壁管13通过焊接的方式进行连接。

密封贯穿件4、电缆密封件5、热电偶14、自给能探测器15通过钎焊实现内部密封结构的密封，属于次级承压机械部件：

变径过渡管3与密封贯穿件4之间通过焊接实现密封，如可采用氩弧焊或激光焊，防止当承压部分机械部分发生破损后堆芯冷却剂沿探测组件内部冲出；该部分的密封和承压性能通过无损检测和水压内压试验已验证。

密封贯穿件4与连接器安装管7连接，连接器安装管7与连接器10的外壳通过焊接的方式保证密封和连接，共同组成外部可见的非承压结构，起到保护内部元件转接和刚性支撑的作用。连接器安装管7内部设置有电缆转接件8，热电偶14、自给能探测器15。

通过电缆转接件8将热电偶14、自给能探测器15的铠装电缆进行软导线转接保护，软导线与连接器10的插针焊接，连接器10的内部通过装配固定密封筒9对插针焊接位置进行封装处理；

热电偶14的冷端和电缆转接件8贴合安装并保持在同一高度；

热电偶14和自给能探测器15穿过密封贯穿件4和电缆密封件5，延伸至所述空腔内；

所述自给能探测器10设置1～7支，自给能探测器10的主体等间距递减排布或等间距排布，利用薄壁管13与定位件的配合完成自给能探测器10的定位和固定。

在不锈钢套管2内的自给能探测器10的排布方式设计为两种：

方法一：利用固定的薄壁管13上不同方位的开槽和不同型式的定位件进行定位固定，可保证自给能探测器轴向位置不变，见图3；

方法二：利用固定的定位支撑条18和不同规格的定位件定位固定，可保证自给能探测器轴向位置不变，见图7；

在不锈钢套管2内的热电偶14固定为贴壁和不贴壁两种设计：

方式一：热电偶14与不锈钢套管2内壁不贴壁，此方式适用于对温度响应不敏感的位置；

方式二：热电偶14与不锈钢套管2内壁贴壁，此方式适用于对温度响应敏感的位置，可以减少响应时间，利用热电偶14热端与热电偶贴壁零件16的焊接或装配可以保证热电偶热端始终贴壁，响应时间大大缩短。

探测器组件热电偶14的冷端的补偿设计两种方式：

方式一：在热电偶14冷端补偿热电偶温度，一般设置铂电阻进行补偿。优选四线制Pt100铂电阻，四线制不仅可以消除引出线电阻的影响，还可以消除连接导线间接触电阻及其电阻值变化的影响，测量精度高。这样的优势是后端电缆可采用一般铜制电缆，降低成本。

方式二：在测量仪表端设置温度补偿。此时探测器组件内部不需设置铂电阻进行温度补偿，但是后端的电缆芯线需采用相同的材料热电偶芯线，成本较高。

所述连接器为自密封连接器或无密封连接器；

自密封连接器在插头插座啮合时具备密封功能，采用螺纹连接方式；

无密封连接器在插头插座啮合时不具备密封功能，采用直插的方式连接。

排气管6的作用是配合内部密封结构完成检漏工作；连接器安装管7、密封贯穿件4、连接器10的外壳共同组成外部可见的非承压结构，起到保护内部元件转接和刚性支撑的作用；通过电缆转接件8将热电偶14、自给能探测器15的铠装电缆进行软导线转接保护，大大提升了转接的可靠性；将软导线与连接器10的插针焊接后，通过密封筒9对焊接位置进行封装处理以增强连接焊点的抗振性；下保护套12与密封贯穿件4、薄壁管13通过焊接后，便可利用在薄壁管与定位件的配合完成自给能探测器的定位和固定。

连接器10采用自密封连接器和无密封连接器两种设计。自密封连接器在插头插座啮合时具备密封功能，一般采用螺纹连接方式，可简化探测器组件的结构设计，但一般尺寸较大；无密封连接器在插头插座啮合时不具备密封功能，采用直插的方式连接，安装方便，但需额外的外部密封设计。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的堆芯中子和温度测量探测器组件进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

实施例1

探测器组件包含：子弹头型端塞1、不锈钢套管2、变径过渡管3、密封贯穿件4、电缆密封件5、排气管6、连接器安装管7、电缆转接件8、密封筒9、连接器10、铂电阻11、下保护套12、薄壁管13、热电偶14、自给能探测器15、热电偶贴壁零件16、定位件(A)17。

其中1～13所在位置见图1；14～15对应部件贯穿于整个探测器组件，其测量灵敏部位在不锈钢套管2内部；部件16、17在不锈钢套管2内部。其相对连接关系见图3。详细连接方法和实施方式如下：

子弹头型端塞1通过端部的锥面和高光洁度设计保证在探测器组件在向堆芯导向管内插入安装时更省力，子弹头型端塞1、不锈钢套管2、变径过渡管3之间通过焊接的方式进行连接，焊接接口采用母材自熔的方式进行焊接；一般情况下，在变径过渡管3段通过Swagelok直通接头、石墨密封或者其他密封装置与压力容器顶部法兰密封，因此子弹头型端塞1、不锈钢套管2、变径过渡管3均为直接的一回路压力边界，保护其内部元件与堆芯冷却剂隔离；该压力边界已通过无损检测和水压外压试验的验证；这三部分内部充满了氦气以便保护内部元件。

密封贯穿件4、电缆密封件5、排气管6、热电偶14、自给能探测器15共同组成内部密封结构，如图2所示，它们通过钎焊实现内部密封结构的密封和连接。排气管6的作用是配合内部密封结构完成检漏工作。

密封贯穿件4通过焊接的方式与变径过渡管3、连接器安装管7、下保护套12进行连接，详细关系如下：

密封贯穿件4与变径过渡管3之间通过焊接的方式保证密封和承压；该部分次级承压机械部件间的焊缝通过无损检测和水压内压试验已验证。

密封贯穿件4与连接器安装管7、连接器安装管7与连接器10的外壳通过焊接的方式保证密封和连接，共同组成外部可见的非承压结构，起到保护内部元件转接和刚性支撑的作用。

密封贯穿件4与下保护套12通过焊接的方式进行连接；下保护套12与薄壁管13通过焊接的方式进行连接。从图1可知，密封贯穿件4在下保护套12上方、下保护套12在薄壁管13上方；下保护套12在变径过渡管3内部，3、12之间间隙配合；薄壁管13的一部分在变径过渡管3内部、一部分在不锈钢套管2内部。

通过电缆转接件8将热电偶14、自给能探测器15的铠装电缆进行软导线转接保护，大大提升了转接的可靠性；电缆转接件8在部件7内，相对位置见图1；软导线与连接器10的插针焊接后可保证电气信号的传出；连接器10的内部通过装配固定密封筒9对插针焊接位置进行封装处理以保证焊点的抗振性。

连接器10采用自密封连接器和无密封连接器两种设计。自密封连接器在插头插座啮合时具备密封功能，一般采用螺纹连接方式，可简化探测器组件的结构设计，但一般尺寸较大；无密封连接器在插头插座啮合时不具备密封功能，采用直插的方式连接，安装方便，但需额外的外部密封设计。

热电偶14在探测器组件内部需要进行冷端补偿时，可在热电偶14冷端位置设置铂电阻11用于温度补偿，该部位需要保证避免外部温度的干扰，可采用加厚连接器安装管7或设置温度补偿装置的方式进行。

铂电阻11和电缆转接件8贴合安装并保持在同一高度是否存在，相对位置关系见图1所示或连接关系。根据不同核电机组设计的不同，冷端补偿可在测量仪表处增加，不在探测器组件中设计。

如图4所示，热电偶14的热端与热电偶贴壁零件16在同一高度，两者通过焊接保证其与不锈钢套管2内壁贴合，其他铠装电缆从热电偶贴壁零件16中部穿过，可以保证热电偶的温度响应时间满足需要。

自给能探测器15主体等间距递减排布，如图3所示，不同高度的元件数量不同。利用薄壁管13与定位件的配合完成自给能探测器15的定位和固定，位置关系，怎么定位和固定。如图5～6所示，B-B截面处由于元件数量较多，通过薄壁管13即可完成自给能探测器15的限位；C-C截面通过开孔薄壁管13和定位件(A)17的限制可保证自给能探测器15的限位；以此类推，利用薄壁管13在不同方位的开槽和不同尺寸的定位件便可将所有不同长度的自给能探测器13进行固定，而且可以保证自给能探测器13在长度方向不发生扭转。

自给能探测器15可根据需要设置1支～7支。

自给能探测器15和热电偶14全部固定完成后，便可将其套入子弹头型端塞1、不锈钢套管2、变径过渡管3组成的内部空腔。

实施例2

探测组件包括：不锈钢套管2内部元件长度等间距排布。该探测器组件包含：子弹头型端塞1、不锈钢套管2、变径过渡管3、密封贯穿件4、电缆密封件5、排气管6、连接器安装管7、电缆转接件8、密封筒9、连接器10、铂电阻11、下保护套12、薄壁管13、热电偶14、自给能探测器15、热电偶贴壁零件16、定位支撑条18、定位件(B)19、定位件(C)20、定位件(D)21。其中1～13所在位置见图1；14～21对应部件在不锈钢套管2内部，其相对连接关系见图3。详细连接方法和实施方式如下：

该实施例的探测器组件的部件1～16的实施例1的同探测器组件。

实施例2的探测器组件与实施例1的探测器组件仅在不锈钢套管2内的自给能探测器15的类型和排布方式有所不同，探测器组件2在不锈钢套管2内的详细排布描述如下：

自给能探测器15主体等间距排布，如图7所示。为了保证自给能探测器15主体的位置固定，定位支撑条18通过焊接的方式与薄壁管13进行连接；每一支自给能探测器15主体的不同部位的固定通过不同的定位件(B～C)19～21和定位支撑条18完成固定。自给能探测器15的固定分为：主体上部固定、主体下部固定、电缆部分固定。详细的固定方式和功能实现如下：

自给能探测器15主体上部固定：如图8所示，通过异型定位件(B)19和定位支撑条18完成的焊接点焊，可采用激光焊、电阻焊、钎焊等方式，完成自给能探测器15主体上部的限位固定；

自给能探测器15电缆部分固定：如图9所示，通过异型定位件(C)20和定位支撑条18的点焊完成自给能探测器15电缆部分的限位固定；点焊可采用激光焊、电阻焊、钎焊等方式；

自给能探测器15主体下部固定：如图10所示，通过异型定位件(D)21和定位支撑条18的点焊完成自给能探测器15主体下部的限位固定完成的焊接完成自给能探测器15主体下部固定；

自给能探测器15可根据需要设置1支～7支。

自给能探测器15和热电偶14全部固定完成后，便可将其套入子弹头型端塞1、不锈钢套管2、变径过渡管3组成的内部空腔。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (12)

1.一种堆芯中子和温度测量探测器组件，其特征在于，包括：端塞、不锈钢套管、变径过渡管、密封贯穿件、连接器安装管及连接器依次通过焊接的方式进行连接；

不锈钢套管及变径过渡管的内部形成一体空腔，所述空腔内由上至下依次设置有下保护套及薄壁管，所述空腔内充满惰性气体；

通过电缆转接件将热电偶、自给能探测器的铠装电缆进行软导线转接保护，软导线与连接器的插针焊接，连接器的内部通过装配固定密封筒对插针焊接位置进行封装处理；

热电偶的冷端和电缆转接件贴合安装并保持在同一高度；

热电偶和自给能探测器穿过密封贯穿件和电缆密封件，延伸至所述空腔内；

密封贯穿件和电缆密封件对热电偶和自给能探测器的电缆实现固定、定位作用，排气管与密封贯穿件及电缆密封件连接，配合完成捡漏。

2.根据权利要求1所述的堆芯中子和温度测量探测器组件，其特征在于，所述端塞为子弹头型。

3.根据权利要求1所述的堆芯中子和温度测量探测器组件，其特征在于，所述自给能探测器设置1～7支，自给能探测器的主体等间距递减排布或等间距排布，利用薄壁管与定位件的配合完成自给能探测器的定位和固定。

4.根据权利要求3所述的堆芯中子和温度测量探测器组件，其特征在于，所述自给能探测器的排布利用固定的薄壁管上不同方位的开槽和不同型式的定位件进行定位固定。

5.根据权利要求3所述的堆芯中子和温度测量探测器组件，其特征在于，所述自给能探测器的排布利用固定的定位支撑条和不同规格的定位件定位固定。

6.根据权利要求5所述的堆芯中子和温度测量探测器组件，其特征在于，所述定位支撑条通过焊接的方式与薄壁管进行连接，每一支自给能探测器主体的不同部位的固定通过不同的定位件和定位支撑条完成固定；

自给能探测器的固定分为：主体上部固定、主体下部固定、电缆部分固定；

根据自给能探测器不同部位特点，通过不同的异型的定位件和定位支撑条的点焊完成限位固定。

7.根据权利要求1所述的堆芯中子和温度测量探测器组件，其特征在于，所述热电偶的热端与不锈钢套管内壁贴壁。

8.根据权利要求1所述的堆芯中子和温度测量探测器组件，其特征在于，所述热电偶的热端与热电偶贴壁零件在同一高度，两者通过焊接保证其与不锈钢套管内壁贴合，其他铠装电缆从热电偶贴壁零件中部穿过。

9.根据权利要求1所述的堆芯中子和温度测量探测器组件，其特征在于，所述热电偶的冷端为铂电阻，所述铂电阻为四线制Pt100铂电阻。

10.根据权利要求9所述的堆芯中子和温度测量探测器组件，其特征在于，所述连接器安装管的管壁加厚。

11.根据权利要求1所述的堆芯中子和温度测量探测器组件，其特征在于，所述密封贯穿件与下保护套通过焊接方式进行连接；下保护套与薄壁管通过焊接的方式进行连接。

12.根据权利要求1所述的堆芯中子和温度测量探测器组件，其特征在于，所述连接器为自密封连接器或无密封连接器；

自密封连接器在插头插座啮合时具备密封功能，采用螺纹连接方式；

无密封连接器在插头插座啮合时不具备密封功能，采用直插的方式连接。