一种紧凑型球床高温气冷堆一回路装置的制作方法

1.本发明涉及反应堆工程技术领域，尤其涉及一种紧凑型球床高温气冷堆一回路装置。


背景技术：

2.球床式高温气冷堆是一种固有的安全性好、可用于高效发电和高温供热的先进核反应堆，是国际核能领域第四代核能系统中的首选堆型之一。现有的高温气冷堆一回路采用三壳设计，其中反应堆压力容器、热气导管壳体和蒸汽发生器壳体作为一回路承压边界的三大主设备。
3.高温气冷堆三大主设备结构复杂，造价高昂，安装不便。而且蒸汽发生器与压力容器分属两个舱室，中间需由热气导管连接，由于高温气冷堆的堆芯温度高、三壳布置存在热膨胀量大、形变大、一回路密封方案复杂等问题，本发明提供了一种紧凑型球床式高温气冷堆一回路布置方案。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
5.为实现球床式高温气冷堆一回路的紧凑布置，减少一回路部件，降低工程造价，本发明提供一种紧凑型球床式高温气冷堆一回路布置方案。
6.本技术的一方面实施例提出一种紧凑型球床高温气冷堆一回路装置，包括：压力容器、石墨反射层、活性堆芯、换热单元和主氦风机，所述压力容器内通过支撑结构安装石墨反射层、换热单元、进料装置和卸料管；所述石墨反射层内形成有冷氦气孔道和用于放置活性堆芯的空腔，石墨反射层上端开设有用于连接进料装置的进料孔和用于输出热氦气的热氦气出口，石墨反射层下端连接卸料管；所述活性堆芯放置于石墨反射层形成的空腔内；所述换热单元设于支撑结构与压力容器形成的环腔内，热氦气出口连通于换热单元；所述主氦风机安装在压力容器的顶部，主氦风机的叶轮室通过冷氦气输送管接入冷氦气孔道，冷氦气孔道通过石墨反射层底部的开孔与活性堆芯连通，经过活性堆芯的热氦气通入换热单元，换热单元出来的冷氦气向上流动汇聚于主氦风机的叶轮室内继续循环。
7.在一些实施例中，所述支撑结构包括支撑筒体、上支撑板和下支撑板，支撑筒体的上下两端分别通过上支撑板和下支撑板固定在压力容器内，支撑筒体内放置石墨反射层和活性堆芯，换热单元通过支撑肋板固定于支撑筒体与压力容器形成的环腔内，进料装置安装于上支撑板上，卸料管安装于下支撑板上，下支撑板通过支撑杆固定连接至支承栅格，支撑栅格固定连接于压力容器内壁。
8.在一些实施例中，所述热氦气出口通过二合一热氦气接管连接热氦气联箱，热氦气联箱通过热氦气输送管连接换热单元。
9.在一些实施例中，所述换热单元内部设有用于换热的多层螺旋盘管，螺旋盘管内流通有二回路冷却剂，螺旋盘管的下部连接进口管嘴，螺旋盘管的上部通过出口联箱连接
出口管嘴，从换热单元换热后的冷氦气流入至换热单元与环腔之间的间隙并向上流动，汇聚于主氦风机的叶轮室内。
10.在一些实施例中，每层螺旋盘管均通过支撑条支撑于换热单元内壁。
11.在一些实施例中，所述压力容器的顶部安装有控制棒驱动机构和吸收球驱动机构，上支撑板还安装有控制棒导管和吸收球贮存罐，石墨反射层内靠近活性堆芯处开有若干个控制棒导向孔和吸收球落球孔，控制棒导向孔上部连通控制棒导管，控制棒驱动机构连接并驱动控制棒，控制棒依次插入控制棒导管和控制棒导向孔内；吸收球导管上端连通吸收球贮存罐的底部开口，吸收球导管下端连通吸收球落球孔，吸收球贮存罐内的吸收球流入到吸收球落球孔内，下方的支承栅格处安装有连通吸收球落球孔的吸收球回球罐，吸收球回球罐通过吸收球气力输送管连接至吸收球贮存罐，吸收球驱动机构连接并驱动落球塞从而控制吸收球贮存罐底部开口的开闭。
12.在一些实施例中，所述控制棒导向孔和吸收球落球孔围绕活性堆芯布置一圈，且控制棒导向孔和吸收球落球孔间隔布置。
13.在一些实施例中，所述进料装置包括相互连通的两根进料管和一根进料总管，进料管的一端与压力容器顶盖上的燃料加料孔管嘴连接，两根进料管的另一端汇总连通于进料总管，进料总管连通于进料孔。
14.在一些实施例中，所述进料总管和卸料管在竖直方向同轴。
15.在一些实施例中，所述热氦气联箱、出口联箱和换热单元内部均覆盖有保温层。
16.本发明的有益效果为：
17.1)本发明将蒸汽发生器布置在压力容器内部，减小了一回路压力边界范围，缩小了一回路的体积；
18.2)本发明设置了热氦气联箱，将热氦气汇聚后均匀输送至换热单元，实现一回路和二回路的热量传输；
19.3)本发明实现了一回路内部热氦气和冷氦气的实体隔离，并且将承受高压的部件与热氦气实体隔离，降低了设备材料性能的要求；
20.4)本发明在热氦气流通通道内部覆盖保温层，将进一步限制高温部件的表面温度；
21.5)可以实现降低高温气冷堆的造价，实现一回路紧凑布置，并且不降低高温气冷堆的固有安全性的要求。
附图说明
22.本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，
23.其中：
24.图1为本技术实施例的紧凑型球床高温气冷堆一回路装置的结构示意图；
25.图2为图1中a-a面剖视图；
26.图3为图1中b-b面剖视图；
27.图4为图1中c部分的放大示意图；
28.图5为图1中d部分的放大示意图；
29.附图标记：
30.1-主氦风机，2-控制棒驱动机构，3-控制棒管嘴，4-燃料加料孔管嘴，5-压力容器，6-进料总管，7-控制棒导管，8-热氦气联箱，9-出口联箱，10-出口管嘴，11-换热单元，12-活性堆芯，13-控制棒导向孔，14-冷氦气孔道，15-螺旋盘管，16-支承肋板，17-石墨反射层，18-支撑筒体，19-进口管嘴，20-卸料管，21-吸收球回球罐，22-支承栅格，23-支撑杆，24-下支撑板，25-卸料孔，26-吸收球落球孔，27-进料孔，28-热氦气出口，29-二合一热氦气接管，30-吸收球导管，31-上支撑板，32-吸收球气力输送管，33-吸收球贮存罐，34-落球塞，35-进料管，36-冷氦气输送管，37-吸收球管嘴，38-吸收球驱动机构，39-卸料管嘴，40-热氦气输送管；41-叶轮室。
具体实施方式
31.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
32.下面参考附图描述本发明实施例的高温气冷堆节流组件安装接口加工装置及加工方法。
33.如图1-5所示，本技术的实施例提出一种紧凑型球床高温气冷堆一回路装置，包括：压力容器5、活性堆芯12、石墨反射层17、支撑结构、主氦风机1、进料装置、卸料管20、换热单元11、控制棒系统、吸收球系统、热氦气联箱8和出口联箱9。
34.压力容器5采用钢材质，内部填充高压氦气，作为堆芯冷却剂。支撑结构为金属材质，置于钢制压力容器5内。支撑结构下部由支承栅格22与压力容器5固定连接，将堆内构件重量传递至压力容器5。支承栅格22由钢板焊接成栅格状，上部焊接加厚平板，底部为圆弧形，与压力容器5的底封头的形状适配。压力容器5的顶盖和底封头的外形均呈弧形。
35.支撑结构包括支撑筒体18、上支撑板31和下支撑板24，支撑筒体18内放置石墨反射层17和活性堆芯12，支撑筒体18用来限制石墨反射层17在冲击工况下的位移。支撑筒体18上端固定上支撑板31，用来安装进料装置、控制棒导管7、吸收球贮存罐33等。支撑筒体18下端固定下支撑板24，石墨反射层17置于下支撑板24上，通过榫与下支撑板24定位。下支撑板24通过支撑杆23固定连接至支承栅格22，下支撑板24为拼接板，板与板之间通过螺栓连接。
36.石墨反射层17内形成有冷氦气孔道14和用于放置活性堆芯12的空腔，活性堆芯12置于石墨反射层17形成的空腔内，活性堆芯12为柱状。石墨反射层17上端开设有用于连接进料装置的进料孔27和用于输出热氦气的热氦气出口28，石墨反射层17下端连接卸料管20。
37.冷氦气孔道14位于石墨反射层17外圈，用于氦气循环，对活性堆芯12进行冷却。冷氦气孔道14上部通过冷氦气输送管36与主氦风机1出口连接，形成冷氦气流道。主氦风机1通过风机叶片旋转将汇聚于压力容器5顶部的冷氦气加压后送入冷氦气输送管36，实现氦气的堆内循环流动。
38.主氦风机1安装在压力容器5的顶部，主氦风机1的叶轮室41通过冷氦气输送管36接入冷氦气孔道14，冷氦气孔道14通过石墨反射层17底部的开孔与活性堆芯12连通。
39.热氦气出口28通过二合一热氦气接管29连接热氦气联箱8，热氦气联箱8通过热氦
气输送管40连接换热单元11。热氦气联箱8安装在石墨反射层17顶部，并位于上支撑板31的下部。
40.换热单元11设于支撑结构与压力容器5形成的环腔内，换热单元11通过支撑肋板16与支撑筒体18连接定位，换热单元11下部安装在支承栅格22上。换热单元11内部设有用于换热的多层螺旋盘管15，螺旋盘管15内流通有二回路冷却剂，每层螺旋盘管15均通过支撑条支撑于换热单元11内壁。螺旋盘管15每层均有多根管道，每层螺旋盘管15同轴线，相邻两层盘管螺旋方向相反。螺旋盘管15的下部连接进口管嘴19，螺旋盘管15的上部连接出口联箱9。出口联箱9安装在螺旋盘管15上部，通过4个出口与压力容器5上部的出口管嘴10连接。热氦气联箱8、出口联箱9和换热单元11内部均覆盖有保温层，与外部低温氦气环境进行隔离。
41.石墨反射层17外圈在靠近活性堆芯12处开有15组控制棒导向孔13和15组吸收球落球孔26，用于插入控制棒棒体和吸收球。控制棒导向孔13和吸收球落球孔26围绕活性堆芯12布置一圈，且控制棒导向孔13和吸收球落球孔26间隔布置。控制棒导向孔13上部安装控制棒导管7，控制棒导管7连接至压力容器5顶盖上的控制棒管嘴3，控制棒驱动机构2安装在压力容器5顶盖上部，与控制棒管嘴3对接，控制棒依次插入控制棒导管7和控制棒导向孔13内，控制棒驱动机构2连接并驱动控制棒。吸收球落球孔26上部安装吸收球导管30，吸收球导管30连接至吸收球贮存罐33。吸收球贮存罐33安装在上支撑板31上，吸收球贮存罐33下部开孔，与吸收球导管30连接。落球塞34下部封堵吸收球贮存罐33的开孔，落球塞34上部连接至压力容器5顶部的吸收球驱动机构38。吸收球驱动机构38连接并驱动落球塞34从而控制吸收球贮存罐33底部开口的开闭。当吸收球驱动机构38驱动落球塞34向上移动时，即将吸收球贮存罐33底部的开口打开，使得吸收球下落；当吸收球驱动机构38驱动落球塞34向下移动时，即将吸收球贮存罐33底部的开口关闭。图1所示的落球塞34的状态为关闭状态。吸收球驱动机构38安装在压力容器5顶盖上部，与吸收球管嘴37对接。吸收球贮存罐33内的吸收球流入到吸收球落球孔26内，下方的支承栅格22处安装有连通吸收球落球孔26的吸收球回球罐21，通过吸收球气力输送管32连接至吸收球贮存罐33。
42.在一些具体的实施例中，吸收球贮存罐33安装在上支撑板31的边缘处，不影响进料装置的设置。吸收球回球罐21设于吸收球贮存罐33的下方位置，使得吸收球气力输送管32呈竖直状态。
43.石墨反射层17底部的卸料孔25与压力容器5的卸料管嘴39之间通过卸料管20连接。卸料管20安装于下支撑板24上。
44.进料装置安装于上支撑板31上，包括相互连通的两根进料管35和一根进料总管6，进料管35的一端与压力容器5顶盖上的燃料加料孔管嘴4连接，两根进料管35的另一端汇总连通于进料总管6，进料总管6连通于进料孔27。
45.在一些具体的实施例中，两根进料管35和一根进料总管6之间的交汇处通过固定装置安装在上支撑板上端，可起到对进料装置加固的作用。
46.在一些具体的实施例中，进料总管6、进料孔27、卸料管20、卸料孔25和卸料管嘴39在竖直方向上同轴，使得燃料元件进出料更加顺畅。
47.在一些具体的实施例中，进料管35设置的数量不限于2根，最终汇总于进料总管6内，进料总管6的内径需大于进料管35的内径。需要注意的是，根据实际情况，进料管35不宜
设置过多，容易造成进料总管6的堵塞。
48.在一些具体的实施例中，进料总管6和卸料管20位于整个压力容器5的中心处。
49.在正常运行工况下，球形燃料元件通过燃料加料孔管嘴4进入进料管35，燃料元件在加料装置处的进料总管6汇聚，通过进料孔27进入活性堆芯12加入堆芯裂变反应。卸料时，活性堆芯12的燃料元件通过卸料孔25进入卸料管20，穿过卸料管嘴39进入卸料装置。燃料元件的流向如图1中黑色箭头所示。
50.主氦风机1将冷氦气吸入叶轮室41，叶轮对冷氦气做功后，冷氦气升压进入冷氦气输送管36。冷氦气通过冷氦气输送管36进入石墨反射层17，沿着冷氦气孔道14进入活性堆芯12，经过裂变反应释放的热量解热后的热氦气，从石墨反射层17顶部开的热氦气出口28排出堆芯。从堆芯排出的热氦气通过二合一热氦气接管29在热氦气联箱8中汇聚。汇聚后的热氦气经过热氦气输送管40流入换热单元11，与在螺旋盘管15内流动的二回路介质进行换热。换热后的氦气温度下降，通过换热单元11底部开孔进入换热单元11与环腔之间的间隙内并向上流动，在压力容器5顶部汇聚后被吸入主氦风机1的叶轮室41，继续循环。一回路冷却剂(氦气)的流向如图1中浅灰色箭头所示。
51.压力容器5底部开设20个进口管嘴19，与换热单元11中的螺旋盘管15通过换热管连接，螺旋盘管15顶部通过换热管与出口联箱9连接。出口联箱9通过四个出口管嘴10贯通压力容器5。在正常工况下，二回路冷却剂通过进口管嘴19进入压力容器5，在螺旋盘管15内与一回路氦气进行换热，换热后二回路冷却剂温度升高。高温的二回路冷却剂在顶部的出口联箱9汇聚后通过4个出口管嘴10流出压力容器5，返回二回路。二回路冷却剂的流向如图1中点线箭头所示。
52.通过图4的放大示意图可以看出氦气的流向，即灰色箭头的指向。同时也可更清晰的看出热氦气出口28与换热单元11之间部分的结构，换热单元11通过支撑肋板16与支撑筒体18连接定位，换热单元11内部设有用于换热的多层螺旋盘管15。热氦气出口28通过二合一热氦气接管29连接热氦气联箱8，热氦气联箱8通过热氦气输送管40连接换热单元11。热氦气联箱8安装在石墨反射层17顶部。螺旋盘管15的上部连接出口联箱9。出口联箱9安装在螺旋盘管15上部，出口管嘴10设于压力容器5靠上部的位置，出口联箱9与出口管嘴10连接。
53.通过图5的放大示意图可以看出氦气的流向，即灰色箭头的指向。同时也可更清晰的看出支撑结构下部分的结构，下支撑板24通过支撑杆23固定连接至支承栅格22，吸收球气力输送管32位于支撑筒体18外侧，即支撑筒体18与换热单元11之间的位置。
54.本技术的紧凑型球床高温气冷堆一回路装置有如下特征：
55.1、换热单元与活性堆芯同处于一个压力容器内部，且通过支撑结构与活性堆芯实现物理隔离，即可保证活性堆芯的安全运行，又减少了一回路设备数量，提高高温气冷堆的经济性。
56.2、钢制压力容器接触的氦气均为冷氦气，将一回路热氦气与承压边界隔离，降低了钢制压力容器的耐高温要求。
57.3、由金属部件构成的热氦气通道，其内部均覆盖保温层，降低钢制部件表面温度，且热氦气孔道内外压差较低。
58.4、二回路压力高于一回路氦气的压力，使得螺旋盘管破损时，一回路放射性不会泄露到二回路。
59.5、主氦风机安装于钢制压力容器顶部，便于检修拆装。
60.6、燃料元件可以实现持续装卸料，不需停堆换料。
61.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
62.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
63.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
64.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
65.在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
66.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。