核反应堆堆芯熔体定位及冷却系统的制作方法

1.本发明涉及核能领域，特别是涉及确保核电站安全的系统，并可用于导致反应堆容器及其密封外壳被破坏的严重事故中。
2.最大的辐射危害是核心熔毁事故，这可能发生在核心冷却系统的多次故障的过程中。
3.在这种事故中，核心熔体（corium），通过熔化反应堆结构和反应堆容器而流动超过其极限，并且残留在其中的余热产生可能违反核电站的密封壳的完整性，这是放射性产物释放到环境中的最后一道屏障。
4.为了避免这种情况，有必要对从反应堆容器中流出的核心熔体进行定位，并确保其持续冷却，直至完全结晶。该功能由核反应堆堆芯熔体的定位和冷却系统执行，该系统防止对核电站的密封外壳的损坏，从而保护人口和环境免受核反应堆严重事故中的辐射暴露。


背景技术：

5.有一个已知的系统[1]用于定位和冷却核反应堆核心的熔体，它包含一个安装在核反应堆主体下并由桁架控制台支撑的导板，一个安装在混凝土轴基部预埋件上的多层外壳，其法兰上有热保护装置，一个安装在多层外壳内的填充物，由一组安装在彼此顶部的盒组成。
[0006]
这种系统，按照其设计特点，具有以下缺点，即：在堆芯熔体熔化（破坏）反应堆容器的瞬间，熔体在反应堆容器内可用的残余压力和扩散在多层套管体积内和位于多层套管、填料和悬臂桁架之间的外围体积内的气体的影响下，开始流入形成的孔内，气体压力迅速增加，导致多层套管与悬臂桁架连接区的熔体定位和冷却系统的破坏。
[0007]
当熔体进入多层壳体时，桁架控制台和多层壳体由于加热、冲击或地震的影响可以独立地相对于彼此移动，这可能导致它们的密封连接的破坏，从而破坏熔体定位和冷却系统。
[0008]
有一个已知的系统[2]用于定位和冷却核反应堆堆芯的熔体，它包含一个安装在核反应堆主体下并由桁架控制台支撑的导板，一个安装在混凝土轴基部预埋件上的多层外壳，其法兰上有热保护装置，一个安装在多层外壳内的填料，由一组安装在彼此顶部的盒组成。
[0009]
这种系统，按照其设计特点，具有以下缺点，即：在堆芯熔体熔化（破坏）反应堆容器的瞬间，熔体在反应堆容器内可用的残余压力和扩散在多层套管体积内和位于多层套管、填料和悬臂桁架之间的外围体积内的气体的影响下，开始流入形成的孔内，气体压力迅速增加，导致多层套管与悬臂桁架连接区的熔体定位和冷却系统的破坏。
[0010]
当熔体进入多层壳体时，桁架控制台和多层壳体由于加热、冲击或地震的影响可
以独立地相对于彼此移动，这可能导致它们的密封连接的破坏，从而破坏熔体定位和冷却系统。
[0011]
一个已知的用于定位和冷却核反应堆核心的熔体的系统[3]，包括一个安装在核反应堆主体下并放在桁架控制台上的导板，一个安装在混凝土轴基部预埋件上的多层外壳，其法兰上有热保护装置，一个安装在多层外壳内的填充物，该多层外壳由一组安装在彼此顶部的盒组成，每个盒包含一个中央和几个外围开口，供水阀安装在喷嘴中，位于沿所述多层壳体的周界在所述上盒和所述凸缘之间的区域中。
[0012]
这种系统，按照其设计特点，具有以下缺点，即：在堆芯熔体熔化（破坏）反应堆容器的瞬间，熔体在反应堆容器内可用的残余压力和扩散在多层套管体积内和位于多层套管、填料和悬臂桁架之间的外围体积内的气体的影响下，开始流入形成的孔内，气体压力迅速增加，导致多层套管与悬臂桁架连接区的熔体定位和冷却系统的破坏。
[0013]
当熔体进入多层壳体时，桁架控制台和多层壳体由于加热、冲击或地震的影响可以独立地相对于彼此移动，这可能导致它们的密封连接的破坏，从而破坏熔体定位和冷却系统。


技术实现要素：

[0014]
本发明的技术结果是增加核反应堆堆芯熔体的定位和冷却系统的可靠性，增加从核反应堆堆芯熔体中除热的效率。
[0015]
本发明所要解决的任务如下：确保多层壳体的密封性，防止水淹没多层壳体的外表面；提供桁架控制台的独立径向方位热延伸；在对熔体定位和冷却系统设备元件的地震和冲击机械影响期间，提供桁架控制台和多层外壳的独立运动；确保减少膜上的热机械和动态负载；改善多层壳体的外部冷却条件，包括其厚壁法兰；改善凸膜的操作条件，作为在多层壳体的内部体积没有或缺乏冷却的情况下防止过热的被动保护；当蒸汽气体混合物从多层壳体的内部体积移动到位于多层壳体和悬臂之间的区域中的空间中时确保最大的液压阻力。
[0016]
这些任务的解决是由于在核反应堆核心熔体定位和冷却系统中，包含安装在核反应堆主体2下并由桁架控制台3支撑的导板1，安装在混凝土轴基部的预埋件上，用于接收和分配熔体的多层外壳4，其法兰5配备了热保护6，填料7，由相互安装的几个盒8组成，每个盒包含一个中心和几个外围孔9，根据本发明，在多层壳体4的法兰5上安装有鼓34，鼓34安装在多层壳体4的法兰5上，鼓34安装在多层壳体4的法兰5上，鼓34安装在鼓35上，鼓36安装在鼓37和底部38上，鼓30通过支撑法兰连接鼓34的张力元件30，31用多层壳体4的凸缘5焊接到其上，凸膜12安装在滚筒34上，其凸侧面向多层壳体4之外，同时在凸膜12的上部在与桁架控制台3的下部的连接区中，上部热阻元件13通过焊接相互连接形成上部接触间隙14，在下接触间隙33，在多层壳体4的内部，还安装了热保护15，由外部21、内部24壳体和底部22组
成，通过安装在隔热法兰18中的耐热紧固件19悬挂在桁架控制台3的法兰28上，在隔热法兰18和桁架控制台3的法兰28之间有一个接触法兰间隙29，并重叠在热保护6的上部多层壳体4的凸缘5，在该凸缘5之间安装有带通孔17的环形桥16，在这种情况下，外壳21以这样的方式制成，即其强度高于内壳24和底部22的强度，并且在外壳21、底部22和内壳24之间的空间中填充有熔化混凝土26，由竖肋20分割成扇形并由垂直23、长径向25和短径向27加强杆保持。
[0017]
所要求保护的发明的一个基本特征是存在于安装在多层套管法兰上的鼓的核反应堆核心熔体的定位和冷却系统中，该鼓以壳体的形式制成，其周边有加强肋，搁在盖子和底部上，具有张力元件，通过与多层套管法兰焊接的支撑法兰连接鼓。滚筒的存在作为用于定位和冷却核反应堆核心的熔体的系统的一部分，随着来自多层外壳外表面的最大水位的增加，允许减少凸膜上的热机械和动态负载包括其厚壁凸缘，以改善膜操作的条件，作为在多层壳体的内部体积的没有或缺乏冷却的情况下防止过热的被动保护。
[0018]
所要求保护的本发明的另一个基本特征是存在于安装在鼓上的凸膜的核反应堆核心的熔体的定位和冷却系统中。膜的凸侧朝向所述多层壳体的外部。在凸膜的上部，在与桁架控制台下部的连接区，制造上部热阻元件，提供退化的传热条件，有助于膜上部过热并通过焊接相互连接以形成上部接触间隙，在与鼓盖连接区的凸膜的下部，制造了热阻较低的元件，提供了退化的传热条件，有助于膜的下部过热并通过焊接相互连接以形成较低的接触间隙，有助于阻止从凸膜到鼓的热传递，并有助于通过焊接接头将热流从凸膜到鼓的重定向。作为用于定位和冷却核反应堆堆芯熔体的系统的一部分的凸膜的存在使得能够确保多层套管的密封，以防止水淹没以冷却多层套管的外表面，提供桁架控制台的独立径向方位角热膨胀，提供多层套管的轴向径向热膨胀，确保桁架控制台和多层套管在对熔体定位装置设备元件的地震和冲击机械影响期间的独立运动，以确保在冷却违反多层壳体和芯熔体的内部体积的情况下凸膜的破坏。
[0019]
所要求保护的本发明的另一个基本特征是存在于安装在多层外壳内的热保护核反应堆核心的熔体的定位和冷却系统中。热保护包括外部，内部外壳和底部。热保护借助于耐热紧固件从桁架控制台的凸缘悬挂，所述耐热紧固件安装在具有接触凸缘间隙的隔热凸缘中。接触法兰间隙位于隔热法兰和桁架控制台法兰之间。热保护覆盖多层壳体的凸缘的热保护的上部，其间在重叠区中安装有带流动孔的环形跳线。热保护的外壳以其强度高于内壳和底部的强度的方式制成，并且在外表面上施加熔化混凝土的保护层，由垂直肋分成扇区并由垂直，长径向和短径向加强热保护的存在可以抵抗核心熔体和从反应堆容器进入多层外壳与桁架控制台密封连接区的气体动力流动的直接冲击。根据其功能，带有孔的环形跳线形成了一种气体动态阻尼器，当蒸汽气体混合物从反应堆容器的内部体积移动到热保护外表面后面的空间时，它允许提供必要的液压阻力，并降低了外围压力增长的速度，同时增加了压力增长的时间，为多层外壳内外的压力均衡提供了必要的时间。
附图说明
[0020]
图1示出了一个本发明要求保护的用于定位和冷却核反应堆核心熔体的系统；图2显示了上部填充盒和桁架控制台下表面之间的区域；图3示出了根据要求保护的发明执行的热保护的一般视图；
图4示出了根据所要求保护的发明制作的部分中的热保护的片段；图5显示了热保护附接到桁架控制台的区域；图6示出了根据所要求保护的发明制成的环形跳线；图7示出了根据所要求保护的发明制成的凸膜的总体视图；图8显示了凸膜与桁架控制台下表面的连接区；图9显示了凸膜与桁架控制台下表面的连接区域，使用附加板制成；图10示出了凸膜的上部与桁架控制台的下部的附接区和凸膜的下部与滚筒的附接区；图11示出了根据所要求保护的发明制成的滚筒。
具体实施方式
[0021]
如图1-11所示，核反应堆堆芯熔体的定位和冷却系统包括安装在核反应堆主体2下并由桁架控制台3支撑的导板1。在桁架控制台3下面安装了一个多层外壳4，用于接收和分配熔体。多层壳体4安装在预埋件上。多层壳体4的凸缘5上设有热保护6。在多层壳体4的内部有一个填充物7，该填充物由几个相互安装的盒体8组成。每个盒8具有一个中央和几个外围开口9。在上盒8和法兰5之间的区域中，供水阀10安装在位于多层壳体4的周边的喷嘴11中。在多层壳体4的凸缘5上安装有制成外壳35形状的滚筒34。加强筋36位于壳35的周边，其靠在盖子37和底部38上。此外，外壳35具有张力元件30。借助于张力元件30，滚筒34通过焊接到其上的支承凸缘31与多层壳体4的凸缘5连接。
[0022]
在滚筒34上安装有凸膜12。膜34的凸面朝向多层壳体4的外部。在凸膜12的上部，在与桁架控制台3的下部的连接区，制作上部热电阻的元件13，通过焊接相互连接，形成上部接触间隙14。在凸膜12的下部，在与滚筒34的盖子37的连接区，制作热阻较低的元件32，通过焊接相互连接，形成较低的接触间隙33。
[0023]
热保护15安装在多层壳体4内部。热保护15由外壳21、内壳24和底部22组成。热保护15借助于安装在隔热凸缘18中的耐热紧固件19从桁架控制台3的凸缘28悬挂，所述耐热紧固件19具有位于隔热凸缘18和桁架控制台的凸缘28之热保护15以这样的方式安装，即它与多层壳体4的凸缘5的热保护6的上部重叠，在该重叠区中安装有带流动孔17的环形跳线16。
[0024]
外壳21以这样的方式制成，即其强度高于内壳24和底部22的强度。在外壳21、底部22和内壳24之间的空间内填充有熔化混凝土26。融混凝土26由竖肋20分成若干段，并由竖向23、长径向25和短径向27加强杆保持。
[0025]
所要求保护的核反应堆堆芯熔体定位和冷却系统，根据所要求保护的发明，其工作原理如下。
[0026]
在核反应堆主体2被破坏的瞬间，在静压和超压作用下的堆芯熔体开始流向导板1的表面，由桁架控制台3保持。沿导板1向下流动的熔体进入多层体4并与填料7接触。随着扇区非轴对称熔体径流，热保护6、15被熔化。塌陷，这些热保护一方面降低了核心熔体对受保护设备的热效应，另一方面降低了熔体本身的温度和化学活性。
[0027]
多层壳体4的凸缘5的热保护6从熔体进入填料7的那一刻起，直到熔体与填料7相互作用结束，即直到开始用水冷却位于芯的熔体表面的外皮，保护其上所述多层壳体4的凸
缘5的热保护6的安装方式使得其允许保护多层壳体4的内表面高于在与填料7相互作用期间在多层壳体4中形成的芯熔体的，位于多层壳体4的外侧。
[0028]
在芯熔体与填料7相互作用期间，多层壳体4的凸缘5的热保护6被加热并被部分破坏，屏蔽来自熔体镜的热辐射。所述多层壳体4的凸缘5的热保护6的几何和热物理特性的选择是这样的，即在任何条件下，它们从熔体镜面侧提供对多层壳体4的凸缘5的屏蔽，这又因此，多层壳体4的凸缘5的热保护6的存在使得能够在开始向位于芯熔体表面的地壳供水之前确保保护功能的性能。
[0029]
如图11所示，在多层壳体4的凸缘5上安装有外壳35形式制成的滚筒34。加强筋36位于壳35的周边，其靠在盖子37和底部38上。此外，外壳35具有张力元件30。借助于张力元件30，滚筒34通过焊接到其上的支承凸缘31与多层壳体4的凸缘5连接。
[0030]
转鼓34的存在作为用于定位和冷却核反应堆堆芯的熔体的系统的一部分，从多层壳体4的外表面增加最大水位，使得可以减少凸膜12上的热机械和动态负载包括其厚壁凸缘5，改善凸膜12的操作条件，作为在多层壳体4的内部体积没有或缺乏冷却的情况下防止过热的被动保护。
[0031]
将滚筒34连接到多层壳体4的凸缘5的张力元件30确保滚筒34对从多层壳体4的内部作用的冲击扰动的稳定性，例如随着局部压力增加、地震或非轴对称在这些条件下，张力元件30通过焊接到滚筒34上的支撑法兰31产生作用在滚筒34上的压缩力，并防止其在冲击扰动期间相对于多层壳体4的法兰5移动，确保凸膜12和滚筒本身34的密封焊接接头的完整性。
[0032]
如图1、7、8、9、10所示，在滚筒34上安装有凸膜12，其凸面朝向多层壳体4的外部，而在凸膜12的上部与桁架控制台3的下部连接区，制作上热阻元件13，提供退化的传热条件，导致膜上部过热，并通过焊接相互连接，形成上接触间隙14，有助于阻止从膜到控制台场的热传递，并有助于通过焊接接头将热流从膜重定向到控制台场，该焊接接头由于该过程而过热和塌陷。在凸膜12的下部，在与滚筒34的盖子37的连接区，制作了较低热阻的元件32，提供了退化的传热条件，有助于膜的下部过热并通过焊接相互连接以形成较低的接触间隙33，有助于阻止从膜到滚筒的热交换，并有助于通过焊接接头将热流从膜到滚筒的重定向。
[0033]
凸膜12提供桁架控制台3的独立径向方位角热延伸和多层壳体4的轴向径向热延伸，在对核反应堆核心熔体的定位和冷却系统的设备元件的地震和冲击机械冲击期间提供桁架控制台3和多层外壳4的独立运动。
[0034]
为了使凸膜12在岩心熔体从反应堆容器2进入多层套管4的初始阶段和相关的压力增加时保持其功能，凸膜12被放置在由多层套管4的法兰5的热保护6和悬挂在桁架控制台3上的热保护15形成的受保护空间中。
[0035]
在冷却水开始在多层壳体4内部流到位于熔体表面的外皮上之后，凸膜12继续执行其密封多层壳体4内部体积和分离内部和外部介质的功能。在对多层壳体4的外表面进行稳定的水冷却的模式下，凸膜12不被来自外部的用水冷却而破坏。
[0036]
如果多层壳体4内部的冷却水供应失败到结皮，则多层壳体4的凸缘5和热保护15的热保护6逐渐减小，热保护15、6的重叠区逐渐减小，直到重叠区完全从这一刻起，从芯熔体的镜面侧开始热辐射对凸膜12的影响开始。凸膜12从内部开始升温，但是，由于厚度小，
如果凸膜12处于冷却水的水平下，辐射热流不能确保凸膜12的破坏。
[0037]
确保在冷却水从上方供应到核心熔体结壳的故障条件下破坏凸膜12，利用热电阻元件13将凸膜12连接到桁架控制台3的下表面，通过焊接相互连接以形成接触间隙14。如图8-10所示，在凸膜12和桁架控制台3的下表面接合的区域中沿上周边形成口袋39，提供从凸膜12到水的热交换条件的恶化，其中，在多层壳体4的凸缘5的热，但是这些退化的热交换条件在热保护被破坏时从熔体镜侧面的辐射热流强烈加热时不能提供有效的散热器15、6。
[0038]
从口袋39（从凸膜12与桁架控制台3的交界处）到熔镜的距离取决于冷却水的水平，这个水平越高，口袋39离熔镜的热辐射平面越远。为了减少位于口袋39位置下方的设备的过热和破坏，制作了凸膜12与桁架控制台3和滚筒34的耦合的两个区域。
[0039]
第一对接区凸膜12和桁架控制台3的对接区正对熔体镜面，直接被辐射热流加热。该对接区具有用于组织退化热交换的口袋39，并且具有上部热阻的元件13，其减少来自膜12与桁架控制台3的接合处的热流。为此，例如在凸膜12和桁架控制台3之间安装附加板40，这些板仅沿周向彼此和桁架控制台3焊接。焊接到附加板40上的凸膜12不能在大面积上传递热量，因为在凸膜12和附加板40之间、附加板40之间以及附加板40和桁架控制台3之间，有上接触间隙14提供热阻，以传递到厚壁桁架控制台3（桁架控制台相对于凸膜是厚壁的，通过积累和重新分配所接收的热量的能力）。
[0040]
第二个对接区是凸膜12和滚筒34的对接区，面向熔镜，直接由辐射热流加热，对接区本身由热阻较低的元件32制成，减少从凸膜12与滚筒34的盖子37交界处的热流。为此例如在凸膜12和盖子37之间安装附加的板40，它们仅沿周向彼此焊接并与盖子37焊接。焊接到附加板40上的凸膜12不能在大面积上传递热量，因为在凸膜12和附加板40之间、附加板本身40之间以及附加板40和盖子37之间，都有较低的接触间隙33，它们为向滚筒34的传热提供热阻，外部由水冷却，以及多层外壳4。
[0041]
使用具有上部接触间隙14的上部热阻元件13和具有下部接触间隙33的下部热阻元件32可以减少辐射热流的功率，以确保凸膜12的受控破坏，结果，降低多层熔体4内部的温度，同时减少热保护装置15、6的破坏量，减少核反应堆熔体核心安全壳和冷却系统的主要设备的形状，提供了必要的安全裕度，提高了可靠性。
[0042]
凸膜12的破坏地点在结构上设计成两个级别。
[0043]
第一水平在其上部与桁架控制台3的下平面的边界上形成的区域或位于多层壳体4周围的最大水位的位置的水平上，提供当凸膜12被破坏时，冷却水、蒸汽水混合物或蒸汽从上方进入多层壳体4内部的无压力供应到最靠近多层壳体4内表面的区域的熔体外壳上。
[0044]
第二水平在凸膜12的下部低于位于多层壳体4周围的最大水位的位置，当凸膜12被破坏时，冷却水或蒸汽水混合物从上方进入多层壳体4内部的无压力流动到最靠近多层壳体4内表面的熔体外壳上。
[0045]
如果冷却水位位于最大水位以下，则凸膜12由于加热和变形而被破坏。该过程与壳体4的法兰5的热保护15和热保护6的破坏同时发生，其破坏和熔化减少了凸膜12从熔镜辐射热流的影响的遮光，增加了热辐射暴露于凸膜12的有效面积。凸膜12的加热、变形和破坏的过程将按以下顺序发展：在凸膜12过热的第一阶段，破坏将从上到下进行，直到凸膜12的破坏导致多层壳体4内部的冷却水流向熔体结被另外破坏，这导致凸膜12的反破坏从下到上。这两个过程确保水从上方流入多层壳体4到熔体外壳上。
[0046]
要保证凸膜12仅从上到下或同时从上到下和从下到上的破坏过程，必须满足两个条件：第一，来自凸膜12外表面的热交换必须恶化，否则凸膜12不会塌陷，第二，必第一个条件是通过使用凸膜12来实现的，例如，朝向冷却水或蒸汽水混合物的半圆形膜，在这种情况下，在退化的热交换区域中出现两个区域：凸膜12中间的上凹膜的使用不给出这样的效果凸膜12的中心位于降解热交换的区域中，其不允许将膜附接区域12加热到桁架控制台3和到滚筒34直至破坏。第二个条件是通过由通过焊接接头42互连的垂直定向扇区41制造凸膜12来实现的，所述焊接接头42提供沿凸膜12的周界周期性位于的垂直不均匀性，有助于垂所述凸膜12的几何特征，连同用于制造的基本和焊接材料的性质，允许在暴露于来自熔体镜的辐射热流时对所述凸膜12进行定向垂直破坏。结果，凸膜12不仅密封了多层壳体4的内部体积，不受在正常标准供水到熔体表面期间冷却多层壳体4外表面的水的不受控制的流动，但也保护多层壳体4在多层壳体4内部的冷却水供应未能熔化时不会过热。
[0047]
如图1、3、4所示，在多层壳体4内部安装有热保护15。热保护15借助安装在隔热凸缘18中的耐热紧固件19从控制台桁架3的凸缘28悬挂，该耐热紧固件19带有位于隔热凸缘18和控制台桁架的凸缘28之间的如图所示。在图1、6中，热保护15的安装方式使其与多层壳体4的法兰5的热保护6的上部重叠，在该重叠区中安装有带流动孔17的环形跳线16。
[0048]
如图3、4在结构上所示，热保护15由借助耐热紧固件19与桁架控制台3的凸缘连接的隔热凸缘18、外壳21、内壳24、底部22、竖肋20组成。在外壳21、底部22和内壳24之间的空间内填充有熔化混凝土26。熔化混凝土26确保在其加热和从固体到液体的相变的整个范围内吸收来自熔体镜的热辐射。此外，热防护15包括竖向加强杆23、长径向加强杆25以及短径向加强杆27加强熔化混凝土。外壳21以这样的方式制成，即其强度高于内壳24和底部22的强度。
[0049]
如图6所示，带孔17的环形跳线16提供了多层壳体4的法兰5和热保护15之间的狭缝间隙的重叠，并形成了一种气体动态阻尼器，当蒸汽气体混合物从反应堆容器2的内部体积移动到热保护15外表面后面的空间时，它允许提供必要的液压阻力，并降低了外围的压力增长速度，同时增加了压力增长的时间，其提供了使多层套管4内外压力均衡的必要时间。蒸汽气体混合物的最活跃运动发生在核反应堆容器2在堆芯熔体流出的初始阶段被破坏的时刻。核反应堆容器2中的残余压力影响位于多层套管4中的气体混合物，这导致在多层套管4的内部体积的周边处的压力增加。
[0050]
因此，使用鼓、凸膜、热保护作为用于定位和冷却核反应堆堆芯熔体的系统的一部分，使得可以增加用于定位和冷却核反应堆堆芯熔体的系统的可靠性，通过，在对熔体定位和冷却系统设备元件的地震和冲击机械影响下，桁架控制台和多层外壳的独立运动，当蒸汽气体混合物从多层外壳的内部体积移动到多层外壳和桁架控制台之间的空间时，液压阻力最大。
[0051]
资料来源：1. rf专利2576517号，ipc g21c9/016，2014年12月16日的优先权；2. rf专利2576516号，ipc g21c9/016，2014年12月16日的优先权；3. rf专利2696612号，ipc g21c9/016，2018年12月26日的优先权。