一种低温反应堆冷却剂管道用非能动限流装置

1.本发明属于核反应堆技术领域，更为具体地，涉及一种低温反应堆冷却剂管道用非能动限流装置。


背景技术：

2.低温堆采用一体化布置、全功率自然循环、自稳压方式。主换热器布置在反应堆压力容器内。反应堆冷却剂系统全部包容在反应堆压力容器内。反应堆冷却剂在堆内构件构成的流道内，依靠冷热水之间密度差形成的驱动力进行自然循环。由于反应堆采用一体化布置，取消了主管道；采用自然循环方式，取消了主泵，降低了失水事故和堆芯熔化的事故概率，大大提高了反应堆的安全性。低温堆同时也采用了非能动的余热排出系统。固有安全性高是低温堆的重要标志。
3.破口事故是反应堆进行事故分析时必须考虑的内容。破口事故下，如何保证堆芯不裸露是关系到反应堆安全的重要问题。低温堆具有水容量大、没有主管道、所有外延管道均布置在筒体上部等特点，破口事故分析表明，堆芯始终被水淹没，反应堆是安全的。作为商用反应堆，安全性和经济性是其两个重要指标。低温堆一直在努力提高经济性。尤其是在反应堆特点基础上，利用其特点，优化设计，减轻事故后果，降低构筑物和设备要求，提高低温堆经济性。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明的目的是提供一种低温反应堆冷却剂管道用非能动限流装置，在破口事故下，不需要依靠外力，仅依靠事故工况条件自动堵住破口，限制介质泄漏，提高了安全性能和经济性能。
5.为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
6.本发明的技术方案提供了一种低温反应堆冷却剂管道用非能动限流装置，包括：
7.限流承压壳体，所述限流承压壳体包括上壳体和下壳体，所述上壳体和下壳体之间密封固定连接，所述上壳体内形成有安装腔体，所述安装腔体的顶部形成有缓冲腔，所述上壳体的顶部形成有与所述安装腔体连通的通孔，所述下壳体内形成有供所述冷却剂流通的下腔体，所述安装腔体与所述下腔体连通；
8.限流机构，所述限流机构安装在所述安装腔体内，其包括阀芯、支承架以及浮动阀座，所述支承架安装在所述上腔体的底部，用于支撑所述阀芯，所述浮动阀座滑动套设在所述安装腔体内，且位于所述支承架和阀芯的上方，所述浮动阀座与所述阀芯形成密封接触，且在所述阀芯的推动作用下沿所述缓冲腔上下滑动。
9.优选的，所述缓冲腔为环形腔体，所述浮动阀座为环形，所述浮动阀座的顶部沿所述缓冲腔上下滑动。
10.优选的，所述阀芯为球形，所述支承架与所述阀芯的之间形成有供所述冷却剂通过的通道，所述浮动阀座的底部形成有与所述阀芯相配合的圆锥面，当正常工况时，所述浮
动阀座的底部与所述限流阀芯之间间隔开，形成用于供所述冷却剂流通的通道，当非正常工况时，所述浮动阀座底部的圆锥面与所述阀芯之间接触形成第一道密封，且推动所述浮动阀座沿所述缓冲腔向上运动。
11.优选的，上壳体的顶部形成有圆角，所述浮动阀座的顶部形成有与所述圆角相配合的圆锥面，当所述阀芯推动所述浮动阀座向上运动至与所述圆角抵接时，所述浮动阀座与所述上壳体之间形成第二道密封。
12.优选的，所述支承架包括支撑环以及沿着周向方向间隔安装在所述支撑环上的若干个支撑板，若干个所述支撑板用于支撑所述阀芯，所述支撑环固定安装在所述上壳体的底部。
13.优选的，所述上壳体内还形成有至少一个回流通道，所述回流通道的顶端与所述缓冲腔连通，底部与贯通所述上壳体的底端，且与所述下腔体连通。
14.优选的，所述上壳体内还形成有环形的支承部件，用于支撑所述浮座阀套的底部。
15.优选的，所述上壳体内还形成有环形的卡槽，所述卡槽内安装有卡环，所述卡环用于支撑所述浮座阀套的底部。
16.优选的，还包括上端连接法兰和下端连接法兰，所述上端连接法兰和所述上壳体之间固定连接，所述下端连接法兰和下壳体之间连接，所述上端连接法兰与下端连接法兰上均设有用于用所述冷却剂流通的通道。
17.优选的，所述上壳体与所述下壳体之间通过螺栓或焊接连接，所述上壳体与下壳体连接的端面还设有金属密封圈。
18.本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
19.本发明提供的一种低反应对冷却剂管道用非能动限流装置在管道正常流速下，冷却剂从阀芯与壳体之间的流道流过；在破口事故下，由于阀芯周围的介质流速显著提高，阀芯上、下侧差压增大，以致阀芯起跳封堵流道，实现自动限流，大大限制破口事故下的失水量，提高了限流的安全性能和经济性能。
20.限流承压壳体内设置有浮动阀座，浮动阀座在限流芯起跳时向上运动插入限流承压上壳体内的缓冲水腔，从而降低限流芯起跳对限流装置及所连管路的冲击。浮动阀座与阀芯之间设有一对密封面；浮动阀座与承压上壳体之间设有另一对密封面，两对所述密封面用于密封封堵流体通道。
附图说明
21.图1为本发明一实施例提供的低温反应对冷却剂管道用非能动限流装置的结构示意图；
22.图2是上壳体的剖视图；
23.图3是下壳体的剖视图；
24.图4是支承架的剖视图；
25.图5是支承架的俯视图；
26.附图标记说明：
27.1-上端连接法兰、2-下端连接法兰、3-上壳体、4-下壳体、5-限流机构、6-压力测量管嘴、7-压力测量管嘴、11-通道、21-通道、31-安装腔体、32-缓冲腔、33-回流通道、34-通
孔、35-圆角、41-下腔体、52-支撑环、52-支撑板、53-安装台、54-开口卡槽。
具体实施方式
28.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”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系统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。此外，使用术语“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对上述零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，不能理解为指示或暗示相对重要性。
30.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
31.在水冷却剂管道中，限流装置的阀芯起跳以及水锤效应对限流装置及管道产生的冲击是冷却剂管道用非能动限流装置的核心问题之一，本发明的实施例提供一种低温反应堆冷却剂管道用非能动限流装置，在发生破口事故时，由于阀芯52周围的介质流速显著提高，阀芯52上、下侧差压增大，以致阀芯52起跳封堵流道，实现自动限流；起跳后，阀芯52依靠系统内、外压差保持在封堵位置，维持限流作用。限流承压壳体内设置有浮动阀座53，浮动阀座53在阀芯52起跳时向上运动插入限流承压壳体上段内的缓冲腔32，从而降低阀芯52起跳对限流装置及所连管路的冲击。非能动限流装置可减少压力容器的装水量，降低破口事故放射性后果，从而提高反应堆的经济性。
32.如图1所示，所述低温反应堆冷却剂管道用非能动限流装置，包括限流承压壳体以及安装在所述限流承压壳体内的限流机构5。所述限流承压壳体包括上壳体3和下壳体4，所述上壳体3和下壳体4之间密封固定连接，所述上壳体3内形成有安装腔体31，所述安装腔体31的顶部形成有缓冲腔32，所述上壳体3的顶部形成有与所述安装腔体31连通的通孔，所述下壳体4内形成有供所述冷却剂流通的下腔体41，所述安装腔体31与所述下腔体41连通。所述限流机构5安装在所述安装腔体31内，其包括阀芯52、支承架51以及浮动阀座53，所述支承架51安装在所述上腔体3的底部，用于支撑所述阀芯52，所述浮动阀座53滑动套设在所述安装腔体31内，且位于所述支承架51和阀芯52的上方，所述浮动阀座53与所述阀芯52形成密封接触，且在所述阀芯52的推动作用下沿所述缓冲腔32上下滑动。
33.在反应堆正常运行时，阀芯52定位在支承架51上，冷却剂从阀芯52周围的流道流过限流装置；当冷却剂管道发生断裂时，高压冷却剂从断管/裂口喷出，造成非能动限流装置内的冷却剂流速显著上升，从而推动阀芯52向上运动撞击浮动阀座53并与浮动阀座53一起形成密封接触以将限流装置的冷却剂流道关闭，同时推动所述浮动阀座53沿着所述缓冲
腔向运动，减轻对上壳体3的撞击，并依靠冷却剂压差保持限流作用。
34.如图2和图3所示，限流承压壳体内设置有浮动阀座53，浮动阀座53在阀芯52起跳时向上运动插入限流承压壳体上段内的缓冲腔32，从而降低阀芯52起跳对限流装置及所连管路的冲击。
35.所述缓冲腔32为环形腔体，所述浮动阀座53为环形，所述浮动阀座53的顶部沿所述缓冲腔32上下滑动；所述阀芯52为球形，所述支承架51与所述阀芯52的之间形成有供所述冷却剂通过的通道，所述浮动阀座53的底部形成有与所述阀芯52相配合的圆锥面，当正常工况时，所述浮动阀座53的底部与所述阀芯52之间间隔开，形成用于供所述冷却剂流通的通道，当非正常工况时，所述浮动阀座53底部的圆锥面与所述阀芯52之间接触形成第一道密封，且推动所述浮动阀座53沿所述缓冲腔32向上运动。
36.限流承压壳体内设置球形的阀芯52，阀芯52在反应堆正常运行时座在支承架51上，阀芯52及周围流道的设计使冷却剂流速在正常范围波动时均不会起跳，而在发生断管时在冷却剂压差作用下跳起实现限流。
37.为了进一步提高密封效果，进而进一步提高限流作用，所述上壳体3的顶部形成有圆角35，所述浮动阀座53的顶部形成有与所述圆角35相配合的圆锥面，当所述阀芯52推动所述浮动阀座53向上运动至与所述圆角35抵接时，所述浮动阀座53与所述上壳体3之间形成第二道密封。
38.如图4和图5所示，所述支承架51包括支撑环511以及沿着周向方向间隔安装在所述支撑环511上的若干个支撑板512，若干个所述支撑板512用于支撑所述阀芯52，所述支撑环511固定安装在所述上壳体3的底部。所述支撑环511的外周沿着圆周方向阵列形成有若干个安装台，每个所述安装台513上均开设有螺纹孔，所述螺纹孔用于插入螺栓以将所述支承架5固定安装在所述上壳体3的底部。相邻两个所述安装台513之间形成为开口卡槽。所述支撑板512上形成有与阀芯相配合的支撑圆弧，正常运行时，支撑板512将阀芯52平稳支承在所述支承架51的中心位置，当处于非正常运行时，所述阀芯52起跳，冷却剂流速增大，阀芯52与所述浮动阀座53接触形成密封接触，进而起到关闭流动通道的作用。
39.所述上壳体3内还形成有至少一个回流通道33，所述回流通道33的顶端与所述缓冲腔32连通，底部与贯通所述上壳体的底端，且与所述下腔体41连通。
40.所述浮动阀座53向上运动，挤压所述环形的缓冲腔32内的冷却剂，并所述冷却剂通过所述互留通道回流至所述下腔体41内。所述开口卡槽54与所述回流通道33对齐，所述回流通道33的流体穿过所述卡槽54回流之后下腔体内。浮动阀座53上部在插入上壳体3的缓冲腔32中时逐渐减速，缓冲掉阀芯52起跳过程对非能动限流装置及其所连管路的冲击。
41.所述上壳体3和下壳体4上均安装有压力测量管嘴6,7，分别用于测量所述通孔内冷却剂的压力以及所述下壳体内冷却剂的压力。
42.所述上壳体3内还形成有环形的卡槽，所述卡槽内安装有卡环54，所述卡环54用于支撑所述浮座阀套53的底部。正常运行时浮动阀座53支承在卡环54上，与阀芯52保持一定的距离，为流体提供流通的通道。
43.所述限流装置还包括上端连接法兰1和下端连接法兰2，所述上端连接法兰1和所述上壳体3之间固定连接，所述下端连接法兰2和下壳体4之间连接，所述上端连接法兰1与下端连接法兰2上均设有用于用所述冷却剂流通的通道11,21。冷却剂从所述下端连接法兰
2上的通道21流入，经过所述限流承压壳体从所述上端连接法兰1上的通道11内流出。当出现破口事故时，由于冷却剂流速增大，上壳体3和下壳体4形成压力差，因此推动所述阀芯52向上起跳，所述阀芯52撞到所述浮动阀座53上与所述浮动阀座53之间形成密封接触，以关闭通道，并推动所述浮动阀座53沿着所述缓冲腔32向上运动以减小对上壳体3的冲击力。当上壳体3和下壳体4重新恢复压力平衡状态时，所述阀芯52下降至所述支承架51上。
44.为了进一步提高上壳体3和下壳体4之间的密封效果，所述上壳体3与所述下壳体4之间通过螺栓连接，所述上壳体3与下壳体4连接的端面还设有金属密封圈56。
45.本发明中的非能动限流装置，是一种不依靠电力等外部动力，在破口事故下，依靠事故工况条件自动堵住破口，限制介质泄漏。同时本发明中通过所述缓冲腔32以及浮动阀座51的设计还能有有效缓冲由于在阀芯52起跳以及水锤效应对于限流装置以及管道的冲击。
46.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。