一种反应堆压力容器整体顶盖结构的制作方法

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一种反应堆压力容器整体顶盖结构的制作方法

本实用新型涉及一种反应堆压力容器部件,具体涉及一种反应堆压力容器整体顶盖结构。



背景技术:

反应堆压力容器是指安置核反应堆并承受其巨大运行压力的密闭容器,也称反应堆压力壳。核电站所用的反应堆主要有轻水堆、重水堆、气冷堆及快堆等。由于压力容器包容了反应堆的活性区和其他必要设备,其结构形式随不同堆型而异。反应堆压力容器位于反应堆厂房中心,设计时主要考虑一回路冷却剂的高压和高温,主管道断裂事故和地震等作用。由于压力容器所容纳的反应堆本体放射性极强,故在材质要求、制作、检验及在役检查等方面都比常规压力容器要严格得多。

电熔增材制造技术属于3D打印技术的一种,是近年来出现的一种新型的材料制造成型技术。该技术得到的材料具有复杂结构一体化性良好、材料性能优异、均匀、无尺寸效应、成品率高且制造周期短等诸多优点,可以弥补锻造工艺的不足。电熔增材制造技术以特殊钢丝材/粉末及特殊冶金辅材为原材料,通过强电流高效原位冶金熔化、逐层堆积实现高性能重型金属构件的制造,突破传统制造技术受构件尺寸限制的约束,从而突破锻造工艺的制造瓶颈。根据专利号CN201620409816.4的专利我们可以知道,由于电熔增材制造技术具有消除了焊缝,结构整体性好;堆测管座与顶盖一体化,结构连续性好,结构受力更好;整体顶盖材料性能均匀,特别是厚度方向材料性能无差异;制造周期大幅度缩短的特点,电熔增材制造技术已经在反应堆压力容器整体顶盖制造中起到了关键作用。

而由于采用电熔增材制造技术获得的反应堆压力容器顶盖各部分材料具有较高的一致性,在反应堆运行时,反应堆压力容器承受其巨大运行压力和高温,较高的一致性材料意味着相同的膨胀系数,在高压和高温的影响下难免发生形变,而按照CAP1000规格制造的反应堆测管一般采用聚醚醚酮连续挤压、密封模块一次成型工艺和贯穿件光纤组件组成,上述组件在受到挤压时极易变形导致损坏。



技术实现要素:

本实用新型所要解决的技术问题是由于采用电熔增材制造技术获得的反应堆压力容器顶盖各部分材料具有较高的一致性,在反应堆运行时,反应堆压力容器承受其巨大运行压力和高温,较高的一致性材料意味着相同的膨胀系数,在高压和高温的影响下难免发生形变,而按照CAP1000规格制造的反应堆测管一般采用聚醚醚酮连续挤压、密封模块一次成型工艺和贯穿件光纤组件组成,上述组件在受到挤压时极易变形导致损坏,目的在于提供一种反应堆压力容器整体顶盖结构,在使用一体式顶盖的同时解决保护反应堆测管的问题。

本实用新型通过下述技术方案实现:

一种反应堆压力容器整体顶盖结构,包括一体式的顶盖法兰部、上封头部和堆测管座,所述堆测管座内还设置有加强套管,所述加强套管外径与堆测管座内径匹配,所述加强套管为钨钢构件。在反应堆正常工作时,按国内常见的AP1000机组的参数,工作温度为343℃,设计压力为172bar,在上述工作条件下,一体式顶盖的直径变化约为15mm,堆测管座产生的形变约为0.5mm,通过在堆测管座上设置一个贯穿的加强套管,当堆测管座受压发生形变时,压力先作用在加强套管上,同时,加强套管采用钨钢制成,不易发生形变,受压时保证形变低于0.05mm,能有效的保护加强套管内的反应堆测管。钨钢的抗压强度较普通高碳钢相比提升约10倍,如果采用普通高碳钢作加强套管,在反应堆出现故障时,压力高过200bar 以后就会损坏,容易造成更大的事故,而钨钢因为其优异的机械性能,即使压力高过2000bar 也不会出现损坏,对于安全要求较高的反应堆压力容器来说是最好的选择。

所述加强套管与堆测管座为3D打印形成的一体件。现有的3D打印技术已经能实现复合材料的打印了,将加强套管与堆测管座、顶盖法兰部、上封头部和堆测管座打印为一体件,能完全保留电熔增材制造技术消除了焊缝,结构整体性好;堆测管座与顶盖一体化,结构连续性好,结构受力更好;整体顶盖材料性能均匀,特别是厚度方向材料性能无差异;制造周期大幅度缩短的特点。

所述加强套管的厚度为上封头部直径的1/1000-1/600。由于制造一体式封盖的材料抗压强度为3500bar,而加强套管的抗压强度为35000-50000bar,即为一体式封盖的材料抗压强度的十倍,同时,堆测管座的直径约为上封头部直径的1%,因此加强套管的厚度至少为上封头部直径的1/1000,而由于加强套管内还要留够插入堆测管的空间,因此,加强套管的厚度最多为上封头部直径的1/600。

所述堆测管座采用WC晶粒度为1.4-1.7微米的钨钢。相同钴含量的钨钢,WC晶粒度越小,抗压强度越高。

本实用新型具有以下优点:

1、本实用新型一种反应堆压力容器整体顶盖结构,继承了一体式顶盖的优点,同时克服了反应堆测管易损坏的问题;

2、本实用新型一种反应堆压力容器整体顶盖结构,采用钨钢作为加强套管,性能远远优于普通高碳钢,安全性更高。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解,构成本申请的一部分,并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中:

图1为本实用新型结构示意图;

图2为本实用新型图1的I处放大示意图。

附图中标记及对应的零部件名称:

1-顶盖法兰部,2-上封头部,3-堆测管座,4-加强套管,5-反应堆测管。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合实施例和附图,对本实用新型作进一步的详细说明,本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型,并不作为对本实用新型的限定。

实施例

如图1、图2所示,本实用新型一种反应堆压力容器整体顶盖结构,包括一体式的顶盖法兰部1、上封头部2和堆测管座3,所述堆测管座3内还设置有加强套管4,所述加强套管 4外径与堆测管座3内径匹配,所述加强套管4为钨钢构件。在反应堆正常工作时,一体式顶盖的承压上限为300bar,按国内常见的AP1000机组的参数,工作温度为343℃,设计压力为172bar,在上述工作条件下,直径变化约为15mm,堆测管座3产生的形变约为0.5mm,通过在堆测管座3上设置一个贯穿的加强套管4,当堆测管座3受压发生形变时,压力先作用在加强套管4上,同时,加强套管4采用钨钢制成,不易发生形变,受压时保证形变低于 0.05mm,能有效的保护加强套管4内的反应堆测管5,采用贯穿式加强套管4后,一体式顶盖的承压上限为250bar。钨钢的抗压强度较普通高碳钢相比提升约10倍,如果采用普通高碳钢作加强套管4,在反应堆出现故障时,压力高过200bar以后就会损坏,容易造成更大的事故,而钨钢因为其优异的机械性能,即使压力高过2000bar也不会出现损坏,对于安全要求较高的反应堆压力容器来说是最好的选择。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于,所述加强套管4采用WC晶粒度为1.4微米,Co含量为6%的钨钢,其强度为440kg/mm2

实施例3

本实施例与实施例2的区别在于,所述加强套管4采用WC晶粒度为1.7微米,Co含量为6%的钨钢,其强度为500kg/mm2

实施例4

本实施例与实施例2的区别在于,所述加强套管4采用WC晶粒度为1.5微米,Co含量为6%的钨钢,其强度为495kg/mm2

实施例5

本实施例与实施例1的区别是,所述加强套管4与堆测管座3为3D打印形成的一体件。现有的3D打印技术已经能实现复合材料的打印了,将加强套管4与顶盖法兰部1、上封头部 2和堆测管座3打印为一体件,能完全保留电熔增材制造技术消除了焊缝,结构整体性好;堆测管座3与顶盖一体化,结构连续性好,结构受力更好;整体顶盖材料性能均匀,特别是厚度方向材料性能无差异;制造周期大幅度缩短的特点。采用上述一体件,能承受300bar以上的压力,达到了原有的一体式顶盖的承压标准,远超现有AP1000机组172bar的设计压力,避免了以前采用贯穿件时焊接处质量不达标导致的安全问题。

实施例6

本实施例与实施例1的区别是,所述加强套管4的厚度为上封头部2直径的1/1000。由于制造一体式封盖的材料抗压强度为3500bar,而加强套管4的抗压强度为35000bar,即为一体式封盖的材料抗压强度的十倍,同时,堆测管座3的直径约为上封头部2直径的1%,因此加强套管4的厚度至少为上封头部2直径的1/1000。

实施例7

本实施例与实施例6的区别在于,加强套管4的抗压强度为50000bar,因此,加强套管 4的厚度最多为上封头部2直径的1/600。

以上所述的具体实施方式,对本实用新型的目的、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,以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已,并不用于限定本实用新型的保护范围,凡在本实用新型的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。

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