一种核电厂自动化充排系统的制作方法

本发明属于核安全保护技术领域，涉及一种核电厂自动化充排系统。

背景技术：

压水堆核电厂在蒸汽发生器给水丧失或失去二次侧热阱时，需要通过一回路充排的方式建立一条开放式的冷却回路。充排操作是核电厂应急操作规程中规定的应对丧失二次侧热阱事故时必不可少的重要步骤，因为蒸汽发生器二次侧无法带热会导致一回路升温升压、冷却剂从稳压器安全阀流失，这样堆芯有逐渐裸露、损坏的风险。

传统的充排冷却操作需要由操纵员手动分别开启一回路上充和稳压器安全阀，而充排时间和充排条件一直是充排操作关注的重点。实际上，操纵员会根据规程先打开高压上充进行“充”，但对于丧失二次侧热阱事故，一回路系统维持在高压力状态、上充难以有效注入，操纵员必须在之后再次打开稳压器安全阀进行“排”的操作以降低一回路系统压力，使得高压上充能够大量快速注入。所以可以将“充”、“排”两个操作合并为一个操作，在操纵员打开高压上充进行“充”的同时实现稳压器卸压“排”。

中国发明专利申请201510508717.1提供了一种核电站的一回路充排系统，使用稳压器卸压管线蒸汽带动喷射泵从水箱取水向堆芯注水，实现了操纵员“排-充”操作动作的合并。然而，该方法需要在安全壳内增加额外的喷射泵，稳压器卸压管线喷射蒸汽能量有限，而且实现的是“排-充”而非传统意义操作规程中的“充-排”。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种核电厂自动化充排系统，以能够在不增加过多复杂设备的情况下，实现操纵员“充-排”两个操作动作的一体化合并，在减少操纵员动作、节省操纵时间的同时，提高核电厂安全性。

为实现此目的，在基础的实施方案中，本发明提供一种核电厂自动化充排系统，所述的核电厂自动化充排系统包括高压上充泵、上充管线、充排组件、第一活塞、移动杆、控制板、第一导阀、第二导阀，

所述的上充管线连接所述的充排组件，其上设置用于输送上充水的所述的高压上充泵；

依次连接的所述的第一活塞、移动杆、控制板的任意位置处或与它们相连的延伸刚体上连接所述的充排组件；所述的充排组件的变化压力可传递给所述的移动杆使其上下运动，从而带动位于所述的第一导阀和第二导阀之间的所述的控制板上下运动，从而实现所述的第一导阀和第二导阀的不同开闭。

在一种优选的实施方案中，本发明提供一种核电厂自动化充排系统，其中：

所述的充排组件包括依次连接的充排管线、充排活塞组件和推动杆，所述的充排管线与所述的上充管线连接，所述的推动杆与所述的第一活塞、移动杆、控制板的任意位置处或与它们相连的延伸刚体相连；

所述的第一活塞中的弹簧加有预压力，以防止压力波动或系统误动作。

在一种更加优选的实施方案中，本发明提供一种核电厂自动化充排系统，其中所述的充排管线与若干条所述的上充管线相连，形成有水力学逻辑的“引压管”，使得系统可通过逻辑判断动作。

在一种更加优选的实施方案中，本发明提供一种核电厂自动化充排系统，其中所述的充排活塞组件包括气腔室、充排活塞、排气孔、爆破阀，

所述的充排活塞置于所述的气腔室内并可沿所述的气腔室的侧壁上下运动，所述的充排活塞将所述的气腔室分为上气腔室与下气腔室；

所述的气腔室的顶部与所述的充排管线连接，底部与所述的推动杆连接；

所述的排气孔设置在所述的下气腔室的底部；

所述的爆破阀与所述的排气孔相连，用于在过压时开启实现自动爆破。

在一种更加优选的实施方案中，本发明提供一种核电厂自动化充排系统，其中所述的充排活塞组件包括气腔室、充排活塞、第一排水孔、第一排水管、限流阀、第二排水孔、第二排水管、活塞制动装置，

所述的充排活塞置于所述的气腔室内并可沿所述的气腔室的侧壁上下运动，所述的充排活塞将所述的气腔室分为上气腔室与下气腔室；

所述的气腔室的顶部与所述的充排管线连接，底部与所述的推动杆连接；

所述的上气腔室的顶部侧壁上设置有所述的第一排水孔，所述的第一排水孔与所述的上气腔室外部的所述的第一排水管连接，在所述的第一排水管上设置有所述的限流阀，所述的第一排水孔、第一排水管用于在所述的限流阀开启的情况下能动的排出所述的气腔室内的水；

所述的充排活塞的内部设置有斜向上的所述的第二排水孔，且所述的第二排水孔的下端开向所述的充排活塞的侧壁，上端开向所述的充排活塞的顶面；

所述的第二排水管斜向上的设置在所述的下气腔室侧壁内，使得当所述的充排活塞向下运动时，所述的第二排水孔可与所述的第二排水管连通，从而可非能动的排出所述的气腔室内的水；

所述的活塞制动装置设置在所述的下气腔室底部并与所述的下气腔室的侧壁相连，用于作为防止所述的充排活塞过度移动的最后手段。

在一种优选的实施方案中，本发明提供一种核电厂自动化充排系统，其中所述的核电厂自动化充排系统还包括与所述的移动杆连接的电磁线圈，用于所述的移动杆的能动开启后移动。

在一种优选的实施方案中，本发明提供一种核电厂自动化充排系统，其中所述的核电厂自动化充排系统还包括主阀、稳压器、连接管线，

所述的第一导阀内部分为上下两部分可连通的腔室，其上腔室与所述的稳压器连接，下腔室通过所述的主阀连接所述的稳压器；

所述的第二导阀内部分为上下两部分可连通的腔室，其上腔室与所述的连接管线连接，下腔室通过所述的主阀连接所述的稳压器；

所述的连接管线与安全壳大气相连，用于排出所述的第一导阀、第二导阀上、下腔室中的水/汽；

所述的主阀在所述的第一导阀开启时关闭，在所述的第二导阀开启时开启。

在一种更加优选的实施方案中，本发明提供一种核电厂自动化充排系统，其中所述的主阀内部自上而下设置有腔室、第二活塞、阀杆、阀盘、喷嘴。

在一种更加优选的实施方案中，本发明提供一种核电厂自动化充排系统，其中由所述的充排组件、移动杆、控制板、第一导阀、第二导阀、主阀构成的安全阀可以为一个或多个，所述的安全阀分大、小不同流量，可实现早期快速卸压、晚期小流量卸压。

在一种更加优选的实施方案中，本发明提供一种核电厂自动化充排系统，其中所述的核电厂自动化充排系统还包括过滤器，所述的第一导阀的上腔室通过所述的过滤器与所述的稳压器连接。

本发明的有益效果在于，利用本发明的核电厂自动化充排系统，能够在不增加过多复杂设备的情况下，实现操纵员“充-排”两个操作动作的一体化合并，在减少操纵员动作、节省操纵时间的同时，提高核电厂安全性。

本发明的有益效果具体体现在：

(1)本发明在不增加过多系统设备的基础上，实现了操纵员“充-排”两个操作动作的合并，减少了操纵员的动作，有利于减小人因失效概率；

(2)本发明的设计使得稳压器卸压能够快速发挥作用，缩短“充”、“排”两个操作之间的时间间隔，从而使得高压上充水更快注入堆芯后补偿丧失的冷却剂，增强了核电厂的安全性；

(3)本发明设计的“充排活塞组件”使用灵活，即可根据不同核电厂安全阀形式增设，也可在已有核电厂系统中增加新系统形成原有系统的冗余系统；

(4)本发明可用于已建核电厂，也可用于多种新型核电厂设计，适用性和推广性较强。

附图说明

图1为本发明的核电厂自动化充排系统在操纵员未动作时的一种示例性的结构图。

图2为图1中主阀的结构图。

图3为本发明的核电厂自动化充排系统在操纵员动作，打开高压上充泵后的一种示例性的结构图。

图4为图3中主阀的结构图。

图5为本发明的核电厂自动化充排系统的另一种示例性的结构图。

图6为图1、图3、图5中充排活塞组件的结构图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作出进一步的说明。

示例性的本发明的核电厂自动化充排系统的结构如图1-5所示，包括水箱1、高压上充泵2、上充管线3、充排组件、第一活塞7、移动杆8、控制板9、第一导阀10、第二导阀11、主阀12、过滤器13、稳压器14、连接管线15、电磁线圈16。

水箱1用于储存上充水，其通过上充管线3连接充排组件。用于输送上充水的高压上充泵2设置在上充管线3上。

充排组件包括依次连接的充排管线4、充排活塞组件5、推动杆6。在一种情况下，充排管线4与上充管线3连接，推动杆6与第一活塞7连接(如图1、3所示)；在另一种情况下，充排管线4与上充管线3连接，推动杆6同与第一活塞7、移动杆8、控制板9相连的延伸刚体相连(如图5所示)。充排管线4与若干条上充管线3相连，形成有水力学逻辑的“引压管”，使得系统可通过逻辑判断动作。第一活塞7中的弹簧加有预压力，以防止压力波动或系统误动作。

充排活塞组件5的结构如图6所示，包括气腔室、充排活塞31、第一排水孔32、第一排水管33、限流阀34、第二排水孔35、第二排水管36、活塞制动装置37、排气孔38、爆破阀39。

充排活塞31置于气腔室内并可沿气腔室的侧壁上下运动，充排活塞31将气腔室分为上气腔室41与下气腔室42。

气腔室的顶部与充排管线4连接，底部与推动杆6连接。

上气腔室41的顶部侧壁上设置有第一排水孔32，第一排水孔32与上气腔室41外部的第一排水管33连接，在第一排水管33上设置有限流阀34，第一排水孔32、第一排水管33用于在限流阀34开启的情况下能动的排出气腔室内的水。

充排活塞31的内部设置有斜向上的第二排水孔35，且第二排水孔35的下端开向充排活塞31的侧壁，上端开向充排活塞31的顶面；第二排水管36斜向上的设置在下气腔室42侧壁内，使得当充排活塞31向下运动时，第二排水孔35可与第二排水管36连通，从而可非能动的排出气腔室内的水。

活塞制动装置37设置在下气腔室42底部并与下气腔室42的侧壁相连，用于作为防止充排活塞31过度移动的最后手段。

排气孔38设置在下气腔室42的底部。

爆破阀39与排气孔38相连，用于在过压时开启实现自动爆破。

充排组件的变化压力可传递给移动杆8使其上下运动，从而带动位于第一导阀10和第二导阀11之间的控制板9上下运动。电磁线圈16与移动杆8连接，用于移动杆8的能动开启后移动。

控制板9向上方运动时可开启第一导阀10，断开第二导阀11；向下方运动时可开启第二导阀11，断开第一导阀10。

第一导阀10内部分为上下两部分可连通的腔室，其上腔室通过过滤器13与稳压器14连接，下腔室通过主阀12连接稳压器14。

第二导阀11内部分为上下两部分可连通的腔室，其上腔室与连接管线15连接，下腔室通过主阀12连接稳压器14。连接管线15与安全壳大气相连，用于排出第一导阀10、第二导阀11上、下腔室中的水/汽。

主阀12在第一导阀10开启时关闭，在第二导阀11开启时开启。主阀12内部自上而下设置有腔室17、第二活塞18、阀杆19、阀盘20、喷嘴21。

由充排组件、第一活塞7、移动杆8、控制板9、第一导阀10、第二导阀11、主阀12构成的安全阀可以为一个或多个。安全阀分大、小不同流量，可实现早期快速卸压、晚期小流量卸压。

上述示例性的本发明的核电厂自动化充排系统的工作原理如下。

如图1所示，当操纵员未动作，即高压上充泵2未开启时，上充管线3压力低，与上充管线3连接的充排管线4中压力低无法推动充排活塞组件5，相应的推动杆6无法推动由弹簧压力作用的第一活塞7、移动杆8和控制板9，这样控制板9与第二导阀11分开，推动第一导阀10开启。第一导阀10开启后，其上下两部分腔室联通，由于其上腔室通过过滤器13与高压的稳压器14相连，其上下腔室均与稳压器14压力一致，这样与其下腔室连接的主阀12的腔室17压力高。从图2继续看到，当主阀12内的腔室17压力高时，其第二活塞18会作用在阀杆19上，由于第二活塞18表面积比阀盘20大，与稳压器14连接的喷嘴21关闭。

如图3所示，当操纵员动作，即开启高压上充泵2后，上充水从水箱1开始注入。此时上充管线3及其相连的充排管线4压力逐渐上升，当超过设定的整定值时，压力推动充排活塞组件5及推动杆6克服弹簧作用力，将移动杆8连带控制板9向下推动，直到控制板9向下推开第二导阀11，第一导阀10自动关闭。第二导阀11开启后，其上下两部分腔室联通，由于其上腔室通过连接管线15与安全壳大气相连、压力较低，先前贮存于第一导阀10和第二导阀11上、下腔室的水/汽通过相连的管线均从连接管线15排出，第一导阀10和第二导阀11压力与安全壳大气等压，处于低压状态。从图4继续看到，此时与第一导阀10、第二导阀11相连的主阀12上部腔室17也会卸压，变为低压状态，稳压器14的压力作用在阀盘20的力大于第二活塞18上的压力，导致安全阀开启，蒸汽沿着图示箭头方向排出，稳压器14卸压，实现了操纵员开启高压上充泵2后稳压器14自动卸压。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。上述实施方式只是对本发明的举例说明，本发明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本发明的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本发明的范围内。