专利名称:低功率气体冷却核反应堆的混凝土压力壳的制作方法
本发明涉及一种用于装有球形燃料堆芯的低功率气体冷却核反应堆的混凝土反应堆压力壳。这种压力壳由-筒形外壳、底板和-必要时可拆卸的盖板构成。为了散掉反应堆内部的热量，在其内壁上装有冷却水管。
德国专利P3534422.9介绍了这种反应堆压力壳。安装在地下的压力壳是由钢筋混凝土制成，并且在内表面上装有冷却系统，把燃料堆芯中产生的热量从压力壳中散掉。核反应堆第一回路中的气体压力应当超过冷却系统中介质(水)的压力。
在德国专利P3518968.1中同样介绍了一种用于具有球形燃料低功率核反应堆的压力壳。它是由钢筋混凝土制成并装在地下。这种反应堆压力壳没有可拆卸的盖板。但是在壳盖范围内，用-可封闭起来的中心孔来替代它。正如上面提到的专利所述，反应堆核心部分所产生的热量被冷却气体从上到下地经过燃料堆芯传到压力壳内表面的冷却系统上。冷却系统用气体密封罩与第一回路分开。
这二个专利所介绍的核反应堆，其特征在于紧密的结构以及在相当大的程度上省掉了那些传动设备，诸如装料装置、气体净化装置，调节系统以及防护系统。之特别适合于以供热不同的热能的生产。装在地下，显然成本较高。
从所述的现有技术来看，本发明要解决的任务是为低功率气体冷却核反应堆制造一个混凝土压力壳。在制造成本适当的情况下，确定冷却气体的安全用量，并且同时经济地输出反应堆堆芯中产生的热量。
本发明核反应堆压力壳的特征如下a)在混凝土外壳中，沿着轴向和径向以已知的方式均布加固部件或预应力钢筋以承受由压力壳内部压力和其他负荷而引起的拉伸力。
b)在反应堆压力壳内壁上以已知的方式衬垫金属套，在其与混凝土接触一侧装有冷却管。
c)金属套与冷却管一并构成由冷却气体传热的核反应堆热交换器。
d)金属套用混凝土外壳上的冷却管固定。
e)热交换器次级侧至少有两个独立的系统。冷却管经径向安装在混凝土中的输入和输出管道与核反应堆压力壳外面的进流和回流收集器相连接。
f)相邻的冷却管以及输入和输出管道属于不同系统，并且流向相反。
根据本发明，核反应堆压力壳也具有钢筋混凝土或预应力混凝土结构和承载与密封功能。混凝土和加固部件或夹紧部件承受着整个压力壳内部的作用力。金属套作为密封外壳，被混凝土中的冷却管固定。必要时可使用附加螺栓。安放核反应堆的腔体可用-可拆卸的盖板密封，这样盖板打开后核反应堆的许多部件就可以拆卸，例如更换燃料。
输入管道和输出管道把冷却管和集流器连接起来，并且沿着径向穿过混凝土安装。这样就能在故障情况下，与沿着径向安装的加固部件或夹紧部件一起很快将热量传输出去。热交换器的这种特殊形式可同时在高温负荷下对压力壳混凝土进行保护。相邻的冷却管属于不同的系统，并且流向相反，这样钢套的温度是均匀的。
通过后面提到的专利要求和下面的图示结构说明可以了解本发明的一些有利的改进措施。
图例分别说明如下图1，采用本发明的反应堆压力壳之反应堆设备纵断面。
图2，图1中核反应堆压力壳Ⅱ-Ⅱ剖面。
图3，图1中核反应堆压力壳Ⅲ-Ⅲ剖面。
图4，按放大了的比例标出的热交换器的局部视图。
图5，针对图4所示局部视图的一种可供选择的结构图。
图6针对图4所示局部视图的另一种可供选择的结构图。
图1标明了用钢筋混凝土制成的反应堆压力壳1，它包括一个腔体2并且在径向和轴向均装有加固部件，这些部件承受着压力壳内压力引起的拉伸力。压力壳1由园柱形外壳3、底板4和盖板5构成。盖板5通过夹紧部件6固定在压力壳1上，必要时可以拆下来，这样腔体2就可以打开。夹紧部件6可从外面进行调整。在压力壳的整个内表面上装有金属套7，它起着密封的作用。
核反应堆8安装在腔体2中，其核心部分是装有球形核燃料10的堆芯9。堆芯9的直径为1.2至1.5米，高度为1.5至2.5米。核心功率密度总计约为1.5至2.5兆瓦/米3，总功率可达10到20兆瓦。燃料10是用热挤压法或冷挤压法制成，它的每个球含有20克至40克重金属。堆芯9全部被石墨反射层11包围，它是由底部反射层12，壁反射层13和顶部反射层14组成。
顶部反射层14直接装在堆芯9上面，在其与盖板5之间有一空间15。另一空间16是在底部反射层12和压力壳底板4之间，在这一空间中安装了金属支撑部件17，把核反应堆8支撑在底板4上。
致冷气体，主要是氮气从上到下流经堆芯，利用鼓风机18进行循环。鼓风机18竖直地装在盖板5的中心部位上，而扇叶在空间15中。鼓风机18的抱动电机19装在盖板5的中心孔20中，外面装有可拆卸部件21。
堆芯9的侧面和下面被一个用钢制成的芯壳22包围住。该芯壳也容纳了壁反射层13和底部反射层12的一部分。壁反射层和底部反射层可分成内反射层和外反射层两部分。壁反射层13的内反射层用标号23，外反射层用标号24标出。底反射层相应地用标号25和26标出。在内壁反射层23中有竖直通道27，为了补偿与停堆的需要，在通道中装有可控制的吸收棒28，吸收棒28的抱动装置29装在盖板5的孔30中，并装有可拆的密封部件31。
在壳板取下后芯壳22，内壁反射层23，顶部反射层14、核燃料10和吸收棒28可以一起向上拆下来。为此，应当采用一屏蔽罩。吸收棒28在伸入与抽出过程中可确保堆芯9处于次临界状态。当燃料完全耗尽时可以拆下容器22。
在空间15中有气体控制罩32，它将鼓风机18的吸入部分与压力部份分隔开，鼓风机装在芯壳22的上部。
吸收棒28只是用于补偿与停堆，反应堆功率的调节只通过鼓风机18的转速和散热系统的二次流动来进行(另作说明)，这里，利用了球形核燃料堆芯的反应堆采用了固有的负温度系数。鼓风机吸入冷气，其压力在正常情况下调到10到20巴左右。气体由空间15进入堆芯9。流过堆芯后，气体的温度由300℃升到500℃左右。温度升高了的冷却气体，通过芯壳22和底部反射层12上面的孔进入空间16。在空间16中，气体分散开进入环形空间33，而后气体2回到空间15中。
致冷气体的压力应当超过散热系统中二次介质的压力。
核反应堆8的散热系统应当使在满负荷状态和排除余热状态下，堆芯9中产生的热量能可靠地排掉。热交换器可做为散热系统，它由金属套7和装在金属套7上混凝土一侧的为数众多的冷却管35构成。并通入水。冷却管35同时用来固定压力壳中的金属套7，不再设置另外的固定部件。为避免园柱形外壳内金属套7被压坏，应当依据腔体2的半径来确定其相应厚度。
每一根冷却管35都是通过两根沿径向穿过压力壳上的导管与压力壳1外面的进水或汽与回水或汽的收集器相连接。一根是输入管道36，另一根是输出管道37。压力壳底部、顶部以及壁上的冷却管35的收集器是不同的，后面还要说明。
热交换器二次侧有几个彼此无关的系统，在本实施例中有A和B两个系统。彼此相邻的冷却管以及输入管道36和输出管道37分属于不同系统。并且从相反的方向通入水或蒸气。经过环状空间33向上流的热氦气沿金属套流动并将热量传递给冷却管中的冷却水。
在压力壳1园柱形外壳3里面，两个系统A和B的冷却管35均装在水平面内，如图2所示，冷却管在整个园周上都围绕着金属套7。两个系统A和B的水平面是相互错开的，如图1所示。在图中左面是系统A，右面是系统B。每个系统不仅对进流而且对回流都有一竖直安装的管道38(进流)和39(回流)作为收集器。所有的管道均在压力壳外面。(图1中管道39为回流管道)图2说明了二个系统A和B的管道38和39是如何相向排列的;在压力壳1上，它们在径向处于相对位置，同一系统的进流与回流二个收集器相邻并排在一起。
在压力壳1的盖板5和底板4中，冷却管35是沿着螺旋线安装的，如图3给出了两个系统A和B中的一种情况。为了在冷却管中得到相等的流动阻力，所有冷却管均有相同的长度，这样就要求有不同的包缠角。在这二部分中，环形收集器40用于进流，41用于回流。按照顺序接到相应的管道收集器38，39。这些情况可查阅图1。(环形收集器41在图1和3中是错开的)在盖板5的高度设置了系统A和B的环形收集器40，41。这些收集器经径向输入管道36和输出管道37与盖板5上的冷却管35连接，并且用可拆卸的连接部件接收到相应的管道收集器38，39上，这样不会给盖板5的开启(例如更换燃料时)带来困难。
图4，5和6给出了热交换器-冷却管35的几种结构图。
在图4中，冷却管35是半球形壳42，这些冷却管焊在金属套7上。为了避免半球形冷却管在突然发生故障时(如密封遭破坏)，危害金属套7的密封性能，因此半球形冷却管42的管壁强度，以及焊缝的厚度相应地由金属套7的厚度来决定。在金属套7与气体接触的表面上焊上许多销钉(利用活塞冲程点火法Hubzündverfahren)这样使冷却气体的热量传到金属套7上，而后传到冷却管35上的状况得到改善。焊接销钉与焊接筋板比起来不仅在生产技术方面而且在经济上都有优点。
在图5中，冷却管35具有正方形截面44，它也同样焊在金属套7上。在金属套与气体接触的表面上焊有销钉43。冷却管同样可采用园形截面。
如图6所示，冷却管35也可以用铸铁管45，与金属套7构成一个整体，这样销钉可直接装在铸铁管上。
权利要求
1.用混凝土制成的反应堆压力壳用于具有球形核燃料堆心的低功率气体冷却核反应堆，它是由园柱形的壳壁、底板和需要时可拆卸的盖板构成，并且为了散掉反应堆内的热量在其内表面上装有冷却水管，其特征为a)混凝土外壳中，以已知的方式沿着径向和轴向拉紧加固部件或预应力钢筋以承受由压力壳内部压力和其他负荷而引起的拉伸力；b)在反应堆压力壳(1)内壁上以已知的方式衬上金属套(7)，在其与混凝接触一侧装有冷却管(35)；c)金属套(7)和冷却管(35)一起构成了用冷却气体传热的核反应热交换器；d)金属套(7)被混凝土外壳中的冷却管(35)固定；e)热交换器二次侧至少有两个独立的系统(A，B)，冷却管(35)经过沿着径向装在混凝土中的输入和输出管道(36，37)与反应堆压力壳(1)外面的进流(38，40)和回流(39，41)收集器连接；f)相邻的冷却管(35)以及输入和输出管道(36，37)分属不同系统(A，B)并且流向相反；
2.根据权利要求
1的反应堆压力壳，其特征是在其园柱形外壳中，金属套(7)的厚度与反应堆压力壳(1)的内径有关，并且厚度选择得使其不需要再另行加固。
3.根据权利要求
1的反应堆压力壳，其特征是可拆卸的盖板(5)用夹紧部件(6)固定并可从外部进行调整。
4.根据权利要求
3的反应堆压力壳，其特征是固定盖板(5)的夹紧部件(6)其末端在园柱形外壳(3)的上部。
5.根据权利要求
3的反应堆压力壳，其特征是固定盖板(5)的夹紧部件通过整个园柱形外壳和反应堆压力壳的底板。
6.根据权利要求
1的反应堆压力壳，其特征是在有拆卸密封部件(21，31)的盖板(5)中，设置有安装孔(20，30)，这些孔用来安装吸收棒(29)的传动设备和鼓风机马达(19)。
7.根据权利要求
1的反应堆压力壳，其特征是在园柱形外壳(3)的内部，所有系统(A，B)的冷却管均装在水平面内，并且在整个园周上都包着金属套(7)。
8.根据权利要求
1的反应堆压力壳，其特征是每个系统(A或B)，对于装在园柱形外壳(3)中的冷却管来说，有一进流收集器(38)和一回流收集器(39)，收集器(39，39)由竖直的管道构成，并且每个系统(A或B)的收集器(38，39)都在压力壳的同一侧。
9.根据权利要求
8的反应堆压力壳，其特征是热交换器主要有两个独立的系统(A，B)，并且第一个系统(A)的收集器(38，39)与第二系统(B)的收集器(38，39)在径向处于相对位置。
10.根据权利要求
1的反应堆压力壳，其特征是在反应堆压力壳的底板(4)和盖板(5)中，冷却管(35)是沿着螺旋线安装的，并且在这二部分中的每一部分，对每个系统(A或B)来说，都有一进流环形收集器(40)和一回流环形收集器(41)。
11.根据权利要求
10的反应堆压力壳，其特征是由于包缠角不同，所有的冷却管(35)的长度均相同。
12.根据权利要求
8和10的反应堆压力壳，其特征是每个系统(A或B)的进流(40)和回流(41)环形收集器与相应管道收集器(38，39)连接。
13.根据权利要求
12的反应堆压力壳，其特征是装在盖板(5)上的环形收集器(40，41)与管道收集器(38，39)进行可拆卸连接。
14.根据权利要求
7和10的反应堆压力壳，其特征是冷却管(35)为半球形并焊在金属套(7)上。
15.根据权利要求
14的反应堆压力壳，其特征是半球壳壁的强度以及焊缝的厚度由金属套的厚度决定，应使当半球壳密封遭到破坏时不会引起金属套(7)的密封遭到破坏。
16.根据权利要求
7和10的反应堆压力壳，其特征是冷却管(35)具有正方形截面(44)并且焊在金属套(7)上。
17.根据权利要求
7和10的反应堆压力壳，其特征是冷却管(35)具有园形截面并且焊在金属套(7)上。
18.根据权利要求
7和10的反应堆压力壳，其特征是冷却管(35)是在金属套(7)中并与其成为一整体的铸铁管(45)。
19.根据权利要求
14，16，17和18的反应堆压力壳，其特征是在金属套接触气体一侧焊有销钉，其数量决定于所要求的热流密度。
专利摘要
本专利涉及用于低功率气体冷却核反应堆之混凝土压力壳。为了经济地确定冷却气体的安全用量以及散掉反应堆芯中的热量，压力壳装有加固部件或夹紧部件，这些部件承受着压力壳全部内压力。冷却气体将其热量传输到热交换器上。它由压力壳金属套和装在金属套混凝土一侧的冷却水管构成。热交换器在其二侧至少有二个独立的系统，每个系统均有装在压力壳外面的冷却水进水与回水收集器。每根冷却管都通过输入与输出管道和相应的收集器连接。
文档编号G21C15/12GK87100468SQ87100468
公开日1987年9月2日 申请日期1987年1月26日
发明者格哈特·贝克尔, 约瑟夫·舍恩宁 申请人:高温反应器制造服份公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan