导管壳体的制作方法

本申请涉及核技术领域，特别涉及一种设备导管壳体。

背景技术：

核裂变反应堆包括增殖-燃烧快速反应堆(也被称为行波反应堆，或TWR)。TWR指将被设计成在起动之后使用天然铀、贫铀、消耗的轻水反应堆燃料或钍作为重载燃料无限期地运转并且其中增殖且然后燃烧的波将相对于燃料行进的反应堆。因此，在一些方面，TWR是依赖于增殖至可用状态并现场燃烧的亚临界重载燃料运行的直通式快速反应堆。在TWR中，增殖和裂变波(“增殖-燃烧波”)起源于反应堆的中央核心中并且相对于燃料移动。在燃料静止的情况下，增殖和燃烧波从着火点向外扩展。在一些情况下，燃料可移动以使得增殖和燃烧波相对于核心静止(例如，驻波)但相对于燃料移动；驻波应被视为一种TWR。燃料组件的移动称为“燃料倒换(fuel shuffling)”并且可完成驻波，这是对反应堆特性(热、通量、功率、燃料燃烧等)的调节。燃料组件在中央核心中倒换，中央核心配置在反应堆容器中。燃料组件包括裂变核燃料组件和肥沃核燃料组件。在中央核心中还可配置有用于调节反应堆特性的反应控制组件。

通过驻波限定的裂变能量形成热能，热能先后经一个或多个主冷却剂环路和中间冷却剂环路移送到蒸汽发生器以发电，并且通过一组水冷式真空冷凝器排斥低温热。冷却剂系统分为主冷却剂环路和中间冷却剂环路有助于维持核心和主冷却剂环路的完整性。在TWR中，主冷却剂环路和中间冷却剂环路两者都采用液态钠作为冷却剂。

技术实现要素：

公开了一种导管壳体。在一方面，导管壳体包括顶面、一对侧面和正面。所述顶面包括成多排布置的多个竖向导管端口。所述一对侧面配置成彼此相对并且与所述顶面邻接。所述正面位于所述一对侧面之间并且限定出多个阶梯状面。所述阶梯状面包括多个朝下面，其中所述多个朝下面中的每一个都限定出朝下面平面。所述阶梯状面还包括多个朝上面，其中所述多个朝上面中的每一个都限定出朝上面平面。每个所述朝上面都包括多个斜导管端口。所述导管壳体还包括配置成与所述正面相对并与所述顶面邻接的背面。

可选择地，竖向导管端口的数量在相邻的排上在偶数与奇数之间交替。此外，可选择地，一排竖向导管端口均匀地隔开并且与相邻的排的竖向导管端口偏离。可选择地，斜导管端口的数量在相邻的朝上面上在偶数与奇数之间交替。可选择地，一个朝上面上的斜导管端口均匀地间隔开并且与相邻的朝上面上的斜导管端口偏离。

在所述背面中也可限定出多个次级阶梯状面。所述次级阶梯状面包括多个次级朝下面，所述多个次级朝下面中的每一个都限定出朝下面平面，并且其中每个朝下面平面都平行于相邻的朝下面平面。所述阶梯状面包括多个次级朝上面，所述多个次级朝上面中的每一个都限定出朝上面平面，并且其中每个所述朝上面平面都平行于相邻的朝上面平面。此外，每个朝上面都包括多个二级斜导管端口。

可选择地，多个导管的一部分位于所述壳体内并且所述多个导管中的每一个都与竖向导管端口或斜导管端口连接。可选择地，所述导管构造成沿与所述顶面相对的方向离开所述壳体。可选择地，每个所述朝下面平面平行于相邻的朝下面平面，并且每个所述朝上面平面平行于相邻的朝上面平面。

附图说明

以下构成本申请的一部分的附图对所描述的技术而言是说明性的且并非意在以任何方式限制要求专利权的技术的范围，该范围应当基于在此所附的权利要求。

图1以框图形式示出TWR反应堆的一些基本构件。

图2是TWR反应堆的反应堆核心以及与其相关的接近/访问和控制机构的部分透视图。

图3A-3D是设备导管壳体的一个例子的各种视图。

图4是设备导管壳体的另一个例子。

具体实施方式

图1以框图形式示出行波堆(TWR)100的一些基本构件。一般而言，TRW100包括容纳多个燃料组件(未示出)的反应堆核心102。核心102配置在保持一定体积的液态钠冷却剂106的池104内的最低位置处。池104被称为热池并且具有比也容纳液态钠冷却剂106的周围冷池108高的钠温度(归因于由应堆核心102中的燃料组件产生的能量)。热池104通过内部容器110与冷池108分开。可选择的钠冷却剂106的液面上方的头部空间112可充填有诸如氩气的惰性覆盖气体。安全容器114包围反应堆核心102、热池104和冷池108，并且利用反应堆顶盖116密封。反应堆顶盖116提供通向安全壳114的内部中的各种进入点。

反应堆核心102的尺寸基于多个因素来选择，包括燃料的特性、期望的发电量、可获得的反应堆100空间等等。TWR的各种实施例可根据需要或期望用于低功率(约300MW_e-约500MW_e)、中功率(约500MW_e-约1000MW_e)和大功率(约1000MW_e及以上)的应用中。可通过在核心102周围设置未示出的一个或多个反射体以将中子反射回到核心102中来提高反应堆100的性能。

钠冷却剂106经由主钠冷却剂泵118在容器114内循环。主冷却剂泵118从冷池108抽吸钠冷却剂106并且贴近反应堆核心(例如，在其下方)将它喷射到热池104中，在此冷却剂106由于反应堆核心102内发生的反应而被加热。一部分被加热的冷却剂106从热池104的上部进入中间热交换器120，并且在冷池108中的位置处离开中间热交换器120。这种主冷却剂环路122因而使钠冷却剂106完全在反应堆容器114内循环。

中间热交换器120还包括液态钠冷却剂并且用作主冷却剂环路122与发电系统123之间的屏障，因此能确保核心102和主冷却剂环路122的完整性。中间热交换器120将热从主冷却剂环路122(完全容纳在容器114内)传递到中间冷却剂环路124(仅部分地位于容器114内)。中间热交换器120穿过内部容器110中的开口，从而跨接热池104和冷池108(以便允许主冷却剂环路122中的钠106在其间流动)。在一个实施例中，四个中间热交换器120分布在容器114内。

中间冷却剂环路124使经管道进出容器114的钠冷却剂126经由反应堆顶盖116循环。位于反应堆容器114的外部的中间钠泵128使钠冷却剂126循环。热从主冷却剂环路122的钠冷却剂106传递至中间热交换器120中的中间冷却剂环路124的钠冷却剂126。中间冷却剂环路124的钠冷却剂126穿过中间热交换器120内的多个管130。这些管130保持主冷却剂环路122的钠冷却剂106与中间冷却剂环路124的钠冷却剂126分离，同时在其间传递热能。

直接热交换器132伸入热池104内并且向主冷却剂环路122内的钠冷却剂106提供额外的冷却。直接热交换器132构造成允许钠冷却剂106从热池104进入和离开热交换器132。直接热交换器132具有与中间热交换器120相似的结构，其中管134保持主冷却剂环路122的钠冷却剂106与直接反应堆冷却剂环路138的钠冷却剂136分离，同时在其间传递热能。

其它辅助反应堆构件(位于反应堆容器114内和反应堆容器114外)包括但不限于未示出但对本领域的技术人员而言将显而易见的泵、止回阀、截止阀、凸缘、疏水槽等。未示出穿过反应堆头部116的另外的贯通孔(例如，用于主致冷剂泵118的端口、惰性覆盖气体和检查端口、钠处理端口等)。控制系统140用于控制和监测反应堆100的各种构件。

宽泛而言，本公开描述了提高图1所述的反应堆100的性能的构型。具体地，位于反应堆顶盖116上的设备导管壳体的实施例、构型和布置结构被示出并且以下参考图3A-图4更具体地描述。

图2是TWR反应堆150的反应堆核心以及与其相关的接近/访问和控制机构的部分透视图。两个设备导管壳体200位于配置在反应堆顶盖(未示出)内的旋转插塞组件152上。导管从导管壳体200经插塞组件152延伸到反应堆150的热池104内。各导管未被示出，但穿过集管154(其与每个设备导管壳体200相关)。导管终止在反应堆核心上方。能够监测诸如温度和流量的各种反应堆参数的设备插入到导管内并且位于核心102附近。这种设备可根据出于特定目的的需求或期望而包括传感器、线、探针、其组合等等。

一般地，设备导管壳体200支承导管并且还提供对的每个导管的直接接近每个导管以用于设备接近/访问。每个导管都与反应堆核心中的特定有效燃料位置相关。可使用未示出的配件来将导管固定在壳体200的表面上。该配件限制导管相对于壳体200的移动并且密封壳体的内部空间。此外，导管的穿过配件的部分可被密封。

端口和导管可在导管壳体200的多个面上交错，这缩小了壳体200的要求尺寸。每个导管都具有最小弯曲半径，在图3A-4所示的实施例中其为约1.5米。需要这种弯曲半径以允许设备或其它元件插入到导管中并且在不绑扎的情况下向下穿过导管并且给送到反应堆核心中。因此，交错的朝上面在使导管的弯曲最大化的同时实现了对导管的接近/访问，尤其是与位于平坦、竖向的侧面上或交错的朝下面上的端口相比。

位于壳体200的顶面上的端口最大限度地减小了导管壳体200的高度。即，在顶面上没有端口的情况下，导管壳体200将需要包括另外的阶梯状面以提供用于每个导管的端口，由此增加导管壳体200的高度。作为例子，在所示的实施例中，导管壳体200将需要六个以上阶梯面以接纳所有导管。由于地震考虑和接近/访问的容易性，增加导管壳体的高度一般是不希望的。

另外，端口的交替定位进一步增强了对导管的接近/访问并且使壳体内的空间利用最大化，这也缩小了导管壳体200的尺寸。在所示的实施例中，存在235个有效燃料位置和两个导管壳体200，每个导管壳体都具有121个导管端口。因此，存在比有效燃料位置多七个的导管端口。在另一些实施例中，反应堆核心中的每个有效燃料位置有一个导管。其它数量的导管端口和有效燃料位置是可能的。

此外，相继的排中的端口的数量在两个数值之间交替(但是在不同实施例中可设想或多或少的数量)。然而，在其它实施例中，在一个或多个相邻的排之间该数量可以相同。无论如何，导管端口的相对定位是这样的，即每个相邻的排都偏离一个或多个相邻的排。

图3A-3D示出设备导管壳体200的一个示例性实施例。在图3B中，设备导管壳体200的外表面被示出为透明的以显示其中的导管201。导管壳体200包括顶面202、一对侧面204、正面206和背面208。在所示的实施例中，顶面202和正面206限定出多个导管端口210、212。可采用任何数量的竖向导管端口210、212。

正面206包括多个阶梯状面205和207，以及弯曲的下部209。阶梯状面包括多个朝上面205和多个朝下面207。每个朝上面205都大致是平坦的并且平行于其它朝上面205。同样，每个朝下面207都大致是平坦的并且平行于其它朝下面207。另外，每个朝上面205都大致垂直于相邻的朝下面207。在另一些实施例中，朝上面205和朝下面207可成非法线角交叉。

朝上面205包括斜导管端口212。斜导管端口212的数量可在相邻的朝上面205上交替。即，一个朝上面可具有五个斜导管端口，而相邻的朝上面可具有六个斜导管端口，等等。另外，相邻的朝上面205中的斜导管端口212以偏离方式排列，使得在每隔一个朝上面205上的斜导管端口212对齐。相邻的或相继的朝上面的端口的数量可适当变化。

顶面202限定出可从最顶部的朝上面205后退距离D的竖向导管端口210。该距离提供用于从最上部的朝上面205向下朝反应堆顶盖弯曲的导管的空间。顶面202限定出多排竖向导管端口210。多排竖向导管端口210可在偶数个竖向导管端口210与奇数个竖向导管端口210之间交替。如图所示，各排在每排中有五个和六个竖向导管端口210之间交替。

另外，每排竖向导管端口210都偏离相邻的排。因此，竖向导管端口210每隔一排对齐并且具有相同数量的竖向导管端口210。偏离排列有利于导管壳体200内的空间的有效利用并且为诸如扳手的工具以将螺母、型铁锁(swage lock)或其它固定部件紧固在导管壳体200上提供空间。正面206的弯曲下部209接纳导管201的弯曲半径。因此，在弯曲的下部209中限定出端口的任何朝上面需要导管比它们的设计公差更多地弯曲(根据允许插入其中的设备通过的需求)。弯曲的下部209使壳体200在反应堆顶盖上的覆盖范围最小化。在具有不同弯曲半径规格的另一些实施例中，弯曲的下部209可更小或更大。

导管201被特别地示出为穿过图3B和3D中的透明表面。为清楚起见，仅示出一些导管201。每个导管都终止于可限定尺寸的单个端口210或端口212。在例子中，每个导管201可抵靠着其相关的表面被密封。导管201经开口250离开导管壳体200并且进入反应堆的内部中。

在一个例子中，在导管离开导管壳体200之后，它们可扭转以防止直接向壳体内辐射的管路。可替代地或附加地，多个钢珠可位于导管的离开点附近以便折射辐射。

图4是导管壳体300的第二实施例的透视图。第二实施例300在正面306和背面308上具有斜导管312，侧面304位于正面306和背面308之间。正面306和背面336同样地确定尺寸和构成，具有相同数量的朝上面305、朝下面307和一致的弯曲部309。斜导管端口312类似地布置在正面306和背面336的朝上面305上。顶面302包括多排竖向导管端口310。

应理解，本公开不限于在此公开的特定结构、处理步骤或材料，但扩展至相关领域的普通技术人员将认识到的它们的等同物。还应理解，这里使用的术语仅仅是出于描述具体实施例的目的，且并非意图进行限制。必须指出的是，如在本说明书中所用，单数形式的“一”、“一个”和“所述的”包括复数的指代，除非在上下文中另有明确的说明。

将显而易见的是，这里描述的系统和方法很好地适合实现提到的目的和优点以及其中固有的目的和优点。本领域的技术人员将认识到，本说明书内的方法和系统可采用许多方式实施并且因此不应受前面例示的实施例和例子限制。在这方面，这里描述的不同实施例的任意数量的特征可组合成一个实施例并且具有比这里描述的全部特征多或少的特征的替代实施例是可以的。

虽然已出于本公开的目的描述了各种实施例，但可做出各种变更和修改，其很好地处于本公开所设想的范围内。可做出本领域的技术人员将任意地想到并且被涵盖在本公开的精神内的许多其它变更。