核动力发动机及其动力供给装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种核动力发动机及其动力供给装置，动力供给装置包括中心开设有中心孔道的堆芯；主轴，穿设在中心孔道内，两端伸出堆芯分别连接压气机和透平；发电机，与透平相连；屏蔽筒A，套设在堆芯外，与堆芯之间的间隙内填充有超临界二氧化碳；环形冷却器，包覆在屏蔽筒A外，中心轴与中心孔道的中心轴重合；屏蔽筒B，包覆在环形冷却器外。核动力发动机包括动力供给装置及包覆其外的外壳。动力供给装置结构高度紧凑，无任何管道和阀门，可大幅度精简防辐射屏蔽装置，重量轻、体积小；核动力发动机采用动力供给装置，也能减小体积和重量，可满足对发动机有体积、重量要求的场所应用。
【专利说明】
核动力发动机及其动力供给装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及发动机技术领域，具体地，涉及核动力发动机及其动力供给装置。
【背景技术】
[0002]核动力是利用可控核反应来获取能量。利用核反应来获取能量的原理是:当裂变材料在受人为控制的条件下发生核裂变时，核能就会以热的形式被释放出来，这些热量会被用来驱动涡轮机。涡轮机可以直接提供动力，也可以连接发电机来产生电能。提供核能的核反应堆堆芯、转换热能的涡轮机就是整个核动力装置的动力供给装置。
[0003]因为核辐射问题，核动力装置还需要设计核反应屏蔽装置对反应堆进行屏蔽，而目前的核反应中通常使用冷却水进行能量传递，因此需要设计复杂的管路和阀门来进行控制，因此所需要的屏蔽装置体积大、重量重，整个动力供给装置以及核动力系统也相应的体积较大、重量轻。
[0004]核动力发动机由于采用核反应堆提供能量，也面临着上述问题。如果屏蔽装置和核动力发动机体积太大、重量太重，核动力发动机的应用将受到很大限制，尤其是不能应用于要求发动机体积小、重量轻的场合。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的就在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种核动力发动机及其动力供给装置，该核动力发动机的动力供给装置采用超临界二氧化碳作为堆芯冷却剂，简化结构，能够支持屏蔽装置、动力供给装置本身以及和发动机减小体积和重量。
[0006]本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是:
[0007]核动力发动机的动力供给装置，包括:
[0008]堆芯，其中心开设有贯穿堆芯两端的中心孔道；
[0009]主轴，穿设在堆芯的中心孔道内，两端伸出堆芯，一端连接压气机，另一端连接透平；
[0010]发电机，与透平相连；
[0011]屏蔽筒A，套设在堆芯外，且与堆芯之间具有间隙；
[0012]环形冷却器，包覆在屏蔽筒A外，且环形冷却器的中心轴与堆芯的中心孔道的中心轴重合；
[0013]屏蔽筒B，包覆在环形冷却器外，将压气机、屏蔽筒A、堆芯、环形冷却器、主轴、透平、发电机密封在其内部；
[0014]所述屏蔽筒A的内壁、压气机的内侧、透平的内侧之间构成加热腔D，所述加热腔D内填充有超临界二氧化碳;所述压气机的外侧、屏蔽筒A的后端面、环形冷却器的后端面、屏蔽筒B的后部侧壁和屏蔽筒B的后端壁构成第一腔体C;所述透平的外侧、屏蔽筒A的前端面、环形冷却器的前端面、屏蔽筒B的前部侧壁和屏蔽筒B的前端壁构成第二腔体E;所述压气机的进口与第一腔体C连通、压气机的出口与加热腔D连通;所述透平的流体入口与加热腔D连通、透平的流体出口与第二腔体E连通;所述环形冷却器内设置有供超临界二氧化碳流动的流道，该流道与第一腔体C和第二腔体E均连通;所述发电机位于第二腔体E内；
[0015]所述堆芯包括围筒、内部支撑筒、上部支撑板、下部支撑板、核燃料组件;所述围筒套设在内部支撑筒外，且二者轴线重合，内部支撑筒与围筒之间构成一个环形空腔;所述下部支撑板和上部支撑板均呈圆环状，分别安装在环形空腔两端，且下部支撑板和上部支撑板均连接在内部支撑筒和围筒之间；所述核燃料组件安装在所述环形空腔内；所述围筒内壁还设置有一层中子反射层;所述内部支撑筒、围筒、中子反射层上均开设有供超临界二氧化碳通过的流体通孔。
[0016]上述压气机的外侧的是指压气机的远离堆芯的一侧，反之，压气机的内侧是指压气机的靠近堆芯的一侧；上述透平的外侧的是指透平的远离堆芯的一侧，透平的内侧是指透平的靠近堆芯的一侧;上述环形冷却器的前端面是指环形冷却器的靠近透平的一端的端面，环形冷却器的后端面是指环形冷却器的靠近压气机的一端的端面;上述屏蔽筒A的前端面是指屏蔽筒A靠近透平的一端的端面，屏蔽筒A的后端是指屏蔽筒A靠近压气机的一端的端面;上述屏蔽筒B的前部侧壁是指屏蔽筒B的靠近透平附近的侧壁，屏蔽筒B的后部侧壁是指屏蔽筒B的靠近压气机附近的侧壁;屏蔽筒B的前端壁是指屏蔽筒B靠近透平的一端的端壁，屏蔽筒B的后端壁是指屏蔽筒B靠近压气机的一端的端壁。
[0017]上述技术方案中，核动力发动机的动力供给装置采用一体化布局方式，结构高度紧凑，无任何管道和阀门，简化结构，可以减小自身的体积和重量，还可以大幅度精简发动机内的防辐射屏蔽装置，从而整体上实现发动机重量轻、体积小的目标。采用超临界二氧化碳作为堆芯冷却剂，利用超临界二氧化碳拟临界区物性突变现象，将压气机运行点设置在拟临界温度附近的小密度区，将透平运行点设置在拟临界温度之后的大密度区，可以降低压缩功耗，实现高效率输出。此外，超临界二氧化碳有利于提高堆芯温度，满足堆芯热工安全限制，更有利于动力供给装置、整个发动机的结构简化，实现动力供给装置以及发动机的结构简单紧凑和微型化。堆芯的前述结构使得堆芯结构更紧凑和规则，便于布置，减小堆芯自身的体积和重量，支持核动力发动机的体积和重量减小。
[0018]作为本实用新型的进一步改进，所述下部支撑板上设置有支撑装置，所述核燃料组件安装在支撑装置上。
[0019]进一步，所述中心孔道的直径不大于120mm，在保障主轴穿过的前提下，尽量减小堆芯以及其外的部件的体积，实现动力供给装置以及发动机的小型化。
[0020]进一步，屏蔽筒A与堆芯之间的间隙的宽度不大于100mm，以在满足超临界二氧化碳的换热要求下，尽量减小屏蔽筒A以及其外的设备的体积，实现动力供给装置以及发动机的小型化。
[0021]进一步，所述堆芯的靠近透平的一端与屏蔽筒A密封连接。
[0022]进一步，所述屏蔽筒A呈中空圆筒状，其内壁上还设置有一个环形凸起，所述堆芯的靠近透平的一端正对环形凸起且与该环形凸起密封连接。环形凸起可以阻挡超临界二氧化碳的作用，防止超临界二氧化碳不经堆芯直接进入透平，使得所有超临界二氧化碳都经堆芯加热后进入透平做功，加热更充分，提高发电效率。
[0023]进一步，所述环形凸起连接在堆芯的靠近透平的一端的外壁上，使屏蔽筒A与堆芯之间的间隙更长，超临界二氧化碳能够从堆芯更大的面积的外壁进入堆芯。
[0024]进一步，所述屏蔽筒B呈两端封闭的圆筒状结构，使整个发动机的结构在周向上对称。
[0025]进一步，所述屏蔽筒A和屏蔽筒B均采用核辐射屏蔽材料制成。
[0026]核动力发动机包括机壳和动力装置，所述动力装置为上述任一技术方案中的核动力发动机的动力供给装置，所述机壳包覆在屏蔽筒B外。由于动力供给装置体积小、重量轻，从而发动机也实现了重量、体积的减小。
[0027]综上，本实用新型的有益效果是:
[0028]1、本实用新型中，堆芯的结构紧凑、规则，便于布置，减小堆芯自身的体积和重量，支持动力供给装置以及核动力发动机的体积和重量减小；
[0029]2、核动力发动机的动力供给装置采用超临界二氧化碳作为堆芯冷却剂，有利于提高堆芯温度，满足堆芯热工安全限制，更有利于动力供给装置以及整个发动机的结构简化，实现发动机的结构简单紧凑和微型化;动力供给装置采用一体化布局方式，结构高度紧凑，无任何管道和阀门，可以大幅度精简发动机内的防辐射屏蔽装置，从而整体上实现发动机重量轻、体积小的目标，进而实现发动机的微型化，可以应用于陆地、航空、海上对发动机重量、体积有要求的场所；
[0030]3、本实用新型中，核动力发动机采用超临界二氧化碳作为堆芯冷却剂，利用超临界二氧化碳拟临界区物性突变现象，将压气机运行点设置在拟临界温度附近的小密度区，将透平运行点设置在拟临界温度之后的大密度区，可以降低压缩功耗，实现高效率输出；
[0031]4、本实用新型采用超临界二氧化碳作为冷却剂，超临界二氧化碳性能稳定、密度适中，对温度要求相对较低，能够在较低温度下进入超临界状态，从而其压缩功耗较小，能够使堆芯保持较高的净效率输出；
[0032]5、本实用新型的核动力发动机在堆芯外设置的屏蔽筒A和屏蔽筒B构成的防辐射屏蔽装置，具有2道核辐射防护屏蔽层，核辐射防护效果好。
【附图说明】
[0033]图1是本实用新型的核动力发动机的堆芯的结构示意图；
[0034]图2是本实用新型的核动力发动机的一个具体实施例的结构示意图；
[0035]图3是实施例1中核动力发动机中超临界二氧化碳的流动示意图；
[0036]图4是实施例4中的环形冷却器的结构示意图；
[0037]图5是实施例4中的环形冷却器的AA’剖面图；
[0038]图6是实施例3中的核动力发动机的结构示意图.
[0039]附图中标记及相应的零部件名称:1_堆芯;2-压气机;3-透平;4-发电机;5-主轴；6-环形冷却器;62-内筒;61-外筒;63-环形端板;64-通孔;67-导流管；7-屏蔽筒A; 71-环形凸起;8-屏蔽筒B; 9-机壳；11-第一挡板；12-第二挡板；100-核燃料组件；101-围筒；102-内部支撑筒；103-下部支撑板;104-上部支撑板;105-中子反射层；106-支撑装置;107-流体通孔;21-压气机的内侧;22-压气机的外侧;31-透平的内侧;32-透平的外侧;61-环形冷却器的前端面;62-环形冷却器的后端面;74-屏蔽筒A的前端面;72-屏蔽筒A的后端面;73-屏蔽筒A的内壁;81-屏蔽筒B的前部侧壁;82-屏蔽筒B的前端壁;83-屏蔽筒B的后部侧壁;84-屏蔽筒B的后端壁。
【具体实施方式】
[0040]下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步地的详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。
[0041 ] 实施例1:
[0042]如图2所示，核动力发动机的动力供给装置包括堆芯1、压气机2、透平3、发电机4、主轴5、环形冷却器6、屏蔽筒A7、屏蔽筒B8。
[0043]所述堆芯I呈圆柱状，且中心开设有中心孔道，中心孔道贯穿圆柱状堆芯I的两端，故堆芯I的截面呈环形，环形截面的内径等于中心孔道的直径，所述中心孔道的直径不大于120_。本实施例中，所述中心孔道的直径取120_。
[0044]所述主轴5，穿设在堆芯I的中心孔道内，两端伸出堆芯I，一端连接压气机2，另一端连接透平3;所述发电机7与透平6相连。
[0045]所述屏蔽筒A7为中空圆筒结构，套设在堆芯I外，且屏蔽筒A7与堆芯I之间具有间隙，这样，屏蔽筒A7的内壁73、压气机2的内侧21、透平3的内侧31之间构成加热腔D，所述加热腔D内填充有超临界二氧化碳，使屏蔽筒A7的腔体内部充满超临界二氧化碳，为堆芯I提供工作空间，压气机2位于堆芯I的进口端，透平3和发电机4位于环形堆芯I的出口端。屏蔽筒A7与堆芯I之间具有间隙是指堆芯I的外壁与屏蔽筒A7的内壁73之间的间隙。本实施例中，所述屏蔽筒A7与堆芯I之间的间隙宽度不大于100mm，以在满足超临界二氧化碳的换热要求下，尽量减小屏蔽筒A以及其外的设备的体积，实现发动机的小型化。本实施例中，屏蔽筒A7与堆芯I之间的间隙为90mm，该间隙太小则超临界二氧化碳在堆芯I中进行换热不充分，太大则增大屏蔽筒A7、环形冷却器6、屏蔽筒8的体积，从而增大整个动力供给装置的体积，从而增大发动机的体积，不利于发动机的小型化。
[0046]所述环形冷却器6包覆在屏蔽筒A7外，且环形冷却器6、屏蔽筒A7、堆芯I的中心孔道三者的中心轴线重合;环形冷却器6是指截面呈环形的冷却器，屏蔽筒A7位于环形冷却器6的环形空腔内，环形冷却器6可以采用现有技术中的核反应堆中常用的冷却器，其内部填充有冷却水，超临界二氧化碳通过环形冷却器6时被冷却水进行冷却。
[0047]所述环形冷却器6外还包覆有屏蔽筒B8，该屏蔽筒B8呈两端封闭的圆筒状结构，将压气机2、屏蔽筒A7、堆芯1、环形冷却器6、主轴5、透平3、发电机4密封在其内部;所述机壳9包覆在屏蔽筒B8外，也即堆芯I外沿径向自内向外依次布置有屏蔽筒A7、环形冷却器6、屏蔽筒B8。
[0048]本实施例中的压气机2采用本领域常见的压气机，例如但不限于采用专利申请201210208803.7中的压气机，压气机是利用高速旋转的叶轮叶片给空气作功以提高空气压力的部件，一般包括壳体，壳体上具有进口和出口、叶轮、转动轴。透平3是将流体介质中蕴有的能量转换成机械功的机器，又称涡轮，包括透平轴、叶轮、叶片、流体入口、流体出口等机构，本实施例中采用本领域常见的透平机。
[0049]本实施例中，堆芯I是固定于发动机内部的核心部件，其采用设有中心孔道的圆柱状结构，主轴5穿过堆芯I的中心孔道，压气机2、透平3、发电机4通过主轴5依次同轴布置，本实施例中压气机2的叶轮、透平3的叶轮、发电机4的电枢安装在主轴5上，使压气机2的叶轮、透平3的叶轮、发电机4的电枢同时且随主轴5转动，使超临界二氧化碳从堆芯I流出后垂直于透平3的叶片进入透平3做功，前述结构的设置以及环形冷却器6采用环形结构，使得整个动力供给装置对称设置、非常规则，避免动力供给装置不规则导致重力分布造成控制难度的增加。实际应用中，压气机2的叶轮、透平3的叶轮、发电机4的电枢可以采用不同的轴，但通过联轴器相连;也可以将压气机2的叶轮、透平3的叶轮安装在主轴5上，发电机4的电枢通过联轴器与透平3的叶轮相连实现发电机4与透平的连接。压气机2、透平3、发电机4的安装为现有技术，本实施例中不再赘述。
[0050]本实施例中，屏蔽筒A7的两端与屏蔽筒B8的两端不接触，环形冷却器6的两端均与屏蔽筒B8的两端不接触;所述压气机2的外侧22、屏蔽筒A7的后端面72、环形冷却器6的后端面62、屏蔽筒B8的后部侧壁83和屏蔽筒B8的后端壁84构成第一腔体C;所述透平3的外侧32、屏蔽筒A7的前端面74、环形冷却器6的前端面61、屏蔽筒B8的前部侧壁81和屏蔽筒B8的前端壁82构成第二腔体E;所述压气机2的进口与第一腔体C连通、压气机2的出口与加热腔D连通;所述透平3的流体入口与加热腔D连通、透平3的流体出口与第二腔体E连通;所述环形冷却器6内设置有供超临界二氧化碳流动的流道，该流道与第一腔体C和第二腔体E均连通;所述发电机4位于第二腔体E内。
[0051]上述压气机2的外侧22的是指压气机2的远离堆芯I的一侧，压气机2的内侧21是指压气机2的靠近堆芯I的一侧；上述透平3的外侧32是指透平3的远离堆芯I的一侧，透平3的内侧31是指透平3的靠近堆芯I的一侧。
[0052]上述环形冷却器6的前端面61是指环形冷却器6的靠近透平3的一端的端面，环形冷却器6的后端面62是指环形冷却器6的靠近压气机2的一端的端面;在图2中，环形冷却器6的前端面61即环形冷却器6的上端面，环形冷却器6的后端面62即下端面。
[0053]上述屏蔽筒A7的前端面74是指屏蔽筒A7靠近透平3的一端的端面，屏蔽筒A7的后端面72是指屏蔽筒A7靠近压气机2的一端的端面;在图2中，屏蔽筒A7的前端面74即屏蔽筒A7的上端面，屏蔽筒A7的后端面72即屏蔽筒A7的下端面。
[0054]上述屏蔽筒B8的前部侧壁81是指屏蔽筒B8的靠近透平3附近的侧壁，屏蔽筒B8的后部侧壁83是指屏蔽筒B8的靠近压气机2附近的侧壁；屏蔽筒B8的前端壁82是指屏蔽筒B8靠近透平3的一端的端壁，屏蔽筒B8的后端壁84是指屏蔽筒B8靠近压气机2的一端的端壁。在图2中，屏蔽筒B8的前部侧壁81即屏蔽筒B8的上部侧壁，后部侧壁83即下部侧壁；屏蔽筒B8的前端壁83即屏蔽筒B8的上端壁，后端壁84即下端壁。
[0055]本实施例中的动力供给装置的工作基本原理为:堆芯I内部充满核燃料，发生可控的链式核裂变反应，以超临界二氧化碳为冷却剂，采用布雷顿热力循环模式，利用超临界二氧化碳将核燃料中产生的热能带出，超临界二氧化碳直接进入透平3做功。
[0056]动力供给装置中超临界二氧化碳的流动如图3所示，超临界二氧化碳经压气机2升压后，在加热腔D内，超临界二氧化碳由堆芯I的外环腔(堆芯I与屏蔽筒A7之间的环形腔体也即上述屏蔽筒A7与堆芯I之间的间隙)沿径向进入堆芯I，经核燃料加热后进入内环腔(堆芯I与主轴5之间的环形腔体)，然后沿轴向进入透平3做功，再进入第二腔体E，透平3带动发电机4发电。超临界二氧化碳进入第二腔体E后再进入布置于外侧的环形冷却器6冷却，流出环形冷却器6后进入第一腔体C，最后再次进入压气机2升压，以此循环做功。在加热腔D内，少部分超临界二氧化碳可以直接从外环腔或内环腔通过而不经过堆芯，也能被加热。
[0057]如图1所示，堆芯I包括中空圆筒状的围筒101、中空圆筒状的内部支撑筒102、圆环状的上部支撑板104、圆环状的下部支撑板103、核燃料组件100;
[0058]所述围筒101套设在内部支撑筒102外，且二者轴线重合，内部支撑筒102与围筒101之间构成一个环形空腔;所述下部支撑板103和上部支撑板104分别安装在环形空腔两端，且下部支撑板103和上部支撑板104均连接在内部支撑筒102和围筒101之间；
[0059]所述核燃料组件100安装在所述环形空腔内；所述围筒101内壁还设置有一层中子反射层105;所述内部支撑筒102、围筒101、中子反射层105上均开设有供超临界二氧化碳通过的流体通孔107。
[0060]本实施例中，中空圆筒状的内部支撑筒102内部的空腔就构成了堆芯I的中心孔道，主轴5就从内部支撑筒102内部的空腔穿过。
[0061]进一步地，所述下部支撑板103上设置有支撑装置106，所述核燃料组件100安装在支撑装置106上。本实施例中，支撑装置106采用支撑柱对核燃料组件100进行支撑，实际应用中，支撑装置106也可以采用现有技术中堆芯常用的结构格架、支撑架等。
[0062]上述中子反射层105用于反射高速中子，可以采用氧化铝或石墨或不锈钢。
[0063]上述堆芯I的燃料装载、控制棒布置等技术同现有技术，本实施例中不再赘述。
[0064]本实施例中，屏蔽筒A7和屏蔽筒B8构成防辐射屏蔽装置，均采用核辐射屏蔽材料制成，例如但不限于采用铅、钨、衰变后的铀等重金属或屏蔽混凝土、硼钢、铅硼聚乙烯等屏蔽复合材料等常用辐射材料。
[0065]本实施例中，还提供一种核动力发动机，该核动力发动机包括机壳9和动力装置，所述动力装置为本实施例中的核动力发动机的动力供给装置，所述机壳9包覆在动力供给装置的屏蔽筒B8外。
[0066]本实施例中的动力供给装置采用一体化布局方式，结构高度紧凑，无任何管道和阀门，以此达到大幅度精简防辐射屏蔽装置的目的，从而整体上实现发动机重量轻、体积小、安全可靠的目标，可以应用于陆地、航空、海上对发动机体积、重量有要求的场所(要求发动机体积小、重量轻)。本实施例中的采用超临界二氧化碳作为堆芯冷却剂，利用超临界二氧化碳拟临界区物性突变现象，将压气机运行点设置在拟临界温度附近的小密度区，将透平运行点设置在拟临界温度之后的大密度区，可以降低压缩功耗，实现高效率输出。此夕卜，超临界二氧化碳有利于提高堆芯温度，满足堆芯热工安全限制，更有利于整个发动机的结构简化，实现发动机的结构简单紧凑和微型化。而超临界二氧化碳性能稳定、密度适中，对温度要求相对较低，能够在较低温度下实现超临界，其作为冷却剂压缩功耗较小，能够使堆芯保持较高的净效率输出。
[0067]本实施例中的环形冷却器6位于屏蔽筒A7和屏蔽筒B8之间，覆盖于屏蔽筒A7的外表面，超临界二氧化碳在其内部进行循环流动，将多余热量再通过屏蔽筒B8和外壳9带出发动机。堆芯I燃料组件本身带有的防辐射屏障为其第一道辐射防护屏障；屏蔽筒A7构成第二道辐射防护屏障；屏蔽筒B8将发动机内的涉核部件和放射性物质封装起来，起到辐射防护的作用，是发动机的第三道辐射防护屏障。机壳9在最外侧，对发动机其它部件起一定的保护作用。屏蔽筒B8上和机壳9上开设有供输出动力的电缆穿过的通孔，但是穿过这些通孔的管件与屏蔽筒B8之间应进行良好的密封，防止核辐射，这些密封技术可以采用现有核电站中常用的密封技术实现，此处不再详述。
[0068]实施例2:
[0069]在实施例1的基础上，本实施例中对核动力发动机的动力供给装置进行进一步改进:透平3与屏蔽筒A7之间连接有第一挡板11，压气机2与屏蔽筒A7之间连接有第二挡板12;保障超临界二氧化碳全部从压气机2进入堆芯I，从透平3流出，使得超临界二氧化碳的做功效果更好。
[0070]这样，加热腔D由屏蔽筒A7的内壁73、压气机2的内侦临1、透平3的内侧31、第一挡板
11、第二挡板12合围形成；
[0071]第一腔体C由压气机2的外侧22、屏蔽筒A7的后端面72、环形冷却器6的后端面62、屏蔽筒B8的后部侧壁83、屏蔽筒B8的后端壁84、第二挡板12合围而成；
[0072]第二腔体E由透平3的外侧32、屏蔽筒A7的前端面71、环形冷却器6的前端面61、屏蔽筒B8的前部侧壁81、屏蔽筒B8的前端壁82、第一挡板11合围而成；
[0073]进一步地，透平3和屏蔽筒A7与第一挡板11均密封连接，压气机2与屏蔽筒A7与第二挡板12均密封连接，将堆芯I密封在屏蔽筒A7内。
[0074]具体地，压气机2的外壳与第二挡板12密封连接，并使压气机2的进口位于第二挡板12的远离堆芯I的一侧、出口位于第二挡板12的靠近堆芯I的一侧。透平3的外壳与第一挡板11密封连接，使透平3的流体入口被密封在第一挡板11的靠近堆芯的一侧、流体出口被密封在第一挡板11的远离堆芯的一侧。
[0075]此外，进一步，还可以在压气机2的壳体与主轴5相接触的位置设计动密封结构，防止超临界二氧化碳从主轴5与壳体之间的缝隙通过。同样，透平3的壳体与主轴5相接触的位置也设计有动密封结构。前述动密封机构可以采用现有技术中的旋转轴动密封结构，旋转轴动密封为现有技术，本实施例中不再赘述。
[0076]本方案中，堆芯I的燃料带有的防辐射屏障为其第一道辐射防护屏障;透平3、压气机2与屏蔽筒A7密封连接，将堆芯I进行密封，是除核燃料之外的第二道辐射防护屏障，确保放射性物质不发生泄漏；屏蔽筒B8将发动机内的涉核部件和放射性物质进行密封，起到辐射防护的作用，是发动机的第三道辐射防护屏障，进一步增强发动机的辐射防护效果。此夕卜，透平3和压气机2均与屏蔽筒A7密封连接，能够保障超临界二氧化碳全部从压气机2进入堆芯I，从透平3流出，使得超临界二氧化碳的做功效果更好，换能更彻底。
[0077]实施例3:
[0078]在实施例1或实施例2的基础上，本实施例对动力供给装置进行进一步改进:
[0079]所述堆芯I的靠近透平3的一端与屏蔽筒A7还进行密封连接;具体地，如图6所示:屏蔽筒A7的内壁上具有一个环形凸起71，所述堆芯I的靠近透平3的一端正对环形凸起71，且堆芯I的靠近透平3的一端与该环形凸起71密封连接，环形凸起71可以阻挡超临界二氧化碳，防止超临界二氧化碳不经堆芯I直接进入透平3，使得所有超临界二氧化碳都经堆芯I加热后进入透平3做功，提高发电效率;环形凸起71连接在堆芯I的靠近透平3的一端的外壁上，使屏蔽筒A7与堆芯I之间的间隙更长，超临界二氧化碳能够从堆芯I更大面积的外壁进入堆芯。
[0080]实施例4:
[0081]在实施例1至实施例3的任一实施例基础上，本实施例对动力供给装置的环形冷却器进行进一步改进:
[0082]如图5和图4所示，所述环形冷却器6包括筒身、12根导流管67、2个环形端板63。
[0083]所述筒身由内筒62和外筒61构成，所述内筒62包覆在屏蔽筒A7外;所述外筒61位于内筒62外且二者同轴，外筒61的内径大于内筒62的外径；内筒62和外筒61的两端平齐；
[0084]所述筒身的两端各连接一个环形端板63，即所述2个环形端板63分别连接在筒身的两端，且环形端板63的内壁面与内筒62密封连接、外壁面与外筒61密封连接;每个环形端板63上开设有12个通孔64，且这12个通孔64绕内筒62的圆周方向均匀分布；
[0085]所述内筒62、外筒61和两个环形端板63围成的空腔构成冷却腔，所述冷却腔内填充有冷却水；
[0086]所述导流管67位于冷却腔内，导流管67平行于主轴5，且导流管67的两端各与一个环形端板63的通孔密封连接，即所述导流管67穿过冷却腔、两端密封连接在两个环形端板63的通孔64内，这样:所有导流管67均匀分布在内筒62四周；在环形端板63上，每个通孔64连接一个导流管67;这样，内筒62、外筒61、两个环形端板63和导流管67的外壁构成了一个密闭空腔，该密闭空腔内填充有冷却水。导流管67用于超临界二氧化碳通过，超临界二氧化碳通过导流管67时，冷却腔内的冷却水对超临界二氧化碳进行冷却。冷却水将热量传递给外筒61，外筒61再通过屏蔽筒B8、机壳9向外传递。
[0087]实际应用中，通孔64、导流管67的数量可以根据使用需要设置，不仅限于本实施例中的12个。
[0088]以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.核动力发动机的动力供给装置，其特征在于，包括: 堆芯(1)，其中心开设有贯穿堆芯(I)两端的中心孔道； 主轴(5)，穿设在堆芯(I)的中心孔道内，两端伸出堆芯(I)，一端连接压气机(2)，另一端连接透平(3); 发电机(4)，与透平(3)相连； 屏蔽筒A(7)，套设在堆芯(I)外，且与堆芯(I)之间具有间隙； 环形冷却器(6)，包覆在屏蔽筒A(7)外，且环形冷却器(6)的中心轴与堆芯(I)的中心孔道的中心轴重合； 屏蔽筒B(S)，包覆在环形冷却器(6)外，将压气机(2)、屏蔽筒A(7)、堆芯(1)、环形冷却器(6)、主轴(5)、透平(3)、发电机(4)密封在其内部； 所述屏蔽筒A(7)的内壁(73)、压气机(2)的内侧(21)、透平(3)的内侧(31)之间构成加热腔D，所述加热腔D内填充有超临界二氧化碳;所述压气机(2)的外侧(22)、屏蔽筒A(7)的后端面(72)、环形冷却器(6)的后端面(62)、屏蔽筒B(S)的后部侧壁(83)和屏蔽筒B(S)的后端壁(84)构成第一腔体C;所述透平(3)的外侧(32)、屏蔽筒A(7)的前端面(74)、环形冷却器(6)的前端面(61)、屏蔽筒B(8)的前部侧壁(81)和屏蔽筒B(8)的前端壁(82)构成第二腔体E;所述压气机(2)的进口与第一腔体C连通，压气机(2)的出口与加热腔D连通;所述透平(3)的流体入口与加热腔D连通，透平(3)的流体出口与第二腔体E连通;所述环形冷却器(6)内设置有供超临界二氧化碳流动的流道，该流道与第一腔体C和第二腔体E均连通;所述发电机(4)位于第二腔体E内； 所述堆芯(I)包括围筒(101)、内部支撑筒(102)、上部支撑板(104)、下部支撑板(103)、核燃料组件(100);所述围筒(101)套设在内部支撑筒(102)外，且二者轴线重合，内部支撑筒(102)与围筒(101)之间构成一个环形空腔;所述下部支撑板(103)和上部支撑板(104)均呈圆环状，分别安装在环形空腔两端，且下部支撑板(103)和上部支撑板(104)均连接在内部支撑筒(102)和围筒(101)之间；所述核燃料组件(100)安装在所述环形空腔内；所述围筒(101)内壁还设置有一层中子反射层(105);所述内部支撑筒(102)、围筒(101)、中子反射层(105)上均开设有供超临界二氧化碳通过的流体通孔(107)。2.根据权利要求1所述的核动力发动机的动力供给装置，其特征在于，所述下部支撑板(103)上设置有支撑装置(106)，所述核燃料组件(100)安装在支撑装置(106)上。3.根据权利要求1所述的核动力发动机的动力供给装置，其特征在于，所述中心孔道的直径不大于120mm。4.根据权利要求1所述的核动力发动机的动力供给装置，其特征在于，所述屏蔽筒A(7)与堆芯(I)之间的间隙的宽度不大于100mm。5.根据权利要求1所述的核动力发动机的动力供给装置，其特征在于，所述堆芯(I)的靠近透平(3)的一端与屏蔽筒A(7)密封连接。6.根据权利要求5所述的核动力发动机的动力供给装置，其特征在于，所述屏蔽筒A(7)呈中空圆筒状，其内壁上还设置有一个环形凸起(71)，所述堆芯(I)的靠近透平(3)的一端正对环形凸起(71 )，且与该环形凸起(71)密封连接。7.根据权利要求6所述的核动力发动机的动力供给装置，其特征在于，所述环形凸起(71)连接在堆芯(I)的靠近透平(3)的一端的外壁上。8.根据权利要求1所述的核动力发动机的动力供给装置，其特征在于，所述屏蔽筒B(8)呈两端封闭的圆筒状结构。9.根据权利要求1所述的核动力发动机的动力供给装置，其特征在于，所述屏蔽筒A(7)和屏蔽筒B(8)均采用核辐射屏蔽材料制成。10.核动力发动机，其特征在于，包括机壳(9)和动力装置，所述动力装置为权利要求1至9中任一所述的核动力发动机的动力供给装置，所述机壳(9)包覆在屏蔽筒B(8)外。
【文档编号】G21F3/00GK205582501SQ201620559987
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年6月12日
【发明人】罗浩源
【申请人】罗浩源