一種非能動風門系統的製作方法

2023-07-22 09:03:22

本發明涉及一種反應堆專設安全設施領域的核設備，更具體地涉及一種非能動風門系統。

背景技術：

核反應堆停堆後，由於堆芯內的剩餘裂變和裂變產物的衰變，產生的熱量需要通過專門設置的餘熱排出系統將其載出堆芯。否則，堆內熱量積累和溫度不斷升高將有可能導致核安全事故。

熔鹽堆在事故停堆後，堆芯的餘熱利用非能動系統，即熔鹽自然循環與空氣自然循環將餘熱排到大氣中。為了減少系統在正常工況下的熱量損失，在系統空氣自然循環的換熱器側設置了風門，反應堆正常運行時風門關閉，事故時通過電動機構打開風門。由於電機需要提供電源，一旦失去電源或電動機構卡死，風門將無法打開或需要人為手動打開，降低了非能動系統的安全性和可靠性。

因此，有必要設計一種新的風門系統，使其在事故工況下不需要控制以及外界提供的動力就能確保風門正常打開，排出堆芯餘熱，防止堆芯過熱造成核事故。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種非能動風門系統，從而解決現有技術中用於核反應堆的風門裝置安全性及可靠性較低的問題。

為了解決上述技術問題，本發明採用以下技術方案：

提供一種非能動風門系統，所述系統包括：上風門；與所述上風門軸向對準的下風門；與所述下風門連接的風門基座，所述風門基座包括：一水平延伸的支撐板部，以及一對自所述支撐板部向下延伸的柱形部；與所述上風門連接、並貫穿所述風門基座的支撐板部延伸進入其柱形部內的導向軸；與所述導向軸的底部連接的緩衝裝置；以及可觸發下風門與風門基座向下移動的電磁鎖；其中，所述下風門以及風門基座沿著所述導向軸在豎直方向上可移動，所述柱形部內緩衝裝置與所述支撐板部之間形成空氣密封區，所述柱形部的壁上具有排氣孔。

所述緩衝裝置包括：與所述導向軸的底部連接的滑塊，所述滑塊具有一安裝槽，所述安裝槽的底部通過一通孔與大氣相通；安裝在所述安裝槽中的彈簧；以及通過所述彈簧抵接在所述安裝槽底部並封閉所述通孔的圓球。

自所述通孔伸入一條狀元件按壓所述圓球即可實現所述下風門與風門基座的復位。

進一步地，所述導向柱的下端具有一通氣孔，通過一氣路系統自所述通氣孔向所述空氣密封區中補氣也可實現下風門與風門基座的復位。

所述上風門具有圓環形結構，該圓環形結構具有錐形內表面，所述下風門具有大致圓筒形結構，所述圓筒形結構的上端具有錐形外表面，所述下風門通過所述錐形外表面與所述上風門的錐形內表面氣密密封。

所述下風門的錐形外表面上具有至少一圈周向延伸的凹槽，所述凹槽將所述錐形外表面自上而下分隔成多個錐形外表面節段。

所述下風門具有至少一個真空腔。

所述下風門的真空腔通過多塊水平延伸的隔板焊接而成。

所述下風門在水平方向上具有1～6mm的可移動空間，實現與上風門的自動定位。

所述電磁鎖包括一銷狀元件，在正常工作狀態下，所述銷狀元件阻止下風門與風門基座向下移動；斷電後，所述銷狀元件在磁力的作用下向外移動，下風門連同風門基座在失去支撐後在重力的作用下向下移動。

根據本發明提供的非能動風門系統，相對現有技術具有以下優點：1)事故工況下，不需要動力，也不需要人為控制即可打開風門實現堆芯散熱，大大提高了該風門系統的安全性和可靠性；2)增設緩衝裝置，使風門在重力作用下還能緩慢打開，沒有振動，避免了對其他設備的不良影響，並且保證了該風門系統本身的耐久性；3)通過簡單操作即可實現下風門和風門基座的自動復位，操作簡單，無需動力；4)上風門與下風門採用錐形面密封以及自動定位密封，提高了密封性；5)下風門設置多道真空區，極大地降低了正常工況下的熱量損失。

總之，本發明提供了一種安全性、可靠性、耐久性、密封性均得到提高、並且無需動力以及人工操作即可在事故工況下自動打開的非能動風門系統。

附圖說明

圖1是根據本發明的一個優選實施例的非能動風門系統的俯視平面圖；

圖2是如圖1所示非能動風門系統的側視平面圖；

圖3是沿圖2中a-a線觀察得到的縱向剖面視圖，其中，上風門與下風門閉合；

圖4是類似圖3的縱向剖面視圖，其與圖3的區別僅在於上風門與下風門敞開；

圖5是根據本發明的一個優選實施例的非能動風門系統與熔鹽堆非能動餘熱排出裝置空冷器的連接示意圖。

具體實施方式

以下結合具體實施例，對本發明做進一步說明。應理解，以下實施例僅用於說明本發明而非用於限制本發明的範圍。

結合圖1～圖4所示，是一種根據本發明的一個優選實施例的非能動風門系統，該系統主要包括：上風門100、下風門101、風門基座102、導向軸103、緩衝裝置105以及電磁鎖109。

其中，參見圖1、圖4所示，上風門100具有圓環形結構，該圓環形結構具有錐形內表面1001。

下風門101具有大致圓筒形結構，下風門101在上風門100的下方與上風門100軸向對準，該圓筒形結構的上端具有錐形外表面1011，如圖2所示，下風門通過該錐形外表面1011與上風門100的錐形內表面1001密封。

風門基座102設於下風門101的下方，如圖2所示，風門基座102包括：一水平延伸的支撐板部1021，以及自支撐板部1021向下延伸的柱形部1022。

結合圖3～圖4所示，導向軸103的上端穿過上風門100並用螺栓固定，下端穿過風門基座102的支撐板部1021延伸進入其柱形部1022內。

如圖3所示，緩衝裝置105包括：設置於導向軸103下端的通氣孔111，與導向軸103的底部連接的滑塊112，滑塊112具有一安裝槽1121，安裝槽1121的底部通過一通孔1122與大氣相通；安裝在安裝槽1121中的彈簧113；以及通過彈簧113抵接在安裝槽1121底部並封閉通孔1122的圓球114。

參見圖3，柱形部1022內緩衝裝置105與支撐板部1021之間形成空氣密封區104，所述柱形部1022的壁上還具有排氣孔110。

結合圖1～圖2所示，電磁鎖109可選地設置在上風門100的外側，該電磁鎖109包括一銷狀元件1091，在正常工作狀態下，銷狀元件1091阻止下風門101與風門基座102向下移動，上風門100與下風門101之間閉合，如圖3所示；斷電後，銷狀元件1091在磁力的作用下向外移動，下風門101連同風門基座102在失去支撐後在重力的作用下可沿著導向軸103緩慢向下移動，如圖4所示。

優選地，下風門101具有至少一個真空腔。根據本發明的該優選實施例，下風門101具有兩個真空腔107，108，該真空腔107，108通過三塊水平延伸的隔板焊接而成。每塊隔板之間通過支撐結構間隔，焊接時預留抽真空小孔或管道，焊接後利用外部的真空設備抽真空，再將預留孔填補，該真空腔107，108具有隔熱功能，防止熔鹽堆在正常工況下的熱量損失。

優選地，如圖3所示，下風門101的錐形外表面1011上具有至少一圈，優選兩圈，周向延伸的凹槽106，該凹槽106將錐形外表面1011自上而下分隔成三個錐形外表面節段。由於此處零件較大，加上焊接和加工時會存在各種應力，為了降低加工和安裝難度，降低成本，將一個大的錐面分割成多個錐面，密封效果更好。

由於上風門100和下風門101安裝時很難做到在軸向上剛好對準，為了降低安裝難度，提高安裝後的密封性，下風門101在水平方向上前後左右各預留約6mm的可移動空間，安裝誤差只要在6mm內，就能實現較好的密封，因此，下風門101在水平方向上具有1～6mm的可移動空間，從而實現與上風門100的自動定位。

根據本發明提供的上述優選實施例，下風門與風門基座的復位可通過兩種方式實現：1)所述導向柱103的下端具有一通氣孔111，通過氣路系統向所述通氣孔中補氣；2)自滑塊112上的安裝槽1121底部的通孔1122向上按壓圓球114。

根據本發明的一個優選實施例，還提供一種該非能動風門系統的應用實施例。如圖5所示，該非能動風門系統通過上風門100以螺栓及密封圈的方式連接在空冷器115的下方。當反應堆發生事故停堆或整個核電廠斷電時，系統信號傳至電磁鎖109，銷狀元件1091(參見圖2)在磁力的作用下向外移動，下風門101連同風門基座102在重力的作用下沿著導向軸103向下移動，同時，由於下風門101與風門基座102的下移，緩衝裝置105相對風門基座102的柱形部1022上移，從而進一步壓縮空氣密封區104中的空氣(參見圖3)，只有少量的空氣通過排氣孔110排到外界，使得下風門101在重力和緩衝裝置105的共同作用下緩慢向下打開，上風門100與下風門101之間敞開，如圖4所示。此時，空氣通過上風門100與下風門101之間的開口流入到空冷器115內的空氣換熱器116，對其中的熔鹽進行冷卻，以確保事故條件下堆芯溫度不會超過限值。當熔鹽堆溫度將至安全點後或需要將風門復位時，通過氣路系統自通氣孔111向空氣密封區104中補氣，或者自緩衝裝置105中通孔1122的下端伸入一條狀元件117(參見圖3)向上按壓圓球114，以使空氣自該處進入空氣密封區104，此時，下風門101連同風門基座102一起緩慢向上移動，直至復位，電磁鎖109重新上鎖，上風門100與下風門101閉合，防止熔鹽堆在正常工況下的熱量損失。

以上所述的，僅為本發明的較佳實施例，並非用以限定本發明的範圍，本發明的上述實施例還可以做出各種變化。即凡是依據本發明申請的權利要求書及說明書內容所作的簡單、等效變化與修飾，皆落入本發明專利的權利要求保護範圍。本發明未詳盡描述的均為常規技術內容。