CN103307320A - 一种非能动单向隔离阀、管道及球床高温气冷堆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种非能动单向隔离阀，包括单向隔离阀下阀体、单向隔离阀上阀体和单向隔离阀阀球，所述单向隔离阀阀球放置在阀球支承座上，所述阀球支承座与所述单向隔离阀下阀体固定连接；所述单向隔离阀下阀体和所述单向隔离阀上阀体螺栓连接或双头螺柱连接；所述单向隔离阀下阀体和所述单向隔离阀上阀体分别与管道固定连接。本发明还公开了一种包括上述非能动单向隔离阀的管道，本发明还公开了一种包括上述管道的球床高温气冷堆。本发明所公开的一种非能动单向隔离阀，可缓解由于断管引起的正反应性事故，从而为处理事故提供了时间，其简单易行，使用寿命相对较长。

Description

一种非能动单向隔离阀、管道及球床高温气冷堆
技术领域
本发明涉及核电站反应堆工程与安全技术领域，尤其涉及一种非能动单向隔离阀、管道及球床高温气冷堆。
背景技术
核能，作为一种低碳能源，在环境保护、CO2减排和可持续发展方面具有重要意义。但自2011年3月日本福岛发生地震海啸引发核电站事故后，更高标准的核安全技术受到核行业工程师和专家的重视。
球床高温气冷堆由于其固有安全性、衰变热非能动载出等安全特性引起核专业同行研究人员的关注。清华大学核能与新能源技术研究院在10MW高温气冷实验堆的技术基础上，设计开发了可商业应用的球床模块式高温气冷示范堆。球床高温气冷堆采用控制棒和吸收球停堆***两套停堆***。
在球床高温气冷堆中，吸收球停堆***通过含碳化硼的中子吸收球实现冷停堆和功率调节功能。当需要停堆时，位于压力容器顶部贮球罐内的吸收球通过重力下落到侧反射层的堆芯内达到停堆功能。当启堆时，通过气力输送方式将堆芯中的吸收球送回至贮球罐内，实现功率调节功能。气力送回吸收球有正压吹送与负压吸送两种方式。在负压气力吸送方式回球时，若在压力容器外进行氦气吸送的安全1级管道发生断裂，则单相氦气输送管道内快速失压，可能导致侧反射层堆芯落球孔道内的吸收球迅速被吸回到堆顶贮球罐内（或导致吸收球被气流带出事故），从而将引入正反应性事故。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本发明所要解决的技术问题是：提供一种非能动单向隔离阀，以克服现有技术由于压力容器外的管道发生断裂时导致事故的技术问题。
（二）技术方案
为了解决上述的技术问题，一方面，本发明提供了一种非能动单向隔离阀，包括单向隔离阀下阀体、单向隔离阀上阀体和单向隔离阀阀球，所述单向隔离阀阀球放置在阀球支承座上，所述阀球支承座与所述单向隔离阀下阀体固定连接；所述单向隔离阀下阀体和所述单向隔离阀上阀体螺栓连接或双头螺柱连接。
优选地，所述单向隔离阀下阀体与所述单向隔离阀上阀体的接触表面为相匹配的凹凸结构。
优选地，所述单向隔离阀上阀体的内表面为球面；所述球面与所述单向隔离阀阀球的外表面相匹配。
优选地，所述单向隔离阀下阀体和所述单向隔离阀上阀体之间安装有O型圈或密封垫片。
优选地，所述阀球支承座为3个以上。
优选地，所述管道中的气体流速取决于所述单向隔离阀阀球的材料和大小、所述单向隔离阀下阀体和所述单向隔离阀上阀体内部孔径以及单向隔离阀阀球的外表面与所述单向隔离阀上阀体内表面匹配度。
另一方面，本发明还提供了一种管道，包括上述所述非能动单向隔离阀，所述单向隔离阀下阀体和所述单向隔离阀上阀体分别与管道固定连接。
优选地，所述固定连接为焊接连接。
优选地，所述固定连接为法兰连接；所述单向隔离阀下阀体和所述单向隔离阀上阀体夹于不锈钢下法兰和不锈钢上法兰之间；所述不锈钢下法兰与所述单向隔离阀下阀体之间安装有O型圈或密封垫片；所述不锈钢上法兰与所述单向隔离阀上阀体之间安装有O型圈或密封垫片。
另一方面，本发明提供了一种球床高温气冷堆，包括上述所述管道，所述管道为贮球罐出口到压力容器之间的管道的一部分。
（三）有益效果
本发明所提供的一种非能动单向隔离阀具有如下优点：
一、在球床高温气冷堆吸收器停堆***的贮球罐出口到压力容器之间的管道上安装非能动单向隔离阀，起到低流速下的气体通流功能和高流速下的气体滞止作用，可缓解由于断管可能引入的正反应性事故，从而为处理事故提供了时间；二、可以实现高温高压气体流动过程中的单向隔离气流作用；三、可以起到无泵以及无任何机械运动部件时的非能动隔离作用，由于无机械运动部件，其使用寿命相对较长；四、非能动单向隔离阀结构精巧，可直接安装于气体输送管道上，不需要支承架等结构，简单易行；五、可以设计不同密度和不同大小的单向隔离阀阀球，从而达到隔离时的不同的气流流速要求。
附图说明
图1为本发明的非能动单向隔离阀整体结构图；
图2为本发明的非能动单向隔离阀俯视图；
图3为本发明的单向隔离阀下阀体的三维图；
图4为本发明的单向隔离阀上阀体的三维图；
图5为本发明实施例二管道结构图；
图6为本发明实施例三管道结构图。
以上图中：1-管道；2-单向隔离阀下阀体；3-单向隔离阀上阀体；4-单向隔离阀阀球；5-不锈钢下法兰；6-不锈钢上法兰；7-阀球支承座。
具体实施方式
下面结合说明书附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例仅用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例一：
如图1和2所示，本实施例记载了一种非能动单向隔离阀，包括单向隔离阀下阀体2、单向隔离阀上阀体3和单向隔离阀阀球4。
单向隔离阀阀球4放置在阀球支承座7上，阀球支承座7与单向隔离阀下阀体2焊接连接；单向隔离阀下阀体2和单向隔离阀上阀体3螺栓连接或双头螺柱连接。
如图3和图4所示，单向隔离阀下阀体2与单向隔离阀上阀体3的接触表面采用凹凸结构方式进行连接接触。单向隔离阀下阀体2的上表面镶嵌有密封O型圈或密封垫片，以防止气体泄漏。阀球支承座7与单向隔离阀下阀体2采用焊接方式进行连接，阀球支承座为3个以上。
其中，单向隔离阀上阀体3的内表面加工成球面形式，并且其球面具有很好的球面度和光滑度，能与单向隔离阀阀球4的外表面相匹配。
实施例二：
如图5所示，本实施例记载了一种管道，包括上述所述的非能动单向隔离阀，单向隔离阀下阀体2和单向隔离阀上阀体3分别与管道1焊接连接。
其中，管道1中的气体流速取决于单向隔离阀阀球的材料和大小、单向隔离阀下阀体2和单向隔离阀上阀体3内部孔径，以及单向隔离阀阀球4的外表面与所述单向隔离阀上阀体3内表面匹配度。
实施例三：
如图6所示，本实施例记载了一种管道，其结构与实施例二的结构基本相同，区别仅在于：单向隔离阀下阀体2和单向隔离阀上阀体3分别与管道1法兰连接。
其中，单向隔离阀下阀体2和单向隔离阀上阀体3可夹于不锈钢下法兰5和不锈钢上法兰6之间。此种工况下，不锈钢下法兰5与单向隔离阀下阀体2之间可有垫片，或密封垫片，同样不锈钢上法兰6与单向隔离阀上阀体3之间可有垫片，或密封垫片，以防止气体泄漏。
实施例四：
本实施例记载了一种球床高温气冷堆，包括上述所述管道，所述管道为贮球罐出口到压力容器之间的管道的一部分。
本发明所提供的非能动单向隔离阀的工作过程如下：
根据隔离时不同的气体流动速度要求（与气体密度、环境压力相关），设计合适的单向隔离阀阀球（包括阀球材料与阀球大小）与阀球所在孔道的内部孔径大小（单向隔离阀下阀体内部孔径大小和单向隔离阀上阀体内部孔径大小），以及单向隔离阀阀球的外圆加工精度与单向隔离阀上阀体内孔表面加工精度的配合程度。
当气体入口流速小于需要隔离时的气体流速时，单向隔离阀阀球随着气体从阀前的进气口流入，此时由于单向隔离阀阀球的重力作用较大，占主要地位，所以单向隔离阀阀球不会被气流吹着向上运动，也不会与单向隔离阀上阀体内孔表面接触贴合。气体仍然能够通过单向隔离阀流动，但是由于单向隔离阀结构内气体流通面积减小，所以当气体流过单向隔离阀时，鉴于所存在的流动阻力，气体流速会相应有所减小。随后，流动速度减小的气体从不锈钢出口管道流出。
当气体入口流速大于需要隔离时的气体流速时，单向隔离阀阀球会由于气体流动的升力、流入气体与单向隔离阀阀球的摩擦力以及单向隔离阀阀球自身重力的综合作用，单向隔离阀阀球会在给定的气体流速条件下首先被吹着旋转；当气流流动速度进一步增大时，单向隔离阀阀球会被吹到悬浮状态；当气流流动速度继续增大到某临界值时，单向隔离阀阀球将脱离隔离阀支承座，继续往上运动，并且随之单向隔离阀阀球的迎流面与背流面压差逐渐增大；增大的压差促使单向隔离阀阀球最终运动到单向隔离阀阀球外表面与单向隔离阀上阀体的内孔表面严实结合贴近，从而堵塞气体流动通道，起到隔离气体作用。
非能动单向隔离阀隔离气体的效果与单向隔离阀阀球的圆球度、表面光滑度以及单向隔离阀阀球与单向隔离阀上阀体内孔表面的接触程度大小有很大关系。
由于只有在事故工况下，才会导致不锈钢入口管道内的气体流动速度不断增加；而当采取措施排除事故原因后，不锈钢入口管道与不锈钢出口管道内的压力几乎达到一致，单向隔离阀阀球将由于重力作用逐渐下落，单向隔离阀阀球周围空间的通流面积逐渐增大，进而利于单向隔离阀阀球迎流面与背流面压差的减小，最后单向隔离阀阀球回落并停留在隔离阀支承座上，实现正常工况下不锈钢入口管道与不锈钢出口管道内气体的顺畅流动。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种非能动单向隔离阀，其特征在于，包括单向隔离阀下阀体、单向隔离阀上阀体和单向隔离阀阀球，所述单向隔离阀阀球放置在阀球支承座上，所述阀球支承座与所述单向隔离阀下阀体固定连接，所述单向隔离阀下阀体和所述单向隔离阀上阀体螺栓连接或双头螺柱连接。
2.根据权利要求1所述的非能动单向隔离阀，其特征在于，所述单向隔离阀下阀体与所述单向隔离阀上阀体的接触表面为相匹配的凹凸结构。
3.根据权利要求1所述的非能动单向隔离阀，其特征在于，所述单向隔离阀上阀体的内表面为球面；所述球面与所述单向隔离阀阀球的外表面相匹配。
4.根据权利要求1所述的非能动单向隔离阀，其特征在于，所述单向隔离阀下阀体和所述单向隔离阀上阀体之间安装有O型圈或密封垫片。
5.根据权利要求1所述的非能动单向隔离阀，其特征在于，所述阀球支承座为3个以上。
6.根据权利要求1～5任一项所述的非能动单向隔离阀，其特征在于，所述管道中的气体流速取决于所述单向隔离阀阀球的材料和大小、所述单向隔离阀下阀体和所述单向隔离阀上阀体内部孔径、以及单向隔离阀阀球的外表面与所述单向隔离阀上阀体内表面匹配度。
7.一种管道，其特征在于，包括权利要求1～6任一项所述非能动单向隔离阀，所述单向隔离阀下阀体和所述单向隔离阀上阀体分别与管道固定连接。
8.根据权利要求7所述的管道，其特征在于，所述固定连接为焊接连接。
9.根据权利要求7所述的管道，其特征在于，所述固定连接为法兰连接；所述单向隔离阀下阀体和所述单向隔离阀上阀体夹于不锈钢下法兰和不锈钢上法兰之间；所述不锈钢下法兰与所述单向隔离阀下阀体之间安装有O型圈或密封垫片；所述不锈钢上法兰与所述单向隔离阀上阀体之间安装有O型圈或密封垫片。
10.一种球床高温气冷堆，其特征在于，包括权利要求7～9任一项所述管道，所述管道为贮球罐出口到压力容器之间的管道的一部分。
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