CN103871486A - 一种限制高温气冷堆石墨堆芯结构位移的箍紧带结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种限制高温气冷堆石墨堆芯结构位移的箍紧带结构，采用可承受高温的低合金材料制成，并且由多个扇形箍紧环相互之间通过活动连接而成环形结构；扇形箍紧环一端是连接凸台，另一端是连接凹槽；连接凸台和连接凹槽中均设置有销孔，一个扇形箍紧环的所述连接凸台通过销钉活动连接在相邻的另一个扇形箍紧环的连接凹槽，每个扇形箍紧带上焊接有多个限位圆柱，可卡入堆芯侧碳砖上对应的半圆形开槽中，起到限位作用。当每层堆叠时，箍紧环上限位圆柱交错布置，能够更好地承载。本发明具有耐高温、耐高压、耐辐照和使用寿命长等特点，而且安装灵活，便于制造、安装和调整。
Description
技术领域
本发明涉及一种新型箍紧带结构，适用于高温气冷堆堆内构件技术领域。
背景技术
在高温气冷堆中，石墨堆芯结构是构成高温气冷堆堆芯结构的主要组成部分，其在地震荷载作用下的整体完整性是保证高温堆各安全功能的根本要求。与常规连续体（钢结构、混凝土等）结构不同，石墨堆芯结构是由石墨砖、碳砖等构件拼装而成的散体结构，为了石墨堆芯结构避免在高温、辐照和地震等载荷下发生过大的位移散架，这就需要在反应堆堆芯活性区对应的侧碳砖外表面设置箍紧带结构。现有技术中例如南非的球床模块高温气冷堆（PBMR）箍紧带结构部分采用了CFRC碳纤维复合材料，优点是耐高温性能好，缺点是无足够辐照数据支承，整个箍紧环强度不如金属的好。德国高温气冷堆的全金属支承环使用的材料为15Mo3，优点是承载能力强，不足是整体结构对于制造、运输和安装均非常困难，特别是整体结构上限位圆柱的焊接，难于保证尺寸精度。日本高温工程试验堆(HTTR)其箍紧带结构采用了压缩（SNB16钢）和拉伸（SUS316钢）限制弹性元件（参见专利文献特开2013-24619A），金属高温蠕变导致应力松弛。英国先进气冷堆（AGR）其箍紧带结构采用了金属弹性元件，支承和阻尼效果好，但是结构比较复杂、高温条件下支承特性恶化，随着服役时间增加支承性能减弱。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明提供了一种限制高温气冷堆石墨堆芯结构位移的箍紧带结构。该箍紧带结构同时还起到补偿由于热胀冷缩等原因引起的金属堆内构件和反应堆压力容器之间位置尺寸变化的作用，该新型箍紧带结构具有耐高温、耐辐照、可承收一定压力、直径大、使用寿命长、便于制造、安装和调整等特点。
具体的，本发明提供了一种限制高温气冷堆石墨堆芯结构位移的箍紧带结构，其特征在于：采用可承受高温的低合金材料制成，并且由N个箍紧带扇环单元相互之间通过活动连接而成环形结构，其中N大于等于5。
其中，所述箍紧带扇环单元包括一扇形箍紧环以及M个限位圆柱，其中M是2-10；
所述扇形箍紧环的主体呈扇环状，一端是连接凸台，另一端是连接凹槽；连接凸台和连接凹槽上均设置有销孔；相邻的所述箍紧带扇环单元之间的所述活动连接是通过销钉活动连接，一个扇形箍紧环的所述连接凸台通过所述销钉活动连接在相邻的另一个扇形箍紧环的所述连接凹槽；
在所述扇形箍紧环上沿周向还均匀分布有M个限位圆柱卡口，该卡口截面呈半圆形，所述M个限位圆柱分别对应固定在该M个限位圆柱卡口内。
优选的，所述N个箍紧带扇环单元中，所有扇环张开的中心角是相同的。
优选的，所述N个箍紧带扇环单元中，N-1个扇环张开的中心角是相同的，有且仅有一个扇环张开的中心角和其他扇环不相同。
此外，在所述销钉的底部穿有锁紧钢丝。
可选的，所述限位圆柱采用氩弧焊焊接在所述扇形箍紧环上的限位圆柱卡口内。
优选的，上述方案中，N等于10，M等于3。
可选的，所述承受高温的低合金材料是低合金耐热钢材料。
其中，优选的，所述扇形箍紧环由12Cr2Mo1R低合金耐热钢板制成，而所述限位圆柱和所述销钉由12Cr2Mo1低合金耐热锻钢制成。锁紧钢丝是GH4169镍基高温合金钢丝。
还公开了一种限制高温气冷堆石墨堆芯结构位移的箍紧带组件，包含至少3条根据前述的任何一种箍紧带结构，该至少3条箍紧带结构相互之间间隔一定高度呈层布置，其中每层箍紧带中的所述限位圆柱交错布置。
还公开了一种高温气冷堆石墨堆芯，其包括了根据前述的任一种限制高温气冷堆石墨堆芯结构位移的箍紧带结构，或者包括了前述的一种限制高温气冷堆石墨堆芯结构位移的箍紧带组件，其中该堆芯的***结构是碳砖，在对应碳砖上开有截面呈半圆形的卡口，用于接收所述限位圆柱。
本发明的高温气冷堆中的箍紧带结构具有使用寿命长，根据设计位移和所列箍紧带结构组件的设计瞬态进行疲劳寿命分析，结果证明所设计制造的箍紧带结构组件能够满足反应堆寿期内各种瞬态工况的要求，能够达到40年的反应堆寿期要求，40年中无需检修和更换。
附图说明
图1是本箍紧带结构示意图；
图2是限位圆柱局部放大示意图；
图3是扇形箍紧环连接处局部示意图；
其中，1-扇形箍紧环；2-限位圆柱；3-连接销钉；4-连接凸台；5-连接凹槽；6-锁紧钢丝；7-上碳砖；8-下碳砖。
具体实施方式
参见图1，本发明提供了一种限制高温气冷堆石墨堆芯结构位移的箍紧带结构，它用来限制石墨堆芯结构在高温、辐照和地震等载荷下发生过大的位移而散架。其结构采用可承受高温的低合金材料制成。典型的，一个箍紧带在工作温度250度环境下能够承受大约132吨力，相当于能承受石墨结构内外部压差约66kPa。
本发明的一大创新之处在于该箍紧带的结构设计。
如图1所示，该箍紧带由10个箍紧带扇环单元相互之间通过活动连接而成环形结构，外绕在石墨堆芯结构之外。除了箍紧带结构之外，该石墨堆芯结构7还包括了上碳砖8和下碳砖9；其中，箍紧带结构采用10个扇形箍紧环1、30个限位圆柱2和10个连接销钉3。
典型的，一个高温气冷堆包括可以包含30层箍紧带结构，其中，每层箍紧环上限位圆柱交错布置，能够更好地承载。
为加工的方便，全部10个扇形箍紧环1可以是完全一样的，其圆心角相同，但就意味着对加工精度的要求很高。兼顾便于组装和便于加工两方面的因素，10个扇形箍紧环中可以将9个设计为大小完全一样的，而有1个的大小和其他不一样，做调节之用。
参见图2，所述扇形箍紧环上均匀布置了3个限位圆柱2，限位圆柱2固定在在扇形箍紧环1的限位圆柱卡口内上，具体可以采用氩弧焊焊接。该限位圆柱卡口横截面和限位圆柱的横截面相适应，具体是半圆形。在堆芯侧，限位圆柱2可卡入上碳砖8和下碳砖9上对应的横截面为半圆形的开槽中，从而完成限位作用。
具体参见图3，一个扇形箍紧环设计成具有连接凸台4、连接凹槽5两端，一个扇形箍紧环1的连接凸台4连接在另一个扇形箍紧环1的连接凹槽5，连接凸台4、连接凹槽5上均有销孔以用于穿过连接销钉3，完成二者之间的连接。连接销钉3的底部穿有锁紧钢丝6，锁紧钢丝6可以防止连接销钉3在动载荷下松脱滑落。由此类推，10个扇形箍紧环1就连接成箍紧带结构。
本领域技术人员可以理解，以上关于构件的数目，如扇形箍紧环1的数目，限位圆柱2以及连接销钉3的数目，以上的数字仅仅是一个示例，而非限制性的，本领域技术人员有动机根据实际堆芯的大小选择合适的数字。
本发明的另一大创新之处在于该箍紧带的材料选取，综合考虑机械强度、耐辐照性能、加工容易度等诸多因素，经过大量富有创造性的理论模拟计算、实验分析检测等工作，发明人最终确定了选取了可承受高温的低合金材料，具体可以是低合金耐热钢材料。其中优选的，扇形箍紧环1由12Cr2Mo1R低合金耐热钢板制成，而限位圆柱2和销钉3由12Cr2Mo1低合金耐热锻钢制成。锁紧钢丝采用GH4169镍基高温合金钢丝。
本发明提供的用于反应堆内堆芯结构固定的新型箍紧带结构根据材料分析表明：这种新型箍紧带结构最高使用温度可达到500℃；经过拉伸试验，冲击试验，落锤试验及疲劳性能检验：新型箍紧带结构在反应堆寿期内可以承受各种设计瞬态；此外，经过疲劳寿命分析，所设计制造的箍紧带组件能够满足反应堆寿期内各种瞬态工况的要求。本箍紧带结构的设计寿命可以达到40年。
Claims (12)
1.一种限制高温气冷堆石墨堆芯结构位移的箍紧带结构，其特征在于：采用可承受高温的低合金材料制成，并且由N个箍紧带扇环单元相互之间通过活动连接而成环形结构，其中N大于等于5。
2.根据权利要求1所述的一种限制高温气冷堆石墨堆芯结构位移的箍紧带结构，其特征在于，所述箍紧带扇环单元包括一扇形箍紧环以及M个限位圆柱，其中M是2-10；
所述扇形箍紧环的主体呈扇环状，一端是连接凸台，另一端是连接凹槽；连接凸台和连接凹槽上均设置有销孔；相邻的所述箍紧带扇环单元之间的所述活动连接是通过销钉活动连接，一个扇形箍紧环的所述连接凸台通过所述销钉活动连接在相邻的另一个扇形箍紧环的所述连接凹槽；
在所述扇形箍紧环上沿周向还均匀分布有M个限位圆柱卡口，该卡口截面呈半圆形，所述M个限位圆柱分别对应固定在该M个限位圆柱卡口内。
3.根据权利要求2所述的一种限制高温气冷堆石墨堆芯结构位移的箍紧带结构，其特征在于，所述N个箍紧带扇环单元中，所有扇环张开的中心角是相同的。
4.根据权利要求2所述的一种限制高温气冷堆石墨堆芯结构位移的箍紧带结构，其特征在于，所述N个箍紧带扇环单元中，N-1个扇环张开的中心角是相同的，有且仅有一个扇环张开的中心角和其他扇环不相同。
5.根据权利要求2所述的一种限制高温气冷堆石墨堆芯结构位移的箍紧带结构，其特征在于，在所述销钉的底部穿有锁紧钢丝。
6.根据权利要求2所述的一种限制高温气冷堆石墨堆芯结构位移的箍紧带结构，其特征在于，所述限位圆柱采用氩弧焊焊接在所述扇形箍紧环上的限位圆柱卡口内。
7.根据权利要求2所述的一种限制高温气冷堆石墨堆芯结构位移的箍紧带结构，其中N等于10，M等于3。
8.根据权利要求1所述的一种限制高温气冷堆石墨堆芯结构位移的箍紧带结构，其中所述承受高温的低合金材料是低合金耐热钢材料。
9.根据权利要求2所述的一种限制高温气冷堆石墨堆芯结构位移的箍紧带结构，其特征在于：所述扇形箍紧环由12Cr2Mo1R低合金耐热钢板制成，而所述限位圆柱和所述销钉由12Cr2Mo1低合金耐热锻钢制成。
10.根据权利要求5所述的一种限制高温气冷堆石墨堆芯结构位移的箍紧带结构，其特征在于：所述锁紧钢丝是GH4169镍基高温合金钢丝。
11.一种限制高温气冷堆石墨堆芯结构位移的箍紧带组件，包含至少3条根据前述权利要求之一的箍紧带结构，该至少3条箍紧带结构相互之间间隔一定高度呈层布置，其特征在于，每层箍紧带中的所述限位圆柱交错布置。
12.一种高温气冷堆石墨堆芯，其包括了根据权利要求1-10之一所述的一种限制高温气冷堆石墨堆芯结构位移的箍紧带结构，或者包括了权利要求11所述的一种限制高温气冷堆石墨堆芯结构位移的箍紧带组件，其特征在于：
该堆芯的***结构是碳砖，在对应碳砖上开有截面呈半圆形的卡口，用于接收所述限位圆柱。
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