CN104616706A - 一种一体化耐压壳组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一体化耐压壳组件，包括耐压壳和管座，所述耐压壳为沿着自身轴向设置有盲孔的柱状结构，耐压壳的开口端和管座的一端均固定有连接法兰，两个连接法兰通过多颗连接螺栓相连，且两个连接法兰之间还设置有用于实现两个连接法兰连接处密封的密封垫，所述密封垫为C形弹性密封圈或O形弹性密封圈；所述O形弹性密封圈为截面呈月牙形的金属环；所述C形弹性密封圈包括呈环状的弹性环和包裹在弹性环上的至少一层金属包裹层。本发明可消除现有技术中Ω焊缝腐蚀导致泄漏发生，不利于核电行业安全运行或改进的控制棒驱动机构中，存在的异种金属焊接，焊接难度大，经济效益低的问题。

Description

一种一体化耐压壳组件

技术领域

    本发明涉及核反应堆控制和保护***领域，特别是涉及一种一体化耐压壳组件。

背景技术

反应堆控制棒驱动机构是反应堆控制和保护***的伺服机构，它是反应堆控制***和保护***的执行机构，具有按照指令带动控制棒组件在堆芯内上、下运动，保持控制棒组件在指定高度或断电落棒，以完成调节反应堆反应性或事故安全停堆的功能；控制棒驱动机构通过对控制棒的提升、下插、保持及快速落棒完成反应堆的启动、调节功率、维持功率、停堆和事故状态下的安全停堆，其安全性和可靠性直接影响到反应堆的安全与运行。

反应堆控制棒驱动机构由耐压壳组件、钩爪组件、驱动杆组件、线圈组件、棒位探测器组件、隔热套组件六个大组件组成。其中，耐压壳组件是反应堆的压力边界，在控制棒驱动机构结构上起到支承整个驱动机构自重和工装载荷的作用，属于核安全一级和抗震Ⅰ类部件，其设计结构的合理性直接影响反应堆的安全性。

现有技术中耐压壳组件为轴向上设置有盲孔的管状部件，其开口端设置有外螺纹，通过以上外螺纹与焊接在核电压力容器顶盖上的管座螺纹连接，同时在以上连接端上还设置有一道Ω焊缝，耐压壳组件的中部和下部也设置有Ω焊缝，以上Ω焊缝不仅用于实现连接端的进一步密封，同时还是一种便于割开的焊接形式，以便于耐压壳中部件以及反应棒的连接组件的维护。如现有广泛采用的型号分别为ML-A、ML-B的控制棒驱动机构中，早期的ML-A、ML-B控制棒驱动机构中有多条Ω焊缝。Ω焊缝在反应堆运行时在应力腐蚀作用下Ω焊缝腐蚀导致泄漏发生，不利于核电行业安全运行。后期的控制棒驱动机构通过改进，如后期的ML-B相对于ML-A控制棒驱动机构，ML-B与压力容器顶盖上的管座对接焊，耐压壳上只有一条对接焊缝和一条Ω焊缝，安全性具有一定的提高，仍然有位于中部的Ω焊缝存在泄露的风险，同时，以上对接焊为异种金属焊接，焊接难度大，经济效益低。

发明内容

针对上述控制棒驱动机构中，存在的Ω焊缝在反应堆运行时在应力腐蚀作用下Ω焊缝腐蚀导致泄漏发生，不利于核电行业安全运行；改进的控制棒驱动机构中，存在的异种金属焊接，焊接难度大，经济效益低的问题，本发明提供了一种一体化耐压壳组件。

为解决上述问题，本发明提供的一种一体化耐压壳组件通过以下技术要点来解决问题：一种一体化耐压壳组件，包括耐压壳和管座，所述耐压壳为沿着自身轴向设置有盲孔的柱状结构，耐压壳的开口端和管座的一端均固定有连接法兰，两个连接法兰通过多颗连接螺栓相连，且两个连接法兰之间还设置有用于实现两个连接法兰连接处密封的密封垫，所述密封垫为C形弹性密封圈或O形弹性密封圈；

所述O形弹性密封圈为截面呈月牙形的金属环；

所述C形弹性密封圈包括呈环状的弹性环和包裹在弹性环上的至少一层金属包裹层。

具体的，设置的管座连接在压力容器顶盖上，且管座的两端贯穿压力容器顶盖的内外侧，连接在管座上的连接法兰固定于位于压力容器顶盖外侧管座的端部，这样，管座的中空部分和耐压壳的中空部分组成连接组件、驱动杆等控制棒驱动机构组件的安装工位。本发明中采用耐压壳与管座法兰连接的结构形式，避免了传统的采用螺纹连接加Ω焊缝连接、对焊连接的耐压壳与管座的连接形式，传统的Ω焊缝厚度均为2mm左右，同时工作在交变载荷、氯离子腐蚀等复杂工况下，这样，本结构不存在Ω焊缝连接易出现的连接失效和对焊连接存在的异种金属焊接难度大、经济效益低的缺点。

由于燃料棒所在的压力容器在反应的过程中，压力容器的内压一般维持在17Mpa左右，压力容器的温度一般维持在310℃左右，本发明对用于实现法兰连接处密封的密封垫做了进一步限定，本结构中若采用O形弹性密封圈，无论O形弹性密封圈的内凹侧位于其内侧还是外侧，只需要将O形弹性密封圈的外侧固定，O形弹性密封圈的两侧与连接法兰压紧，在压力容器内压或者连接螺栓因为压力和温度的综合因素轴向伸长时，作用于O形弹性密封圈内侧的压力迫使O形弹性密封圈的厚度在两个连接法兰间距变化时同步增加，或者内压增大时内压作用于O形弹性密封圈内侧迫使O形弹性密封圈的端面与两侧连接法兰的相互作用力同步增加，以实现连接法兰处的良好密封。在本结构采用C形弹性密封圈时，C形弹性密封圈的外侧位置固定，内压作用于C形弹性密封圈的内侧，内压经金属包裹层传递至弹性环产生张力，弹性环变形实现两个连接法兰之间的密封，当压力容器内压和温度波动、连接螺栓轴向伸长时，同上，C形弹性密封圈同样能够发挥良好的密封效果。C形弹性密封圈外层为金属包裹层的设置不仅可避免由管座导通而至的富含氯离子的冷却剂与弹性环接触，同时金属包裹层相较于现有常用的其他材质的密封用材料，耐磨性和耐高温性能好，利于保证C形弹性密封圈的密封效果。

以上连接法兰优选密封面为凹面，即密封面代号为F的凹面法兰，弹性环可以是O型弹簧、V型弹簧或U型弹簧，也可以是O型密封圈，以实现在受压时产生与压力成正比的张力。

更进一步的技术方案为：

为便于耐压壳的加工，作为一种易于实现的耐压壳结构形式，所述耐压壳为多段组合式结构，耐压壳的各段之间通过V形焊缝相连。

为便于耐压壳的加工，作为另一种易于实现的耐压壳结构形式，所述耐压壳为整体锻件或通过钻孔加工得到的整体式结构。

为便于控制棒驱动机构的安装和检修，所述耐压壳的自由端上还设置有吊耳。

作为一种高温强度好、抗热松弛性能优异的连接螺栓材料，所述连接螺栓的材质为碳素合金钢。

为保证连接螺栓的强度，提高其使用寿命，作为一种热脆性小的材料，所述碳素合金钢为20Cr1Mo1VNbB或20Cr1Mo1VTiB。

为便于由连接螺栓的两端对两片连接法兰进行热紧，即便于压力容器工作在设定工况下，在压力容器内部的温度和压力达到正常工作值时，连接螺栓必然会发生轴向伸长，此时需要对连接螺栓再次拧紧，所述连接螺栓均包括双头螺柱和分别螺纹连接在双头螺柱两端的螺帽。

为简化弹性环的结构，便于弹性环的制造和延长O形弹性密封圈、弹性环和金属包裹层在辐射下的使用寿命、降低检修时控制棒驱动机构残余辐射对检修人员的伤害，所述O形弹性密封圈、弹性环和金属包裹层的材质均为镍基合金，所述弹性环为首尾相接的弹簧。

所述金属包裹层的表面还设置有镀银层或镀金层。采用在在金属包裹层上设置镀银层或者镀金层的结构设置，便于得到更为柔软和具有良好导热性能的金属包裹层外层，利于得到密封性能更好和寿命更长的C形弹性密封圈结构。

为便于C形弹性密封圈的制造，所述金属包裹层上还设置有绕其周向分布的内嵌缺口。以上结构中便于从内嵌缺口中置入弹性环。

本发明具有以下有益效果：

1、设置的管座连接在压力容器顶盖上，且管座的两端贯穿压力容器顶盖的内外侧，连接在管座上的连接法兰固定于位于压力容器顶盖外侧管座的端部，这样，管座的中空部分和耐压壳的中空部分组成连接组件、驱动杆等控制棒驱动机构组件的安装工位。本发明中采用耐压壳与管座法兰连接的结构形式，避免了传统的采用螺纹连接加Ω焊缝连接、对焊连接的耐压壳与管座的连接形式，传统的Ω焊缝厚度均为2mm左右，同时工作在交变载荷、氯离子腐蚀等复杂工况下，这样，本结构不存在Ω焊缝连接易出现的连接失效和对焊连接存在的异种金属焊接难度大、经济效益低的缺点。

2、由于燃料棒所在的压力容器在反应的过程中，压力容器的内压一般维持在17Mpa左右，压力容器的温度一般维持在310℃左右，本发明对用于实现法兰连接处密封的密封垫做了进一步限定，本结构中若采用O形弹性密封圈，无论O形弹性密封圈的内凹侧位于其内侧还是外侧，只需要将O形弹性密封圈的外侧固定，O形弹性密封圈的两侧与连接法兰压紧，在压力容器内压或者连接螺栓因为压力和温度的综合因素轴向伸长时，作用于O形弹性密封圈内侧的压力迫使O形弹性密封圈的厚度在两个连接法兰间距变化时同步增加，或者内压增大时内压作用于O形弹性密封圈内侧迫使O形弹性密封圈的端面与两侧连接法兰的相互作用力同步增加，以实现连接法兰处的良好密封。在本结构采用C形弹性密封圈时，C形弹性密封圈的外侧位置固定，内压作用于C形弹性密封圈的内侧，内压经金属包裹层传递至弹性环产生张力，弹性环变形实现两个连接法兰之间的密封，当压力容器内压和温度波动、连接螺栓轴向伸长时，同上，C形弹性密封圈同样能够发挥良好的密封效果。C形弹性密封圈外层为金属包裹层的设置不仅可避免由管座导通而至的富含氯离子的冷却剂与弹性环接触，同时金属包裹层相较于现有常用的其他材质的密封用材料，耐磨性和耐高温性能好，利于保证C形弹性密封圈的密封效果。

附图说明

图1为本发明所述的一种一体化耐压壳组件一个具体实施例的结构示意图；

图2为本发明所述的一种一体化耐压壳组件一个具体实施例中，采用C形弹性密封圈时连接法兰的连接结构示意图；

图3为本发明所述的一种一体化耐压壳组件一个具体实施例中，采用O形弹性密封圈时连接法兰的连接结构示意图；

图4为本发明所述的一种一体化耐压壳组件一个具体实施例中，C形弹性密封圈的截面结构示意图。

图中标记分别为：1、连接组件，2、密封垫，21、C形弹性密封圈，22、O形弹性密封圈，23、弹性环，24、金属包裹层，25、内嵌缺口，3、耐压壳，4、V形焊缝，5、管座，6、压力容器顶盖，7、连接法兰，8、吊耳。

具体实施方式

本发明提供了一种一体化耐压壳组件，用于解决：现有控制棒驱动机构中，存在的Ω焊缝在反应堆运行时在应力腐蚀作用下Ω焊缝腐蚀导致泄漏发生，不利于核电行业安全运行；改进的控制棒驱动机构中，存在的异种金属焊接，焊接难度大，经济效益低的问题。以上技术效果的实现依赖于将耐压壳和管座采用法兰连接的连接形式，并对用于法兰连接处的密封垫形式作进一步限定，和改进耐压壳的结构形式。下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但是本发明不仅限于以下实施例：

实施例1：

如图1至图4所示，一种一体化耐压壳组件，包括耐压壳3和管座5，所述耐压壳3为沿着自身轴向设置有盲孔的柱状结构，耐压壳3的开口端和管座5的一端均固定有连接法兰7，两个连接法兰7通过多颗连接螺栓相连，且两个连接法兰7之间还设置有用于实现两个连接法兰7连接处密封的密封垫2，所述密封垫2为C形弹性密封圈21或O形弹性密封圈22；

所述O形弹性密封圈22为截面呈月牙形的金属环；

所述C形弹性密封圈21包括呈环状的弹性环23和包裹在弹性环23上的至少一层金属包裹层24。

本实施例中，设置的管座5连接在压力容器顶盖6上，且管座5的两端贯穿压力容器顶盖6的内外侧，连接在管座5上的连接法兰7固定于位于压力容器顶盖6外侧管座5的端部，这样，管座5的中空部分和耐压壳3的中空部分组成连接组件1、驱动杆等控制棒驱动机构组件的安装工位。本发明中采用耐压壳3与管座5法兰连接的结构形式，避免了传统的采用螺纹连接加Ω焊缝连接、对焊连接的耐压壳3与管座5的连接形式，传统的Ω焊缝厚度均为2mm左右，同时工作在交变载荷、氯离子腐蚀等复杂工况下，这样，本结构不存在Ω焊缝连接易出现的连接失效和对焊连接存在的异种金属焊接难度大、经济效益低的缺点。

由于燃料棒所在的压力容器在反应的过程中，压力容器的内压一般维持在17Mpa左右，压力容器的温度一般维持在310℃左右，本发明对用于实现法兰连接处密封的密封垫2做了进一步限定，本结构中若采用O形弹性密封圈22，无论O形弹性密封圈22的内凹侧位于其内侧还是外侧，只需要将O形弹性密封圈22的外侧固定，O形弹性密封圈22的两侧与连接法兰7压紧，在压力容器内压或者连接螺栓因为压力和温度的综合因素轴向伸长时，作用于O形弹性密封圈22内侧的压力迫使O形弹性密封圈22的厚度在两个连接法兰7间距变化时同步增加，或者内压增大时内压作用于O形弹性密封圈22内侧迫使O形弹性密封圈22的端面与两侧连接法兰7的相互作用力同步增加，以实现连接法兰7处的良好密封。在本结构采用C形弹性密封圈21时，C形弹性密封圈21的外侧位置固定，内压作用于C形弹性密封圈21的内侧，内压经金属包裹层24传递至弹性环23，弹性环23变形实现两个连接法兰7之间的密封，当压力容器内压和温度波动、连接螺栓轴向伸长时，同上，C形弹性密封圈21同样能够发挥良好的密封效果。C形弹性密封圈21外层为金属包裹层24的设置不仅可避免由管座5导通而至的富含氯离子的冷却剂与弹性环23接触，同时金属包裹层24相较于现有常用的其他材质的密封用材料，耐磨性和耐高温性能好，利于保证C形弹性密封圈21的密封效果。

本实施例中，以上连接法兰7优选密封面为凹面，即密封面代号为F的凹面法兰。

实施例2：

本实施例在实施例1的基础上作进一步限定，如图1至图4所示，为便于耐压壳3的加工，作为一种易于实现的耐压壳3结构形式，所述耐压壳3为多段组合式结构，耐压壳3的各段之间通过V形焊缝4相连。

为便于耐压壳3的加工，作为另一种易于实现的耐压壳3结构形式，所述耐压壳3为整体锻件或通过钻孔加工得到的整体式结构。

为便于控制棒驱动机构的安装和检修，所述耐压壳3的自由端上还设置有吊耳8。

作为一种高温强度好、抗热松弛性能优异的连接螺栓材料，所述连接螺栓的材质为碳素合金钢。

为保证连接螺栓的强度，提高其使用寿命，作为一种热脆性小的材料，所述碳素合金钢为20Cr1Mo1VNbB或20Cr1Mo1VTiB。

为便于由连接螺栓的两端对两片连接法兰7进行热紧，即便于压力容器工作在设定工况下，在压力容器内部的温度和压力达到正常工作值时，连接螺栓必然会发生轴向伸长，此时需要对连接螺栓再次拧紧，所述连接螺栓均包括双头螺柱和分别螺纹连接在双头螺柱两端的螺帽。

实施例3：

本实施例在以上任意一个实施例的基础上作进一步限定，如图1至图4所示，为简化弹性环23的结构，便于弹性环23的制造和延长O形弹性密封圈22、弹性环23和金属包裹层24在辐射下的使用寿命、降低检修时控制棒驱动机构残余辐射对检修人员的伤害，所述O形弹性密封圈22、弹性环23和金属包裹层24的材质均为镍基合金，所述弹性环23为首尾相接的弹簧。

为便于C形弹性密封圈22的制造，所述金属包裹层24上还设置有绕其周向分布的内嵌缺口25。以上结构中便于从内嵌缺口25中置入弹性环23。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种一体化耐压壳组件，包括耐压壳（3）和管座（5），所述耐压壳（3）为沿着自身轴向设置有盲孔的柱状结构，其特征在于，耐压壳（3）的开口端和管座（5）的一端均固定有连接法兰（7），两个连接法兰（7）通过多颗连接螺栓相连，且两个连接法兰（7）之间还设置有用于实现两个连接法兰（7）连接处密封的密封垫（2），所述密封垫（2）为C形弹性密封圈（21）或O形弹性密封圈（22）；

所述O形弹性密封圈（22）为截面呈月牙形的金属环；

所述C形弹性密封圈（21）包括呈环状的弹性环（23）和包裹在弹性环（23）上的至少一层金属包裹层（24）。

2.根据权利要求1所述的一种一体化耐压壳组件，其特征在于，所述耐压壳（3）为多段组合式结构，耐压壳（3）的各段之间通过V形焊缝（4）相连。

3.根据权利要求1所述的一种一体化耐压壳组件，其特征在于，所述耐压壳（3）为整体锻件或通过钻孔加工得到的整体式结构。

4.根据权利要求1所述的一种一体化耐压壳组件，其特征在于，所述耐压壳（3）的自由端上还设置有吊耳（8）。

5.根据权利要求1所述的一种一体化耐压壳组件，其特征在于，所述连接螺栓的材质为碳素合金钢。

6.根据权利要求5所述的一种一体化耐压壳组件，其特征在于，所述碳素合金钢为20Cr1Mo1VNbB或20Cr1Mo1VTiB。

7.根据权利要求5所述的一种一体化耐压壳组件，其特征在于，所述连接螺栓均包括双头螺柱和分别螺纹连接在双头螺柱两端的螺帽。

8.根据权利要求1至7中任意一个所述的一种一体化耐压壳组件，其特征在于，所述O形弹性密封圈（22）、弹性环（23）和金属包裹层（24）的材质均为镍基合金，所述弹性环（23）为首尾相接的弹簧。

9.根据权利要求8所述的一种一体化耐压壳组件，其特征在于，所述金属包裹层（24）的表面还设置有镀银层或镀金层。

10.根据权利要求1至7中任意一个所述的一种一体化耐压壳组件，其特征在于，所述金属包裹层（24）上还设置有绕其周向分布的内嵌缺口（25）。