兼具能动与非能动特点的高温气冷堆主氦风机挡板结构

摘要

本发明涉及反应堆工程技术领域，特别公开了一种兼具能动与非能动特点的高温气冷堆主氦风机挡板结构，该挡板结构包括锥形管、旋启式止回板和电动装置；其中，旋启式止回板的主体部分位于锥形管内部，电动装置布置在锥形管外部；另外，设计了一种特殊的连接结构连接旋启式止回板和电动装置，具体为：在转轴上安装键，在轴套内对应有环形键槽，使得轴套有绕转轴进行90度自由转动的空行程；根据键在环形键槽内不同位置，使得主氦风机挡板具有既能通过重力和气体压力实现启闭的非能动特性，也能通过电动装置实现启闭的能动特性，可以满足高温气冷堆多种工况要求。

权利要求

1.一种兼具能动与非能动特点的高温气冷堆主氦风机挡板结构，包括锥形管(1)、旋启式止回板和电动装置(8)，其特征在于：所述旋启式止回板包括舌板(2)、曲臂连杆(3)和转轴(4)；所述曲臂连杆(3)一端与所述舌板(2)通过螺母连接，另一端焊接在转轴(4)的轴套(13)上；

所述锥形管(1)的管壁有一圆形开口，用于放置处于全开状态的舌板(2)和曲臂连杆(3)；所述圆形开口处焊接一段圆形支管(16)，圆形支管(16)的轴线与锥形管(1)的轴线垂直；所述圆形支管(16)端部为法兰结构，螺栓连接锥形管侧盖板(10)；

所述旋启式止回板的舌板(2)、曲臂连杆(3)和部分转轴布置在锥形管(1)内；所述电动装置(8)布置在锥形管(1)外；

所述旋启式止回板与电动装置(8)之间通过转轴(4)、锥齿轮(7)和电动装置连接轴(9)进行连接；所述转轴(4)一端连接旋启式止回板，另一端连接锥齿轮(7)；所述电动装置连接轴(9)一端连接锥齿轮(7)，另一端连接电动装置(8)；

还包括电动装置(8)与旋启式止回板连接的特殊结构，具体为：

在与所述曲臂连杆(3)相连接的转轴(4)上安装有键(14)，在转轴(4)的轴套(13)内对应有环形键槽(15)，使得轴套(13)有绕转轴(4)进行90度自由转动的空行程，所述键(14)处于所述环形键槽(15)内；

以转轴(4)的轴线为参考方向，所述环形键槽(15)的径向高度比键(14)的径向高度高

0.1-0.3mm，环形键槽(15)的周向角度α在90°至100°之间，环形键槽(15)的轴向长度比键(14)的轴向长度长0.1-0.3mm；

所述环形键槽(15)与所述键(14)为间隙配合。

2.根据权利要求1所述的兼具能动与非能动特点的高温气冷堆主氦风机挡板结构，其特征在于：所述转轴(4)布置在所述锥形管(1)的大截面端。

3.根据权利要求1所述的兼具能动与非能动特点的高温气冷堆主氦风机挡板结构，其特征在于：所述锥形管(1)的外壁面、转轴(4)的下部焊接 支撑架(6)，用于支撑转轴(4)。

4.根据权利要求1所述的兼具能动与非能动特点的高温气冷堆主氦风机挡板结构，其特征在于：所述锥形管(1)的圆形支管(16)的内壁面焊接有紧邻锥形管(1)管壁的全开位置环形密封面(11)，当主氦风机挡板全开时，舌板(2)与全开位置环形密封面(11)接触。

5.根据权利要求1所述的兼具能动与非能动特点的高温气冷堆主氦风机挡板结构，其特征在于：所述锥形管(1)的大截面端邻近锥形管的管壁处布置全关位置环形密封面(12)，当主氦风机挡板全关时，舌板(2)与全关位置环形密封面(12)接触。

6.根据权利要求1所述的兼具能动与非能动特点的高温气冷堆主氦风机挡板结构，其特征在于：发挥非能动特性关闭或打开主氦风机挡板时，从平行于转轴(4)轴线的方向看，键(14)始终处于转轴(4)的正上方。

7.根据权利要求1所述的兼具能动与非能动特点的高温气冷堆主氦风机挡板结构，其特征在于：在小流量工况下，发挥电动装置(8)驱动舌板(2)运动的能动特性关闭或打开主氦风机挡板后，均需通过电动装置(8)将转轴(4)反方向旋转，使键(14)在环形键槽(15)内反方向转动，直到处于转轴(4)的正上方为止，为下次打开或关闭主氦风机挡板做准备。

8.根据权利要求1所述的兼具能动与非能动特点的高温气冷堆主氦风机挡板结构，其特征在于：为了实现主氦风机挡板的小开度状态，从垂直于纸面的方向看，必须依靠电动装置(8)顺时针旋转键(14)至所需角度，使键(14)顺时针方向的侧面紧邻环形键槽(15)顺时针方向的侧面。

说明书

兼具能动与非能动特点的高温气冷堆主氦风机挡板结构

技术领域

[0001] 本发明涉及反应堆工程技术领域，特别涉及一种兼具能动与非能动特点的高温气冷堆主氦风机挡板结构。

背景技术

[0002] 高温气冷堆是以石墨为慢化剂、氦气为冷却剂的高温反应堆，是一种固有安全性好、发电效率高、用途极为广泛的先进核反应堆。高温气冷堆核电站一回路总体结构如图1所示，包括反应堆压力容器1’与蒸汽发生器压力容器5’，其间采用热气导管3’连接。反应堆堆芯由氦气冷却。高温气冷堆依靠主氦风机驱动氦气冷却剂在反应堆一回路内部循环流动。主氦风机4’为立式布置，安装在蒸汽发生器压力容器5’的正上方。

[0003] 由图1可见，主氦风机4’整体处于一回路内，与反应堆堆芯连通。为了防止反应堆事故停堆工况下堆芯内高达750℃的高温热流发生反向自然流动，应在主氦风机进口或者出口设置挡板，发挥阻挡和隔离作用。否则高达750℃的高温热流会流过热气导管外壁等设计温度低于750℃的一回路边界，造成一回路压力边界破坏，严重影响反应堆的安全性。另外，高温气冷堆存在一种小流量工况，需要有小流量氦气反向(与主氦风机正常工况下的氦气流动方向相反)流过主氦风机。此时主氦风机挡板应处于小开度状态，以保证一定的气流速度。

[0004] 为了与高温气冷堆核电站所具有的非能动安全特性一致，挡板结构选择类似止回阀的舌板结构。一般情况下依靠氦气压力和舌板重力启闭舌板，实现氦气的单向流动。另外，高温气冷堆主氦风机的进气和出气方向均沿轴向，所以选择结构最简单的旋启式止回板。进一步，为了满足核电设计的“多样性”要求，选择电动装置驱动旋启式止回板的舌板，在旋启式止回板非能动特性失效时实现能动启闭舌板，使得主氦风机挡板同时具有能动与非能动特点；另外，在小流量工况下，必须依靠电动装置打开舌板。

[0005] 对于电动装置驱动的旋启式止回板，最关键的技术难点在于设计电动装置与旋启式止回板的具体连接结构，使能动与非能动两种特点可以互相切换。已有文献中未见电动装置驱动旋启式止回板的相关报道，没有可借鉴资料。

发明内容

[0006] 为了克服上述现有技术存在的问题，本发明要解决的技术问题是提供一种兼具能动与非能动特点的高温气冷堆主氦风机挡板结构。

[0007] 为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

[0008] 一种兼具能动与非能动特点的高温气冷堆主氦风机挡板结构，包括锥形管1、旋启式止回板和电动装置8，其特征在于：

[0009] 所述旋启式止回板包括舌板2、曲臂连杆3和转轴4；所述曲臂连杆3一端与所述舌板2通过螺母连接，另一端焊接在转轴4的轴套13上；

[0010] 所述锥形管1的管壁有一圆形开口，用于放置处于全开状态的舌板2和曲臂连杆3；所述圆形开口处焊接一段圆形支管16，圆形支管16的轴线与锥形管1的轴线垂直；所述圆形支管16端部为法兰结构，螺栓连接锥形管侧盖板10；

[0011] 所述旋启式止回板的舌板2、曲臂连杆3和部分转轴布置在锥形管1内；所述电动装置8布置在锥形管1外；

[0012] 所述旋启式止回板与电动装置8之间通过转轴4、锥齿轮7和电动装置连接轴9进行连接；所述转轴4一端连接旋启式止回板，另一端连接锥齿轮7；所述电动装置连接轴9一端连接锥齿轮7，另一端连接电动装置8。

[0013] 还包括电动装置8与旋启式止回板连接的特殊结构，具体为：

[0014] 在与所述曲臂连杆3相连接的转轴4上安装有键14，在转轴4的轴套13内对应有环形键槽15，使得轴套13有绕转轴4进行90度自由转动的空行程，所述键14处于所述环形键槽15内。

[0015] 进一步地，所述转轴4布置在所述锥形管1的大截面端。

[0016] 进一步地，所述锥形管1的外壁面、转轴4的下部焊接支撑架6，用于支撑转轴4。

[0017] 进一步地，以转轴4的轴线为参考方向，所述环形键槽15的径向高度比键14的径向高度高0.1-0.3mm，环形键槽15的周向角度α在90°至100°之间，环形键槽15的轴向长度比键14的轴向长度长0.1-0.3mm。

[0018] 进一步地，所述环形键槽15与所述键14为间隙配合。

[0019] 进一步地，所述锥形管1的圆形支管16的内壁面焊接有紧邻锥形管1管壁的全开位置环形密封面11，当主氦风机挡板全开时，舌板2与全开位置环形密封面11接触。

[0020] 进一步地，所述锥形管1的大截面端邻近锥形管的管壁处布置全关位置环形密封面12，当主氦风机挡板全关时，舌板2与全关位置环形密封面12接触。

[0021] 进一步地，发挥非能动特性关闭或打开主氦风机挡板时，从平行于转轴4轴线的方向看，键14始终处于转轴4的正上方。

[0022] 进一步地，在小流量工况下，发挥电动装置8驱动舌板2运动的能动特性关闭或打开主氦风机挡板后，均需通过电动装置8将转轴4反方向旋转，使键14在环形键槽15内反方向转动，直到处于转轴4的正上方为止，为下次打开或关闭主氦风机挡板做准备。

[0023] 进一步地，在非能动特性失效时，必须发挥电动装置8驱动舌板2运行的能动特性关闭或打开主氦风机挡板。

[0024] 进一步地，为了实现主氦风机挡板的小开度状态，从垂直于纸面的方向看，必须依靠电动装置8顺时针旋转键14至所需角度，使键14顺时针方向的侧面紧邻环形键槽15顺时针方向的侧面。

[0025] 和现有技术相比较，本发明提供的高温气冷堆主氦风机挡板结构同时具有非能动和能动特点，能满足高温气冷堆多种工况要求。

附图说明

[0026] 图1为现有技术高温气冷堆核电站一回路总体结构示意图。

[0027] 图2为本发明实施例兼具能动与非能动特点的高温气冷堆主氦风机挡板结构图。

[0028] 图3为本发明实施例主氦风机挡板全开时A-A剖面图。

[0029] 图4为本发明实施例主氦风机挡板全开时转轴处具体连接结构放大图。

[0030] 图5为本发明实施例主氦风机挡板全关时A-A剖面图。

[0031] 图6为本发明实施例主氦风机挡板全关时转轴处具体连接结构放大图。

[0032] 其中：1、锥形管；2、舌板；3、曲臂连杆；4、转轴；5、转轴端盖；6、支撑架；7、锥齿轮；8、电动装置；9、电动装置连接轴；10、锥形管侧盖板；11、全开位置环形密封面；12、全关位置环形密封面；13、轴套；14、键；15、环形键槽；16、圆形支管。

具体实施方式

[0033] 下面结合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。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

[0034] 如图2所示，本发明实施例提供的高温气冷堆主氦风机挡板结构，位于主氦风机进口处，包括锥形管1、旋启式止回板和电动装置8三部分。其中，锥形管1为主氦风机叶轮前的进口管道，小截面邻近主氦风机叶轮。旋启式止回板包括：舌板2、曲臂连杆3和转轴4。曲臂连杆3一端与舌板2通过螺母连接，另一端焊接在轴套13上。转轴4布置在邻近锥形管1的大截面处。旋启式止回板的舌板2、曲臂连杆3和部分转轴4布置在锥形管1内。旋启式止回板与电动装置8之间通过转轴4、锥齿轮7和电动装置连接轴9进行连接。转轴4一端连接旋启式止回板，另一端连接锥齿轮7；电动装置连接轴9一端连接锥齿轮7，另一端连接电动装置8。转轴4与电动装置连接轴9发挥连接作用，锥齿轮7发挥转向和传递扭矩的作用。电动装置8布置在锥形管1外面，根据需要选择布置地方。为了支撑转轴4，在锥形管1外壁面、转轴4下部焊接支撑架6。

[0035] 为了使主氦风机挡板同时具有能动与非能动的特点，专门设计了一套特殊的具体连接结构：如图4和图6所示，在与曲臂连杆3相连接的转轴4处安装键14，在轴套13靠近转轴4的内表面挖出一个环形键槽15，使得轴套13有绕转轴4进行90度自由转动的空行程。键14处于环形键槽15内，键14与环形键槽15为间隙配合。以转轴4的轴线为参考方向，环形键槽
15的径向高度比键14的径向高度高0.1-0.3mm，环形键槽15的周向角度α在90°至100°之间，环形键槽15的轴向长度比键14的轴向长度长0.1-0.3mm左右。

[0036] 本实施例主氦风机挡板全开时的A-A截面剖视图如图3所示。由图可见，锥形管1的管壁有一圆形开口，用于放置全开时的舌板2和曲臂连杆3。开口处焊接一段圆形支管16，圆形支管16轴线与锥形管1的轴线垂直，圆形支管16端部为法兰结构，螺栓连接锥形管侧盖板10，发挥密封作用，防止粉尘等进入主氦风机内部。圆形支管16内壁面焊接全开位置环形密封面11，紧邻锥形管1的管壁。当主氦风机挡板全开时，舌板2与曲臂连杆3平行于锥形管1的管壁，舌板2与全开位置环形密封面11接触。

[0037] 本实施例主氦风机挡板全关时的A-A截面剖视图如图5所示。由图可见，锥形管1的大截面为主氦风机进口，进口邻近锥形管1管壁处布置全关位置环形密封面12。当主氦风机挡板全关时，舌板2与曲臂连杆3垂直于锥形管1的轴线，舌板2与全关位置环形密封面12接触，封闭主氦风机进口。

[0038] 本实施例中主氦风机挡板的工作原理和操作顺序如下：

[0039] 一般情况下，主氦风机挡板依靠氦气压力和舌板2与曲臂连杆3的重力实现开和关，即主要发挥主氦风机挡板的非能动特性。当氦气反向流动，即氦气流动方向与重力方向一致时，或者氦气压力小于舌板2与曲臂连杆3的重力时，舌板2在重力的作用下绕转轴4逆时针转动(参考垂直于纸面的方向，以下相同)，直到与全关位置环形密封面12接触，封闭锥形管1的进口，实现关闭主氦风机挡板。当氦气正向流动，即氦气流动方向与重力方向相反时，并且氦气压力大于舌板2与曲臂连杆3的重力时，舌板2在压力的作用下绕转轴4顺时针转动，直到与全开位置环形密封面11接触，平行于锥形管1的管壁，锥形管1进口无阻塞，实现打开主氦风机挡板。

[0040] 依靠非能动特性启闭主氦风机挡板时，由于转轴4与环形键槽15为间隙配合，舌板2转动时转轴4与键14固定不动，而只是随轴套13一起转动。在此过程中，键14始终位于转轴
4的正上方位置。当主氦风机挡板处于关闭状态时，键14顺时针方向的侧面紧邻环形键槽15顺时针方向的侧面；当主氦风机挡板处于打开状态时，键14逆时针方向的侧面紧邻环形键槽15逆时针方向的侧面。

[0041] 当氦气流动方向仍然保持为正向,而非能动特性失效时,必须发挥主氦风机挡板的能动特性，依靠电动装置8驱动舌板2运动，实现主氦风机挡板的开和关。为了关闭主氦风机挡板，电动装置8驱动转轴4逆时针旋转，由于键14逆时针方向的侧面紧邻环形键槽15逆时针方向的侧面，键14带动轴套13逆时针旋转，进而带动舌板2逆时针旋转，直到舌板2与全关位置环形密封面12接触。同样，为了打开主氦风机挡板，电动装置8驱动转轴4顺时针旋转，键14带动轴套13顺时针旋转，进而带动舌板2顺时针旋转，直到舌板2与全开位置环形密封面11接触，打开主氦风机挡板。

[0042] 关闭主氦风机挡板后，通过电动装置8将转轴4顺时针旋转，使键14在环形键槽15内顺时针转动，转轴轴套13不动，直到键14复位至转轴4的正上方位置，键14顺时针方向的侧面紧邻转轴空行程15顺时针方向的侧面，为下次打开主氦风机挡板做准备。

[0043] 打开主氦风机挡板后，通过电动装置8将转轴4逆时针旋转，使键14在环形键槽15内逆时针转动，轴套13不动，直到键14复位至转轴4的正上方位置，键14逆时针方向的侧面紧邻环形空槽15逆时针方向的侧面，为下次关闭主氦风机挡板做准备。

[0044] 总之，依靠能动特性关闭或者打开主氦风机挡板后，均需通过电动装置8将键14沿主氦风机挡板运动的反方向转动，使键14复位，为下次打开或者关闭主氦风机挡板做准备。

[0045] 小流量工况下，氦气流动方向为反向，氦气压力与舌板2和曲臂连杆3的重力方向一致，此时主氦风机挡板非能动特性失效，也必须发挥主氦风机挡板的能动特性，依靠电动装置8驱动舌板2运动至某一中间位置，实现主氦风机挡板的小开度状态。

[0046] 当主氦风机挡板最初状态处于打开状态时,如图3和图4所示,通过电动装置8将键14顺时针方向旋转至所需角度,舌板2将在氦气压力和舌板2与曲臂连杆3重力的作用下逆时针旋转,直到键14顺时针方向的侧面紧邻环形键槽15顺时针方向的侧面,从而将主氦风机挡板保持在所需小开度位置。

[0047] 当主氦风机挡板最初状态处于关闭状态时,如图5和图6所示,通过电动装置8将键14顺时针方向旋转至所需角度,由于键14顺时针方向的侧面紧邻环形键槽15顺时针方向的侧面，将带动舌板2顺时针旋转至所需角度，从而将主氦风机挡板保持在所需小开度位置。

[0048] 总之，为了实现主氦风机挡板的小开度状态，必须依靠电动装置8顺时针旋转键14至所需角度，使键14顺时针方向的侧面紧邻环形键槽15顺时针方向的侧面。

[0049] 事故工况下，例如轴套13与转轴4之间进入异物，两者被卡住，必须同步动作，非能动特性失效。此时必须发挥能动特性，即通过电动装置8驱动转轴4、轴套13和键14一起旋转，从而打开或者关闭主氦风机挡板。

[0050] 本发明提供的高温气冷堆主氦风机挡板，结构简单、操作起来安全方便，同时具备非能动与能动特点，可满足高温气冷堆多种工况要求。

[0051] 以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。