一种高温气冷堆冷却剂旁流控制方法及其密封性检验装置

技术领域

本发明涉及旁流控制技术领域，特别是一种高温气冷堆冷却剂旁流控制方法及其密封性检验装置。

背景技术

球床式高温气冷堆是一种具有固有安全性、发电效率高、潜在热应用广泛的先进反应堆。反应堆内的堆内构件包含大量的石墨块、碳块等陶瓷构件，即是反应堆结构材料，也构成了氦气冷却剂的流道。根据反应堆内各部分冷却剂的流动特性及产生原因，可以将反应堆内氦气冷却剂分为三个部分：

1. 氦气主流，是指流经堆芯球床、将燃料发热载出堆芯的有效流动部分；

2. 功能性旁流，包括流经控制棒孔道的旁流和流经卸料管的旁流；

3. 结构性旁流，堆内构件的石墨块堆砌结构由于装配、热膨胀等原因，石墨块之间会存在一定的狭窄间隙，使得氦气在主要设计流道中流动的同时，有小部分会在石墨间隙中流动，成为氦气主流的旁流。

结构性旁流的存在从一定程度上改变了反应堆内氦气冷却剂的流量分布，导致流经球床的有效氦气冷却剂流量减小，继而影响球床内的温度分布及燃料的最高温度，因此在高温气冷堆设计中需要重点关注并进行有效控制。其中石墨侧反射层每两块石墨块之间都有一条竖向窄缝，且窄缝贯通整个侧反射层，是典型的旁流通道之一，针对流经反应堆内侧反射层石墨块之间的竖向窄缝的结构性旁流，我们需要一种旁流控制装置和密封性能模拟试验装置，实现反应堆内氦气冷却剂流量分布的优化，有效控制燃料最高温度，从而有效支撑高温气冷堆反应堆结构的设计和论证，进一步提高球床式高温气冷堆的安全可靠性，因此，我们通过对该模拟试验装置及其旁流控制方法进行构思设计，提出本发明。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述或现有技术中存在的问题，提出了本发明。

因此，本发明的目的是针对流经反应堆内侧反射层石墨块之间的竖向窄缝的结构性旁流，提供一种旁流控制装置和密封性能模拟试验装置，实现反应堆内氦气冷却剂流量分布的优化，有效控制燃料最高温度，最终实现球床内氦气冷却剂流量分布的优化。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种高温气冷堆冷却剂旁流控制方法，其包括以下步骤：

S1、识别反应堆内结构性旁流部位； S2、构造燕尾槽结构密封键密封旁流通道；S3、加工模拟体开展旁流密封性能试验，验证旁流控制效果。

作为本发明所述一种高温气冷堆冷却剂旁流控制方法的一种优选方案，其中：所述的识别反应堆内结构性旁流具体为：根据反应堆结构特点，分析可能影响球床温度分布的窄缝旁流，并通过热工水力计算，定量分析旁流的大小和对球床内流动换热的影响，从而确认主要的窄缝旁流。

作为本发明所述一种高温气冷堆冷却剂旁流控制方法的一种优选方案，其中：所述的设计燕尾槽结构密封键具体为，在识别的窄缝的球床侧设计燕尾槽结构的密封键，包括密封石墨块间上表面窄缝的横向密封键和密封石墨块间贯通整个侧反射层的竖向窄缝的竖向密封键，从而阻挡氦气冷却剂的纵向旁流和横向漏流。

本发明另一个目的是提供一种高温气冷堆旁流密封性检验装置，其包括反应堆单元，包括保护层，以及设置于所述保护层内的多组石墨块；

封堵单元，包括纵向密封件，以及设置于所述纵向密封件一侧的横向密封齿条；

调整单元，包括多根转杆、设置于所述转杆一侧的传动件，以及设置于所述传动件一侧的限位盖。

作为本发明所述高温气冷堆旁流密封性检验装置的一种优选方案，其中：所述保护层包括设置于其底部的安装槽；所述安装槽包括设置于其内部的压缩弹簧，以及设置于所述安装槽内壁的多个固定导向球。

作为本发明所述高温气冷堆旁流密封性检验装置的一种优选方案，其中：所述石墨块包括旁流通道，以及设置于所述石墨块一侧的梯形凸块。

作为本发明所述高温气冷堆旁流密封性检验装置的一种优选方案，其中：所述纵向密封件截面形状与两同平面且相邻的所述石墨块间形成的间隙一致；

所述纵向密封件包括纵向设置于其内部的第一插接槽，以及横向设置于所述纵向密封件内部的第二插接槽；

所述第一插接槽上半段孔径自上至下孔径逐渐减小，所述第一插接槽还包括设置于其内壁的螺旋槽，以及连通设置在所述螺旋槽下方的环形槽。

作为本发明所述高温气冷堆旁流密封性检验装置的一种优选方案，其中：所述转杆包括按压旋钮、设置于所述按压旋钮一侧的按压弹簧、设置于所述按压弹簧一侧的第一插杆、设置于所述第一插杆一侧的第二插杆、设置于所述第二插杆外壁的齿轮，以及设置于所述第二插杆一侧的卡头；

所述第一插杆杆径自上至上逐渐减小，所述第一插杆还包括设置于其外壁的球状凸起。

作为本发明所述高温气冷堆旁流密封性检验装置的一种优选方案，其中：所述传动件包括盘状齿轮、设置于所述盘状齿轮一侧的连接杆，以及设置于所述连接杆一侧的转动杆。

作为本发明所述高温气冷堆旁流密封性检验装置的一种优选方案，其中：所述限位盖包括设置于其一侧的多个限位凸起。

本发明的有益效果为：本发明在主要窄缝旁流位置设计了燕尾槽结构密封件，对氦气冷却剂的纵向旁流和横向漏流形成了阻挡。同时设计了旁流密封性能试验装置验证旁流控制效果。通过上述旁流控制措施，有效减小了结构性旁流对球床内氦气冷却剂流量分布的影响，保证了流经球床的有效冷却剂流量，继而优化球床的温度分布及燃料最高温度，从而有效支撑高温气冷堆反应堆结构的设计和论证，进一步提高球床式高温气冷堆的安全可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为高温气冷堆旁流密封性检验装置的整体结构示意图；

图2为高温气冷堆旁流密封性检验装置的另一整体结构示意图；

图3为高温气冷堆旁流密封性检验装置的整体剖面视图；

图4为高温气冷堆旁流密封性检验装置图3中A处的局部放大图；

图5为高温气冷堆旁流密封性检验装置中转杆的结构示意图；

图6为高温气冷堆旁流密封性检验装置中石墨块的结构示意图；

图7为高温气冷堆旁流密封性检验装置中纵向密封件的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

实施例1

本发明第一个实施例提供了一种高温气冷堆旁流密封性检验装置， 其包括如下步骤：S1、识别反应堆内结构性旁流部位；S2、构造燕尾槽结构密封键密封旁流通道；S3、加工模拟体开展旁流密封性能试验，验证旁流控制效果。

识别反应堆内结构性旁流具体为，根据反应堆结构设计特点，分析可能影响球床温度分布的窄缝旁流，并通过热工水力计算，定量分析旁流的大小和对球床内流动换热的影响，从而确认主要的窄缝旁流。

设计燕尾槽结构密封键具体为，在识别的窄缝的球床侧设计燕尾槽结构的密封键，包括密封石墨块间上表面窄缝的横向密封键和密封石墨块间贯通整个侧反射层的竖向窄缝的竖向密封键，从而阻挡氦气冷却剂的纵向旁流和横向漏流。

需要说明的是，相邻密封键间采用榫卯结构相互交叠，对密封键进一步固定。横向密封键通过榫卯结构的固定避免了径向的移动，竖向密封键由燕尾槽结构和上下键间的榫卯结构固定，避免脱落进入球床。

较佳的，加工1:10的反应堆模拟体，通过在石墨块防旋键中加工贯通至窄缝的通道，并增加密封罩密封外层筒体和侧反射层石墨块之间的腔体，然后利用风机抽取漏入窄缝的旁流，并将测量旁流流量和反应堆设计考虑的泄漏率上限值比较，从而验证旁流控制效果。由于反应堆中流动的介质采用常温常压空气，设计泄漏率需由高温高压氦气对应数值转化为常温常压空气的数值。

综上，本发明在主要窄缝旁流位置设计了燕尾槽结构密封键，对氦气冷却剂的纵向旁流和横向漏流形成了阻挡。同时设计了旁流密封性能试验装置验证旁流控制效果。通过上述旁流控制措施，有效减小了结构性旁流对球床内氦气冷却剂流量分布的影响，保证了流经球床的有效冷却剂流量，继而优化球床的温度分布及燃料最高温度，从而有效支撑高温气冷堆反应堆结构的设计和论证，进一步提高球床式高温气冷堆的安全可靠性。

实施例2

参照图1~3及6~7，为本发明的第二个实施例，该实施例提供了一种一种高温气冷堆旁流密封性检验装置，包括反应堆单元100，包括保护层101，以及设置于保护层101内的多组石墨块102；

封堵单元200，包括纵向密封件201，以及设置于纵向密封件201一侧的横向密封齿条202；

调整单元300，包括多根转杆301、设置于转杆301一侧的传动件302，以及设置于传动件302一侧的限位盖303。

石墨块102包括旁流通道102a，以及设置于石墨块102一侧的梯形凸块102b；

纵向密封件201截面形状与两同平面且相邻的石墨块102间形成的间隙一致；

纵向密封件201包括纵向设置于其内部的第一插接槽201a，以及横向设置于纵向密封件201内部的第二插接槽201b。

需要说明的是，保护层101是由高强度高密度的金属材料制成，具体为钢或铅，保护反应堆以防止石墨块102直接与外界环境相接触，减少对石墨块102的氧化和腐蚀，另外起到封闭放射性物质防止泄露以及支撑、提高稳定性的作用，石墨块102截面为扇环形状，石墨块分为两层，每层环绕连接有12块石墨块102，石墨块102环绕后呈圆环状排布在保护层101内。

较佳的，封堵单元200由纵向密封件201与横向密封齿条202组成，用以密封住每相邻两块石墨块102之间的间隙，也即控制住氦气冷却剂在石墨间隙中的结构性旁流。

较佳的，石墨块102沿其中心位置纵向开有贯通的旁流通道102a，旁流通道102a是用以流通氦气冷却剂的旁路通道，本装置主要模拟测试的也正是这一部分的密封性能，石墨块102一侧固定连接有一梯形凸块102b，二者固定为一体结构，这样会使相邻两石墨块102间会形成一贯通的密封区域，分为纵向的贯通区域与横向的贯通区域，而纵向密封件201则是插入此纵向贯通区域内，纵向密封件201截面与此区域内壁贴合，插入后可以实现对纵向间隙的密封，纵向密封件201还包括纵向贯通于其上表面中心位置的第一插接槽201a，以及位于其中部的贯通的横向第二插接槽201b，第二插接槽201b为曲面1/24圆环形状，正对着上下两石墨块102间的横向间隙间。

较佳的，横向密封齿条202为弧形的1/24环状齿条，活动设置在第二插接槽201b内，横向密封齿条202用于密封上下两石墨块102的间隙，当纵向密封件201插入对准后，此时通过转动插入其中的转杆301，由于转杆301外壁固定连接的齿轮301e与横向密封齿条202啮合，转杆301会带动横向密封齿条202沿第二插接槽201b转动将横向密封齿条202转入未被纵向密封件201密封的横向间隙中，实现对横向间隙的完整密封。

实施例3

参照图1~7，为本发明第三个实施例，其包括上述实施例，且不同于上述实施例的是：还包括，第一插接槽201a上半段孔径自上至下孔径逐渐减小，第一插接槽201a还包括设置于其内壁的螺旋槽201a-1，以及连通设置在螺旋槽201a-1下方的环形槽201a-2；

保护层101包括设置于其底部的安装槽101a；安装槽101a包括设置于其内部的压缩弹簧101a-1，以及设置于安装槽101a内壁的多个固定导向球101a-2。

转杆301包括按压旋钮301a、设置于按压旋钮301a一侧的按压弹簧301b、设置于按压弹簧301b一侧的第一插杆301c、设置于第一插杆301c一侧的第二插杆301d、设置于第二插杆301d外壁的齿轮301e，以及设置于第二插杆301d一侧的卡头301f。

第一插杆301c杆径自上至下逐渐减小，第一插杆301c还包括设置于其外壁的球状凸起301c-1。

传动件302包括盘状齿轮302a、设置于盘状齿轮302a一侧的连接杆302b，以及设置于连接杆302b一侧的转动杆302c。

限位盖303包括设置于其一侧的多个限位凸起303a。

需要说明的是，按压旋钮301a为圆盘状，按压旋钮301a四周开有纵向的齿形，按压旋钮301a与第一插杆301c通过一段短杆固定连接，短杆外环绕有按压弹簧301b，用于对按压旋钮301a进行缓冲，第一插杆301c与第二插杆301d固定连接成为一个整体，第二插杆301d外壁固定连接有齿轮301e，卡头301f固定连接在第二插杆301d另一侧。

较佳的，第一插杆301c杆径自上至下逐渐减小，最后直至杆径与第二插杆301d一致，上方杆径约为下方杆径的1.5倍，，第一插杆301c接近齿轮301e位置的表面一侧开设有一固定的球状凸起301c-1。卡头301f固定连接在第二插杆301d端头位置，卡头301f为不规则的凸起的圆球状，卡头301f沿其圆球外壁开有螺旋型的环状槽，此槽与固定连接在安装槽101a内壁的固定导向球101a-2啮合，通过这种形状可以通过旋转转杆301将其插接在安装槽101a内，并且当旋转进入安装槽101a内后可以继续旋转而不受影响，一旦反转则会带动转杆301划出安装槽101a，这种结构十分适用于在转杆301插接完成后仍需旋转带动横向密封齿条202的场景。

较佳的，纵向的第一插接槽201a沿上下两石墨块102间的横向间隙间分为上半段与下半段，其中，上半段孔径自上之下孔径逐步减小，上方孔径约为下方孔径的1.5倍，略大于第一插杆301c杆径。第一插接槽201a的上半段内壁还开设有螺旋槽201a-1，螺旋槽201a-1自上朝下还开设有光滑的圆角，螺旋槽201a-1下方还开设有环形槽201a-2，环形槽201a-2与螺旋槽201a-1通过一段纵向的槽连通，当我们将转杆301插入第一插接槽201a内，固定连接在转杆301外壁的球状凸起301c-1逐渐与螺旋槽201a-1啮合，并调整其方向固定为螺旋槽201a-1方向并在到达螺旋槽201a-1的终点后滑入环形槽201a-2内，并被限位在环形槽201a-2内，由于其插入并使齿轮301e与横向密封齿条202的位置始终在螺旋槽201a-1的底部位置，可以很好的避免两部分齿与齿之间的磕碰，防止齿与齿之间卡位导致转杆301卡死的问题。

较佳的，传动件302、限位盖303以及转杆301为一个整体，传动件302通过中心转轴与多个转杆301连接，盘装齿轮302a与转杆301上的按压旋钮301a外齿形均啮合，当转动转动杆302c时可以同时驱动四周的12个转杆301同时转动，以实现同步插接转杆301并进行横向密封，大大的提高了工作效率，限位盖303为圆形钢形盖，限位盖外沿均匀阵列固定有12个限位凸起303a，在限位盖303盖紧时，限位凸起303a与上层石墨块102的梯形凸块102b上部分凹陷啮合，可以实现位置的固定，当按压限位盖303时，限位盖303会压紧转杆301使其往下插接进入安装槽101a中。

使用步骤，1. 模拟高温气冷堆将石墨块102分两层呈圆环状堆砌在保护层101内；

2. 将横向密封齿条202置入纵向密封件201第二插接槽201b内；

3. 将纵向密封件201沿石墨块102间的纵向贯通区域插入，实现对相邻两石墨块102纵向间隙的密封；

4. 将调整单元300中转杆301分别一一对应地插入纵向密封件201上的第一插接槽内，此时限位盖303上限位凸起303a正好与上层石墨块102的梯形凸块102b上部分凹陷啮合；

5. 从装置上方均匀用力按压限位盖303，按压过程中转杆301上的球状凸起301c-1会逐渐与螺旋槽201a啮合，调整方向并使球状凸起301c-1在到达螺旋槽201a-1的终点后滑入环形槽201a-2内并被限位在环形槽201a-2内，同时齿轮301e会与横向密封齿条202逐步啮合，与此同时，转杆301端头的卡头301f也会逐渐与固定导向球101a-2啮合并插接进入安装槽101a内；

6. 转动转动杆302c使盘装齿轮302a同步带动转杆301上的按压旋钮并通过齿轮301e与横向密封齿条202的啮合带动齿条贴合石墨块102壁延伸出，实现对上下两石墨块102间隙的密封；

7. 对旁流通路102a一侧内注入流动介质常温常压空气或高温高压氦气，旁流通路102a另一侧通过出口引出并回收，剩下的未回收的泄露气体则通过风机在旁流通路102a另一侧抽取，并将测量旁流流量和反应堆设计考虑的泄漏量上限值比较，从而验证旁流控制效果。

综上，本发明通过封堵单元200对氦气冷却剂的纵向旁流和横向漏流形成了阻挡。通过这种模拟试验装置可以模拟高温气冷堆进行操作试验，节约成本，降低了安全隐患，通过模拟产生的数据可以有效支撑高温气冷堆反应堆结构的设计和论证，进一步提高球床式高温气冷堆的安全可靠性。

重要的是，应注意，在多个不同示例性实施方案中示出的本申请的构造和布置仅是例示性的。尽管在此公开内容中仅详细描述了几个实施方案，但参阅此公开内容的人员应容易理解，在实质上不偏离该申请中所描述的主题的新颖教导和优点的前提下，许多改型是可能的（例如，各种元件的尺寸、尺度、结构、形状和比例、以及参数值（例如，温度、压力等）、安装布置、材料的使用、颜色、定向的变化等）。例如，示出为整体成形的元件可以由多个部分或元件构成，元件的位置可被倒置或以其它方式改变，并且分立元件的性质或数目或位置可被更改或改变。因此，所有这样的改型旨在被包含在本发明的范围内。可以根据替代的实施方案改变或重新排序任何过程或方法步骤的次序或顺序。在权利要求中，任何“装置加功能”的条款都旨在覆盖在本文中所描述的执行所述功能的结构，且不仅是结构等同而且还是等同结构。在不背离本发明的范围的前提下，可以在示例性实施方案的设计、运行状况和布置中做出其他替换、改型、改变和省略。因此，本发明不限制于特定的实施方案，而是扩展至仍落在所附的权利要求书的范围内的多种改型。

此外，为了提供示例性实施方案的简练描述，可以不描述实际实施方案的所有特征（即，与当前考虑的执行本发明的最佳模式不相关的那些特征，或与实现本发明不相关的那些特征）。

应理解的是，在任何实际实施方式的开发过程中，如在任何工程或设计项目中，可做出大量的具体实施方式决定。这样的开发努力可能是复杂的且耗时的，但对于那些得益于此公开内容的普通技术人员来说，不需要过多实验，所述开发努力将是一个设计、制造和生产的常规工作。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。