本發(fā)明涉及核反應(yīng)堆技術(shù)領(lǐng)域。更具體地，涉及一種在反應(yīng)堆堆芯一回路冷卻劑(又稱載熱劑)的流量異常減少時(shí)用于中斷核反應(yīng)堆內(nèi)中子活動(dòng)的無(wú)源觸發(fā)型安全裝置。

本發(fā)明特別適用于但不限于快中子反應(yīng)堆領(lǐng)域，尤其是使用液態(tài)金屬鈉作為一回路冷卻劑的快中子反應(yīng)堆。

背景技術(shù)：

在堆芯由冷卻劑冷卻的反應(yīng)堆中，如液態(tài)金屬鈉冷卻快中子反應(yīng)堆(rnr-na)，反應(yīng)性的控制一般是通過(guò)多個(gè)可以停止中子反應(yīng)的安全裝置實(shí)現(xiàn)的。同一個(gè)反應(yīng)堆中配備的多個(gè)安全裝置的冗余和技術(shù)差異應(yīng)該能夠使上述停止功能故障的可能性降到最低。

這些安全裝置的工作原理一般是將吸收棒(又稱為中子吸收棒)下落或插入到堆芯中，以實(shí)現(xiàn)停堆。通常，這些吸收棒被平移上升到反應(yīng)堆中的保護(hù)套內(nèi)。將由吸收棒和保護(hù)套構(gòu)成的組件設(shè)置在裝有裂變材料的組件的周圍。這些吸收棒用于保護(hù)內(nèi)部的吸收針束。

必須冷卻這些吸收針。事實(shí)上，輻照會(huì)使吸收針的溫度升高。尤其是，如果利用硼-10同位素(10b)來(lái)吸收中子，在構(gòu)成吸收針的碳化硼材料(b4c)中會(huì)產(chǎn)生熱功率。然而，為了確保吸收針構(gòu)件的各種功能和/或機(jī)械強(qiáng)度，必須限制這些組件的溫度。這就是必須冷卻吸收針的原因。

迄今為止，鈉冷卻式快反應(yīng)堆(rnr-na)的主安全裝置都是有源器件，從這種意義上來(lái)說(shuō)，吸收棒插入堆芯這一動(dòng)作是由外置電動(dòng)控制裝置或電信號(hào)的消失觸發(fā)。為了下一代鈉冷卻式快反應(yīng)堆(rnr-na)，擬開(kāi)發(fā)無(wú)源型輔助安全裝置，在主安全裝置(有源型安全裝置)故障時(shí)使用。這些無(wú)源型輔助安全裝置必須能夠在無(wú)檢測(cè)裝置或無(wú)操作人員的情況下使吸收棒下落到堆芯中。相反地，在發(fā)生觸發(fā)裝置敏感的物理現(xiàn)象(如一回路冷卻劑流量異常減少或溫度升高)時(shí)，必須能夠直接觸發(fā)吸收棒的下落動(dòng)作。

本發(fā)明涉及后一種類型的安全裝置。

為了確保在一回路冷卻劑流量異常減少時(shí)能夠通過(guò)無(wú)源方式觸發(fā)吸收棒的下落動(dòng)作，已經(jīng)提出了多個(gè)技術(shù)方案。

應(yīng)當(dāng)指出，一回路是指其冷卻劑直接將堆芯內(nèi)釋放的熱量帶出堆外的回路。一回路直接與裝有裂變材料的組件接觸。

第一個(gè)技術(shù)方案請(qǐng)參閱對(duì)比文件fr1362783。在所述技術(shù)方案中，建議通過(guò)冷卻劑循環(huán)產(chǎn)生的流體和一根導(dǎo)向管來(lái)實(shí)現(xiàn)吸收棒的上升；在這種情況下，冷卻劑將受到粘滯阻力。通過(guò)減少冷卻劑流，能夠使吸收棒落到導(dǎo)向管中；直到?jīng)]有任何冷卻劑流時(shí)，吸收棒就會(huì)被放置在其停堆位置。

實(shí)踐證明，在上述“浮沉子式”技術(shù)方案中，我們無(wú)法精確地控制吸收棒的垂直位置，也無(wú)法防止吸收棒的不適當(dāng)運(yùn)動(dòng)和相關(guān)反應(yīng)性變化。

因此，所述技術(shù)方案不能確保在任何情況下都不會(huì)意外觸發(fā)吸收棒的下落動(dòng)作。

第二個(gè)技術(shù)方案請(qǐng)參閱對(duì)比文件ru2069019。在所述技術(shù)方案中，建議通過(guò)吸收棒中子吸收段的外表面和保護(hù)套內(nèi)表面之間的配合，在堆芯上方設(shè)置一個(gè)吸收棒支承區(qū)域。

實(shí)踐證明，在上述技術(shù)方案中，吸收針不能被流經(jīng)組件的冷卻劑充分冷卻。如前所述，吸收針冷卻不足可能會(huì)對(duì)其構(gòu)件的各種功能和/或機(jī)械強(qiáng)度造成不利影響。

此外，已證實(shí)上述技術(shù)方案的穩(wěn)定性相對(duì)較差。

因此，有必要提出一種不存在或至少能夠限制上述已知技術(shù)方案的缺點(diǎn)的技術(shù)方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明涉及一種無(wú)源觸發(fā)型安全裝置，用于活性區(qū)熱量由冷卻劑帶出堆外的核反應(yīng)堆，該裝置包括組件，所述組件包括：

保護(hù)套，沿著縱向方向近似垂直地延伸，有冷卻劑縱向流過(guò)；

活動(dòng)單元，沿縱向方向平移上升到保護(hù)套中，并且至少包括中子吸收段，所述中子吸收段至少包括中子吸收材料，其主要沿著縱向方向延伸，并配置為由冷卻劑縱向流過(guò)；

此外，所述活動(dòng)單元還包括第一支承段，相對(duì)于中子吸收段發(fā)生縱向偏移；

并且，保護(hù)套還包括第二支承段；第一支承段和第二支承段的形成如上所述，而且，如果第一支承段和第二支承段是以相向的方式設(shè)置在垂直于縱向方向的橫向方向上，那么第一和第二支承段將共同限定冷卻劑流通空間，假設(shè)該空間為s1段(或空間j1)，則：

-當(dāng)縱向流過(guò)保護(hù)套的冷卻劑流量qf小于觸發(fā)吸收棒下落到堆芯這一動(dòng)作的冷卻劑流量q觸發(fā)時(shí)，冷卻劑向活動(dòng)單元施加的力足以支承保護(hù)套中的活動(dòng)單元并保持活動(dòng)單元在該支承力作用下的垂直狀態(tài)；

-當(dāng)流量qf<q觸發(fā)時(shí)，冷卻劑向活動(dòng)單元施加的力不足以支承保護(hù)套中的活動(dòng)單元，也不足以保持活動(dòng)單元在該支承力作用下的垂直狀態(tài)，因此，該活動(dòng)單元將在重力作用下沿著保護(hù)套下降直至終點(diǎn)位置，即吸收棒的下落狀態(tài)；

如果第一支承段和第二支承段未沿著橫向方向以相向的方式設(shè)置，則第一支承段和朝向第一支承段的保護(hù)套內(nèi)表面將共同限定冷卻劑流通空間，即s2段，如s2段>s1段，則即使流量qf>q觸發(fā)，冷卻劑向活動(dòng)單元施加的力也不足以使該活動(dòng)單元平移回升到保護(hù)套中。

因此，本發(fā)明提供了一個(gè)簡(jiǎn)單、有效的技術(shù)方案，即通過(guò)無(wú)源方式觸發(fā)中子吸收材料(通常是吸收針)的下落動(dòng)作，使其下落到核反應(yīng)堆的堆芯活性區(qū)中。

一旦冷卻劑流量qf<q觸發(fā)，活動(dòng)單元就會(huì)自動(dòng)下落，此時(shí)的冷卻劑流量不足以支承該活動(dòng)單元。那么，活動(dòng)單元中包含的中子吸收材料就會(huì)下落到反應(yīng)堆的堆芯活性區(qū)中，從而停止中子反應(yīng)。

只有冷卻劑流量減少，才能實(shí)現(xiàn)上述觸發(fā)方式。因此，這樣的安全裝置是完全無(wú)源的。不同于由控制裝置自動(dòng)啟動(dòng)或由操作人員手動(dòng)啟動(dòng)的主安全裝置，無(wú)源觸發(fā)型安全裝置不依賴于電控觸發(fā)，從而提高了安全性。

例如，當(dāng)控制裝置故障時(shí)，可能無(wú)法觸發(fā)有源型主安全裝置中吸收棒的下落動(dòng)作，那么，這些吸收棒就無(wú)法下落到堆芯中。相反地，根據(jù)本發(fā)明，一旦冷卻劑流量減少到低于觸發(fā)閥值q觸發(fā)，活動(dòng)單元就會(huì)下落。

此外，根據(jù)本發(fā)明，即使在流量變化的影響下，無(wú)源型安全裝置的系統(tǒng)也可以準(zhǔn)確地控制活動(dòng)單元的垂直位置。

然而，在前述的對(duì)比文件fr13622783提出的技術(shù)方案中，無(wú)法控制活動(dòng)單元的位置，也無(wú)法防止活動(dòng)單元的不適當(dāng)運(yùn)動(dòng)和相關(guān)反應(yīng)性變化，例如在搬運(yùn)狀態(tài)下(一級(jí)回路冷卻劑流量不為零)和功率狀態(tài)下(因冷卻劑流量突降突升使吸收棒上升時(shí))。實(shí)際上，無(wú)論吸收棒的垂直位置如何，吸收棒與保護(hù)套之間的冷卻劑流通段都是相同的。例如，如果活動(dòng)單元已因冷卻劑流量減少而下落，那么，隨后冷卻劑流量增加直到高于觸發(fā)閾值時(shí)，活動(dòng)單元將被釋放，重新升到堆芯上方，從而停止安全裝置對(duì)中子活動(dòng)產(chǎn)生的作用。

在本發(fā)明的范圍內(nèi)，一旦活動(dòng)單元由于冷卻劑流量異常減少而下落，第一支承段就不再與第二支承段相向設(shè)置，而活動(dòng)單元也不再回升，即使冷卻劑流量后來(lái)增加到高于觸發(fā)閾值q觸發(fā)，因?yàn)楸Ｗo(hù)套和第一支承段之間的流通空間太大，以至于冷卻劑施加的力不足以使活動(dòng)單元回升。

此外，當(dāng)qf>q觸發(fā)時(shí)且確保支承功能時(shí)，第一支承段相對(duì)于中子吸收段垂直偏移，第二支承段朝向中子吸收段但不垂直于中子吸收段，在此基礎(chǔ)上，本發(fā)明具有諸多優(yōu)點(diǎn)。事實(shí)上，中子吸收段的支承功能和冷卻功能是配套的。事實(shí)上，在確保支承功能時(shí)，根據(jù)實(shí)施例，冷卻劑先通過(guò)兩個(gè)相向設(shè)置的支承段限定的流通空間，然后通過(guò)中子吸收段限定的的流通空間，或采用相反的順序。

因此，活動(dòng)單元的支承是由通過(guò)保護(hù)套的所有冷卻劑來(lái)確保的。

此外，中子吸收材料的冷卻可以由通過(guò)保護(hù)套再通過(guò)中子吸收段的全部或至少大部分冷卻劑來(lái)確保。因此，即使冷卻劑流量被限制，中子吸收材料(通常是吸收針)的冷卻也可以是非常有效的。通常情況下，為了冷卻大約由19根吸收針構(gòu)成的針束，冷卻劑流量必須達(dá)到2.5-3kg液態(tài)鈉/每秒。當(dāng)達(dá)到冷卻劑的額定流量，即6kg液態(tài)鈉/每秒時(shí)，本發(fā)明可以完成大量的冷卻工作并可支承活動(dòng)單元。

然而，在前述的對(duì)比文件ru2069019提出的技術(shù)方案中，必須共享冷卻劑流量，以確保中子吸收棒的支承功能和冷卻功能。由此可見(jiàn)，在反應(yīng)堆配置相同時(shí)，我們必須開(kāi)發(fā)更高的組件流量，而這樣的方式存在兩個(gè)顯著的缺點(diǎn)：降低反應(yīng)堆的冷卻效率(堆芯的總流量不是最優(yōu)的)；如果組件被過(guò)冷卻(相較于周圍的燃料組件，溫差大)，增加堆芯上方結(jié)構(gòu)的熱裂風(fēng)險(xiǎn)。

此外，根據(jù)本發(fā)明，支承功能是由含有中子吸收材料的獨(dú)立段確保的，也可以由設(shè)計(jì)和尺寸可精確控制的段來(lái)確保，以提高支承功能的準(zhǔn)確性和可靠性。相反，在對(duì)比文件ru2069019提出的技術(shù)方案中，中子吸收段提供液壓配合以生成支承功能，而該支承段的尺寸控制是非常復(fù)雜的，因?yàn)橹凶游斩伪旧淼慕Y(jié)構(gòu)也非常復(fù)雜，涉及多個(gè)零部件。然而，第一和第二支承段之間的間隔的不準(zhǔn)確性(毫米的十分之幾)，要么會(huì)妨礙活動(dòng)單元上升影響其下落(會(huì)對(duì)反應(yīng)堆的可用性產(chǎn)生影響)，要么會(huì)在瞬變流動(dòng)過(guò)程中延時(shí)觸發(fā)(裝置的安全功能故障)。

此外，本發(fā)明至少可具有以下任意一個(gè)特點(diǎn)：

-第一支承段由活動(dòng)單元的外表面支撐。

-第二支承段設(shè)置在保護(hù)套的外表面上；

-保護(hù)套至少包括一個(gè)在管道內(nèi)的套管，并且，所述第二支承段是由該套管形成的；

-第二支承段(通常是套管)采用整體加工方式。這樣的話，可以通過(guò)機(jī)械加工的方式，非常精確地制造第二支承段。

-第一支承段采用整體加工方式。這樣的話，可以通過(guò)機(jī)械加工的方式，非常精確地制造第一支承段。

-縱向方向是垂直的。

-第二支承段只在保護(hù)套縱向尺寸的一部分上作縱向延伸。例如，第二支承段的長(zhǎng)度與保護(hù)套的長(zhǎng)度(底座以上)之比為1/12。

因此，只有保護(hù)套內(nèi)相對(duì)位置精確的活動(dòng)單元才能實(shí)現(xiàn)支承。

-中子吸收段包括一根小管，所述小管內(nèi)包含多根吸收針，而這些吸收針縱向延伸，并包含中子吸收材料。

-活動(dòng)單元包括推壓壁，使得通過(guò)保護(hù)套的冷卻劑向該推壓壁施加一個(gè)推力，而該推力的一個(gè)分力可抵消活動(dòng)單元的重量。

該裝置的配置如上所述，則：當(dāng)冷卻劑流量不能確保保護(hù)套中的活動(dòng)單元的支承時(shí)，該活動(dòng)單元在重力作用下下降，直至到達(dá)終點(diǎn)，這樣就可確保吸收棒的下落狀態(tài)。

該裝置的配置如上所述，則：在吸收棒的下落狀態(tài)中，中子吸收段沿著橫向方向設(shè)置，且朝向保護(hù)套的一個(gè)區(qū)域，所述區(qū)域就是朝向反應(yīng)堆堆芯活性區(qū)的核心區(qū)。

-第一支承段位于中子吸收段的垂直下方。

在支承配置條件下，第一支承段位于上述核心區(qū)的垂直下方。換言之，第一支承段位于中子吸收段的上游，相對(duì)于保護(hù)套中的冷卻劑流。

-第二支承段位于上述保護(hù)套核心區(qū)的垂直下方，而該核心區(qū)朝向反應(yīng)堆的堆芯活性區(qū)。

因此，第一支承段不在中子流中。所以，第一支承段所受的輻照量是有限制的。然而，輻照對(duì)中子流下的金屬材料所造成的微損害，宏觀表現(xiàn)為尺寸變化，特別是隨著輻照量的增加尺寸膨脹。因此，與在中子流中設(shè)置第一支承段的技術(shù)方案相比，本發(fā)明能夠確保其功能性，并且不會(huì)影響第一支區(qū)域的幾何形狀，這使得該安全裝置更加可靠。

-第一支承段沿縱向設(shè)置，且其與中子吸收段之間隔著一個(gè)分隔段。所述分隔段的縱向長(zhǎng)度至少等于活動(dòng)單元在支承狀態(tài)與下落狀態(tài)之間的縱向行程。

-活動(dòng)單元包括一個(gè)支撐第一支承段的定位銷。

定位銷是吸收棒棒腳的一部分。在縱向上，所述定位銷相當(dāng)于支承段；在橫向上，所述定位銷相當(dāng)于推力壁。

-定位銷位于活動(dòng)單元的底部。

-定位銷的下端有助于形成一個(gè)冷卻劑推力壁，以確?；顒?dòng)單元的支承。

-第一支承段包括一個(gè)位于支承壁上的支承區(qū)，而該支承壁是由定位銷支撐的。

-該支承壁是圓柱形的。

-定位銷是一個(gè)整體構(gòu)件，通常采用以下材料之一或其合金制成：em10鐵素體-馬氏體不銹鋼。當(dāng)然，可以根據(jù)反應(yīng)堆的運(yùn)行條件，考慮使用其他鋼材或金屬(如難熔金屬)。

-定位銷是空心的，其限定了一個(gè)封閉的內(nèi)部容積。

-第二支承段是一個(gè)由保護(hù)套內(nèi)表面支撐或形成的套管；

-套管的內(nèi)表面是圓柱形的；

-套管內(nèi)表面與定位銷支承壁之間的距離限定了s1段和j1間隔。

根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，以單獨(dú)或組合的方式，無(wú)源觸發(fā)型安全裝置至少可具有以下任意一個(gè)可選特點(diǎn)：

-分隔段至少包括一根拉桿，以確保中子吸收段與第一支承段之間的機(jī)械連接。

-分隔段至少包括兩根加固件(優(yōu)選地，三根)。這些加固件通常是拉桿，從移動(dòng)單元的中心開(kāi)始，呈放射狀延伸到移動(dòng)單元的內(nèi)壁；并從中子吸收段開(kāi)始，縱向延伸到第一支承段。

根據(jù)橫截面圖，拉桿和加固件占據(jù)的面積小于20％，優(yōu)選地，小于10％，并且最好小于中子吸收段橫截面積的5％。

因此，吸收棒棒腳結(jié)構(gòu)有利于冷卻劑在該安全裝置內(nèi)流通。

所述吸收棒棒腳結(jié)構(gòu)配備了拉桿和加固件(優(yōu)選地，三個(gè)加固件)，加固件排列呈120°，具有如下優(yōu)點(diǎn)：提供了整個(gè)行程上的機(jī)械導(dǎo)向；較好的機(jī)械剛度；使支承區(qū)失效的液壓魯棒性強(qiáng)；重量輕，這對(duì)支承來(lái)說(shuō)很重要；以及低負(fù)載量損失。

分隔段至少包括一根穿孔管，以確保中子吸收段與第一支承段之間的機(jī)械連接。

優(yōu)選地，該穿孔管包括多個(gè)主要沿縱向延伸的開(kāi)口。

-這些開(kāi)口分布在整個(gè)穿孔管的表面。

-這些開(kāi)口分布在整個(gè)分隔段的縱向尺寸上。

因此，吸收棒棒腳結(jié)構(gòu)有利于冷卻劑在該安全裝置內(nèi)流通。

整個(gè)穿孔管的外截面尺寸基本上等于第一支承段的外截面尺寸。因此，活動(dòng)單元的外截面至少包括從中子吸收段到第一支承段。

-第一支承段位于中子吸收段的垂直上方。

在支承條件下，第一支承段位于保護(hù)套核心區(qū)的垂直上方。

在此實(shí)施例中，如果第一支承段位于吸收棒棒腳，也就是在支承條件下位于保護(hù)套核心區(qū)的垂直下方，則第一支承段仍然遠(yuǎn)離中子流。由此可知，第一支承段接收的輻照量是有限制的，以避免輻照引發(fā)的膨脹。

根據(jù)堆芯和組件頂端的距離，選擇將支承結(jié)構(gòu)定位在吸收棒棒腳還是拉桿上。

-第一支承段位于吸收棒頂部與中子吸收段之間，縱向延伸。吸收棒頂部構(gòu)成活動(dòng)單元的上端。

根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，第一支承段由位于拉桿頂部和中子吸收段之間的凸起結(jié)構(gòu)構(gòu)成，并由活動(dòng)單元支撐。所述凸起結(jié)構(gòu)增加了活動(dòng)單元的橫截面。

-活動(dòng)單元包括一根拉桿，至少?gòu)幕顒?dòng)單元的上端延伸到中子吸收段。并且，所述第一支承段就是一個(gè)由活動(dòng)單元上端和中子吸收段之間的拉桿支撐的凸起結(jié)構(gòu)。

-所述凸起結(jié)構(gòu)設(shè)置在兩個(gè)拉桿段之間。

-凸起結(jié)構(gòu)的下端有助于形成一個(gè)冷卻劑推力面，以確?；顒?dòng)單元的支承。

-所述凸起結(jié)構(gòu)是空心的，設(shè)置有多個(gè)冷卻劑排出孔。

-所述凸起結(jié)構(gòu)是縱向延伸的圓柱形壁，第二支承段是一個(gè)由保護(hù)套內(nèi)表面支撐或形成的套管。凸起結(jié)構(gòu)圓柱形壁外表面與套管內(nèi)表面之間的空間j1，稱為s1段。

根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，以單獨(dú)或組合的方式，無(wú)源觸發(fā)型安全裝置至少可具有以下任意一個(gè)可選特點(diǎn)：

該安全裝置包括一個(gè)活動(dòng)單元阻尼器，用于活動(dòng)單元的下落過(guò)程。所述阻尼器包括：

-第一阻尼件，由活動(dòng)單元支撐并設(shè)置為與冷卻劑接觸；

-第二阻尼件，由保護(hù)套支撐并設(shè)置為與冷卻劑接觸。

第一阻尼件和第二阻尼件的形成如上所述，因此，在活動(dòng)單元下落且在到達(dá)下落狀態(tài)中的行程終點(diǎn)位置之前，第一阻尼件將進(jìn)入第二阻尼件，然后，第一和第二阻尼件互相配合，以形成一個(gè)粘滯阻尼器。

根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，第一支承段和第一阻尼件或第二支承段和第二阻尼件是由同一構(gòu)件支撐的。

因此，所述由保護(hù)套或活動(dòng)單元支撐的構(gòu)件確保了粘滯阻尼功能和支承功能。

通過(guò)這個(gè)結(jié)構(gòu)，本發(fā)明在安裝限制方面具有重要優(yōu)勢(shì)。此外，此結(jié)構(gòu)在解決一個(gè)元件內(nèi)部的尺寸限制問(wèn)題方面具有特別的優(yōu)勢(shì)。因此，本發(fā)明能夠減少關(guān)鍵元件例如必須特別精確加工的元件的數(shù)量。

減少了關(guān)鍵元件的數(shù)量，也就提高了無(wú)源觸發(fā)型安全裝置的可靠性。

同時(shí)也可以降低該裝置的制造成本。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例，第一支承段和第一阻尼件或第二支承段和第二阻尼件(至少一部分)的縱向高度是相同的。

此外，配備阻尼器的本實(shí)施例至少可具有以下任一特點(diǎn)：

第一支承段和第一阻尼件或第二支承段和第二阻尼件(至少一部分)的縱向高度相同。

根據(jù)配備阻尼器的一實(shí)施例，以單獨(dú)或組合的方式，無(wú)源觸發(fā)型安全裝置至少可具有以下任意一個(gè)可選特點(diǎn)：

-第二支承段和第二阻尼件是由同一構(gòu)件支撐的。保護(hù)套至少包括套管，保護(hù)套內(nèi)的支承構(gòu)件是由所述套管形成的。

在此實(shí)施例中，設(shè)計(jì)了設(shè)置在相同的固定部分上的阻尼系統(tǒng)，以便于支承。這樣的實(shí)施例具有如下所述優(yōu)點(diǎn)：

-對(duì)于現(xiàn)有阻尼元件，在進(jìn)行支承功能要求的高度高于阻尼功能要求的高度的操作時(shí)，無(wú)需更改活動(dòng)單元的長(zhǎng)度和行程，因此，不會(huì)對(duì)裝配高度產(chǎn)生影響；

-此外，無(wú)需設(shè)計(jì)一個(gè)阻尼區(qū)，因?yàn)樽枘釁^(qū)的功能實(shí)際上減少有效的阻尼，其相當(dāng)于一個(gè)引導(dǎo)區(qū)。因此，在此實(shí)施例中，不需要?jiǎng)?chuàng)建新的引導(dǎo)區(qū)，這將有利于阻尼器中的活動(dòng)單元在面對(duì)卡阻、震顫等風(fēng)險(xiǎn)時(shí)的插拔可靠性(因此有利于減緩下落的速度)。這些卡阻、震顫等風(fēng)險(xiǎn)一般是由輻照下裝置的結(jié)構(gòu)變形，如偏移/偏斜引起的。根據(jù)本實(shí)施例，該解決方案提高了阻尼器活動(dòng)部分插入套管部分的可靠性，這樣的插入動(dòng)作是在套管構(gòu)成的引導(dǎo)區(qū)內(nèi)完成的。

在此實(shí)施例中，阻尼功能和支承功能(至少部分功能)是由套管確保的。所述實(shí)施例可能具有其他優(yōu)點(diǎn)。

-套管包括一個(gè)裝滿冷卻劑的腔室，所述腔室形成了上述第二阻尼件。第一阻尼件形成了一個(gè)嵌入件，以便于在活動(dòng)單元到達(dá)其行程終點(diǎn)位置前插入上述腔室并驅(qū)動(dòng)冷卻劑。

-套管縱向設(shè)置在活動(dòng)單元底部與中子吸收段之間，優(yōu)選地，設(shè)置在活動(dòng)單元底部與活動(dòng)單元的頂部之間。

-第一阻尼件的形狀有利于其進(jìn)入套管的腔室。所述腔室是圓形的，具有橫向的環(huán)狀開(kāi)口。通過(guò)所述開(kāi)口，第一阻尼件將在活動(dòng)單元到達(dá)其下落狀態(tài)中的行程終點(diǎn)位置前插入所述腔室。第一阻尼件形成了一根小管，其自由端的形狀有利于其通過(guò)上述開(kāi)口進(jìn)入腔室。

-第二支承段是由套管的內(nèi)表面形成的。

-上述腔室在套管內(nèi)形成，具有底部。第二支承段是由套管的內(nèi)表面形成的，沿縱向設(shè)置的至少部分朝向腔室。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例：

第二阻尼件形成一凹形部分且具有至少一個(gè)腔室，腔室內(nèi)裝滿冷卻劑，第一阻尼件形成了一個(gè)嵌入件，以便于在活動(dòng)單元到達(dá)其行程終點(diǎn)位置前插入上述至少一個(gè)腔室并擠出冷卻劑。

第二阻尼件形成一個(gè)用于活動(dòng)單元的限位部。

第一阻尼件縱向位于活動(dòng)單元的下端和活動(dòng)單元頂端之間，優(yōu)選地，第一阻尼件縱向位于活動(dòng)單元下端和中子吸收段之間。

第一阻尼件形成了一個(gè)嵌入件，第二阻尼件形成一個(gè)腔室，便于嵌入件進(jìn)入腔室中。優(yōu)選地，空腔的橫截面為以活動(dòng)單元的平移軸線為中心的環(huán)形，并且從腔室的上端的開(kāi)口處縱向延伸到位于腔室的底部。

所述腔室是圓形的，具有橫向的環(huán)狀開(kāi)口。通過(guò)所述開(kāi)口，第一阻尼件將在活動(dòng)單元到達(dá)下落狀態(tài)中的行程終點(diǎn)位置前插入所述腔室。優(yōu)選地，第一阻尼件形成了一根小管，其自由端的形狀有利于其通過(guò)上述開(kāi)口進(jìn)入腔室。

第一阻尼件的嵌入體部分進(jìn)入到腔室，優(yōu)選地，第一阻尼件的嵌入體一端可以自由的插入腔室，另一端與活動(dòng)單元的其余部件相連接。優(yōu)選地，第一阻尼件直接連接在中子吸收段的下方。

第二阻尼件由套管內(nèi)表面承載的套圈形成，第二支承段是由套管的內(nèi)表面形成的。

第二阻尼件的腔室有底部并且具有一定的厚度，第二支承段是由套管的內(nèi)表面形成的。

第二支承段和第二阻尼件被相向設(shè)置并至少一部分在縱向高度相同。

根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例中的阻尼裝置，以單獨(dú)或組合的方式，無(wú)源觸發(fā)型安全裝置至少可具有以下任意一個(gè)可選特點(diǎn)。

在所述實(shí)施例提供的阻尼裝置中：

該裝置的第一支承段和第一阻尼件是由同一構(gòu)件支撐的，所述構(gòu)件形成了活動(dòng)單元上的定位銷。

該裝置的定位銷的外表面限定了第一支承段和第一阻尼件。

保護(hù)套包括至少一個(gè)引導(dǎo)部件來(lái)引導(dǎo)活動(dòng)單元平移；

引導(dǎo)段包括三個(gè)墊塊，呈放射狀、規(guī)律地分布在活動(dòng)單元平移軸周圍；

引導(dǎo)段包括設(shè)置在所述保護(hù)套上的墊塊支撐環(huán)；

引導(dǎo)段被縱向定位在保護(hù)套中，便于活動(dòng)單元的移動(dòng)，優(yōu)選地，當(dāng)活動(dòng)單元在下落狀態(tài)中時(shí)，引導(dǎo)部件位于中子吸收段的下端；當(dāng)活動(dòng)單元未被支承時(shí)，引導(dǎo)部件位于中子吸收區(qū)的上端。

因此，中子吸收段的外表面和焊盤之間的相互配合，確保了在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中活動(dòng)單元在套管中被精確的引導(dǎo)移動(dòng)。

本發(fā)明的另一方面涉及一種無(wú)源反應(yīng)終止裝置，其包括根據(jù)本發(fā)明的無(wú)源觸發(fā)式的安全裝置和用于活動(dòng)單元定位抓取的抓持裝置。抓取裝置能夠使安全裝置移動(dòng)，以便將其移動(dòng)到特定位置中或者使其從特定位置返回到原位。

本發(fā)明的另一方面涉及一種核反應(yīng)堆，其包括可裂變區(qū)和在其一回路內(nèi)循環(huán)的冷卻劑，并且包括至少一個(gè)根據(jù)本發(fā)明提供的裝置。

該核反應(yīng)堆優(yōu)選為快中子類型的反應(yīng)堆。

附圖說(shuō)明

附圖被作為示例給出并且不限制本發(fā)明。它們僅代表本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案。

-圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例給出的無(wú)源切換安全裝置在升降結(jié)構(gòu)中的縱向剖視圖。即當(dāng)活動(dòng)單元在縱向流經(jīng)保護(hù)套的熱交換流體產(chǎn)生的升力作用下時(shí)無(wú)源切換安全裝置的縱向剖視圖。

-圖2示出下落狀態(tài)中的安全裝置，也就是活動(dòng)單元未被支承而是在重力作用下下落到保護(hù)套中的終點(diǎn)位置。

-圖3包括圖3a和圖3b。圖3a示出了活動(dòng)單元正在重力作用下下降且未到達(dá)保護(hù)套中的終點(diǎn)位置這一狀態(tài)中的安全裝置。圖3b是安全裝置的橫剖面圖，該剖面位于保護(hù)套導(dǎo)向段和活動(dòng)單元中子吸收段之間。

-圖4包括圖4a至圖4c。圖4a示出了圖1。圖4b是圖1所示安全裝置的橫剖面圖，該剖面位于間隔段和支承配置之間。圖4c是圖1所示的安全裝置的橫剖面圖，該剖面位于第一支承段和支出配置之間。

-圖5包括圖5a至圖5c。圖5a示出了圖1。圖5b是圖1所示安全裝置的橫剖面圖，該剖面位于間隔段和支承配置之間。圖5c是圖1所示安全裝置活動(dòng)單元端點(diǎn)的透視圖。

-圖6包括圖6a至圖6c。圖6a示出了圖2。圖6b是圖6a所示安全裝置的放大剖視圖，該剖面位于阻尼裝置和下落配置狀態(tài)之間。圖6c是圖6a所示安全裝置的放大透視圖和剖面圖，剖面位于阻尼裝置和下落配置狀態(tài)之間。

-圖7示出了本發(fā)明的多個(gè)運(yùn)行步驟。

-圖8包括圖8a和圖8b。圖8a是根據(jù)本發(fā)明一例的安全裝置的縱剖面圖。圖8b示出了圖8a所示安全裝置的下落配置狀態(tài)。

-圖9包括圖9a至圖9c。圖9a示出了圖8b。圖9b是圖8a所示安全裝置的放大圖。圖9c是圖8a所示安全裝置的橫剖面圖，該剖面位于套管和穿孔管之間。

-圖10包括圖10a至圖10c。圖10a是根據(jù)本發(fā)明一例的安全裝置的縱剖面圖。其中第一支承段位于所述中子吸收部上方，圖10b是圖10a的放大圖，該剖面位于第一和第二支承段之間。圖10c是圖10b的透視圖。

-圖11是本發(fā)明一實(shí)施例中第一和第二支承段配合的放大圖。

上述附圖是原理示意圖，便于理解本發(fā)明，并不一定按比例繪制。特別地，第一支承段和保護(hù)套內(nèi)表面或套管內(nèi)表面之間的間隔實(shí)際中未必存在。

具體實(shí)施方式

在核反應(yīng)器中，裂變區(qū)的熱量傳遞給至少一種冷卻劑。通常，裝置包括幾種組件。一部分組件包括可裂變材料，其他的組件包括控制棒，用于控制中子活動(dòng)。剩下的組件用于組成無(wú)源觸發(fā)型安全裝置，以在反應(yīng)堆運(yùn)行異常時(shí)，阻止或減慢中子活動(dòng)。

現(xiàn)在將參考圖1至6詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例所提供的無(wú)源觸發(fā)型安全裝置。

該裝置主要包括一個(gè)用于插入到反應(yīng)器的堆芯中的保護(hù)套200。所述保護(hù)套200的一部分作為核心區(qū)240，該區(qū)朝著橫向方向，所述橫向方向垂直于反應(yīng)堆的裂變區(qū)10的縱向方向3。因?yàn)楸Ｗo(hù)套200在反應(yīng)堆的操作過(guò)程中被固定，所以該核心區(qū)240總是位于裂變區(qū)10下方。

該保護(hù)套200在縱向方向3延伸。操作過(guò)程中，該縱向方向在水平方向上是傾斜的。通常情況下，如圖所示，該縱向方向3是垂直的。

該保護(hù)套200從上端202和組件底部204延伸，該上端可使處理組件被抓取，所述組件底部用于使該組件位于反應(yīng)堆的底部，并且確保冷卻劑如液體鈉的供應(yīng)。

保護(hù)套200用于使得冷卻劑從位于組件底部204的入口205橫向流過(guò)該保護(hù)套200，然后到達(dá)位于上端202的出口203，并由供給燈205照亮。

優(yōu)選地，該保護(hù)套200包括一個(gè)由部分六角形管201形成的外套。保護(hù)套200縱壁是密封的。

所述無(wú)源觸發(fā)型安全裝置還包括活動(dòng)單元100，所述活動(dòng)單元設(shè)置在保護(hù)套200中內(nèi)，并沿保護(hù)套的縱向方向3移動(dòng)。在核工業(yè)中，活動(dòng)單元也被稱為棒?；顒?dòng)單元100主要沿著縱向方向3延伸，因此，如圖所示，在垂直方向上執(zhí)行操作?；顒?dòng)單元100從頂部101延伸到底部103?；顒?dòng)單元包括位于頂部101和底部103之間的中子吸收段130，其包括中子吸收材料。

用于由液態(tài)金屬冷卻的快中子核反應(yīng)堆，中子吸收材料可以是碳化硼(b4c)，其富集少許¹⁰b?？蛇x地，所述中子吸收材料也可以是鉿基材料。因?yàn)樗霾牧厦芏雀?，因此縮短了下降時(shí)間，避免了輻照下釋放氣體，進(jìn)而避免了膨脹，所述材料的抗應(yīng)變性能不會(huì)顯著降低?；蛘撸鲋凶游詹牧弦部梢允悄突鹋鸹镂詹牧?，例如，hfb2和tib2，其熔點(diǎn)約為3300℃。也可以使用銪六硼化物eub6或eu2o3，在輻射下，它們不會(huì)釋放氣體，并且這些材料的吸收能力強(qiáng)。

在壓力水冷反應(yīng)堆中，該吸收材料可以是，例如是鉿化合物，dy¹¹b6、gd¹¹b6、sm¹¹b6、er¹¹b4，天然的hfb2或天然的tib2。

所述中子吸收段130通常包括主體104內(nèi)包封的吸收性針束131。針束131主要沿縱向方向3延伸。冷卻劑從組件底部204橫向流過(guò)中子吸收段130到達(dá)出口203以冷卻該中子吸收段。從圖3b可以清楚看出，中子吸收段130的機(jī)械連接件132位于吸收性針束131之間。這些連接件132界定的通道133用于使流通中子吸收段130的冷卻劑橫向流過(guò)該通道使其冷卻。

在圖7中，活動(dòng)的單元100的頂部101與抓鉤式抓持裝置300配合，用于操作期間，使保護(hù)套200內(nèi)的活動(dòng)單元100位于合適的位置。

活動(dòng)單元100還包括第一支承段110，用于當(dāng)冷卻劑的流量低于預(yù)定閾值時(shí)，觸發(fā)活動(dòng)單元100的下落動(dòng)作。此功能將在后文詳述。

活動(dòng)單元100還包括第一阻尼件140，與保護(hù)套200上的設(shè)置的第二阻尼件220配合，用于為下落過(guò)程中的活動(dòng)單元100提供阻尼。下文詳細(xì)描述第一阻尼件140和第二阻尼件220。

下面說(shuō)明活動(dòng)單元100的無(wú)源觸發(fā)機(jī)制。通過(guò)該機(jī)制，當(dāng)冷卻劑的流量異常減小并低于行程觸發(fā)閾值q觸發(fā)時(shí)，活動(dòng)單元100在重力的作用下下降。因此，活動(dòng)單元100可到達(dá)下落過(guò)程的終點(diǎn)位置，中子吸收段130相對(duì)于反應(yīng)堆的裂變區(qū)10及保護(hù)套200的核心區(qū)240為橫向。

活動(dòng)單元100的第一支承段110具有與保護(hù)套200的內(nèi)壁相對(duì)的外壁。保護(hù)套200內(nèi)壁的橫截面變窄，并且形成了第二支承段210。在縱向方向上，限制保護(hù)套200的橫截面的變窄。通常，該第二支承段210縱向延伸的長(zhǎng)度小于保護(hù)套200長(zhǎng)度的1/5，優(yōu)選地，小于1/10，更優(yōu)地，小于1/15。具體地，所述第二支承段210的長(zhǎng)度和保護(hù)套200位于反應(yīng)堆底部上方的長(zhǎng)度之間的比例約為1/12。

第一支承段110和保護(hù)套200的內(nèi)表面所限定的空間能夠使冷卻劑在保護(hù)套200中流動(dòng)。當(dāng)?shù)谝恢С卸?10相對(duì)于第二支承段210橫向設(shè)置時(shí)，該空間減小。

優(yōu)選地，相對(duì)于中子吸收段130，第一支承段110縱向位移。在圖1-9和11示出的實(shí)施例中，第一支承段110位于中子吸收段130下方。該實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)將在后文描述。根據(jù)另一實(shí)施例，如圖10所示，第一支承段110位于中子吸收段130上。在上述所有的實(shí)施例中，第一支承段110沒(méi)有設(shè)置在中子吸收段130上，其與中子吸收段在縱向3上保持一定的距離。

第一支承段110和第二支承段210按如下方式設(shè)置：第一支承段110和第二支承段210在垂直于縱向方向3的橫向方向上相向設(shè)置，以形成下落。第一支承段110和第二支承段210共同限定供冷卻劑流通的空間。該空間具有s1段，如果整個(gè)活動(dòng)單元100的外圍上的空間j1是規(guī)則的，那么所述間隔可以限定該空間。

通過(guò)設(shè)置第一支承段110和第二支承段210，或者說(shuō)使其相向，在支承作用下，所述s1段(或空間j1)通過(guò)如下方式設(shè)置：

-當(dāng)縱向流過(guò)保護(hù)套200的冷卻劑流量qf大于預(yù)定的流量q觸發(fā)時(shí)，冷卻劑向活動(dòng)單元100施加的力足以抵消保護(hù)套200中的活動(dòng)單元100的重力，使活動(dòng)單元在該支承力下處于垂直狀態(tài)。

具體地，活動(dòng)單元100還包括至少一個(gè)推壓壁117，推壓壁基于其在垂直于冷卻劑的流動(dòng)方向上的投影(即根據(jù)橫向投影確定)的表面積大于零，。冷卻劑向推力壁117施加的力和活動(dòng)單元100的質(zhì)量相反。

-當(dāng)流量qf<q觸發(fā)時(shí)，冷卻劑向活動(dòng)單元100施加的力不足以支承保護(hù)套200中的活動(dòng)單元100，也不足以保持活動(dòng)單元100在該支承力條件下處于垂直狀態(tài)。因此，該活動(dòng)單元100在重力作用下，將沿著保護(hù)套下降，直到到達(dá)行程終點(diǎn)位置。在所述位置上，中子吸收段130與堆芯10相向，以停止或減慢中子活動(dòng)。

所述第一支承段110和第二支承段210或者其相向面通過(guò)如下方式設(shè)置：當(dāng)?shù)谝恢С卸?10和第二支承段210在橫向沒(méi)有相向時(shí)，第一支承段110和相向于第一支承段110的內(nèi)壁共同限定了供冷卻劑流通的空間，該空間具有s2段，且s2>s1(或者空間j1>j1)。以所述s2段或者s1段通過(guò)如下方式界定：如果冷卻劑的流量qf大于跳閘值(根據(jù)規(guī)定，其為額定功率下流量值的110％)時(shí)，冷卻劑向活動(dòng)單元100施加的力不足以支承保護(hù)套200中的活動(dòng)單元100，因此，在以正常速率下降時(shí)，吸收棒不能從裂變區(qū)10中釋放出來(lái)，只能借助抓持裝置300將吸收棒從裂變區(qū)分離。

因此，根據(jù)上述實(shí)施例，本發(fā)明提出了一種通過(guò)第一支承段110和第二支承段210的配合形成位于堆芯下方的液壓支承區(qū)的方案。當(dāng)活動(dòng)單元100未被支承時(shí)，液壓支承區(qū)不啟動(dòng)。

本發(fā)明提供的安全裝置牢固、高效、實(shí)用。事實(shí)上，它有如下優(yōu)點(diǎn)：

由第一支承段110形成的部分液壓區(qū)位于中子吸收段130的下方，液壓(支承)和熱工流體(束冷卻)功能區(qū)不耦合，但串聯(lián)。這使得針束131的冷卻和活動(dòng)單元100的提升很好控制；

所以組件所分配的流速實(shí)際上可以用來(lái)提升和冷卻。因此，當(dāng)徑向間隙與支承區(qū)域面積相等時(shí)，理論上，吸收棒棒腳的承載區(qū)比位于中子吸收段的提升區(qū)所需的冷卻劑量少，也就是說(shuō)，吸收棒本身可以支撐起更重的(或等同)物質(zhì)；

在插入階段，無(wú)論針束位于縱向的什么位置，針束131的冷卻是相同的。

提升區(qū)部件的制造公差的靈活性：在提升區(qū)，如果第一支承段110和第二支承段210是由無(wú)數(shù)的小段形成的，必須能夠輕松觀察到幾毫米(為制造公差的1/10)的徑向間隙；

針束131的設(shè)計(jì)具有一定的自由性：針束131尺寸的改變不會(huì)影響第一支承段110和第二支承段210的尺寸。這不僅有益于實(shí)際開(kāi)發(fā)(該項(xiàng)目的工作)，而且有利于延長(zhǎng)反應(yīng)堆的壽命；

為計(jì)算方面提供便利；以及

在活動(dòng)單元的下落過(guò)程中或懸浮狀態(tài)中，機(jī)械問(wèn)題導(dǎo)致的故障易控。

本發(fā)明并不局限于用圓筒形壁限定冷卻劑流通的的空間即s1段。只要能保證支承功能和觸發(fā)下落，它可以是任何形狀的。

優(yōu)選地，保護(hù)套200包括設(shè)置在六角形管201的內(nèi)的套管211，該套管211形成第二支承段210。通過(guò)為套管211施加作用力，可以達(dá)到為六角形管201施加作用力的目的。相比于現(xiàn)有技術(shù)中直接給六角形管201施加作用力，本方法降低了制造復(fù)雜度和成本。例如，通過(guò)該套管211，可以很好的控制保護(hù)套的尺寸。

優(yōu)選地，根據(jù)圖1-9以及圖11所示的實(shí)施例，第一支承段110是活動(dòng)單元100的定位銷112界定。定位銷112設(shè)置在底部103上。定位銷112和底部103形成至少一部分推力壁117。在所述實(shí)施例中，該推壓壁117是由平面形成的底部103和沿著底部103延伸向定位銷112的斜面構(gòu)成。

如上所述，通過(guò)該推力壁117，流過(guò)所述保護(hù)套200的發(fā)熱流體施加給活動(dòng)單元100的推力的一個(gè)分量用于抵消活動(dòng)單元100的重力。此推力作用于位于所述推力壁的橫向投影的面上，并且用于平衡第一支承段110的上端和下端之間的壓力差。

所述定位銷112用于限定活動(dòng)單元100和保護(hù)套200之間的空間的部分。如實(shí)施例所示，第一支承段110是圓柱形的。所述定位銷是一個(gè)整體構(gòu)件，通常采用以下材料或其合金：例如em10鐵素體-馬氏體不銹鋼。實(shí)際上也可以采用其他鋼材料或金屬，比如難熔金屬等，材料的選擇根據(jù)實(shí)際反應(yīng)堆的實(shí)際操作條件確定。

優(yōu)選地，可大規(guī)模制作定位銷112，以更加精確地控制定位銷的尺寸，而且，這種制作方法也有利于s1段的限定。

在一個(gè)實(shí)施例中，定位銷是實(shí)心件。

根據(jù)又一有利實(shí)施例中，定位銷是空心的，因而重量更輕?？梢酝ㄟ^(guò)機(jī)械加工或其他方法制造定位銷。為了避免在定位銷的頂部的邊緣產(chǎn)生凹陷，在定位銷的底部增設(shè)一個(gè)塞子。

優(yōu)選地，在圖1-9和圖11所示的實(shí)施例中，第一支承段110垂直位于中子吸收段130的下方。因此，在支承狀態(tài)中，定位銷112位于堆芯的下方。當(dāng)冷卻劑5在保護(hù)套200內(nèi)的流動(dòng)時(shí)，第一支承段110位于中子吸收段130的上部。

在一個(gè)可選實(shí)施例中，第一支承段110垂直位于中子吸收段130的上方。其描述具體參照?qǐng)D10。

第一支承段110垂直位于中子吸收段130的下方的實(shí)施例具有諸多優(yōu)點(diǎn)。

因?yàn)榈谝恢С卸?10不在中子流中，所以第一支承段110所受的輻照量是有限的。然而，輻照對(duì)中子流下的金屬材料所造成的微損害的宏觀表現(xiàn)為尺寸變化，特別是隨著輻照量的增加尺寸膨脹。因此，與在中子流中設(shè)置第一支承段的技術(shù)方案相比，本方案不會(huì)影響第一支區(qū)域的幾何形狀，而且確保其功能性，這使得該安全裝置更加可靠。

參照?qǐng)D11，此處詳述通過(guò)確定冷卻劑產(chǎn)生的力以實(shí)現(xiàn)提升的方案。

圖11示出了由套管211形成的第二支承段210，所述定位銷112界定出活動(dòng)單元100的第一支承段110，其縱壁朝向套管211的縱壁，其推力壁117承受由冷卻劑產(chǎn)生的提升力。在該圖中，定位銷的直徑d112和由套管形成的內(nèi)通道的直徑d211被示出，而且這兩個(gè)直徑之間的間隙j1也被示出。在該圖中還示出冷卻劑5的流動(dòng)方向和套管211上端的壓力p1和下端的壓力p2。在提升過(guò)程中，l211代表縱向長(zhǎng)度。沿著此方向，被套管211界定出的第一支承段110面對(duì)第二支承段210。

由液壓合作區(qū)和直徑為d112的定位銷的部分之間的壓降所產(chǎn)生的提升力基于如下參數(shù)：長(zhǎng)度l112-211、直徑d211、徑向間隙j1＝d211-d112。此外，事實(shí)上，當(dāng)活動(dòng)單元100的定位機(jī)構(gòu)與抓取裝置300分離后，活動(dòng)單元100在此過(guò)程中移動(dòng)的距離為l112-211。這有利于活動(dòng)單元的提升，使反應(yīng)更好進(jìn)行，并且使裝置可靠和穩(wěn)定。

分離后，不可避免的，承載區(qū)要支撐活動(dòng)單元的下落，即使在流量qf的值仍然高于觸發(fā)值q觸發(fā)。分離的存在是由系統(tǒng)的不穩(wěn)定性造成的，不穩(wěn)定性是由幾何/機(jī)械(保護(hù)套內(nèi)的活動(dòng)單元未對(duì)準(zhǔn))、液壓(例如液壓擾動(dòng)，振動(dòng))或其他原因(例如，銷和套管之間的間隙中存在雜質(zhì))造成的。

根據(jù)額定流量qn和觸發(fā)閾值q觸發(fā)，在活動(dòng)單元100的下落過(guò)程中，本領(lǐng)域技術(shù)人員知道，第一支承段110和第二支承段210的尺寸，尤其是其橫截面和長(zhǎng)度，保持不變。

具體地，作用在活動(dòng)單元上的f推力可使活動(dòng)單元時(shí)在qf大于q觸發(fā)時(shí)被提升，并且第一支承段110和第二支承段210相向。該推力如下所示：

f推力＝f壓力+f摩擦力

其中：

-f摩擦力代表液壓合作區(qū)的粘性阻力。如圖11所示的實(shí)施例，所述摩擦力主要取決于長(zhǎng)度l211、冷卻液的粘度以及間隔j1間隔，其中，j1＝d211-d112。

-f壓力代表冷卻液施加在投影面上的壓力(通常來(lái)自推力壁117的定位銷112)和冷卻液的施加在投影面上的壓力p1。如圖11所示的實(shí)施例，施加在投影面上的壓力的大小主要取決于直徑d112和壓力p1。

因此，f推力至少要抵消吸收棒的質(zhì)量，也就是說(shuō)，從所述推力中減去所述浮力。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第一支承段110縱向位于中子吸收段130下，并且與中子吸收段之間相距一定的距離以形成分隔段120。隔離段的長(zhǎng)度等于活動(dòng)單元提升和下落過(guò)程中的行程。這保證了第一支承段110不會(huì)位于堆芯。不管第一支承段110位于何處，都會(huì)具有如上所述的優(yōu)點(diǎn)。而且，當(dāng)?shù)谝恢С卸?10處于中子流中時(shí)，還可以減少第一支承段110所受的輻射量。

分隔段120可以根據(jù)各種實(shí)施例來(lái)執(zhí)行。如圖1-9和圖11所示的實(shí)施例，分隔段包括一拉桿122與一個(gè)加固件121，以確保中子吸收段130與第一支承段110之間的機(jī)械連接。優(yōu)選地，如圖4b所示，分隔段120包括三個(gè)加強(qiáng)件121，所述加固件121從移動(dòng)單元100的中心開(kāi)始呈放射狀延伸，并從中子吸收段130開(kāi)始縱向延伸到第一支承段110)。所述結(jié)構(gòu)具有下列優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)了整個(gè)行程中的機(jī)械引導(dǎo)；提高了機(jī)械強(qiáng)度；減少了重量，這對(duì)支承非常重要；壓力損失小；沒(méi)有復(fù)雜的液壓設(shè)計(jì)。

圖8和9示出了分隔段120的實(shí)施例。分隔段120包括穿孔管123。穿孔管123具有縱向延伸的開(kāi)口124。這些開(kāi)口124分布在穿孔管123的整個(gè)外形和分隔段120的整個(gè)縱向尺寸上，因此，冷卻劑能夠穿過(guò)這些開(kāi)口124來(lái)減少中子吸收段130的能耗，并使其冷卻。

根據(jù)實(shí)施例，穿孔管123具有與拉桿及其加固件相同的優(yōu)點(diǎn)。然而，穿孔管需要更先進(jìn)的液壓和機(jī)械技術(shù)。

通過(guò)包括抓持裝置300的吸收棒機(jī)構(gòu)，活動(dòng)單元100在操作位置的抓取變得簡(jiǎn)單可行。所述抓持裝置用于抓取活動(dòng)單元的頭部101。在下文中，為了確?；顒?dòng)單元100下落過(guò)程是通過(guò)無(wú)源觸發(fā)實(shí)現(xiàn)的，所述機(jī)構(gòu)僅用于抓取。

現(xiàn)在將參考圖7描述根據(jù)本發(fā)明的無(wú)源觸發(fā)型安全裝置的工作原理。

在圖7a所示的下落位置處，活動(dòng)單元100和保護(hù)套200之間,更具體地各自支承段(110，210)之間的的液壓合作間區(qū)未被激活。

在發(fā)生反應(yīng)之前，通過(guò)包括抓持裝置300的吸收棒機(jī)構(gòu)，活動(dòng)單元100做好下落準(zhǔn)備。即，當(dāng)反應(yīng)堆激活時(shí)，活動(dòng)單元100已做好了下落準(zhǔn)備。所述活動(dòng)單元100的吸收段130位于堆芯。所述抓持裝置抓持活動(dòng)單元的頂部101(如圖7b所示)，以提升所述活動(dòng)單元100使其豎直。提升過(guò)程如圖7c所示。

上述步驟中，冷卻劑流量qf與反應(yīng)堆的處理速率值保持一致，并且低于下文提到的釋放速率。

隨后，通過(guò)吸收棒機(jī)構(gòu)，使活動(dòng)單元懸空時(shí)，冷卻劑流量qf增加，(如圖7d所示)。

qf至少等于q觸發(fā)≤q釋放，優(yōu)選地，當(dāng)q觸發(fā)<q釋放時(shí)更安全，此時(shí)抓持裝置300打開(kāi)，吸收棒機(jī)構(gòu)釋放活動(dòng)單元100，如圖7e所示，其中，q釋放<qn。

優(yōu)選地，活動(dòng)單元100被抓持裝置的300提拉時(shí)，其具有位于保護(hù)套200內(nèi)的第一支承段110和第二支承段210。q釋放產(chǎn)生的力用于提升活動(dòng)單元100。

只要q觸發(fā)<qf，qf可以繼續(xù)增加到其額定值，以保證活動(dòng)單元100的下落，如圖7e所示。

然而，如果qf<q觸發(fā)，qf產(chǎn)生的力不能提升活動(dòng)單元100，活動(dòng)單元在重力(如圖7f所示)的作用下下落到其行程的終點(diǎn)位置，如圖所示7g所示。

因此，當(dāng)一回路中未受保護(hù)的瞬態(tài)流量值突然減小到低于為部件分配的流量時(shí)，液壓合作停止，使得在重力作用下，以無(wú)源觸發(fā)方式下降的活動(dòng)單元100和吸收劑材料130插入堆芯10。

參考圖10a、10b、10c，在一個(gè)可選實(shí)施例中，第一支承段110垂直位于中子吸收段130的上方。因此，第一支承段110垂直位于保護(hù)套200的核心區(qū)240上方，因此位于反應(yīng)堆堆芯10上方。具體而言，第一支承段110位于活動(dòng)單元100的頂部101和中子吸收段130之間。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第一支承段110是由拉桿102上的凸起115構(gòu)成的。凸起115在活動(dòng)單元100的頂部101和中子吸收段130之間延伸。因此，凸起115位于拉桿102兩端之間。如圖10a所示，通過(guò)分隔段120，第一支承段110的凸起115與中子吸收段130保持一定距離。凸起115具有下端，以形成用于冷卻劑的推力壁117，實(shí)現(xiàn)活動(dòng)單元100的提升。

優(yōu)選地，凸起115為中空的，設(shè)置有多個(gè)冷卻劑排出孔(116，118)。在這些孔中，上冷卻劑排出孔118位于凸起115的上端，至少一個(gè)下冷卻劑排出孔116位于凸起115的下端。凸起115具有是縱向延伸的圓柱形壁，而第二支承段210是由保護(hù)套200形成的套管211；凸起115的圓柱形壁的外表面與套管211內(nèi)表面之間的空間稱為s1段，供冷卻劑流通。

優(yōu)選地，安全裝置包括活動(dòng)單元100的阻尼器，用于活動(dòng)單元的下落過(guò)程。

所述阻尼器包括第一阻尼件140，由活動(dòng)單元100支撐并設(shè)置為與冷卻劑接觸，第二阻尼件220，由保護(hù)套200支撐并設(shè)置為與冷卻劑接觸。

第一阻尼件140和第二阻尼件220形成為使得在活動(dòng)單元100下落且在其到達(dá)下落配置狀態(tài)下的行程終點(diǎn)位置前，第一阻尼件140將進(jìn)入第二阻尼件220，然后，第一阻尼件140和第二阻尼件220互相配合，以形成一個(gè)粘滯阻尼器。

優(yōu)選地，第二阻尼件220形成了活動(dòng)單元100限位件。因此，避免了活動(dòng)單元100與位于保護(hù)的套200的下端的底壁206碰撞。

根據(jù)在圖1-6，圖8-9所示的實(shí)施例，該裝置的第一阻尼件140被縱向地設(shè)置在活動(dòng)單元100底部103與中子吸收段130之間，具體地是在中子吸收段130的下端。在另一實(shí)施例中，第二阻尼件220形成一凹形部分且具有至少一個(gè)腔室225，腔室225的橫截面為以活動(dòng)單元的平移軸線為中心的環(huán)形，并且從腔室225的上端的開(kāi)口226處縱向延伸到腔室225的底部227。

第一阻尼件140形成了嵌入件，以便于在活動(dòng)單元100到達(dá)其行程終點(diǎn)位置前插入上述腔室225。

第一阻尼件140形成了一根小管，其自由端141的形狀有利于其進(jìn)入腔室。如圖6b和6c所示，該管的另一端與活動(dòng)單元100機(jī)械連接。優(yōu)選地，該端與中子吸收段130的下端相鄰。

腔室225大致設(shè)于活動(dòng)單元100的中心軸線上，插入的尺寸與腔室225的尺寸對(duì)應(yīng)，以便在插入過(guò)程中，腔室225內(nèi)的冷卻劑被驅(qū)出，產(chǎn)生粘性力，用于阻止插入件的插入。具體地，所述腔室225和插入件尺寸的確立用于保證可以產(chǎn)生足夠的粘性阻尼力，阻止活動(dòng)單元100下落到其行程終點(diǎn)位置前。

優(yōu)選地，腔室225是在套管211厚度內(nèi)形成的。優(yōu)選地，第二支承段210也由套管211形成。

因此，套管211具有兩個(gè)壁，每個(gè)壁提供一個(gè)非常特殊功能：

-當(dāng)流量充足時(shí)，套管211的一個(gè)壁中與活動(dòng)單元配合，以實(shí)現(xiàn)其提供；

-當(dāng)流量異常減小時(shí)，套管211的另一個(gè)壁確保阻尼力，阻止活動(dòng)單元100的下落到其行程終點(diǎn)位置前。

優(yōu)選地，第二阻尼件220用于提供粘性阻尼，第二支承段210具有升降功能，第二阻尼件和第二支承段至少部分在縱向方向上相向設(shè)置，即，在水平位置上，它們處于同一高度。這樣的設(shè)置非常有利于實(shí)現(xiàn)尺寸控制。從圖4c和圖5b可以看出，活動(dòng)單元100的提升動(dòng)作在腔室225和空間j1之間完成。在本實(shí)施例中，需要進(jìn)行精細(xì)加工的關(guān)鍵部件的數(shù)目減少了。此外，顯著節(jié)省了空間。

在此實(shí)施例中，套管211提供的阻尼和提升功能具有如下所述優(yōu)點(diǎn)：

-對(duì)于現(xiàn)有阻尼元件，在進(jìn)行提升功能要求的高度高于阻尼功能要求的高度的操作時(shí)，無(wú)需更改活動(dòng)單元的長(zhǎng)度和行程，因此，不會(huì)對(duì)裝配高度產(chǎn)生影響；

-此外，無(wú)需設(shè)計(jì)一個(gè)阻尼區(qū)，因?yàn)樽枘釁^(qū)的功能實(shí)際上減少有效的阻尼，其相當(dāng)于一個(gè)引導(dǎo)區(qū)。因此，在此實(shí)施例中，不需要?jiǎng)?chuàng)建新的引導(dǎo)區(qū)，這將有利于阻尼器中的活動(dòng)單元在面對(duì)卡阻、震顫等風(fēng)險(xiǎn)時(shí)的插拔可靠性(因此有利于減緩下落的速度)。這些卡阻、震顫等風(fēng)險(xiǎn)一般是由輻照下裝置的結(jié)構(gòu)變形，如偏移/偏斜引起的。根據(jù)本實(shí)施例，該解決方案提高了阻尼器活動(dòng)部分插入套管部分的可靠性，這樣的插入動(dòng)作是在套管211構(gòu)成的引導(dǎo)區(qū)內(nèi)完成的。

根據(jù)未示出的實(shí)施例，阻尼功能還可以由銷112和保護(hù)套200之間的配合提供，優(yōu)選地由底壁206提供。

因此，第一支承段110和第一阻尼件140由活動(dòng)單元100的銷112的外表面113限定。因此，在本實(shí)施例中，所述提升和阻尼功能由活動(dòng)單元100承載的相同部件提供，所述部件可以是定位銷112。底壁206優(yōu)選地固定到套筒的內(nèi)部，例如固定在底部204上。

如圖1至6和圖8-10中的優(yōu)選實(shí)施例所示，所述安全裝置包括：至少一個(gè)導(dǎo)向段230，其用于引導(dǎo)活動(dòng)單元100在保護(hù)套200中移位。如圖3b所示，導(dǎo)向段230包括由至少兩個(gè)、優(yōu)選地由三個(gè)墊塊231組成的至少一個(gè)導(dǎo)向段230，所述墊塊231關(guān)于活動(dòng)單元100的移動(dòng)軸對(duì)稱分布。圖3b中的墊塊231彼此分別以120°的間隔布置。優(yōu)選地，導(dǎo)向段230由在其內(nèi)側(cè)面限定了墊塊231的墊塊軸承圈構(gòu)成。

導(dǎo)向段230縱向布置在保護(hù)套200中，以便在移動(dòng)單元100處于提升狀態(tài)時(shí)到達(dá)中子吸收段130。因此，中子吸收段130的外側(cè)面與所述墊塊231之間的配合保證了活動(dòng)單元100在保護(hù)套200中精確、可靠的移位引導(dǎo)。

但是，上述實(shí)施例并非是限制性的。

鑒于上述描述，很顯然地，本發(fā)明提供了特別可靠的和安全的解決方案，當(dāng)冷卻劑流量異常減少時(shí)，使吸收棒完全依靠無(wú)源方式下落。

本發(fā)明不局限于上述描述的實(shí)施例，可以延伸到由權(quán)利要求書所涵蓋的所有實(shí)施例。

附圖標(biāo)記

1.裝置3.縱向方向5.冷卻劑10.堆芯

100.活動(dòng)單元101.頂部102.拉桿103.底部

104.吸收棒110.第一支承段112.定位銷

113.外表面115.凸起結(jié)構(gòu)116.排出孔

117.推力壁118.頂空120.分隔段

121.加固件122.拉桿123.穿孔管

124.開(kāi)口130.中子吸收段131.吸收針

132.連接件133.冷卻劑通道140.第一阻尼件

141.管端200.保護(hù)套201六角管

202.頂部203.出口204.裝配腳

205.電源指示燈206.壁210.第二支承段

211.套管212.內(nèi)壁220.第二阻尼件

225.腔室226.開(kāi)口227.腔室底

230.導(dǎo)向段231.墊塊240.核心區(qū)

300.緊固件