[实用新型]一种基于温升热膨胀系数突变的热敏材料的非能动停堆装置

说明书

技术领域

本实用新型属于核反应堆非能动停堆的安全设备技术领域，具体涉及一种基于温升热膨胀系数突变的热敏材料的非能动停堆装置。

背景技术

核反应堆常规的停堆系统，其原理为设备操作人员在反应堆出现异常或者事故发生的情况下通过调控设备达到安全停堆的目的。但这些方式都需要人员判断或者外部提供能源动力，并不能做到安全及时的停堆，还有可能会失去作用。

目前国际上进行研究的非能动停堆装置有以下几种：（1）磁性材料居里点温度控制的非能动停堆装置，主要的工作原理为：控制棒与驱动机构之间用磁性物质连接，利用磁性材料具有居里点温度的特点，即当温度升到一定程度时，磁物质的磁性下降，使控制棒脱离而下落，这种设计最典型的代表是日本在其商用快堆设计中采用的自停堆系统；（2）气体膨胀驱动装置：在快堆堆芯布置充有气体的套管，在正常工况时，套管的钠液面高度超过堆芯高度，起到将中子反射回堆芯的作用，当发生一回路失流事故时，钠液面下降使堆芯中子泄漏增加，从而引入负反应性，这种停堆系统是针对非保护失流事故，适用于小型堆芯，对于大型堆芯，不能提供足够的负反应性，需与其他非能动停堆装置联合使用（例如，在堆芯中同时设置磁性材料居里点温度控制的非能动停堆装置SASS和气体膨胀驱动装置GEM），日本和美国对这种装置进行了较多的研究；（3）液体悬浮的非能动停堆装置，正常运行工况下，利用冷却剂浮力使控制棒位于堆芯上部，事故工况下，冷却剂流量下降到设计限值时，控制棒重量超过冷却剂浮力，控制棒下落，这种停堆装置针对的也是非保护失流事故。这种停堆装置的代表是俄罗斯的液体悬浮非能动停堆装置PPS和HRS；（4）控制棒热膨胀强化驱动机构，控制棒驱动机构采用热膨胀强化设计，驱动机构的关键材料采用具有特殊热效应的材料（例如，热膨胀系数远大于一般材料，或具有温度记忆性能等），当反应堆温度升高时，热效应材料性能发生变化，控制棒则可以一定程度的下插；当温度达到设定限值时，热效应材料的性能变化也达到设定限值，启动控制棒释放装置，控制棒依靠重力插入堆芯，俄罗斯的多种温度效应驱动非能动停堆组件—，日本的强化热膨胀驱动装置，德国为欧洲快堆设计的，均属于这一类。

发明内容

本实用新型提供了一种基于温升热膨胀系数突变的热敏材料的非能动停堆装置，用于核反应堆的非能动停堆。

本实用新型采用的技术方案为：

驱动体的下部通过两个合页分别与两个活动吊板连接；预紧弹簧的两端分别与两个活动吊板连接；水平扣板的一端与一侧的活动吊板铰接，在另一侧的活动吊板上设置与水平扣板匹配的卡扣；正常工况下，水平扣板与卡扣扣紧，预紧弹簧处于压缩状态，两个活动吊板的底端将控制棒夹紧；所述水平扣板的下方设置一个搭板，并在搭板上放置热敏材料；在事故工况的温度下，热敏材料发生形变，其上端将水平扣板顶开，两个活动吊板在预紧弹簧的作用力下打开，释放控制棒。

所述热敏材料是聚合材料，具有玻璃转变温度T_g，当材料自身温度大于T_g，该材料的热膨胀系数发生突变增大，引起材料的体积发生突变；其中，T_g的取值范围为580-630℃。

本装置中所利用的热敏材料在冷却剂温度超过其玻璃转变温度时，该材料自身的热膨胀系数急剧升高，体积随着温度的升高迅速膨胀，将水平扣板顶起，预紧弹簧释放其存储的弹性势能，导致钢板向外张开，最终控制棒由于自身重力作用而下落，实现非能动停堆的目的。

本实用新型的有益效果为：实现了核电站出现异常或发生事故时的安全、及时的非能动停堆，降低了可能造成核反应堆未能及时停堆，从而导致一系列严重后果的危险。

附图说明

图1为反应堆非能动停堆的控制棒驱动装置中弹簧压缩时示意图

图2为反应堆非能动停堆的控制棒驱动装置中弹簧撑开时示意图

图中标注：

1-驱动体；2-合页；3-预紧弹簧；4-水平扣板；5-热敏材料；6-活动吊板；7-控制棒

具体实施方式

本实用新型提出了一种基于温升热膨胀系数突变的热敏材料的非能动停堆装置，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。