專利名稱:限制流量的頂蓋管座延伸部的制作方法
本發(fā)明涉及用在核壓水堆的反應(yīng)堆容器中的頂蓋管座延伸部。
當(dāng)前正在使用的壓水堆包括一個反應(yīng)堆容器、一個裝在容器中的反應(yīng)堆堆芯和若干個控制棒，控制棒可相對于堆芯移動以控制堆芯的反應(yīng)性。各個控制棒懸掛在驅(qū)動棒的下面，驅(qū)動棒穿過反應(yīng)堆容器頂蓋延伸到位于頂蓋上方的一個驅(qū)動機構(gòu)上。
為了在這樣的驅(qū)動棒的位置上密封容器頂蓋，設(shè)置了一個圓筒形的外套，外套從該驅(qū)動機構(gòu)向下延伸，穿過開在頂蓋上的一個孔口，一直延伸進反應(yīng)堆容器內(nèi)的上部空間。穿過反應(yīng)堆容器頂蓋延伸的外套部分包括一個頂蓋管座，通過焊接把頂蓋管座固定在頂蓋上相應(yīng)的開孔中，以便在外套和容器頂蓋之間形成密封。
外套還包括一個頂蓋管座(或者說是外套)的延伸部，延伸部的下端頭通向容器內(nèi)部，而且其下端頭通常加工成一個導(dǎo)向漏斗，這個導(dǎo)向漏斗開口向下通到容器的內(nèi)部，在把容器頂蓋安裝到容器本體上時，導(dǎo)向漏斗還能起把驅(qū)動棒導(dǎo)入外套的作用。在組裝這樣一個反應(yīng)堆容器時，在驅(qū)動棒和穿過容器頂蓋的相應(yīng)的外套之間會形成一個環(huán)形通道，此環(huán)形通道與反應(yīng)堆容器內(nèi)部是相通的。
在所推薦的一種新的壓水堆模式中，還將使用若干個置換棒，置換棒可相對于反應(yīng)堆芯運動，并且由一個驅(qū)動棒支承，驅(qū)動棒向上穿過容器頂蓋連到一個驅(qū)動機構(gòu)上。在這里，每個驅(qū)動棒外面也包有一個具有上述形式的外套。
每個外套穿過容器頂蓋的那部分是用因科鎳合金制造的，以便能合適地扣緊容器頂蓋，容器頂蓋目前是用標(biāo)準(zhǔn)不銹鋼包覆的碳鋼制造的，而驅(qū)動機構(gòu)本身則是用標(biāo)準(zhǔn)不銹鋼制造的。由于制造因科鎳合金的部件太花錢，因此采用下述的加工方法把與容器頂蓋連接的那部分外套用因科鎳合金制造，把它做成一個短的貫穿頂蓋的管座，然后再把不銹鋼管子焊到管座的上端，不銹鋼管子的上端又延伸并連接到在驅(qū)動機構(gòu)閂鎖部件外面的外套上。
頂蓋管座和管子通過全部穿透的焊縫聯(lián)在一起，因此必須考慮焊縫破裂的可能性。焊縫破裂會使液體經(jīng)過外套和其相應(yīng)的驅(qū)動棒之間的環(huán)形通道漏到反應(yīng)堆容器外面。
為了防止這種焊縫破裂或者由其他原因引起的驅(qū)動棒外套泄漏所產(chǎn)生的不良后果，人們希望限制容器內(nèi)部與這樣的泄漏源之間的流體通道的截面面積，使截面面積不大于5厘米2左右。
為此，先前曾建議把一根圓柱形管子(即眾所周知的隔熱套管)插入到外套中，并套在驅(qū)動棒之外，在隔熱套管和頂蓋管座之間形成這樣的注流孔，此孔要使從反應(yīng)堆容器內(nèi)部到驅(qū)動機構(gòu)區(qū)域之間的剩余流量通道的截面面積限制在上述數(shù)值，在這一結(jié)構(gòu)中，在容器頂蓋上方必須配上一根延伸的棒。
然而，使用這樣的隔熱套管同時也伴有若干缺點，其中包括需要的總的部件數(shù)目和總的制造成本都增加了。
本發(fā)明的基本目的在于提供一種結(jié)構(gòu)上簡單的辦法，來解決發(fā)生泄漏事件時限制驅(qū)動棒中流體通道的問題，也就是盡量減少為保證所期望的流量限制所必需的部件的數(shù)目。
為此目的，本發(fā)明是用在核反應(yīng)堆上的，反應(yīng)堆包括一個帶容器頂蓋的壓力容器，一個裝在容器中的堆芯，若干根用來控制堆芯反應(yīng)性的元件，若干個穿過容器頂蓋、用來置換這些元件的驅(qū)動棒，以及穿過容器頂蓋的許多個頂蓋管座。每個頂蓋管座構(gòu)成圍在各個驅(qū)動棒外面的驅(qū)動棒外套的一部分，每個外套圍住的區(qū)域是與容器內(nèi)部相連通的并且在頂部是閉合的。所說的管座構(gòu)成各自外套的一部分，其特征是在相應(yīng)的驅(qū)動棒周圍并且是在相應(yīng)的外套的內(nèi)部形成一條液體通道，通道的截面面積可提供預(yù)先規(guī)定的泄流量，并有機構(gòu)來限制這樣的泄流量，在各自的外套中出現(xiàn)泄漏時，可使泄漏量不超過選定的值。
下面，結(jié)合附圖，以舉例的方式對本發(fā)明的最佳實施例進行說明，通過說明可以更加容易地了解本發(fā)明。其中圖1a和1b是側(cè)視圖，表示出部分剖面，它說明打算用在控制棒驅(qū)動機構(gòu)中的本發(fā)明的第一個實施例。
圖2a和2b是類似于圖1的視圖，它表示打算用在控制棒驅(qū)動機構(gòu)中的本發(fā)明的第二個實施例，它是沿圖4的B-B線的相應(yīng)部分切取的。
圖3是圖2中表示的實施例的一部件的斷面圖，它是沿圖2的C-C線切取的。
圖4是沿圖2的A-A線切取的斷面圖。
圖5a和5b是類似于圖1的視圖，它表示打算用在置換棒驅(qū)動機構(gòu)上的本發(fā)明第三個實施例。
圖6是圖5a結(jié)構(gòu)件在被驅(qū)動的位置上的斷面圖。
圖1a和1b分別表示本發(fā)明所提供的限制流量的頂蓋管座延伸部的第一個實施例的兩種形式。由各個驅(qū)動機構(gòu)支承的棒分布在堆芯容器頂蓋上。由于頂蓋是拱形的，因此，不同的頂蓋管座就在不同的高度上穿過頂蓋。每個延伸部包括一個位于其下端頭的導(dǎo)向漏斗2，而且，人們希望所有的導(dǎo)向漏斗都在同一個高度上。為此，在頂蓋中心區(qū)的延伸部就長(如圖1a所示)，而在頂蓋邊緣區(qū)的延伸部就短，具有如圖1b所示的形式。
圖1a所示的長型的延伸部除了導(dǎo)向漏斗2外，還包括一根長的管件4，管件4的下端部與漏斗2的上端部螺紋擰在一起。管件4和漏斗2最好都用標(biāo)準(zhǔn)不銹鋼制造，而且管件4的長度能滿足在預(yù)定的高度上與漏斗2相連接。
管件4焊到套筒6上，而套筒6又與相應(yīng)的頂蓋管座8的下端部螺紋連接。套筒6和管座8通常用因科鎳合金制造，而且管座8是以傳統(tǒng)的方式延伸穿過開在反應(yīng)堆容器頂蓋10上的一個孔口(如圖1b所示)。典型地說，管座8通過一個熱壓配合工序裝到容器10的開孔中，然后用一個J型焊縫12把它固定在開孔上。
各個管座8延伸到容器頂蓋下面的長度是一定的，而各個管件4則可以依照其相應(yīng)的位置上頂蓋的不同高度加工到所需要的長度，以便使相應(yīng)的漏斗2處在預(yù)定的水平面上。
每個控制棒驅(qū)動機構(gòu)包括一個驅(qū)動棒14，它帶有一根相應(yīng)的控制棒，并且延伸穿過管座8、管件4和漏斗2。漏斗2的一個目的是在容器頂蓋10裝到反應(yīng)堆容器上時便于插入棒14。所有的漏斗2位于同一高度上，對棒的插入更加有利。
驅(qū)動棒14帶有一系列的環(huán)形凹槽16，通過這些凹槽就能用一個裝置卡緊控制棒，此裝置用來提升和降下控制棒。
根據(jù)本發(fā)明，漏斗2的上端部帶有一個內(nèi)向環(huán)18，內(nèi)向環(huán)18減少了棒14的最大直徑部分與漏斗2之間的徑向間隙，使間隙減少到事故情況下保證反應(yīng)堆安全所要求的值，事故是指漏斗2上方的棒外套中任何一點的焊縫發(fā)生破裂。目前，如果徑向間隙的面積不大于直徑為2.54厘米的一個圓，或者間隙面積不大于5厘米2左右，則可以認(rèn)為是滿足了這個要求。
套筒6的上端部套裝在管座8下端部的外面，而且是向外突出的，在這個部位，套筒6和管座8用螺紋連接。因此，套筒6呈現(xiàn)出一個凸肩20，在管座8和容器頂蓋10之間的J型焊縫12發(fā)生破裂的事故中，它能防止頂蓋管座從反應(yīng)堆容器中彈射出去。這就保證了對核電廠不會出現(xiàn)附加的損害，而且任何泄漏將保持很小。
圖1b中表示的延伸管的形式比圖1a的短，它預(yù)定用在靠近容器的邊緣部位。在這種形式中，管座8通過由兩個環(huán)形部件22，24組成的一個套筒連接到漏斗2上，環(huán)形部件22，24是沿著它們的圓筒形的內(nèi)表面焊在一起的。部件22螺紋連接到漏斗2上，它是用標(biāo)準(zhǔn)不銹鋼制造的，部件24是用因科鎳合金制造的，它起一種防止彈射的套筒的作用，就象圖1a的套筒6。
上述實施例的一個優(yōu)點是環(huán)18起到使驅(qū)動棒14對準(zhǔn)管座8的中心的作用，這樣可以使棒14不與管座8相接觸，從而就消除了由于管座8與棒14的外表面滑動接觸而產(chǎn)生的磨損。
圖2a和2b是類似于圖1a和圖1b的兩個側(cè)視圖，它們是本發(fā)明提供的用于控制棒驅(qū)動機構(gòu)4的頂蓋管座延伸部的另一個實施例。在此例中，在焊縫破裂事故或引起泄漏的其他事故中，通過構(gòu)成導(dǎo)向漏斗26來確立對流量通道的限制，因此，在導(dǎo)向漏斗26的上端部的漏斗26和驅(qū)動棒之間形成了具有預(yù)定的面積的流量通道，驅(qū)動棒在圖2上未示出，但它與圖1中的棒14是完全相同的。
漏斗26的上端部形狀不同于漏斗2，漏斗26的上端部由一個圓筒28組成，圓筒28的外圓周表面有許多向外徑方向凸出的齒牙30。這些齒牙在圓周方向上彼此間隔開，而沿著圓筒28的軸向延伸。
在圖2a表示的長形方案中，通過一個不銹鋼的套筒34把漏斗26安裝到管件4的下端部，套筒34螺紋連接在管件4上，并通過一個焊接的銷釘36來固定定位。而管件4又通過焊到管件4上的套筒38連到相應(yīng)的頂蓋管座8上，套筒38用因科鎳合金制造，它可通過一個焊接的銷釘40來固定定位。套筒38執(zhí)行與圖1a中套筒6相同的功能。
在圖2b的短形方案中，用一個套筒42把漏斗26安裝到管座8的下端部，套筒42與套筒34基本相同，不同之處在于套筒42用因科鎳合金制造，而且其長度可以依據(jù)頂蓋10中相應(yīng)的管座8的精確的徑向位置而變化。用一個焊接的銷釘44把套筒42固定到管座8上。
套筒34或42通過一個焊在套筒筒體上向內(nèi)徑方向突出的法蘭48來支承漏斗26。套筒34或42上有許多向內(nèi)徑方向突出的齒牙50(如圖3和圖4所示)，齒牙50在圓周方向上彼此間隔開，而在軸向則沿筒體延伸。
如圖4所示，齒牙50同漏斗26的齒牙30之間相互咬合，因此，圓筒28用花鍵方式與套筒34接合。齒牙30和50共同合作，以防止漏斗26發(fā)生相對于管件4或管座8的轉(zhuǎn)動或擺動，但允許漏斗26在所限定的整個通道上相對于套筒34或42作軸向移動。
齒牙30的數(shù)量是齒牙50數(shù)量的一半，因此，在相鄰的兩個齒牙30之間的每個間隙中均排有兩個齒牙50，而在相鄰的兩個齒牙50之間的間隙中，每隔一個就有一個不含齒牙30的間隙52。不含齒牙30的間隙52分別對準(zhǔn)法蘭48上相應(yīng)的形狀的開孔，因此，在法蘭48上的這種開孔和與之對準(zhǔn)的齒牙間隙52就形成了進入到管件4或管座8內(nèi)部的二次流量通道的一部分。法蘭48在開孔之間的實體部分起支承齒牙30及圓筒28的部件的作用，將圓筒28夾在套筒34，42的里面。
法蘭48向里突出，位于套筒34或42的下面(如圖2及圖4所示)以支承圓筒28。
二次流量通道的出口端位于圓筒28的上方，在套筒34和42向內(nèi)突出的凸緣56的下面。凸緣56加工成所需要的尺寸，因此，當(dāng)漏斗26向上運動到其運行軌道的端頭時，二次流量通道就被凸緣56所封閉。
另一方面，在正常運行條件下，或者在“緊急停堆”的事件中需要有大的流量通道時，在漏斗26上下兩端之間的壓差將會使漏斗26保持在圖2所示的較低的位置上。
圖5a和5b表示本發(fā)明提供的管座延伸部的第三個實施例。此實施例特別適合于用在置換棒驅(qū)動機構(gòu)上，不過，它也可以用在控制棒驅(qū)動機構(gòu)上。與前面的一樣，圖5a表示實施例的長形方案，而圖5b表示其短形方案。
正如前面的實施例的情況一樣，這個實施例也包括一個導(dǎo)向漏斗60，漏斗60通過漏斗套筒66緊固在執(zhí)行機構(gòu)62或64上。套筒66先擰在漏斗60的上端部，然后再用一個適當(dāng)?shù)暮附拥拈]鎖銷釘70將其固定在這個部位。套筒66在其上端部帶有一個向內(nèi)徑方向突出的凸肩，它與位于執(zhí)行機構(gòu)62或64底部的一個向外徑方向突出的凸肩相配合，使套筒66夾持在執(zhí)行機構(gòu)62或64上，但是，在驅(qū)動棒(它是穿過頂蓋管座延伸部的)周圍的外套中出現(xiàn)泄漏時，可允許漏斗60依照漏斗上端部和下端部之間的壓差向上作一定的運動。
漏斗60能向上運動，直到其軸向的上端面72與執(zhí)行機構(gòu)62或64的軸向下端面74相碰。
在圖5a中表示的長形方案中用標(biāo)準(zhǔn)不銹鋼制造的執(zhí)行機構(gòu)62的上端面是焊到管件4上的，管件4又以與圖2a中所示的相同的方式固定在相應(yīng)的管座的端部。
在圖5b中表示的短形方案中，執(zhí)行機構(gòu)64與執(zhí)行機構(gòu)62稍有不同，執(zhí)行機構(gòu)64有一個向外徑方向突出的凸肩部分78，執(zhí)行機構(gòu)64通過凸肩78的螺紋擰到頂蓋管座8上。在這個實施例中，執(zhí)行機構(gòu)64用因科鎳合金制造。在凸肩部分78的上端部裝有一塊彈性片80，彈性片80全部地或部分地環(huán)繞著凸肩78的周邊延伸。彈性片80帶有一個向內(nèi)凸出的鎖銷82，鎖銷82能卡入開在管座8外表面上的凹槽84中，因此，當(dāng)78的螺紋段完全擰緊到管座8上以后，就能把78這部分鎖定在管座8上。當(dāng)然，能把組件可靠地固定在一起的其他技術(shù)也是可以使用的?？捎门c圖2b中所示方法相同的方法把管座8固定在容器頂蓋上。
漏斗60的內(nèi)部帶有一個圓筒形的部件(或者叫彈性夾頭)90，它先是通過螺紋擰在漏斗60上，然后用焊在套筒66上的閉鎖銷釘70將其固定在漏斗60上。彈性夾頭90包括一個環(huán)形的基座和許多條從彈性夾頭基座向上延伸的指狀爪92。
當(dāng)組件處在圖5所示的正常狀況下時，指狀爪92在圓周方向是分開的，其手指之間有軸向延伸的間隙94。每個手指在上端部呈錐形，要使上端部的外表面做成向內(nèi)傾斜的部分96，而其內(nèi)表面做成向外傾斜的部分98。
執(zhí)行機構(gòu)62和64各自設(shè)有一個向內(nèi)突出的環(huán)形段102，102有一向內(nèi)傾斜的加工成凸緣形狀的表面104，表面104與表面部分96之間以下述方式進行配合在表面104的上方，每個環(huán)形段102帶有一個軸向延伸的表面106，它緊連著向外傾斜的表面108。根據(jù)由這一實施例建造的一個典型的形式，各個表面段96和表面段104可以相對于管座延伸部的軸線方向傾斜10°，各個表面段96的傾斜角度是相對于圖5a和5b中表示的正常位置而言的。各個表面段98相對于軸線方向可以有5°的傾斜，這是針對圖5中表示的正常狀況而言的，各個表面段106相對于軸線方向可以有30°的傾斜。
在圖5所示的正常狀況中，彈性夾頭90將圍著一個驅(qū)動棒(未示出)，并且在徑向與驅(qū)動棒和柱塞彼此隔開以形成一個具有選定的橫斷面面積的環(huán)形間隙。
在驅(qū)動棒承壓外套中發(fā)生泄漏事故時，漏斗60上端部與下端部之間的壓差將會驅(qū)使漏斗60向上移動，直到端面72緊靠在端面74上，進入如圖6所示的位置，圖6表示圖5a在被驅(qū)動的情況下的實施例。
在圖6所示的情況下，指狀爪92的表面段96將沿表面104運動，使指狀爪92的自由端偏向里面，一直到在指爪92的自由端處封閉間隙94。結(jié)果是，彈簧夾頭90的上端與驅(qū)動棒之間的環(huán)形間隙的橫截面將縮小到預(yù)定的值，從而在發(fā)生這樣的泄漏時能限制流量通過延伸部的外套。
與圖5和圖6中實施例有關(guān)的驅(qū)動棒可以是帶柱塞環(huán)的圓柱形棒，在這種情況下，環(huán)形間隙可通過柱塞環(huán)的(或者驅(qū)動棒的)外徑與套環(huán)90上端的內(nèi)徑之間的相互關(guān)系來限定。
權(quán)利要求
1.一座核反應(yīng)堆包括一個帶容器頂蓋(10)的壓力容器，一個裝在容器中的堆芯，若干根用來控制堆芯反應(yīng)性的元件，若干根穿過容器頂蓋，用來置換元件的驅(qū)動棒(14)以及許多個穿過容器頂蓋(10)的頂蓋管座，每個頂蓋管座(8)構(gòu)成圍在相應(yīng)的驅(qū)動棒外面的驅(qū)動棒外套的一部分，由每個外套圍成的區(qū)域是與容器內(nèi)相通的，并且在其頂部是密閉的，所說的管座(8)構(gòu)成相應(yīng)的外套的一部分，其特征在于通過機構(gòu)(18、28、90、104)在相應(yīng)的外套內(nèi)，同時在相應(yīng)的驅(qū)動棒(14)的周圍形成一條液體通道。通道的橫斷面面積可維持預(yù)先規(guī)定的泄漏流量，當(dāng)相應(yīng)的外套中出現(xiàn)泄漏時，通道還有機構(gòu)可把這種泄漏流量限制在不超過一個選定值的范圍內(nèi)。
2.如權(quán)利要求
1中所定義的一座反應(yīng)堆，其中有一個開口通向容器內(nèi)部的導(dǎo)向漏斗(2、26、60)構(gòu)成相應(yīng)的外套的一部分，并且至少限定了用來形成一條流體通道的上述機構(gòu)的一部分，其特征在于形成上述流體通道的上述機構(gòu)由所說的導(dǎo)向漏斗(2、26、60)向內(nèi)徑方向延伸的部分(18、28)組成的。
3.如權(quán)利要求
2中所定義的一座反應(yīng)堆，其特征在于，所述導(dǎo)向漏斗(2、26、60)安裝成可以相對于上述管座(8)運動，當(dāng)相應(yīng)的外套中發(fā)生泄漏時，隨著作用在其上面的流體壓力，導(dǎo)向漏斗從一個正常位置運動到一個被驅(qū)動的位置，上述導(dǎo)向漏斗(26)和上述管座(8)構(gòu)成上述流體通道(52)的一部分，當(dāng)上述漏斗(26)處于正常位置時，流體通道是敞開的，而漏斗處于被驅(qū)動的位置時，流體通道就被關(guān)閉。
4.如權(quán)利要求
3中所定義的一座反應(yīng)堆，其特征在于當(dāng)上述導(dǎo)向漏斗(26、60)處于上述正常位置時，上述流體通道的橫斷面面積不大于上述選定值。
5.如權(quán)利要求
3或4中所定義的一座反應(yīng)堆，其特征在于;上述導(dǎo)向漏斗(26)的上面部分(28)帶有許多軸向延伸的凹槽(52)，它限定了上述流體通道的上述部分，而且所述連接機構(gòu)(34、42)包括一個流體阻塞部件(56)，當(dāng)上述漏斗(26)處于被驅(qū)動的位置時，用部件(56)來閉塞上述通道(52)。
6.如權(quán)項要求3、4或5中所定義的一座反應(yīng)堆，其特征在于用來形成流體通道的上述機構(gòu)包括一個空心的圓筒形部件(90)，它裝在上述漏斗(60)上，而且，在所述漏斗(60)從正常位置向被驅(qū)動的位置運動時，它從上述漏斗(60)的窄端伸出。所述空心的圓筒形部件(90)突出到上述管座(8)中，它包括許多個軸向延伸的彼此間隔開的部分，所述管座帶有連接機構(gòu)(62、64)，它有一個面對上述部件(90)的環(huán)形部分(102)以及加工成凸緣的表面(104)，當(dāng)上述漏斗(60)從其正常位置運動到其被驅(qū)動的位置時，上述軸向延伸的零件(90)向內(nèi)徑方向偏移以降低上述零件(90)與構(gòu)成流體通道的驅(qū)動棒之間的環(huán)形空隙。
7.如權(quán)利要求
1到6中任何一項所定義的一座反應(yīng)堆，其中，容器頂蓋(10)上開有作為每個頂蓋管座(8)通道的孔口，其特征在于上述管座(8)包含的機構(gòu)規(guī)定有向外徑方向突出的凸肩(20)，凸肩(20)的外徑比相應(yīng)的容器頂蓋(10)上作管座通道的孔口要大，所述的凸肩(20)所起的作用是防止管座在容器內(nèi)部的壓力影響下從容器中彈射出去。
專利摘要
一座核反應(yīng)堆包括帶容器頂蓋(10)的壓力容器，裝在容器中的堆芯，用來控制堆芯反應(yīng)性的元件，穿過容器頂蓋(10)用來置換元件的驅(qū)動棒以及許多個頂蓋管座(8)，管座(8)穿過容器頂蓋(10)延伸并構(gòu)成驅(qū)動棒外套的一部分，外套與容器內(nèi)部相通，并其頂部是密閉的。與外套(8)相聯(lián)系的一個裝置在外套內(nèi)部相應(yīng)的驅(qū)動棒周圍構(gòu)成一條液體通道。在相應(yīng)的外套中發(fā)生泄漏時，液體通道的橫斷面面積被限制在一選定值內(nèi)。
文檔編號G21C13/00GK86100717SQ86100717
公開日1986年9月17日 申請日期1986年2月6日
發(fā)明者丹尼斯·詹姆斯·阿特曼 申請人:西屋電氣公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan