CN1008410B - 带延伸部的压水堆容器的顶盖管座 - Google Patents

Abstract

一座核反应堆包括带容器顶盖(10)的压力容器，装在容器中的堆芯，用来控制堆芯反应性的元件，穿过容器顶盖(10)用来置换元件的驱动棒以及许多个顶盖管座(8)，管座(8)穿过容器顶盖(10)延伸并构成驱动棒外套的一部分，外套与容器内部相通，并其顶部是密闭的。与外套(8)相联系的一个装置在外套内部相应的驱动棒周围构成一条液体通道。在相应的外套中发生泄漏时，液体通道的横断面面积被限制在一选定值内。

Description

本发明涉及用在核压水堆的反应堆容器中的顶盖管座延伸部。

当前正在使用的压水堆包括一个反应堆容器、一个装在容器中的反应堆堆芯和若干个控制棒，控制棒可相对于堆芯移动以控制堆芯的反应性。各个控制棒悬挂在驱动棒的下面，驱动棒穿过反应堆容器顶盖延伸到位于顶盖上方的一个驱动机构上。

为了在这样的驱动棒的位置上密封容器顶盖，设置了一个圆筒形的外套，外套从该驱动机构向下延伸，穿过开在顶盖上的一个孔口，一直延伸进反应堆容器内的上部空间。穿过反应堆容器顶盖延伸的外套部分包括一个顶盖管座，通过焊接把顶盖管座固定在顶盖上相应的开孔中，以便在外套和容器顶盖之间形成密封。

外套还包括一个顶盖管座（或者说是外套）的延伸部，延伸部的下端头通向容器内部，而且其下端头通常加工成一个导向漏斗，这个导向漏斗开口向下通到容器的内部，在把容器顶盖安装到容器本体上时，导向漏斗还能起把驱动棒导入外套的作用。在组装这样一个反应堆容器时，在驱动棒和穿过容器顶盖的相应的外套之间会形成一个环形通道，此环形通道与反应堆容器内部是相通的。

在所推荐的一种新的压水堆模式中，还将使用若干个置换棒，置换棒可相对于反应堆芯运动，并且由一个驱动棒支承，驱动棒向上穿过容器顶盖连到一个驱动机构上。在这里，每个驱动棒外面也包有一个具有上述形式的外套。

每个外套穿过容器顶盖的那部分是用因科镍合金制造的，以便能合适地扣紧容器顶盖，容器顶盖目前是用标准不锈钢包覆的碳钢制造的，而驱动机构本身则是用标准不锈钢制造的。由于制造因科镍合金的部件太花钱，因此采用下述的加工方法：把与容器顶盖连接的那部分外套用因科镍合金制造，把它做成一个短的贯穿顶盖的管座，然后再把不锈钢管子焊到管座的上端，不锈钢管子的上端又延伸并连接到在驱动机构闩锁部件外面的外套上。

顶盖管座和管子通过全部穿透的焊缝联在一起，因此必须考虑焊缝破裂的可能性。焊缝破裂会使液体经过外套和其相应的驱动棒之间的环形通道漏到反应堆容器外面。

为了防止这种焊缝破裂或者由其他原因引起的驱动棒外套泄漏所产生的不良后果，人们希望限制容器内部与这样的泄漏源之间的流体通道的截面面积，使截面面积不大于5厘米²左右。

为此，先前曾建议把一根圆柱形管子（即众所周知的隔热套管）插入到外套中，并套在驱动棒之外，在隔热套管和顶盖管座之间形成这样的注流孔，此孔要使从反应堆容器内部到驱动机构区域之间的剩余流量通道的截面面积限制在上述数值，在这一结构中，在容器顶盖上方必须配上一根延伸的棒。

然而，使用这样的隔热套管同时也伴有若干缺点，其中包括需要的总的部件数目和总的制造成本都增加了。

本发明的基本目的在于提供一种结构上简单的办法，来解决发生泄漏事件时限制驱动棒中流体通道的问题，也就是尽量减少为保证所期望的流量限制所必需的部件的数目。

为此目的，本发明是用在核反应堆上的，反应堆包括一个带容器顶盖的压力容器，一个装在容器中的堆芯，若干根用来控制堆芯反应 性的元件，若干个穿过容器顶盖、用来置换这些元件的驱动棒，以及穿过容器顶盖的许多个顶盖管座。每个顶盖管座构成围在各个驱动棒外面的驱动棒外套的一部分，每个外套围住的区域是与容器内部相连通的并且在顶部是闭合的。所说的管座构成各自外套的一部分，其特征是在相应的驱动棒周围并且是在相应的外套的内部形成一条液体通道，通道的截面面积可提供预先规定的泄流量，并有机构来限制这样的泄流量，在各自的外套中出现泄漏时，可使泄漏量不超过选定的值。

下面，结合附图，以举例的方式对本发明的最佳实施例进行说明，通过说明可以更加容易地了解本发明。其中：

图1a和1b是侧视图，表示出部分剖面，它说明打算用在控制棒驱动机构中的本发明的第一个实施例。

图2a和2b是类似于图1的视图，它表示打算用在控制棒驱动机构中的本发明的第二个实施例，它是沿图4的B-B线的相应部分切取的。

图3是图2中表示的实施例的一部件的断面图，它是沿图2的C-C线切取的。

图4是沿图2的A-A线切取的断面图。

图5a和5b是类似于图1的视图，它表示打算用在置换棒驱动机构上的本发明第三个实施例。

图6是图5a结构件在被驱动的位置上的断面图。

图1a和1b分别表示本发明所提供的限制流量的顶盖管座延伸部的第一个实施例的两种形式。由各个驱动机构支承的棒分布在堆芯容器顶盖上。由于顶盖是拱形的，因此，不同的顶盖管座就在不同的高度上穿过顶盖。每个延伸部包括一个位于其下端头的导向漏斗2， 而且，人们希望所有的导向漏斗都在同一个高度上。为此，在顶盖中心区的延伸部就长（如图1a所示），而在顶盖边缘区的延伸部就短，具有如图1b所示的形式。

图1a所示的长型的延伸部除了导向漏斗2外，还包括一根长的管件4，管件4的下端部与漏斗2的上端部螺纹拧在一起。管件4和漏斗2最好都用标准不锈钢制造，而且管件4的长度能满足在预定的高度上与漏斗2相连接。

管件4焊到套筒6上，而套筒6又与相应的顶盖管座8的下端部螺纹连接。套筒6和管座8通常用因科镍合金制造，而且管座8是以传统的方式延伸穿过开在反应堆容器顶盖10上的一个孔口（如图1b所示）。典型地说，管座8通过一个热压配合工序装到容器10的开孔中，然后用一个J型焊缝12把它固定在开孔上。

各个管座8延伸到容器顶盖下面的长度是一定的，而各个管件4则可以依照其相应的位置上顶盖的不同高度加工到所需要的长度，以便使相应的漏斗2处在预定的水平面上。

每个控制棒驱动机构包括一个驱动棒14，它带有一根相应的控制棒，并且延伸穿过管座8、管件4和漏斗2。漏斗2的一个目的是在容器顶盖10装到反应堆容器上时便于插入棒14。所有的漏斗2位于同一高度上，对棒的插入更加有利。

驱动棒14带有一系列的环形凹槽16，通过这些凹槽就能用一个装置卡紧控制棒，此装置用来提升和降下控制棒。

根据本发明，漏斗2的上端部带有一个内向环18，内向环18减少了棒14的最大直径部分与漏斗2之间的径向间隙，使间隙减少到事故情况下保证反应堆安全所要求的值，事故是指漏斗2上方的棒外套中任何一点的焊缝发生破裂。目前，如果径向间隙的面积不大于 直径为2.54厘米的一个圆，或者间隙面积不大于5厘米²左右，则可以认为是满足了这个要求。

套筒6的上端部套装在管座8下端部的外面，而且是向外突出的，在这个部位，套筒6和管座8用螺纹连接。因此，套筒6呈现出一个凸肩20，在管座8和容器顶盖10之间的J型焊缝12发生破裂的事故中，它能防止顶盖管座从反应堆容器中弹射出去。这就保证了对核电厂不会出现附加的损害，而且任何泄漏将保持很小。

图1b中表示的延伸管的形式比图1a的短，它预定用在靠近容器的边缘部位。在这种形式中，管座8通过由两个环形部件22，24组成的一个套筒连接到漏斗2上，环形部件22，24是沿着它们的圆筒形的内表面焊在一起的。部件22螺纹连接到漏斗2上，它是用标准不锈钢制造的，部件24是用因科镍合金制造的，它起一种防止弹射的套筒的作用，就象图1a的套筒6。

上述实施例的一个优点是：环18起到使驱动棒14对准管座8的中心的作用，这样可以使棒14不与管座8相接触，从而就消除了由于管座8与棒14的外表面滑动接触而产生的磨损。

图2a和2b是类似于图1a和图1b的两个侧视图，它们是本发明提供的用于控制棒驱动机构4的顶盖管座延伸部的另一个实施例。在此例中，在焊缝破裂事故或引起泄漏的其他事故中，通过构成导向漏斗26来确立对流量通道的限制，因此，在导向漏斗26的上端部的漏斗26和驱动棒之间形成了具有预定的面积的流量通道，驱动棒在图2上未示出，但它与图1中的棒14是完全相同的。

漏斗26的上端部形状不同于漏斗2，漏斗26的上端部由一个圆筒28组成，圆筒28的外圆周表面有许多向外径方向凸出的齿牙30，这些齿牙在圆周方向上彼此间隔开，而沿着圆筒28的轴向延 伸。

在图2a表示的长形方案中，通过一个不锈钢的套筒34把漏斗26安装到管件4的下端部，套筒34螺纹连接在管件4上，并通过一个焊接的销钉36来固定定位。而管件4又通过焊到管件4上的套筒38连到相应的顶盖管座8上，套筒38用因科镍合金制造，它可通过一个焊接的销钉40来固定定位。套筒38执行与图1a中套筒6相同的功能。

在图2b的短形方案中，用一个套筒42把漏斗26安装到管座8的下端部，套筒42与套筒34基本相同，不同之处在于：套筒42用因科镍合金制造，而且其长度可以依据顶盖10中相应的管座8的精确的径向位置而变化。用一个焊接的销钉44把套筒42固定到管座8上。

套筒34或42通过一个焊在套筒筒体上向内径方向突出的法兰48来支承漏斗26。套筒34或42上有许多向内径方向突出的齿牙50（如图3和图4所示），齿牙50在圆周方向上彼此间隔开，而在轴向则沿筒体延伸。

如图4所示，齿牙50同漏斗26的齿牙30之间相互咬合，因此，圆筒28用花键方式与套筒34接合。齿牙30和50共同合作，以防止漏斗26发生相对于管件4或管座8的转动或摆动，但允许漏斗26在所限定的整个通道上相对于套筒34或42作轴向移动。

齿牙30的数量是齿牙50数量的一半，因此，在相邻的两个齿牙30之间的每个间隙中均排有两个齿牙50，而在相邻的两个齿牙50之间的间隙中，每隔一个就有一个不含齿牙30的间隙52。不含齿牙30的间隙52分别对准法兰48上相应的形状的开孔，因 此，在法兰48上的这种开孔和与之对准的齿牙间隙52就形成了进入到管件4或管座8内部的二次流量通道的一部分。法兰48在开孔之间的实体部分起支承齿牙30及圆筒28的部件的作用，将圆筒28夹在套筒34，42的里面。

法兰48向里突出，位于套筒34或42的下面（如图2及图4所示）以支承圆筒28。

二次流量通道的出口端位于圆筒28的上方，在套筒34和42向内突出的凸缘56的下面。凸缘56加工成所需要的尺寸，因此，当漏斗26向上运动到其运行轨道的端头时，二次流量通道就被凸缘56所封闭。

另一方面，在正常运行条件下，或者在“紧急停堆”的事件中需要有大的流量通道时，在漏斗26上下两端之间的压差将会使漏斗26保持在图2所示的较低的位置上。

图5a和5b表示本发明提供的管座延伸部的第三个实施例。此实施例特别适合于用在置换棒驱动机构上，不过，它也可以用在控制棒驱动机构上。与前面的一样，图5a表示实施例的长形方案，而图5b表示其短形方案。

正如前面的实施例的情况一样，这个实施例也包括一个导向漏斗60，漏斗60通过漏斗套筒66紧固在执行机构62或64上。套筒66先拧在漏斗60的上端部，然后再用一个适当的焊接的闭锁销钉70将其固定在这个部位。套筒66在其上端部带有一个向内径方向突出的凸肩，它与位于执行机构62或64底部的一个向外径方向突出的凸肩相配合，使套筒66夹持在执行机构62或64上，但是，在驱动棒（它是穿过顶盖管座延伸部的）周围的外套中出现泄漏时，可允许漏斗60依照漏斗上端部和下端部之间的压差向上作一定 的运动。

漏斗60能向上运动，直到其轴向的上端面72与执行机构62或64的轴向下端面74相碰。

在图5a中表示的长形方案中用标准不锈钢制造的执行机构62的上端面是焊到管件4上的，管件4又以与图2a中所示的相同的方式固定在相应的管座的端部。

在图5b中表示的短形方案中，执行机构64与执行机构62稍有不同，执行机构64有一个向外径方向突出的凸肩部分78，执行机构64通过凸肩78的螺纹拧到顶盖管座8上。在这个实施例中，执行机构64用因科镍合金制造。在凸肩部分78的上端部装有一块弹性片80，弹性片80全部地或部分地环绕着凸肩78的周边延伸。弹性片80带有一个向内凸出的锁销82，锁销82能卡入开在管座8外表面上的凹槽84中，因此，当78的螺纹段完全拧紧到管座8上以后，就能把78这部分锁定在管座8上。当然，能把组件可靠地固定在一起的其他技术也是可以使用的。可用与图2b中所示方法相同的方法把管座8固定在容器顶盖上。

漏斗60的内部带有一个圆筒形的部件（或者叫弹性夹头）90，它先是通过螺纹拧在漏斗60上，然后用焊在套筒66上的闭锁销钉70将其固定在漏斗60上。弹性夹头90包括一个环形的基座和许多条从弹性夹头基座向上延伸的指状爪92。

当组件处在图5所示的正常状况下时，指状爪92在圆周方向是分开的，其手指之间有轴向延伸的间隙94。每个手指在上端部呈锥形，要使上端部的外表面做成向内倾斜的部分96，而其内表面做成向外倾斜的部分98。

执行机构62和64各自设有一个向内突出的环形段102， 102有一向内倾斜的加工成凸缘形状的表面104，表面104与表面部分96之间以下述方式进行配合：在表面104的上方，每个环形段102带有一个轴向延伸的表面106，它紧连着向外倾斜的表面108。根据由这一实施例建造的一个典型的形式，各个表面段96和表面段104可以相对于管座延伸部的轴线方向倾斜10°，各个表面段96的倾斜角度是相对于图5a和5b中表示的正常位置而言的。各个表面段98相对于轴线方向可以有5°的倾斜，这是针对图5中表示的正常状况而言的，各个表面段106相对于轴线方向可以有30°的倾斜。

在图5所示的正常状况中，弹性夹头90将围着一个驱动棒（未示出），并且在径向与驱动棒和柱塞彼此隔开以形成一个具有选定的横断面面积的环形间隙。

在驱动棒承压外套中发生泄漏事故时，漏斗60上端部与下端部之间的压差将会驱使漏斗60向上移动，直到端面72紧靠在端面74上，进入如图6所示的位置，图6表示图5a在被驱动的情况下的实施例。

在图6所示的情况下，指状爪92的表面段96将沿表面104运动，使指状爪92的自由端偏向里面，一直到在指爪92的自由端处封闭间隙94。结果是，弹簧夹头90的上端与驱动棒之间的环形间隙的横截面将缩小到预定的值，从而在发生这样的泄漏时能限制流量通过延伸部的外套。

与图5和图6中实施例有关的驱动棒可以是带柱塞环的圆柱形棒，在这种情况下，环形间隙可通过柱塞环的（或者驱动棒的）外径与套环90上端的内径之间的相互关系来限定。

Claims (5)

1、一种带延伸部的压水堆容器的顶盖管座，若干根穿过容器顶盖用来置换元件的驱动棒(14)以及许多根穿过容器顶盖(10)的该顶盖管座，每个顶盖管座(8)构成围在相应的驱动棒外面的驱动棒外套的一部分，每个外套围成的区域是与容器内部相通的，并且在容器顶部是密闭的，通过机构(18、28、90、104)在相应的外套内、同时在相应的驱动棒(14)周围形成一条流体通道，通道的横截面面积可维持预定的泄漏流量，其特征在于：形成上述流体通道的上述机构由所述导向漏斗(2、26、60)向内径方向延伸的部分(18、28)组成，该通道还具有可把这种泄漏流量限制在不超过选定值的范围内的机构，所述管座(8)具有向外径方向突出的凸肩(20)限定出的机构，该凸肩的外径比相应的容器顶盖(10)上作管座通道的孔口要大，凸肩(20)的作用是防止管座在容器内部压力影响下从容器中弹射出去。

2、如权利要求2中所述的顶盖管座，其特征在于，所述导向漏斗（2、26、60）安装成可以相对于上述管座（8）运动，当相应的外套中发生泄漏时，随着作用在其上面的流体压力，导向漏斗从一个正常位置运动到一个被驱动的位置，上述导向漏斗（26）和上组管座（8）构成上述流体通道（52）的一部分。

3、如权利要求3中所述的一顶盖装管，其特征在于：当上述导向漏斗（26、60）处于上述正常位置时，上述流体通道的横断面面积不大于上述选定值。

4、如权利要求2或3中所述的顶盖管座，其特征在于：上述导向漏斗（26）的上面部分（28）带有许多轴向延伸的凹槽（52），它限定了上述流体通道导向漏斗的上面部分，而且所述连接机构（34、42）包括一个流体阻塞部件（56），当上述漏斗（26）处于被驱动的位置时，用部件（56）来闭塞上述通道（52）。

5、如权利要求1中所述的顶盖管座，其特征在于：用来形成流体通道的上述机构包括一个空心的圆筒形部件（90），它装在上述漏斗（60）上，而且，在所述漏斗（60）从正常位置向被驱动的位置运动时，它从上述漏斗（60）的窄端伸出，所述空心的圆筒形部件（90）突出到上述管座（8）中，它包括许多个轴向延伸的彼此间隔开的部分。所述管座带有连接机构（62，64），它有一个面对上述部件（90）的环形部分（102）以及加工成凸缘的表面（104），当上述漏斗（60）从其正常位置运动到其被驱动的位置时，上述轴向延伸的零件（90）向内径方向偏移以降低上述零件（90）与构成流体通道的驱动棒之间的环形空隙。

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