CN101719388A

CN101719388A - 可整体装拆的堆芯仪表探头导管系统

Info

Publication number: CN101719388A
Application number: CN200810167511A
Authority: CN
Inventors: 关建维; 张振亚; 何大明; 段远刚; 曹锐
Original assignee: Nuclear Power Institute of China
Current assignee: Nuclear Power Institute of China
Priority date: 2008-10-09
Filing date: 2008-10-09
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2028-10-09
Also published as: CN101719388B

Abstract

本发明属于反应堆堆芯测量系统，具体涉及一种可整体装拆的堆芯仪表探头导管系统，旨在解决现有技术难以整体装拆堆芯仪表探头导管系统的问题，它包括安装在反应堆堆芯顶部的堆芯上板(8)、压紧板(4)、压紧柱(6)、探头导管(3)，还包括探头导管卡(2)和导向套管(5)，在导向套管(5)内部的导向杆(10)，在堆芯上板(8)的下方的梳理板(11)，在吊篮的内壁的导向键(12)，在堆芯上板(8)和梳理板(11)的外缘的导向槽。其有益效果在于：无需其他辅助工具，可以整体反复准确装拆；使堆内测量系统与堆内压紧部件一起安装，缩短安装时间，有效地减少操作人员的集体剂量；能够保证导向杆运动的平稳；其结构简单，便于安装，能很好地将探头导管固定在压紧板上，又能有效地防止流体振动对探头导管的伤害。

Description

可整体装拆的堆芯仪表探头导管系统

技术领域

本发明属于反应堆堆芯测量系统，具体涉及一种可整体装拆的堆芯仪表探头导管系统。

背景技术

仪表探头入堆的探头导管结构，国外基本有两种方式，即美国西屋公司开发的堆芯测量系统和前西德西门子公司KWU开发的气动球堆芯测量系统。世界上几个主要核电国家(包括法国、西德、日本和韩国)的压水堆技术都是从西屋引进的，所以他们的堆芯测量系统在结构技术上都是相同的。堆芯测温用铠装热电偶束从反应堆堆顶引出，堆芯中子注量率探头导管逐根从反应堆压力容器底封头引出，探头导管由早期大U型发展到后来的大L型。

在反应堆里，引导堆芯探测仪表进入堆芯的探头导管必须满足两个基本要求，即既不能影响控制棒的运行和燃料组件的装卸，又必须可以反复装拆。为满足上述要求西屋公司的方法是分别处理：堆芯温度测量的铠装热电偶探头由探头导管引导到燃料组件出水口处，固定在压紧部件中的这些探头导管可以随压紧部件一起装拆；而引导小型移动裂变室或自能给探测器的外压导管是从反应堆底封头向上插入堆芯的，反应堆更换燃料组件时需要把它们抽出堆芯。这是要一根一根的抽，而且要足够大的操作空间。

西屋公司开发的这种堆芯测量技术，是目前压水堆核电站堆芯测量的主要技术，虽然有所改进，但仪表探头入堆通道的结构技术基本上没变化，仅仅是探头导管的堆外部分，由初期的大U型改为现在的大L型，因减少一个90°大弯角，使其在抽插时因摩擦变小而容易一些，并缩短了时间。

西门子公司KWU虽然引进了西屋公司的压水堆技术，但在反应堆结构上做了很多改进。特别是堆芯测量系统，他们开发了堆芯温度测量和堆芯中子注量率测量的专用系统-气动球测量系统，使探头导管系统从堆顶引出，避免了在反应堆压力容器底封头上穿孔的安全隐患。西门子公司的方法如图1所示，把铠装热电偶和气动球管融为一体，包容在探测梁17内，探头导管3的前端伸入到指套管9里，指套管9的下端可以伸入燃料组件的仪表导管里，指套管9上端与探测梁17固定。一般来说，每个探测梁17上可以固定四个左右的指套管9，形成一个探测梁组件。这种探测梁的装拆方便。只要在反应堆开盖后将每组气动球探测梁17垂直拔出就可以了。不足之处是它必须一组一组的单独装拆，延长了反应堆开盖后的堆上操作时间，会增加工作人员的集体剂量。如果指套管9在堆芯辐照作用下出现较大变形，则复装时必须使用专门的辅助工具进行梳理，以确保每根指套管9都能准确地插入堆芯相应的位置。该顶技术目前正被欧洲压水堆所使用。

发明内容

本发明的目的是解决上述技术问题，提供一种无需辅助工具、可整体装拆的堆芯仪表探头导管系统。

本发明是这样实现的：

一种可整体装拆的堆芯仪表探头导管系统，它包括安装在反应堆堆芯顶部的堆芯上板、压紧板以及设在压紧板和堆芯上板之间的压紧柱，贯穿反应堆压力容器顶盖的探头导管、在探头导管上端设有出口密封塞、容纳探头导管前端的竖直指套管，指套管穿过堆芯上板，其中，它还包括将探头导管固定在压紧板上的探头导管卡和三个竖直的导向套管，导向套管的上端固定在压紧板上，下端抵在堆芯上板上面，在导向套管内部设有一导向杆，导向杆上端有一大径防脱头，在堆芯上板上开有与导向套管同轴的导向孔，导向孔直径大于导向杆的直径，但小于防脱头的直径；在堆芯上板的下方设有一个与其平行的梳理板，导向杆下端设有托头以托住梳理板；梳理板与堆芯上板有着相同的几何形状和开孔，对应于指套管处开有指套管孔，指套管下部能在指套管孔中上下滑动，在吊篮的内壁设有周向均布的导向键，在堆芯上板和梳理板的外缘开有相应的导向槽。

如上所述指套管固定在压紧柱内，再穿过堆芯上板，下端堆芯段与堆芯内燃料组件内的控制棒导向管对齐。

如上所述的导向套管壁上开有若干流水孔。

如上所述的探头导管卡由两个相同的L形导管半卡对合而成，每个L形导管半卡由相互垂直的立板和底板构成，在立板内侧表面上开有若干个截面为半圆形的L形沟槽，沟槽分水平段、圆角段和竖直段，各个沟槽对应的各段相互平行，沟槽的两端分别延伸至导管半卡底面和导管半卡内侧表面，每个导管半卡的立板上开有与立板外侧平面垂直的螺栓孔，导管半卡的底板也开有螺栓孔。

本发明的优点在于：

采用一套梳理机构，靠重力作用的梳理板，确保全部含有探头导管的指套管，无需其他辅助工具，可以整体反复准确装拆进出堆芯。采用探头导管卡将所有探头导管引入指套管并一组一组固定在堆芯压紧板上，使之与堆芯压紧部件可一起吊装，实现仪表测量导管系统整体远距离装拆，缩短操作时间，减少操作人员的集体剂量；摒弃了在反应堆压力容器底封头上焊接众多仪表贯穿套管的方案所带来的弊端。

另外，梳理机构的导向套管壁开有若干流水孔，避免了流水阻力对导向杆滑动造成的扰动，保证导向杆运动的平稳。

还有，分体的探头导管卡，结构简单，便于安装，能很好地将探头导管固定在压紧板上并引导进入指套管，又能有效地防止流体振动对探头导管地伤害。

附图说明

图1为现有技术中的探测梁组件的结构示意图；

图2为本发明提供的一种可整体装拆的堆芯仪表探头导管系统的结构示意图；

图3为本发明提供的探头导管卡的结构示意图；

图4为图3A-A断面的剖视图；

图5为加长加倒角的导向键的结构示意图；

图6为图5的侧视图。

图中，1、出口密封塞；2、探头导管卡；3、探头导管；4、压紧板；5、导向套管；6、压紧柱；7、堆芯吊篮；8、堆芯上板；9、指套管；10、导向杆；11、梳理板；12、导向键；13、燃料组件；14、导向孔；15、指套管孔；16、防脱头；17、探测梁；18、立板外侧表面；19、沟槽；19a、沟槽水平段；19b、沟槽圆角段；19c、沟槽竖直段；20、立板；21、底板；22、底板底面；23、螺栓孔；24、立板外侧端面；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步的详细描述。

如图2所示，一种可整体装拆的堆芯仪表探头导管系统，包括反应堆堆芯顶部的堆芯上板8、压紧板4、压紧板4和堆芯上板8之间的压紧柱6、插接在反应堆压力容器顶部内侧的探头导管3、贯穿在反应堆压力容器顶盖的出口密封塞1、固定探头导管在压紧板4上的探头导管卡2、竖直指套管9；出口密封塞1与反应堆压力容器顶盖堆芯测量组件出口管座接口，实现对压力边界的密封。探头导管卡2是专门用来固定、卡紧和引导探头导管3的，如图3及图4所示，探头导管卡2是对开倒T字形结构，探头导管卡2包括两个相同的L形导管半卡，每个L形导管半卡由相互垂直的立板20和底板21构成，立板外侧表面18上开有4个截面为半圆形的圆角L形沟槽19，沟槽19分水平段19a、圆角段19b和竖直段19c，各个沟槽19对应的各段相互平行；沟槽19的两端分别延伸至导管半卡底面22及立板外侧端面24；每个导管半卡的立板20上开有与立板外侧平面18垂直的螺栓孔23。以便用螺栓将两个相同的L形导管卡连接在一起，使立板外侧表面18的半圆形的圆角L形沟槽19形成为圆形断面的L形通道。导管半卡的底板21亦开有一定数量的螺栓孔，以便用螺栓将探头导管卡2固定在压紧板4上，以确保仪表探头在管内抽插时，不引起探头导管3的位移并防止流体振动对探头导管3的伤害。指套管9穿过堆芯上板8，指套管9的下端堆芯段与堆芯内燃料组件13的仪表套管对齐；此外，也可将指套管9固定在压紧柱6内，再穿过堆芯上板8，下端堆芯段与堆芯内燃料组件13的仪表套管对齐。在反应堆内探头导管3承受外压，是压力边界部件，其内径不小于4毫米，外径不大于8.5毫米，具体尺寸将根据仪表探头的尺寸来决定，以适应各种堆芯探测仪表使用：如气动球、热电偶、自给能探测器、小型移动裂变室以及它们的任何组合体。每根探头导管3在堆内允许有三处不小于90度弯曲，以便于探头导管3的汇集引出。压紧板4是堆内构件中的上部堆芯支承板。探头导管3是堆芯仪表探头进入堆芯指定探测点的承压导向通道。指套管9是探头导管3在堆内的保护管，探头导管3的前端伸入指套管9。指套管9是变径管，以增加刚度，其上端的法兰被紧紧地压在探头导管卡2下面。

所述的堆芯仪表探头导管系统还包括三个竖直的导向套管5，导向套管5均匀布置、固定于堆芯上板8边缘，导向套管5的管壁上设置有多个流水孔，导向套管5的上端固定在压紧板4上，下端固定在堆芯上板8上表面上，导向套管5内部设有一导向杆10，导向杆10上端有一大径防脱头，堆芯上板8上开有与导向套管5同轴的导向孔，导向孔孔径略大于导向杆10外径，但小于防脱头直径，以允许导向杆10上除防脱头外的部分上下滑动；梳理板11位于堆芯上板8的下方，导向杆10固定在梳理板11上，导向套管5下端固定在堆芯上板8上；梳理板11上对应于指套管9处开有指套管孔15，指套管9下部堆芯段能在指套管孔15中自由滑动；梳理板11及堆芯上板8的周边对应位置处设有定位槽，并通过定位导向键定位在堆芯吊篮7内。除了指套管孔15外，梳理板11上开有与堆芯上板8有着完全相同的几何形状和相同开孔数量的孔，其厚度应使得梳理板11的重力大于指套管9、导向杆10滑移时的阻力。梳理板11的作用就是用来梳理指套管9的，是本发明堆芯仪表探头导管系统可整体装拆的根本保证。

可整体装拆的堆芯仪表探头导管系统的整体拆装过程如下：

按图2所示的方式将堆芯仪表探头导管系统安装于反应堆压紧部件内，梳理板11被压紧在燃料组件的上管座和堆芯上板8之间，此时导向杆10相对于堆芯上板8上滑，滑入导向套管5内的上端点；同时，指套管9在梳理板11上的指套管孔15中下滑，进入燃料组件13中间的仪表导向管。这就是图2右半部分所示的状态。反应堆压力容器顶盖安装时出口密封塞1在专用保护帽的保护下，穿过顶盖上堆芯测量仪表管座，实现出口密封塞1与压力容器顶盖的密封，反应堆就可以进入运行状态。当停堆换料时，压力容器顶盖被吊开，吊起堆内压紧部件(包括压紧板4、堆芯上板8、压紧柱6)，连同导向套管5、指套管9也相应地上升，直至脱开燃料组件13的仪表导向管；堆芯上板8也在压紧柱6带动下上升，但是导向杆10连同梳理板11在自重作用下，相对于堆芯上板8下滑直到极限位置(即上端的防脱头卡在堆芯上板8上)；此时即为图2左半部分所示的状态。此后，堆内压紧部件继续提升，带动指套管9进一步上升，同时导向杆10带动梳理板11向上，从而实现堆芯仪表探头导管系统与压紧部件一起拆除。再重新装入时，将先由反应堆压力容器的导向栓实现粗导向，堆内压紧部件继续下降时，梳理板11上和堆芯上板8有相同尺寸的径向键槽，滑入吊兰筒体上的导向键12，实现精确导向。设置了梳理板11后，堆内压紧部件的吊装高度将增加约4米。为确保安装时自由状态下的梳理板11能准确地滑入堆芯吊篮7上的导向键12，要使导向键12在堆芯吊篮7轴向方向的尺寸加长，导向键12加长段的两侧应做出15°的导向面。图5、图6示出了加长加倒角的导向键12。若将燃料组件13定位销也固定在梳理板11上，则可同时实现对燃料组件13的准确定位。由于指套管9的末端堆芯段始终被梳理板11所定位，就不会因为变形等问题无法准确顺利复装。

从上面的工作过程可以看出，反应堆运行期间梳理板11始终被压紧在堆芯上板8和燃料组件13之间。为此，梳理板11应设计成与堆芯上板8有一样的通孔。这些通孔是：与控制棒组件数量相等的方孔；与其他燃料组件13数量相等的流水孔；相当于燃料组件13数量两倍的定位销孔以及与指套管9数量相同的指套管孔15。总之，凡在堆芯上板8有的开口和径向定位槽，在梳理板11上都一一对应。如果不想加长燃料组件13定位销的长度，可以将这些定位销固定在梳理板11上，这时要用专门的定位销使梳理板11与堆芯上板8精准地定位，从而保证不丧失堆芯上板8对燃料组件13的地定位功能。为确保堆芯上板8上所有孔和梳理板11都一一对应，可以使它们在一次装卡中完成加工，做到所有孔的位置度保持一致。

为确保梳理板11在三根导向杆10带动下的平稳移动，在导向套管5的管壁上设置了数量足够多的流水孔，尽可能地减少导向杆10在导向套管5内运动时引起的水力扰动。

上述可整体装拆的堆芯仪表探头导管系统涉及的成熟技术包括：承压管(探头导管3)出口密封技术；承压管(探头导管3)入堆的指套管9导向技术及现行可用的堆芯仪表探头。使用了这些成熟技术组合是本发明的现实性非常好的实证，它不会给堆芯带来隐患。相反它的使用将从根本上革除因使用现有堆内测量技术，必须在反应堆压力容器底封头开孔所带来的安全隐患。

探头导管卡2也可以采用其他的结构，可以通过焊接或弹簧卡等方式将探头导管3固定在压紧板4上，形成一体的探头导管卡。或者采用上述倒T形探头导管卡2的结构，但采用弧形沟槽，不过这会增加加工的复杂度。每个探头导管卡2的沟槽数量(即卡装探头导管的数量)也可以为3个或者5个或者8个，10个，以便于就近固定及简化结构为目的，但都不影响整体的吊装。

Claims

1.一种可整体装拆的堆芯仪表探头导管系统，它包括安装在反应堆堆芯顶部的堆芯上板(8)、压紧板(4)以及设在压紧板(4)和堆芯上板(8)之间的压紧柱(6)、探头导管(3)、贯穿在反应堆压力容器顶盖的出口密封塞(1)、容纳探头导管(3)前端的竖直指套管(9)；探头导管(3)穿过出口密封塞(1)进入堆内，指套管(9)穿过堆芯上板(8)，其特征在于：它还包括将探头导管(3)固定在压紧板(4)上的探头导管卡(2)和三个竖直的导向套管(5)，导向套管(5)的上端固定在压紧板(4)上，下端抵在堆芯上板(8)上面，在导向套管(5)内部设有一导向杆(10)，导向杆(10)上端有一大径防脱头(16)，在堆芯上板(8)上开有与导向套管(5)同轴的导向孔(14)，导向孔(14)直径大于导向杆(10)的直径，但小于防脱头(16)的直径；在堆芯上板(8)的下方设有一个与其平行的梳理板(11)，导向杆(10)下端设有托头以托住梳理板(11)；梳理板(11)与堆芯上板(8)有着相同的几何形状和开孔，对应于指套管(9)处开有指套管孔(15)，指套管(9)下部能在指套管孔(15)中上下滑动，在吊篮的内壁设有周向均布的导向键(12)，在堆芯上板(8)和梳理板(11)的外缘开有相应的导向槽。

2.如权利要求1所述的一种可整体装拆的堆芯仪表探头导管系统，其特征在于：所述指套管(9)固定在压紧柱(6)内，再穿过堆芯上板(8)，其下端堆芯段与堆芯内燃料组件内的控制棒导向管对齐。

3.如权利要求1所述的一种可整体装拆的堆芯仪表探头导管系统，其特征在于：所述的导向套管(5)表面上开有若干流水孔。

4.如权利要求1所述的一种可整体装拆的堆芯仪表探头导管系统，其特征在于：所述的探头导管卡(2)由两个相同的L形导管半卡对合而成，每个L形导管半卡由相互垂直的立板(23)和底板(24)构成，在立板内侧表面(21)上开有若干个截面为半圆形的L形沟槽(22)，沟槽(22)分水平段(22a)、圆角段(22b)和竖直段(22c)，各个沟槽(22)对应的各段相互平行，沟槽(22)的两端分别延伸至导管半卡底面(25)和导管半卡内侧表面(27)，每个导管半卡的立板(23)上开有与立板外侧平面(21)垂直的螺栓孔(26)，导管半卡的底板(24)也开有螺栓孔。