CN102789822A - 具有提供压力和流动控制的容器上段的压水反应堆 - Google Patents

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CN102789822A CN2012100468898A CN201210046889A CN102789822A CN 102789822 A CN102789822 A CN 102789822A CN 2012100468898 A CN2012100468898 A CN 2012100468898A CN 201210046889 A CN201210046889 A CN 201210046889A CN 102789822 A CN102789822 A CN 102789822A
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Abstract

压水反应堆(PWR)包括垂向圆筒形压力容器，该压力容器具有容纳核反应堆芯的下部和限定内部加压器的容器头部。安装在容器头部上的反应堆冷却剂泵(RCP)包括在压力容器内部的叶轮、压力容器外部的泵马达以及连接马达和叶轮的垂向驱动轴。该驱动轴未穿过内部加压器。中心立管可同心地设置在压力容器内部，且RCP将一级冷却剂向下推入中心立管与压力容器之间的环形下降通道。蒸汽发生器可设置在环形下降通道内并与通过出口腔室与叶轮间隔开。入孔可通向出口腔室，所以可通过入孔经由通道在蒸汽发生器上进行管堵塞而无需移除RCP。

Description

具有提供压力和流动控制的容器上段的压水反应堆
背景技术
以下涉及核反应堆领域、发电领域、核反应堆控制领域、核能发电控制领域、热力管理领域以及相关领域。
在用于蒸汽发电的核反应堆设计中，诸如沸水反应堆(BWR)和压水反应堆(PWR)设计，放射性反应堆芯在压力容器底部或底部附近浸入一级冷却水中。在BWR设计中，由反应堆芯产生的热量使一级冷却水沸腾，产生蒸汽，该蒸汽被位于压力容器顶部或顶部附近的部件(例如蒸汽分离器、蒸汽干燥器等)提取。在PWR设计中，一级冷却剂保持在压缩和过冷液相并流出压力容器进入外部蒸汽发生器，或蒸汽发生器位于压力容器内(有时称为“一体式PWR”设计)。在任一设计中，被加热的一级冷却水加热蒸汽发生器内的二级冷却水以产生蒸汽。PWR设计的优点在于蒸汽包括未暴露于放射性反应堆芯的二级冷却水。
在BWR设计或PWR设计中，一级冷却剂流动穿过封闭的循环路径。向上流动穿过反应堆芯的一级冷却水被加热并穿过中心区域上升到反应堆顶部，在反应堆顶部其反向并穿过限定在压力容器与同心立管结构之间的环形下降通道向下流动返回反应堆芯。这是用于这种反应堆构造的自然对流流动回路。但是，对于较高功率的反应堆，有利的或必须的是用通过电动反应堆冷却剂泵提供的动力补充或代替自然对流。
在常规方法中，使用无密封垫泵，其中一体式驱动轴/叶轮子组件通过泵马达转动。该设计的优点在于在驱动轴/叶轮连接处不包括任何密封件(因此称为“无密封垫”)。对于核反应堆，常用的实施方式是提供一体式反应堆冷却剂泵，该一体式反应堆冷却剂泵包括无密封驱动轴/叶轮子组件、马达(包括定子、转子磁体或绕组以及适当的轴承或其它驱动轴联接)以及支承凸缘，该支承凸缘支承马达并包括驱动轴穿过其将泵马达与叶轮连接的石墨密封件。反应堆冷却剂泵通过将叶轮穿过反应堆压力容器上的开口并将凸缘固定在开口上方而安装。安装好时，叶轮位于压力容器内部且泵马达位于压力容器外部(较佳地在围绕压力容器设置的任何隔热材料外部)。尽管马达在压力容器外部，但足够的热量仍传递至泵马达，使得通常以热交换器等方式提供专用的马达冷却。泵马达的外部放置简化了电源连接并使泵马达能够设计成用于额定温度，该额定温度显著低于压力容器内一级冷却水的温度。仅叶轮和驱动轴的叶轮端穿入压力容器内部。
本文揭示了提供各种优点的改进，这些优点对于本领域的技术人员来说阅读下文时会显而易见。
发明内容
在本发明的一方面，设备包括压水反应堆(PWR)，该压水反应堆包括：圆筒形压力容器，其圆筒轴线垂向定向；核反应堆芯，该核反应堆芯设置在圆筒形压力容器内；分隔板，该分隔板设置在圆筒形压力容器内，并将压力容器分隔以限定内部加压器和反应堆容器部分，内部加压器包含设置在分隔板上方的加压器容积，反应堆容器部分限定设置在分隔板下方的反应堆容积并包含核反应堆芯，其中，分隔板限制但不完全切断加压器容积与反应堆容积之间的流体连通；以及反应堆冷却剂泵，包括：(i)叶轮，该叶轮设置在压力容器内部反应堆容积内，(ii)泵马达，该泵马达设置在压力容器外部，以及(iii)驱动轴，该驱动轴将泵马达与叶轮操作地连接，其中(1)泵马达的至少一部分设置在分隔板上方，以及(2)反应堆冷却剂泵没有设置在加压器容积内的部分。
在本发明的一方面，一种方法包括：安装反应堆冷却剂泵，该反应堆冷却剂泵包括泵马达、驱动轴、和压水反应堆(PWR)上的叶轮，该压水反应堆包括压力容器和设置在压力容器内的核反应堆芯，该安装包括将泵马达安装在压力容器的开口处，安装好的泵马达位于压力容器外部并通过安装凸缘支承在压力容器上；将叶轮插入压力容器内；以及在安装和插入之后，用驱动轴将插入的叶轮操作地连接至安装好的泵马达。
在本发明的另一方面，一种方法包括：提供压水反应堆(PWR)，该压水反应堆包括压力容器、设置在压力容器内部的核反应堆芯、内部蒸汽发生器以及限定在压力容器顶部的内部加压器，该内部蒸汽发生器包括设置在压力容器内的蒸汽发生器管；将多个反应堆冷却剂泵支承在压力容器上，使反应堆冷却剂泵的泵马达位于压力容器外部且反应堆冷却剂泵的叶轮设置在压力容器内部；以及通过打开压力容器的封壳并将头部远离压力容器的其余部分抬升来将压力容器的头部从压力容器的其余部分移除，其中头部限定内部加压器并支承多个反应堆冷却剂泵，使得移除压力容器的头部同时移除内部加压器和多个反应堆冷却剂泵。
在本发明的另一方面，一种设备包括压水反应堆(PWR)，该压水反应堆包括：核反应堆芯；压力容器，该压力容器具有封壳，压力容器的上部容器头部能通过该封壳移除，其中核反应堆芯设置在压力容器内容器头部下方，且其中上部容器头部包括内部加压器，该内部加压器限定具有加热器的加压器容积，加热器构造成控制PWR压力；以及多个反应堆冷却剂泵，多个反应堆冷却剂泵安装在容器头部上，使得容器头部和多个反应堆冷却剂泵能作为一个单元移除，每个反应堆冷却剂泵包括：(i)叶轮，该叶轮设置在压力容器内部在内部加压器下方，(ii)泵马达，该泵马达设置在压力容器外部；以及(iii)驱动轴，该驱动轴将泵马达与叶轮操作地连接，其中任何反应堆冷却剂泵没有设置在加压器容积内的部分。
在本发明的另一方面，一种设备包括压水反应堆(PWR)，该压水反应堆包括：核反应堆芯，该核反应堆芯包括裂变材料；圆筒形压力容器，其圆筒轴线垂向定向，且该圆筒形压力容器具有容纳核反应堆芯的下部和限定内部加压器的容器头部；以及反应堆冷却剂泵，该反应堆冷却剂泵安装在容器头部上并包括：(i)叶轮，该叶轮设置在压力容器内部，(ii)泵马达，该泵马达设置在压力容器外部，以及(iii)垂向驱动轴，该垂向驱动轴将泵马达与叶轮连接，垂向驱动轴平行于圆筒形压力容器的垂向定向圆筒轴线定向，且不穿过内部加压器。
在本发明的另一方面，在紧接着的前段中阐述的设备中，PWR还包括：中空圆筒形中心立管，该中空圆筒形中心立管与圆筒形压力容器同心并设置在圆筒形压力容器内部，反应堆冷却剂泵的叶轮构造成将一级冷却水向下推入限定在中空圆筒形中心立管与圆筒形压力容器之间的环形下降通道；以及内部蒸汽发生器，该内部蒸汽发生器设置在环形下降通道内，其中反应堆冷却剂泵的叶轮和内部蒸汽发生器通过出口腔室间隔开。在某些这种设备中，圆筒形压力容器包括入孔，该入孔提供到出口腔室的通道，并执行一种方法，该方法包括打开入孔并通过入孔经由通道在内部蒸汽发生器上进行蒸汽发生器管堵塞而无需移除反应堆冷却剂泵。
附图说明
本发明可采用各种部件和部件的组合，以及各种工艺操作和工艺操作的组合。附图仅是为了示出较佳实施例的目的，而不应解释为限制本发明。
图1示意性地示出包括内部加压器和反应堆冷却剂泵(RCP)的压水反应堆(PWR)的侧剖视图。
图2示意性地示出图1的PWR的容器上段的立体图。
图3示意性地示出图1的PWR的容器头部区域的侧剖视图，包括内部加压器和RCP。
图4示意性地示出反应堆冷却剂泵(RCP)之一的侧剖视图。
图5示意性地示出图1的PWR的容器上段的立体图，封壳打开以从容器的其余部分移除容器头部，且容器头部和容器的其余部分都倾斜以露出选定的内部部件。
图6示意性地示出容器上段的替代实施例的立体图，其省略了封壳以移除容器头部并采用不同形状的内部加压器。
图7示意性地示出图1的PWR的容器头部区域的替代实施例的侧剖视图，包括替代的RCP实施例。
图8示意性地示出与PWR的其余部分隔离的图7的替代RCP的立体图。
图9示意性地示出图1的PWR的容器头部区域的替代实施例的剖视立体图，包括图7-8的实施例的替代RCP实施例和图6的实施例的替代内部加压器，该替代内部加压器省略了封壳并采用不同形状的内部加压器。
具体实施方式
参照图1-4，压水反应堆(PWR)包括圆筒形压力容器10。如本文所使用的，术语“圆筒形压力容器”表示具有大致圆筒形形状的压力容器，但在某些实施例可能偏离数学上的完全圆筒形。例如，说明性圆筒形压力容器10具有沿圆筒长度直径变化的圆形横截面、具有圆形端部、并包括各种容器穿孔、容器段凸缘连接等。圆筒形压力容器10安装在竖直位置，具有上端12和下端14。但是，考虑到该竖直位置偏离圆筒轴线的精确垂向定向。例如，如果PWR设置在海船中，则其可能竖直但具有一定倾斜，该倾斜可能由于海船或水下运动而随时间变化。PWR还包括示意性地示出的放射性反应堆芯16，该放射性反应堆芯16包括如含有在裂变的铀-235同位素浓缩的氧化铀(UO2)的材料之类的裂变材料的材料块，布置好的燃料棒束等设置在燃料篮架或构造成安装在适当安装篮架内的其他支承组件内或压力容器10的保持结构内(未示出堆芯安装结构)。由示意性指示的控制棒系统18提供反应控制，该控制棒系统18通常包括安装在连接杆、星形接头或其它支承件上的各控制棒的组件。各控制棒包括中子吸收材料，且控制棒组件(CRA)操作地与控制棒驱动机构(CRDM)单元连接，该控制棒驱动单元可控地将控制棒插入或抽出反应堆芯16以控制或停止链式反应。与反应堆芯16一样，示意性地示出控制棒系统18，但未示出诸如各个控制棒、连接杆、星形接头和CRDM单元之类的各个部件。示意性地示出的控制棒系统是内部系统，其中CRDM单元设置在压力容器10内。内部控制棒系统设计的某些说明性实例包括：Stambaugh等人的2010年12月16日公开的美国公开第2010/0316177A1号“Control Rod Drive Mechanism forNuclear Reactor”，该公开全文以参见的方式纳入本文；以及Stambaugh等人的2010年12月16日公开的国际公开第WO2010/144563A1号“Control Rod DriveMechanism for Nuclear Reactor，该公开全文以参见的方式纳入本文。”或者，可使用外部CRDM单元，但外部CRDM单元需要穿过压力容器10顶部或底部的机械穿孔以与控制棒连接。
在其运行状态下，PWR的运行容器10包含一级冷却水，该一级冷却水用作一级冷却剂并作为热化中子的减速材料。说明性PWR如下所述包括一体式加压器。分隔板20设置在圆筒形压力容器10内。分隔板20将压力容器10分开以限定：(1)内部加压器22，该内部加压器22容纳设置在分隔板20上方的加压器容积；以及(2)反应堆容器部分24，该反应堆容器部分24限定设置在分隔板20下方的反应堆容积。核反应堆芯16和控制棒系统设置在反应堆容积内。分隔板20限制但不完全切断加压器容积与反应堆容积之间的流体连通。于是，加压器容积内的压力连通至反应堆容积，从而可通过调节加压器容积内的压力来调节反应堆容积的运行压力。为此，蒸汽气泡保持在加压器容积的上部内，且内部加压器22包括用于施加热量以增加内部加压器22内温度(且因此增加压力)的加热器元件26。尽管未示出，但也可在设置喷淋器以注入较冷蒸汽或水来降低内部加压器32内的温度。在PWR中，一级冷却水保持在过冷状态。通过说明性示例，在某些考虑的实施例中，压力容器10的密封容积内的一级冷却剂压力为约2000磅/平方英寸的压力并处于约300-320℃的温度下。同样，仅是说明性示例，也考虑其它过冷PWR运行压力和温度的不同范围。
反应堆芯16设置在反应堆容积内，通常在压力容器10的下端14附近，并浸入一级冷却水内，该一级冷却水填充压力容器10除了内部加压器22的蒸汽气泡之外的区域。(蒸汽气泡还包括一级冷却剂，但为蒸汽相)。一级冷却水通过核反应堆芯16内发生的放射性链式反应加热。一级冷却剂流动回路由与圆筒形压力容器10同心并设置在圆筒形压力容器10内(且更具体地在反应堆容积内)的圆筒形中心立管30限定。被加热的一级冷却水向上穿过中心立管30，直到其到达立管顶部为止，在该位置一级冷却水反向流动并下降穿过限定在圆筒形中心立管30与圆筒形压力容器10之间的环形下降通道32。在环形下降通道32的底部，一级冷却水再次反向流动并向上返回流动穿过核反应堆芯16以完成回路。
在某些实施例中，环形内部蒸汽发生器36设置在环形下降通道32内。二级冷却水经流入给水入口40(可选地在给水腔室内缓冲之后)穿过蒸汽发生器36，在蒸汽发生器36处二级冷却水被环形下降通道32内靠近的一级冷却剂加热，并转换为蒸汽，且该蒸汽流出蒸汽出口42(同样可选地在蒸汽腔室内缓冲之后排出蒸汽出口)。输出的蒸汽可用于驱动涡轮以进行发电或用于某些其它用途(未示出外部设备结构)。具有内部蒸汽发生器的PWR有时称为一体式PWR，其说明性示例在Thome等人的2010年12月16日公开的美国公开第2010/0316181号“Integral Helical Coil Pressurized Water Nuclear Reactor”中示出，该公开全文以参见的方式纳入本文。尽管该公开揭示了采用螺旋蒸汽发生器管的蒸汽发生器，但也考虑包括直线单程蒸汽发生器管的其它管几何形状、或再循环蒸汽发生器或U形管蒸汽发生器等。
在本文揭示的实施例中，一级冷却水的循环由反应堆冷却剂泵(RCP)50辅助或驱动。具体参照图4，每个反应堆冷却剂泵(RCP)50包括：叶轮52，该叶轮52设置在压力容器10内部(且更具体地设置在反应堆容积内)；泵马达54，该泵马达54设置在压力容器10外部；以及驱动轴56，该驱动轴56将泵马达54与叶轮52操作地连接。泵马达54的至少一部分设置在分隔板20上方，且反应堆冷却剂50没有设置在内部加压器22的加压器容积内的部分。图1的实施例的每个RCP50还包括包含叶轮52的环形泵壳体58。
将RCP50靠近内部加压器22定位会将压力容器10的供驱动轴56穿过的开口放置在升高位置。该升高放置降低涉及RCP50的冷却剂泄漏事故(LOCA)情况下大量一级冷却剂泄漏的可能性。此外，叶轮52在一级冷却剂流动回路的“转弯”位置运行，即在一级冷却水的流动方向从穿过中心立管30的向上流动反向为穿过环形下降通道32的向下流动的位置。由于该流动反向已经引入某些紊流，通过RCP50的运行引起的任何另外的紊流可能都是可忽略的。RCP50也不阻碍自然循环，这便于在用于驱动RCP50的电源断电的情况下实施依赖自然循环的各种无源紧急冷却系统。另外，RCP50也远离反应堆芯16且因此不太可能在心16内引起紊流(有可能随之发生温度变化)。
另一方面，RCP50放置在升高位置具有引起流入内部蒸汽发生器36的一级冷却水内紊流的可能性。为了减少任何这种效应，在图1-4的实施例中，RCP50通过入口腔室60和出口腔室62缓冲。流出圆筒形中心立管30顶部的一级冷却水流入入口腔室60，在入口腔室处的流动在RCP50的辅助下反向，RCP50推进一级冷却水向下流动进入环形下降通道32。换言之，RCP50将一级冷却剂排入出口腔室62，该出口腔室62将RCP50与内部蒸汽发生器36分开。可选地，流动转向构件或结构可设置在中心立管30顶部或附近以辅助流动反向。在说明性实施例中，流动转向筛网63用于该目的；但在其它实施例中，也可使用其它转向构件或结构。通过其它说明性实例，流动转向器或转向结构可通过中心立管顶部附近的侧开口来实施或通过将分隔板成形为用作流动转向器来实施。或者，流动转向结构可以在出口腔室62上。
RCP50输出将一级冷却水推进输出腔室62内，该输出腔室62缓冲从泵进入环形蒸汽发生器36的流动。一级冷却剂从出口腔室62流入蒸汽发生器管(在较高压力一级冷却剂在蒸汽发生器管内流动的实施例中)或流入围绕蒸汽发生器的容积内(在较高压力一级冷却剂在蒸汽发生器管外部流动的实施例中)。在任一情况下，从RCP50进入蒸汽发生器36的一级冷却剂流被缓冲以降低流动不均匀性。此外，因为每个RCP50输出到出口腔室62内且未与内部蒸汽发生器36的入口机械连接，所以一个RCP50的失效不太成问题。(通过比较，如果RCP机械联接至蒸汽发生器的特定入口内，例如通过构造泵壳体以使其出口与蒸汽发生器的入口联接，那么一个RCP的失效完全使蒸汽发生器的联接部分不用)。
说明性RCP50的另一优点在于它们使用压力容器10上的小开口来安装。具体来说，在某些实施例中，驱动轴56穿过的开口对于叶轮52来说太小而不能穿过。通常，这种布置会是可行的，因为通常RCP通过将叶轮插入穿过压力容器上的开口而作为一个单元制造和安装。
参照图5，为了使用其中开口对于叶轮52来说太小而不能穿过的所揭示的方法，压力容器10包括在分隔板20下方且(在说明性实例中)在内部蒸汽发生器36顶部或顶部上方的封壳64。封壳64包括用诸如所示的协配的张紧螺母66和张紧螺柱68组合的适当紧固件以匹配方式密封在一起的匹配凸缘64A、64B。这样，压力容器10的头部10H可通过打开封壳64(例如通过移除紧固件66、68)并通过抬升凸耳59抬起容器头部因此将凸缘64A、64B分开而从压力容器10的其余部分移除(参见图5，但注意，图5示意性地示出头部10H和容器其余部分各倾斜以露出内部部件；而通常头部10H通过使用起重机等将其竖直、即垂向抬起并然后可选地将抬起的头部10H侧向移动到泊入位置而移除)。压力容器头部10H限定内部加压器22并还包括压力容器10的支承RCP50的部分。因此，移除压力容器10的头部10H同时移除内部加压器22和RCP50。容器头部10H的移除露出出口腔室62的上表面和下表面，并提供从上方进入内部蒸汽发生器36的通路以进行蒸汽发生器检查、维护和/或维修。此外，如图5所示，容器头部10H的移除提供从下方到泵壳体58(其容纳叶轮52)的通路。因此，在压力容器10减压并移除压力容器头部10H的维护期间，可移除和更换叶轮52，同时泵马达54和驱动轴56在压力容器10的头部上保持在位。类似地，如果需要可更换泵壳体58。
RCP50可如下安装。泵马达54安装在压力容器10的开口处，安装好的泵马达54位于压力容器10外部并通过安装凸缘70支承在压力容器10上。叶轮52例如经由开口的封壳64插入压力容器10内部。然后，在安装泵马达54和插入叶轮52之后，插入的叶轮52通过驱动轴56操作地连接至安装好的泵马达54。在某些实施例中，在泵马达54安装在压力容器10的开口处之前，驱动轴56与泵马达54操作地连接。在这些实施例中，泵马达54的安装包括将驱动轴56插入压力容器10的开口内。在某些实施例中，压力容器的开口适当地包括自润滑石墨轴承72，且该安装包括将驱动轴56插入压力容器的开口，使得驱动轴56由石墨轴承72支承在该开口内。
通过采用其中用于RCP50的开口太小而叶轮不能穿过的说明性实施例，这些开口做得较小以使这些开口处冷却剂泄漏事故(LOCA)的可能性和程度最小。在某些考虑的实施例中，这些开口可能直径3英寸(7.62cm)或者甚至更小。尽管未明确说明，但应当理解，安装凸缘70可包括金属垫圈、O形环或其它密封件以提供除了由石墨轴承72提供的密封之外的进一步密封。
RCP50的数量选择成提供充分的动力以保持所要求的一级冷却剂流动穿过一级冷却剂回路。可设置附加的RCP50以确保一个或两个RCP失效情况下的冗余度。如果有N个反应堆冷却剂泵(其中N是大于或等于2的整数，例如在某些实施例中为N＝12)，则它们较佳地围绕圆筒形压力容器10的圆筒轴线平均间隔开，例如以360°/N的间距间隔开(例如对于N＝12间隔30°)。外部安装的泵马达54有利地与压力容器10内部的高温环境间隔开。但是，仍然预期有相当量的热量通过凸缘70的传导并通过从压力容器10外部的辐射/对流流入泵马达54。因而，在说明性实施例中，RCP50还包括用于从泵马达54去除热量的热交换器74。可设置替代的热控制机构，诸如运载水、空气或其它冷却流体的开环冷却剂流动回路。此外，如果泵马达54额定用于足够的高温运行，则考虑完全省略这种热控制机构。
该说明性构造的另一优点在于RCP50的泵马达54垂向安装，驱动轴56垂向定向并平行于圆筒形压力容器10的圆筒轴线。该垂向布置消除了旋转马达54和旋转驱动轴56上的侧向力，这又减小泵马达54上、石墨轴承72上和将驱动轴56支承在泵马达54内的内部轴承上的磨损。
该说明性构造的又一优点在于RCO50没有穿过内部加压器容积的部分。这简化了内部加压器22的设计并缩短了驱动轴56的长度。但是，由于通常加压器位于压力容器顶部，与垂向定向的泵马达54和垂向定向的驱动轴56组合实现该布置必需重新构造加压器。在图1-5的实施例中，圆筒形压力容器10的容器头部的横截面包括限定内部加压器22的凹陷76的缩窄部分。凹陷76允许泵马达54至少部分地设置在凹陷76内，从而为垂向安装的泵马达54提供足够的空间。
将RCP50放置在压力容器的头部处的又一优点在于该布置不占据压力容器内的下部空间，因此留出该空间可用于容纳内部CRDM单元、更大的蒸汽发生器等。
图1-5的实施例是说明性的，且考虑可以各种方式更改诸如内部加压器22、RCP50等的各种部件。参照图6-9，阐述了某些附加的说明性实施例。
参照图6，示出容器上段的替代实施例。图6的替代实施例与图1-5实施例的不同之处在于其具有改型的压力容器110，其中(1)省略了用于移除容器头部的封壳64以及(2)设置不同形状的内部加压器122。
不像图1-5的实施例包括用于容纳RCP50的凹陷76的内部加压器22，该内部加压器122改为在其整个高度上缩窄(即具有较小横截面直径)以容纳RCP50。该方法的优点在于提供用于安装泵马达54的更大垂向空间(这在安装马达时如果插入长的驱动轴则会是尤其有利的)。内部加压器122与加压器22相比的缺点在于前者由于在其整个高度上而不是仅在凹陷76上缩窄而具有减小的加压器容积。
由于在图6的实施例中省略了封壳64，容器头部是不能移除的，且因而在图6的实施例中也省略图1-5实施例的头部抬升凸耳69。图6的实施例可采用与图1-5的实施例中所使用的相同的RCP安装布置，包括将RCP50安装在压力容器的太小而叶轮不能穿过的开口处。由于容器头部不能移除以允许插入叶轮，则诸如说明性入孔130之类的其它通路路径适当地设置成用于将叶轮插入压力容器内并适应叶轮随后安装在安装好的泵马达/驱动轴组件的驱动轴上。通常已经要求入孔130提供用于进行蒸汽发生器管阻塞或其它维护操作的通道——因而，不需要另外的容器穿孔以能够使用所揭示的安装在小容器开口处的泵。
参照图7，示出容器上段的替代实施例。图7的替代实施例与图1-5的实施例不同之处在于其采用不同的反应堆冷却剂泵(RCP)150并用泵入口歧管160代替入口腔室60，该泵入口歧管160将流出中心立管30顶部的一级冷却剂分配到多个RCP150内。图8示出RCP150和与容器上段的其余部分隔离的歧管160。RCP150与RCP50不同之处在于代替图1-5的实施例的RCP50的环形泵壳体58，图7-8的实施例的RCP150采用90°角泵壳体158，该泵壳体158包括90°转弯以便于一级冷却剂流从在泵入口处水平流动(即来自歧管160的来流)90°转向至在出口处向下流动进入出口腔室62。RCP150包括可与叶轮52相同或可具有不同设计的叶轮152，或可不同设计，例如叶轮叶片形状做成更好地促进90°流动转向。在该实施例中，省略图1-5实施例的流动转向器筛网53，因为其功能基本上由泵入口歧管160和90°弯角泵壳体158来执行，或者，可采用筛网63或其它流动转向结构。
参照图9，示出另一实施例，其中图1-5的实施例通过包括压力容器110的改型和其改型的内部加压器122并省略如图6实施例的封壳64以及图7-8实施例的90°弯角泵150。图9示出头部区域的剖视立体图，并示出RCP150为比蒸汽发生器36大的直径。蒸汽发生器30与RCP150之间的径向偏移使蒸汽发生器管堵塞能够通过入孔130和出口腔室62来执行而无需移除RCP150。相反，RCP的叶轮可通过入孔130和出口腔室62代替而无需移除蒸汽发生器36。
这些说明性实施例是考虑的变型和变型实施例的实例；也考虑未示出的其它变型和变型实施例。例如，尽管说明性PWR是包括内部蒸汽发生器36的一体式PWR，但在某些考虑的替代实施例中，替代地采用外部蒸汽发生器，在该情况下给水入口40和蒸汽出口42由通向蒸汽发生器的一级冷却剂出口端口代替(未示出的替代实施例)。此外，尽管本文指出的优点未将RCP50机械联接至内部蒸汽发生器，替代地考虑将RCP5联接到蒸汽发生器入口，例如通过用具有与蒸汽发生器的一级冷却剂入口直接联接的出口的泵壳体58来代替出口腔室62和说明性泵壳体58。
已经说明和描述了各较佳实施例。显然，在阅读和理解前述详细说明书后会有各种改型和改变。意味着本发明诠释为包含迄今为止的所有修改和变型，只要这些修改和变型在所附权利要求及其等同物的范围内。

Claims (35)

1.一种设备，包括：
压水反应堆(PWR)，所述压水反应堆包括：
圆筒形压力容器，所述圆筒形压力容器的圆筒轴线垂向定向，
核反应堆芯，所述核反应堆芯设置在所述圆筒形压力容器内，
分隔板，所述分隔板设置在所述圆筒形压力容器内，并将所述压力容器分隔以限定内部加压器和反应堆容器部分，所述内部加压器容纳设置在所述分隔板上方的加压器容积，所述反应堆容器部分限定设置在所述分隔板下方的反应堆容积并容纳所述核反应堆芯，其中，所述分隔板限制但不完全切断所述加压器容积与所述反应堆容积之间的流体连通，以及
反应堆冷却剂泵，所述反应堆冷却剂泵包括：(i)叶轮，所述叶轮设置在所述压力容器内部所述反应堆容积内，(ii)泵马达，所述泵马达设置在所述压力容器外部，以及(iii)驱动轴，所述驱动轴将所述泵马达与所述叶轮操作地连接，其中(1)所述泵马达的至少一部分设置在所述分隔板上方，以及(2)所述反应堆冷却剂泵没有设置在所述加压器容积内的部分。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述圆筒形压力容器的横截面包括缩窄部分，所述缩窄部分限定所述内部加压器的凹陷，其中所述泵马达至少部分地设置在所述凹陷内。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述泵马达与所述圆筒形压力容器的所述反应堆容器部分的横截面区域至少部分地交叠。
4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述反应堆冷却剂泵的所述驱动轴平行于所述圆筒形压力容器的所述圆筒轴线定向。
5.如权利要求4所述的设备，其特征在于，所述反应堆冷却剂泵包括围绕所述圆筒形压力容器的所述圆筒轴线以360°/N间距间隔开的N个反应堆冷却剂泵，其中N是大于或等于2的整数。
6.如权利要求1所述的设备，其特征在于：
所述PWR还包括与所述圆筒形压力容器同心地设置并设置在所述圆筒形压力容器内所述反应堆容积内的中空圆筒形中心立管；以及
所述反应堆冷却剂泵的所述叶轮构造成将一级冷却水向下推入限定在所述中空圆筒形中心立管与所述圆筒形压力容器之间的环形下降通道。
7.如权利要求6所述的设备，其特征在于：
所述PWR还包括设置在所述环形下降通道内的内部蒸汽发生器。
8.如权利要求7所述的设备，其特征在于，所述反应堆冷却剂泵将一级冷却剂排入出口腔室，所述出口腔室与所述反应堆冷却剂泵和所述内部蒸汽发生器间隔开。
9.如权利要求7所述的设备，其特征在于，所述压力容器包括在所述分隔板处或所述分隔板下方且在所述内部蒸汽发生器顶部或所述内部蒸汽发生器顶部上方的封壳，所述内部加压器能移除以提供从上方到所述内部蒸汽发生器的通路以进行蒸汽发生器管堵塞。
10.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述反应堆冷却剂泵还包括环形泵壳体，所述环形泵壳体容纳所述叶轮，所述环形泵壳体具有入口和出口，所述入口接收来自所述中空圆筒形中心立管的所述顶部的一级冷却水，且所述出口与所述环形下降通道流体连通。
11.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述反应堆冷却剂泵还包括90°弯角泵壳体，该90°弯角泵壳体容纳所述叶轮，其中所述入口面向水平方向，且所述出口面向下，所述入口与所述中空圆筒形中心立管的顶部流体连通，且所述出口与所述环形下降通道流体连通。
12.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述圆筒形压力容器包括开口，所述反应堆冷却剂泵的所述驱动轴穿过所述开口，所述开口太小不能供所述叶轮穿过。
13.如权利要求12所述的设备，其特征在于，所述反应堆冷却剂泵的所述驱动轴穿过的所述开口包括支承所述驱动轴的自润滑石墨轴承。
14.如权利要求12所述的设备，其特征在于，还包括：入孔，所述入孔设置在所述叶轮处或所述叶轮下方且足够大以供所述叶轮穿过。
15.一种方法，包括：
安装反应堆冷却剂泵，所述反应堆冷却剂泵包括泵马达、驱动轴以及压水反应堆(PWR)上的叶轮，所述压水反应堆包括压力容器和设置在所述压力容器内的核反应堆芯，所述安装包括：
将所述泵马达安装在所述压力容器的开口处，使安装好的泵马达位于所述压力容器外部并通过安装凸缘支承在所述压力容器上，
将所述叶轮插入所述压力容器内，以及
在所述安装和插入之后，用所述驱动轴将所述插入的叶轮操作地连接至所述安装好的泵马达。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述驱动轴在安装之前与所述泵马达操作地连接，且所述安装包括将所述驱动轴插入所述压力容器的所述开口内。
17.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述压力容器的所述开口太小不能供所述叶轮穿过，且所述方法还包括：
将所述叶轮通过所述压力容器的入孔插入所述压力容器内，所述入孔与所述泵马达所安装处的所述开口分开。
18.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述压力容器的所述开口包括自润滑石墨轴承，且所述安装包括：
将所述驱动轴插入所述压力容器的所述开口，使得所述驱动轴通过所述石墨轴承支承在所述开口内。
19.如权利要求15所述的方法，其特征在于，在所述插入之前进行所述安装，使得在将所述叶轮插入所述压力容器内之前，所述泵马达通过所述安装凸缘支承在所述压力容器上。
20.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述安装好的泵马达使其转动轴线垂向定向。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于：
所述PWR还包括位于所述压力容器顶部的内部加压器；
所述安装好的泵马达的垂向高度与所述内部加压器交叠；以及
所述安装好的反应堆冷却剂泵没有穿过所述内部加压器的部分。
22.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在将所述反应堆冷却剂泵安装在所述PWR上之后，用替换叶轮更换所述叶轮，所述更换包括：
从所述压力容器移除所述叶轮而不将所述驱动轴从所述马达拆开且无需将所述泵马达从所述压力容器的所述开口卸下，以及
将所述替换叶轮安装在所述驱动轴上，同时所述驱动轴保持与所述马达附连，且同时所述泵马达保持通过所述安装凸缘安装在所述压力容器的所述开口处。
23.一种方法，包括：
提供压水反应堆(PWR)，所述压水反应堆包括压力容器、设置在所述压力容器内部的核反应堆芯、内部蒸汽发生器以及限定在所述压力容器顶部的内部加压器，所述内部蒸汽发生器包括设置在所述压力容器内部的蒸汽发生器管；
将多个反应堆冷却剂泵支承在所述压力容器上，使所述反应堆冷却剂泵的所述泵马达位于压力容器外部且所述反应堆冷却剂泵的叶轮设置在所述压力容器内部；以及
通过打开所述压力容器的封壳并将头部远离所述压力容器的其余部分抬升来将所述压力容器的所述头部从所述压力容器的其余部分移除，其中，所述头部限定所述内部加压器并支承所述多个反应堆冷却剂泵，使得移除所述压力容器的所述头部同时移除所述内部加压器和所述多个反应堆冷却剂泵。
24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
堵塞所述蒸汽发生器的至少一个蒸汽发生器管，所述堵塞在所述蒸汽发生器管的通过将所述压力容器的所述头部从所述压力容器的其余部分移除而露出的端部进行。
25.一种设备，包括：
压水反应堆(PWR)，所述压水反应堆包括：
核反应堆芯，
压力容器，所述压力容器具有封壳，所述压力容器的上部容器头部能通过所述封壳移除，其中，所述核反应堆芯设置在所述压力容器内所述容器头部下方，且其中所述上部容器头部包括内部加压器，所述内部加压器限定具有加热器的加压器容积，所述加热器容积构造成控制PWR压力，以及
多个反应堆冷却剂泵，所述多个反应堆冷却剂泵安装在所述容器头部上，使得所述容器头部和多个反应堆冷却剂泵能够作为一个单元移除，每个反应堆冷却剂泵包括：(i)叶轮，所述叶轮设置在所述压力容器内部所述内部加压器下方，(ii)泵马达，所述泵马达设置在所述压力容器外部；以及(iii)驱动轴，所述驱动轴将所述泵马达与所述叶轮操作地连接，
其中，任何反应堆冷却剂泵没有设置在所述加压器容积内的部分。
26.如权利要求25所述的设备，其特征在于，每个反应堆冷却剂泵的所述驱动轴垂向定向。
27.如权利要求25所述的设备，其特征在于：
所述压力容器是圆筒形，所述压力容器的圆筒轴线垂向定向；
所述PWR还包括与所述圆筒形压力容器同心地设置并设置在所述圆筒形压力容器内部；以及
所述反应堆冷却剂泵的所述叶轮构造成将一级冷却水向下推入限定在所述中空圆筒形中心立管与所述圆筒形压力容器之间的环形下降通道内。
28.如权利要求27所述的设备，其特征在于：
所述PWR还包括设置在所述环形下降通道内的内部蒸汽发生器；以及
将所述反应堆冷却剂泵与所述内部蒸汽发生器隔开。
29.如权利要求25所述的设备，其特征在于，所述压力容器包括开口，所述反应堆冷却剂泵的所述驱动轴穿过所述开口，其中所述开口太小不能供所述叶轮穿过。
30.一种设备，包括：
压水反应堆(PWR)，所述压水反应堆包括：
核反应堆芯，所述核反应堆芯包括裂变材料；
圆筒形压力容器，所述圆筒形压力容器的圆筒轴线垂向定向，且所述圆筒形压力容器具有容纳所述核反应堆芯的下部和限定内部加压器的容器头部，以及
反应堆冷却剂泵，所述反应堆冷却剂泵安装在所述容器头部上并包括：(i)叶轮，所述叶轮设置在所述压力容器内部，(ii)泵马达，所述泵马达设置在所述压力容器外部，以及(iii)垂向驱动轴，所述垂向驱动轴将所述泵马达与所述叶轮连接，所述垂向驱动轴平行于所述圆筒形压力容器的垂向定向圆筒轴线定向，且不穿过所述内部加压器。
31.如权利要求31所述的设备，其特征在于，所述圆筒形压力容器包括封壳，所述容器头部能通过所述封壳从所述压力容器的其余部分移除。
32.如权利要求31所述的设备，其特征在于，所述PWR还包括：
中空圆筒形中心立管，所述中空圆筒形中心立管与所述圆筒形压力容器同心并设置在所述圆筒形压力容器内部，所述反应堆冷却剂泵的所述叶轮构造成将一级冷却水向下推入限定在所述中空圆筒形中心立管与所述圆筒形压力容器之间的环形下降通道。
33.如权利要求32所述的设备，其特征在于，所述PWR还包括：
内部蒸汽发生器，所述内部蒸汽发生器设置在所述环形下降通道内；
其中，所述反应堆冷却剂泵的所述叶轮和所述内部蒸汽发生器通过出口腔室间隔开。
34.如权利要求33所述的设备，其特征在于，所述圆筒形压力容器包括入孔，所述入孔提供到所述出口腔室的通路。
35.一种结合权利要求34的设备执行的方法，所述方法包括：
打开所述入孔；以及
通过所述入孔经由通路在所述内部蒸汽发生器上进行蒸汽发生器管堵塞而无需移除所述反应堆冷却剂泵。
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