CN102903401A - 具有在环形下降通道内运行的反应堆冷却剂泵的压水反应堆 - Google Patents
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Abstract
压水反应堆(PWR)包括垂向圆筒形压力容器和设置在容器下段内的核反应堆芯。中空圆筒形中心立管同心地设置在压力容器内。环形下降通道限定在中心立管与压力容器之间。反应堆冷却剂泵(RCP)包括(i)设置在核反应堆芯上方并与环形下降通道流体连通以将一级冷却剂向下推进穿过环形下降通道的叶轮，(ii)设置在压力容器外部的泵马达，以及(iii)将泵马达与叶轮操作地连接的驱动轴。PWR可包括环形下降通道内的内部蒸汽发生器，叶轮设置在蒸汽发生器下方。叶轮可设置在环形下降通道内。RCP还可包括泵壳体，泵壳体与叶轮限定离心式泵。
Description
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。
在压水反应堆(PWR)类型的核反应堆设计中，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。一级冷却剂保持在压缩和过冷液相并排出压力容器进入外部蒸汽发生器，或替代地内部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。
在典型的一体式PWR设计构造中，一级冷却剂流动回路由大致竖直安装(即圆筒轴线垂向定向)的圆筒形压力容器和同心地设置在压力容器内的中空圆筒形中心立管形成。一级冷却剂向上流动穿过反应堆芯，在反应堆芯一级冷却剂被加热并上升穿过中心立管，从中心立管顶部排出并穿过在压力容器与中心立管之间形成的环形下降通道反向向下流回反应堆芯。这是自然对流流动回路，且该回路可由反应堆芯引起的加热和一级冷却剂在向上并远离反应堆芯流动时的冷却来驱动。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。
大多数商业PWR系统采用外部蒸汽发生器。在这些系统中，一级冷却水由外部泵泵吸，该外部泵连接有在PWR压力容器与外部蒸汽发生器之间延伸的外部管道。这也为使一级冷却水在压力容器内循环提供动力，因为泵驱动整个一级冷却剂流动回路，包括压力容器内的部分。
已经发现较少有商业一体式PWR系统采用内部蒸汽发生器。在现有PWR设计中，沸水反应堆(BWR)设计中使用的无轴封型的反应堆冷却剂泵适于用在一体式PWR中。该泵通常在压力容器底部、反应堆芯附近(类似于BWR中的布置)或在容器顶部联接在压力容器内。两种布置都是有问题的。联接至容器底部引起在低高度处穿透容器，这在涉及这些连接的冷却剂泄漏事故(LOCA)的情况下会是有问题的。联接至容器顶部之所以有问题是因为该区域通常已被外部控制棒驱动机构(CRDM)单元和内部加压器或与外部加压器的焊接连接以及通过该区域馈送的各种仪器等所占据。
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)，该压水反应堆包括垂向定向的圆筒形压力容器，该圆筒形压力容器包括固定在一起的容器上段和下段。该圆筒形压力容器具有垂向定向的圆筒轴线。核反应堆芯设置在容器下段内。中空圆筒形中心立管与圆筒形压力容器同心设置并设置在圆筒形压力容器内。环形下降通道限定在中空圆筒形中心立管与圆筒形压力容器之间。反应堆冷却剂泵(RCP)包括：(i)设置在核反应堆芯上方并与环形下降通道流体连通以将一级冷却剂向下推进穿过环形下降通道的叶轮，(ii)设置在压力容器外部的泵马达，以及(iii)将泵马达与叶轮操作地连接的驱动轴。在某些实施例中，RCP固定至容器下段。在某些实施例中，PWR还包括设置在环形下降通道内的内部蒸汽发生器，且RCP的叶轮设置在内部蒸汽发生器下方。在某些实施例中，叶轮设置在压力容器内部环形下降通道内以推进一级冷却剂向下穿过环形下降通道。例如，叶轮可设置在压力容器内部压力容器的悬垂部上方，泵马达设置在压力容器外部在悬垂部下方，驱动轴垂向定向并将悬垂部下方的泵马达与悬垂部上方的叶轮操作地连接。在某些实施例中，RCP还包括入口和出口凸缘，入口和出口凸缘将泵入口和出口与环形下降通道连接，且PWR还包括在中空圆筒形立管与压力容器之间延伸的环形分隔件，以将环形下降通道分成上段和下段，其中环形下降通道上段经由入口凸缘与泵入口连接，而环形下降通道下段经由出口凸缘与泵出口连接。在某些实施例中，叶轮设置在压力容器内部环形下降通道内以推进一级冷却剂向下穿过环形下降通道，且反应堆冷却剂泵还包括泵壳体，该泵壳体包含叶轮，其中，泵壳体还设置在压力容器内部在环形下降通道内，且泵壳体和叶轮协作地限定离心泵。
在本发明的另一方面，设备包括压水反应堆(PWR)，包括：垂向定向的圆筒形压力容器，包括：容器上段和下段；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设置并设置在圆筒形压力容器内，其中，环形下降通道限定在中空圆筒形中心立管与圆筒形压力容器之间；设置在容器下段内的核反应堆芯；以及多个反应堆冷却剂泵(RCP)，多个反应堆冷却剂泵围绕中空圆筒形立管间隔开并固定至容器下段，其中，每个反应堆冷却剂泵包括：(i)设置在压力容器内部环形下降通道内的叶轮，(ii)设置在压力容器外部的泵马达，以及(iii)将泵马达与叶轮操作地连接的驱动轴。在某些实施例中，靠近多个叶轮的环形下降通道形状做成限定用于多个叶轮的公共环形泵壳体，公共环形泵壳体与多个转动叶轮协配以推进一级冷却剂向下穿过环形下降通道。在某些实施例中，每个RCP还包括设置在压力容器内部环形下降通道内并与叶轮协配以限定离心泵的壳体。在某些实施例中，PWR还包括设置在环形下降通道内的蒸汽发生器、以及设置在蒸汽发生器下方且在核反应堆芯上方的叶轮。
在本发明的另一方面，设备包括压水反应堆(PWR)，包括：垂向定向的圆筒形压力容器，包括：容器上段和下段；设置在容器下段内的核反应堆芯；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设置并设置在圆筒形压力容器内，其中，环形下降通道限定在中空圆筒形中心立管与圆筒形压力容器之间；环形分隔件，该环形分隔件将环形下降通道分成彼此流体隔离的上段和下段；以及多个反应堆冷却剂泵(RCP)，多个反应堆冷却剂泵围绕中空圆筒形中空立管间隔开，其中，每个RCP的入口通过入口凸缘与下降管上段连接，且每个RCP的出口通过出口凸缘与下降管下段连接，使得RCP将一级冷却剂从环形下降通道上段推入环形下降通道下段。在某些实施例中，每个RCP由其入口凸缘、其出口凸缘或其入口凸缘和其出口凸缘两者支承，且每个RCP包括垂向悬垂在RCP其余部分下方的泵马达。
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示意性地示出具有反应堆冷却剂泵(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的下部容器的立体图，包括RCP。
图3示意性地示出图1的PWR的下部容器的放大部分的侧剖视图，包括剖开的RCP。
图4和5示意性地分别示出PWR的下部容器的替代实施例的侧剖视图和立体图，该PWR包括替代实施例RCP，该替代实施例RCP不包括分开锻造的凸缘。
图6示意性地示出图4和5的PWR实施例的中部凸缘区域的侧剖视图，包括两个剖开的RCP。
图7和8示意性地分别示出PWR的下部容器的替代实施例的侧剖视图和立体图，该PWR包括替代实施例RCP，该替代实施例RCP具有离心泵构造和水平安装的马达。
图9示意性地示出图7和8的PWR的下部容器的放大部分的侧剖视图，包括剖开的RCP。
具体实施方式
参照图1-3，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安装在竖直位置并具有容器上段10U和容器下段10L，容器上段10U和容器下段10L在中部凸缘区域12固定在一起，中部凸缘区域12包括与容器下段10L锻造在一起的下部凸缘12L和与容器上段10U锻造在一起的上部凸缘12U。说明性中部凸缘区域12还包括居间的中部凸缘件12M，下部和上部凸缘12L、12U通过中部凸缘件12M联接或联接至中部凸缘件12M(例如用长柄螺栓)。或者，可省略中部凸缘件，且下部和上部凸缘12L、12U在中部凸缘区域直接联接在一起。尽管压力容器10是竖直的，但也考虑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还包括设置在容器下段10L内的示意性指示的放射性核反应堆芯16。该反应堆芯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下部压力容器段10L的保持结构内(未示出芯安装结构)。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2010/0316177 A1号“Control RodDrive Mechanism for Nuclear 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 Drive Mechanism 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能化中子的慢化剂材料。说明性PWR包括内部加压器20，该内部加压器20包括容器上段10L的最上部区域，该最上部区域包含蒸汽气泡和加热器、喷淋器、或用于加热或冷却的蒸汽气泡的其它装置。内部加压器通过挡板22与压力容器容积的其余部分分开，挡板22将蒸汽气泡的压力(包括加压器加热器和/或喷淋器进行的调整)传递至压力容器的其余部分以控制其压力。代替说明性内部加压器20，也可设置通过适当管道与压力容器10连接的分开的外部加压器。
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300-350℃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浸入一级冷却水中，且一级冷却水被核反应堆芯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，内部蒸汽发生器36设置在环形下降通道32内。二级冷却水经由给水入口流入蒸汽发生器36，可选地在给水腔室内缓冲之后穿过内部蒸汽发生器36，在内部蒸汽发生器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，并排出蒸汽出口，同样可选地在蒸汽腔室内缓冲之后排出蒸汽出口。(诸如给水入口、蒸汽出口和缓冲腔室之类的蒸汽发生器的细节在图1中未示出)。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 NuclearReactor”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(例如垂直的)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)40辅助或驱动。具体参照图3，图1-3实施例的每个反应堆冷却剂泵(RCP)40包括：设置在泵壳体44内的叶轮42；设置在压力容器10外部的泵马达46；以及操作地将泵马达46与叶轮42连接的驱动轴48。图1-3的实施例的每个RCP40还包括分开锻造的入口和出口凸缘50、52，入口和出口凸缘50、52分别将泵入口和出口与中部凸缘区域12内的环形下降通道32连接。环形分隔件54在中空圆筒形中心立管30与压力容器10之间延伸以将环形下降通道32分成上段和下段。入口凸缘50将RCP40的入口连接到环形下降通道上段，而出口凸缘52将RCP40的出口连接到环形下降通道下段。因而，RCP40将一级冷却剂从环形下降通道上段推入环形下降通道下段。换言之，除了经由凸缘50、52和泵壳体44之外，环形下降通道上段和环形下降通道下段彼此流体隔离。在正常运行期间，RCP40有效地驱动一级冷却剂通过环形下降通道向下流动，而如果有源冷却由于停电或其它中断而被中断，则一级冷却剂可继续进行通过包括入口凸缘50、泵壳体44以及出口凸缘52在内的路径的自然循环。更通常地，在本文所揭示的实施例中，RCP设置在中部凸缘区域12内(例如通常在核反应堆芯16上方且在内部蒸汽发生器36(如果有)下方)，并泵吸一级冷却剂流动通过环形下降通道32，并具有位于外部的泵马达44，即设置在压力容器10外部。该中部凸缘定位具有某些优点。从响应于LOCA的紧急情况观点看，中部凸缘放置对于将RCP安装在容器底部是较佳的。RCP的中部凸缘放置还将RCP相对远离压力容器10顶部放置，由于中部凸缘RCP不与诸如内部加压器20之类的其它部件争用空间，所以缓解了空间问题。中部凸缘RCP还相对远离在压力容器10底部发生的一级冷却剂流入反应堆芯16定位。该距离允许驱散通过RCP的作用引入的任何流动不均匀性，从而进入反应堆芯16的进入流可能与RCP在容器底部联接到压力容器内的PWR系统相比具有改进的均匀性。还有，压力容器设计成在中部凸缘区域12经由凸缘12L、12U和选配居间的中部凸缘件12M分开。这为RCP提供方便的触及性以进行维护。
然而，RCP在中部凸缘区域12处的放置提出了多个挑战。在中部凸缘区域没有用于外部泵马达44的可利用支承结构。此外，RCP的中部凸缘放置会与环形下降通道32内的向下一级冷却剂流动干涉，这又会与紧急冷却安全系统干涉，在断电情况下该紧急冷却安全系统依赖压力容器内的无源自然循环。在一体式PWR的情况下，环形下降通道32的至少上部也被内部蒸汽发生器36占据。
在图1-3的实施例中，这些挑战以如下方式被克服。用于泵40的支承件由分开锻造的入口和出口凸缘50、52来提供，入口和出口凸缘50、52分别将泵入口和出口与中部凸缘区域12内的环形下降通道32连接。通常两凸缘50、52提供该支承对于使支承和稳定性最大是有利的，但替代地也可考虑仅使用其中一个凸缘主要地或完全地支承RCP。在说明性实施例中，凸缘50、52和壳体44的形状做成使得驱动轴48垂向定向，且泵马达46垂向定向(即，泵马达46的转子绕垂向轴线转动)。这种垂向定向减少支承转动件(例如泵马达46的转子和驱动轴48)的轴承上的磨损。此外，垂向定向的泵马达46并未远离压力容器10延伸，这减少空间占据量。该空间占据还可通过使容器下段10L比容器上段10U的直径小以使容器下段10L有效地凹陷而进一步减小，提供用于泵马达46的空间。在RCP 50运行中断的情况下通过包括入口凸缘50、泵壳体44和出口凸缘52在内的路径来保持自然循环。该自然循环路径通过使用足够大直径的凸缘50、52和/或通过具有大量的RCP以及通过构造泵壳体44和叶轮42以在叶轮42不转动时提供低流体流动阻力而做成具有高流体传导性。
由于泵马达46在压力容器10外部，所以泵马达46不经受PWR环境的相对高的温度(例如在某些实施例中约300-320℃，但也可考虑更高或更低的PWR运行温度)。但是，某些热量可能通过传导通过凸缘50、52和泵壳体和/或通过来自压力容器10的对流或辐射和/或通过由泵吸的一级冷却剂运载到RCP40的热量而运载到泵马达46。因而，在某些实施例中，例如通过提供说明性实施例中的热交换器56为泵马达46提供热力管理。
在图1-3的实施例中，如果有围绕中心立管30间隔开的N个RCP 40(例如360°/N的间距)，则有2N个容器穿孔：N个穿孔用于入口凸缘50，而N个穿孔用于出口凸缘52。这些穿孔增加容器下段10L的复杂性，并引入2N个另外的部件(即N个入口凸缘50和N个出口凸缘52)，并引入用于冷却剂泄漏事故(LOCA)的可能位置。在图1-3的实施例中RCP 40与压力容器10间隔开放置简化了为了维护对RCP的接近。
参照图4-6，在其它实施例中，通过将叶轮设置在压力容器内部环形下降通道32内来消除入口和出口凸缘50、52的使用。在图4和5中，仅示出该实施例的下部容器110L，因为该下部容器110L可经由中部凸缘区域112的凸缘112L与图1的同一上部容器10U连接，该凸缘112L尺寸做成与凸缘12U(和/或与选配居间的中部凸缘件12M)匹配。凸缘112L形成为限定压力容器的悬垂部114，且更具体地是下部容器110L的悬垂部114。反应堆冷却剂泵(RCP)140包括通过热交换器56冷却的泵马达46和驱动轴48，如图1-3的实施例中那样。但是，在图4-6的实施例中省略图1-3的实施例的专用泵壳体44，而是代为将叶轮142设置在环形下降通道132内。环形下降通道132的靠近叶轮142的一部分形状做成限定泵壳体132H，该泵壳体132H与叶轮142协作以将一级冷却剂向下推动穿过环形下降通道132。为了观察，图6示出内部蒸汽发生器36的最底部，示出在反应堆芯16上方(参见图4)且在蒸汽发生器36下方(参见图6)的叶轮142的定位。在图4-6的说明性实施例中，环形下降通道132在容器上段具有相对小的内径(该内径与位于容器上段内的蒸汽发生器36的内径基本上一致，蒸汽发生器没有在容器下段110L内的部分；还参见示出过渡区域的图5的立体图)且在容器下段110L具有相对大内径。RCP140的叶轮142设置在压力容器内(且更具体地在下部压力容器段110L内)在环形下降通道132的过渡区域内，环形下降通道132的内径在该过渡区域从相对小的内径过渡到相对大的内径。在说明性实施例中，该过渡区域还包括形成在下部容器凸缘112L内的张开部分，其有助于限定环形下降通道132的泵壳体部分132H。总体上，环形下降通道132靠近叶轮142的构造将向下的一级冷却剂流动朝向叶轮142引导或否则操作该流动以增强泵吸效率，且因此有效地用作泵壳体。
图4-6的实施例有利地仅具有用于N个RCP 140的N个容器穿孔，即每个RCP140一个容器穿孔。该容器穿孔允许驱动轴48穿过悬垂部114。在某些实施例中，容器穿孔呈压力容器内开口的形式，这些开口由上面安装有RCP140的RCP凸缘密封。在这些实施例中，RCP140作为单元安装，包括泵马达46、驱动轴48以及叶轮142在内的组件在安装到容器下段110L上之前已预先组装好。在这些实施例中，RCP140所安装处的压力容器内的开口必须足够大以供叶轮142穿过。
在替代实施例中，RCP140所安装处的压力容器内的开口并非大到可供叶轮142穿过，而是仅大到供驱动轴48穿过。在某些实施例中，压力容器开口包括自润滑石墨轴承以提供密封并将驱动轴48支承在开口内。以该方法，使压力容器开口较小(即，仅比驱动轴48的直径稍大)以使在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。泵马达46适当地固定至其的安装凸缘141包括金属垫圈、O形环或其它密封件以提供附加于由石墨轴承提供的密封的进一步密封。在这些实施例中，叶轮142不是经由驱动轴48所穿过的开口安装的。改为，叶轮142通过将容器上段和下段10U、110L分开来触及，且在包括驱动轴48、泵马达46以及安装凸缘141在内的组件安装在下部压力容器段110L的开口处之后，叶轮142可经由该通路进行安装。
在图1-3和图4-6的说明性实施例中，容器上段10U具有比容器下段10L、110L大的直径。在图1-3的实施例中这有助于限定用于入口凸缘50的空间，在图4-6的实施例中这为限定悬垂部114的凸缘112L提供光滑轮廓。在两种情况下，直径从容器上段10U向容器下段10L、110L的缩窄有助于使一级冷却剂流动的形状高效地被RCP40、140泵吸。但是，也考虑上部容器和下部容器可具有跨越中部凸缘区域12、112的一致(或更一致)直径。在设有入口和出口凸缘的诸如图1-3的实施例的情况下，可通过入口和出口凸缘形状的适当调整来调节跨越中部凸缘区域的(更)平滑的直径。在诸如图4-6的实施例中，可通过适当设定限定在环形下降通道内靠近设置在环形下降通道内压力容器内的叶轮的泵壳体的形状来调节跨越中部凸缘区域的(更)平滑的直径。
在图1-3和图4-6的说明性实施例中，驱动轴48垂向定向，且泵马达46设置在(或悬置在)也垂向定向的叶轮42、142下方。相对于重力的该对称位置有利地减少驱动轴48和泵马达轴承上的磨损。其还提供用于为安装有RCP40、140的压力容器提供低型面，并便于为了维护而移除泵马达。泵马达46的该垂向定向还便于使用商业上可购得的用于泵吸沸水反应堆(BWR)系统的现有反应堆冷却剂泵马达，对于这样的系统通常是垂向泵定向。
在图1-3和4-6的实施例中，叶轮42、142定位在环形下降通道32、132内的流动路径内，除了附近的环形下降通道没有任何壳体，该环形下降通道形状做成起到壳体的作用。因而，在RCP 40、140停电或其它故障的情况下，一级冷却剂向下穿过环形下降通道32、132的自然循环基本上不受RCP 40、140的阻碍。这便于在用于驱动RCP 40、140的电力泄漏的情况下实施依赖于自然循环的各种无源紧急冷却系统。另外，RCP 40、140也远离反应堆芯16且因此不太可能在堆芯16内引起紊流(有可能随之发生温度变化)。
参照图7-9，在另一实施例中，RCP240包括设置在泵壳体244内的叶轮242，叶轮242和泵壳体244都设置在容器下段210L的环形下降通道232内在中部凸缘区域212的下部凸缘212L处。在图7和8中，仅示出该实施例的下部容器210L，因为该下部容器210L可经由凸缘212L与图1的同一上部容器10U连接，该凸缘212L尺寸做成与凸缘12U(和/或与选配居间的中部凸缘件12M)匹配。
每个RCP240还包括设置在压力容器10外部的泵马达46(可选地通过热交换器56或另一热力管理子系统来冷却)和操作地连接泵马达46与叶轮242的驱动轴48。但是，在图7-9的实施例中，泵马达46和驱动轴48都水平定向，而不是如图1-3和4-6中的实施例那样垂向定向。叶轮242和泵壳体244协作地限定离心泵。泵壳体244包括入口250和出口252并限定螺旋室254。叶轮242在螺旋室254内运行，以将一级冷却剂从入口250推进穿过螺旋室254到达出口252。
因为图7-9的实施例包括设置在环形下降通道232内的泵壳体244，无需使环形下降通道232的附近区域形状特别做成限定壳体。在说明性实施例中，环形下降通道232的内径从容器上段10U的较小内径过渡到容器下段210L在泵壳体244位置处的较大内径。该过渡允许中心立管30内用于控制棒系统18和核反应堆芯16的较大空间，并还具有将向下的一级冷却剂流沿环形下降通道232朝向离心泵的入口250的有益效果，这会增强泵吸效率。
在图7-9的实施例中，泵马达46和驱动轴48水平安装。因而，压力容器(且更具体地是下部压力容器段210L凸缘212L处)上的开口是水平开口而不是如图4-6的实施例中那样位于悬垂部114下方。图7-9的实施例包括由锻造凸缘212L形成的悬垂部，但在图7-9的实施例的环形下降通道232中，该悬垂部不具有任何匹配结构。在某些实施例(未示出)中，RCP 240在安装之前完全预组装好(包括已安装在驱动轴48上的离心泵242、244，驱动轴48已固定至泵马达46，泵马达固定至安装凸缘)，且该预组装好的RCP然后经由安装凸缘安装在容器下段上的开口，该开口足够大以使泵壳体244穿过。
替代地，如在该说明性实施例中那样，该开口可尺寸做成更小，仅大至驱动轴48可以穿过但并未大至泵壳体244能够穿过。在这些(示出)实施例中，包括安装至泵马达46(固定至安装凸缘141)的驱动轴48(不包括离心泵242、244)的组件安装在容器下段210L的开口处。该开口适当地包括石墨轴承以提供密封并将驱动轴48支承在该开口内。以该方法，使压力容器开口较小(即，仅比驱动轴48的直径稍大)以使在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，这些开口直径可以是3英寸(7.62cm)或者甚至更小。泵马达46适当地固定至其的安装凸缘241包括金属垫圈、O形环或其它密封件以提供附加于由石墨轴承提供的密封的进一步密封。在这些实施例中，离心泵242、244不是经由驱动轴48所穿过的开口安装的。改为，离心泵242、244是通过将容器上段和下段10U、210L分开来触及，且在包括驱动轴48、泵马达46以及安装凸缘241在内的组件安装在下部压力容器段210L的开口处之后，离心泵242、244经由该通路进行安装。
在下文中阐述每个说明性实施例的另一示例。
在允许泵马达46悬垂在中部凸缘区域12内叶轮42下方，同时符合用于组装好的PWR的所要求的最大直径(例如在某些实施例中是13英尺的包络，但也考虑更大或更小的包络)的布置中，图1-3中的实施例的示例适当地使用常规商业可购得的沸水反应堆(BWR)-型泵。该布置允许泵液压装置以类似于BWR中定位的常规方式就位。容器下段10L具有与容器上段10U相比减小的直径，并包括从其突出的多个锻造凸缘，多个锻造凸缘与泵入口和排出凸缘50、52匹配。锻造凸缘的总数是泵40的总数的两倍。每个RCP40包括分开的锻造外壳或壳体44，并包括泵液压装置(例如叶轮42)、泵马达46和扩散器。该分开锻造的外壳或壳体44在运行的PWR所在的构造位置处螺栓连接至下部容器锻造件10L。在图1-3的说明性实施例中，有十二个RCP 40，但也考虑更多或更少的RCP。
在允许泵马达46悬垂在中部凸缘区域112内叶轮42下方，同时超过组装好的PWR的所要求的最大直径(例如在某些实施例中是13英尺的包络，但也考虑更大或更小的包络)的布置中，图4-6中的实施例的示例使用常规BWR型泵。该布置允许泵液压装置以类似于其在沸水反应堆中定位的常规方式就位。容器下段110L具有与容器上段10U相比减小的直径，这允许RCP 140位于限定在下部容器凸缘112L下方的悬垂部114处，泵马达46在悬垂部114下方，且叶轮142在悬垂部114上方在环形下降通道132内。在图4-6的说明性实施例中，有十二个RCP 140，但也考虑更多或更少的RCP。
在允许泵马达46位于中部凸缘区域212内的水平位置的布置中，图7-9的实施例的示例使用常规BWR型泵。该布置利用离心型泵液压装置，该离心型泵液压装置定位成允许泵液压装置在压力容器内部，同时允许泵马达46连接至泵叶轮242。在图4-6的说明性实施例中，有十二个RCP 240，但也考虑更多或更少的RCP。
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 (27)
1.一种设备，包括：
压水反应堆(PWR)，所述压水反应堆包括：
垂向定向的圆筒形压力容器，所述圆筒形压力容器包括：容器上段和下段，所述容器上段和下段固定在一起并具有所述垂向定向的圆筒形压力容器的圆筒轴线，
核反应堆芯，所述核反应堆芯设置在所述容器下段内，
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设置并设置在所述圆筒形压力容器内，其中，环形下降通道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，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核反应堆芯上方并与所述环形下降通道流体连通以将一级冷却剂向下推进穿过所述环形下降通道，(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。
2.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固定至所述容器下段。
3.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述容器上段具有比所述容器下段大的直径。
4.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述环形下降通道在所述容器上段内具有相对小的内径并在所述容器下段内具有相对大的内径，且所述反应堆冷却剂泵的所述叶轮设置在所述压力容器内在所述环形下降通道的过渡区域内，所述环形下降通道的内径在所述过渡区域从所述相对小的内径过渡到所述相对大的内径。
5.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述容器下段包括悬垂部，在所述悬垂部处所述反应堆冷却剂泵固定有(I)在所述悬垂部上方设置在所述压力容器内部所述环形下降通道内的所述叶轮，以及(II)在所述悬垂部下方设置在所述压力容器外部的所述泵马达。
6.如权利要求5所述的设备，其特征在于，所述驱动轴垂向定向。
7.如权利要求5所述的设备，其特征在于，所述容器下段包括凸缘，所述容器下段通过凸缘固定至所述容器上段，所述凸缘具有比所述容器下段的其余部分大的直径，从而限定所述悬垂部，所述反应堆冷却剂泵固定在所述悬垂部。
8.如权利要求2所述的设备，其特征在于，所述反应堆冷却剂泵还包括入口和出口凸缘，所述入口和出口凸缘将所述泵入口和泵出口与所述环形下降通道连接，所述PWR还包括：
环形分隔件，所述环形分隔件在所述中空圆筒形中心立管与所述压力容器之间延伸以将所述环形下降通道分成上段和下段；
其中所述环形下降通道上段经由所述入口凸缘与所述泵入口连接，且所述环形下降通道下段段经由所述出口凸缘与所述泵出口连接。
9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，所述叶轮设置在所述泵马达上方，且所述驱动轴垂向定向。
10.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述叶轮设置在所述压力容器内部所述环形下降通道内以推进一级冷却剂向下穿过所述环形下降通道。
11.如权利要求10所述的设备，其特征在于，所述叶轮在所述压力容器的悬垂部上方设置在所述压力容器内部，且所述泵马达在所述压力容器的所述悬垂部下方设置在所述压力容器外部，所述驱动轴垂向定向并将所述悬垂部下方的所述泵马达与所述悬垂部上方的所述叶轮操作地连接。
12.如权利要求10所述的设备，其特征在于，靠近所述叶轮的所述环形下降通道形状做成限定泵壳体，所述泵壳体与所述叶轮协作以将一级冷却剂向下推动穿过所述环形下降通道。
13.如权利要求10所述的设备，其特征在于：
所述反应堆冷却剂泵包括多个反应堆冷却剂泵，所述多个反应堆冷却剂泵包括设置在所述环形下降通道内并围绕所述中空圆筒形中心立管间隔开的相应多个叶轮，以及
靠近所述多个叶轮的所述环形下降通道形状做成限定环形泵壳体，所述环形泵壳体与所述多个叶轮协作以将一级冷却剂向下推动穿过所述环形下降通道。
14.如权利要求10所述的设备，其特征在于，所述反应堆冷却剂泵还包括泵壳体，所述泵壳体包含所述叶轮，所述泵壳体也设置在所述压力容器内部所述环形下降通道内，所述泵壳体和所述叶轮协作地限定离心泵。
15.如权利要求14所述的设备，其特征在于，所述驱动轴水平定向。
16.如权利要求14所述的设备，其特征在于，所述反应堆冷却剂泵固定至所述容器下段。
17.如权利要求10所述的设备，其特征在于，所述叶轮能通过将所述容器上段和下段分开而触及。
18.如权利要求1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，且所述反应堆冷却机泵的所述叶轮设置在所述内部蒸汽发生器下方。
19.如权利要求18所述的设备，其特征在于，所述叶轮在所述内部蒸汽发生器下方设置在所述压力容器内部所述环形下降通道内以推进从所述内部蒸汽发生器排出的一级冷却剂向下穿过所述环形下降通道。
20.如权利要求18所述的设备，其特征在于，所述内部蒸汽发生器完全设置在所述容器上段内，所述蒸汽发生器没有设置在所述容器下段内的部分。
21.一种设备，包括：
压水反应堆(PWR)，所述压水反应堆包括：
垂向定向的圆筒形压力容器，所述圆筒形压力容器包括：容器上段和下段，
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设置并设置在所述圆筒形压力容器内，其中，环形下降通道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，
核反应堆芯，所述核反应堆芯设置在所述容器下段内，以及
多个反应堆冷却剂泵，所述多个反应堆冷却剂泵围绕所述中空圆筒形立管间隔开并固定至所述容器下段，其中，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环形下降通道内的叶轮，(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。
22.如权利要求21所述的设备，其特征在于，靠近所述多个叶轮的所述环形下降通道形状做成限定用于所述多个叶轮的公共环形泵壳体，所述公共环形泵壳体与所述多个转动叶轮协配以推进一级冷却剂向下穿过所述环形下降通道。
23.如权利要求22所述的设备，其特征在于，所述压力容器包括悬垂部，所述反应堆冷却剂泵的所述叶轮设置在所述压力容器内部所述悬垂部上方，所述反应堆冷却剂泵的所述泵马达设置在所述压力容器外部所述悬垂部下方，且所述反应堆冷却剂泵的所述驱动轴垂向定向。
24.如权利要求21所述的设备，其特征在于，每个反应堆冷却剂泵还包括壳体，所述壳体设置在所述压力容器内部所述环形下降通道内并与所述叶轮协配以限定离心泵。
25.如权利要求21所述的设备，其特征在于，还包括：
蒸汽发生器，所述蒸汽发生器设置在所述所述环形下降通道内；
其中，所述叶轮设置在所述蒸汽发生器下方且在所述核反应堆芯上方。
26.一种设备，包括：
压水反应堆(PWR)包括：
垂向定向的圆筒形压力容器，所述圆筒形压力容器包括：容器上段和下段，
核反应堆芯，所述核反应堆芯设置在所述容器下段内，
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设置并设置在所述圆筒形压力容器内，其中，所述环形下降通道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，
环形分隔件，所述环形分隔件将所述环形下降通道分成彼此流体隔离的上段和下段；以及
多个反应堆冷却剂泵，所述多个反应堆冷却剂泵围绕所述中空圆筒形中空立管间隔开，其中，每个反应堆冷却剂泵的入口通过入口凸缘与所述下降管上段连接，且每个反应堆冷却剂泵的出口通过出口凸缘与所述下降管下段连接，使得所述反应堆冷却剂泵将一级冷却剂从所述环形下降通道上段推入所述环形下降通道下段。
27.如权利要求26所述的设备，其特征在于：
每个反应堆冷却剂泵由其入口凸缘、其出口凸缘或其入口凸缘和其出口凸缘两者支承；以及
每个反应堆冷却剂泵包括垂向悬垂在所述反应堆冷却剂泵其余部分下方的泵马达。
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