CN106448755B - 核反应堆压力容器顶盖及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核反应堆压力容器顶盖，其包括：封头，设有贯穿孔和围绕贯穿孔设置的凸台，凸台于远离封头一端设有水平平台；以及贯穿件，收容于贯穿孔中，贯穿件设有与水平平台相对应的法兰，水平平台与法兰之间的间隙通过焊缝填充，凸台位于封头的内部，法兰位于凸台的下方。相对于现有技术，本发明核反应堆压力容器顶盖可以在封头内表面的任何位置实施，不受封头结构和贯穿件位置的影响，具有广泛的适用性。本发明核反应堆压力容器顶盖将传统的非对称J形焊缝变为环形焊缝，大大减少了焊接填充量，解决了以往焊接变形与残余应力较大的问题。此外，本发明还公开了一种核反应堆压力容器顶盖的安装方法。

Description

核反应堆压力容器顶盖及其安装方法

技术领域

本发明属于核电技术领域，更具体地说，本发明涉及一种核反应堆压力容器顶盖及其安装方法。

背景技术

在核电站运行中，需要对反应堆压力容器的顶盖封头开设若干贯穿孔，用以通过测量仪表(仪表管座)和反应堆控制构件(CRDM管座)。为了实现该功能，需要设置管状贯穿件与封头上相应的开孔进行连接，以包容相关控制仪表或构件，同时起到承压边界的作用。

由于压力容器封头厚度与贯穿件壁厚相差很大，无法在顶盖上设置全焊透坡口。因此，在典型的反应堆压力容器上，常采用局部焊透的J形焊缝。请参阅图1所示，为一种现有核反应堆压力容器顶盖中贯穿件和封头J形焊缝的结构示意图，但是，J形坡口形状复杂，存在一定的加工和焊接难度。此外，J形坡口为非对称坡口，焊接过程中存在较大的焊接变形和残余应力，直接影响封头贯穿件的定位精度。

在现有的核电技术中，也有采用CRDM管座与封头连接的形式，采用螺纹连接与密封焊共同结合的方式进行连接，请参阅图2所示。该结构包括封头10、管座12、压套14、防转销16及密封焊缝18，压套14安装于封头10内表面管孔下端，压套14带有内螺纹，与管座12末端的外螺纹相连接以传递内压作用于管座12的轴向推力，压套14上端面与封头10接触以防止压套14转动，压套14下端面与封头10之间设置有防转销16，压套14下端面覆盖密封堆焊层18。管座12的轴向推力通过螺纹传递给压套14，密封堆焊层18不承受轴向推力，仅起密封及耐蚀的作用，因此厚度需求较小。

相对于机械连接，螺纹连接不存在大量的焊接工作，因此可显著降低焊接残余应力，在很大程度上减轻残余应力对管座区域封头变形的不利影响。此外，由于密封堆焊层18的厚度小，管座连接结构的去除工艺可显著简化，具有较好的可实现性。但是，上述封头连接形式存在以下缺点：

(1)反应堆压力容器封头在升压或升温过程中会发生形状变化，容易导致螺纹连接结构的可靠性降低甚至失效，直接影响承压边界的完整性。

(2)在距离封头中心较远的区域，内表面倾斜角度较大，难以实施该技术方案。

有鉴于此，确有必要提供一种操作简便、构造简单、密封效果好、运行安全的核反应堆压力容器顶盖及其安装方法，以解决焊接过程中产生的变形和残余应力，消除焊接造成的结构变形，确保核电厂的安全、稳定运行。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种核反应堆压力容器顶盖及其安装方法，以解决现有技术中焊接变形与残余应力较大的问题，消除贯穿件与封头连接区域因焊接造成的结构变形。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种核反应堆压力容器顶盖，包括封头，设有贯穿孔和围绕贯穿孔设置的凸台，凸台于远离封头一端设有水平平台；以及贯穿件，收容于贯穿孔中，贯穿件设有与水平平台相对应的法兰，水平平台与法兰之间的间隙通过焊缝填充，所述凸台位于封头的内部，所述法兰位于凸台的下方。

作为本发明核反应堆压力容器顶盖的一种改进，所述贯穿件通过过盈配合收容于贯穿孔中。

作为本发明核反应堆压力容器顶盖的一种改进，所述凸台由镍基合金材料堆焊成型。

作为本发明核反应堆压力容器顶盖的一种改进，所述凸台的端面设有焊接坡口，所述法兰与凸台对应的端面设有焊接坡口。

作为本发明核反应堆压力容器顶盖的一种改进，所述凸台与所述法兰的外径匹配。

为了实现上述发明，本发明还提供了一种核反应堆压力容器顶盖的安装方法，其包括以下步骤：

提供封头，封头设有贯穿孔和围绕贯穿孔设置的凸台，凸台于远离封头一端设有水平平台，所述凸台位于封头的内部；

提供贯穿件，贯穿件设有与水平平台对应的法兰，所述法兰位于凸台的下方；

将贯穿件装入贯穿孔中，且在水平平台与法兰之间形成间隙；以及

通过焊接将水平平台与法兰之间的间隙用焊缝填充。

作为本发明核反应堆压力容器顶盖的安装方法的一种改进，所述贯穿件通过过盈配合收容于贯穿孔中。

作为本发明核反应堆压力容器顶盖的安装方法的一种改进，所述凸台由镍基合金材料堆焊成型。

作为本发明核反应堆压力容器顶盖的安装方法的一种改进，所述凸台的端面设有焊接坡口，所述法兰与凸台对应的端面设有焊接坡口。

作为本发明核反应堆压力容器顶盖的安装方法的一种改进，所述凸台与所述法兰的外径匹配。

作为本发明核反应堆压力容器顶盖的安装方法的一种改进，在填充焊缝后，将焊缝的外表面打磨平整。

相对于现有技术，本发明核反应堆压力容器顶盖及其安装方法具有以下有益技术效果：

1)将传统的非对称J形焊缝，变为环形焊缝，大大减少了焊接填充量，解决了以往焊接变形与残余应力较大的问题，消除了贯穿件与封头连接区域因焊接造成的结构变形；

2)可以在封头内表面的任何位置实施，不受封头结构、贯穿件位置的影响，具有广泛的适用性；

3)贯穿件和凸台之间的焊缝为环形密封焊缝，当压力容器投入使用时，容器内的压力作用在贯穿件的轴向推力传递到凸台上时为轴向压力，金属材料承受压应力的性能远远优于拉应力。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式，对本发明核反应堆压力容器顶盖及其安装方法进行详细说明，其中：

图1为现有核反应堆压力容器顶盖中，贯穿件与封头J形焊缝示意图；

图2为现有核反应堆压力容器顶盖中，CRDM管座与封头连接方式的示意图；

图3为本发明核反应堆压力容器顶盖中，贯穿件与封头连接的示意图；

图4为本发明核反应堆压力容器顶盖中，贯穿件与封头连接的局部放大图。

具体实施方式

为了使本发明的发明目的、技术方案及其有益技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。

请参照图3和图4所示，本发明核反应堆压力容器顶盖包括：封头20，封头20设有贯穿孔(未标示)和围绕贯穿孔设置的凸台22，凸台22于远离封头20一端设有水平平台23；以及贯穿件24，贯穿件24收容于贯穿孔中，贯穿件24设有与水平平台23相对应的法兰26，水平平台23与法兰26之间的间隙通过焊缝填充。

封头20为压力容器顶盖的重要结构，用于封盖整个压力容器。在图示实施方式中，封头20由耐压金属材料制成，封头20上设有若干截面为圆环形的贯穿孔。

凸台22围绕封头20的贯穿孔焊接在封头20的内表面，凸台22的截面为圆环形，使用圆环形的截面便于与贯穿件24连接时形成环形焊缝，减少焊接填充量，并解决焊接过程中产生的焊接变形和残余应力较大的问题。在图示实施方式中，凸台22采用镍基合金材料堆焊成型。

水平平台23设置在凸台22远离封头20的一端，在水平平台23上加工有焊接坡口，便于与法兰26进行焊接连接。

贯穿件24为耐压中空管状金属材料，可与凸台22配合使用。贯穿件可以是包括驱动机构贯穿件、温度测量管贯穿件或排气管贯穿件，不同作用的贯穿件内径不同。贯穿件24通过过盈配合与凸台22连接并收容于封头20上的贯穿孔中，且可在封头20的内表面处和凸台22连接形成环形密封焊缝。

法兰26位于贯穿件24的下端，法兰26的上端面加工有焊接坡口，便于法兰26的密封焊接工作。凸台22与法兰26的外径匹配，贯穿件24通过凸台22收容于封头20的贯穿孔后，连接在贯穿件24上的法兰26与凸台22端部的水平平台23相对应，以便通过焊缝填充水平平台23与法兰26之间的间隙。

以下结合图3所示，详细说明本发明核反应堆压力容器顶盖的安装方法：

1)根据压力容器大小，提供尺寸、厚度和耐压程度符合容器的带有贯穿孔的封头20；在封头20的内表面上围绕贯穿孔用镍基合金材料堆焊截面为圆环形的凸台22，封头20与凸台22形成一个整体；在凸台22远离封头20的端部设置一个水平平台23，并在水平平台23上加工焊接坡口；

2)提供外径尺寸与凸台22尺寸符合安装要求的贯穿件24，贯穿件24的下端设置一个法兰26，法兰26的外径与凸台22的尺寸匹配，并在法兰26的上端部加工焊接坡口；

3)控制好温度和时间，采用低温冷装，将贯穿件24和法兰26在液氮(或类似的低温液体中)浸泡后，迅速插入封头20的贯穿孔中，此时，顶盖倒置。如此设置，贯穿件24可通过过盈配合的方式收容于封头20上。需要说明的是，在进行安装之前，需要检测贯穿件24的外径与凸台22内径之间的尺寸是否符合安装要求，如果贯穿件24的外径尺寸过大，则无法插入凸台22；如果贯穿件24的尺寸过小，会无法实现贯穿件24与凸台22之间的过盈配合，影响贯穿件24与凸台22之间的连接强度的冗余设计。

4)将水平平台23与法兰26之间的间隙通过焊缝填充，并将焊缝的外表面打磨平整，得到核反应堆压力容器顶盖。

结合以上对本发明实施方式的详细描述可以看出，相对于现有技术，本发明核反应堆压力容器顶盖及其安装方法具有以下有益技术效果：

1)将传统的非对称J形焊缝变为环形焊缝，大大减少了焊接填充量，解决了以往焊接变形与残余应力较大的问题，消除了贯穿件与封头连接区域因焊接造成的结构变形；

2)可以在封头内表面的任何位置实施，不受封头结构、贯穿件位置的影响，具有广泛的适用性；

3)贯穿件和凸台之间的焊缝为环形密封焊缝，当压力容器投入使用时，容器内的压力作用在贯穿件的轴向推力传递到凸台上时为轴向压力，金属材料承受压应力的性能远远优于拉应力。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (11)

1.一种核反应堆压力容器顶盖，其特征在于，包括：

封头，设有贯穿孔和围绕贯穿孔设置的凸台，凸台于远离封头一端设有水平平台；以及

贯穿件，收容于贯穿孔中，贯穿件设有与水平平台相对应的法兰，水平平台与法兰之间的间隙通过焊缝填充；

所述凸台位于封头的内部，所述法兰位于凸台的下方。

2.根据权利要求1所述的核反应堆压力容器顶盖，其特征在于，所述贯穿件通过过盈配合收容于贯穿孔中。

3.根据权利要求1所述的核反应堆压力容器顶盖，其特征在于，所述凸台由镍基合金材料堆焊成型。

4.根据权利要求1所述的核反应堆压力容器顶盖，其特征在于，所述凸台的端面设有焊接坡口，所述法兰与凸台对应的端面设有焊接坡口。

5.根据权利要求1所述的核反应堆压力容器顶盖，其特征在于，所述凸台与所述法兰的外径匹配。

6.一种核反应堆压力容器顶盖的安装方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)提供封头，封头设有贯穿孔和围绕贯穿孔设置的凸台，凸台于远离封头一端设有水平平台，所述凸台位于封头的内部；

2)提供贯穿件，贯穿件设有与水平平台对应的法兰，所述法兰位于凸台的下方；

3)将贯穿件装入贯穿孔中，且在水平平台与法兰之间形成间隙；以及

4)通过焊接将水平平台与法兰之间的间隙用焊缝填充。

7.根据权利要求6所述的核反应堆压力容器顶盖的安装方法，其特征在于，所述贯穿件通过过盈配合收容于贯穿孔中。

8.根据权利要求6所述的核反应堆压力容器顶盖的安装方法，其特征在于，所述凸台由镍基合金材料堆焊成型。

9.根据权利要求6所述的核反应堆压力容器顶盖的安装方法，其特征在于，所述凸台的端面设有焊接坡口，所述法兰与凸台对应的端面设有焊接坡口。

10.根据权利要求6所述的核反应堆压力容器顶盖的安装方法，其特征在于，所述凸台与所述法兰的外径匹配。

11.根据权利要求6至10中任一项所述的核反应堆压力容器顶盖的安装方法，其特征在于，进一步包括：在填充焊缝后，将焊缝的外表面打磨平整。