CN1086340A - 更换穿过核反应堆压力容器外壳的喷嘴的方法 - Google Patents

Abstract

在直接将喷嘴(3)焊接在反应堆压力容器的外壳 (2)上以为控制棒导向的情况下，经历一些时间后可 能产生起始裂纹，于是需要更换该喷嘴。为此目的确 定的方法，在拆除及完成低应力安装喷嘴时几乎不会 改变外壳的结构。根据此方法，喷嘴(3)是以预应力 安装的。将环形面(13)从外壳内侧、支承面(17)从外 壳外侧同轴引进通孔(4)，该工作面(13，17)用于施加 预应力并且抑制它。

Description

本发明涉及更换穿过核反应堆压力容器外壳的控制棒导向用喷嘴的方法，该喷咀是靠采用焊接相对该外壳固定在通孔中的。

这种贯穿式喷嘴组件可以由“Atomwirtschaft”杂志1975.5，p.254/255中了解到。

在那里，焊缝要体现出喷嘴和外壳之间承载联结杆的作用。除了内在压力之外，焊接还必须能够吸收例如地震设计所根据的侧向力。由喷嘴和外壳内部间的贯穿曲线所决定的焊缝的非对称性轨迹，导致对喷嘴的不利的应力载荷，特别是在焊缝的下面。由于喷嘴的内部存在有由焊缝引起的应力，故与其内部接触的介质如加压水型反应堆的冷却剂，将促进应力裂纹腐蚀的产生。

因此，在核反应堆装置经过漫长时间运行之后，无法排除在喷嘴上面产生小的初始裂纹，尤其是在焊缝区内的。为了更换这些喷嘴，需要确定一种在拆除喷嘴时并不对外壳结构造成非常大的影响且能几乎无应力地完成喷嘴安装的方法。

这种目的，根据本发明是靠下述特征来达到的：

-通过钻孔及随后拔拉而拆掉喷嘴;

-将新的喷嘴插进喷嘴孔中;

-导入套管使其在喷嘴上面扩展，直至其逐渐靠在外壳内部为止;

-在套管和外壳之间制造出焊缝;

-在套管和喷嘴之间制造出焊缝。

在推动套管之后所需要的套管和外壳之间以及喷嘴和套管之间产生的焊缝，是作为承载焊缝成形的。然而由于套管的介入，故在外壳和喷嘴之间不存在焊接。套管的内部不再以其由焊缝引起的应力同位于反应堆压力容器中的介质相接触，从而使该区域内的应力裂纹腐蚀被排除。套管和喷嘴之间的环形焊缝，由于其为圆环形结构，故比外壳和套管之间的椭圆形焊缝结构具有更均匀的应力分布。由于此圆形的焊缝距外壳内部更远，故其更好地便于退火，从而可以排除在此环形焊缝上面发生应力裂纹的腐蚀。

最佳措施提供的条件是，从外壳的内部铣此外壳直至在该外壳内部获得完整的环形面为止，而且为外壳所封闭的喷嘴仍然保留的部分被钻孔，其直径小于该喷嘴的外径。由于在此外壳变平的区域内不再有任何摩擦阻力，故其便于拔拉喷嘴。

为了在焊接之前更容易抓住套管起见，配备有螺纹套管，带有内螺纹且被拧在喷嘴的外螺纹上，作为套管使用。

达到本发明目的的另一种方法可提供下述特征：

-通过钻孔及随后拔拉而拆掉喷嘴;

-相对外壳施加予应力作用而将新的喷嘴导入;

-将喷嘴固定在予应力位置。

按照这种措施，不仅焊缝无负荷，而且可作为密封焊缝成形。在这种情况下予应力的选择，是使轴向力和水平力都能被补偿。如果喷嘴和外壳之间的压配合条件奏效，那么通过这种手段可使水平力部分能被吸收，从而使予应力可相应地减小。

为了实现予应力措施，最好具备以下特征：

-从外壳内部铣此外壳直至获得完整的环形工作面为止;

-从外壳的上侧钻出埋头通孔，以形成支承工作面;

-备有内螺纹的螺纹套管，被拧在插入该通孔的喷嘴的外螺纹上;

-通过牵拉喷嘴使其靠在支承工作面上而施加予应力;

-将螺纹套管提升到贴紧环形工作面;

-施加焊接。

为此目的，支承面可沿垂直于喷嘴的轴线布置，要不然就做成沿外壳上侧方向导引的锥形工作面。

为了获得予应力，还可采用在外壳和喷嘴之间安置的应力管。然而考虑到热膨胀方面可能存在的差异，所述应力管在弹性范围内的应变长度，至少必须象夹持在环形工作面和外壳支承面之间的外壳部位的应变长度一样大。

如果对此实质上用作弹性中间件的应力管和喷嘴采用不同的材料，那么由于在提高温度时其膨胀系数不同，予应力的作用可能存在。

涉及喷嘴安装的一些特性，还可被用来生产核反应堆压力容器的外壳。

为实现本发明方法的示范性实施例，参照图1至9描述如下，其中，

图1表示穿过带喷嘴的反应堆压力容器外壳的横截面;

图2至7表示以不同步骤进行更换的各个喷嘴;

图8表示以予应力插入的喷嘴，以及

图9表示以予应力插入的喷嘴的另一种设计。

图1表示设置在环形承载框架1上的反应堆压力容器外壳2。此圆顶形的外壳2上面配备有许多喷嘴3，每种情况下的喷嘴都与通孔4进行压配合连接，并借助焊缝5连接在该外壳的内部6。每个喷嘴都由隔热套管7从中通过，并保持一定间隙。当外壳2希望其予期使用时，控制棒（未表示）将穿过此隔热套管导入。在由外壳2和承载框架1所限定的空间内，安装有用来更换带有缺陷的喷嘴的装置8。

图2至6作为图1的细节，表示根据本发明更换喷嘴3的方法。喷嘴3是在低应力缓冲区11内被焊在外壳2上的，缓冲区11则由外覆的金属板12连接。一旦隔热套管7被分开，那么隔热套管的两部分将沿箭头9及10（图2）的方向从喷嘴3中取出。

借助于外径比喷嘴3的外径大的面铣刀（未表示）铣削喷嘴，直至在外壳的底侧形成一封闭的环形工作面13为止，该环形面的外径比喷嘴的直径大出一可予定的量（图3及3a）。如从图4及4a可看到的那样，喷嘴3仍然保留在外壳2中的部分，随后被钻孔，剩下约1毫米厚的薄壁。借助未在此表示的设备将喷嘴3拉出，从而就使直至环形面13未铣的通孔4保持其原始形状不变。

图5表示除去喷嘴之后的外壳切口，由其可以看出，原始焊缝5基本上保留。

图6及6a揭示安装喷嘴3的第一步。它被作为压配合连接导入通孔4中。在直到环形面13被铣削的部位保持有环形空隙14，根据图7及7a，配备有内螺纹的螺纹套管15，借助于喷嘴3的相应外螺纹旋入该间隙中，直至其与环形面13靠紧为止。在这种位置，密封焊缝5a被配置在原始焊缝5部位上的外壳和喷嘴3之间。由于焊缝5a的范围很小，故在任何情况下都很小的任何引入的热或者应力，均由于螺纹套管15的作用而保持在远离喷嘴3。为了消除螺纹连接中沿轴向的内在窜动，在螺纹套管15和喷嘴3之间配置有环形焊缝16。

替代所表示的螺纹套管15，也可以使用不带螺纹的套管以与不带螺纹的喷嘴相配合。于是要在喷嘴上面推压该套管，直至其靠紧环形面13为止，并以原始焊缝5进行焊接。随后在喷嘴和不带螺纹的套管之间设置环形焊缝。

通过套管或者螺纹套管可使接应力远离喷嘴。套管或者螺纹套管和喷嘴之间的环形焊缝具有对称性的应力引入，且由于其远离外壳内部，故易于进行应力消除性退火。

根据本发明的另一种方法，在图8及9中加以说明，喷嘴3的安装是施加予应力完成的。为此目的，根据图8表示的示范性实施例，通孔4承受的支承面17被设计为锥形，沿着外壳内部的方向上逐渐变细，并与喷嘴的锥形设计相一致。一旦插入喷嘴3，锥形接触便会建立，而且螺纹套管15被引导至靠紧环形面13，牵引装置（未表示）伸进外壳2内部作用在喷嘴端部，并且通过沿箭头18的方向牵拉而将所需要的予应力导入。牵引装置将此予应力一直保持到螺纹套管15被引导至靠紧环形面13为止。于是牵引装置便可以拆除，并且设置焊缝19和20。由于予应力的选择是使作用在喷嘴上的轴向力和水平力都能得到补偿，所以焊缝是无负荷的，仅作为密封用焊缝成形。

在参照图9描述的方法的情况下，垂直于喷嘴3的轴线21扩展的支承面17a，是由外壳的上侧导入的。插在通孔4中的喷嘴3，是经过其肩部22并由应力管23介入支撑在支承面17a上的。一旦螺纹套管15呈现在其位置上，而且这里所需要的予应力沿箭头24方向被施加进去，在牵拉力中断之前，将螺纹套管15引导至与环形面13靠紧。而且这里随后施加的焊缝19和20，只具有密封的作用。因而便可以排除在焊缝的部位发生应力裂纹的腐蚀。

为了获得有效的予应力，应力管23在弹性范围内的应变长度，至少必须象配置在环形面13和支承面17a之间的外壳部位的应变长度一样大。喷嘴和应力管是由同种材料构成的，以致于一旦材料选好，即便在加热时仍能维持应力值不变。如果目的在于要在一定温度下改变予应力值，那么可以采用具有不同热膨胀系数的材料制的应力管。

在根据图9的示范性实施例的情况下，通孔4和喷嘴3之间的部位，可供选择地是作为压配合连接或者留有间隙的配置。作为压配合的配置使用的予应力约为9吨，因为所予期的水平力要靠压配合来补偿。如果在上述部位配备间隙，那么必须施加的予应力要大大高于7吨，因为水平力必须由支承面和环形面的表面压力进行补偿。涉及喷嘴安装的一些特征，还可用于新外壳2的生产，在该进程情况下不存在前面的喷嘴拆除。

Claims (11)

1、一种穿过核反应堆压力容器外壳(2)更换控制棒导向用喷嘴(3)的方法，该喷嘴是靠采用焊接相对该外壳固定在通孔(4)中的，其特征在于具有以下特征：

-通过钻孔及随后拔拉而拆掉喷嘴(3)；

-将新的喷嘴插在通孔(4)中；

-导入套管使其在喷嘴上面扩展，直至其逐渐靠在外壳(2)内部为止；

-在套管和外壳(2)之间制造出焊缝；

-在套管和喷嘴(3)之间制造出焊缝。

2、根据权利要求1的方法，其特征在于从外壳（2）的内部铣此外壳，直至在该外壳内部获得完整的环形面（13）为止;为外壳所封闭的喷嘴的仍然保留的部分被钻孔，其直径小于该喷嘴的外径。

3、根据权利要求1或2的方法，其特征在于螺纹套管（15）配备有内螺纹，且被拧在喷嘴（3）的外螺纹上，被用作套管。

4、根据权利要求1的方法，其特征在于，喷嘴和外壳（2）的通孔（4）之间采用压配合连接。

5、一种穿过核反应堆压力容器外壳（2）更换控制棒导向用喷嘴（3）的方法，该喷嘴是靠采用焊接相对该外壳固定在通孔（4）中的，其特征在于具有以下特征：

-通过钻孔及随后拔拉而拆掉喷嘴;

-相对外壳施加予应力作用而将新的喷嘴导入;

-将喷嘴固定在予应力位置。

6、根据权利要求5的方法，其特征在于具有以下特征：

-从外壳（2）的内部铣此外壳，直至获得完整的环形工作面（13）为止;

-从外壳的上侧钻出埋头通孔（4），以形成支承工作面（17，17a）;

-备有内螺纹的螺纹套管（15），被拧在插入该通孔（4）的喷嘴（3）的外螺纹上;

-通过牵拉喷嘴（3）使其靠在支承工作面（17，17a）上而施加予应力;

-将螺纹套管（15）提升到贴紧环形工作面（13）;

-施加焊接（19，20）。

7、根据权利要求6的方法，其特征在于支承面（17a）垂直于喷嘴（3）的轴线布置。

8、根据权利要求7的方法，其特征在于支承面（17）为沿外壳上侧方向偏斜的锥形工作面。

9、根据权利要求5至8中之一的方法，其特征在于：在赋于外壳（2）的环形面（13）和赋于喷嘴（3）的支承面（17a）之间插入应力管（23），该应力管的应变长度，至少要象夹在环形面（13）和支承面（17a）之间的外壳部位的应变长度一样大。

10、根据权利要求9的方法，其特征在于喷嘴（3）和应力管（23）是由同种或者不同的材料加工成的。

11、涉及喷嘴（3）安装的特征，可被应用在核反应堆压力容器外壳（2）的生产中。

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