CN110517795B - 一种整体式反应堆压力容器顶盖设计 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种整体式反应堆压力容器顶盖设计，包括一个半球状的顶盖球冠，所述顶盖球冠的边缘处设置有锥形的锥段，所述顶盖球冠的外壁与锥段的外壁相切，所述锥段远离顶盖球冠的一端设置有顶盖法兰，所述顶盖法兰与锥段的连接处以圆角圆滑过渡，所述顶盖法兰的内柱面与顶盖球冠的内壁相交，所述顶盖法兰与顶盖球冠内壁的相交处以圆角过渡，所述顶盖法兰上均匀开设有多个贯穿顶盖法兰的主螺栓孔。优点在于：整体式反应堆压力容器顶盖，较分体式顶盖(球冠与法兰焊接)的设计，减少了一条主焊缝，降低反应堆压力容器在役检测的难度，且球冠与法兰衔接处采用锥段结构以相切形式连接，可最大程度减小在役状态下连接处的应力集中。

Description

一种整体式反应堆压力容器顶盖设计

技术领域

本发明涉及反应堆压力容器技术领域，尤其涉及一种整体式反应堆压力容器顶盖设计。

背景技术

当前第三代核电站反应堆压力容器的一个重大改进是将下封头上的堆侧接管移至顶盖上。这项改进虽然提高了反应堆压力容器的可靠性、安全性，但是也带来了新的问题。堆侧接管移至顶盖处，使得顶盖上贯穿件数量增加，加上原本存在的控制棒驱动机构(CRDM)管座，焊接空间减小、难度增大，焊缝力学性能难以保证。

另外，小型堆尤其是海上小型堆受制于环境影响，需要主设备布置紧凑，高度尽量降低，以提高运行工况的安全性。

相关技术中的压力容器的顶盖普遍采用的是球形封头，控制棒驱动机构管座、堆侧接管等贯穿件在安装到顶盖后，贯穿件的轴线均与封头轴线平行，从而形成偏心的径向接管，焊接时贯穿件的轴线容易偏位，不易找正，焊接难度较大。另外，球形的封头使得贯穿件周圈的焊缝不对称，也会造成贯穿件的受力不均匀，在球形封头受力后，容易造成焊缝开裂，影响密封性能。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的问题，而提出的一种整体式反应堆压力容器顶盖设计。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种整体式反应堆压力容器顶盖设计，包括一个半球状的顶盖球冠，所述顶盖球冠的边缘处设置有锥形的锥段，所述顶盖球冠的外壁与锥段的外壁相切，所述锥段远离顶盖球冠的一端设置有顶盖法兰，所述顶盖法兰与锥段的连接处以圆角圆滑过渡，所述顶盖法兰的内柱面与顶盖球冠的内壁相交，所述顶盖法兰与顶盖球冠内壁的相交处以圆角过渡；

所述顶盖法兰上均匀开设有多个贯穿顶盖法兰的主螺栓孔；

所述顶盖球冠上设置有多个CRDM贯穿孔，所述顶盖球冠上设置有一个堆芯测量系统(IIS)的IIS贯穿孔，所述IIS贯穿孔位于顶盖球冠的外壁处设置有IIS贯穿孔管座；

所述顶盖球冠、顶盖法兰、IIS贯穿孔管座、锥段一体锻制成型制成。

在上述的整体式反应堆压力容器顶盖设计中，所述IIS贯穿孔管座内插设有一根测量管，所述顶盖球冠内壁与IIS贯穿孔管座的连接处开设有一个圆形的球冠内槽，所述球冠内槽内壁开设有多个球面的球槽，每个所述球槽的内壁均开设有多个圆柱形的分力槽，每个所述球槽内均放置有一个合金球，所述球冠内槽内嵌设有一个与顶盖球冠内壁相切的挡板。

在上述的整体式反应堆压力容器顶盖设计中，所述测量管由管体和限位板组成，所述管体的外径与IIS贯穿孔管座的内径相等。。

在上述的整体式反应堆压力容器顶盖设计中，所述挡板上开设有容纳限位板的卡槽，所述限位板卡设至卡槽内时，挡板、限位板共同与顶盖球冠的内壁相切。

在上述的整体式反应堆压力容器顶盖设计中，每个所述分力槽的轴线贯穿球槽的球心处，所述合金球使用低熔点高强度铝合金制成。

在上述的整体式反应堆压力容器顶盖设计中，所述低熔点高强度铝合金应选用Al-xSi-20Cu-15Ge(6.5≤x≤9.6％)，所述管体的外壁设置有多个与合金球配合的弧形槽。

与现有的技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明实施例一的整体式反应堆压力容器顶盖，较分体式顶盖(球冠与法兰焊接)的设计，减少了一条主焊缝，降低反应堆压力容器在役检测的难度，且球冠与法兰衔接处采用锥段结构以相切形式连接，可最大程度减小在役状态下连接处的应力集中；

顶盖法兰上均布的主螺栓通孔，用于主螺栓的安装和预紧；顶盖球冠上设有堆芯测量系统(IIS)的贯穿孔，贯穿孔外壁上有一体锻造成型的管座，用于焊接堆测接管。通过堆测接管，堆内的IIS可延伸出堆外，并在堆测接管的上端部实现贯穿件的压力边界密封

2、本发明实施例二设置了球槽部分结构，使合金球融化完全灌满至分力槽并凝结，且与管体上的弧形槽咬合，使得管体在球冠内部压力有向外运动趋势时，可将更多的力度经分力槽卸至顶盖球冠中，减少测量管处的应力集中；球冠内槽与顶盖球冠的连接处、限位板与挡板的连接处焊缝并磨平，使得整个顶盖球冠内壁仍然保持球面，较实施例一中将测量管与管座焊接，具有更为均匀、细密的金属结晶结构，可降低电厂运行期间该处结构由于金属组织细微缺陷疲劳失效的可能性。

附图说明

图1为本发明提出的一种整体式反应堆压力容器顶盖设计的结构示意图；

图2为本发明提出的一种整体式反应堆压力容器顶盖设计另一种实施例的结构示意图；

图3为图2中测量管与顶盖球冠配合处的放大示意图。

图中：1顶盖球冠、2顶盖法兰、3 IIS贯穿孔管座、4 CRDM贯穿孔、5主螺栓孔、6锥段、7测量管、8球槽、9球冠内槽、10分力槽、11合金球、12挡板、71管体、72弧形槽、73限位板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，且当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例一

参照图1，一种整体式反应堆压力容器顶盖设计，包括一个半球状的顶盖球冠1，顶盖球冠1的边缘处设置有锥形的锥段6，顶盖球冠1的外壁与锥段6的外壁相切，锥段6远离顶盖球冠1的一端设置有顶盖法兰2，顶盖法兰2与锥段6的连接处以圆角圆滑过渡，顶盖法兰2的内柱面与顶盖球冠1的内壁相交，顶盖法兰2与顶盖球冠1内壁的相交处以圆角过渡；

顶盖法兰2上均匀开设有多个贯穿顶盖法兰2的主螺栓孔5；

顶盖球冠1上设置有多个CRDM贯穿孔4，顶盖球冠1上设置有一个堆芯测量系统(IIS)的IIS贯穿孔，IIS贯穿孔位于顶盖球冠1的外壁处设置有IIS贯穿孔管座3；

顶盖球冠1、顶盖法兰2、IIS贯穿孔管座3、锥段6一体锻制成型制成。

本实施例中的整体式反应堆压力容器顶盖，较分体式顶盖球冠与法兰焊接的设计，减少了一条主焊缝，降低反应堆压力容器在役检测的难度，且球冠与法兰衔接处采用锥段结构以相切形式连接，可最大程度减小在役状态下连接处的应力集中；

顶盖法兰2上均布的主螺栓孔5，用于主螺栓的安装和预紧；顶盖球冠1上设有堆芯测量系统(IIS)的贯穿孔，贯穿孔外壁上有一体锻造成型的管座，用于焊接堆测接管。通过堆测接管，堆内的IIS可延伸出堆外，并在堆测接管的上端部实现贯穿件的压力边界密封。

同时整体式反应堆压力容器顶盖，堆芯测量系统(IIS)用的IIS贯穿孔管座3与顶盖球冠1为一体锻造结构，较堆焊结构的管座，具有更为均匀、细密的金属结晶结构，可降低电厂运行期间该处结构由于金属组织细微缺陷疲劳失效的可能性。

实施例二

参照图2、图3，一种整体式反应堆压力容器顶盖设计，包括一个半球状的顶盖球冠1，顶盖球冠1的边缘处设置有锥形的锥段6，顶盖球冠1的外壁与锥段6的外壁相切，锥段6远离顶盖球冠1的一端设置有顶盖法兰2，顶盖法兰2与锥段6的连接处以圆角圆滑过渡，顶盖法兰2的内柱面与顶盖球冠1的内壁相交，顶盖法兰2与顶盖球冠1内壁的相交处以圆角过渡；

顶盖法兰2上均匀开设有多个贯穿顶盖法兰2的主螺栓孔5；

顶盖球冠1上设置有多个CRDM贯穿孔4，顶盖球冠1上设置有一个堆芯测量系统(IIS)的IIS贯穿孔，IIS贯穿孔位于顶盖球冠1的外壁处设置有IIS贯穿孔管座3；

顶盖球冠1、顶盖法兰2、IIS贯穿孔管座3、锥段6一体锻制成型制成。

IIS贯穿孔管座3内插设有一根测量管7，顶盖球冠1内壁与IIS贯穿孔管座的连接处开设有一个圆形的球冠内槽9，球冠内槽9内壁开设有多个球面的球槽8，每个球槽8的内壁均开设有多个圆柱形的分力槽10，每个球槽8内均放置有一个合金球11，球冠内槽9内嵌设有一个与顶盖球冠1内壁相切的挡板12。

测量管7由管体71和限位板73组成，管体71的外径与IIS贯穿孔管座3的内径相等；挡板12上开设有容纳限位板73的卡槽，限位板73卡设至卡槽内时，挡板12、限位板73共同与顶盖球冠1的内壁相切；每个分力槽10的轴线贯穿球槽8的球心处，合金球11使用低熔点高强度铝合金制成。

低熔点高强度铝合金应选用Al-xSi-20Cu-15Ge(6.5≤x≤9.6％)，管体71的外壁设置有多个与合金球11配合的弧形槽72。

本实施例在实施例一的基础上设置了球槽8等部分结构，测量管7即为外界堆芯测量系统伸入顶盖球冠1内用于测量的管道，本实施例设置的结构可极大的减少测量管7与顶盖球冠1连接处的应力集中情况。

实施例一中，测量管7与顶盖球冠1的连接方式为满焊，保证测量管7与顶盖球冠1的密封连接，本实施例的装配测量管7过程中，将合金球11放置与球槽8内，再将挡板12放置于球冠内槽9中，最后将测量管7插设至IIS贯穿孔管座3中，并使合金球11与弧形槽72配合，之后倒置本装置并对球槽8部分进行加热至500℃使合金球11完全融化，保温10min使合金溶液完全浸入分力槽10中，冷却降温使合金重新固化，此时合金完全灌满至分力槽10内且与管体71上的弧形槽72咬合，此时再在球冠内槽9与顶盖球冠1的连接处、限位板73与挡板12的连接处走一道焊缝并磨平，使得整个顶盖球冠1内壁仍然保持球面，较实施例一中将测量管与管座焊接，具有更为均匀、细密的金属结晶结构，可降低电厂运行期间该处结构由于金属组织细微缺陷疲劳失效的可能性。

且在本实施例中的装置在工作时，测量管7受力有向外运动的趋势时，合金的一端位于各个分力槽10内，另一端与管体71相抵，可将管体71受到的向外的推力分至各个分力槽10中，减少管体71与堆芯测量系统的接触应力，避免出现因应力集中导致管体71与堆芯测量系统出现抖动影响测量结果的问题。

本发明中的低熔点高强度铝合金选用Al-xSi-20Cu-15Ge(6.5≤x≤9.6％)，此合金的Si含量由9.6％降至6.5％时，Al-xSi-20Cu-15Ge(6.5≤x≤9.6％)系合金固液相线温度均下降，其中Si含量为6.5％的合金固液相线温度分别为451.1℃和192.1℃。需要调整合金的固相线温度时，可添加熔点较低的Sn、Zn，从而降低合金中低熔点相的融化温度；合金液相线温度在添加4％Sn时降为498.6℃，继续增加Sn，液相线温度升高，Zn添加量为6％的合金液相温度降低至493.5℃。本实施例选用此合金是因为此合金的晶粒尺寸小、强度大，融化所需能量低，便于安装测量管7。

尽管本文较多地使用了顶盖球冠1、顶盖法兰2、IIS贯穿孔管座3、CRDM贯穿孔4、主螺栓孔5、锥段6、测量管7、球槽8、球冠内槽9、分力槽10、合金球11、挡板12、管体71、弧形槽72、限位板73等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (5)

1.一种整体式反应堆压力容器顶盖设计，包括一个半球状的顶盖球冠(1)，其特征在于，所述顶盖球冠(1)的边缘处设置有锥形的锥段(6)，所述顶盖球冠(1)的外壁与锥段(6)的外壁相切，所述锥段(6)远离顶盖球冠(1)的一端设置有顶盖法兰(2)，所述顶盖法兰(2)与锥段(6)的连接处以圆角圆滑过渡，所述顶盖法兰(2)的内柱面与顶盖球冠(1)的内壁相交，所述顶盖法兰(2)与顶盖球冠(1)内壁的相交处以圆角过渡；

所述顶盖法兰(2)上均匀开设有多个贯穿顶盖法兰(2)的主螺栓孔(5)；

所述顶盖球冠(1)上设置有多个CRDM贯穿孔(4)，所述顶盖球冠(1)上设置有一个堆芯测量系统(IIS)的IIS贯穿孔，所述IIS贯穿孔位于顶盖球冠(1)的外壁处设置有IIS贯穿孔管座(3)；

所述顶盖球冠(1)、顶盖法兰(2)、IIS贯穿孔管座(3)、锥段(6)一体锻制成型制成；

所述IIS贯穿孔管座(3)内插设有一根测量管(7)，所述顶盖球冠(1)内壁与IIS贯穿孔管座的连接处开设有一个圆形的球冠内槽(9)，所述球冠内槽(9)内壁开设有多个球面的球槽(8)，每个所述球槽(8)的内壁均开设有多个圆柱形的分力槽(10)，每个所述球槽(8)内均放置有一个合金球(11)，所述球冠内槽(9)内嵌设有一个与顶盖球冠(1)内壁相切的挡板(12)。

2.根据权利要求1所述的一种整体式反应堆压力容器顶盖设计，其特征在于，所述测量管(7)由管体(71)和限位板(73)组成，所述管体(71)的外径与IIS贯穿孔管座(3)的内径相等。

3.根据权利要求2所述的一种整体式反应堆压力容器顶盖设计，其特征在于，所述挡板(12)上开设有容纳限位板(73)的卡槽，所述限位板(73)卡设至卡槽内时，挡板(12)、限位板(73)共同与顶盖球冠(1)的内壁相切。

4.根据权利要求2所述的一种整体式反应堆压力容器顶盖设计，其特征在于，每个所述分力槽(10)的轴线贯穿球槽(8)的球心处，所述合金球(11)使用低熔点高强度铝合金制成。

5.根据权利要求4所述的一种整体式反应堆压力容器顶盖设计，其特征在于，所述低熔点高强度铝合金应选用Al-xSi-20Cu-15Ge(6.5≤x≤9.6％)，所述管体(71)的外壁设置有多个与合金球(11)配合的弧形槽(72)。

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