CN1123450A - 在适配器内贯穿核反应堆容器头部的仪表柱使用的密封设备 - Google Patents

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Abstract

仪表柱通过支承表面与密封垫而支承在支承件内，该支承件包括用旋拧装配装置连在一起的管形段与罩盖。管形段与罩盖均包括一支承表面，此支承表面可绕仪表柱的轴作对称旋转。罩盖的支承表面与管形段的支承表面会通过它们之间金属与金属的接触而封住反应堆的加压水。

Description

在适配器内贯穿核反应堆容器 头部的仪表柱用的密封设备
本发明涉及到一种供在适配器内部贯穿核反应堆容器头部的仪表柱使用的密封设备。
本发明特别适用于经由核反应堆容器头部的热电偶柱的密封通路。
在压水核反应堆中，包含反应堆堆芯的容器包括一带有开口基本上呈半球形的头部，在所说的开口内有一固定的适配器，此适配器能使反应堆的控制棒以及诸如圆柱形热电偶柱之类的仪表柱通过，上述每个热电偶柱内均设置有一组热电偶，这组热电偶能测量位于一组反应堆堆芯燃料组件出口处的冷却剂流体的温度。
上述每个适配器均包括：一在所述头部下方突出的部分，此部分用于引导热电偶柱；以及一在所述头部上方突出的部分，该部分包括用于连接热电偶柱管状支承组件的装置，而所说的支承组件则可固定在适配器的延伸区内。
在固定于适配器的支承组件的内部设置有密封支承装置，此装置与热电偶柱的表面相配合，以提供使热电偶柱穿过支承组件上开口的密封通路，从而使适配器沿轴向方向延伸。
穿过支承组件径向延伸部上的开孔以及适配器径向延伸部上的开孔的热电偶柱包括一相对支承组件突出的端部，此端部与一可通过拉牵而运动的提升装置相接合，从而能使热电偶柱沿轴向方向移动。因此，热电偶的支承表面以及支承组件的密封支承装置可以按一定的压力相接触。
支承组件内热电偶柱的密封支承装置通常包括：一被加工成支承组件内部开孔的截头锥形支承表面，该表面的形状与热电偶支承表面的形状是互补的；以及一密封垫，当通过拉牵热电偶柱的上端而进行夹持操作时，该密封垫被挤压在热电偶柱的支承表面与支承组件的支承表面之间。
当所述仪表柱的密封设备在运行中的反应堆内使用了一段时间时，必须要从适配器中抽出热电偶柱或抽出设置在热电偶柱的支承表面与支承组件之间的密封垫，并且在该密封垫损坏时用一新的密封垫来取代它。
为了能够更方便地进行上述操作，业已提出了将支承组件制成几个部分。
例如，法国专利FR—A—2642217和FR—A—94—03855提出并说明了一种支承组件，它包括：一固定在适配器外端上的管形段；一环形凸缘，此凸缘构成了一与上述管形段相连的罩盖；以及用于将管形段与罩盖装配起来的装置。热电偶的封密垫或封密垫组贴靠在支承组件与管形段相连的罩盖内表面上。
通过一连接凸缘可将管形段连接并固定到适配器的外侧端部，或者该管形段可焊在适配器的端部上。所说的管形段可同样包括适配器的上部，此上部被加工成能接收用于装配支承组件罩盖的装置。
可将上述装配装置制成为螺栓，这些螺栓与紧固件相接合并在管形段的侧表面上露出，而紧固件则嵌在管形段的空腔内。这样，即使装配螺栓被卡住，支承组件也不会散开。
在先有技术的已知设备中，用装嵌在支承组件的管形段与罩盖之间并被用于装配罩盖与管形段的装置所夹持的金属密封垫在支承组件的管形段与罩盖之间围绕着仪表柱穿过的中心开孔形成密封。
由于反应堆的原始流体有非常高的压力(155巴)，所以用于将支承组件的罩盖和管形段装配起来的装置会对金属密封垫施加非常高的压力。
在使用核反应堆的过程中，密封垫会因上述压力的作用而过度变形。这种变形会使支承组件的上述部件之间的连接失去密封性。
此外，用于将支承组件的罩盖与管形段装配起来的装置通常包括三个绕仪表柱按120°分布的螺栓，这三个螺栓均嵌在管形段的紧固件内，而且，上述装置并不总会使罩盖以足够的压力向下密封在管形段上。
所以，先有技术的设备并不总会在仪表柱的周围提供完全的密封。
本发明的目的是提供一种用于仪表柱的密封设备，所说的仪表柱在管状适配器内贯穿加压水核反应堆容器的头部，而管状适配器则固定在上述头部的贯穿开口内并突出到该头部的外侧，上述密封设备包括一管状支承组件，此组件固定在适配器位于所述头部外侧的端部上并位于该适配器的延伸区内而且包括：一与适配器外侧端部成整体的管形段；一环形罩盖，此罩盖安装在管形段上；以及用于将罩盖及管形段装配起来的装置；所述密封设备还包括至少一个环形密封垫，该密封垫设置在仪表柱的支承表面与管状支承组件的罩盖内部之间，所说的密封设备具有较高的效率并能避免支承组件的罩盖与管形部件之间的任何泄露。
为此，支承组件的管形段和罩盖均包括一支承表面，该支承表面可绕适配器的轴作对称旋转，因此，罩盖的支承表面和管形段的支承表面会通过它们之间金属与金属的接触而在被前述装配装置所彼此固定时封住反应堆的加压水。
用于将罩盖装配到管形段上的装置最好包括至少三个夹持螺栓，例如包括六个螺栓和两个为半环的紧固件，这两个紧固件嵌在管形段侧表面上的凹槽内，并且，每个紧固件上都设置有三个套丝开口以便将罩盖固定在管形段上。
设置在仪表柱的支承表面与管状支承组件罩盖内部之间的环形密封垫还最好包括一可变形的截头锥形金属密封垫，此金属密封垫较小的基面压在热电偶柱上，而较大的基面则压在支承组件的罩盖内表面上。
为了能更容易地理解本发明，以下将参照附图以非限制性举例的方式说明本发明之密封设备的一个实施例，该实施例能够密封住在适配器内部贯穿核反应堆容器头部的热电偶柱。
图1是贯穿核反应堆容器头部的垂直平面的剖面图，所述容器头部提供有热电偶的通路并配备有本发明的密封设备。
图2是构成上述密封设备的部件的分解透视图；
图3A和图3B上述密封设备经由一轴向平面的剖面图；
图3A显示了处于夹持与密封位置的密封设备；
图3B显示了处于松动位置的密封设备；
图4是图3A中标号4处的详细放大图。
在图1中，可以看到开口2所贯穿的加压水核反应堆容器头部1的一部分，开口2内通过夹持和焊接以密封的方式固定有一适配器23，此适配器包括：一在反应堆容器头部下方突出的部分，此部分用于引导热电偶柱5；以及一在反应堆容器头部1上方突出的部分，此部分构成了在外表面上形成有螺纹4a的漏斗形部分4。
适配器3的上部4中，在适配器3的轴向延伸部上固定有一组件6，此组件6通过下部7来固定并密封住热电偶柱5，而下部7则包括有一套丝开口，该开口嵌合在适配器4的漏斗形部分4的螺纹部4a上。因此，可将用于固定并密封热电偶柱5的组件6装配在适配器3的端部处。适配器3的漏斗形部分4以及固定及密封组件6的下部7包括圆形的密封垫4′和7′，当把延伸部7完全拧到漏斗形部分4上时，上述两个密封垫4′和7′会重叠。这两个密封垫4′和7′通过焊接连在一起，从而密封住组件4与7之间的螺旋接合。
所说的头部及贯穿用适配器3是在工厂内制成的并运到核反应堆的安装现场。
用于固定并密封热电偶柱5的组件6在反应堆现场安装且固定到适配器的上端。
固定及密封组件6的下部固定在适配器的上端，因此，在需要时可通过熔化密封垫4′和7′相连的区域而将其拆除。只有要对热电偶的贯穿件进行修理和紧急干预时才进行上述拆除操作。
固定及密封组件6包括一上部部分8，通过插入一特殊形状的金属密封垫10而以密封的方式将上部部分8装在延伸部分7上，用由两部分构成的夹持凸缘12将固定及密封组件的上下部分7和8装配在一起，构成夹持凸缘12的两部分可连接在一起并被插在开口13内的螺栓所夹持，而开口13则贯穿上述两部分呈扇性端部处的相对凸出部。
上述夹持凸缘的内部包括截头锥形支承表面，这些支承表面与分别形成在组件6延伸部及上部8之漏斗形部分7a和8a上的相应截头锥形支承表面作夹持接触。
将适配器3和固定及密封组件6制成管状并按彼此轴向延伸的方式设置，从而形成了热电偶柱5的通路，而热电偶柱则包括一支承管和一组热电偶15。
用于固定热电偶的组件的上部8构成了本密封设备之支承组件9的管形段。除管形段8以外，热电偶柱的支承组件9还包括一凸缘11，此凸缘构成了一环形罩盖，该罩盖与管形段相连并用螺栓21以下述方式固定住。
在使用由通过螺栓而彼此相连的两个部分所制成的组件9之类的支承组件的情况下，可以通过焊接将管形段8固定到延伸部7或适配器的上部4上，或者以与适配器3的上部4成一体的方式形成管形段8，而上部4则加工成能用来接收用于装配罩盖11的装置。
事实上，对于拆卸热电偶柱5及其密封垫来说，由夹持凸缘12在管形段8与适配器之间形成的可拆卸的接合并不是必不可少的。通过使罩盖11与支承组件9的管状段8相分离，就可以进行上述拆卸操作。
支承组件9的管形段9与罩盖11包括设置在彼此轴向延伸区以及适配器3开口的轴向延伸区内的开口。
热电偶柱5包括一上部部分，此部分的直径小于竖直部分的直径，一构成表面14的基本上为截头锥形的凸肩将上部部分与竖直部分分隔开，热电偶柱通过表面14压在密封垫16上，而密封垫16则贴在罩盖11的内部下表面上。
套丝开口所贯穿的并配备有挤压螺栓18的挤压板17能使热电偶柱5移动以使表面14向下封住密封垫16，而挤压螺柱18则嵌在所述套丝开口之内并通过它们的下端贴靠在用于固定罩盖11的螺栓21的头部上。
挤压板17包括一中心开口，从而能嵌在仪表柱5的端部上。
延伸圈19的外径大于挤压板17中心开口的直径并且由两个半环构成，这两个半环嵌在形成于热电偶柱上部边缘部分处的凹槽之内，所述延伸圈能将挤压板17所加载的拉伸负荷传给热电偶柱5。
以下参照图2、图3A、图3B以及图4说明本发明之特别包括有支承组件9、热电偶柱5的密封支承装置16以及挤压板17的密封设备。
在图2中，以分解透视图的方式显示了装配前的密封设备的各个部件。
将管形件8与罩盖11制成能连在一起以形成支承组件9。管形件8的侧表面上包括有一边缘凹槽20，两个半环22a和22b可以侧向地嵌进该凹槽内并构成了用于夹紧螺纹装置的部件，而螺纹装置则用于将罩盖11与管形件8装配在一起。
管形件8位于凹槽20上方的上部部分构成了一凸缘，此凸缘具有六个纵向贯穿管形件的开孔26，这些开孔围绕管形件8的轴彼此成60°排列。
罩盖11具有六个贯穿自身的开孔27，这些开孔围绕罩盖11的轴彼此成60°排列，因此，当把罩盖放置到管形件8上的适当位置时，开孔26与27会相重叠。半环22a和22b均包括三个这样设置的开孔28：当把半环22a和22b嵌入凹槽20内时，开孔28围绕管形件8的轴彼此成60°排列并位于开孔26的延伸部处。
管形件8的上部还具有四个贯穿该上部的开孔29，每开孔29均位于两个相邻开孔26之间，半环22a和22b均包括两个位于相邻开孔28之间的开孔30，当半环22a和22b在限定位置处嵌入凹槽20内时，开孔30能进入开孔29的延伸区。
定位栓23可嵌入彼此成直线的开孔29和30，以便将半环22a和22b保持在适当位置，从而通过六个螺栓21将罩盖21固定在管形件8上。当使半环22a和22b位于一定位置从而使定位栓23在各自的延伸区内嵌入开口29和30时，六个开孔28就会处于六个开孔26的延伸区内，而六个开孔26孔则贯穿管形件8位于凹槽20上方的上部部分。
为了装配罩盖11，要使六个开孔27与管形件8的六个开孔26相重合，以便将螺栓21嵌入重合开孔27和26内并将螺栓21拧进半环22a和22b上的套丝开孔28内。从而将支承组件9的两部分装配在一起。
可以使用少于六个的螺栓21将罩盖11与管形件8装配起来。但是，必须要使用至少三个螺栓。在只用三个螺栓进行装配的情况下，也应在部件11和8上设置六个开孔26、27，并在半环22a和22b上设置六个套丝开孔。螺栓21嵌入两组对齐开孔中的一组内。即使有一个套丝开孔损坏，也可以代之而使用相邻的一组开孔。
螺栓21包括一头部，该头部支承在开孔27在直径上加宽的上部部分上，从而将罩盖11固定在管形件8上，如图3A和图3B所示。
在安装罩盖11时，罩盖11的中心开口嵌在热电偶柱5具有较小直径的上部部分上。
将支承环19做成两部分，挤压板17尚未装嵌在热电偶柱的上部，因此，可将挤压板17装嵌到热电偶柱5的上部上。
如图3B所示，挤压板11的下表面或内表面上包括一凹槽，此凹槽的轴就是热电偶柱5中心通孔的轴，该凹槽的底部31构成了一支承表面，此表面用于热电偶柱5的密封垫16的外部边缘，而密封垫的内部边缘则压在热电偶柱5的支承表面14上，如图4所示。
在图4中可以看出，在挤压板11用于热电偶柱5的中心通孔周围以及凹槽31周围按与热电偶柱的中心通孔相共轴的结构包括一环形部分33，此环形部分突出于罩盖11的底面。罩盖11的突出环形部分33具有一球形或复曲面扇形的外表面。
与罩盖11相连的管形段8在其为热电偶柱5提供通路的内部开孔的上端处包括一截头锥形表面34，此表面的轴就是热电偶柱5的通孔的轴，而热电偶柱的通孔则在罩盖11的安装位置处与中心开口相对齐，热电偶柱5可经由上述中心开口穿过罩盖11。
当把罩盖11安装在管形件8上时，罩盖11的球形表面33a会压在管形件8的截头锥形表面34a上。
当拧紧用于将罩盖11与管形件8装配到一起的螺栓21时，罩盖11的支承表面33a会在管形件8的相应支承表面24上略作滑动。通过转动能将罩盖11均匀夹持在管形件8上的螺栓21，可以凭借支承表面33a和34将罩盖11密封在管形件8上。支承表面33a的球形形状在任何情况下都能使表面33a与34之间有良好的接触。因此，通过罩盖11的突出件33与管形件8的截头锥形支承表面34之间直接金属与金属的接触而在热电偶柱5周围形成支承组件的部件8与11之间的密封。
此外，如图4所示，在夹持热电偶密封垫16的位置处，形成了热电偶柱5与罩盖11之间的密封。
密封垫16是一以基本上为截头锥形的挠性环形壁面的方式所形成的金属密封垫，它通过自身小的基面贴靠在热电偶柱5的支承表面上并通过构成自身大的基面的外部边缘靠在罩盖11内凹槽31的边缘上。
如图3A和图3B所示，构成可装入螺栓21的螺帽的半环22a和22b在外表面上包括一凹槽35a或35b，此凹槽构成了用于连接切削装置的凹进部，以便切削半环22a和22b，从而能在螺栓21卡住时切削螺栓21的端部。
这样，在任何情况下都能拆下支承组件9，以便诸如存取密封垫16或从适配器中抽出热电偶柱5。
如图3B所示，在将罩盖11密封装配并夹持到管形段8上以便形成支承组件9之后，将挤压板17装嵌在热电偶柱5的上部。
挤压板17包括三个挤压螺栓18，这些螺栓嵌在三个套丝开口内，套丝开口贯穿挤压板17并绕挤压板17的轴彼此成120°设置在镗孔25的底部，而镗孔25则形成在挤压板17的上表面上。各个螺栓18均嵌在一罩帽24内，该罩帽包括嵌在镗孔25内的方形底部，因此，该罩帽不能转动并且是一个可变形的护套。
各个螺栓18的下部在挤压板17的下方嵌在螺栓21头部上用于旋拧螺栓21的异形口内。
由两部分构成的提升环19在挤压板17上表面的上方处装嵌在热电偶柱5的凹槽内。
通过沿预定的方向旋转提升板17的螺栓18，用适当的工具可对三个螺栓同时进行上述旋转操作，从而使提升板17上升，并且，通过由两部分构成的提升环19而使热电偶柱5上升，因此，密封垫16所贴靠的热电偶柱的支承表面14会移向凹槽31的底部。
在使热电偶柱5沿垂直方向移动之后，密封垫16会夹持在支承表面14与罩盖11的凹槽11底部之间，如图3A所示。
所以，本发明的密封设备可以通过分别形成在罩盖下表面上以及管形段内表面上的两个金属支承表面而在支承件9的两个组件之间形成非常好的密封。由于使用了围绕罩盖11边缘分布的六个螺栓，所以能获得很有效的夹持效果，上述六个螺栓中的三个旋拧在第一半环内，另三个旋拧在第二半环内，而上述两个半环以并置的方式嵌在管形段外缘上的凹槽内。
但是，如前所述，可以用少于六个但至少为三个的螺栓来进行夹持。
本发明并不局限于业已说明的实施例。
因此，可以用罩盖11和管形段8的支承表面来获得具有不同于上述球形或复曲面形以及具有不同于上述截头锥形形状的两个组件之间的金属与金属的密封。
上述支承表面在任何情况下必须具有绕热电偶柱的通路作旋转的表面形状并能在密封过程中使上述支承件的两组件彼此略作滑动且定位。
本发明的密封设备不仅适用于热电偶柱，而且适用于任何在适配器内贯穿核反应堆容器头部的仪表柱。

Claims (7)

1.一种用于仪表柱(5)的密封设备，所说的仪表柱在管状适配器(3)的内部贯穿压水核反应堆容器的头部(1)，而管状适配器则固定在头部(1)的贯穿开口并突出到容器头部(1)的外侧，上述密封设备包括一管状支承组件(9)，此组件固定在适配器(3)位于头部(1)外侧的端部上并位于该适配器的轴向延伸区内而且包括：一与适配器(3)外侧端部成整体的管形段(8)；一环形罩盖(11)，此罩盖安装在管形段(8)上；以及用于将罩盖(11)及管形段(8)装配起来的装置(21，22a，22b)，所述密封设备还包括至少一个环形密封垫(16)，该密封垫设置在仪表柱的支承表面(14)与管状支承组件(9)的罩盖(11)的内部(31)之间，所述密封设备的特征在于，支承组件(9)的管形段(8)和罩盖(11)均包括一支承表面(33a，34)，该支承表面可绕热电偶柱(5)的轴作对称旋转，因此，罩盖(11)的支承表面(33a)和管形段的支承表面(34)会通过它们之间金属与金属的接触而在被装配装置(21，22a，22b)所彼此固定时密封反应堆的加压水。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，罩盖(11)的支承表面(33a)具有球面扇形的形状，管形段(8)的支承表面则具有截头锥形的形状。
3.如权利要求2所述的设备，其特征在于，罩盖(11)的球形支承表面(33a)形成在罩盖(11)的一部分(33)上，该部分突出于罩盖(11)朝向管形段(8)的表面。
4.如权利要求3所述的设备，其特征在于，管形件(8)的截头锥形支承表面(34)构成了管形段(8)上内部开孔的一部分，此部分位于管形段的端部处，而罩盖(11)则安装并固定在管形段的上述端部上。
5.如权利要求1至4中任何一个所述的设备，其特征在于，用于将罩盖(11)和管形段(8)装配起来的装置包括至少三个夹持螺栓(21)，例如包括六个夹持螺栓(21)，这些螺栓围绕热电偶柱(5)的轴彼此成60°排列。
6.如权利要求5所述的密封设备，其特征在于，用于将罩盖(11)和管状段(8)装配起来的装置包括两个并置嵌在凹槽(20)内的半环(22a，22b)内，所说的凹槽的轴就是管形段(8)的轴，并且，该凹槽被加工成管形段的侧表面，各半环(22a，22b)均包括三个套丝孔(28)，这些套丝孔用于装嵌三个夹持螺栓(21)。
7.如权利要求1所述的密封设备，其特征于，设置在仪表柱(5)的支承表面(14)与罩盖(11)的内部(31)之间的环形密封垫(16)是这样一种密封垫，它包括基本上呈截头锥形形状的可变形的环形金属壁面，该密封垫通过较小的基面与热电偶柱(5)的支承表面相接触并通过较大的基面与罩盖(11)的内部(31)相接触。
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