CN1219740A - 在沸水反应堆的底封头中的机加工形成的短管 - Google Patents

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Abstract

一种整体式短管(54),简化了反应堆压力容器制造方法,在贯穿部(58)和封头(52)之间形成一结构过渡部分;以及便于更远距离检查连接焊缝(66)。在一实施例中,短管(54)通过机加工形成在底封头半球(52)上。具体地说,利用一具有短管部分(62)的通孔(60)使得在底封头半球(52)中形成贯穿部(58)。短管部分(62)呈圆柱形,短管部分(62)的长度是经过选择的,以便在贯穿套筒(56)和底封头半球(52)中的相邻部分(64)之间形成一过渡部分。贯通套筒(56)延伸通过在半球(52)中的贯穿部(58)。焊缝(66)将短管部分(62)连接固定到贯穿套筒(56)上。

Description

在沸水反应堆的底封头中的 机加工形成的短管
本申请对1997年8月29日申请的序号为60/057959的美国临时申请的权益提出要求。
本申请一般地涉及一种沸水核反应堆，更具体地说，涉及将一种细长的中空元件例如控制棒驱动机构用套筒封装到这类反应堆中的核反应堆压力容器中的底封头半球上。
沸水核反应堆通常包含一位于在反应堆压力容器(RPV)中的反应堆堆芯。公知的RPV包含一圆柱形外壳。该外壳例如可以直径约为20英尺，约7英寸厚。该圆柱形外壳在其顶部由一可拆卸的顶部封头封闭。该顶部封头是可拆卸的，使得位于在RPV中的元部件例如燃料棒束可以取出。RPV圆柱形外壳在其底端由一焊接到外壳上的半球形底封头组件封闭。
多个开孔有时称之为贯穿部形成在底封头半球上，使得一些元件例如控制棒驱动机构组件可以伸入RPV内部。通常一基本上为圆柱形的贯通形成有一个芯孔的短管焊接到底封头半球上，该短管芯孔与在底封头半球中的开孔对准。该圆柱形短管通常由一种耐腐蚀材料例如不锈钢或Ni-Cr-Fe制造。
连同控制棒驱动机构组件，例如控制棒驱动机构用套筒例如一个管，通过底封头半球上开孔和短管上通孔插入，故该套筒伸入到RPV中。控制棒驱动机构用(CRD)套筒焊接到短管上，以便将套筒维持在预期的位置。因此，将短管用作介于该通常由低合金钢(LAS)制造的底封头半球和通常由不锈钢制造的CRD套筒之间的过渡部分。
应力腐蚀裂纹(SCC)是一种公知的现象，发生在将底封头半球与短管相连接以及将短管相连接的CRD套筒上的相邻短管焊缝上。实际上，短管焊缝受到各种应力作用，这些应力例如与热膨胀的差别，为了盛放反应堆冷却水所需的工作压力，以及其它原因，例如由于焊接引起的剩余应力、冷却(介质)运行和其它不均匀的金属处理所引起的。这些应力时时会引起相邻的短管焊缝产生裂缝，或者甚至引起在焊接材料中产生裂缝。
为了避免SCC，希望取消焊接。此外，在需要焊接的部分应当是可检查的。希望形成一种不锈钢贯穿部对LAS封头固定连接，其消取将短管焊接到封头上，满足对所用设计应力的要求以及简化制造。
通过一种整体式短管可以达到这些或其它目的，其简化了反应堆压力容器制造过程，在贯穿部和封头之间形成结构过渡部分，以及便于更远距离地检查连接部位的焊接。在一个实施例中，通过机加工使短管形成在底封头半球中。具体地说，通过一具有短管部分的通孔，在底封头半球中形成贯穿部。该短管部分呈圆柱形，短管部分的长度是经选择的，以便在一贯通套筒和底封头半球中的相邻部分之间形成过渡部分。该贯通套筒伸入通过在该半球中的贯通部。通过焊接将短管部分固定到该贯通套筒上。
上述整体式短管形成了在控制和仪表用套筒和反应堆压力容器底封头之间的结合部处的压力界面处连接部分。这种短管还在该贯通套筒(其通常是奥氏体的不锈钢制造)和LAS底封头之间形成结构过渡部分，这种结构过渡部分保证了刚性过渡并平缓了温度梯度，并且其优点是作为底封头的整体一部分。
此外，这种整体式短管仅需要对每一贯通部一次焊接，并且该焊接是轴对称的。轴对称式焊的进行比非轴对称的焊接更容易。由于取消了短管到封头的焊缝，对于每一贯通部仅需要一次焊接降低了在运行过程中必须检查的焊缝的数目。该焊缝还易于接近便于检查。
此外，利用常规的成孔和柱状圆成形(free-panning)操作，就可实现为形成短管部分所需的所有机加工。取消复杂的沿多轴的机加工，与公知的短管相比较该常规的机加工能够节约制造费用。由于在短管中不使用Ni-Cr-Fe材料，据信提高了反应堆的可靠性，并降低了其它材料产生相关问题的危险。
图1是已知反应堆压力容器的示意图。
图2是根据本发明的一个实施例的具有一整体式短管的底封头半球部分的横断面图。
图3是在图1中所示的整体式短管的横断面图，没有管延伸通过该贯通部。
图4A、4B和4C是图2中所示整体式短管中的各部分的各个实施例的详细视图。
图1是一示意图，表示公知反应堆压力容器(RPV)10。RPV 10包含顶部封头12、4个圆柱形的包壳叠层14、16、18和20，以及底封头组件22。顶部封头12包含封头法兰24。第一包壳叠层14包含一容器法兰25。利用伸入通过封头法兰24的螺栓26将顶部封头12螺栓连接到第一包壳叠层14上。顶部封头12还包含一封头喷淋和通风管口28以及当由第一包壳叠层14提升顶部封头12时使用的提升吊攀30。
第一包壳叠层14包含主蒸汽管口32，汽流通过该管口由RPV 10引出。稳定器支架34也形成在第一包壳叠层14上。第二包壳叠层16其中形成有一些管口36、38和40。第四包壳叠层20包含焊接到其上的支撑裙座42。使用支撑裙座42是为了将RPV10支撑在反应堆建筑(未表示)内部。
底封头组件22包含一底封头半球44，其上焊接有多个短管46。短管46呈圆状形，每个短管46具有一贯通延伸的孔(在图1中未表示)。每个短管46中的通孔46与在底封头半球44的一个开孔(在图1中未表示)对准。各种元部件例如控制棒驱动机构、堆芯内装仪器、压力仪管管口以及排放管口延申通过这些底封头开孔和短管通孔，并贯穿进入RPV10。
图1主要是为了介绍表示典型的底封头组件22而提供的。应当理解，某些反应堆具有276个在RPV底封头中压力界面处贯通部，即205个控制棒用贯通部，62个堆芯内装仪器用贯通部，8个压力仪表管口以及1个排放管口。由于降低了在各压力界面处元部部分的焊缝的数目，可以体现很多优点，包含降低产生SCC的焊缝的数目以及更简化制造。
图2是根据本发明的一个实施例的一具有整体式短管54的底封头半球52中的一部分的横断面图。所示一贯穿管或套筒56延伸通过在该半球52中的一个开孔或贯穿部58。通过一具有短管部分62的通孔60形成贯穿部58。短管部分62呈圆柱形，短管部分62的长度L是经选择的，以便在贯穿套筒56和底封头半球52中的相邻部分64之间形成一过渡部分。焊缝66将短管部分62固定到贯穿套筒56上。
贯穿套筒56例如可以由奥氏体的不锈钢制造，底封头半球52由低合金钢制造。当然。对于这些元件可以采用不同于奥氏体的不锈钢和低合金钢制造。
图3是一在图1中所示整体式短管54的横断面图，其中没有延伸贯通的贯通套筒56。利用圆68所包围的区域要更详细地表示，结合在图4A、4B和4C中所示的另外一些焊接制造方式可理解。如上所述，机加工形成的短管54的长度L是经选择的，以便在贯穿套筒56和底封头半球52中的其它部分之间形成一适当的过渡部分。例如，在一种特定的反应堆结构中，通用电气公司的通常称之为改进的沸水反应堆(ABWR)中，对于控制棒驱动机构类型用贯穿部，需要L最小长度为30毫米。
此外，对于不同尺寸的贯穿部和反应堆，可以调节短管部分62的尺寸。例如，对于不同的设计压力、其它设计载荷和热暂态特性，可以对短管部分62的尺寸进行调节。在图3中所示的短管部分62是对于在ABWR中的贯穿部构成的。
图4A、4B和4C是在图3中所示的在圆68内的整体式短管54中各部分的不同实施例的详细视图。参阅图4A，在短管部分62的端部72中通过机加工形成一个槽70，以便于将端部72焊接到一贯穿套筒56上。如在图4B中所示，可以将焊膏74涂在端部72上，以便更便于进行这种焊接。如在图4C中所示，可以在短管部分的端部72上形成堆焊部76。对于一般的沸水反应堆(BWR)应用场合，由于底封头半球的低合金钢的特性，选择在图4A中所示的焊接操作可能不是适用的，然而，选择在图4B和4C中所示的焊接操作据信对于BWR应用场合是适用的。
利用已知的机加工技术包含埋头沉孔(counter-baring)，柱状管成形、以及钻孔在底封头半球52上形成短管部分62。然后在端部72上进行焊接操作，用以形成贯穿部对短管的焊缝66。将贯穿套筒56焊接到端部72上。所有的机加工和焊接都是轴对称的，由套筒56的内径部分的UT(超声波测试)可以检测该焊缝66。
该机加工形成的短管可适用于不同的贯穿部对短管的焊接结构。根据结构材料，在贯穿套筒56和短管部分62之间可能需要过渡材料。该过渡材料便于焊接以及抑制焊接热量对压力容器材料以外的区域产生影响。
当然，整体式短管54可以应用在很多压力容器结构和应用场合。一般的应用场合包含但不局限于，结合圆柱形的贯穿套筒，一些贯穿部(它们将处理作为管口，是按照紧密的图形分布而不是弧立的贯穿部)，平行的贯穿套筒、在压力容器圆柱形包壳部或在球面封头中的贯穿部加取以利用。其它的应用包含对完全在压力界面处的元件中包含的压力界面中的开孔的加固上。例如，如果在呈球形的压力容器中形成贯穿部，对开孔的加固部分完全包含在封头中。此外，各贯穿部不必都具有相同的尺寸。
上述整体式短管在控制和仪器用套筒与压力容器的底封头之间的结合部形成一种压力界面处的连接部分。这样短管还在该贯通套筒(其通常是由奥氏体的不锈钢制成的)和LAS底封头之间提供结构过渡部分。这种结构过渡部分保证刚性过渡并平缓温度梯度，并且其优点是作为底封头的整体的一部分。
此外，这种整体式短管仅需要对每一贯穿部焊接一次，并且焊缝是轴对称的。轴对称的焊接比不轴对称的焊接更容易进行。通过取消了短管对封头的焊接对每一贯穿部仅需要一次焊接还降低了在运行过程中必须进行检查的焊缝的数目。对于检查该焊缝还是可易于接近的。
此外，利用常规的成孔和柱状管成形操作，就可以完成为形成短管部分所需的所有机加工。与常规的短管相比较，取消了复杂的多轴向机加工，可以节约制造费用。由于在短管中未采用Ni-Cr-Fe材料，据信可提高反应堆的可靠性，降低了与材料相关的各种问题出现的危险。
根据对本发明的各种实施例的以上介绍，明显看出已达到本发明的各项目的。尽管已经详细介绍了本发明，但是，应清楚理解，仅是意在以举例方式对本发明进行描述，并不是作为限定。因此，本发明的构思和范围仅是由所提出的权利要求中的权项限定的。

Claims (8)

1、一种用于沸水反应堆(10)的底封头(52)，所述底封头(52)包括多个将其贯通的贯通部(58)，至少其中一个所述贯通部(58)包含一具有短管部(62)的通孔(60)，所述短管部分(62)包含一构成用于焊接到一贯穿套筒(56)上的端部(72)。
2、根据权利要求1所述的用于沸水反应堆(10)的底封头(52)，其特征在于所述短管部分(62)是由对底封头材料进行机加工形成的。
3、根据权利要求1所述的用于沸水反应堆(10)的底封头(52)，其特征在于所述短管部分(62)呈圆柱形，所述短管部分(62)的长度是经选择的，以便在贯穿套筒(56)和所述底封头(52)中的相邻部分(64)之间形成一过渡部分。
4、根据权利要求1所述的用于沸水反应堆(10)的底封头(52)，其特征在于所述短管部分(62)的端部中形成有一个槽(70)。
5、根据权利要求1所述的用于沸水反应堆(10)的底封头(52)，其特征在于所述短管部分(62)的端部上涂有焊膏(74)。
6、根据权利要求1所述的用于沸水反应堆(10)的底封头(52)，其特征在于在所述短管部分端部(72)上有堆焊部分(76)。
7、根据权利要求1所述的用于沸水反应堆(10)的底封头(52)，其特征在于利用相同的轴对称成孔和柱状管成形技术通过机加工形成至少两个贯穿部(58)。
8、根据权利要求1所述的用于沸水反应堆(10)的底封头(52)，其特征在于至少两个贯穿部(58)供包含短管焊接操作和将所述短管部分(62)焊接到一其中贯通的圆筒上的操作的至少其中之一的相同轴对称焊接操作之用。
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