CN1300434A - 顶盖密封紧固组件及安装方法 - Google Patents

Abstract

一种密封紧固组件(40),它用于补救核反应堆容器喷嘴(30)和细长形壳体(42)之间泄漏的焊缝(42),包括:一块上板(44),它具有一个中心孔(50)和与具有中心孔(66)和内法兰(68)相隔开的内法兰(52)的下板(60),位于下板附近的密封件载体(70)支承密封件(72),该密封件用于接触泄漏的焊缝(42)的外表面,上下板之间的连接件(56)保持压缩负荷,以紧密地密封泄漏的焊缝,并且压缩负荷封闭并阻止焊接处的裂纹进一步扩展。本发明还涉及补救焊缝的方法。

Description

顶盖密封紧固组件及安装方法

发明领域

本发明涉及核反应堆，更具体地说，涉及一种密封紧固组件及修补位于一核反应堆容器与一细长形壳体之间的泄漏焊缝的方法。

相关申请的交叉引用

本申请的主题涉及申请人的待审临时美国专利申请60/084,906,申请日为1998年5月11日(公文号：C980360)和待审美国专利申请序列号09/070,846，申请日为(或大约为)1998年5月1日。

发明背景

本发明涉及核能反应堆，更具体地说，涉及一种用于密封核反应堆容器头部的泄漏焊缝的方法和设备。

对于典型的压力水核反应堆来说，在容器头部安装多个控制棒驱动机构(CRDM)。这些机构位于压力分界壳体内并控制中子吸收控制棒的运动。构成壳体的部件相互装配在一起并利用奥米伽焊接法连接。顶盖密封奥米伽焊缝位于反应堆容器头部喷嘴和配套零件之间(见图1)。由于应力腐蚀裂纹，该焊缝有可能增大裂纹。这些裂纹通常通过焊缝扩展，直到出现泄漏。

通常在每个可能存在的控制棒位置处都具有反应堆容器头部喷嘴。大多数喷嘴都是用于控制棒的，少数喷嘴是用于出头芯热电偶装置，几种其它喷嘴(备用的)被封盖住。

顶盖密封奥米伽焊缝的泄漏是通过关闭核设施、将反应堆冷却剂液位排放到低于反应堆容器头部并在泄漏位置进行表面堆焊来进行修复的。这种工艺要花费大量时间，并且由于非常靠近并接触反应堆容器头部，会使工作人员接受到大剂量的放射能，而且这种工艺与现有的焊接在结构上没有任何区别。因此，可能在同一位置再次出现泄漏。

发明概述

本发明提供一种顶盖密封紧固组件(CSCA)，作为可阻止顶盖密封焊缝中泄漏的非焊接机械方法和装置。CSCA密封住泄漏的焊缝并将压缩负荷引入顶盖密封，这有可能抑制和停止裂纹的扩展。CSCA通过在整个环形顶盖密封焊缝区压缩Grafoil密封而使泄漏的焊缝密封。

与焊接补救的选择比，在节省时间、辐射剂量和泄漏的再发生等方面，该顶盖密封紧固组件具有三个主要的优点。

与焊接补救的选择比CSCA的一个明显的优点是不需要对反应堆冷却剂系统进行排放就能完成安装。这是一个主要的优点，因为大多数的泄漏是在设备停机后再起动时被发现的。为了最好地进行焊接补救，在喷嘴内需没有水。因此，由于不必为修补进行“排放”，所以可节省时间。

CSCA还将避免一定剂量的辐射。对于同等的时间量，焊接修补需要一组人员靠近反应器容器头部喷嘴(高做区)。CSCA的安装从反应器容器头部提升台的顶部开始，并使用长柄工具。因此，CSCA工作人员比进行焊接修补的人员所接收的辐射剂量小。

与进行过焊接修补的喷嘴相比，对CSCA进行修补过的喷嘴很少再发生泄漏。这是因为CSCA向顶盖密封件内引入压缩负荷，这样就差不多结束并滞止了裂纹扩展的趋势。这种焊接修补不同于以前的焊接。因此，CSCA不但修补了泄漏处，还可防止将来发生泄漏。

附图的简要说明

在阅读了下面的详细说明书、权利要求书和附图后，对发明的特点和发明状况将变得更加清楚。

图1是现有技术的核反应堆容器的上部分的示意图，图中表示出连接到一个从反应堆容器头延伸的反应堆容器喷嘴上的控制棒驱动机构壳体；

图2是本发明的密封紧固组件的剖视图；

图3表示用于本发明的密封件载体；

图4表示图3的密封件载体的剖视图；

图5是本发明另一个实施例的密封件载体和密封件的剖视图。

图1表示具有一个反应堆12的核反应堆系统10的一部分，该反应堆包括一个大体竖直的圆筒容器14和一个大体呈半球形的头部16。该容器具有一个上法兰18，头部16具有一个下法兰20，它们用反应堆系统10的正常操作的已知方式螺接在一起。正如在核工程领域所熟知的，在反应堆中产生的核动力可通过增加或减小插入容器14的芯中或从芯中抽出的中子吸收材料的量来进行控制。这通常要利用多根，一般至少几根控制棒束或组件(图中未示出)来完成，每根棒都穿过喷嘴，如喷嘴22。为简化起见，仅示出了在头部16内的其中一个反应堆容器喷嘴22，但应理解到，喷嘴22通常至少要与在运行过程中在容器14移入和移出的控制棒组一样多。各控制棒组都装在控制棒驱动机构壳体24内，该壳体具有一个用于使控制棒运动的相关电机(图中未示出)。控制棒驱动壳体24、控制棒组和相关的电机完全是常规装置，不构成本发明的部分。

通常，控制棒驱动壳体24包括一个位于与适合于与喷嘴上部36相配合的壳体下部34附近的环形台肩或凸缘26。特别是，壳体下端28正对着喷嘴上端30，并且相对的端部支承一个焊接的末端部或顶盖的密封结构，以形成一条环形焊线32。在该领域，壳体24密集地组合在一起并具有最小的用于焊接修补的区域。

图2表示用于防止和/或修补一个泄漏的焊缝42的密封紧固组件40。密封紧固组件40包括一块具有顶部46和底部48的上板44，并且还包括一个中心孔50，用于使控制棒驱动机构壳体24通过该孔。内法兰52径向地向内延伸，以紧靠控制棒驱动壳体24的台肩26。内法兰52最好位于上板44的顶部46。一般说来，上板44为环形，它具有倒L形断面。具有凹槽54的一组沿周向间隔的孔53设置在上板44上，用于容纳紧固件56和斜角垫圈58。

密封紧固组件40还设有一具有顶部62和底部64的下板60。此外，由66和68形成的中心孔有足够大，其直径大于台肩26的直径，以使下板60能通过台肩26下降到靠近焊缝52的位置处。下板60具有一个内法兰68，它径向地向内延伸并形成于底部64。下板60通常为环形并具有大体呈L形的断面。另外，密封件载体70用于支承密封件72并紧靠下板内法兰68。下板60还包括一组沿圆周间隔的孔73，这些孔最好螺接到保持连接器56上并在密封件72施加紧固负荷。密封件载体70包括沿径向内延伸的内法兰74并具有中心孔76，以允许喷嘴上端30可通过其中。但是，由于密封件载体中心孔76的直径小于台肩26的直径，所以密封件载体70形成在第一和第二半部件78,80上。密封件72最好是开口式环形密封件，以允许密封件72可安装在喷嘴上部36的台肩77周围并接触焊缝42，而不必将控制棒驱动机构壳体24从喷嘴上部36拆卸下来。密封件72可用任何适当的材料制造，包括GRAFOIL品级的材料(从联合碳化物公司(UnionCarbide Companysk)可买到)。但任何适用的材料都能防止焊缝42的泄漏。当连接件紧固时，密封件72处于被压缩状态，以紧紧地与焊缝42的外表面和靠近焊缝42的周围表面接合，以便与这些表面密封地接合，同时可防止过去的焊缝42再次泄漏。

图3表示密封件载体70的顶视图，该密封件载体包括中心孔76和多个沿圆周间隔的孔82，该孔用于接收初始定位时用的导向棒，并将密封件载体70送到其所需的靠近焊缝42的位置。在密封件载体70的侧壁86的上部形成一个弧形的凹部84。所形成的弧形切口部84允许观察位于控制棒驱动机构壳体24上的标签90，并可消除标签90与密封件载体70的干涉。

图4表示具有第一和第二半部件78,80(包括分界线92)的密封件载体70的剖视图。图中所示的凹部84位于图的右手侧的侧壁86的上部。

图5表示密封件载体70′的另一实施例，它具有第一和第二半部件78′,80′，并且包括一个位于密封衬垫100上方的开口密封件72′。密封衬垫100具有一预定的高度，以将密封件72′提升到密封件载体内法兰74′上方的预定的距离处。为了降低材料成本，密封件72′通常比密封件72薄。衬垫100可更精确地调整密封件72在漏焊区的定位。此外，不同尺寸的密封衬垫可以互换，以容纳不同形状的控制棒驱动机构壳体24和喷嘴上部36。

下面将讨论安装密封紧固组件的方法。在确定位于核反应堆容器喷嘴和控制棒驱动机构壳体之间的某处焊缝泄漏后，使用钢丝刷对焊缝的外表面进行清除，以确保外表面光滑、清洁，并且除去任何脏物或包括硼酸在内的污染物。其次，使多根大约40英尺长的细长形导向棒定位在核反应堆喷嘴附近。将下板60从反应堆容器上方的安全距离处下降到容器喷嘴处，以减小维修人员的暴露程度。当下板60下降到合适位置时，利用细长形导向棒对它进行引导。然后，将密封件载体70的各半部件放置在下板60上方的适当位置处，再将开口密封件72插在反应堆容器喷嘴上部36周围，并使密封件72定位在密封件载体70的内法兰74上。使上板44下降到下板60和密封件载体70上方的工作位置。利用细长形导向棒对上板44进行导向，并使它与控制棒驱动机构壳体24的台肩26接合。然后安装连接件56，并强制地使上下板44,60连接起来，当连接件56紧固时，密封件72被紧紧地压在焊缝42的外表面和邻近区域上，以防止焊缝再次泄漏。此外，密封紧固组件40的压缩负荷可使造成焊接处泄漏的破裂处封闭。因此，密封紧固组件40以两种方式，即通过对外部焊接表面进行再密封和将焊接破裂处压在一起来防止泄漏。

为了适应密封件载体70和密封件72侧向插入，使下板60下降到焊缝42下方，以形成足够的间隙。一旦密封件载体70和密封件72就位，就向上提升下板60，使下板内法兰68紧贴密封件载体70，并保持密封件载体70在适当位置。为了充分地加载密封紧固组件，可使用高压装置，当紧固组件充分加载时，可对多个连接件56进行适当紧固。这样，将非常紧固的密封紧固组件40安装在泄漏的焊缝42上，并在反应堆容器喷嘴上部46上方大约40英尺的距离处。

上面公开了本发明的优选实施例。然而，对于本领域的普通技术人员来说，在本发明教导的范围内可进行某些改进。因此，下面的权利要求用于确定本发明的确切范围和内容。

Claims (19)

1．一种密封紧固组件，它用于补救一核反应堆容器喷嘴和一细长形壳体之间泄漏的焊缝，所述密封紧固组件包括：

一上板，它具有一顶部和一底部，所述上板包括一具有内法兰的中心孔；

一下板，它具有一顶部和一底部，所述下板包括一具有内法兰的中心孔；

至少一个连接件，它在位于其外周边附近的所述上板和下板之间延伸；

一密封件载体，它紧贴在所述上板和下板之一上，用于将紧固负荷从所述一块板上传递到所述密封件载体上；

一密封件，它用于接触泄漏的焊缝的外表面，以防止泄漏。

2．按照权利要求1的密封紧固组件，其中所述密封件载体紧贴所述下板。

3．按照权利要求2的密封紧固组件，其中所述密封件载体具有一个外表面，它用于与所述内法兰互补地接合。

4．按照权利要求1的密封紧固组件，其中所述密封件载体具有一大体呈L形的断面。

5．按照权利要求1的密封紧固组件，其中所述下板具有一大体呈L形的断面。

6．按照权利要求1的密封紧固组件，其中所述上板具有一大体呈倒L形的断面。

7．按照权利要求1的密封紧固组件，其中所述密封件载体包括第一和第二可分离的半部件，以便于在核反应堆容器喷嘴附近的安装。

8．按照权利要求1的密封紧固组件，其中所述密封件载体还包括一弧形凹部，在内法兰的一部分上，用于观看细长形壳体上的标记。

9．按照权利要求1的密封紧固组件，其中所述至少一个连接件是多个沿圆周间隔的紧固件。

10．在组合件中，一个连接到细长形壳体上并具有一条位于其间的泄漏焊缝的核反应堆容器喷嘴，以及一个修补泄漏焊缝用的密封紧固组件，该组合件包括：

一第一台肩，它位于所述细长形壳体上；

一第二台肩，它位于所述反应堆容器喷嘴上；

一焊缝，它用于使所述细长形壳体密封到所述反应堆喷嘴上；

一上板，它具有一顶部和一底部，所述上板包括一中心孔，该中心孔具有一用于紧贴所述第一台肩的内法兰；

一下板，它具有一顶部和一底部，所述下板包括一中心孔，该中心孔具有一用于紧贴所述第二台肩的内法兰；

多个连接件，它们在位于其外周边附近的所述上板和下板之间延伸；

一密封件载体，它紧贴在所述下板上，用于将紧固负荷从所述下板传递到所述密封件载体；

一密封件，它用于接触泄漏的焊缝的外表面，以防止泄漏。

11．按照权利要求10的组合件，其中所述密封件载体包括第一和第二可分离的半部件，以便于在核反应堆容器喷嘴附近的安装。

12．按照权利要求10的组合件，其中所述密封件还包括一弧形凹部，该凹部在内法兰的一部分上，用于观看细长形壳体上的标记。

13．按照权利要求10的组合件，其中所述多个连接件是多个沿圆周间隔的紧固件。

14．按照权利要求10的组合件，其中所述密封件是一开口密封件，以便于不需拆卸即可装配到所述焊缝周围。

15．一种修补泄漏焊缝的方法，该方法密封核反应堆容器喷嘴和细长形壳体之间的交界处，修补的方法包括如下步骤：

清除泄漏焊缝的一预定的外表面区域；

使多个细长形导向棒定位于核反应堆容器喷嘴附近；

利用多个细长形导向棒使一下板下降到容器喷嘴处；

将一密封件载体的相应半部件侧向地插入所述下板上方的位置；

将一开口密封件插入密封件载体内；

利用多个细长形导向棒使一上板下降到所述下板和所述密封件上方的一工作位置；

安装多个紧固件，以连接所述上板和下板并在所述密封件上形成压缩负荷，以防止焊缝再泄漏。

16．按照权利要求15的方法，其中所述上板在处于工作位置时被下降到紧贴细长形壳体上的一台肩的位置。

17．按照权利要求15的方法，其中所述密封件插在容器喷嘴的台肩周围，以便与泄漏的焊缝接合。

18．按照权利要求15的方法，还包括在安装紧固件的步骤之前将下板提升到靠近泄漏的焊缝的位置并与所述密封件载体接触的步骤。

19．按照权利要求15的方法，还包括对所述密封件施加全负荷并紧固预定数量的所述多个紧固件的步骤。

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