CN1310255C - 用于受辐射核燃料组件的高生产率超声波清洁器 - Google Patents

用于受辐射核燃料组件的高生产率超声波清洁器 Download PDF

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Abstract

公开了一种使用流量分流器组件(10)来操作清洁腔室的无源组件。流量分流器组件(10)包括一个由一个弹簧组件(12)支撑的可移动件(11)和一个固定外部组件(13)。当燃料组件(3)被插入在清洁腔室(1)中时，流量分流器组件(10)由燃料组件(3)致动。流量分流器组件(10)起作用，从而每当在清洁腔室(3)中有燃料组件时，清洁腔室(3)就供有抽吸流量(14)。当清洁腔室(3)是空的时，流量分流器组件(10)起作用，以堵塞来自过滤系统(15)的抽吸流动。当清洁腔室(1)是空的时，来自泵的抽吸压力增大到这样的点：流量分流器打开得足以保持流量通过泵以防止泵气蚀。

Description

用于受辐射核燃料组件的高生产率超声波清洁器
本申请涉及标题为“用于受辐射核燃料组件的高生产率超声波清洁器”的、提交于2002年7月29日的美国临时专利申请No.60/398,726并要求其优先权，该申请包括在这里以供参考。
技术领域
本发明涉及对用来超声波清洁受辐射核燃料组件的改进。
背景技术
超声波能量清洁已经成功地用来从受辐射的核燃料组件除去原始积垢。用来从压水反应堆(PWR)燃料除去这些积垢的初始工业动机是减轻原始诱导功率漂移(CIPS)，这种偏移有时也称作轴向偏移(AO)或轴向偏移异常(AOA)。CIPS是一种其中由于局部温度和水压条件及反应堆和主系统的主侧流体杂质特性使积垢形成在燃料棒包层上的现象。驻留在这些积垢中的某些化合物对核反应起毒害作用，并且因为积垢一般在堆芯的顶部中较厚，所以引起沿堆芯轴线的异常功率分布，减小对某些类型操作条件的适用裕度。作为CIPS的结果，某些电厂被迫在延长的时段内减小其反应堆功率级并因此减小电力输出，这对操作设施很昂贵。
除减轻CIPS之外，从受辐射燃料组件除去原始积垢在任何结构的核电厂中产生一些其它良好结果，这些结果包括但不限于：(1)减小电厂主系统的总原始装料量(“源项减小”)，这导致降低对电厂人员的辐射剂量速率(ALARA)，(2)改进燃料可检查性，及(3)在燃料运输、存储、和再处理期间减小放射性污染扩散的可能性。
在电厂的电力产生被例行地中断，以完成某些在线不能完成的任务，如某些保养任务、检查、及反应堆燃料更换。在主反应堆的燃料更换期间，把燃料组件从反应堆堆芯除去，并且存储在靠近反应堆的水下或存储在电厂的废燃料池中。以后在停机时，受辐射燃料组件的一些被放回到反应堆堆芯中，而另一些留在废燃料池中，从而新组件能装在其位置中。当燃料组件在废燃料池中并且适于清洁时，现有的超声波燃料清洁系统在窗口中操作。因为燃料卸载一般在临界通路停机时的期间进行，所以更经济的是首先卸载燃料，然后在卸载完成之后返回并清洁它。
由电厂所有者和操作者减小停机时间长度的努力，对于那些完成充分堆芯卸载作为燃料更换部分的电厂，导致适于清洁燃料组件的减小时间量。而且，在贯穿燃料更换停机期间在反应堆容器中保持燃料的有意义百分比已经成为在沸水反应堆(BWR)界中的标准实践，在实际中称作“燃料重排”。有益的是，燃料清洁系统能够在燃料运动期间清洁燃料组件，而不显著影响运动(重排或卸载)燃料需要的时间。在这样的情况下这里形成本发明。
发明内容
本发明的一个目的在于，提供一种使用单过滤系统来操作两个或多个清洁腔室的无源系统。
本发明的另一个目的在于，提供一种具有用来在清洁器之间切换过滤和冷却流量的简单流量分流器组件而不需要水下执行器的无源系统。
本发明的另一个目的在于，提供一种具有流量分流器组件的系统，该流量分流器组件不要求用户干预并且是完全无源的。
本发明的另一个目的在于，提供一种具有流量分流器组件的无源系统，该流量分流器组件保护抽吸泵免受气蚀。
本发明的另一个目的在于，提供一种具有流量分流器组件的无源系统，当清洁器都是空的时，该流量分流器组件稍微打开以允许某些旁通流动。
本发明的又一个目的在于，提供一种具有流量分流器组件的无源系统，该流量分流器组件允许燃料组件的快速插入和除去。
本发明的另一个目的在于，提供一种具有流量分流器组件的无源系统，该流量分流器组件设计成可现场除去/更换的。
本发明的又一个目的在于，提供一种流量分流器组件，该流量分流器组件使用对滑动零件的磨损可能性最小的材料。
根据上述问题，申请人已经开发了对现有超声波燃料清洁技术的一系列改进，这些改进提高了生产率、使用性、使用能力、及组装和拆散速度，由此使得有可能与燃料卸载或燃料重排同时进行清洁燃料而不显著影响临界通路。
以前，为了提高燃料清洁的生产率，电厂可以安装另外的超声波清洁系统。清洁器的每一个这样设计，燃料组件能完全由清洁器支持，从而使燃料处理装置有空来恢复另外的燃料组件，而不用在恢复下个燃料组件之前等待清洁结束。要不然，电厂通过安装两个清洁器和单个如有必要在清洁器之间切换的过滤系统来避免多个过滤系统的额外费用。气动或电气致动阀控制来自过滤系统的抽吸，以保证每个清洁器接收足够的流量，以从燃料组件上冲洗松散的原料。这样一种方案不太理想，因为它需要水下执行器和阀的有源控制。
本发明提供一种无源装置，该无源装置用来操作经一个共用头部软管连接到单个过滤系统上的两个或多个清洁腔室。每个清洁腔室在头部软管上游有一个流量分流器组件。该流量分流器组件在燃料组件被插入到清洁腔室中时由燃料组件致动。流量分流器组件如此起作用，从而只要当在清洁腔室中有燃料组件时，每个清洁腔室就供给有流量。当清洁腔室是空的时，流量分流器组件起作用以堵塞来自过滤系统的抽吸流量，强迫抽吸流量通过相对的清洁腔室。当两个清洁腔室都是空的时，来自泵的抽吸压力增大到这样的点：在两个腔室中的流量分流器打开得足以保持流量通过泵并且防止泵气蚀。
附图说明
联系如下附图将描述本发明，在附图中类似的标号指示类似的元件，并且在附图中：
图1是按照本发明布置在超声波清洁腔室内的一种流量分流器组件的示意图，其中流量分流器处于旁通位置，从而过滤器泵与超声波清洁腔室隔离，在这样一个旁通位置中，在清洁腔室中任何液压引起的流量被旁通到燃料池或从其旁通；
图2是位于超声波清洁腔室中的图1的流量分流器组件的示意图，其中流量分流器组件处于接合位置，从而过滤器泵在这样一个接合位置与超声波清洁腔室对准，到池的旁通被关闭；
图3是本发明的流量分流器组件的分解示意图；
图4是处于接合位置的本发明的流量分流器组件的示意图，由此通过抽吸窗口的流量是打开的而通过池窗口的流量被关闭；
图5是处于旁通位置的本发明的流量分流器组件的示意图，由此通过池窗口的流量是打开的而通过抽吸窗口的流量被关闭；及
图6是带有两个超声波清洁腔室的超声波清洁组件的示意图。
具体实施方式
按照本发明的一种流量分流器组件10表明在图3-5中。流量分流器组件10布置在一个超声波清洁组件1内。流量分流器组件10包括一个内部可移动件11，内部可移动件11具有在其上形成的多个窗口111。内部可移动件11最好由诸如304不锈钢之类的钢形成。窗口111形成流动路径。可移动件11由一个弹簧组件12支撑。弹簧组件12能够在可移动件11上提供在100-150磅之间的向上力。(设想该力可以选择为与实际一样高而停留在负载单元行程点(load cell trip point)的下面，对于燃料处理设备，典型地约为燃料组件重量的10％。)流量分流器组件10还包括一个固定的外部件13。固定的外部件13最好由Nitronic 60形成。固定的外部件13包括多个抽吸窗口131和多个池窗口132。当处于接合位置中时，抽吸窗口131把超声波清洁腔室组件1与过滤器泵(未表示)相连接，过滤器泵与清洁腔室组件1隔离。当处于旁通位置中时，池窗口132把超声波清洁腔室组件1与燃料池(未表示)相连接。可移动件11和固定的外部件13由专门选择的材料制成，以防止当零件彼此贴着滑动时磨损。
如在图1和2中表明的那样，流量分流器组件10位于超声波清洁腔室组件1内。当一个燃料组件3被降低到清洁腔室1中时，燃料组件3接合流量分流器组件10的可移动件11。燃料组件3在可移动件11上施加一个向下力，从而可移动件11在向下方向上克服弹簧组件12的偏置从图1中表示的旁通位置致动到在图2中表示的接合位置。每个清洁腔室1包括至少一排(bank)超声波换能器(未表示)。清洁腔室1和过滤系统15可以是可携带的，从而它能现场布置在废燃料池中或布置在靠近燃料组件的反应堆中。
当可移动件11处于旁通位置中时，窗口111与在固定外部件13上的池窗口132对准。一条流动路径创建在超声波清洁腔室1与燃料池之间，如图1中所示。可移动件11包括一个实心下部112，实心下部112堵塞到抽吸窗口131的流动路径。在旁通位置中，没有到抽吸管线14和过滤系统15的流动路径。
一旦可移动件11由燃料组件3推动到接合位置，在可移动件上的窗口111就与在固定外部件13上的抽吸窗口132对准。到池的流动路径被关闭，而到抽吸管线14的新流动路径打开，如图2中所示，从而到过滤系统15的流动路径被打开。过滤系统15可以包括一个泵151和带有可更换过滤器筒的一个或多个过滤器152。当燃料组件3被定位在清洁腔室1内从而到过滤系统15的流动路径是打开的时，如图2中所示，泵151从腔室1通过抽吸窗口131抽出水。水流入过滤器152，由此从水中分离原始积垢。
图6表示带有两个清洁腔室21和22的组件。每个腔室21和22具有可操作地与分流器组件10相连接的抽吸管线14，如图1和2中所示。抽吸管线14这样连接，从而单条抽吸管线141从腔室21和22延伸到过滤系统15。设想两个或多个腔室能可操作地与抽吸管线141和单个过滤系统15相连接。在两个清洁腔室中的流量分流器都处于旁通配置中(即，两个清洁腔室都是空的(例如图1和5))的情况下，在共用抽吸管线与池之间的压差将变得大得足以克服用来保持清洁腔室的至少一个的可移动件11处于旁通位置中的弹簧组件12的弹簧力。在这种情况下，对应的流量分流器10将向下移动，允许到共用抽吸管线141的某种流动。抽吸管线141最好是柔性软管，但认为刚性管也在本发明的范围内。这保持防止抽吸气蚀的一个安全最小净正抽吸压头(NPSH)。
按照本发明，设想可以采用具有一个分流器组件10的一个或多个超声波清洁腔室1，如在图6中表示的一对清洁腔室21和22。腔室21和22具有与在图1和2中表示的腔室1相同的构造。腔室21和22安装在底板23上，当希望清洁时，底板23可以位于燃料池中。当清洁腔室21是空的时，流量分流器组件10起作用，以堵塞来自过滤系统15的抽吸流动，强迫抽吸流动通过相对的清洁腔室22。当在清洁腔室中有燃料组件3时，流量分流器组件10仅向清洁腔室21或22提供抽吸，如图2中所示。
尽管联系当前认为是最实际和优选的实施例已经描述了本发明，但要理解，本发明不限于公开的实施例和元件，而是相反，本发明打算覆盖包括在附属权利要求书的精神和范围内的各种修改、特征的组合、等效排列、及等效元件。尽管联系超声波清洁器已经描述了分流器组件10，但能设想分流器组件10可以用在其它清洁装置中。而且，可以设想分流器组件10用在清洁之外的其它用途中，在这些用途中希望提供无源流量控制。而且，在图上出现的各种元件的特征的尺寸不是限制性的，其中元件的尺寸可以与这里在图中描绘的尺寸不同。因而，打算本发明覆盖本发明的修改和变更，条件是这些修改和变更在附属权利要求书和其等效文件的范围内。

Claims (24)

1.一种用于受辐射核燃料组件的改进超声波清洁器组件，包括：
壳体组件，用来容纳一个核燃料组件，其中，壳体组件包括其中的流体；
过滤器和泵组件，用来在预定时刻抽取和过滤来自壳体组件的流体；及
流量分流器组件，可操作地与所述壳体组件相连接，用来在燃料池与到过滤器和泵组件的抽吸管线之间切换一条流动路径，其中，流量分流器组件在处于旁通位置中时建立与燃料池的流动路径，并且流量分流器组件在处于接合位置中时与到过滤器和泵组件的抽吸管线建立流动路径；
其中，流量分流器组件包括在旁通位置与接合位置之间可动的可移动件。
2.根据权利要求1所述的超声波清洁器组件，其中，流量分流器组件包括固定的外部件，其中，所述可移动件被弹簧偏压，且其中可移动件可在固定的外部件内于旁通位置与接合位置之间移动。
3.根据权利要求2所述的超声波清洁器组件，其中，弹簧偏压的可移动件响应由燃料组件施加的力从旁通位置运动到接合位置。
4.根据权利要求2所述的超声波清洁器组件，其中，固定的外部件具有在其中形成的至少一个旁通位置窗口和在其中形成的至少一个接合位置窗口，
其中，弹簧偏压的可移动件具有在其中形成的至少一个窗口，及
其中，当可移动件处于旁通位置时，所述至少一个窗口与所述至少一个旁通位置窗口对准，而当可移动件处于接合位置时，所述至少一个窗口与所述至少一个接合位置窗口对准。
5.根据权利要求1所述的超声波清洁器组件，其中，流量分流器组件定位在壳体组件内。
6.一种改进的超声波清洁器组件，包括：
第一壳体组件，用来容纳第一核燃料组件，其中，所述第一壳体组件包含流体；
第二壳体组件，用来容纳第二核燃料组件，其中第二壳体组件包含所述流体；
过滤器和泵组件，用来在预定时刻抽取和过滤来自第一壳体组件和第二壳体组件中至少一个的流体；
第一流量分流器组件，该第一流量分流器组件可操作地与所述第一壳体组件相连接，用来在当处于旁通位置时的燃料池与当处于接合位置时的到过滤器和泵组件的抽吸管线之间切换一条流动路径；及
第二流量分流器组件，该第二流量分流器组件可操作地与所述第二壳体组件相连接，用来在当处于旁通位置时的燃料池与当处于接合位置时的到过滤器和泵组件的抽吸管线之间切换一条流动路径；
其中，流量分流器组件包括在旁通位置与接合位置之间可动的可移动件。
7.根据权利要求6所述的超声波清洁器组件，其中，每个流量分流器组件包括固定的外部件，其中每个可移动件被弹簧偏压且其中每个可移动件可在相关的固定的外部件内在旁通位置与接合位置之间移动。
8.根据权利要求7所述的超声波清洁器组件，其中，每个弹簧偏压的可移动件响应由对应燃料组件施加的力从旁通位置运动到接合位置。
9.根据权利要求7所述的超声波清洁器组件，其中，固定的外部件具有在其中形成的至少一个旁通位置窗口和在其中形成的至少一个接合位置窗口，
其中，弹簧偏压的可移动件具有在其中形成的至少一个窗口，及
其中，当可移动件处于旁通位置时，所述至少一个窗口与所述至少一个旁通位置窗口对准，而当可移动件处于接合位置时，所述至少一个窗口与所述至少一个接合位置窗口对准。
10.根据权利要求6所述的超声波清洁器组件，其中，第一流量分流器组件定位在第一壳体组件内，并且第二流量分流器组件定位在第二壳体组件内。
11.根据权利要求6所述的超声波清洁器组件，其中，当两个壳体组件都是空的时，两个流量分流器组件都稍微打开以允许进行一些旁通流动。
12.根据权利要求7所述的超声波清洁器组件，其中，当两个壳体组件都是空的时，两个流量分流器组件都稍微打开以允许进行一些旁通流动。
13.根据权利要求8所述的超声波清洁器组件，其中，当两个壳体组件都是空的时，两个流量分流器组件都稍微打开以允许进行一些旁通流动。
14.根据权利要求9所述的超声波清洁器组件，其中，当两个壳体组件都是空的时，两个流量分流器组件都稍微打开以允许进行一些旁通流动。
15.一种流量分流器组件，包括：
固定的外部件，其中固定的外部件具有在其中形成的至少一个旁通位置窗口和在其中形成的至少一个接合位置窗口；
弹簧偏压的可移动件，其具有在其中形成的至少一个窗口，其中，所述可移动件可在所述固定的外部件内于旁通位置与接合位置之间运动，其中可移动件响应于在该可移动件上负载的施加从旁通位置移动到接合位置，其中当可移动件处于旁通位置时，所述至少一个窗口与所述至少一个旁通位置窗口对准，而当可移动件处于接合位置时，所述至少一个窗口与所述至少一个接合位置窗口对准。
16.根据权利要求15所述的流量分流器组件，其中，弹簧偏压的可移动件响应把物体布置在可移动件上而从旁通位置运动到接合位置。
17.根据权利要求1所述的超声波清洁器组件，其中，当所述流量分流器组件处于所述接合位置时，带有燃料池的所述流动路径关闭。
18.根据权利要求1所述的超声波清洁器组件，其中，当所述流量分流器组件处于所述旁通位置时，带有至所述过滤器和泵组件的抽吸管线的所述流动路径关闭。
19.根据权利要求6所述的超声波清洁器组件，其中，当所述第一流量分流器组件处于所述接合位置时，所述第一流量分流器组件关闭在所述第一壳体组件和所述燃料池之间的流动路径。
20.根据权利要求6所述的超声波清洁器组件，其中，当所述第一流量分流器组件处于所述旁通位置时，所述第一流量分流器组件关闭在所述第一壳体组件与至所述过滤器和泵组件的抽吸管线之间的流动路径。
21.根据权利要求1所述的超声波清洁器组件，其中所述流量分流器组件当处于所述旁通位置时允许流体流过带有所述燃料池的所述流动路径。
22.根据权利要求6所述的超声波清洁器组件，其中所述第一流量分流器组件当处于其旁通位置时允许流体流过带有所述燃料池的所述流动路径。
23.根据权利要求1所述的超声波清洁器组件，其中所述可移动件被弹簧偏压向所述旁通位置。
24.根据权利要求6所述的超声波清洁器组件，其中每一个可移动件被弹簧偏压向所述旁通位置。
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