CN1716457A - 用于减轻核反应堆部件中的振动的方法和设备 - Google Patents

Abstract

提供一种通过去除振动能量而减轻所述反应堆部件中的振动的装置。为了减轻所述部件中的振动，操作连接到所述部件上的并且包括磁体(340)的装置在导电柱体(330)内可被致动。这种致动可产生一个或多个涡电流，所述涡电流提供用于从部件中去除振动能量的减振功能，从而改变部件的振动特征。

Description

用于减轻核反应堆部件中的振动的方法和设备

技术领域

本发明主要涉及一种用于核反应堆部件的减振装置，并且涉及一种用于减轻核反应堆部件中的振动的方法。

背景技术

沸水反应堆(BWRs)已出现作为一种可靠类型的用于产生电能的核反应堆。然而，一些沸水反应堆在其不同部件中已发生过开裂。一种对沸水反应堆中的部件开裂起作用的因素可能是由于高周疲劳造成的。典型地，在装填单个燃料堆芯后，沸水反应堆可工作约一至两年。在设定周期(通常所说的能量循环或燃料循环)结束后，大约1/4-1/2的反应性最小的燃料(用时最长的或最高程度燃烧过的)从反应堆中可被排出。可构成相当高周次的循环次数可依沸水反应堆的不同而不同，其它可能影响循环时间的因素，例如设计、工作条件等。

高周疲劳可例如由相当高的声频，例如频率高于100赫兹，和/或相当低频率的振动，例如频率低于100赫兹而造成。应理解构成高声频和/或低声频的频率可基于应用而改变。沸水反应堆中的振幅可直接影响或加重高周疲劳，而高周疲劳进而会造成沸水反应堆部件的开裂。沸水反应堆部件在沸水反应堆中受到的振幅与所述部件中的应力直接成比例。沸水反应堆中的高振幅可导致产生高应力，所述高应力可导致沸水反应堆部件的开裂。

图1是一幅剖视图，图中示出了沸水反应堆中的常规反应堆压力容器(RPV)的上部。通常，且参照图1，沸水反应堆可包括一个直立的反应堆压力容器10，所述反应堆压力容器包括下部反应堆堆芯结构，在所述堆芯结构下面是控制棒驱动机构(为清楚起见图中未示出)。在堆芯上面可以是通向蒸汽出口35的蒸汽分离器组件25和蒸汽干燥器组件30。蒸汽分离器组件25或蒸汽干燥器组件30中的一个或多个反应堆部件由于前述高周疲劳产生的应力而导致振幅增大，从而可产生振动。这样一来可加速反应堆部件的开裂。

发明内容

本发明的一种典型实施方式针对一种用于减轻核反应堆部件中的振动的装置。该装置可包括弹簧机构和附接到所述弹簧机构上的块体。所述弹簧机构和块体相互间操作接合，以便减小部件中的振动效应。

本发明的另一种典型实施方式针对一种用于减轻核反应堆部件中的振动的方法。操作连接到所述部件上的并且包括磁体和导电柱体的装置可被致动。这种致动可产生一个或多个涡电流，所述涡电流提供用于从部件中去除振动能量的减振功能(damping function)。

附图说明

通过下面给出的详细说明和附图，能够更加全面地理解本发明的典型实施方式。所述附图仅以示例性的方式给出，且其中相似的附图标记在不同附图中表示相应的部件，其中：

图1是示出了沸水反应堆中的常规反应堆压力容器(RPV)的上部的剖视图，

图2A和2B示出了根据本发明的一种典型实施方式的减振装置(VMD)，

图3示出了根据本发明的另一种典型实施方式的减振装置(VMD)，和

图4是用于比较原始固有频率和通过本发明的典型实施方式引入的经过衰减(damped)的固有频率的曲线图。

具体实施方式

图2A和2B示出了根据本发明的一种典型实施方式的减振装置(VMD)。图2A是VMD200的横断面视图，且图2B是VMD200的分解视图。VMD200可被操作地附接到或连接到沸水反应堆内的反应堆部件，例如蒸汽干燥器组件30中的部件上。如图所示，VMD200可包括隔声屏210。隔声屏210中可含有不锈钢和/或适于沸水反应堆环境的任何其它材料。可设置隔声屏210以减小可激发音室模式(acousticroom mode)的涡流。

例如，隔声屏210可被构造以提供相对平稳的蒸汽流通过VMD200。该平稳的蒸汽流可有助于避免和/或有可能防止在蒸汽干燥器组件30的蒸汽压室(steamn plenum)中，音室模式，也可被称作声腔模式，受到激发，所述蒸汽压室可位于部件附近。VMD200被附接到例如如图2A所示的蒸汽干燥器组件30中的部件表面30A上。

音室模式是一种声学驻波模式。当在接近声频的频率下涡流穿过声腔口(mnouth of cavity)时，音室模式可得到激发。当与构件相接触的流体边界层横穿过所述声腔时，可产生涡流。与构件相接触的一部分流体可移动得慢于不与构件相接触的一部分流体。在这些部分之间存在的速度差能够产生环流，结果产生涡流。当涡流穿过声腔口时，音室模式可得到激发。受激发的音室模式可增大部件中的振动能量。因此，隔声屏210能够促进相对平稳的蒸汽流穿过VMD200，从而避免和/或有可能阻止在附接有VMD200的部件中前述音室模式受到激发。

VMD200可包括顶部端盖220和底部端盖260。端盖220和260能够提供一种可附接有弹簧机构232的结构。底板270可提供对VMD200的支承并且可被附接到或者紧固到蒸汽干燥器，如部件表面30A上。端盖220，260和底板270中例如可含有不锈钢和/或适于沸水反应堆环境的任何其它材料。

VMD200可进一步包括带有邻近永磁体240的不导电柱体230。永磁体240中例如可含有铝镍钴永磁合金、钐钴合金、陶瓷和/或任何其它磁性材料。弹簧机构232可具体为卷簧，和/或可包括由附接到导电堆芯250上的悬臂粱给出的弹力。导电堆芯250中可含有钢、铜和/或任何具有导电性质的材料。

在一个实例中，不导电柱体230相对于隔声屏210、顶部端盖220、底部端盖260、邻近永磁体240和VMD200的底板270可以是固定不动的。另一种选择是，导电堆芯250可随弹簧机构232进行振动。弹簧机构232可被附接，使得第一弹簧335连接导电堆芯250和顶部端盖220，而第二弹簧245连接导电堆芯250和底部端盖260。

例如，导电堆芯250可相对于带有邻近永磁体240的不导电柱体230随弹簧机构进行振动，使得在导电堆芯250中引发涡电流。随着移动的磁场而产生涡电流。该移动的磁场可在导电体中感生出电压。该感生出的电压与感生电流成比例，所述感生电流为涡电流。导电堆芯250的材料电阻可将涡电流转变成热量。当涡电流通过具有材料电阻的物体时产生热量。

因此，导电堆芯250中的涡电流产生磁场，所述磁场起到对导电堆芯250的振动运动形成阻力的作用。该阻力可由此减小由连接有VMD200的部件产生的潜在的振动效应。

图3示出了根据本发明的另一种典型实施方式的减振装置(VMD)。其中多个部件在本质上与图2所示部件大体上相类似。例如，VMD300可包括含有不锈钢和/或适于沸水反应堆环境的任何其它材料的隔声屏310。如以上所述，设置隔声屏210以减小可激发音室模式的涡流。

VMD300可包括顶部端盖320和底部端盖350，所述端盖320和350上能够附接有弹簧机构332。含有不锈钢和/或适于沸水反应堆360环境的任何其它材料的底板可提供对VMD300的支承并且可被附接到或者紧固到蒸汽干燥器上。弹簧机构332可具体为卷簧，和/或可包括由附接到磁性堆芯340上的悬臂梁给出的弹力。磁性堆芯340中例如可含有铝镍钴永磁合金、钐钴合金、陶瓷和/或任何其它磁性材料。

导电柱体330相对于隔声屏310、顶部端盖320、底部端盖350、和VMD300的底板360可以是固定不动的。导电柱体330中可含有钢、铜和/或任何其它具有导电性质的材料。另一种选择是，磁性堆芯340可随弹簧机构332进行振动。弹簧机构332可被附接，使得第一弹簧335连接磁性堆芯340和顶部端盖320，而第二弹簧345连接磁性堆芯340和底部端盖350。

磁性堆芯340可相对于导电柱体330随弹簧机构进行振动，使得在导电柱体330中引发涡电流。导电柱体330的材料电阻可将涡电流转变成热量，如上面所述。导电柱体330中的涡电流可产生磁场，所述磁场可起到对磁性堆芯340的振动运动形成阻力的作用。由此减小由连接有VMD300的部件产生的潜在的振动效应。

系统设计员可以改变VMD200/300的组成部件的一个、多个和/或全部外形尺寸，致力于获得所需结果。例如增大永磁体240(或磁性堆芯340)的磁通量可通过增大阻尼因子而减小频率响应的振幅，而减小永磁体240/磁性堆芯340的磁通量可通过减小阻尼因子而增大频率响应的振幅。在另一个实例中，增大永磁体240和导电堆芯250(或磁性堆芯340和导电柱体330)之间的距离可通过减小阻尼因子而增大频率响应的振幅。减小该距离可通过增大阻尼因子而减小频率响应的振幅。

在另一个实例中，增大导电堆芯250(或导电柱体330)的质量可增大新衰减的固有频率之间的频差，而减小导电堆芯250/柱体330的质量可减小新衰减的固有频率之间的频差。在另一个实例中，改变弹簧机构232或332的刚度能够改变新产生的衰减的固有频率的大小。

根据该典型实施方式，VMD200/300可感生出两个新衰减的固有频率，代替原始固有频率。附接到VMD200/300上的弹簧机构可感生出两个新衰减的固有频率。所述新衰减的固有频率中的一个可具有低于原始固有频率的频率，并且另一个可具有高于原始固有频率的频率。另外，所述两个新衰减的固有频率中的每一个可具有小于原始固有频率的振幅的振幅。因此，由于VMD200/300通过减振提供了原始固有频率的振幅减小，并且所述两个新衰减的固有频率的振幅小于原始固有频率的振幅，因此构造有VMD200/300的部件的所述频率响应的最大振幅可减小。

图4是用于比较原始固有频率和通过本发明的典型实施方式引入的经过衰减的固有频率的曲线图。该曲线图示出了无量纲频率(non-dimensional frequency)与频率响应的放大倍数之间的函数关系，所述频率响应的放大倍数表示带有和不带有VMD的核反应堆的振动频率响应。

如图4所示，原始固有频率400具有在“y”轴频率为“1”时达到“x”轴顶部的峰值。相比之下，通过向反应堆部件施加VMD200/300而引入的两个经过衰减的固有频率410和420的峰值可在高于和低于原始固有频率的频率处达到，且进一步地，与原始固有频率400的振幅相比，振幅减小。因此，原始固有频率400的振幅已通过减振而减小，并且所述两个新衰减的固有频率410和420的振幅小于原始固有频率400的振幅，因此构造有VMD200/300的部件的所述频率响应的最大振幅已被减小。

由此通过对本发明的典型实施方式的描述，明显的是可存在多种变化。例如，VMD可应用于除蒸汽干燥器组件外的反应堆部件，例如喷射泵组件。结合图1，所述喷射泵组件可通过立管支架(riser btace)而被附接到沸水反应堆上。该立管支架可发生类似于蒸汽干燥器组件的开裂。上述VMD可类似地被附接到支承所述喷射泵组件的立管支架上，致力于防止发生开裂。VMD200/300还可适用于例如使用了调谐质量阻尼器的任何系统。这些变化不被视为偏离本发明的典型实施方式的精神和范围，并且对于本领域的技术人员来说是明显的所有这些变型旨在被包括在以下技术方案的范围内。

部件列表

10    反应堆压力容器

25    蒸汽分离器组件

30    蒸汽干燥器组件

30A   底板

35    蒸汽出口

200   减振装置

210   隔声屏

220   顶部端盖

230   不导电柱体

232   弹簧机构

235   第一弹簧

240   永磁体

245   第二弹簧

250   导电堆芯

260   底部端盖

300   减振装置

310   隔声屏

320   顶部端盖

330   导电柱体

332   弹簧机构

335   第一弹簧

340   磁性堆芯

345   第二弹簧

350   底部端盖

Claims (10)

1、一种操作地附接到核反应堆部件上的用于减轻所述部件中的振动的装置，包括：

弹簧机构(232)；和

附接到所述弹簧机构(232)上的块体，所述弹簧机构(232)和块体相互间操作接合，以便减小部件中的振动效应。

2、根据权利要求1所述的装置，其中所述弹簧机构(232)和块体相互间共同作用，以便通过引入用于去除部件中的振动能量的减振功能而调节部件的振动特征。

3、根据权利要求1所述的装置，其中所述块体包含导电材料；并且块体和弹簧机构(232)之间的相互作用提供了减振功能，其具体表现为与导电材料中的涡电流相关联的电阻功率损耗。

4、根据权利要求1所述的装置，进一步包括被构造以使得相对恒定的蒸汽流能够穿过装置的隔声屏(210)。

5、根据权利要求1所述的装置，其中所述部件为沸水反应堆蒸汽干燥器(30)中的部件。

6、根据权利要求1所述的装置，其中所述块体为永磁体(240)。

7、一种用于减轻核反应堆内部件中的振动的方法，包括以下步骤：

致动包括导电柱体(330)内的磁体(340)的装置，所述装置操作附接到所述部件上，从而可产生一个或多个涡电流，所述涡电流提供用于从部件中去除振动能量的减振功能。

8、根据权利要求7所述的方法，其中所述导电柱体(330)是固定不动的并且磁体(340)在弹簧(335，345)上振动。

9、一种操作地附接到核反应堆部件上的用于减轻所述部件中的振动的装置，包括：

适于在弹簧(235，245)上振动的导电堆芯(250)；和

邻近不导电柱体(230)的磁体(240)；

其特征在于，导电堆芯(250)的振动产生了适于减小部件中的振动效应的涡电流。

10、根据权利要求9所述的装置，其中所述涡电流调节部件的振动特征并且表现出用于去除部件中的振动能量的减振功能。

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