ES2338415T3 - Vasija de presion de reactor. - Google Patents
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Abstract
Una vasija de presión de reactor para contener conjuntos combustibles nucleares en agua refrigerante, que comprende: un cuerpo de vasija (1) que tiene un reborde de apoyo interno (20), un cabezal superior desmontable (2), estando el cuerpo de la vasija (1) y el cabezal superior (2) provistos cada uno de bridas de cooperación, un conjunto de barrilete del núcleo (9) que tiene una brida (22) apoyada en el reborde de apoyo interno (20) para sostener los conjuntos combustibles, teniendo la brida del conjunto de barrilete del núcleo (22) orificios de flujo del refrigerante (24) que se extienden entre una superficie de brida inferior (26) y una superficie de brida superior (28), una placa de apoyo superior (11) que tiene una brida (32) dispuesta sobre la superficie superior (28) de la brida del conjunto de barrilete del núcleo (22), con un espacio formado entre las bridas (22, 32), teniendo la brida de la placa de apoyo superior (32) orificios de flujo del refrigerante (34) que se extienden entre su superficie inferior (36) y su superficie superior (38), caracterizada porque los orificios de flujo del refrigerante (24) en la brida del conjunto de barrilete del núcleo (22) están alineados de tal modo que están directamente bajo los orificios de flujo del refrigerante (34) en la brida del conjunto de apoyo superior (32), y porque el área transversal de cada orificio de flujo del refrigerante de la brida del conjunto de barrilete del núcleo (24) es más pequeño que el área transversal del orificio de flujo del refrigerante de la brida de la placa de apoyo superior alineada (34).
Description
Vasija de presión de reactor.
La presente invención se refiere a vasijas a
presión de reactor (RPV) en reactores nucleares de agua presurizada
(PWR). Se refiere particularmente a las RPV en las que una pequeña
fracción de agua refrigerante de entrada es desviada del
refrigerante principal con el fin de refrigerar los cabezales de la
RPV.
Un PWR generalmente incluye un bucle cerrado de
agua refrigerante presurizada para transferir energía calorífica
desde los conjuntos combustibles en la región del núcleo de una RPV
a un sistema de agua secundario empleado para generar vapor. El
bucle cerrado opera a presiones de hasta aproximadamente 15,513406 x
10^{6} Pa o más y a temperaturas de hasta aproximadamente 343ºC o
más. El agua refrigerante puede ser calentada a 15ºC (por ejemplo,
desde 288ºC hasta aproximadamente 305ºC) en una RPV y a
continuación, una cantidad equivalente puede ser enfriada por el
sistema de agua secundario.
Después de décadas de funcionamiento a
temperatura y presión altas, las superficies de metal humedecidas de
las RPV (que generalmente están fabricadas en acero inoxidable y
aleaciones con base de níquel) contactadas por el agua refrigerante
circulante, experimentan fisuración por corrosión bajo tensión. Un
procedimiento bien reconocido para reducir la susceptibilidad de
los metales a la corrosión bajo tensión es reducir la temperatura
de la superficie de metal humedecida. Las pruebas han demostrado que
los tiempos de inicio de fisuras pueden reducirse
significativamente reduciendo las temperaturas de los cabezales de
la RPV en solo - 12,22ºC.
Por consiguiente, y además de otras
modificaciones termohidráulicas de la RPV, los componentes de la RPV
han sido rediseñados o modificados para desviar agua refrigerante
de entrada relativamente fría fuera de la principal trayectoria de
agua refrigerante y hacia los cabezales de la RPV con el fin de
refrigerar los cabezales de la RPV. De este modo, las RPV pueden
tener orificios de flujo de agua refrigerante realizados en las
bridas de los conjuntos de barrilete del núcleo y conjuntos de
apoyo superior para proporcionar una trayectoria de flujo para el
agua refrigerante de entrada desviada. Véanse las patentes
estadounidenses números 5,325,407 y 4,786,461.
Los inventores han descubierto que, aunque los
patrones de flujo de las patentes estadounidenses números 5,325,407
y 4,786,461 proporcionarán los efectos de refrigeración deseados, el
flujo refrigerante desviado puede no proporcionar el flujo esperado
de agua refrigerante en los cabezales de la RPV en todas las
circunstancias. Específicamente, se ha descubierto que el flujo de
agua refrigerante a través de los orificios en las placas de apoyo
superior puede inducir el agua refrigerante en los cabezales de la
RPV sobre los conjuntos de apoyo superior para gotear hacia atrás
en el espacio entre las bridas y diluir el agua refrigerante
desviada más o menos como una bomba de chorro que aspira el fluido
de alrededor. En una prueba, el factor de pérdidas ("k") de la
ecuación de Bernoulli
Diferencial de
presión = k(velocidad)^{2}/2(constante
gravitacional)
se determinó como 1,6 donde se
empleó un factor de pérdidas de 1,1 en el diseño de los
orificios.
De este modo, la cantidad de flujo desviado de
agua refrigerante en el cabezal de la RPV y su temperatura pueden
no ser suficientes para enfriar el cabezal de acuerdo con el
diseño.
\vskip1.000000\baselineskip
Por lo tanto, un objeto de la presente invención
es proporcionar un diseño mejorado de la RPV para controlar el
flujo de agua refrigerante desviada en los cabezales de la RPV. Es
otro objeto de la presente invención reducir la susceptibilidad de
la fuga de agua refrigerante desde la región del cabezal de la RPV
hacia atrás al espacio entre las bridas del conjunto de apoyo de
barrilete del núcleo y las bridas del conjunto de apoyo
superior.
Se ha descubierto que los objetos anteriores
pueden obtenerse en una vasija a presión del reactor (RPV) para
contener conjuntos combustibles nucleares en agua refrigerante
proporcionando: la configuración desvelada en la reivindicación
1.
Ventajosamente, los tamaños relativos de los
orificios alineados en las bridas pueden ser diseñados en las RPV
para controlar mejor el agua refrigerante de entrada que es desviada
desde la corriente principal y para reducir la fuga de
contraflujo.
Se advertirán otros objetos adicionales de la
presente invención a partir de la siguiente descripción detallada y
de los dibujos y reivindicaciones adjuntas.
\newpage
La figura 1 es una vista isométrica,
parcialmente en sección, de una típica vasija de presión del reactor
(RPV).
La figura 2 es una vista en sección fragmentada
ampliada de la RPV tomada en el soporte mostrado en la figura
1.
La figura 3 es una vista en sección fragmentada
ampliada de la RPV tomada en el soporte mostrado en la figura
1.
La figura 4 es una vista de sección fragmentada
ampliada de la RPV tomada en el soporte mostrado en la figura
1.
La figura 1 ilustra generalmente los diversos
componentes de una vasija de presión del reactor (RPV) en un
reactor de agua presurizada (PWR) para el que es aplicable la
presente invención. El RPV está compuesto generalmente por un
cuerpo de válvula de presión de acero cilíndrico 1 que tiene un
cabezal superior desmontable 2, cada uno provisto de bridas de
cooperación que pueden ser atornilladas con fuerza mediante una
pluralidad de pernos 3 y tuercas 3 cuando el PWR está en
funcionamiento. El cabezal superior desmontable 2 tiene una
pluralidad de tubos de penetración 5 para acomodar los mecanismos
de accionamiento de la varilla de control 6 o para funcionar como
puertos de instrumentación para termopares u otra instrumentación de
control. La susceptibilidad de estas penetraciones 5 a la
fisuración por corrosión bajo tensión puede reducirse disminuyendo
su temperatura todo lo posible de manera razonable. Un
procedimiento para reducir su temperatura es disminuir la
temperatura del agua refrigerante en las cercanías de las
penetraciones.
El cuerpo de la vasija 1 tiene al menos una
boquilla de entrada de agua refrigerante 7, al menos una boquilla
de salida de agua refrigerante 8, y un conjunto de barrilete del
núcleo cilíndrico 9 para sostener los conjuntos combustibles 10 en
la región del núcleo de la RPV. El agua refrigerante generalmente
entra en el cuerpo de la vasija 1 a través de la boquilla de
entrada 7 y fluye en sentido descendente hacia el anillo entre el
conjunto de barrilete del núcleo 9 y la pared interior del cuerpo
de la vasija 1. Entonces, el agua refrigerante vuelve en sentido
ascendente en la parte inferior del cuerpo de la vasija de presión 1
y fluye en sentido ascendente a través de los conjuntos
combustibles 10, una placa de apoyo del núcleo 12 y hacia fuera del
cuerpo de la vasija 1 a través de la boquilla de salida 8 a un
generador de vapor (no mostrado).
El cuerpo de la vasija 1 también tiene un
conjunto de apoyo superior que incluye una placa de apoyo superior
11 para sostener los mecanismos de accionamiento de la varilla de
control 6 y tubos de guía de la varilla de control 13 para guiar
los mecanismos de accionamiento de la varilla de control 6. El
conjunto de apoyo superior también está diseñado para permitir que
el agua refrigerante circule entre la región del cabezal de la RPV
y la región sobre los conjuntos combustibles 10 con el fin de
enfriar el cabezal 2 de la RPV y sus penetraciones. En un patrón de
flujo deseado para enfriar el cabezal 2 de la RPV, el agua
refrigerante desviada fluye desde la boquilla de entrada 7 de la
RPV, a través de los orificios en las bridas del conjunto de
barrilete del núcleo 9 (mostrado en las figuras
2-4) y la placa de apoyo superior 11, en el cabezal
2 de la RPV, en sentido descendente a través de los espacios de
flujo en el conjunto de apoyo superior, y a continuación en la
región sobre los conjuntos combustibles 10.
La figura 2 muestra generalmente una primera
realización preferente de la presente invención. Esta figura
muestra generalmente la región de la RPV donde el conjunto de apoyo
de barrilete del núcleo 9 y la placa de apoyo superior 11 están
sostenidos por el cuerpo de la vasija 1. El cuerpo de la vasija 1
tiene un reborde de apoyo interno 20 que sostiene una brida del
conjunto de barrilete del núcleo 22. La brida 22 tiene orificios
(representados por el orificio 24) que se extienden desde una
superficie inferior 26 a una superficie superior 28. La placa de
apoyo superior 11 tiene una brida 32. La brida de la placa de apoyo
superior 32 tiene orificios (representados por el orificio 34) que
se extienden desde una superficie inferior 36 a una superficie
superior 38. Significativamente, en la presente invención, los
orificios en las bridas 22 y 32 están alineados de tal modo que el
orificio 24 en la brida de conjunto de barrilete del núcleo 22 está
directamente bajo el orificio 34 en la brida del conjunto de apoyo
superior 32. Puede disponerse un muelle 40 entre la brida del
conjunto de barrilete del núcleo 22 y la brida del conjunto de
apoyo superior 32 para apoyar el conjunto de apoyo superior 11 en
el conjunto de barrilete del núcleo 9.
Como se muestra en la figura 2, las áreas
transversales de los orificios alineados en las bridas 22 y 32 de
la figura 2 (es decir, las áreas tomadas en paralelo a las
superficies superiores e inferiores) son diferentes entre sí, lo
que permite al diseñador de la RPV diseñar selectivamente las caídas
de presión y las velocidades del agua refrigerante que fluye a
través de los orificios 24 y 34 desde la región RPV anular 42
comunicándose con la boquilla de entrada de refrigerante 7 en la
región de la RPV 44 en el cabezal de la RPV 2.
Preferentemente, los orificios 34 son mayores en
diámetro (y por lo tanto, tienen una sección transversal mayor) que
los orificios alineados 24 para reducir la velocidad relativa del
agua refrigerante y por lo tanto, el arrastre de agua refrigerante
goteando alrededor de la periferia 36 de la brida de la placa de
apoyo superior 32.
Como también se muestra en la figura 2, los
orificios 24 y 34 tienen flancos sustancialmente verticales de modo
que las áreas transversales dentro de los orificios son constantes.
En una aplicación de la presente invención, los diámetros de los
orificios 24 miden aproximadamente 57 mm y los diámetros de los
orificios 34 miden aproximadamente 83 mm. En otras realizaciones de
la presente invención, los flancos de unos orificios 24 y/o de los
otros orificios 34 pueden estar inclinados. De este modo, los
orificios 24 y 34 pueden divergir de tal modo que las áreas de
orificio transversales en las superficies inferiores 26 y 36 son más
pequeñas que las áreas del orificio transversales en las
superficies 28 y 38. Ventajosamente, este diseño tenderá a reducir
la caída de presión de expansión del agua refrigerante a medida que
fluye desde las bridas 22 y 32. En otras realizaciones de la
presente invención, los orificios 24 y 34 pueden ser ranuras
alargadas en lugar de circulares.
Las realizaciones mostradas en las figuras 3 y 4
no forman parte de la presente invención.
La figura 3 ilustra una segunda realización de
la presente invención en una RPV ajustada que tiene orificios de
elevación roscados internamente 52 para recibir los extremos
roscados de los brazos elevadores (no mostrados), que se emplean
para transferir el conjunto de barrilete del núcleo 9 en la RPV. Las
placas de cubierta 54 que bloquean los orificios de elevación 52 se
sueldan a la superficie inferior 26 de la brida del conjunto de
envoltura del núcleo 22 en el momento de fabricación con el fin
específico de evitar el flujo de agua refrigerante. Los orificios
de elevación 52 están generalmente alineados con los orificios 56 en
la brida de la placa de apoyo superior 32, cuyos orificios 52 y 56
pueden tener las mismas o diferentes secciones transversales. En
esta realización de la presente invención, los orificios 58 están
perforados en las placas de cubierta 54, cuyos orificios 58 tienen
un área transversal diferente que el área transversal de los
orificios alienados 56 en la brida del conjunto de apoyo superior
32. Como se muestra en la figura 3, los orificios 56 en las bridas
de la placa de apoyo superior 32 son más grandes que los orificios
58 en las placas de cubierta 54. Ventajosamente, el flujo de agua
refrigerante puede ser controlado por las áreas transversales
relativas de estos orificios en combinación con la configuración
roscada de los flancos de los orificios de elevación de la brida
del conjunto de barrilete del núcleo 52.
La figura 4 ilustra una tercera realización de
la presente invención en una RPV ajustada que tiene una brida del
conjunto de barrilete del núcleo 22 y una brida de la placa de apoyo
superior 32 con orificios alineados 62 y 64, respectivamente. Los
orificios 62 y 64 pueden tener las mismas o diferentes secciones
transversales. Como se muestra, las boquillas de escape 66 (o
boquillas divergentes) se insertan en los orificios 64 en las
bridas de la placa de apoyo superior 32. Preferentemente, cada
boquilla de escape 66 tiene uno o más puertos de salida 68 con un
área de flujo total que es diferente del área transversal del
orificio alineado en la brida del conjunto de barrilete del núcleo
22. Preferentemente, el área de flujo del puerto de salida 68 es
suficiente para reducir el flujo de agua refrigerante hasta
aproximadamente el 25% del flujo a través del orificio 62 en la
brida del conjunto de barrilete del núcleo 22. Además de controlar
las velocidades y las caídas de presión, las boquillas de escape 66
descargan el agua refrigerante sobre la superficie inferior del
cabezal de la RPV 2.
Aunque se han mostrado y descrito las
realizaciones actuales preferentes de la presente invención, ha de
entenderse que la invención puede realizarse de otros modos
diversos dentro del alcance de las siguientes reivindicaciones de
la invención.
Claims (4)
1. Una vasija de presión de reactor para
contener conjuntos combustibles nucleares en agua refrigerante, que
comprende:
un cuerpo de vasija (1) que tiene un reborde de
apoyo interno (20),
un cabezal superior desmontable (2), estando el
cuerpo de la vasija (1) y el cabezal superior (2) provistos cada uno
de bridas de cooperación,
un conjunto de barrilete del núcleo (9) que
tiene una brida (22) apoyada en el reborde de apoyo interno (20)
para sostener los conjuntos combustibles, teniendo la brida del
conjunto de barrilete del núcleo (22) orificios de flujo del
refrigerante (24) que se extienden entre una superficie de brida
inferior (26) y una superficie de brida superior (28),
una placa de apoyo superior (11) que tiene una
brida (32) dispuesta sobre la superficie superior (28) de la brida
del conjunto de barrilete del núcleo (22), con un espacio formado
entre las bridas (22, 32), teniendo la brida de la placa de apoyo
superior (32) orificios de flujo del refrigerante (34) que se
extienden entre su superficie inferior (36) y su superficie
superior (38),
caracterizada porque los orificios de
flujo del refrigerante (24) en la brida del conjunto de barrilete
del núcleo (22) están alineados de tal modo que están directamente
bajo los orificios de flujo del refrigerante (34) en la brida del
conjunto de apoyo superior (32), y porque el área transversal de
cada orificio de flujo del refrigerante de la brida del conjunto de
barrilete del núcleo (24) es más pequeño que el área transversal
del orificio de flujo del refrigerante de la brida de la placa de
apoyo superior alineada (34).
2. La vasija de presión del reactor de la
reivindicación 1, en la que el área transversal de cada orificio de
flujo del refrigerante (24) en la brida del conjunto de barrilete
del núcleo (22) varía de tal modo que es menor en la superficie de
la brida inferior (26) que en la superficie de la brida superior
(28).
3. La vasija de presión del reactor de la
reivindicación 1, en la que el área transversal de cada orificio de
flujo de refrigeración (34) en la brida de la placa de apoyo
superior (32) varía de tal modo que es menor en la superficie de la
brida inferior (36) que en la superficie de la brida superior
(38).
4. La vasija de presión del reactor de la
reivindicación 1, en la que el diámetro de cada orificio de flujo
de refrigeración (34) en la brida de la placa de soporte (32) mide
83 mm y el diámetro de cada orificio de flujo de refrigeración (24)
en la brida del conjunto de barrilete del núcleo (22) mide 57
mm.
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