ES2425963T3 - Elemento cobertor para el núcleo de un reactor de agua en ebullición - Google Patents

Elemento cobertor para el núcleo de un reactor de agua en ebullición Download PDF

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Abstract

Reactor de agua en ebullición con un núcleo del reactor dispuesto dentro de una vasija a presión del reactor, que enel estado de funcionamiento está cerrado hacia arriba por un elemento cobertor (2) que se puede retirar con fines demantenimiento y está dispuesto dentro de la vasija a presión del reactor, en el que el elemento cobertor (2) está compuesto de una cubierta del núcleo (3) y un anillo de apoyo (6) separado, la cubierta del núcleo (3) descansa sobre el anillo de apoyo (6), la cubierta del núcleo (3) y el anillo de apoyo (6) son respectivamente piezas forjadas monolíticas, el anillo de apoyo (6) está conectado en arrastre de fuerza y/o en arrastre de forma con la cubierta delnúcleo (3), de modo que el elemento cobertor (2) se puede desmontar como una unidad en el núcleo del reactor en caso de trabajosde mantenimiento.

Description

Elemento cobertor para el núcleo de un reactor de agua en ebullición
La invención se refiere a un elemento cobertor para el núcleo del reactor de una instalación nuclear. Además, se refiere a un reactor nuclear que presenta un elemento cobertor semejante. Dispositivos similares se muestran en los documentos US3711371 y DE 1564783.
Los reactores de agua en ebullición presentan una vasija a presión del reactor llena de agua de refrigeración, en la que está dispuesto el núcleo del reactor formado a partir de elementos combustibles. El núcleo del reactor está circundado lateralmente de forma habitual por una envolvente cilíndrica del núcleo. Los elementos combustibles están mantenidos en una así denominada reja del núcleo que está dispuesta en el extremo superior de la envolvente del núcleo. El núcleo del reactor está cerrado hacia arriba con una cubierta del núcleo en general en forma de calota o semiesfera. En la cubierta del núcleo está dispuesto un número de aberturas de paso. Durante el funcionamiento del reactor nuclear, el agua de refrigeración situada en la vasija a presión del reactor se calienta y evapora parcialmente debido a la reacción nuclear que se desarrolla en el núcleo del reactor. La mezcla de agua y vapor generada de esta manera entra a través de las aberturas de paso en el así denominado tubo vertical conectado aquí del separador de agua y vapor. A continuación se conduce al secador de vapor. Luego el vapor vivo, secado y que está bajo una presión y temperatura elevadas se conduce fuera de la vasija a presión a través de una línea para vapor vivo y se le suministra a una turbina de vapor acoplada a un generador para la generación de energía eléctrica.
La cubierta del núcleo está sujeta habitualmente a requisitos especialmente elevados en cuanto a su resistencia a la presión y estanqueidad. Por ello está realizada en general como pieza forjada monolítica. Para trabajos de mantenimiento en el núcleo del reactor y en particular para un recambio de los elementos combustibles, la cubierta del núcleo debe estar fijada además de forma retirable en la envolvente del núcleo o en la reja del núcleo. Además, a fin de influir de forma ventajosa y estabilizar el flujo de vapor antes de su entrada en el tubo vertical del separador de agua y vapor, entre la cubierta del núcleo y la reja del núcleo está prevista una distancia vertical dimensionada suficientemente grande. Esta distancia se puede conseguir dado que en la coquilla de cubierta en forma de calota de la cubierta del núcleo está conformado un anillo intermedio designado también como anillo de apoyo, estando fijado el anillo intermedio en el estado de funcionamiento del reactor en su borde inferior en la reja del núcleo o en la envolvente cilíndrica del núcleo. No obstante, una realización semejante de la cubierta del núcleo como pieza forjada monolítica es problemática debido a su tamaño y su formación compleja, y está vinculada a elevados costes de fabricación.
La invención tiene por ello el objetivo de especificar un elemento cobertor para el núcleo del reactor de una instalación nuclear, que con las condiciones geométricas predeterminadas y con fabricación todavía sencilla y económica permita un cierre seguro y estanco del núcleo del reactor en el estado de funcionamiento. Además, el elemento cobertor se debe poder desmontar fácilmente en el caso de procesos de mantenimiento o de carga, y en este caso debe ofrecer buenas posibilidades de asido en el núcleo del reactor. Este objetivo se resuelve según la invención por una disposición según la reivindicación 1.
La invención parte en este caso de la consideración de que el elemento cobertor debería estar realizado al menos en dos partes con vistas a un coste de fabricación justificable, estando previstos como partes individuales separadas una cubierta del núcleo con una coquilla de cubierta en forma de una semiesfera (calota) aplanada y un anillo de apoyo conectable exactamente con la cubierta. La conexión entre los dos componentes debería estar hecha de manera que el anillo de apoyo se puede elevar de la vasija a presión del reactor durante el desmontaje de la cubierta del núcleo, por ejemplo, para el cambio del elemento combustible, en una fase de trabajo junto con la cubierta del núcleo, de modo que se produzcan posibilidades de acceso especialmente buenas a los núcleos de reactores con espacios de movimiento correspondientemente elevados.
Básicamente la cubierta del núcleo podría estar soldada con esta finalidad con el anillo de soporte. Pero para ello son necesarios cordones de soldadura muy voluminosos, que están vinculados a trabajos de soldadura que requieren tiempo y suponen costes y, además, presentan posiblemente una elevada propensión a la corrosión. Debido al proceso de soldadura se introduce calor en el material de la cubierta del núcleo y del anillo de apoyo. Esta introducción de calor puede repercutir eventualmente aumentando la propensión del material a la corrosión, en particular a la corrosión interna por fisuras. Un cordón de soldadura entre la cubierta del núcleo y el anillo de apoyo situado por debajo podría estar vinculado por ello para el operador de la central nuclear a un elevado coste de exámenes visuales recurrentes. En lugar de un cordón de soldadura dirigido al anclaje por adherencia para la conexión de los dos componentes, por ello en el concepto aquí presente está previsto una conexión o fijación alternativa, a saber en arrastre de fuerza y/o en arrastre de forma. De esta manera se reduce la propensión a la corrosión, en particular cerca del núcleo con una exposición a la radiación comparablemente elevada, y se baja el coste de control.
Tanto la cubierta del núcleo, como también el anillo de apoyo están realizados respectivamente como piezas forjadas monolíticas, pudiéndose usar en particular materiales austeníticos.
El elemento cobertor está construido de manera que, en la posición de funcionamiento, la cubierta del núcleo descansa
con su borde circular sobre el lado frontal dirigido a ella del anillo de apoyo. En general, es decir, durante el funcionamiento del reactor nuclear, sólo las superficies de asiento frontales del anillo de apoyo se cargan mediante el peso propio de la cubierta del núcleo, así como eventualmente por la presión de apriete de los resortes de retención que actúan sobre el secador de vapor por encima de la cubierta del núcleo. Las fuerzas de sujeción aplicadas desde arriba se conducen así directamente a través de las superficies de asiento hacia abajo hacia el anillo de apoyo, sin cargar en este caso los elementos de conexión previstos para efectuar la conexión en arrastre de fuerza o de forma. Elementos de conexión semejantes sólo deben transferir o proporcionar fuerzas de retención apreciables durante el proceso de montaje o desmontaje de la cubierta del núcleo. También impiden en particular una rotación recíproca de los dos componentes conectados entre sí, por ejemplo, si la cubierta del núcleo se descuelga de nuevo a su posición de funcionamiento sobre la reja del núcleo después de un cambio del elemento combustible, y en este caso se centra.
En una ampliación ventajosa, la cubierta del núcleo comprende una coquilla de cubierta y un anillo de conexión conformado en la coquilla de cubierta, presentando el anillo de conexión y el anillo de apoyo situado por debajo de él en sus extremos dirigidos uno hacia otro respectivamente un rebajo anular, de manera que los dos rebajos están engranados entre sí. En tanto que los rebajos o escalones se asen por detrás mutuamente de la manera descrita, se garantiza un acoplamiento autocentrante de la cubierta del núcleo y anillo de apoyo en la fabricación o montaje del elemento cobertor. El anillo de conexión puede sobresalir en ángulo de la coquilla de cubierta y puede presentar una extensión longitudinal. Pero también es posible integrar el resalto dispuesto en la cubierta del núcleo directamente en el borde de la coquilla de cubierta. Finalmente también puede estar previsto un escalonamiento o dentado múltiple.
Los dos rebajos están adaptados ventajosamente uno a otro en su forma, de manera que el anillo de conexión y el anillo de apoyo están en contacto entre sí sin hendiduras sobre toda la extensión transversal. Mediante un asiento exacto se consigue una elevada estanqueidad de la disposición. Además, las fuerzas de apoyo y sujeción transferidas de la cubierta del núcleo sobre el anillo de apoyo se distribuyen uniformemente sobre toda la superficie presente en sección transversal de los dos componentes conectados entre sí.
En una realización ventajosa se selecciona el decalado lateral de los rebajos, de manera que el rebajo dispuesto en el anillo de apoyo envuelve el rebajo del anillo de conexión desde el exterior y por consiguiente forma un cerco para la parte interior.
Para la conexión fija y duradera de la cubierta del núcleo con el anillo de apoyo está previsto preferentemente un número de pasadores de retención o pernos, estando introducido ventajosamente el pasador de retención o perno correspondiente en un orificio que atraviesa los rebajos del anillo de conexión y del anillo de apoyo. El orificio correspondiente está orientado preferiblemente perpendicularmente al eje del anillo de apoyo, es decir, horizontalmente geodésicamente en la posición de funcionamiento. Según se ha mencionado ya arriba, los pernos sólo deben absorber las fuerzas cuando el elemento cobertor, es decir, la cubierta del núcleo junto con el anillo de apoyo, se eleva de la vasija a presión del reactor o a continuación se inserta de nuevo en ésta. Para ello el elemento cobertor se levanta con un dispositivo tipo grúa que ase en la cubierta del núcleo. El anillo de apoyo “cuelga” entonces de forma consabida de la cubierta del núcleo. Los pernos o pasadores de retención insertados en los orificios se solicitan en este caso predominantemente a cizallamiento.
Las pasadores de retención o pernos están asegurados ventajosamente frente a un desplazamiento, pudiéndose recurrir a medios de aseguramiento convencionales, como por ejemplo pasadores de seguridad o similares. En particular también es posible soldar los pernos de retención para el aseguramiento con la cubierta del núcleo o con el anillo de apoyo.
En una configuración ventajosa adicional, la cubierta del núcleo puede estar conectada en arrastre de fuerza con el anillo de soporte también por un número de tornillos o pernos roscados. En una configuración especialmente preferida el tornillo de fijación o el perno roscado correspondiente pasa a través de la coquilla de cubierta de la cubierta del núcleo y está fijado del lado del anillo de apoyo en una consola de fijación soldada o conformada en el anillo de apoyo. El tornillo de fijación o el perno roscado presenta ventajosamente una rosca exterior. La consola de fijación y eventualmente también la cubierta del núcleo presentan en consecuencia una escotadura provista de una rosca interior correspondiente para el tornillo o el perno roscado. El tornillo o el perno roscado están orientados ventajosamente en paralelo al eje del anillo de apoyo, es decir, verticalmente en la posición de funcionamiento, de modo que al levantar el elemento cobertor aparece una solicitación a tracción de los elementos de conexión. El tornillo de fijación o el perno roscado puede estar asegurado también en su extremo superior del lado de la cubierta por una tuerca o una contratuerca. Adicionalmente puede estar previsto un aseguramiento del tornillo de fijación o del perno roscado mediante una soldadura con la cubierta del núcleo y/o con el anillo de apoyo o con su consola de fijación.
El elemento cobertor se usa convenientemente en un reactor de agua en ebullición y en el estado de funcionamiento cierra allí la vasija a presión del reactor en el extremo superior.
Las ventajas obtenidas con la invención consisten en particular en que dos piezas forjadas a elaborar cada vez de forma comparablemente sencilla se ensamblan en arrastre de fuerza y/o de forma mediante elementos de conexión apropiados formando un elemento cobertor más complejo, que durante los trabajos de mantenimiento en el núcleo del
reactor y en particular en la dotación de la reja del núcleo con los elementos combustibles se puede desmontar como una unidad y en una fase de trabajo. Debido a la conexión producida por arrastre de fuerza y/o de forma entre la cubierta del núcleo y el anillo de apoyo se suprimen los cordones de soldadura voluminosos y propensos a la corrosión, y por consiguiente los trabajos de inspección y reparación recurrentes, relacionados con ello.
Un ejemplo de realización de la invención se explica más en detalle mediante un dibujo. Aquí muestran:
Fig. 1 un detalle de una sección transversal a través de un elemento cobertor para el núcleo del reactor de un reactor de agua en ebullición,
Fig. 2 una realización alternativa del elemento cobertor, y
Fig. 3 una sección transversal a través de la cubierta del núcleo de un elemento cobertor.
Las mismas partes están provistas en todas las figuras de las mismas referencias.
La fig. 1 muestra en parte una sección transversal a través de un elemento cobertor 2 para el núcleo del reactor de un reactor de agua en ebullición, estando representa en la mitad derecha de la figura el detalle marcado en la mitad izquierda de la figura con el circuito a trazos. El elemento cobertor 2 está dispuesto en el interior de una vasija a presión del reactor no representada aquí y en su posición de funcionamiento cierra hacia arriba la zona del núcleo con los elementos combustibles allí situados. El elemento cobertor 2 comprende una cubierta del núcleo 3 con una coquilla de cubierta 4 aplanada, curvada esféricamente y un anillo de apoyo 6 conectado con la coquilla de cubierta 4 y de forma esencialmente cilíndrica. El anillo de apoyo 6 está montado en su borde 8 inferior de forma separable en una reja del núcleo prevista para la recepción de elementos combustibles. La reja del núcleo no se muestra ya que aquí no son interesantes los detalles de la fijación.
Mediante el anillo de apoyo 6 insertado entre la reja del núcleo y la cubierta del núcleo 3 se aumenta la distancia en la dirección longitudinal 10 entre la coquilla de cubierta 4 en forma de cúpula y la zona del núcleo situada por debajo con los elementos combustibles respecto a una realización sin el anillo de apoyo 6. En la cámara de vapor o cámara de mezcla 12 circundada por el anillo de apoyo 6 cilíndrico se puede acumular y homogeneizar la mezcla de agua y vapor que se forma en la vasija a presión del reactor durante el funcionamiento del reactor, antes de que a través de las aberturas de paso 14 dispuestas en la cubierta del núcleo 3 entre en el tubo vertical que se conecta hacia arriba de un separador de agua – vapor no representado aquí. En la cubierta del núcleo 3 está conformada además una brida de conexión 17 anular, en el que está fijada una construcción de apoyo 16 que sirve como asiento para un secador de vapor no representado aquí.
En la coquilla de cubierta 4 de la cubierta del núcleo 3 está conformado un anillo de conexión 18 cilíndrico doblado angularmente hacia abajo, que en su extremo inferior presenta un rebajo 20 anular. Este rebajo 20 está adaptado a un rebajo 22 correspondiente, igualmente anular en el borde superior del anillo de soporte 6 de manera que, observado en la sección transversal, está configurado un engranaje sencillo. Los dos rebajos 20, 22 presentan respectivamente la misma altura de modo que tanto las superficies de asiento 24 interiores, como también las superficies de asiento 26 exteriores decaladas en altura del anillo de apoyo 6 y del anillo de conexión 18 descansan unas sobre otras de forma plana. Las superficies de descanso 24, 26 tienen respectivamente una forma de corona y se sitúan respectivamente en un plano horizontal. El escalonamiento está realizado en ángulo recto, de manera que también las superficies de contacto 28 de los dos rebajos 20, 22 orientadas verticalmente y que configuran una superficie lateral del cilindro están en contacto una con otra sin hendiduras. En este caso los bordes de los rebajos 20, 22 pueden estar ligeramente achaflanados o redondeados. En el ejemplo de realización los dos rebajos 20, 22 poseen la misma anchura de modo que las fuerzas de apoyo están distribuidas uniformemente sobre la corona superior (exterior) y sobre la corona inferior (interior).
Para la conexión y aseguramiento duradero de la disposición, en el ejemplo de realización según la fig. 1 está previsto un número de pernos 30 distribuidos en la dirección periférica alrededor de la forma cilíndrica. Cada uno de los pernos 30 descansa exactamente en una escotadura u orificio 32 correspondiente, que discurre en dirección radial a través de los dos rebajos 20, 22 del anillo de apoyo 6 y del anillo de conexión 18. La longitud del perno 30 correspondiente es algo mayor que la longitud del orificio 32, dada por el espesor total de la pared en esta zona. Para el aseguramiento del perno 30 frente al desplazamiento, éste está soldado en el borde de limitación circular exterior del orificio 32 con el rebajo 20, 22 correspondiente (cordón de seguridad 34).
En el segundo ejemplo de realización según la fig. 2 se modifica la fijación de la cubierta del núcleo 3 en el anillo de apoyo 6, en la medida en que un perno roscado 36 oblongo pasa a través de una escotadura 38 asignada en la coquilla de cubierta 4 de la cubierta del núcleo 3, y en su extremo inferior está retenido en una escotadura 42 provista de una rosca interior en una consola de fijación 44 del anillo de apoyo 6. La consola de fijación 44 que sobresale en el interior del cilindro está soldada con la pared interior del anillo de soporte 6. Pero la consola de fijación 44 también puede estar forjada para evitar los cordones de soldadura. El perno roscado 36 está asegurado mediante una tuerca 48 en su extremo superior que sobresale de la coquilla de cubierta 4. Similar al ejemplo de realización anterior, mediante
la soldadura del perno roscado 36 con la cubierta del núcleo 3 o con la consola de fijación 44 se puede realizar un aseguramiento adicional del perno roscado 36.
En el concepto aquí representado, en particular por motivos estéticos puede ser conveniente prescindir del espesor uniforme habitual hasta ahora de la coquilla de cubierta 4. En lugar de ello, para conseguir una estabilidad y rigidez especialmente elevadas puede ser ventajoso, según se representa en la fig. 3, aumentar de forma continua el espesor de pared de la coquilla de cubierta 4 partiendo del centro hacia fuera. Es decir, el espesor de la coquilla de cubierta 4 es mayor cerca del anillo de conexión 18 cilíndrico que en el centro. Esto puede ser realizado, por ejemplo, porque los puntos centrales de los radios asignados al lado interior 52 y al lado exterior 54 de la coquilla de cubierta 4 están dispuestos de forma excéntrica o decalada a lo largo del eje central 56. Con ello se produce la forma ventajosa representada en la fig. 3 por líneas de puntos de la coquilla de cubierta 4 que se desvía de la realización habitual hasta ahora según las líneas continuas.
Lista de referencias
2
Elemento cobertor
3
Cubierta del núcleo
4
Coquilla de cubierta
6
Anillo de apoyo
8
Borde inferior
10
Dirección longitudinal
12
Cámara de vapor / cámara de mezcla
14
Aberturas de paso
16
Construcción de apoyo
17
Brida de conexión
18
Anillo de conexión
20
Rebajo anular
22
Rebajo anular
24
Superficies de asiento
26
Superficies de asiento
28
Superficies de contacto
30
Perno
32
Orificio
34
Cordón de seguridad
36
Perno roscado
38
Escotadura
42
Escotadura
44
Consola de fijación
48
Tuerca
52
Lado interior
54
Lado exterior
56
Eje central

Claims (14)

  1. REIVINDICACIONES
    1.- Reactor de agua en ebullición con un núcleo del reactor dispuesto dentro de una vasija a presión del reactor, que en el estado de funcionamiento está cerrado hacia arriba por un elemento cobertor (2) que se puede retirar con fines de mantenimiento y está dispuesto dentro de la vasija a presión del reactor, en el que
    •
    el elemento cobertor (2) está compuesto de una cubierta del núcleo (3) y un anillo de apoyo (6) separado,
    •
    la cubierta del núcleo (3) descansa sobre el anillo de apoyo (6),
    •
    la cubierta del núcleo (3) y el anillo de apoyo (6) son respectivamente piezas forjadas monolíticas,
    •
    el anillo de apoyo (6) está conectado en arrastre de fuerza y/o en arrastre de forma con la cubierta del núcleo (3), de modo que
    •
    el elemento cobertor (2) se puede desmontar como una unidad en el núcleo del reactor en caso de trabajos de mantenimiento.
  2. 2.- Reactor de agua en ebullición según la reivindicación 1, en el que el anillo de apoyo (6) circunda una cámara de mezcla (12) en la que se acumula y homogeneiza una mezcla de agua y vapor que se forma durante el funcionamiento del reactor.
  3. 3.- Reactor de agua en ebullición según una de las reivindicaciones 1 a 2, cuya cubierta del núcleo (3) comprende una coquilla de cubierta (4) y un anillo de conexión (18) conformado en la coquilla de cubierta (4), en el que el anillo de conexión (18) y el anillo de apoyo (6) presentan en sus extremos dirigidos uno hacia otro respectivamente un rebajo (20, 22) anular, de modo que los dos rebajos (20, 22) están engranados uno con otro.
  4. 4.- Reactor de agua en ebullición según al reivindicación 3, en el que los dos rebajos (20, 22) están adaptados en su forma uno a otro, de modo que el anillo de conexión (18) y el anillo de apoyo (6) están en contacto entre sí sin hendiduras sobre toda la extensión transversal.
  5. 5.- Reactor de agua en ebullición según la reivindicación 3 ó 4, en el que el rebajo (22) dispuesto en el anillo de apoyo
    (6) envuelve el rebajo (20) del anillo de conexión (18) desde el exterior.
  6. 6.- Reactor de agua en ebullición según una de las reivindicaciones 1 a 5, en el que para la conexión de la cubierta del núcleo (3) con el anillo de apoyo (6) está previsto un número de pasadores de retención o émbolos (30).
  7. 7.- Reactor de agua en ebullición según la reivindicación 6, en el que el pasador de retención o perno (30) correspondiente está insertado en un orificio (32) que atraviesa los rebajos (20, 22) del anillo de conexión (18) y del anillo de apoyo (6).
  8. 8.- Reactor de agua en ebullición según la reivindicación 7, en el que el orificio (32) correspondiente está orientado perpendicularmente al eje del anillo de apoyo (6).
  9. 9.- Reactor de agua en ebullición según una de las reivindicaciones 1 a 8, en el que para la conexión de la cubierta del núcleo (3) con el anillo de apoyo (6) está previsto un número de tornillos de fijación o pernos roscados (36).
  10. 10.- Reactor de agua en ebullición según la reivindicación 9, en el que el tornillo de fijación o el perno roscado (36) correspondiente pasa a través de la coquilla de cubierta (4) de la cubierta del núcleo (3) y está fijado en una consola de fijación (44) dispuesta en el anillo de apoyo (6).
  11. 11.- Reactor de agua en ebullición según la reivindicación 9 ó 10, en el que el tornillo de fijación o el perno roscado (36) correspondiente está orientado en paralelo al eje del anillo de apoyo (6).
  12. 12.- Reactor de agua en ebullición según una de las reivindicaciones 9 a 11, en el que el tornillo de fijación o el perno roscado (36) correspondiente está asegurado en su extremo que se sitúa por encima de la coquilla de cubierta (4) mediante una tuerca (48).
  13. 13.- Reactor de agua en ebullición según una de las reivindicaciones 6 a 12, en el que el pasador de retención o perno
    (30) o el tornillo o el perno roscado (36) correspondiente está asegurado frente a desplazamiento.
  14. 14.- Reactor de agua en ebullición según la reivindicación 13, en el que el pasador de retención o perno (30) o el tornillo o el perno roscado (36) correspondiente está soldado con la cubierta del núcleo (3) y/o con el anillo de apoyo (6).
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