KR20090098979A - Permanent seal ring for a nuclear reactor cavity - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 원자로 격납 구조물(nuclear reactor containment arrangements)에 관한 것으로, 특히 원자로 용기의 주위 벽과 격납 벽 사이의 환형 열팽창 갭을 가로질러 연장되는 영구 시일 링(permanent seal ring)에 관한 것이며, 이 시일 링은 열팽창 갭을 가로지르는 수밀 시일(water tight seal)을 제공하여 격납 벽에 대한 원자로 용기의 측방향 및 수직방향 병진운동을 허용한다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to nuclear reactor containment arrangements, and more particularly, to a permanent seal ring that extends across an annular thermal expansion gap between the surrounding wall and the containment wall of the reactor vessel. This provides a water tight seal across the thermal expansion gap to allow lateral and vertical translation of the reactor vessel to the containment wall.
가압수형 원자로의 연료 재장전(refueling)은 높은 신뢰도로 수행되는 확립된 일상 작업이다. 정상 부하 조건에서는, 대략 12개월 내지 22개월마다 연료 재장전이 수행된다. 완전한 연료 재장전 작업은 통상 대략 4주정도 걸린다.Fuel refueling of pressurized water reactors is an established routine operation performed with high reliability. Under normal load conditions, fuel reloading is performed approximately every 12 to 22 months. A full fuel reload usually takes about four weeks.
많은 원자로 격납 구조물에 있어서, 원자로 용기는 용기 위의 상측 환형부를 갖고 연료 재장전 커낼(refueling canal)을 규정하는 콘크리트 캐비티내에 위치된다. 이 커낼은 원자로 작동 동안에 건조 상태로 유지되지만, 커낼은 원자력 발전소의 연료 재장전 동안에 물로 채워진다. 수위는 연료 조립체가 용기로부터 완전 히 제거될 때 방사능 레벨(radiation level)을 허용가능 한계내에 유지하도록 적절한 차폐를 제공하기에 충분한 높이이다. 연료 재장전 동안에 미임계 상태(subcritical condition)를 보장하도록 붕산이 물에 첨가된다. 연료 재장전 작업의 초기에, 연료 재장전 커낼이 물로 채워지기 전에, 원자로 용기 플랜지가 연료 재장전 커낼의 하측부에 밀봉된다. 원래, 이러한 밀봉은 원자로 용기가 안착되는 우물부(well)에 대한 연료 재장전 물의 누출을 방지하는 클램프형 개스킷 시일 링에 의해 달성된다. 이러한 개스킷은 원자로 냉각후에 커낼에 물을 채우기 전에 체결되어 밀봉된다. 전형적으로, 이러한 제거가능한 시일 링은 누출이 생기기 쉬운 4개의 대직경 엘라스토머 개스킷으로 이루어져서, 연료 재장전 작업시마다 교체되어야 한다.In many reactor containment structures, the reactor vessel is located in a concrete cavity having an upper annulus above the vessel and defining a refueling canal. The canal remains dry during reactor operation, but canal is filled with water during the fuel reload of the nuclear power plant. The level is high enough to provide adequate shielding to keep the radiation level within acceptable limits when the fuel assembly is completely removed from the container. Boric acid is added to the water to ensure subcritical conditions during fuel reloading. At the beginning of the fuel reload operation, the reactor vessel flange is sealed to the underside of the fuel reload canal before the fuel reload canal is filled with water. Originally, such sealing is achieved by clamped gasket seal rings that prevent leakage of fuel reload water to the wells where the reactor vessel rests. These gaskets are fastened and sealed after cooling the reactor before filling the canal with water. Typically, such removable seal rings consist of four large diameter elastomeric gaskets that are prone to leaking and must be replaced at every fuel reload operation.
원자로 용기와 이 원자로 용기를 둘러싸는 콘크리트 벽 사이의 환형 열팽창 갭은, 용기의 열팽창, 및 지진이 발생한 경우에서와 같은 용기의 다른 운동을 수용하도록, 또한 캐비티 벽의 냉각 및 이 콘크리트 캐비티 벽내에 매설된 노외 검출기(excore detector)의 냉각을 허용하도록 제공된다. 가압수형 원자력 발전소(pressurized water reactor plant)는 2개의 기본적인 팽창 갭 사이즈, 즉 넓은 사이즈 및 좁은 사이즈를 갖는다. 넓은 갭은 2피트 내지 3피트의 범위인 경향이 있는 한편, 좁은 갭은 2인치 내지 4인치의 범위인 경향이 있다. 모든 발전소에 있어서, 갭 영역은 연료 재장전 동안에 밀봉되어야 한다. 캐비티의 상측부, 즉 연료 재장전 커낼이 물로 채워질 수 있지만, 캐비티의 하측부에는 물이 용납되지 않는다. 전형적으로, 원자로 용기는 수평으로 연장되는 플랜지를 구비하며, 원자로 캐 비티를 둘러싸는 격납 벽은 플랜지와 대략 동일한 높이에 있는 연료 재장전 커낼의 플로어(floor)에 수평으로 연장되는 렛지(ledge) 또는 단차부(shelf)를 구비하며, 이 렛지에는 임시 시일 링이 연료 재장전 동안에 놓여진다.The annular thermal expansion gap between the reactor vessel and the concrete wall surrounding the reactor vessel also accommodates thermal expansion of the vessel and other movements of the vessel, such as in the event of an earthquake, and also cooling of the cavity wall and embedding in the concrete cavity wall. It is provided to allow cooling of the excore detector. Pressurized water reactor plants have two basic expansion gap sizes: wide and narrow. Wide gaps tend to range from 2 feet to 3 feet, while narrow gaps tend to range from 2 inches to 4 inches. For all power plants, the gap area must be sealed during fuel reload. The upper part of the cavity, i.e. the fuel reload canal, may be filled with water, but no water is allowed in the lower part of the cavity. Typically, the reactor vessel has a horizontally extending flange and the containment wall surrounding the reactor cavity is a ledge extending horizontally to the floor of the fuel reloading canal at approximately the same height as the flange or A shelf is provided, in which a temporary seal ring is placed during fuel reload.
넓은 열팽창 갭을 갖는 발전소에 있어서, 미국 특허 제 5,323,427 호, 제 4,905,260 호, 제 4,904,442 호, 제 4,747,993 호, 제 4,170,517 호에 개시된 것과 같은 영구 시일 링은 연료 재장전 작업에 요구되는 시간을 절감하기 위해 채용되었다. 그러나, 영구 시일 링은, 원자로 우물부의 영역에서의 격납 벽과 원자로 용기의 주위 벽 사이의 갭을 감소시키는 원자로 용기의 열팽창을 허용할 필요가 있고, 또한 이상적으로 격납 벽에 대한 원자로 용기의 다소간의 수직방향 및 측방향 운동을 수용할 필요가 있다. 또한, 시일 링은 연료 재장전 동안에 우연히 낙하된 연료 조립체 등의 물체로부터의 강한 충격(heavy blow)을 견딜 수 있어야 한다. 영구 시일 링은, 또한 하측 원자로 캐비티로부터 용기를 둘러싸는 벽을 따라 연료 재장전 커낼까지 냉각 공기를 통과시켜야 한다. 따라서, 시일 링은, ① 연료 재장전 작업에 사용되는 다량의 물을 보유하기 위한 강도와, ② 격납 벽내에서의 원자로 용기의 운동을 수용하기 위한 가요성과, ③ 낙하물로부터의 손상(damage)에 저항하기 위한 구조적 완전성(structural integrity)과, ④ 원자로 작동 동안에 캐비티 벽을 냉각하기 위한 하측 원자로 캐비티와 연료 재장전 커낼 사이의 공기 통로를 가져야 한다. 상기 미국 특허들은 넓은 팽창 갭 발전소에 대한 이들 목적을 달성하는 다양한 디자인을 개시하고 있지만, 좁은 팽창 갭 발전소에 대해 이들 목적 모두를 만족시키지 못하고 있다. 상기 목적을 모두 달성할 수 있는 디자인이 이용 가능하다면, 영구 시일 고정구를 이용할 수 있는 좁은 팽창 갭을 갖는 발전소가 미국에 대략 40개가 있다.In power plants with a wider thermal expansion gap, permanent seal rings, such as those disclosed in U.S. Pat. Was adopted. However, the permanent seal ring needs to allow thermal expansion of the reactor vessel, which reduces the gap between the containment wall in the region of the reactor well and the surrounding wall of the reactor vessel, and ideally also somewhat of the reactor vessel relative to the containment wall. It is necessary to accommodate vertical and lateral movements. In addition, the seal ring must be able to withstand heavy blows from objects such as fuel assemblies that accidentally fall during fuel reload. The permanent seal ring must also pass cooling air from the lower reactor cavity to the fuel reloading canal along the wall surrounding the vessel. Therefore, the seal ring is resistant to (1) strength to hold large amounts of water used for fuel reloading operations, (2) flexibility to accommodate movement of the reactor vessel within the containment wall, and (3) resistance to damage from falling objects. To have structural integrity, and to have air passages between the lower reactor cavity and the fuel reload canal to cool the cavity walls during reactor operation. The above US patents disclose various designs that achieve these goals for a wide expansion gap power plant, but fail to meet all of these goals for a narrow expansion gap power plant. If a design is available that can achieve all of the above goals, there are approximately 40 power plants in the United States with a narrow expansion gap that can utilize permanent seal fixtures.
따라서, 본 발명의 목적은 좁은 팽창 갭 발전소에 대한 상기 목적 모두를 만족시키는 디자인을 제공하는 것이다.It is therefore an object of the present invention to provide a design that satisfies all of the above objectives for a narrow expansion gap power plant.
상기 목적은, 원자로 용기 플랜지에 인접한 연료 재장전 렛지와 연료 재장전 커낼의 플로어에 있는 격납 벽을 밀봉적으로 결합하고, 그들에 부착되며, 그들 사이에서 연장되는 환형의 스테인리스강 링을 채용함으로써 달성된다. 환형 시일 링은, 제 1 단부가 연료 재장전 커낼의 플로어 또는 연료 재장전 렛지중 하나에 고정되고, 팽창 갭 위로 이 팽창 갭에 걸쳐서 연장되어, 바람직하게는 연료 재장전 커낼의 플로어 또는 연료 재장전 렛지중 다른 하나의 적어도 일부에 걸쳐서 연장되는 강성의 캔틸레버식 환형 지지체를 포함한다. 강성의 캔틸레버식 환형 지지체의 말단부에는 대체로 C자형 휨 부재의 일단부가 부착된다. C자형 휨 부재의 타단부는 연료 재장전 커낼의 플로어 또는 연료 재장전 렛지중 다른 하나에 고정된다.This object is achieved by sealingly coupling a fuel reloading ledge adjacent to the reactor vessel flange and a containment wall on the floor of the fuel reloading canal and employing an annular stainless steel ring attached to them and extending therebetween. do. The annular seal ring has a first end secured to either the floor of the fuel reloading canal or the fuel reloading ledge and extends over the expansion gap over the expansion gap, preferably the floor or fuel reloading of the fuel reloading canal. A rigid cantilevered annular support extending over at least a portion of the other of the ledges. One end of the C-shaped bending member is generally attached to the distal end of the rigid cantilevered annular support. The other end of the C-shaped flexure member is fixed to the floor of the fuel reload canal or the other of the fuel reload ledge.
본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 강성의 캔틸레버식 환형 지지체는 연료 재장전 커낼의 플로어 또는 연료 재장전 렛지중 어느 하나에 고정된 실질적인 수평방향 푸트(foot)를 포함한다. 일단부가 푸트에 연결된 레그(leg)는, 푸트로부터 대체로 수직방향으로 연장되며, 팽창 갭에 걸쳐서 대체로 반경방향으로 측방향 외측으로 연장되는 아암 또는 상부 플레이트에 푸트로부터 이격된 높이에서 부착된다. 바람직하게, 아암 또는 상부 플레이트는 반경방향 수평방향으로 연장된다. 바람직하게, 푸트는, 레그로부터 팽창 갭을 향해 반경방향으로 연장되며, 연료 재장전 커낼의 플로어 또는 연료 재장전 렛지중 하나상의 표면에 볼트 결합된다. 강성의 캔틸레버식 환형 지지체와 연료 재장전 커낼의 플로어 또는 연료 재장전 렛지중 하나 사이의 교차부 주위에 시일 용접부가 제공된다. 대안적으로, 푸트는 구조적 용접부에 의해 부착될 수도 있다.In a preferred embodiment of the invention, the rigid cantilevered annular support comprises a substantially horizontal foot secured to either the floor of the fuel reload canal or the fuel reload ledge. A leg, one end of which is connected to the foot, extends generally vertically from the foot and is attached at a height away from the foot to an arm or top plate that extends generally radially outwardly across the expansion gap. Preferably, the arm or top plate extends in the radial horizontal direction. Preferably, the foot extends radially from the leg toward the expansion gap and is bolted to the surface of either the floor of the fuel reloading canal or the fuel reloading ledge. A seal weld is provided around the intersection between the rigid cantilever annular support and the fuel reload canal floor or one of the fuel reload ridges. Alternatively, the foot may be attached by structural welds.
변형 실시예에 있어서, 팽창 갭에 걸쳐서 연장되는 말단부와 대향하는 아암의 단부는, 레그를 지나 반경방향으로 연장되고, L자형 휨 부재의 말단부에 부착되며, 상기 L자형 휨 부재의 타단부는 연료 재장전 커낼의 플로어 또는 연료 재장전 렛지중 하나에 고정된다. 또다른 실시예에 있어서, 대체로 C자형 휨 부재의 제 1 단부는 실질적으로 수직방향으로 연장되는 휨 링크부(flexure link)를 통해 강성의 캔틸레버식 환형 지지체에 부착된다.In a variant embodiment, the end of the arm opposite the distal end extending over the expansion gap extends radially past the leg and is attached to the distal end of the L-shaped flexure member, the other end of the L-shaped flexure member being fueled. Reload Locks to either the floor of the canal or the fuel reload ridge. In yet another embodiment, the first end of the generally C-shaped flexure member is attached to the rigid cantilevered annular support via a flexure link extending substantially vertically.
본 발명의 실시예에 따르면, 충분한 사이즈의 강성의 캔틸레버식 환형 지지체의 아암 또는 상부 플레이트에 해치 개구부를 배치할 수 있으므로, 시일의 구조적 강도 및 가요성을 희생하지 않고서도, 좁은 갭 발전소 구조물에 있어서의 냉각 공기 흐름에 대한 추가적인 제한이 부가되지 않는다.According to an embodiment of the present invention, a hatch opening can be arranged in the arm or the top plate of a rigid cantilever annular support of a sufficient size, so that in a narrow gap power plant structure without sacrificing the structural strength and flexibility of the seal. No further restriction on the cooling air flow of is added.
첨부 도면을 참조하여 하기의 상세한 설명을 보면 본 발명이 보다 잘 이해될 수 있다.The present invention may be better understood upon reading the following detailed description with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명을 구체화하는 원자로 격납부의 부분 단면 개략도,1 is a partial cross-sectional schematic of a nuclear reactor containment embodying the present invention,
도 2는 본 발명의 환형 시일 링의 바람직한 실시예를 도시하는 것으로, 열팽창 갭 둘레의 원자로 우물부의 일부를 도시하는 측면도,2 shows a preferred embodiment of the annular seal ring of the present invention, a side view showing a portion of the reactor well portion around the thermal expansion gap,
도 3은 본 발명의 일 실시예의 시일을 통한 공기 경로를 도시하는 것으로, 도 2에 도시된 원자로 용접부의 부분을 도시하는 측면도,3 is a side view showing a portion of the reactor weld shown in FIG. 2, showing an air path through the seal of one embodiment of the present invention;
도 4는 공기 해치 배치를 도시하는 본 발명의 영구 캐비티 시일 링의 평면도,4 is a plan view of the permanent cavity seal ring of the present invention showing an air hatch arrangement;
도 5는 본 발명의 제 2 실시예를 도시하는 것으로, 열팽창 갭 둘레의 원자로 격납부의 일부를 도시하는 측면도,Fig. 5 shows a second embodiment of the present invention, which is a side view showing a part of the reactor enclosure around the thermal expansion gap;
도 6은 본 발명의 제 3 실시예를 도시하는 것으로, 열팽창 갭 둘레의 원자로 격납부의 일부를 도시하는 측면도,FIG. 6 shows a third embodiment of the present invention, which is a side view showing a part of the reactor enclosure around the thermal expansion gap;
도 7은 본 발명의 영구 캐비티 시일 링을 통한 냉각 공기 경로를 도시하는 것으로, 도 5에 도시된 원자로 격납부의 일부를 도시하는 측면도.FIG. 7 is a side view showing a portion of the reactor enclosure shown in FIG. 5, showing a cooling air path through the permanent cavity seal ring of the present invention. FIG.
본 발명은 좁은 팽창 갭을 갖는 원자력 발전소에 사용될 수 있는 원자로 연료 재장전 커낼 플로어와 원자로 용기 사이의 영구 가요성 시일을 형성하는 원자로 용기와 캐비티간 시일 구조체를 제공한다. 본 발명의 시일 디자인은, 연료 재장전 작업 동안에 연료 재장전 커낼을 위한 수밀 시일을 제공하는 한편, 시일의 수밀 완전성(integrity)을 파괴함이 없이, 충분한 냉각제 공기 흐름을 가능하게 하고 정상 원자로 작동 동안에 발생하는 재료 팽창 및 수축을 수용한다.The present invention provides a seal structure between a reactor vessel and a cavity that forms a permanently flexible seal between a reactor fuel reload canal floor and a reactor vessel that can be used in a nuclear power plant with a narrow expansion gap. The seal design of the present invention provides a watertight seal for fuel reloading during fuel reloading operations, while allowing sufficient coolant air flow and without disrupting the watertight integrity of the seals during normal reactor operation. Accommodates material expansion and contraction that occurs.
본 발명이 적용되는 환경은 도 1에 도시된 원자로 격납부의 부분 단면 측면도를 참조하면 가장 잘 이해될 수 있으며, 도 1은 본 발명의 영구 수밀 시일 링을 구체화하는 가압수형의 핵증기 발생 시스템(nuclear steam generating system)을 도시한다. 가압 용기(10)는 그 헤드 조립체(12)에 의해 밀봉된 경우 가압 컨테이너를 형성하는 것으로 도시되어 있다. 용기는 원통형 벽과 일체형으로 또한 그 벽을 관통하여 형성된 냉각 흐름 흡입 노즐(20) 및 냉각 흐름 배출 노즐(14)을 구비한다. 본 기술분야에 공지된 바와 같이, 용기(10)는 주로 제어 수단의 위치에 의존하여 상당량의 열을 발생시키는 복수의 클래드 핵연료 요소(clad nuclear fuel element)를 주요 구성으로 하는 원자로 코어(nuclear reactor core)(도시하지 않음)를 수납하며, 그것의 압력 용기 하우징(18)이 도시되어 있다. 원자로 코어에 의해 발생된 열은 흡입 노즐(20)을 통해 도입되어 배출 노즐(14)을 통해 빠져나가는 냉각제 흐름에 의해 코어로부터 이송된다.The environment to which the present invention is applied can be best understood with reference to a partial cross-sectional side view of the reactor containment unit shown in FIG. 1, and FIG. nuclear steam generating system). The pressurized
배출 노즐(14)을 빠져나간 흐름은 고온 레그 도관(28)을 통해 열교환 증기 발생기(22)로 이송된다. 증기 발생기(22)는, 증기를 생성하는데 이용되는 물과 열교환 관계에 있는 튜브(도시하지 않음)를 통해서 가열된 냉각제 흐름이 이송되는 타입의 것이다. 증기 발생기(22)에 의해 생성된 증기는 통상 발전용 터빈(도시하지 않음)을 구동하는데 사용된다. 증기 흐름은 증기 발생기(22)로부터 저온 레그 도관(24) 및 펌프(26)를 통해 이송되고, 이 펌프로부터 증기 흐름은 저온 레그 도관을 통해 흡입 노즐(20)로 진행한다. 따라서, 닫힌 순환형 제 1 또는 증기 발생 루프가 용기(10), 증기 발생기(22) 및 펌프(26)를 연통가능하게 결합하는 냉각제 배관을 구비한다는 것을 알 수 있다. 도 1에 도시된 증기 발생 시스템은 3개의 이러한 닫힌 유체 흐름 시스템 또는 루프를 갖는다. 이러한 시스템의 개수는 발전소에 따라 달라진다는 것이 이해되어야 하며, 통상 2개 내지 4개가 채용된다.The flow exiting the
격납부(42)내에서, 원자로 용기(10) 및 헤드 밀폐체(12)가 콘크리트 벽(30)에 의해 둘러싸인 별개의 원자로 캐비티내에 유지된다. 원자로 캐비티는 용기 구조체를 완전히 둘러싸는 하측부(32) 및 연료 재장전 커낼로서 통상 사용되는 상측부(34)로 분할된다. 원자로 작동중에, 공기 흐름 연통이 하측 원자로 용기 우물부(32)와 연료 재장전 커낼(34) 사이에서 유지되어, 원자로 캐비티의 콘크리트 벽 및 이 콘크리트 벽내에 매설된 노외 검출기(excore detector)(44)의 냉각을 돕는다. 이러한 공기 흐름은 콘크리트 장벽(30) 외측의 격납부(42)내에 위치된 배기 팬에 의해 촉진된다. 연료 재장전 작업 동안, 원자로 용기 플랜지(36)는 연료 재장전 커낼의 플로어인 원자로 캐비티 단차부(shelf)(40)에 밀봉된다. 도 1에 있어서, 넓은 팽창 갭(46)이 명확화를 위해 도시되어 있다. 이러한 넓은 갭(46)을 갖는 발전소에서, 전술된 타입의 영구 시일 링이 통상 채용된다. 고정구(fixture)를 갭(46)에 걸쳐서 배치함으로써, 원자로 용기 주위로 발산되는 열이 제한된다. 대략 3피트 정도의 환형 폭을 갖는 넓은 갭 발전소에서, 영구 시일 고정 디자인은 일반적으로 상부 강철 플레이트상에 몇 개의 대형 해치를 갖고 측부상에 용접된 가요성 강철 부재를 사용한다. 연료 재장전 이전에, 해치는 수밀 시일을 형성하도록 로킹된다. 연료 재장전 커낼이 배수된 후에, 해치는 제거 및 보관되어 표준 작동 동안에 공기 흐름을 허용한다.Within
넓은 갭은 폭이 크기 때문에, 적절한 공기 흐름을 허용하기 위한 해치의 크기 결정 및 배치는 비교적 용이하다. 그러나, 좁은 갭은 폭이 작으므로, 해치가 설계 제한 인자가 되어 버린다. 해치가 충분히 크지 않으면, 원자로 작동 동안의 공기 흐름이 크게 제한된다. 특히 중요한 것은 영구 시일 고정구의 구조적 강도이다. 일반적으로 사용되는 하나의 넓은 갭 시일 고정구가 미국 특허 제 4,904,442 호에 개시되어 있으며, 여기에서 시일 고정구로서 강성 상부 플레이트를 지지하는 2개의 강철 레그가 채용되고 있다. 상부 플레이트에는 양측부상에 2개의 L자형 휨부(flexure)가 부착된다. 메인 구조체는 하중(load)을 지지하지만, 연료 재장전 렛지(refueling ledge) 또는 격실 플로어(compartment floor)에는 고정되어 있지 않다. 얇은 시트 금속으로 이루어진 휨부는 연료 재장전 렛지 및 연료 재장전 커낼 플로어에 일부만이 고정되어, 수밀 시일을 형성하면서, 시일 구조체가 용기의 운동을 수용하는데 필요한 정도로 휘어지도록 한다. 2개의 레그는 렛지에 용접되어 있지 않다. 대신에, 2개의 휨부가 상부 플레이트 및 렛지에 용접된다. 이것은 시일 구조체가 연료 조립체의 극단적인 낙하(catastrophic drop)와 같은 낙하 하중의 경우에 요구되는 지지 성능을 갖도록 한다. 그러나, 시일 구조체는 또한 작동 온도 변화 및 지진(seismic activity) 등의 하중으로 인한 팽창이 요구됨에 따라 이동할 수도 있다.Since the wide gap is wide, it is relatively easy to size and deploy the hatch to allow proper air flow. However, since the narrow gap has a small width, the hatch becomes a design limiting factor. If the hatch is not large enough, the air flow during the reactor operation is greatly limited. Of particular importance is the structural strength of the permanent seal fixture. One wide gap seal fixture that is commonly used is disclosed in US Pat. No. 4,904,442, where two steel legs are used as the seal fixtures that support the rigid top plate. The upper plate is attached with two L-shaped flexures on both sides. The main structure supports the load but is not fixed to the refueling ledge or compartment floor. The bend, which is made of thin sheet metal, is only partially fixed to the fuel reload ledge and the fuel reload canal floor, forming a watertight seal, allowing the seal structure to deflect to the extent necessary to accommodate the movement of the container. The two legs are not welded to the ledge. Instead, two flexures are welded to the top plate and the ledge. This allows the seal structure to have the required support performance in case of drop loads such as catastrophic drop of fuel assemblies. However, the seal structure may also move as expansion is required due to loads such as operating temperature changes and seismic activity.
넓은 갭 영구 고정 시일을 좁은 갭 발전소에 적용함에 있어서의 가장 큰 문제는 열의 흐름의 문제이다. 2개의 레그 및 상부 플레이트는 열을 가둔다. 이러 한 문제를 경감하기 위해, 본 발명의 디자인은 하나의 레그를 제거했다. 그렇게 함으로써, 나머지 레그 및 상부 플레이트는 설계 구조 하중을 수용하도록 변형되었다. 또한, 요구되는 설계 하중의 경우에 의해 야기되는 운동을 견디고 보다 많은 영역이 냉각 공기 흐름을 수용하도록 하는 새로운 휨부 디자인이 개발되었다.The biggest problem in applying a wide gap permanent fixed seal to a narrow gap power plant is that of heat flow. The two legs and the top plate trap the heat. To alleviate this problem, the design of the present invention eliminated one leg. In doing so, the remaining legs and top plate were modified to accommodate the design structural load. In addition, new flexural designs have been developed that withstand the movement caused by the required design load case and allow more areas to accommodate the cooling air flow.
본 발명의 디자인에 있어서, 해치는 또한 상부 플레이트의 많은 용적을 점유하고 있기 때문에 구조적 관심사가 되고 있다. 넓은 갭 디자인과 유사하게, 해치는 정상 작동 동안에 구조체를 통한 공기 흐름을 허용하는데 사용된다. 그러나, 넓은 갭 구조체를 위한 해치는 좁은 갭 구조체에 요구되는 것보다 작은 상부 플레이트의 부분을 차지한다. 전형적으로, 해치 플레이트는 부착될 상부 플레이트보다 두껍지 않다. 이것은 좁은 팽창 갭 디자인에서 상당량의 지지재(support material)가 손실되어 보다 많은 응력 민감 섹션(stress reactive section)이 생긴다는 것을 의미한다.In the design of the present invention, the hatch is also a structural concern because it occupies a large volume of the top plate. Similar to the wide gap design, hatches are used to allow air flow through the structure during normal operation. However, the hatch for the wide gap structure occupies a smaller portion of the top plate than is required for the narrow gap structure. Typically, the hatch plate is not thicker than the top plate to be attached. This means that a significant amount of support material is lost in the narrow expansion gap design resulting in more stress reactive sections.
발전소 연료 재장전 구조물, 즉 해치 커버 플레이트가 장착된 구조물에 설치되는 본 발명의 좁은 팽창 갭 시일 디자인이 도 2에 도시되어 있다. 원자로 용기(10)는 단열재(68)에 의해 둘러싸인 원자로 캐비티의 하측부(32)에 중심설정된 것으로 도시되어 있다. 연료 재장전 렛지(66)는 원자로 용기 플랜지(36)의 연장부로서 도시되어 있고, 격납 벽(30)에 고정된 매설 플레이트(64)와 연료 재장전 렛지(66) 사이의 캐비티 열팽창 갭(46)을 규정하는 격납 캐비티 벽(30)을 향해서 플랜지(36)로부터 반경방향으로 연장된다. 강철 라이너(70)는 콘크리트 격납 벽의 외부를 덮는다. 본 발명의 영구 원자로 캐비티 시일 링(78)은 시일(78)의 캔틸레 버부의 푸트(foot)(48)를 관통하는 볼트(60)에 의해 매설 플레이트(64)에 고정된 것으로 도시되어 있다. 푸트(48)는 캔틸레버부의 레그부(50)의 일단부에 용접되고, 이 레그부(50)는 수평으로 연장하는 아암 또는 상부 플레이트(52)에 용접되며, 이 상부 플레이트(52)는 팽창 갭(46) 위로, 바람직하게는 연료 재장전 렛지(66)의 적어도 일부 위로 연장된다. 상부 플레이트(52)는 수밀 시일을 형성하도록 시일 링(58)을 압축하는 볼트(56)에 의해 제위치 유지되는 해치(54)를 구비한다. 시일 용접부(80)는 푸트(48)와 매설 플레이트(64)의 교차부를 둘러싼다. 휨 부재(62)는 일단부가 아암(52)의 말단부(82) 부근에서 아암(52)에 연결된다. 휨 부재(74)는 타단부가 연료 재장전 렛지(66)의 상부 표면에 연결되는 대체로 C자형 부재이다.The narrow expansion gap seal design of the present invention installed in a power plant fuel reload structure, ie a structure equipped with a hatch cover plate, is shown in FIG. 2. The
C자형 휨부의 얇은 두께, 예컨대 약 0.2인치(0.51㎝) 미만 구성이 원자로 용기의 반경방향 및 수직방향 열팽창을 수용하도록 설계된다. 이것은 미국 특허 제 4,747,993 호에 개시된 넓은 갭 영구 캐비티 시일 링에 사용된 L자형 휨부의 기능을 조합한다. 얇은 두께의 C자형 휨부는 강한 상부 플레이트(54)에 의해 의도하지 않은 연료 조립체 낙하로부터 보호된다. 바람직하게, 영구 원자로 캐비티 시일은 스테인리스강으로 구성된다.The thin thickness of the C-shaped flexure, such as less than about 0.2 inches (0.51 cm), is designed to accommodate the radial and vertical thermal expansion of the reactor vessel. This combines the function of the L-shaped bends used in the wide gap permanent cavity seal ring disclosed in US Pat. No. 4,747,993. The thin C-shaped bends are protected from accidental fuel assembly drops by the strong
연료 재장전 이후에 사용된 연료 커낼(34)이 배수되면, 공기 해치(54)가 원자로 캐비티 냉각 공기용 유로를 제공하도록 제거된다. 도 3은 발전소 작동 동안에 해치 커버 플레이트가 제거된 상태로 냉각 공기 유로를 도시하고 있다. 도 4는 해치(54) 개구부의 전형적인 배향을 도시하는 평면도이다.When the used
변형 디자인이 도 5에 도시되어 있으며, 이 변형 디자인은 연료 재장전 캐비 티 매설 링(64)에 용접된 C자형 외측 휨부(74)와, 원자로 용기의 연료 재장전 렛지(66)에 용접된 짧은 레그(88) 및 아암(54)의 연장부(84)에 고정된 긴 레그(90)를 갖는 L자형 내측 휨부(86)를 사용한다. 본 실시예에 있어서, 레그(50) 및 아암 또는 상부 플레이트(52)로 이루어진 캔틸레버식 환형 지지체(47)는 연료 재장전 렛지(66)상에 안착되고, C자형 외측 휨부(62)의 하측 링크부(bottom link)(72)는 매설 플레이트(64)에 고정된다. 도 2 및 도 5에 공통인 구성요소에 대해서 도 5에 도시된 대응 구성요소에 도 2와 동일한 참조부호가 사용된다. 도 5에 도시된 실시예는 몇 개 다른 면에서 도 2에 도시된 실시예와 상이하다. 예를 들면, 도 5에 도시된 실시예에 있어서의 C자형 휨부(62)는 원자로 용기(10)로부터 먼 쪽에 위치되는 반면에 도 2에 있어서의 C자형 휨부는 원자로 용기(10)쪽에 면하여 있다. 또한, 도 5에 도시된 실시예에 있어서의 아암 또는 상부 플레이트(52)는 C자형 휨부(62)로부터 먼 방향으로 레그(50)를 지나 연장되는 세그먼트(84)를 구비한다. L자형 내측 휨부는 미국 특허 제 4,904,442 호에 개시된 것과 유사하게 기능한다. 도 5에 도시된 디자인은 도 2에 대해 전술된 것과 동일한 많은 특성을 공유하지만, 또한 2개의 휨부(86, 62)의 조합과 연관된 휨부 재료의 전체 길이의 증가로 인한 추가적인 가요성을 제공한다. 이러한 디자인은 연료 재장전 캐비티가 물로 채워진 연료 재장전 작업 동안에 시일 링에 요구되는 지지 성능을 제공하도록 원자로 연료 재장전 렛지상에 직접 안착되는 지지 레그(50)를 사용한다. 완전히 용접된 내측 및 외측 휨부(86, 62)에 의해 수밀 시일이 달성된다.A variant design is shown in FIG. 5, which is a C-shaped
도 6은 외측 휨부(62)에 대한 선택적인 디자인을 도시한다. 이러한 디자인 은 수평 아암(52)의 말단부(84)와 C자형 휨부(62)의 상측 링크부(76) 사이에 삽입된 추가적인 휨 링크부(92)를 구비한다. 휨부(62)의 형상은 대형 해치(54)를 허용하여 상부 플레이트(52)에 대형 공기 개구부를 가능하게 하도록 변형된다. 도 6에 도시된 변형된 휨부 형상은 도 5에 도시된 C자형 디자인과 동일한 휨 특성을 유지한다. 대형 개구부는 시일 링과 연관된 원자로 캐비티 공기 냉각 시스템에 있어서의 증가된 압력 강하를 보상하기 위해 일부 적용에 요구될 수도 있다. 도 7은 발전소 작동 동안에 도 5 및 도 6에 도시된 2개의 휨 시일 디자인을 통한 원자로 캐비티 공기 유로를 도시한다.6 shows an alternative design for the
본 발명의 특정 실시예가 상세하게 설명되었지만, 이들 상세에 대한 다양한 변형 및 수정이 본 명세서의 전체 요지에 비추어 이루어질 수 있다는 것은 본 기술분야에 숙련된 자에게 명백할 것이다. 따라서, 개시된 특정 실시예는 단지 예시일 뿐 본 발명의 범위를 제한하지는 않으며, 본 발명의 범위는 첨부된 특허청구범위의 전체 범위 및 그것의 모든 임의의 균등물로 주어지는 것이다.Although specific embodiments of the present invention have been described in detail, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations to these details may be made in light of the overall subject matter herein. Accordingly, the specific embodiments disclosed are by way of illustration only and are not limiting of the scope of the invention, which is to be given the full scope of the appended claims and all any equivalents thereof.
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