TW201312592A - 核能反應爐之控制棒導管與驅動殼管之間的連接 - Google Patents

核能反應爐之控制棒導管與驅動殼管之間的連接 Download PDF

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Abstract

沸水式核能反應爐之卡口板接頭之位於控制棒導管(1)及驅動殼管(2)之間的卡口板是由兩個部分構成。卡口板是由一可繞縱軸(3)轉動的中央卡口環(6)及一將卡口環(6)環繞住的外環(7)構成。外環(7)係位於卡口環(6)的圓周上，並將卡口環的圓周向內握持住。此外，外環(7)在軸向上持續受到作用在控制棒導管(1)上的彈簧力的作用，因而被支撐在驅動殼管(2)上，以產生力配合的連接。從反應爐可以利用工具毫無困難的將這個彈簧力去除。

Description

核能反應爐之控制棒導管與驅動殼管之間的連接
本發明涉及沸水式核反應爐之控制棒導管(SSFR)及與其同軸並透過卡口板接頭與其連接之驅動殼管(AGR)。
一個基本要求是SSFR在AGR上的半懸掛需達到設定的張緊強度，以避免SSFR被提起並導致在連接處產生無法定義的旁通。另一方面對於SSFR在AGR上的可安裝性也有很高的要求。在沸水式核反應爐中，位於爐心下方控制發電效率所需的控制棒是被導引到控制棒導管(SSFR)內。這些位很深處的SSFR必須能夠毫無困難的被拆除，以便在進行維修工作時能夠進入核能反應爐容器底部的高壓封閉空間。為此必須將SSFR閉鎖在AGR上的底板鬆開，並將SSFR從AGR抽離。由於核能反應爐的設計使用年限很長，堆積在接縫處的沉積物會使拆除SSFR的工作變得很困難而且費時。此外，由於底板位於反應爐池之水平面下方深處(30m)，也會使拆除工作變得更困難。
為了能夠到達底板的位置，一種已知的先前技術是將最多7支長度4m的棒子在軸向上連結在一起，然後將適當的閉鎖及鬆開工具裝在所組成之桿棒的最底端，並將該工具插入以可轉動之方式安裝在底板上的卡口墊圈。DE 201 00 351 U1之說明書的開頭部分對上述問題有詳細的說明。
本發明的目的是保留運轉所需的卡口式閉鎖，但改善其可安裝性。
採用申請專利範圍第1項之特徵即可達到上述目的。
本發明之特徵為使用一至少由兩個部分構成的卡口板。此種卡口板是由一具有傳統之結構及作用方式並可繞縱軸轉動的中央卡口環及一將卡口環環繞住的外環構成，其中卡口環之作用是作為卡口槽之承載體。其構造方式是外環將卡口環的圓周向內握持住，並因受到在軸向上持續作用在SSFR上的彈簧力的作用而被支撐在SSFR的一個底座凸緣上(因而間接支撐在AGR上)。因此預先張緊的外環及卡口環在一定程度上構成一可鬆開的連結。
要將SSFR鬆開時，在運轉中由AGR持續作用在外環上的彈簧上會被解除，以便能夠用一個工具將外環向下壓。這樣卡口環就可以經由轉動以無應力的方式鬆開，然後再度閉鎖。在閉鎖狀態下，卡口環會經由外環以一定的力間接壓向SSFR，使其抵住AGR的承載面，並使SSFR與AGR旋緊在一起。這樣就可以在所有的運轉過程中有效防止以反應爐冷卻流沖洗SSFR時，SSFR發生”浮起”的情況。用於產生彈簧力的彈簧件(最好是盤形彈簧)以徑向滑動配合的方式將驅動殼管環繞住。
為了確保承載面上的密封，最好是將SSFR及AGR彼此的接觸面設計成平面形、錐體表面形、或球形。其 中錐體表面形及球形接觸面另具有一個優點，那就是可以承受沿徑向作用的側向力，以防止SSFR對AGR出現不利的水平(橫向)移動。
卡口環是以可轉動的方式設置在驅動殼管上，且二者之間存在一軸向間隙。在正常運轉時，這個間隙會被持續作用在SSFR上的彈簧力抵銷掉，只有在進行安裝或拆除工作時會被外環壓低，因而使適當的工具能夠進入這個間隙。
本發明之其他有利的實施方式記載於附屬申請專利範圍及以下關於圖示的說明中。
本發明具有的優點一方面來自於將一向下壓緊彈簧整合到SSFR的閉鎖中，因而能夠可靠的與ARG張緊在一起，以確保SSFR在所有運轉狀態下都具有一穩固且不會振動或移動的安裝位置。另一方面來自於由兩個部分構成的卡口板使安裝工作變得簡單，因為在鬆開及閉鎖外環時，只需用一個適當的工具將外環向下壓，就可以很容易的旋轉位於其內的卡口環。
以下配合圖式對本發明做進一步的說明。以下之圖示都是以簡化及示意之方式繪出。
SSFR1將未在圖式中詳細繪出之反應爐的一根控制棒環繞住。該控制棒與一垂直進入AGR2的驅動桿連接。與SSFR1及AGR2之垂直軸同心並從上往下進入SSFR1的控制棒及驅動桿並未在圖式中被繪出，而僅是以縱軸3標示。
SSFR1之背對反應爐核心之底座終端以一向內朝AGR2之縱軸3延伸的底座凸緣4半懸掛在AGR2的環形凸起5上。
在SSRF1內，卡口環6及以徑向間隙配合的方式將卡口環6環繞住的外環7被設置在SSFR1之朝徑向縱軸3延伸並與AGR2同心之底座凸緣4的上方，其中外環7以其內圓周將卡口環6之外圓周握持住。因此外環7是大範圍的支撐在SSFR1的底座凸緣4上，且二者之間有一作為墊片用的與縱軸3同心的盤形彈簧8。盤形彈簧8是以徑向滑動配合的方式將AGR2環繞住。此處使用盤形彈簧的原因是盤形彈簧佔用的空間很小及僅需很小的彈簧行程即可產生很大的彈簧力，因此盤形彈簧很適於被安裝在設備及工具中作為張緊元件。常用的盤形彈簧是可軸向承重的錐體表面形墊圈。在本發明中，盤形彈簧8是以徑向滑動配合的方式將AGR2環繞住。
此種卡口式接頭的作用方式基本上是源自已知的傳統結構。卡口環6具有4個平均分佈在其圓周上的環形縫或縱向縫9，這些縱向縫以平行於縱軸3的方式從卡口環6的頂面10貫穿到底面11。縱向縫9的圓周路徑位於一以縱軸3為中心點的圓弧上。每一個縱向縫9的一端均止於配屬於其止動銷或固定銷13的導入孔12。導入孔12亦稱為止動孔。在第4個實施例中，固定銷13的桿子部分與控制棒導管2的縱軸平行。在安裝完成的狀態下，固定銷13的底端被固定在底座凸緣4，例如旋入底座凸緣4。固定銷13在其安裝位置朝SSFR1之方 向向上貫穿縱向縫9的終端上具有徑向擴大的止動件或閉鎖頭14，這些止動件或閉鎖頭14在張緊或閉鎖位置會在縱向縫9之導入孔12之外觸及卡口環6的露空表面，並在AGR2的相應的轉動位置從上面觸及卡口環6，並以形狀配合的方式張緊在AGR2上，而且只要盤形彈簧8的軸向壓力持續壓迫外環7，進因而沿軸向壓向卡口環6，因而將卡口環6的轉動位置固定住(不能轉動)，這個狀態就會保持下去。
處於閉鎖位置時，卡口環6受到形成於AGR2頭部之徑向朝外站立並由內將卡口環6握持住的凸輪狀止動凸起15的限制，因此不會沿軸向向上移動，在第4個實施中，止動凸起15係平均分佈在圓周上。因此止動凸起15構成帶有軸向間隙之卡口環6的上方止檔。盤形彈簧8為了撐開卡口板之外環7及SSFR1之環形底座凸緣4之間的軸向間距，一方面會經由卡口環6的一個環級16向上壓迫止動凸起15，另一方面SSFR1的底座凸緣4會被向下壓迫AGR2之環形凸起5的作為下止檔用的承載面17，因而將SSFR1固定在AGR2上。透過環形凸起5之承載面17的適當的造型(例如錐形，圓形，球形)及底座凸緣4之形狀與其補償之接觸面，可以實現這個區域所需具備的密封性。
可以利用適當的工具從上方由SSFR1經由對外環7施壓解除固定作用。此時盤形彈簧8會被壓縮並張緊，因而解除盤形彈簧8對卡口式接頭產生的阻擋作用。這樣就可以毫無困難的將卡口式接頭鬆開。從第2圖可以 看出，補償AGR2頭部上的止動凸起15的補償凹槽18位於卡口環6的內側，其中凹槽18在鬆開狀態下被止動凸起15遮蓋住，因此在去除閉鎖鈕13後，必要時可以從AGR2向上將卡口環6移開。由於SSFR1的底座凸緣4也具有相應的凹槽18(圖中未示出)，因此在鬆開狀態時可以在適當的旋轉位置將SSFR1整個從AGR2上取下。
1‧‧‧控制棒導管(SSFR)
2‧‧‧驅動殼管(AGR)
3‧‧‧縱軸
4‧‧‧底座凸緣
5‧‧‧環形凸起
6‧‧‧卡口環
7‧‧‧外環
8‧‧‧盤形彈簧
9‧‧‧縱向縫
10‧‧‧頂面
11‧‧‧底面
12‧‧‧導入孔
13‧‧‧固定銷
14‧‧‧閉鎖頭
15‧‧‧止動凸起
16‧‧‧環級
17‧‧‧承載面
18‧‧‧凹槽
第1圖：整個裝置在安裝好的狀態下，沿控制棒導管(SSFR)驅動殼管(AGR)之軸向方向穿過之縱斷面的立體剖視圖。
第2圖：從第1圖之箭頭方向朝內沿著AGR之中心縱軸的方向看SSFR的俯視圖，外向內依序是外環、被外環環繞住的卡口環、以及位於中央被卡口環圍繞住的驅動殼管。
第3圖：卡口環支承在外環的一個內環級上的放大剖視圖。
1‧‧‧控制棒導管
2‧‧‧驅動殼管
3‧‧‧縱軸
4‧‧‧底座凸緣
5‧‧‧環形凸起
6‧‧‧卡口環
7‧‧‧外環
8‧‧‧盤形彈簧
9‧‧‧縱向縫
13‧‧‧固定銷
14‧‧‧閉鎖頭
15‧‧‧止動凸起
16‧‧‧環級
17‧‧‧承載面

Claims (10)

  1. 沸水式核反應爐之控制棒導管(1)及與其同軸並透過卡口板接頭與其連接之驅動殼管(2)，其特徵為：卡口板至少由以下兩個部分構成：a)一具有傳統之結構及作用方式並可繞縱軸(3)轉動的中央卡口環(6)，其作用是作為卡口槽之承載體，以及b)一環繞卡口環(6)的外環(7)，其作用為：(i)將卡口環的圓周向內握持住，以及(ii)因受到在軸向上持續作用在控制棒導管(1)上的彈簧力的作用而被支撐在控制棒導管(1)的一個底座凸緣(4)上。
  2. 如申請專利範圍第1項的控制棒導管(1)及驅動殼管(2)，其中帶有一同心環級(16)的外環(7)以滑動方式環繞卡口環(6)的圓周及底部。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項的控制棒導管(1)及驅動殼管(2)，其中朝控制棒導管(1)的方向觸及環級表面的盤形彈簧(8)在卡口環(6)及底座凸緣(4)之間撐開一個軸向間距。
  4. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項的控制棒導管(1)及驅動殼管(2)，其中形成於驅動殼管(2)頭部之徑向朝外站立並在卡口板接頭之閉鎖狀態由內將卡口環(6)握持住的止動凸起(15)。
  5. 如申請專利範圍第4項的控制棒導管(1)及驅動殼管(2)，其中補償驅動殼管(2)頭部上的止動凸起(15) 的補償凹槽(18)位於卡口環(6)的內側，其中凹槽(18)在鬆開狀態下被止動凸起(15)遮蓋住。
  6. 如申請專利範圍第3項至第5項中任一項的控制棒導管(1)及驅動殼管(2)，其中盤形彈簧(8)以徑向滑動配合的方式將驅動殼管(2)環繞住。
  7. 如申請專利範圍第1項至第6項中任一項的控制棒導管(1)及驅動殼管(2)，其中控制棒導管(1)在驅動殼管(2)上的一個徑向向外且突出於管子表面的平面形、錐體表面形或球形的承載面(17)。
  8. 如申請專利範圍第1項至第7項中任一項的控制棒導管(1)及驅動殼管(2)，其中在鬆開狀態下，卡口環(6)以可轉動的方式環繞住驅動殼管(2)，且二者之間有一軸向間隙。
  9. 如申請專利範圍第1項至第8項中任一項的控制棒導管(1)及驅動殼管(2)，其中在閉鎖狀態下，卡口環(6)在其所在位置被彈簧力軸向被張緊在驅動管殼(2)上。
  10. 如申請專利範圍第1項至第9項中任一項的控制棒導管(1)及驅動殼管(2)，其中在閉鎖狀態下，將卡口環(6)握持住並帶有閉鎖頭(14)的固定銷(13)使卡口環(6)不能轉動。
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