專利名稱:加壓水反應堆流動裙部設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及水冷卻的核反應堆，并且更具體地涉及用于改進進入水冷卻核反應堆的堆芯的冷卻劑的分布的設備。
技術背景
用加壓水冷卻的核反應堆發(fā)電系統(tǒng)的初級側(cè)包括閉合回路，所述閉合回路與用于產(chǎn)生有用能量的次級側(cè)隔離且與其有熱交換關系。初級側(cè)包括封裝堆芯內(nèi)部結(jié)構(gòu)的反應堆容器，所述堆芯內(nèi)部結(jié)構(gòu)支承多個包含可裂變材料的燃料組件；熱交換蒸汽發(fā)生器中的初級回路；用于循環(huán)加壓水的加壓器、泵以及管道的內(nèi)體積，這些管道將各蒸汽發(fā)生器和各泵獨立地連接至反應堆容器。包括連接至容器的管道系統(tǒng)、蒸汽發(fā)生器和泵的初級側(cè)各部件形成初級側(cè)的回路。初級側(cè)還連接至輔助回路，所述輔助回路包括用于加壓水的體積測量和化學監(jiān)測的回路。該輔助回路布置在初級回路的分支上，該輔助回路能夠通過在需要的時候補充測量的水量來維持初級回路中的水量，并且能夠監(jiān)測冷卻水的化學性質(zhì)，尤其是對于反應堆的操作很重要的硼酸的含量。
在全功率反應堆操作期間堆芯部件的平均溫度是大約580° F(304°C)。周期性地，必須使反應堆系統(tǒng)停止運轉(zhuǎn)以用于維護并且得到至壓カ容器內(nèi)側(cè)的通路。在這種運轉(zhuǎn)中斷期間，壓カ容器的內(nèi)部部件可以冷卻到大約50° F(10°C)的溫度。壓カ容器的內(nèi)部部件典型地由上內(nèi)部結(jié)構(gòu)和下內(nèi)部結(jié)構(gòu)構(gòu)成。上內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括控制棒導引管組件、支承柱、通過外殼封頭進入反應堆的用于儀器的導管、以及燃料組件對準結(jié)構(gòu)，并稱為上堆芯板。下內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括稱為堆芯筒(barrel)的堆芯支承結(jié)構(gòu)、以及堆芯護罩，所述堆芯護罩位于堆芯筒內(nèi)并將筒的圓形內(nèi)部轉(zhuǎn)化成與構(gòu)成支承在下堆芯支承板與上堆芯板之間的堆芯的燃料組件的周邊型面基本對應的有臺階的型式。
通常，堆芯容器是具有半球狀的下端的筒形。堆芯筒在反應堆容器的圓筒部分和半球狀部分接觸的區(qū)域處或與該區(qū)域相鄰處連接到反應堆容器的內(nèi)壁。在主堆芯支承部(即，在下端處用下堆芯支承部覆蓋的堆芯筒)下方，半球狀容器限定下頭部或下穩(wěn)壓室。大體環(huán)形的降液管在堆芯筒與反應堆容器的內(nèi)壁之間圍繞反應堆堆芯筒。通常是水的冷卻流體被泵送到該環(huán)形降液管中。冷卻劑流體向下循環(huán)到下穩(wěn)壓室中。半球形狀的下穩(wěn)壓室輔助冷卻劑流體在其中均勻地循環(huán)。多個反應堆堆芯冷卻劑入口位于下堆芯支承板的下側(cè)上。冷卻劑從下穩(wěn)壓室流到堆芯冷卻劑入口中，并向上流到堆芯中以冷卻燃料組件。[0007]為了維持整個堆芯的適當且均勻的冷卻，重要地是，在下堆芯支承板中的所有反應堆堆芯冷卻劑入ロ中維持均勻的冷卻劑流和壓カ。非均勻的冷卻劑壓カ或冷卻劑流產(chǎn)生不均勻的流入堆芯的冷卻劑流，這導致堆芯的燃料組件的不均勻冷卻。不均勻的燃料組件冷卻可能會迫使整個堆芯減載運行以適應“熱組件”位置。非均勻的冷卻劑流和壓カ會導致在下穩(wěn)壓室中循環(huán)的冷卻劑流體中形成旋渦或其它流動破壞。
可期望地是在核反應堆的堆芯內(nèi)設置堆芯監(jiān)測儀器。傳統(tǒng)地，將這種儀器連接到反應堆外部的導線通過反應堆容器的下半球狀部分的中央部分離開反應堆容器。從下堆芯板的下側(cè)延伸到反應堆容器的下半球狀部分的內(nèi)壁的多個導管攜帯儀器線路通過下穩(wěn)壓室。
下穩(wěn)壓室中的導管輔助在下穩(wěn)壓室內(nèi)維持均勻的冷卻劑流并且破壞循環(huán)的冷 卻劑流體中旋渦的形成。這些旋渦破壞冷卻劑流并且在旋渦相交的堆芯冷卻劑入口處產(chǎn)生低壓區(qū)O
在較新反應堆中，對于任何儀器導管變得可期望的是不通過下穩(wěn)壓室而離開反應堆。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在沒有來自下穩(wěn)壓室的儀器導管時會在下穩(wěn)壓室中的循環(huán)的冷卻劑中形成旋渦。
1993年11月30日授權并轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明受讓人的美國專利5，267，285提出使用一個或多個間隔開的平行板作為抑制旋渦的裝置，這些平行板與下支承板平行地支承在下穩(wěn)壓室中并且具有用于冷卻劑通過的孔。
隨著具有較大堆芯的較大被動設備的出現(xiàn)，很明顯需要其它裝置來改進下穩(wěn)壓室中的冷卻劑流的分布，以確保在下堆芯支承板中的所有反應堆堆芯冷卻劑入ロ中維持均勻的冷卻劑流和壓力。
因此，還需要改進下反應堆容器穩(wěn)壓室的設計以確保維持這種均勻的冷卻劑流和壓力。

發(fā)明內(nèi)容
通過采用具有下頭部和下堆芯支承板的筒形反應堆壓力容器實現(xiàn)這些和其它目的。具有豎直壁的筒從繞下頭部的多個位置支承，所述豎直壁具有延伸通過的多個孔和上邊緣，筒的上邊緣接近下堆芯支承板，以便使進入反應堆壓力容器且向下進入筒形反應堆壓カ容器壁與堆芯筒之間的環(huán)形空間的冷卻劑流的大部分通過筒的豎直壁中的孔，繼續(xù)通過下堆芯支承板中的堆芯入口孔，所述下堆芯支承板由堆芯筒的下端支承?？善谕?，筒的上邊緣在下堆芯支承板的底面下方間隔開。優(yōu)選地，周向的肋部從筒的豎直壁的內(nèi)部徑向地向內(nèi)延伸以加強壁，從而使壁能夠經(jīng)受住流動冷卻劑的壓力。
在一個實施例中，周向的肋部在筒的豎直壁的高度的中心稍上方形成，并且豎直壁中的孔形成第一圖案和第二圖案。優(yōu)選地，筒的豎直壁中的孔具有基本相同尺寸，并且孔的第一圖案在肋部的上方，孔的第二圖案在肋部的下方。可期望地，第一圖案是基本周向連續(xù)的，并且第二圖案是基本周向不連續(xù)的。在一個實施例中，從所述筒形流動裙部的底部豎直地向上延伸的多對沿周向間隔開的豎直槽切入所述筒形流動裙部的所述豎直壁的下部分中，每對豎直槽都形成與所述下頭部相連的附裝腿。優(yōu)選地，多對間隔開的豎直槽中的部分成對槽之間的周向距離不同于多對間隔開的豎直槽中的其它成對槽之間的距離，并且可期望地，槽橫跨筒的直徑是對稱的。優(yōu)選地，附裝腿連接到下穩(wěn)壓室的連接位置不與堆芯筒附裝到反應堆壓力容器的附裝位置豎直地對準。在一個實施例中，設置有六個至八個附裝腿，并且槽豎直地向上延伸到剛好肋部的高度下方?？善谕?，第二圖案的孔的非連續(xù)的圖案被附裝腿分離。
在另ー實施例中，第一圖案中的孔和第二圖案中的孔基本排列成周向的行，并且第二圖案的行的數(shù)量大于第一圖案的行的數(shù)量。優(yōu)選地，第一圖案的各行都嵌在第一圖案的另一行中，并且第二圖案的各行都嵌在第二圖案的另一行中。
優(yōu)選地，筒基本封閉環(huán)形空間與下頭部的底部部分之間的空間，并且筒的豎直壁中的孔布置成使得冷卻劑的第一部分被直接向上指引通過下堆芯支承板中的多個孔，并且冷卻劑的第二部分朝下頭部的底部部分向下指引并向上通過旋渦抑制板。

從以下結(jié)合附圖閱讀的優(yōu)選實施例的說明，可以得到對本發(fā)明的進ー步理解，附圖中
圖I是可以應用本發(fā)明的核反應堆系統(tǒng)的簡化示意圖；
圖2是可以應用本發(fā)明的核反應堆壓力容器和內(nèi)部部件的局部剖視圖；
圖3是圖2中所示的反應堆壓力容器的下部分的部分剖視圖，本發(fā)明的流動裙部(skirt)支承在反應堆容器的下半球狀部分的內(nèi)壁上；
圖4是示出安裝在堆芯支承板下方的本發(fā)明的流動裙部的部分剖視圖；
圖5是本發(fā)明的流動裙部的孔的圖案的平圖案視圖；
圖6是本發(fā)明的一段流動裙部的內(nèi)部分的示意圖。
具體實施方式
現(xiàn)在參照附圖，圖I示出簡化的核反應堆初級系統(tǒng)，其包括大致筒形反應堆壓力容器(10)，該容器具有封閉核堆芯(14)的外殼封頭(12)。諸如水的液體反應堆冷卻劑由泵(16)通過堆芯(14)泵送到容器(10)中，在所述堆芯(14)處熱能被吸收并且排放到熱交換器(18)(通常稱為蒸汽發(fā)生器)，在所述熱交換器中熱轉(zhuǎn)移至諸如蒸汽驅(qū)動渦輪發(fā)電機的利用回路(未示出)。反應堆冷卻劑然后回到泵(16)，完成初級回路。典型地，多個如上所述的回路通過反應堆冷卻劑管道系統(tǒng)(20)連接至單個反應堆容器(10)。
圖2中更詳細地示出示例性的反應堆設計。除了包括多個平行、豎直協(xié)同延伸的燃料組件(22)的堆芯(14)以外，為了本說明的目的，其它的容器內(nèi)部結(jié)構(gòu)可以分成下內(nèi)部結(jié)構(gòu)(24)和上內(nèi)部結(jié)構(gòu)(26)。在傳統(tǒng)設計中，下內(nèi)部結(jié)構(gòu)的功能是支承、對準和導引堆芯部件和儀器，以及在容器內(nèi)指引流動。上內(nèi)部結(jié)構(gòu)約束或提供用于燃料組件(22)的次級約束，并且支承和導引諸如控制棒(28)的儀器和部件。
在圖2中所示的示例性的反應堆中，冷卻劑通過ー個或多個入口噴嘴(30)進入容器(10)，向下流動通過容器(10)與堆芯筒(32)之間的環(huán)形空間，在下穩(wěn)壓室(34)中轉(zhuǎn)過180°，向上通過下堆芯板(36)(燃料組件(22)位于其上)，并且通過組件附近。流動通過堆芯和圍繞區(qū)域的冷卻劑流量通常很大，在大約20英尺每秒的速度下為400，000加侖每分鐘的量級。所得到的壓降和摩擦カ趨向于導致燃料組件升起，所述運動由包括圓形上堆芯板(38)的上內(nèi)部結(jié)構(gòu)(26)約束。離開堆芯(14)的冷卻劑沿上堆芯板(38)的下側(cè)流動并向上通過多個穿孔。冷卻劑然后向上徑向地流到ー個或多個出口噴嘴(40)。
可直線運動的控制棒(28)典型地包括中子毒物棒的多腳架組件和驅(qū)動軸，所述控制棒(28)由控制棒導引管(48)導引通過上內(nèi)部結(jié)構(gòu)(26)進入對準的燃料組件(22)中。導引管(48)固定地結(jié)合到上支承組件(44)并由壓配合到上堆芯板(38)的頂部中的開ロ銷連接。銷結(jié)構(gòu)使導引管組裝和替換容易(如果有必要)，并且確保尤其在地震或其它高負荷意外條件下主要由支承柱(46)而不是導引管(48)承擔堆芯負荷。這有助于在會有害地影響控制棒插入能力的意外條件下延遲導引管變形。
在較大的設備中，可期望的是在下穩(wěn)壓室(34)中進ー步改善流動圖案以確保在下堆芯支承板(36)的整個表面上方維持恒定的流量和壓力。為了實現(xiàn)該目的，本發(fā)明采用流動裙部，所述流動裙部在圖2中由附圖標記(50)示意性示出并在圖3至6中更詳細地示出。流動裙部(50)是在下反應堆容器穩(wěn)壓室(34)中的穿孔的筒結(jié)構(gòu)，其將流出容器(10)與堆芯筒(32)之間的環(huán)形空間的冷卻劑導引通過流動裙部(50)中的流動孔，并且通過將一體的附裝腿￠6)在繞底部頭部沿周向間隔開的位置處焊接到反應堆容器底部頭部(52)上的著落區(qū)(56)，而附裝至反應堆容器底部頭部(52)。流動裙部(50)在繞底部頭部(52)沿周向間隔開的著落區(qū)(56)上的安裝位置是直徑対稱的，雖然沒有均勻地間隔開，但這些安裝位置不與堆芯筒附裝至反應堆容器的內(nèi)壁的附裝位置豎直地對準。
圖3示出流動裙部(50)與下容器頭部(52)的連接以及流動裙部(50)相對于下堆芯支承板(36)的相對間隔。在流動裙部(50)與下堆芯支承板(36)之間維持有空間(70)以用于堆芯筒的相對運動，例如在發(fā)生地震事件以及有差異的熱膨脹時的相對運動，使得流動裙部不被損壞。流動裙部(50)中的孔(72)全部都具有大約相同的尺寸并且布置成兩種分離的圖案。第一圖案￠2)在流動裙部的上邊緣￠8)與水平肋部之間延伸，所述水平肋部在流動裙部(50)的外表面中形成沿周向的凹部(58)。第一圖案￠2)中的孔(72)形成嵌在一起的沿周向連續(xù)的兩行。四行沿周向不連續(xù)的孔(72)形成第二孔圖案(64)，所述四行沿周向不連續(xù)的孔(72)在凹部(58)的下方在流動裙部(50)的豎直壁的表面上嵌在一起。在圖4、5和6中示出的附裝腿(66)中斷第二孔圖案(64)中的沿周向連續(xù)的行。周向唇緣￠0)繞流動裙部(50)延伸并限定唇緣￠0)下方的流動裙部(50)的豎直壁的厚度的増加，所述唇緣￠0)增強流動裙部并克服冷卻劑流的力支承流動裙部。
圖4示出下穩(wěn)壓室(34)的四分之一的正視圖，并提供將堆芯筒支承在容器(10)上的徑向鍵之一和其相對于支承腿￠6)的定位的視圖。徑向鍵(74)被支承在容器(10)的主要軸線(cardinalaxis)上，而支承腿設計成與主要通道偏移。對于所有其它方面，圖4中示出先前參照圖3所述的流動裙部。下堆芯支承板(36)具有檢查ロ(76)，所述檢查ロ(76)的蓋可以被去除以在設備運轉(zhuǎn)中斷期間檢查下堆芯支承板下方的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。典型地，有六個至八個附裝腿￠6)在下頭部(52)上支承流動裙部(50)。
圖5不出流動裙部(50)的豎直壁的外表面的平圖案視圖。圖5提供具有兩行嵌在一起的孔(72)的基本沿周向連續(xù)的圖案(62)的清楚的視圖。圖5還提供基本沿周向不連續(xù)的孔的圖案(64)的清楚的視圖，其包括四行嵌在一起并且沿周向被附裝腿(66)中斷的孔(72)。
圖6提供流動裙部(50)的內(nèi)部的部分的示意圖，示出周向加強肋部(58)，所述周、向加強肋部(58)徑向地向內(nèi)延伸以增強流動裙部(50)。在這幾個附圖中使用相同的附圖標記指示相對應的部件。
再次參照圖2和3，冷卻劑通過入口(30)進入容器(10)中井向下進入環(huán)形空間
(54)。在環(huán)形空間(54)的底部，冷卻劑遇到流動裙部(50)。冷卻劑的大部分然后被迫通過流動裙部(50)中的孔(72)，其中一部分被向上指引直接通過下堆芯支承板(36)，而第二部分被指引到旋渦抑制板下方的穩(wěn)壓室(34)的下部分，在該處這部分冷卻劑轉(zhuǎn)而向上通過旋渦抑制板中的孔到達下堆芯支承板。該液壓作用平衡了在下堆芯支承板(36)的整個下側(cè)的壓力和流動。雖然已經(jīng)詳細說明本發(fā)明的具體實施例，但本領域中的技術人員將應理解，考慮所公開的全部教導可對這些細節(jié)進行各種修改和替換。因此，所公開的具體實施例僅表示示例且不限定本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范圍將由所附權利要求
的全部范圍及其任何和全部等同方案所給出。
權利要求
1.一種反應堆壓カ容器，包括 反應堆壓力容器筒形壁部分； 下頭部，其封閉所述筒形壁部分的底部； 堆芯筒，其基本同軸地布置在所述筒形壁部分內(nèi)并限定所述堆芯筒與所述筒形壁部分之間的冷卻劑降液管環(huán)形空間； 下堆芯支承板，其蓋住所述堆芯筒的底部；以及 在所述下頭部中布置在所述下堆芯支承板下方的筒形流動裙部，所述筒形流動裙部具有豎直壁，所述豎直壁具有延伸通過的多個孔和上邊緣，所述筒形流動裙部從繞所述下頭部間隔開的支承位置支承，所述支承位置中的至少部分位置之間的周向距離不同于所述支承位置中的其它位置之間的周向距離，并且所述上邊緣接近所述下堆芯支承板，以便使進入所述反應堆壓カ容器且向下流經(jīng)所述環(huán)形空間的冷卻劑流的大部分在通過所述下堆芯 支承板之前通過所述筒形流動裙部的所述豎直壁中的所述孔； 其中從所述筒形流動裙部的底部豎直地向上延伸的多對沿周向間隔開的豎直槽切入所述筒形流動裙部的所述豎直壁的下部分中，每對豎直槽都形成在所述支承位置處與所述下頭部相連的附裝腿。
2.根據(jù)權利要求
I所述的反應堆壓力容器，其中所述筒形流動裙部的所述上邊緣與所述下堆芯支承板的底面間隔開。
3.根據(jù)權利要求
I所述的反應堆壓力容器，包括周向的肋部，所述肋部從所述筒形流動裙部的所述豎直壁的內(nèi)部徑向地向內(nèi)延伸以加強所述壁。
4.根據(jù)權利要求
3所述的反應堆壓力容器，其中所述肋部在所述筒形流動裙部的所述豎直壁的高度的中心稍上方形成。
5.根據(jù)權利要求
3所述的反應堆壓力容器，其中所述筒形流動裙部的所述豎直壁中的所述孔形成第一圖案和第二圖案。
6.根據(jù)權利要求
5所述的反應堆壓力容器，其中所述筒形流動裙部的所述豎直壁中的全部孔具有基本相同尺寸。
7.根據(jù)權利要求
5所述的反應堆壓力容器，其中所述第一圖案在所述肋部上方，并且所述第二圖案在所述肋部下方。
8.根據(jù)權利要求
7所述的反應堆壓力容器，其中所述第一圖案是基本周向連續(xù)的，并且所述第二圖案不是基本周向連續(xù)的。
9.根據(jù)權利要求
I所述的反應堆壓力容器，其中所述多對沿周向間隔開的豎直槽中的部分成對槽之間的距離不同于所述多對沿周向間隔開的豎直槽中的其它成對槽之間的距離。
10.根據(jù)權利要求
I所述的反應堆壓力容器，其中所述豎直槽從所述壁的所述底部基本向上延伸到所述肋部的高度。
11.根據(jù)權利要求
I所述的反應堆壓力容器，其中有6至8個附裝腿。
12.根據(jù)權利要求
I所述的反應堆壓力容器，其中所述附裝腿基本薄于所述附裝腿之間的周向距離。
13.根據(jù)權利要求
I所述的反應堆壓力容器，其中所述堆芯筒在多個沿周向間隔開的位置處附裝至與所述下頭部的底部間隔開的所述反應堆壓カ容器的內(nèi)部，其中在所述多個沿周向間隔開的位置處所述附裝腿不與所述堆芯筒附裝位置豎直地對準。
14.根據(jù)權利要求
8所述的反應堆壓力容器，其中所述第二圖案的所述孔的非連續(xù)圖案是被所述附裝腿沿周向分離的第二圖案。
15.根據(jù)權利要求
14所述的反應堆壓力容器，其中所述第一圖案中的所述孔和所述第ニ圖案中的所述孔基本排列成沿周向的行，并且所述第二圖案的所述行的數(shù)量大于所述第一圖案的所述行的數(shù)量。
16.根據(jù)權利要求
15所述的反應堆壓力容器，其中所述第一圖案的各行都嵌在所述第ー圖案的另一行中，并且所述第二圖案的各行都嵌在所述第二圖案的另一行中。
17.根據(jù)權利要求
3所述的反應堆壓力容器，其中所述肋部在所述筒形流動裙部的所述豎直壁的外表面中形成周向的凹部。
18.根據(jù)權利要求
I所述的反應堆壓力容器，包括在與所述上邊緣下方有一段距離處 位于所述筒形流動裙部的所述豎直壁的外表面上的周向的唇緣，所述唇緣限定所述唇緣下方所述豎直壁的厚度的増加。
19.根據(jù)權利要求
I所述的反應堆壓力容器，其中所述筒形流動裙部的所述豎直壁中的所述孔布置成使得冷卻劑的第一部分被直接向上指引通過所述下堆芯支承板中的多個孔，并且冷卻劑的第二部分被向下指引向所述下頭部的底部部分。
20.根據(jù)權利要求
19所述的反應堆壓力容器，包括水平的渦流抑制板，所述渦流抑制板具有從其穿過的孔以用于通過冷卻剤，其中冷卻劑的第二部分的主要部分被從下側(cè)通過所述渦流抑制板向上指引到所述下堆芯支承板。
21.ー種具有壓カ容器的反應堆，包括 下頭部； 下堆芯支承板；以及 在所述下頭部中布置在所述下堆芯支承板下方的筒形流動裙部，所述筒形流動裙部具有豎直壁，所述豎直壁具有延伸通過的多個孔和上邊緣，所述筒形流動裙部從繞所述下頭部間隔開的支承位置支承，所述支承位置中的至少部分位置之間的周向距離不同于所述支承位置中的其它位置之間的周向距離，并且所述上邊緣接近所述下堆芯支承板，以便使進入所述壓カ容器的冷卻劑流的大部分在通過所述下堆芯支承板之前通過所述筒形流動裙部的所述豎直壁中的所述孔； 其中從所述筒形流動裙部的底部豎直地向上延伸的多對沿周向間隔開的豎直槽切入所述筒形流動裙部的所述豎直壁的下部分中，每對豎直槽都形成在所述支承位置處與所述下頭部相連的附裝腿。
專利摘要
一種加壓水反應堆容器，具有由穿孔的筒形結(jié)構(gòu)形成的流動裙部，該流動裙部在降液管環(huán)形空間的出口處支承在下反應堆容器頭部中，該流動裙部將冷卻劑流引導通過筒形結(jié)構(gòu)的壁中的流動孔。流動裙部支承在下反應堆容器頭部上的多個沿周向間隔開的位置處，所述位置沒有相等地間隔開或者與堆芯筒附裝點豎直地對準，并且流動裙部采用獨特的孔的圖案布置，確保冷卻劑的壓力和流動在下堆芯支承板的整個下側(cè)上的基本平衡。
文檔編號G21C1/04GKCN101606204SQ200880004700
公開日2012年8月22日 申請日期2008年2月7日
發(fā)明者D·R·福塞斯, J·F·基爾勃, N·E·李, R·E·施威里安 申請人:西屋電氣有限責任公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (5),