專利名稱:流體減速劑控制系統(tǒng)燃料組件的密封連接器的制作方法
本發(fā)明一般涉及譜移加壓水核反應堆(譜移壓水堆)領域，特別涉及燃料組件及譜移控制機構(gòu)之間的密封連接。
談及這一技術，通常的輕水壓水堆中，堆芯設計成具有過剩反應性。反應堆運轉(zhuǎn)時，過剩反應性非常緩慢地消耗著，直到堆芯不能繼續(xù)維持核反應，而必須重新填加新的燃料為止。通常這要過幾年的時間，盡可能地延長反應堆重新添加燃料的時間(即延長堆芯壽命)是非常有益的，這是由于，填加燃料需完全停掉反應堆，浪費很長時間。通常采取使堆芯具有足夠大的過剩反應性的辦法，來延長堆芯的壽命。
一般來說，控制整個裂變過程，或說反應性控制，其中包括過剩反應性控制，是通過改變反應堆芯里的中子吸收劑的多少來完成的，使用包含中子吸收劑的，并且可放入和移出堆芯的控制棒，是一種控制反應性的手段，另一種手段是采用溶于反應堆冷卻液中的可燃及不可燃的抑制劑。當著由于反應堆的不斷運轉(zhuǎn)而使反應性降低時，或者通過反應堆運轉(zhuǎn)逐漸燒掉抑制劑，或者通過為此專門設計的分離系統(tǒng)，用物理方法去掉抑制劑。更常用的方法是將溶解的抑制劑和控制棒結(jié)合使用，來控制反應堆，以及控制過剩反應性。
然而，用控制棒和抑制劑所吸收的中子本來可以用更有效的方式加以以利用。例如，由于過剩反應性產(chǎn)生的中子可能被用來將燃料組件里的可轉(zhuǎn)換材料轉(zhuǎn)變?yōu)轭谢蛄炎冚S，而它們還可進一步裂變，從而進一步延長了堆芯的壽命?？梢?，使用控制棒和溶解的抑制劑可提供高效的反應堆控制，但它低效地消耗了高價鈾。因而，應該說它有助于控制過剩反應性，但是它沒有結(jié)合過剩反應性去抑制中子吸收，以便進一步延長堆芯壽命或重新填加燃料的期限，從而降低燃燒費用。
我們知道，在燃料使用周期的前一階段，通過應用“硬化”(核能)譜，減少過剩反應性，增強可轉(zhuǎn)換材料向裂變材料的轉(zhuǎn)變，從而降低燃料元件的濃縮度，增高產(chǎn)生裂變材料的轉(zhuǎn)換率;之后，在燃料使用周期的后一階段，通過應用“軟”(低能)中子譜，增加反應性，并且通過使前一階段產(chǎn)生的裂變材料進一步的裂變延長堆芯壽命，應用上述原理的方法稱之為譜移控制，它延長了堆芯壽命，而又減少了堆芯的中子吸收材料。機械譜移反應堆就是這種控制方法的一個例子，其中，通過一個中空的置換棒插入堆芯中的燃料組件，(當然，它要在燃料組件中置換掉等體積的水)并且這些棒可以用機械方法提出或者穿孔，以便使水充滿所有的容積。在堆芯壽命的早期，通過用置換棒排除掉一部分堆芯中的水，來使中子能譜變硬。之后，通過將上述置換棒提出或者穿孔，從而在堆芯中又加入一部分水，使中子的能譜變軟。
實現(xiàn)譜移變換的另外一種方法是在堆芯壽命的早期，用重水，或稱氧化氘去轉(zhuǎn)換等體積的堆芯水，之后，在堆芯壽命的后期，逐步減少重水的體積，并以一般的反應堆冷卻液(輕水)去替代它。這一低效的減速劑重水，用于降低燃料的濃縮度，提高可轉(zhuǎn)換材料轉(zhuǎn)變成裂變材料的比例，從而可以降低燃料成本，延長堆芯壽命。而這就需要在燃料組件和堆芯下支板之間安裝一個密封連接器，以便當引入重水替代輕水減速劑，之后，又引入輕水減速劑的過程中完成燃料組件及堆芯支板之間的密封連接。對于壓水堆來說，使用這樣的密封連接器是一個新事物。這一密封連接器必須提供密封以防止反應性的突然增加。并且，由于給堆芯填加燃料期間，燃料組件底部不能接近，所以，必須提供非固定的或非永久式的密封連接。
因此，本發(fā)明的主要目的是提供一種密封連接器，它將泄漏的可能性減至最小，從而防止反應性的意外增加。
本發(fā)明的另一目的是提供一種密封連接器，它與燃料組件結(jié)合成一體，以便實現(xiàn)燃料組件在堆芯中的自動連接定位。
本發(fā)明還有一個目的就是提供一種密封連接器，它便于修理及轉(zhuǎn)換，從而可避免由于密封連接器的損壞而使整個的燃料組件報廢。
考慮到這一目的，本發(fā)明的密封連接器適用于譜移壓水堆，這種堆的燃料組件中有一個或多個流動通道，在堆芯支板上有一個或多個流動通道，其特征是，具有流動通道的拉長部件安裝在所述的燃料組件和堆芯支板之間，該拉長部件具有第一、第二端部為管狀之構(gòu)件，它們互相間隔，軸向準直，并且由波紋狀構(gòu)件相互密封地連接，并且，該拉長部位具相對的兩端，用以和所述燃料組件及堆芯支板密封接合。
通過舉例的方法，由下面示在附圖中的優(yōu)先實施例的說明，本發(fā)明將更加清楚明白。其中圖1為應用流體減速劑控制系統(tǒng)的壓水堆的堆芯局部剖面圖，它示出密封連接器的總體應用;
圖2為根據(jù)本發(fā)明制造的密封連接器的一個實施例的詳細剖視圖;
圖3為根據(jù)本發(fā)明制造的密封連接器的另一個實施例的詳細剖視圖。
參見圖1，它畫出堆芯的一部分以及反應堆的下部結(jié)構(gòu)，燃料組件總體以標號(10)表示，它有多個燃料棒(11)，一個上部出口流動嘴(12)，一個下部入口流動嘴(13)。燃料棒(11)由本技術領域：
中所熟知的因康鎳框格(圖中沒有示出)相互平行、而又相互間隔地安裝。多個減速劑控制管(14)散布在燃料棒(11)之間。上述因康鎳框格(圖中沒有示出)也用于支撐連接減速劑控制管(14)。上部出口流動嘴(12)采用例如焊接等方法，而與減速劑控制管(14)的上端(15)固定連接在一起。位于上部出口流動嘴(12)內(nèi)的一個集合管(16)，其流道與減速劑控制管(14)的上端(15)相連通。同樣，下部入口流動嘴(13)與減速劑控制管(14)的下端(17)密封焊接在一起。一個下集合管(18)的流道與減速劑控制管(14)的所有下端(17)，而不只是一個下端，相連通。
如上所述，燃料組件(10)是用在輕水壓水堆中的一種型式，它利用譜移原理，通過改變?nèi)剂辖M件中的氧化氘或重水的多少，來改變堆芯中輕水減速劑的數(shù)量。氧化氘通過下堆芯支板(20)中的流道(19)，穿越入口密封連接器(21)，到達下流動嘴的集合管(18)。之后，氧化分布到減速劑控制管(14)之中，向上升到上流動嘴的集合管(16)，從而將輕水置換掉。氧化氘隨后向下流入返流減速劑管(22)，之后流過出口密封連接器(23)，流向堆芯下支板中的出口流通道(24)。
然而，值得注意的是，當減速劑控制管(14)和(22)中的氧化氘達到要求的數(shù)量時，氧化氘的流量就被減少到某一程度，以供補償重水的內(nèi)泄漏;以及更重要的是，提供一個受控連續(xù)流動，以便帶走幅射能量，使重水的溫度維持在沸點之下。因此，每一密封連接器(21)及(23)承受大體相同的內(nèi)壓。另外，由于每一密封連接器(21)及(23)處在相同的軸向芯位上，所以它們在相同的軸向芯位承受相同的外壓力。因而，入口密封連接器(21)實際上與出口密封連接器(23)處于相同的工作條件，通過將氧化氘的內(nèi)壓調(diào)節(jié)到與燃料組件(10)的入口處的冷卻減速劑的內(nèi)壓相等，這樣在密封連接器(21)及(23)的內(nèi)部和外部之間，基本上不存在壓差。由于密封連接器(21)和(23)基本上處于相同的工作條件下，所以每一連接器可作得完全相同，并可互換。
關于密封連接器(21)或(23)的詳細結(jié)構(gòu)假于圖2。盡管密封連接器內(nèi)，外壓力差接近于0，但它們還是被作成密封形式，以防在極偶然情況下存在正的或負的壓力差。泄漏密封連接器遇到正壓差將意外地又向燃料組件(10)內(nèi)引入減速劑，從而引起一個意外的更大減速，顯然，這一情況是我們所不希望的。另一方面，泄漏的密封連接器遇到負壓差將引起減速劑的意外的減少，這也不是我們所希望的。
密封連接器(21)或(23)總的來說包括一個固定的上構(gòu)件(30)，它被連接到燃料組件(10)的入口端，一個活動的下構(gòu)件(31)，它插入到插接套(32)之中從而也插入到下堆芯支板(20)之中;一個波紋管(33)，它連接上構(gòu)件(30)和下構(gòu)件(31);以及一個套筒(34)，它與上構(gòu)件(30)相連，并且環(huán)繞著波紋管(33)。流道(35)和(36)分別位于上構(gòu)件(30)及下構(gòu)件(31)之中，該流道(35)及(36)是為了向燃料組件(10)引入氧化氘或任何其它相對于輕水為低效中子減速流體(液體或氣體);或者，向所述燃料組件(10)再次引入輕水堆冷卻劑。
當燃料組件起始時往堆芯中安放時，在燃料慢慢消耗運轉(zhuǎn)時，或在堆芯重新填加燃料時，由于燃料組件(10)的減速劑入口處或燃料組件(10)的底部不可接近，所以，燃料組件(10)和下堆芯支板(20)之間采用固定式或永久的機械連接是不切實際的。所以，密封連接器(21)或(23)可以僅僅在其一端，與下流動嘴(13)，或下堆芯支板(20)二者之一連成一體，或永久性地固定在一起。在圖2所示的實施例中，密封連接件(21)或(23)的固定上構(gòu)件(30)與流動嘴(13)連成一體，而活動的下構(gòu)件(31)構(gòu)成滑動配合，它對著堆芯下支板(20)并在其中承受彈性負載，燃料組件壓具的彈性力，燃料組件的重量，以及下文將要論及的波紋管彈性力，共同對下構(gòu)件(31)發(fā)生作用。下構(gòu)件(31)和堆芯支板(20)之間的密封配合依靠將燃料組件(10)放置進入反應堆芯來完成;燃料組件(10)移開時，密封斷開。值得注意的是，將密封連接器(21)或(23)在下堆芯支板(20)處作成整體的連接，而在流動嘴(13)處作成滑動配合，也將同樣滿意，并且這一替代方案將包括在我們在此說明的發(fā)明范圍之內(nèi)。
仍參見圖2，固定的上構(gòu)件(30)可通過夾持器或叫柱形伸長件(38)中的軋制凸起接合面(37)來連接，夾持器(38)是流動嘴(13)整體的一部分。由于存在數(shù)個軋制凸起接合面(37)，所以在上構(gòu)件(30)和夾持器(38)之間得到了大體密封接合。在這一一接合型式中，固定件(30)的細柱面部分(39)被軋制進夾持器(38)內(nèi)表面的溝槽(40)之中。另一種同樣令人滿意的、可靠的機械連接可以采用“脹接”(Swage-lok)方式或者其它相似連接類型的管道連接，還有另一種型式的密封連接，是采用螺紋形式將上構(gòu)件(30)擰入夾持器(38)，并且繞周圍焊接密封。當然，所述材料要要能被焊接。
完成密封連接器(21)或(23)的活動件(31)和下堆芯支板(20)之間的密封的一種方法是，采用球一錐形密封(50)及數(shù)個“活塞環(huán)”(51)插接套(32)插入在下堆芯支板(20)的開口(53)之內(nèi)，并在(54)處施以焊接。
完成密封連接器(21)或(23)的活動件(31)和下堆芯支板(20)之間的密封的一種方法是，采用球-錐形密封(50)及數(shù)個“活塞環(huán)”(51)。插接套(32)插入在下堆芯支板(20)的開口(53)之內(nèi)，并在(54)處施以焊接。焊縫(54)形成機械密封連接，以滿足如下流動密封的需要開口(53)須與堆芯支板(20)中的流道(19)或(24)其中之一相連通，而后又與密封連接器(21)或(23)的流道(35)、(36)相連通。
球-錐形密封應用了本技術領域：
中為人熟知的原理。插接套(32)的上端有一截錐面(56)。該錐面可以直接在插接套(32)上加工出來，或者，也可以作成一個錐形套(57)，該套的材料明顯地要比構(gòu)成密封連接器(21)或(23)的下構(gòu)件(31)的材料硬，套(57)焊接到下構(gòu)件(32)上，之后通過機械加工以便最后達到所要求的尺寸形狀。盡管這樣作稍微復雜一些，然而加了錐形套的好處是，它防止了由于插接套(32)的破壞而整個地極廢掉下堆芯支板(20)這種可能性。
密封連接器(21)或(23)的活動件(31)包含一個機加工的截球面(58)，它與截錐面(56)形成一對密封件，一個柱塞(59)由活動件(31)延伸出來，并且它具有多個活塞環(huán)密封(51)，而活塞環(huán)(51)與沿圓周方向加工出的凹槽(60)形成配合。環(huán)(51)采用本技術領域：
中人們熟知的結(jié)構(gòu)當主要的球-錐面密封(50)遭到破壞，或在其他不能正確運行情況下，環(huán)(51)起到后備密封作用，以防止減速劑控制管(14)的向內(nèi)和向外的泄漏。
一個波紋管(33)密封地連接密封連接器的下構(gòu)件(31)和上構(gòu)件(30)，波紋管(33)由金屬材料作成，并且在(52)處焊接到上構(gòu)件(30)的柱形伸展部(61)上，在(55)處焊接到下構(gòu)件(31)的柱形伸展部(62)上。密封連接器的上構(gòu)件(30)和下構(gòu)件(31)之間形成間隙(63)。間隙(63)適用于上構(gòu)件(30)及下構(gòu)件(31)之間的相對運動，而這一相對運動是考慮到當將燃料組件(10)要放入反應堆芯，并要保證球面(58)在錐面(56)之中的可靠的密封，而要施加到燃料組件(10)上一個壓緊負載。如圖所示，波紋管(33)構(gòu)成一個彈簧，它將它的壓縮力，即施加到燃料組件(10)上的壓縮彈性力及燃料組件(10)的重量，傳遞到密封連接器(21)或(23)的下構(gòu)件(31)上。金屬的波紋管(33)和間隙(63)是為了適應于即使當稍微偏離密封連接器(21)或(23)的垂直的軸向中心線時，也可以保證正確無誤的密封。
套筒(34)用于保護波紋管(33)，并且作為一個附加的制動器，以限制活動的下構(gòu)件(31)相對于上構(gòu)件(30)之間的壓縮運動距離。套管(34)具有一柱形管(64)，它在(65)處焊接到固定的上構(gòu)件(30)的長柱形件(66)上，套筒(34)從所述的焊縫(65)處向下延伸，罩住波紋管(33)，并且止于端部(67)，該端部(67)由(68)處一個預定的量與插接套(32)相間隔?；顒蛹?31)和套筒(34)的相應的重疊法蘭盤(69)和(70)，用以當密封連接器(21)或(23)沒有在流動嘴(13)和下堆芯支板(20)之間配合好時，限制間隙(63)的擴展。
如上所述，密封連接器(21)或(23)構(gòu)成了燃料組件(10)的機械延伸連接。當密封連接器(21)或(23)損壞了時，可以把它從燃料組件(10)上卸下并代之以新的密封連接器。當然，置換時燃料組件(10)沒有安裝在反應堆芯中。
當裝有密封連接器(21)和(23)的燃料組件(10)安裝時，使用常規(guī)的程序和防護措施。當將燃料組件(10)連接到堆芯支板(20)上時，使用導銷(圖中未示出)來引導它們的安裝，這在本技術領域：
中為人熟知。以這種方式，燃料組件(10)事先準備好在密封連接器(21)和(23)與插接套(32)之間的正確的對準，以保證安裝過程中不會損壞密封連接器(21)和(23)。柱(59)還具有錐形入口端(71)，這是考慮到萬一燃料組件與堆芯支板(20)沒完全對準時而用的。如果柱塞(59)相對于插接套中的開口有一小的偏離，錐頭(71)還考慮到這種情況可加以補償。如前所述由波紋管(33)允許的橫向運動，可保證沿柱塞(59)全長上的密封。當柱塞(59)基本上在開口(72)中配合好之后，球面(58)和錐面(56)也接觸好。
由于波紋管(33)在密封連接器(21)和(23)的上構(gòu)件(30)和下構(gòu)件(31)上施加一個擴張力，球形密封面和錐形密封面首先接觸，間隙(63)比法蘭盤(69)和(70)之間的間隙(73)要大。通常在壓水堆中應用的作用在燃料組件(10)的出口端上的彈性力(圖中沒有示出)，加上燃料組件(10)的重量，壓到波紋管(33)上，之后加載到球面(58)和錐面(56)上。一旦完成了安裝，核反應堆啟動運行時，堆芯支板(20)中的流道與密封連接器(21)和(23)中的校準的流道(35)和(36)相連通，從而使得流體可以流入及流出減速劑控制管(14)和(15)。
另一種密封連接器實施例(80)示于圖3，這一實施例與圖2所示實施例的主要區(qū)別在于，它在密封連接器的固定構(gòu)件(82)及活動構(gòu)件(83)之間具有一個或多個密封環(huán)(81)，在波紋管(84)萬一損壞時，密封環(huán)(81)提供一個后備的密封，密封環(huán)(81)裝配在固定構(gòu)件(82)的頭部(85)里的凹槽中;頭部(85)裝配在活動構(gòu)件(83)的一個延伸部分(86)之中，該部分具有一開口(87)，它與頭部(85)重疊配合在一起。
圖3還示出另一種將固定構(gòu)件(82)連到下部流動嘴(13)上的方法，一個流動連接器(88)插入下部流動嘴(13)的開口(89)中，根據(jù)密封連接器(80)構(gòu)成為入口連接器或是出口連接器，開口(89)分別與下部流動嘴集合管(18)或者和減速劑控制管(22)(見圖1)相連通。流動連接器(88)在(90)處焊到下部流動嘴(13)上。流動連接器(88)的一個延伸部分(91)裝配在密封連接器(80)的固定構(gòu)件(82)的上端部(92)之內(nèi)。如圖所示，通過幾個軋制接合面(93)，固定構(gòu)件(82)和流動連接器(88)形成整體的密封連接。如前所述，這一連接也可由“脹接”(Swage-lok)連接型式所構(gòu)成。
當我們用某些特定條件，或特定的實施例、改進型說明、公布并且以圖示敘述完本發(fā)明時，實際上，我們并不認為本說明的范圍僅限于此，當其它的改進型或?qū)嵤├赡苁怯杀景l(fā)明得到了啟發(fā)、暗示時，特別是當它們包括在我們所提的權利要求
范圍之內(nèi)時，這些改進型及實施例被特別地保留在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權利要求
1.一種適用于譜移加壓水核反應堆的密封連接器，其中，核反應堆的燃料組件(10)具有一個或多個流道；反應堆芯支板(20)具有一個或多個流道(19)、(24)；該密封連接器的特征是一個縱長形構(gòu)件(34)，具有一個貫穿其間的流道；該構(gòu)件位于所述燃料組件(10)和所述堆芯支板(20)之間；所述縱長形構(gòu)件具有第一及第二端部為管狀的構(gòu)件(61，63)，它們互相間隔開并且軸向?qū)χ?，通過波紋狀構(gòu)件(33)，它們相互密封連接在一起；該縱長形構(gòu)件具有相對的端部，分別用于和所述燃料組件(10)及所述堆芯支板(20)密封嚙合。
2.根據(jù)權利要求
1，一種密封連接器，其特征在于，所述第一構(gòu)件通過永久式機械接合，連到所述燃料組件(10)的一個或幾個流道上。
3.根據(jù)權利要求
1或2，一種密封連接器，其特征在于，所述第二構(gòu)件通過一個球面及錐面接合，與所述堆芯支板(20)的一個或幾個流道相連接。
4.根據(jù)權利要求
3，一種密封連接器，其特征在于，所述球面錐面接合包括，在所述第二構(gòu)件上構(gòu)成有截球面，在所述堆芯支板(20)上構(gòu)成有截錐面(56)。
5.根據(jù)權利要求
4，一種密封連接器，其特征在于，它具有一個插接套(32)，與所述堆芯支板(20)以固定形式連在一起，所述插接套具有所述的截錐面(56)。
6.根據(jù)權利要求
5，一種密封連接器，其特征在于，所述截錐面(56)位于截錐件(57)上，截錐件(57)以固定方式連在所述插接套(32)上，截錐件(57)的錐面(56)比所述截球面硬度高。
7.根據(jù)權利要求
6，一種密封連接器，其特征在于，所述波紋管構(gòu)成為彈性機構(gòu)，用以對所述球-錐接合面施加壓力負荷。
8.根據(jù)權利要求
1，一種密封連接器，其特征在于，一個圓筒形罩(64)裝在所述波紋管外圍，以保護該波紋管。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種密封連接器，它用于譜移加壓水核反應堆中，密封地連接堆芯支板中的流動通道及燃料組件中的流動通道。這種密封連接器用于在反應堆運行的前期，將氧化氘引入燃料組件，而在反應堆運行的后期，又將輕水重新引入燃燒器組件，在整個過程中其提供密封不漏的流動通道。
文檔編號G21C3/14GK85105215SQ85105215
公開日1987年1月7日 申請日期1985年7月8日
發(fā)明者盧西諾·維羅尼亞, 斯蒂芬·納爾遜·托爾, 威廉·愛德華·克拉森 申請人:西屋電氣公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan