用于核反應(yīng)堆的控制棒組件中連接連接桿和控制棒的終端元件的制作方法
【專利說明】用于核反應(yīng)堆的控制棒組件中連接連接桿和控制棒的終端元件
[0001 ] 本發(fā)明專利申請(qǐng)是國際申請(qǐng)?zhí)枮镻CT/US2011/047447，國際申請(qǐng)日為2011年8月11日，進(jìn)入中國國家階段的申請(qǐng)?zhí)枮?01180004466.3，名稱為“用于核反應(yīng)堆的控制棒組件中連接連接桿和控制棒的終端元件”的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及核電反應(yīng)堆領(lǐng)域、核反應(yīng)控制裝置領(lǐng)域、控制棒組件領(lǐng)域以及相關(guān)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0003]在已知的核電廠中，核反應(yīng)堆堆芯包括一定數(shù)量和成分的裂變材料，裂變材料的數(shù)量和成分被選擇為以支持所要求的核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。為了慢化反應(yīng)，可提供中子吸收介質(zhì)，在輕水反應(yīng)堆的情形中，介質(zhì)為輕水(H20)，而在重水反應(yīng)堆的情形中，介質(zhì)則為重水(D20)。人們還知道，通過將包括中子吸收材料的“控制棒”插入反應(yīng)堆堆芯內(nèi)對(duì)齊的通道內(nèi)來控制或停止反應(yīng)。當(dāng)控制棒插入時(shí)，控制棒吸收中子而慢化或停止鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。
[0004]控制棒由控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(CRDM)操作。在所謂的“灰”控制棒中，控制棒的插入是連續(xù)地調(diào)整的，以提供連續(xù)可調(diào)的反應(yīng)率控制。在所謂的“停堆”控制棒中，該插入是完全地插入或完全地拔出。在正常運(yùn)行過程中，停堆棒從反應(yīng)堆堆芯中完全拔出；在緊急停堆過程中，停堆棒快速完全地插入，從而快速停止鏈?zhǔn)椒磻?yīng)?？刂瓢暨€可設(shè)計(jì)成既執(zhí)行灰棒功能也執(zhí)行停堆棒的功能。在某些如此雙重功能的控制棒中，控制棒構(gòu)造成可在緊急停堆事件中與CRDM脫開，以使脫開的控制棒在重力作用下落入反應(yīng)堆堆芯內(nèi)。在諸如海軍系統(tǒng)的某些系統(tǒng)中，還可提供液壓壓力或其它正向力(重力之外)來將脫開的控制棒驅(qū)動(dòng)入堆芯。
[0005]為了完成控制系統(tǒng)，提供了控制棒/CRDM聯(lián)接器。已知的聯(lián)接器包括具有下端的連接桿，控制棒固定在該下端處。連接桿的上部可操作地連接到CRDM。已知的提供灰棒功能的CRDM包括驅(qū)動(dòng)導(dǎo)螺桿的電動(dòng)機(jī)，導(dǎo)螺桿與連接桿形成一體或剛性地連接到連接桿，這樣，電動(dòng)機(jī)的操作可以連續(xù)方式驅(qū)動(dòng)導(dǎo)螺桿和一體的或剛性連接的連接桿上下運(yùn)動(dòng)。已知的提供停堆功能的CRDM構(gòu)造成主動(dòng)地將控制棒保持在提升的位置(S卩，提出反應(yīng)堆堆芯外);在緊急停堆中，移去該主動(dòng)提升力，控制棒和一體的或連接的連接桿一起朝向反應(yīng)堆堆芯落下(使控制棒實(shí)際進(jìn)入反應(yīng)堆堆芯內(nèi))。已知的提供灰棒/停堆棒雙重功能的CRDM包括電動(dòng)機(jī)/導(dǎo)螺桿布置，電動(dòng)機(jī)和導(dǎo)螺桿之間的連接設(shè)計(jì)成在緊急停堆期間釋放開導(dǎo)螺桿。例如，電動(dòng)機(jī)可通過可分離開的球螺母連接到導(dǎo)螺桿，該球螺母在正常(灰棒)運(yùn)行過程中主動(dòng)夾緊導(dǎo)螺桿，而在緊急停堆事件中，則分開，這樣，控制棒、連接桿和導(dǎo)螺桿一起起到緊急停堆作用(即，朝向反應(yīng)堆堆芯一起落下)。
[0006]本文以參見方式引入以下兩個(gè)相關(guān)申請(qǐng)的全部內(nèi)容:2010年3月12日提交的題為“用于核反應(yīng)堆的控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)”的相關(guān)申請(qǐng)系列號(hào)12/722，662 ；2010年3月12日提交的題為“用于核反應(yīng)堆的控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)”的相關(guān)申請(qǐng)系列號(hào)12/722,696。這兩個(gè)申請(qǐng)披露了這樣的構(gòu)造，其中，電動(dòng)機(jī)和導(dǎo)螺桿之間的連接不是可釋放的，但在導(dǎo)螺桿和連接桿之間提供了可分開的鎖閂以便實(shí)現(xiàn)緊急停堆。在這樣的替代構(gòu)造中，導(dǎo)螺桿不作緊急停堆，但相反，僅在導(dǎo)螺桿保持與電動(dòng)機(jī)嚙合時(shí)，脫開閂定的連接桿和控制棒才一起朝向反應(yīng)堆堆芯作緊急停堆。
[0007]CRDM是復(fù)雜裝置，其通常用電力和/或液壓驅(qū)動(dòng)。在停堆棒或雙重的灰棒/停堆棒的情形中，包括CRDM的控制棒系統(tǒng)也可被分級(jí)為安全相關(guān)的部件，該狀態(tài)至少對(duì)于CRDM的停堆功能強(qiáng)加嚴(yán)格的可靠性要求。
[0008]為了降低成本和整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜性，大家知道，通過稱之為“蛛狀結(jié)構(gòu)”的附加的連接元件將單一 CRDM連接到多個(gè)控制棒。在如此情形中，所有與單一 CRDM單元連接的控制棒一起移動(dòng)。在實(shí)踐中，提供多個(gè)CRDM單元，每個(gè)單元與多個(gè)控制棒連接，以提供某些冗余性。蛛狀結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)離連接桿的下端側(cè)向地延伸，以提供大的用于附連多個(gè)控制棒的“表面面積”。
[0009]盡管要求蛛狀結(jié)構(gòu)具有大的有效面積，但蛛狀結(jié)構(gòu)還通過控制棒支承組件。當(dāng)控制棒移入或移出反應(yīng)堆時(shí)，該支承組件導(dǎo)向控制棒，以防止任何控制棒沿所要求的“上/下”方向之外的任何方向作彎曲或側(cè)向運(yùn)動(dòng)。支承組件應(yīng)凸輪地作用在各個(gè)控制棒上的周界部分上(橫向于緊急停堆方向)，足以防止控制棒的彎曲或側(cè)向運(yùn)動(dòng)。
[0010]對(duì)蛛狀結(jié)構(gòu)有效面積的另一限制在于，在緊急停堆過程中，蛛狀結(jié)構(gòu)不應(yīng)提供大的液壓阻力，該阻力在緊急停堆過程中，限制脫開的控制棒/蛛狀結(jié)構(gòu)/連接桿(以及可供選擇的導(dǎo)螺桿)組件朝向反應(yīng)堆堆芯的加速運(yùn)動(dòng)。由于蛛狀結(jié)構(gòu)用于控制棒附連的“有效表面”定向?yàn)榫o急停堆方向的側(cè)邊，所以，這是很大的問題。
[0011]鑒于這些考慮，蛛狀結(jié)構(gòu)通常包括金屬管或臂，金屬管或臂從蛛狀結(jié)構(gòu)與連接桿附連的中心附連點(diǎn)向外延伸。在某些蛛狀結(jié)構(gòu)中，附加的支承橫向構(gòu)件可設(shè)置在徑向延伸的管子之間，但如此橫向構(gòu)件的使用受到要使定向?yàn)榫o急停堆方向的側(cè)邊的實(shí)際面積為最小的愿望限制。包括蛛狀結(jié)構(gòu)的金屬管或臂的直徑(或更一般地說，各種尺寸)保持盡可能小，以使蛛狀結(jié)構(gòu)在緊急停堆過程中水力阻力為最小，并在控制棒提升或下降過程中使控制棒支承結(jié)構(gòu)接觸和凸輪作用在所有控制棒上。蛛狀結(jié)構(gòu)因此重量輕，“蛛網(wǎng)狀或蛛狀的”結(jié)構(gòu)在管子或臂之間具有大的側(cè)向開口，以減小朝向緊急停堆方向定向在側(cè)面的實(shí)際表面面積。出于諸如強(qiáng)度和結(jié)實(shí)度、低成本、可制造性以及與反應(yīng)堆容器環(huán)境的相容性之類的各種原因，連接桿和蛛狀結(jié)構(gòu)通常為不銹鋼元件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]在本發(fā)明的一個(gè)方面，控制棒/控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(CRDM)連接包括與CRDM單元可操作地連接的連接桿，以提供以下的至少一個(gè)功能:灰棒控制功能和停堆棒控制功能；與連接桿下端連接的終端元件，該終端元件包括形成至少一個(gè)空腔的殼體和設(shè)置在至少一個(gè)空腔內(nèi)的填料。該填料包括密度比包括殼體的材料密度高的重材料。終端元件還連接到至少一個(gè)控制棒的上端。
[0013]在本發(fā)明的另一個(gè)方面，裝置包括終端元件，該終端元件適于使連接桿的下端和核反應(yīng)堆的至少一個(gè)控制棒連接。終端元件具有比不銹鋼密度高的平均密度。
[0014]在本發(fā)明的另一個(gè)方面，控制棒/控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(CRDM)連接包括與CRDM單元可操作地連接的連接桿，以提供以下的至少一個(gè)功能:灰棒控制功能和停堆棒控制功能；以及與連接桿下端連接的終端元件。該終端元件具有沿緊急停堆方向的伸長的長度，其至少與橫向于緊急停堆方向的終端元件的最大尺寸相同。終端元件還連接到至少一個(gè)控制棒的上端。
[0015]在本發(fā)明的另一個(gè)方面，裝置包括核反應(yīng)堆壓力容器和控制棒組件，控制棒組件包括至少一個(gè)可移動(dòng)的控制棒，該控制棒包括中子吸收材料，控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(CRDM)用于控制至少一個(gè)控制棒的運(yùn)動(dòng)，以及可操作地連接至少一個(gè)控制棒和CRDM的聯(lián)接器。該聯(lián)接器包括與CRDM接合的連接桿，以及與連接桿下端連接的終端元件。終端元件包括第一部分和第二部分，第一部分包括具有第一密度的第一材料，第二部分包括具有第二密度的第二材料，第二密度大于第一密度。終端元件還連接到至少一個(gè)連接桿。
[0016]在本發(fā)明的另一個(gè)方面，裝置包括核反應(yīng)堆壓力容器和控制棒組件，控制棒組件包括至少一個(gè)可移動(dòng)的控制棒，該控制棒包括中子吸收材料，控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(CRDM)用于控制至少一個(gè)控制棒的運(yùn)動(dòng)，以及可操作地連接至少一個(gè)控制棒和CRDM的聯(lián)接器。該聯(lián)接器包括與CRDM接合的連接桿，以及與連接桿下端連接的終端元件。終端元件具有平行于連接桿的最大尺寸，其大于或等于橫向于連接桿的最大尺寸。
【附圖說明】
[0017]本發(fā)明可成形為各種部件和部件的布置，成形為各種過程運(yùn)行和過程運(yùn)行的布置。附圖只是為了說明優(yōu)選的實(shí)施例并不可認(rèn)為限制本發(fā)明。
[0018]圖1用圖示方式示出示例的核壓水堆壓力容器下部的剖視立體圖，該壓力容器包括示例的控制棒組件(CRA)。
[0019]圖2用圖示方式示出圖1的示例CRA的立體圖。
[0020]圖3用圖