专利名称:液体减速剂控制系统反应堆内部零件分配系统的制作方法
本发明一般涉及增压轻水核反应堆的能谱移动，特别是涉及将低中子液体减速剂的液流分配给反应堆堆芯以获得能谱移动的反应堆内部零件系统。
按照反应堆技术的目前水平，常规的增压轻水核反应堆堆芯被设计成含有剩余反应性。当反应堆运行时，剩余反应性被非常缓慢地消耗，直到反应堆堆芯不再维持核反应，而后反应堆必须更换燃料。通常这种情况出现的周期为数年。尽量延长反应堆两次燃料更换之间的时间(即延长堆芯寿命)，是十分有利的，因为更换燃料需要完全关闭反应堆，并且非常花费时间。延长堆芯的寿命通常依靠给堆芯提供显著量的剩余反应性来完成。
一般说来，裂变过程的控制，或反应性控制，包括剩余反应性所需的控制在内，是依靠改变反应堆堆芯内部中子吸收材料的量来完成的。含有中子吸收材料并可移入和移出堆芯的控制棒，提供了一种控制反应性的方法。溶解在反应堆冷却剂中的可燃和不可燃的中子吸收体，提供了另一种反应性控制方法。当由于反应堆运行而反应性降低时，中子吸收体由于反应堆运行引起的燃烧而逐渐地消除，或者是利用一个为此目的而设计的独立系统减少中子吸收体的实际量。最经常的是联合使用溶解的中子吸收体和控制棒来控制反应堆和剩余反应性。
不幸的是，用控制棒或中子吸收体控制，会吸收本来可用于生产的中子。例如，由剩余反应性产生的中子，可以用来使燃料组件内的增殖性材料转变为钚或裂变性铀，而后钚或裂变性铀又能够产生裂变，从而更加延长堆芯的寿命。因此，虽然使用控制棒和溶解的中子吸收体能进行非常有效的反应堆控制，但它们会效率相当低地消耗掉成本昂贵的铀。因此，控制剩余反应性而不抑制与剩余反应性有关的中子，以进一步延长堆芯寿命或两次燃料更换之间的时间，并降低燃料成本，是有利的。
众所周知，在燃料周期的最初时期，利用“增加射线硬度的”核能谱以减少剩余反应性和提高增殖性材料变为裂变材料的转化率，可以减小燃料元件的浓度，并可以提高产生裂变材料的转化率;而后在燃料周期的后期利用“较软的”低能中子谱以提高反应性，并使早先产生的裂变材料发生裂变而延长堆芯的寿命。一种利用上述原理的方法被称为能谱移动控制，这种方法延长了反应堆堆芯寿命，同时减少了反应堆堆芯中中子吸收材料的量。这种控制方法的一个例子是能谱机械移动反应堆，这种反应堆在堆芯的燃料组件内装了一些空心置换棒(当然，这些棒置换了燃料组件内相等体积的水)，这些棒能够机械地移开或者是钻了孔，以使得水能够淹没有效体积。在堆芯寿命的初期，中子谱由于置换棒置换了堆芯内的一部分水而变硬。而后中子谱由于利用上述置换棒的移开或钻孔来增加堆芯内的水而变软。
另一种获得能谱移动的方法是，在堆芯寿命的初期用重水和氧化替换等体积的堆芯水，而后在堆芯寿命的后期逐渐地减少重水的体积，并用常规的反应堆冷却剂(轻水)替换重水。效率较低的减速剂重水为减小燃料浓度和提高增殖性材料变为裂变材料的转化率创造了条件，这两者结合起来又为降低燃料成本和延长堆芯寿命提供了保证。此种技术的一个例子是顺序号为NO.626，943的专利申请，题目为“燃料组件”，于1984年7月2日提出申请(W.E.49，102)，并转让给了威斯汀豪斯电气公司。
在“燃料组件”专利申请中，解释了有必要将重水引入到堆芯支承板中，以分配到燃料组件中去，并最终从燃料组件排出重水，通过堆芯支承板排到板外。
但是，尽管大家都知道对能谱移动核反应堆的这样一种要求，但到目前为止却还不存在能够有效地在实际上满足这种要求的设备。同样，还存在一种把氧化氘引入和排出耐压容器的相应要求。但目前也并不存在能满足同样要求的设备。
因此，本发明的首要目的是提供一种分配系统，以将一种减速剂引入到反应堆耐压容器和堆芯中去，这种减速剂的效率比堆芯寿命初期的常规的反应堆冷却剂的效率要低，它使得有可能在堆芯寿命的后期用常规的反应堆冷却剂置换低中子减速液。
考虑到这一目的，本发明属于一种能谱移动压水式核反应堆，利用低中子减速液来实现能谱移动，反应堆包括一个耐压容器，一个由许多燃料组件构成的堆芯，一个堆芯支承板，以及穿入反应堆容器以将上述减速液引入该反应堆容器的管道，反应堆的特点在于，将上述减速液分配到上述燃料组件中去的机构是与堆芯支承板相连的，而在上述穿入机构和上述分配机构之间置入一个流通通道结构，以流通连接上述穿入机构和上述分配机构。
堆芯支承板设置了许多流通区域，每个流通区域接受低中子减速剂并把它们分配到每个流通区域内的燃料组件入口上，并从同一燃料组件的出口处接受减速剂。对每个流通区域采用单独的流入和流出通道。
从下列优先实施方案的描述中可以更显而易见地认识本发明，这一实施方案仅作为例子，说明它的附图有图1举例说明本发明的一种实施方案，用截面图描绘了反应堆耐压容器和内部零件的下部，包括耐压容器穿入头、通道、堆芯支承板和燃料组件入口喷嘴;
图2是堆芯支承板的平面图，表明流通分配系统的细节;
图3是图2堆芯支承板沿Ⅲ-Ⅲ线的截面图;
图4是图3堆芯支承板的侧视图;
图5是图2堆芯支承板沿Ⅴ-Ⅴ线的示意图;
图6表示本发明的另一种实施方案，特别是举例说明了从反应堆耐压容器上部引入低中子减速液。
现在参阅图1，图上显示了耐压容器10的底部，一个通过耐压容器10的壁的穿入头11，一个下部堆芯支承板12，一个连接穿入头11和堆芯支承板12的通道13，以及一个带有密封接头15的下部流通入口喷嘴，接头15流通连接到堆芯支承板12上，图上也显示了燃料组件16的一部分，反应堆堆芯包括了许多个燃料组件。
穿入头包括一根套管20，它穿过耐压容器10的壁。围绕套管20周围的焊缝21，把套管20密封连接到耐压容器10上。耐压容器10的这种穿入头在反应堆技术中是众所周知的。套管20内部有一个细腰孔，其目的以后会更充分地解释，一个栓紧的密封法兰盘23在结构上焊接到套管20上，穿入头11代表了通到耐压容器10上的许多个入口穿入头和出口穿入头中的一个。让一种像氧化氘之类的低中子减速液在穿入头11中流动，以便用预定量的氧化氘置换燃料组件16中的一部分堆芯冷却剂，氧化氘的量符合在指定时间使核能谱硬化和实现能谱移动的需要。
通道结构13使穿入头11与堆芯支承板12中的流通孔道相连接。通道结构13包括一个大致为柱形的下构件24，一个上构件25，一个将上构件25连接到下构件24上的波纹管26，以及一个围绕波纹管26的套筒27。如图所示，通道13在结构上一端与法兰盘23相连接，另一端与堆芯支承板12相连接。波纹管26允许上构件25和下构件24之间产生相对运动，而两者之间仍保持密封。
通道结构13的下构件24包括一个法兰盘28，它与穿入头11上的法兰盘23密封地配接。可以使用一个金属密封圈29来提高法兰盘23和28之间的密封效果。螺栓30在结构上紧固法兰盘23和28。下构件24中的流通孔道31与穿入头11中的流通孔道32和上构件25中的流通孔道33轴向地准直。流通孔道31、32和33使氧化氘能够交流，氧化氘是由连接到堆芯支承板12上的上述液体减速剂控制系统引入和控制的。
通道结构13的上构件25包括一个向下的圆筒部分34，它像望远镜筒似地与下构件24的自由上端相配接。一个或多个垫在构件24的自由端37的周界沟槽36内的密封圈35，在构件24和25之间产生滑动密封，波纹管26的一端密封焊接到构件25的下端34上，而波纹管26的另一端密封焊接到法兰盘28附近的构件24的圆筒形部分上去。以这种方式给波纹管26一个长度，这个长度能保证上构件25和下构件24之间的有差别的热膨胀，而同时把由这种热膨胀形成的由波纹管26所施加的弹性力减至最小。套筒27可以紧固于上构件25或下构件24的一端，在附图中，套筒27焊接在构件25上，套筒27的未紧固端上有一个小薄片38嵌入构件24的槽孔39内，以便在组装到反应堆之前限制构件24和25之间的不受约束的运动，并防止损坏构件24和25的可伸缩镜筒式部分。套筒27的控制部分40稍许扩大，以便与导板42中的开孔41紧密配合，并限制在反应堆运行期间通道13产生侧向倾斜，在开孔41和套筒27的主要部分之间存在一个较大的空隙，以便于把导板42从反应堆容器10的底部同轴延伸地装入而经过通道13的大部分。
构件25的上端保证将通道连接到堆芯支承板12的下部，并保证使纸中子冷却液从流通孔道33(它与通道结构13连通)内流向堆芯支承板12中的一或多个水平流通孔道。如上所述，构件25的下端由一根圆筒形空心管36构成(流通孔道33构成该圆筒形管的空的中心)，空心管36与通道13的下构件24的柱塞上端37形成可伸缩镜筒式的匹配。流通孔道33在构件25的上端36内部的稍低于堆芯支承板12下表面的位置终止。在流通孔道33终止端的稍高处，构件25的圆筒部分36向下缩颈，形成一个具有实心圆形截面形状的轴柄43。轴柄向上向着构件25的末端延伸，在末端处截面直径扩大，并且沿轴向钻孔，内部攻出螺纹45。在轴柄43和圆筒形管36之间形成轴肩46。轴肩46配接堆芯支承板12的下表面。轴柄和扩大的末端44装入堆芯支承板13的开孔47中。螺栓48穿过堆芯支承板12上面的开孔49与扩大上端44螺纹连接。旋紧螺栓48使轴肩46牢固地位于堆芯支承板12的下表面上，并由于轴肩46的沟槽51内装了密封圈50而实现无漏结合。装螺栓48的开孔49用另一个金属圈52密封，金属圈52装在圆柱块54的沟槽53内，圆柱块54用螺栓55栓紧在堆芯支承板12的上端内。以上述方式，通道13可以装配到耐压容器10底部的穿入头11的法兰盘23上，而后，包括堆芯支承板12的反应堆内部零件可以下降到构件25的上端44上面的位置。上端44上有一个楔形面56方便了这种安装。旋紧螺栓48并装上圆柱块54，就完成了组装手续。
如上所述，低中子减速液从流通孔道33内部向堆芯支承板12的流动，是通过构件25的上端来保证的。从轴柄43和圆筒形管36的截面以一个角度(相对于构件25轴心线)钻一个或几个洞孔57，进入构成流通孔道33的开孔。洞孔57使流通孔道33与堆芯支承板流入孔道58的分配之间产生交流，孔道58是由堆芯支承板12和构件25的缩颈部分或轴柄43中的洞孔47形成的。值得注意的是，密封圈50和52有效地密封住分配孔道58，除了下部堆芯支承板12中的水平开孔以外。
图2详细地表示了一种在下部堆芯支承板12内低中子减速液的流动分配(从流通孔道58流向燃料组件的密封接头15)和该液体从密封接头15通过下部堆芯支承板流回流通孔道58的方法。在这点上，值得注意的是，密封接头15可以起流入口接头或流出口接头的作用，根据它们相对于测流嘴14的位置而定。这一方面的进一步解释，可在上面参考过的顺序号为NO.626，943的相关专利申请中找到。
堆芯支承板划分为四个独立的区域61A、61B、61C和61D。每个区域同时供给低中子减速液，通过堆芯支承板12中相应的流通孔道58引入。这样一种配置有利于均匀地流向每一个燃料组件，也防止了在出现偶然地用轻水反应堆冷却剂之类高中子减速剂置换低中子减速液的不大可能发生的事件时反应性的大量增加。
为了在每个区域61A、61B、61C和61D内给燃料组件提供低中子减速剂，对每个区域61A、61B、61C和61D提供了流入和流出孔道的水平网络。
为简单起见，下面只描述区域61B的流通配置。但是，可以注意到，同样的配置可以应用于其它区域61A、61C和61D，虽然没有详细地解释。仍然参考图1至图4，区域61B可以被分类为中心区域，一个单独的流入通道58与一个在水平面63-3水平钻孔的单独的主要供给线62B横切相交，分支供给线64B也在供给线62B的同一平面内水平钻孔，但彼此成直角，在区域61B内有四根分支供给线64B。
一根单独的主要流出线65B(与另一个通道58横切相交)，也用于区域61B。同样，有四根分支流出线66B用于区域61B，这些流出线都与线65B横切相交，彼此都在同一个水平面61-4内。主要流出线65B与四根分支流出线66B成直角。
如可在图3和4中看出的，水平面63-3和63-4是不同的。因此，没有一根主要的或分支的流入线会干扰主要的或分支的流出线。在每一个入口密封接头和分支供给线64B的横切相交处，设置了一根垂直的流通线69B，而在每一个出口密封接头和分支流出线66B的横切相交处，设置了线68B。因此这样的配置在区域61B内提供了完备的流通路径，从孔道58到每一个流入密封接头，并从每一个流出密封接头返回到不同的流通孔道58。区域61A、61C和61D中的流入和流出路径，与区域61B中描述的相似。
虽然对每一个区域61A～61D有两个流通线(流入和流出)的水平面，但图1至图4所示的配置总共只需要四个不同的水平面。它们阐明如下流通水平面63-1用于流通线62A、62D、64A和64D;水平面63-2用于流通线65A、65D、66A和66D;水平面63-3用于流通线62B、62C、64B和64C;而水平面63-4用于流通线65B、65C、66B和66C。换句话说，每一个水平面用于两个流通区域中每个流通区域的两种功能。当然，把流通线水平面的总数减至最少有明显的好处，它简化了机械加工;它使与通过下部堆芯支承板12的主要冷却剂流通孔道的干扰可能性减至最小。其它好处对于精通反应堆技术的人来说是明显的。
所有上述水平流通线都可以在下部堆芯支承板中用深孔钻钻出，通向钻孔的入口和出口用插头70密封，插头装在孔内，在其周围进行焊接密封71，如图5所示，另一种替代方法是，把一个多线管路连接到下部堆芯支承板12的上下表面的一或两个面上，可以实现水平的流通分配。
图6描绘了另一种把低中子减速液供给到图2至图5所示的下部堆芯支承板分配系统的方法。在这一实施方案中，液体是通过顶部入口引入到反应堆容器10中去的(与图1中底部入口相反)。一或多个穿入头80以通常式样焊接耐压容器上。一个法兰盘81在穿入头80的位置上焊接到耐压容器10的内部直径上，在焊住的法兰盘81上连接了波纹管82、弯头83和带螺栓法兰盘的一半84。带螺栓法兰盘的另一半85焊接到连接管86上，连接管86又焊接到下柱体88的上法兰盘87上。波纹管82保证了反应堆内部零件和耐压容器10之间的有差别的热膨胀。带螺栓法兰盘的两半84和85和连接管86装在上部堆芯支承板91的法兰盘90的开孔89中。提供带螺栓法兰盘84和85以允许拆去弯头83，如果从耐压容器10上拆去下部内部零件的话。在下柱体88的法兰盘93中安装了流通孔道92。一根焊接在柱体88上的管子94将其下端连接到下部堆芯支承板12中的水平流入孔道上，从而完成了流通分配系统。图6中显示的流通孔道可以用作液体减速剂的流入口或流出口。
细腰管22由穿入头20内的一个插入管构成，允许低中子减速液流入反应堆堆芯，但是限制了当耐压容器10外部的穿入头20和一或多个密封接头15两者都失效的极不可能事件发生时减速液的流出。细腰管22是属于在反应堆技术中大家熟知的那种类型。
上面披露的设备着重描述有关将一种诸如氧化氘之类液体引入反应堆堆芯以实现能谱移动的方面。当然，发明的设备并不试图限制于氧化氘流。发明的设备可以使用合适的低中子减速液流。此外，发明的设备期望允许使用低中子减速液与常规的反应堆冷却剂联用的混合液流，这种联用取决于任何时候根据当时堆芯中存在的剩余反应性的量所需要或希望的量。
所发明的设备甚至进一步期望，当需要最大量的减速特别是当希望一种软的核能谱时，在堆芯寿命的后期能最终地用常规的反应堆冷却剂置换低中子减速液。
虽然本发明描述、披露、说明和显示了某些项目或某些在实际中采取的实施方案或改进，但是本发明的范围不希望也不应当被认为只限于那些，特别是保留了此处的讲解可能建议的这类另外的改进或实施方案，尤其是当它们落入此处附录的权利要求
的幅度和范围以内的时候。
权利要求
1.一种将低中子减速液用于能谱移动的能谱移动压水式核反应堆，包括一个反应堆耐压容器(10)，一个由许多燃料组件(16)构成的堆芯，一个堆芯支承板(12)，以及穿入反应堆容器(10)以将上述减速液引入该反应堆容器(10)的管子(20)，其特征在于机构(58，62B，64B，65B，66B)与堆芯支承板(12)相连，以便将上述减速液分配到上述燃料组件(16)中去，而一个流通通道结构(13)被置入上述穿入头机构(11)和上述分配机构(58，62B，64B，65B，66B)之间，以使上述穿入头机构(11)与上述分配机构(58，62B，64B，65B，66B)流通连接。
2.一种按权利要求
1要求的设备，其特征在于上述穿入反应堆容器的机构(11)由一根通过上述反应堆容器(10)壁的管子(20)构成，该管子(20)被密封焊接到上述反应堆容器(10)上，在上述反应堆容器内的该管子(20)的端部有一个在其上面的法兰盘(23)。
3.按权利要求
1或2所述的设备，其特征在于，与堆芯支承板(12)相连的上述分配机构(58，62B，64B，65B，66B)至少包括一个流入孔道(58)，许多个与上述流入孔道(58)流通连接的分支流入孔道(64B)和许多个与上述分支流入孔道(64B)流通连接的流出孔道(66B)，每个流出孔道也连接到一个燃料组件(16)上，许多与上述燃料组件回流孔道(68B)流通连接的分支回流孔道(66B)，以及至少一个与上述分支回流孔道(66B)流通连接的回流流出孔道(62A)。
4.一种按权利要求
3所述的设备，其特征在于至少有两个分开的与上述堆芯支承板相连的流通区域，每个区域包括一个流入孔道，一个分支流入孔道，一个流出孔道，一个回流孔道，一个分支回流孔道，以及一个回流流出孔道。
5.一种按权利要求
1至4所述的设备，其特点在于上述流通通道由一根空心的长管构成，长管的一端固定连接在上述穿入机构上，另一端固定连接在堆芯支承板上，上述流通通道在上述两端间有可以密封地改变两端间流通通道长度的机构。
6.一种按权利要求
1至5所述的设备，其特征在于，上述流通通道包括一个附着于上述堆芯支承板的第一构件，一个附着于上述穿入机构的第二构件，而上述密封机构由一个波纹管构成，波纹管的一端固定连接于上述第一构件，另一端固定连接于上述第二构件上。
7.一种按权利要求
6所述的设备，其特征在于，上述第一和第二构件的未连接端部成可伸缩镜筒式的配置，其间形成可以滑动的密封。
8.一种按权利要求
7所述的设备，其特点在于上述第一构件的未连接端部由一个延长的实心棒部分构成，而上述第二构件的未连接部分由一个延长的实心棒部分构成;至少有一个流通孔道开始于上述空心管部分和结束于上述实心棒部分。
9.一种按权利要求
8所述的设备，其特征在于，上述流通通道的实心棒部分配接在上述堆芯支承板的开孔内，上述开孔与上述实心棒部分之间有一个空间，该空间构成一个将上述流通通道连接到上述堆芯支承板分配机构上去的流通孔道。
专利摘要
将低中子减速液引入能谱移动压水式核反应堆的反应堆容器中并使减速液通过下部堆芯支承板分配到堆芯的燃料组件中去的设备。
文档编号G21C5/00GK85105217SQ85105217
公开日1987年1月14日 申请日期1985年7月8日
发明者豪华德·弗兰克·芬斯特, 威廉·爱德华·克拉森, 卢西诺·维罗尼西, 戴维·爱德华·博伊尔, 罗伯特·比罗恩·萨尔托恩 申请人:西屋电气公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan