用于紧凑核反应堆的立管过渡元件的制作方法
【专利说明】用于紧凑核反应堆的立管过渡元件
[0001]本申请要求在2012年4月18日提交的并且名称为“UPPER INTERNALS”的美国临时申请第61/625，764号的权益。在2012年4月18日提交的并且名称为“UPPER INTERNALS”的美国临时申请第61/625，764号以全文引用的方式并入到本申请的说明书中。
[0002]本申请要求在2012年4月17日提交的并且名称为“RISER TRANSIT1N”的美国临时申请第61/625，399号的权益。在2012年4月17日提交的并且名称为“RISERTRANSIT1N”的美国临时申请第61/625，399号以全文引用的方式并入到本申请的说明书中。
技术领域
[0003]下文涉及核反应堆领域和相关领域。
【背景技术】
[0004]紧凑反应堆设计正引发越来越多的关注。益处包括:异常事件诸如冷却剂流失事故(LOCA)事件减小的可能性和严重性(都是由于容器穿透度减小和使用与紧凑反应堆大小相当的更小安全壳结构造成)；更小并且更易于固定的核反应堆岛(参看Noe 1“ Nuc I earPower Facility”，在2012年8月16日公开的美国公开第2010/0207261A1号，其以全文引用的方式并入到本文中);采用核能来供应较小电网的增加的能力，例如，使用300MWe或更小的紧凑反应堆，有时被称作小型模块式反应堆(SMR);根据所需功率水平，可以部署一个SMR单元或多个SMR单元的可缩放性；等等。
[0005]例如Thome 等人，“Integral Helical-Coil Pressurized Water NuclearReactor”，在2010年12月16日公开的美国公开第2010/0316181A1号(其以全文引用的方式并入到本文中)，Malloy等人，“Compact Nuclear Reactor”，2012年3月29日公开的美国公开第2012/0076254A1号(其以全文引用的方式并入到本文中)中公开了某些紧凑型反应堆设计。这些紧凑型反应堆为加压水反应堆(PWR)型，其中核反应堆堆芯在压力容器的底部处或附近浸没于主冷却剂水中，并且主冷却剂合适地为在总体上直立安装的圆柱形压力容器(即，其圆柱轴线竖直定向)中维持在过冷液相的轻水。中空圆柱形中心立管同心地安置在压力容器中并且(与堆芯篮或护罩一起)限定主冷却剂回路，在主冷却剂回路中，冷却剂通过反应堆堆芯和中心立管向上流动，从中心立管顶部排放，并且反向以向下通过限定于压力容器与中心立管之间的降液管环形空间而流回到反应堆堆芯下方。核堆芯由许多燃料组件构成，每个燃料组件包括包含裂变材料(通常为235U)的燃料棒束。在Thome等人和Malloy等人中公开的紧凑型反应堆为一体式PWR设计，其中，(多个)蒸汽发生器安置于压力容器内侧，即在这些设计中的降液管环形空间中。一体式PWR设计排除了运送放射性主冷却剂的外部主冷却剂环路。在Thome等人和Malloy等人所公开的设计采用内部反应堆冷却剂泵(RCP)，但使用外部RCP (例如，具有干定子和湿转子/叶轮组件，或者具有经由合适机械容器贯穿件与转子联接的干定子和干转子)也被设想到(以及并不采用RCP的自然循环变型)。在Thome等人和Malloy等人中公开的设计还采用内部加压器，其中，在压力容器顶部处的蒸汽泡由挡板或类似物和加热器、喷洒器或者能调整蒸汽泡温度(和因此压力)的其它装置从压力容器的其余部分缓冲。内部加压器避免了原本将与外部加压器连接的较大直径的管路。
[0006]在典型PWR设计中，位于反应堆堆芯上方的上部堆内构件包括控制棒组件，控制棒组件具有中子吸收控制棒，中子吸收控制棒由控制棒驱动机构(CRDM)插入于反应堆堆芯内/从反应堆堆芯提出。这些上部堆内构件包括控制棒组件(CRA)，控制棒组件包括与三脚架配合在一起的中子吸收控制棒。常规地，CRDM采用安装到管状压力边界延伸部上的马达，管状压力边界延伸部在压力容器上方延伸，其经由合适连接杆与CRA连接。在这种设计中，复杂的马达定子可以在压力边界外侧并且与安置于管状压力边界延伸部内侧的马达转子磁耦合。上部堆内构件还包括引导框架，引导框架被构造为由拉杆保持在一起的板，拉杆具有大小适于凸轮结合这些平移的CRA和引导这些平移的CRA的通路。
[0007]对于紧凑型反应堆设计，设想到利用完全内部的CRDM马达来替换外部CRDM马达。参看 Stambaugh 等人，“Control Rod Drive Mechanism for Nuclear Reactor，，，在 2010 年12月16日公开的美国公开第2010/0316177A1号(其以全文引用的方式并入到本文中)；以及 DeSantis，“Control Rod Drive Mechanism for Nuclear Reactor，，，在 2011 年 9 月15日公开的美国公开第2011/0222640 Al号(其以全文引用的方式并入到本文中)。有利地，仅需要电气容器贯穿件来向内部CRDM马达提供能量。在某些实施例中，急停闩锁被液压驱动，使得内部CRDM也需要液压容器贯穿件，但它们具有较小直径并且运送主冷却剂水作为液压工作流体。
[0008]使用内部CRDM马达缩短了连接杆，这减轻了总重量，而总重量减轻也使得用于急停的重力推动力减小。为了抵消这种效果，某些设计采用扼状物，扼状物的重量与常规三脚架相当，和/或可能采用加重的连接杆。参看Shargots等人，“Terminal Elements forCoupling Connecting Rods and Control Rod Assemblies for a Nuclear Reactor，，，在2012年3月I日公开的美国公开第2012/0051482A1号(其以全文引用的方式并入到本文中)。另一设计改进是替换常规引导框架，其采用由拉杆和连续柱状引导框架保持在一起的间隔开的引导板，连续柱状引导框架向平移的CRA提供连续引导。参看Shargots等人，“Support Structure for a Control Rod Assembly of a Nuclear Reactor，，，在 2012 年4月26日公开的美国公开第2012/0099691A1号，其以全文引用的方式并入到本文中。
[0009]使用内部CRDM和/或连续引导框架和/或内部RCP向上部堆内构件引入了显著的体积、重量和复杂性。这些堆内构件是“上”堆内构件，因为它们位于反应堆堆芯上方并且它们必须在反应堆再加燃料之前被移除从而提供到反应堆堆芯的通路。在原则上，某些部件(特别是内部RCP)可以位于反应堆堆芯下方，但这可能会在反应堆堆芯下方引入容器贯穿件，这是不合需要的，因为在这个低容器贯穿件处的LOCA可能将主冷却剂排到反应堆堆芯顶部下方的高度，因此暴露燃料杆。另一选项是采用外部RCP，但这仍导致复杂的内部CRDM和引导框架。
[0010]在本文中公开了改进，这些改进提供本领域普通技术人员在阅读下文时将变得显然的各种益处。
【发明内容】
[0011]在一公开的方面，一种设备包括:压力容器，其包括由中凸缘连接的上容器部段和下容器部段；核反应堆堆芯，其包括安置于下容器部段中的裂变材料；上部堆内构件，其安置于下容器部段中核反应堆堆芯上方，上部堆内构件包括至少内部控制棒驱动机构(CRDM)，内部控制棒驱动机构具有安装到悬挂支承组件上的CRDM马达；中空圆柱形中心立管，其安置于所述上容器部段中；中空圆柱形部段，其安置于下容器部段中并且包围核反应堆堆芯；以及，立管过渡元件，其连接中空圆柱形中心立管与中空圆柱形部段以形成连续中空圆柱形流动分离器，连续中空圆柱形流动分离器在连续中空圆柱形流动分离器内侧流动的柱状热支路与在连续中空圆柱形流动分离器周围的降液管环形空间中流动的环形冷支路之间。立管过渡元件焊接到压力容器的中凸缘上和上部堆内构件的悬挂支承组件上以从中凸缘悬挂上部堆内构件。在某些实施例中，安置于下容器部段中并且包围核反应堆堆芯的中空圆柱形部段包