用于核反应堆的控制棒组件中连接连接杆和控制棒的终端元件的制作方法
【专利说明】用于核反应堆的控制棒组件中连接连接杆和控制棒的终端元件
[0001 ] 本发明专利申请是国际申请号为PCT/US2011/047447，国际申请日为2011年8月11日，进入中国国家阶段的申请号为201180004466.3，名称为“用于核反应堆的控制棒组件中连接连接杆和控制棒的终端元件”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002]本发明涉及核电反应堆领域、核反应控制装置领域、控制棒组件领域以及相关领域。
【背景技术】
[0003]在已知的核电厂中，核反应堆堆芯包括一定数量和成分的裂变材料，裂变材料的数量和成分被选择为以支持所要求的核裂变链式反应。为了慢化反应，可提供中子吸收介质，在轻水反应堆的情形中，介质为轻水(H20)，而在重水反应堆的情形中，介质则为重水(D20)。人们还知道，通过将包括中子吸收材料的“控制棒”插入反应堆堆芯内对齐的通道内来控制或停止反应。当控制棒插入时，控制棒吸收中子而慢化或停止链式反应。
[0004]控制棒由控制棒驱动机构(CRDM)操作。在所谓的“灰”控制棒中，控制棒的插入是连续地调整的，以提供连续可调的反应率控制。在所谓的“停堆”控制棒中，该插入是完全地插入或完全地拔出。在正常运行过程中，停堆棒从反应堆堆芯中完全拔出；在紧急停堆过程中，停堆棒快速完全地插入，从而快速停止链式反应。控制棒还可设计成既执行灰棒功能也执行停堆棒的功能。在某些如此双重功能的控制棒中，控制棒构造成可在紧急停堆事件中与CRDM脱开，以使脱开的控制棒在重力作用下落入反应堆堆芯内。在诸如海军系统的某些系统中，还可提供液压压力或其它正向力(重力之外)来将脱开的控制棒驱动入堆芯。
[0005]为了完成控制系统，提供了控制棒/CRDM联接器。已知的联接器包括具有下端的连接杆，控制棒固定在该下端处。连接杆的上部可操作地连接到CRDM。已知的提供灰棒功能的CRDM包括驱动导螺杆的电动机，导螺杆与连接杆形成一体或刚性地连接到连接杆，这样，电动机的操作可以连续方式驱动导螺杆和一体的或刚性连接的连接杆上下运动。已知的提供停堆功能的CRDM构造成主动地将控制棒保持在提升的位置(S卩，提出反应堆堆芯外);在紧急停堆中，移去该主动提升力，控制棒和一体的或连接的连接杆一起朝向反应堆堆芯落下(使控制棒实际进入反应堆堆芯内)。已知的提供灰棒/停堆棒双重功能的CRDM包括电动机/导螺杆布置，电动机和导螺杆之间的连接设计成在紧急停堆期间释放开导螺杆。例如，电动机可通过可分离开的球螺母连接到导螺杆，该球螺母在正常(灰棒)运行过程中主动夹紧导螺杆，而在紧急停堆事件中，则分开，这样，控制棒、连接杆和导螺杆一起起到紧急停堆作用(即，朝向反应堆堆芯一起落下)。
[0006]本文以参见方式引入以下两个相关申请的全部内容:2010年3月12日提交的题为“用于核反应堆的控制棒驱动机构”的相关申请系列号12/722，662 ；2010年3月12日提交的题为“用于核反应堆的控制棒驱动机构”的相关申请系列号12/722,696。这两个申请披露了这样的构造，其中，电动机和导螺杆之间的连接不是可释放的，但在导螺杆和连接杆之间提供了可分开的锁闩以便实现紧急停堆。在这样的替代构造中，导螺杆不作紧急停堆，但相反，仅在导螺杆保持与电动机啮合时，脱开闩定的连接杆和控制棒才一起朝向反应堆堆芯作紧急停堆。
[0007]CRDM是复杂装置，其通常用电力和/或液压驱动。在停堆棒或双重的灰棒/停堆棒的情形中，包括CRDM的控制棒系统也可被分级为安全相关的部件，该状态至少对于CRDM的停堆功能强加严格的可靠性要求。
[0008]为了降低成本和整个系统的复杂性，大家知道，通过称之为“蛛状结构”的附加的连接元件将单一 CRDM连接到多个控制棒。在如此情形中，所有与单一 CRDM单元连接的控制棒一起移动。在实践中，提供多个CRDM单元，每个单元与多个控制棒连接，以提供某些冗余性。蛛状结构远离连接杆的下端侧向地延伸，以提供大的用于附连多个控制棒的“表面面积”。
[0009]尽管要求蛛状结构具有大的有效面积，但蛛状结构还通过控制棒支承组件。当控制棒移入或移出反应堆时，该支承组件导向控制棒，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弯曲或侧向运动。支承组件应凸轮地作用在各个控制棒上的周界部分上(横向于紧急停堆方向)，足以防止控制棒的弯曲或侧向运动。
[0010]对蛛状结构有效面积的另一限制在于，在紧急停堆过程中，蛛状结构不应提供大的液压阻力，该阻力在紧急停堆过程中，限制脱开的控制棒/蛛状结构/连接杆(以及可供选择的导螺杆)组件朝向反应堆堆芯的加速运动。由于蛛状结构用于控制棒附连的“有效表面”定向为紧急停堆方向的侧边，所以，这是很大的问题。
[0011]鉴于这些考虑，蛛状结构通常包括金属管或臂，金属管或臂从蛛状结构与连接杆附连的中心附连点向外延伸。在某些蛛状结构中，附加的支承横向构件可设置在径向延伸的管子之间，但如此横向构件的使用受到要使定向为紧急停堆方向的侧边的实际面积为最小的愿望限制。包括蛛状结构的金属管或臂的直径(或更一般地说，各种尺寸)保持尽可能小，以使蛛状结构在紧急停堆过程中水力阻力为最小，并在控制棒提升或下降过程中使控制棒支承结构接触和凸轮作用在所有控制棒上。蛛状结构因此重量轻，“蛛网状或蛛状的”结构在管子或臂之间具有大的侧向开口，以减小朝向紧急停堆方向定向在侧面的实际表面面积。出于诸如强度和结实度、低成本、可制造性以及与反应堆容器环境的相容性之类的各种原因，连接杆和蛛状结构通常为不锈钢元件。
【发明内容】
[0012]在本发明的一个方面，控制棒/控制棒驱动机构(CRDM)连接包括与CRDM单元可操作地连接的连接杆，以提供以下的至少一个功能:灰棒控制功能和停堆棒控制功能；与连接杆下端连接的终端元件，该终端元件包括形成至少一个空腔的壳体和设置在至少一个空腔内的填料。该填料包括密度比包括壳体的材料密度高的重材料。终端元件还连接到至少一个控制棒的上端。
[0013]在本发明的另一个方面，装置包括终端元件，该终端元件适于使连接杆的下端和核反应堆的至少一个控制棒连接。终端元件具有比不锈钢密度高的平均密度。
[0014]在本发明的另一个方面，控制棒/控制棒驱动机构(CRDM)连接包括与CRDM单元可操作地连接的连接杆，以提供以下的至少一个功能:灰棒控制功能和停堆棒控制功能；以及与连接杆下端连接的终端元件。该终端元件具有沿紧急停堆方向的伸长的长度，其至少与横向于紧急停堆方向的终端元件的最大尺寸相同。终端元件还连接到至少一个控制棒的上端。
[0015]在本发明的另一个方面，装置包括核反应堆压力容器和控制棒组件，控制棒组件包括至少一个可移动的控制棒，该控制棒包括中子吸收材料，控制棒驱动机构(CRDM)用于控制至少一个控制棒的运动，以及可操作地连接至少一个控制棒和CRDM的联接器。该联接器包括与CRDM接合的连接杆，以及与连接杆下端连接的终端元件。终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。终端元件还连接到至少一个连接杆。
[0016]在本发明的另一个方面，装置包括核反应堆压力容器和控制棒组件，控制棒组件包括至少一个可移动的控制棒，该控制棒包括中子吸收材料，控制棒驱动机构(CRDM)用于控制至少一个控制棒的运动，以及可操作地连接至少一个控制棒和CRDM的联接器。该联接器包括与CRDM接合的连接杆，以及与连接杆下端连接的终端元件。终端元件具有平行于连接杆的最大尺寸，其大于或等于横向于连接杆的最大尺寸。
【附图说明】
[0017]本发明可成形为各种部件和部件的布置，成形为各种过程运行和过程运行的布置。附图只是为了说明优选的实施例并不可认为限制本发明。
[0018]图1用图示方式示出示例的核压水堆压力容器下部的剖视立体图，该压力容器包括示例的控制棒组件(CRA)。
[0019]图2用图示方式示出图1的示例CRA的立体图。
[0020]图3用图