用于一体化压水反应堆的加压器波动管分离器的制作方法与工艺

本发明整体涉及用于压水反应堆的加压器并且更加特别地涉及用于一体化压水反应堆的波动管分离器。

背景技术：
在诸如压水反应堆的发电核反应堆中，通过诸如浓缩铀的核燃料的裂变产生热量并且将所述热量传递到流经反应堆堆芯的冷却剂。堆芯包括细长的核燃料棒，所述细长的核燃料棒彼此相邻安装在核燃料组件结构中，冷却剂流经所述核燃料棒并且到达所述核燃料棒上方。在共同延伸的平行阵列中燃料棒相互间隔开。在给定燃料棒的燃料原子的核衰变期间释放的中子和其它原子粒子中的一些通过燃料棒之间的空间，并且撞击毗邻燃料棒中的可裂变材料，从而促进核反应并且有助于堆芯产生的热量。可动控制棒分散在整个反应堆堆芯中，以便能够凭借吸收通过燃料棒之间的中子的一部分控制裂变反应的整体速率，否则它们将促进裂变反应。控制棒通常包括中子吸收材料的细长棒并且装配到燃料组件中的纵向开口或者导向套管中，所述控制棒平行于燃料棒并且在燃料棒之间行进。将控制棒更深入地插入到反应堆堆芯中还致使吸收更多的中子而同时又不会促进在毗邻燃料棒中发生裂变；收回控制棒减小了中子吸收的程度而增加了核反应速率以及提高了反应堆堆芯的功率输出。图1示出了简化的传统核反应堆一级系统，其包括大体圆筒形的压力容器10，所述压力容器10具有包封堆芯14的封头12，所述堆芯14支撑包含可裂变材料的燃料棒。诸如水或者含硼水的液体冷却剂由泵16泵入到容器10中通过堆芯14，在所述堆芯14处热能被吸收并且被排放到通常称作蒸汽发生器的换热器18中，在所述换热器18中，热量被传递到诸如蒸汽驱动的涡轮发电机的利用电路(未示出)。然后反应堆冷却剂返回到泵16，从而完成一级回路。通常，多条上述回路通过反应堆冷却剂管道20连接到单个反应堆容器10。传统压水反应堆通常具有连接到反应堆冷却剂回路中的一条的分离加压器22，所述分离加压器22维持系统压力。采用这种设计的商业发电厂通常大约为1,100兆瓦或者更多。近年来，西屋电气公司LLC提出了一种200兆瓦级的小模块反应堆。小模块反应堆是一体化压水反应堆，其中，所有一级回路部件均位于反应堆容器内。由于在这种一体化模块反应堆设计中这些部件布置在反应堆容器内的布置方案，用于使得加压器与反应堆冷却剂回路分离开的传统方法不可行。为此，典型压水反应堆采用波动管32，所述波动管32连接在加压器22和反应堆冷却剂回路中的一条回路中的管道之间。加压器22控制是否通过波动管将冷却剂添加到冷却剂回路或通过波动管从冷却剂回路收回冷却剂，以将系统压力保持在操作设计极限内。因此，在传统压水反应堆核蒸汽供应系统中，加压器和反应堆是用一长段的管(即，波动管32)相连的分离压力容器。波动管允许加压器与反应堆冷却剂系统的其余部分之间连通，这在将加压器的较暖流体与反应堆冷却剂其余部分物理分离开的同时虑及反应堆冷却剂系统容积所发生的波动。在一体化反应堆设计中，要求一种新型方法来建立热分离，加压器必须采用所述热分离以按照预期发挥功能，而且新型方法在包含于一体化反应堆容器的压力边界内的同时提供波动功能。因此，期望一种新型加压器接口，所述加压器接口将保持反应堆压力容器内的加压器和反应堆一级系统的其余部分之间物理分离。而且，期望一种新型分离设备，所述分离设备将提供加压器的较暖流体和反应堆冷却剂系统的其余部分之间的热分离。另外，期望一种新型分离设备，所述分离设备将在被包含在一体化反应堆压力容器的压力边界内的同时满足波动功能。

技术实现要素：
通过如下的一体化核反应堆来实现这些和其它目的，所述一体化核反应堆具有反应堆压力容器外壳、一级冷却剂流动路径和加压器，其中波动管分离器将加压器与一级冷却剂流动路径分离开。波动管分离器包括两块或更多块间隔开的大体水平板，所述大体水平板均具有弯曲的周缘，所述弯曲的周缘被支撑在反应堆压力容器的上部分中，其中，每块大体水平板均基本横跨反应堆容器的内径。多块间隔开的弯曲的同心的挡板在两块间隔开的大体水平板之间延伸，其中，两块间隔开的大体水平板中的上部大体水平板附接到挡板中的至少一些，并且两块间隔开的大体水平板中的下部大体水平板附接到挡板中的至少另一些。在第一区域中，第一冷却剂通道延伸通过两块间隔开的大体水平板中的下部大体水平板，所述第一区域大体靠近两块间隔开的大体水平板中的下部大体水平板的中心或周缘中的一个。在第二区域中，第二冷却剂通道延伸通过两块间隔开的大体水平板中的上部大体水平板，所述第二区域大体靠近两块间隔开的大体水平板中的上部大体水平板的中心或周缘中的另一个。迂回冷却剂路径在第一和第二区域之间延伸，以便提供进入定位在两块间隔开的大体水平板中的上部大体水平板上方的加压器的途径。优选地，迂回冷却剂流动路径通过挡板中的与反应堆容器的中央轴线相距基本相等距离的相邻挡板之间的开口。理想地，迂回冷却剂流动路径通过多个周向间隔开的开口，所述多个周向间隔开的开口均位于挡板中的与中央轴线相距相等距离的相邻一对挡板之间。在一个实施例中，迂回冷却剂流动路径通过相互径向间隔开的多个所述开口，并且优选地彼此相邻的多个径向间隔开的开口周向偏离开。理想地，通过两块间隔开的大体水平板中的下部大体水平板的第一冷却剂通道包括分别与相邻开口周向偏离开的多个第一冷却剂通道。类似地，理想的是，通过两块间隔开的大体水平板中的上部大体水平板的第二冷却剂通道包括与相邻开口周向偏离开的多条第二冷却剂通道。而且，优选的是，与中央轴线相距基本相等距离的多块相邻挡板中的最靠内挡板基本包围了相对于在第一区域和第二区域之间的流动的大体停滞的冷却剂池。在后述实施例中，位于最内部的挡板优选地包括一条或者多条冷却剂通道，所述一条或者多条冷却剂通道通过由位于最内部的挡板形成的内壁。在另一个实施例中，波动管分离器包括多个成对的两块间隔开的大体水平板，其中，一组多块间隔开的弯曲的同心的挡板在所述多个成对的两块间隔开的大体水平板之间延伸，其中，成对的间隔开的大体水平板以串联的方式进行布置。优选地，在后述实施例中，一对中的两块间隔开的大体水平板中的下部大体水平板形成第二对中的两块间隔开的大体水平板中的上部大体水平板。在优选实施例中，基本所有挡板均附接到两块间隔开的大体水平板中的仅仅一块。理想地，加压器还包括多个周向间隔开的径向延伸的加热器组件，所述加热器组件得到两块间隔开的大体水平板的上部大体水平板的上侧的支撑。优选地，轴向分离的凸缘设置在反应堆容器中位于两块间隔开的大体水平板中的上部大体水平板处或上部大体水平板下方，其中，由多个轴向延伸的周向间隔开的紧固件密封所述凸缘，并且加热器组件分别在成对的紧固件之间延伸。理想地，加压器还包括密封的人行巷道，所述密封的人行巷道基本位于两块间隔开的大体水平板中的上部大体水平板的中心处。附图说明当结合附图阅读时能够从优选实施例的以下描述中进一步理解下文声明权益的本发明，其中：图1是传统核反应堆系统的简化示意图；图2是示出了可以包含本发明益处的小模块一体化反应堆系统的局部剖视透视图；图3是图2中示出的反应堆的放大视图；图4是本发明的波动分离器的一个实施例的剖视图；图5是图4中图解的波动分离器的平面图；图6是容纳本发明的加压器的另一个实施例的反应堆容器的上部分的剖视图；图7是图6中示出的加压器的实施例的上组件的平面图；图8是从图6和图7中图解的加压器的上组件的上方观察的透视图；图9是从图8中图解的上组件下方观察的透视图；图10是从图6和图7中图解的加压器的下组件上方观察的透视图；图11是示出了通过图6和图7中所示的加压器波动管分离器实施例的挡板的冷却剂的迂回路径的流动图；和图12是蒸汽发生器的容器内部分的截面图，其中，图6和图7中示出的实施例的加压器被支撑在管板上方。具体实施方式图2和图3图解了小模块反应堆设计，所述小模块反应堆设计能够得益于在下文声明权益的波动分离器设计。图2示出了局部切开的透视图，以示出压力容器和其一体化的内部部件。图3是图2中示出的压力容器的放大视图。在若干附图中用相同的附图标记表示对应部件。图2和图3中示出的位于波动分离器38上方的加压器22具有传统构造，并且与反应堆容器封头12的上部分结合成一体而且不需要分离部件。热段立管24将一级冷却剂从堆芯14引导至换热器26，所述热段立管24形成反应堆冷却剂一级回路的热段的一部分，所述换热器26包围热段立管24。多个反应堆冷却剂泵28在上部堆内构件30的上端附近的一高度处围绕反应堆容器周向间隔开。反应堆冷却剂泵是水平安装的轴流密封电动机泵。反应堆堆芯14和上部堆内构件30除了尺寸之外与传统反应堆中的对应部件基本相同，所述传统反应堆由宾夕法尼亚州的匹兹堡的西屋电气公司提供。在诸如图2和图3中图解的一体化压水反应堆中，在单个压力容器10中包含通常与核蒸汽供应系统的一级侧相关联的所有部件，所述单个压力容器10通常容纳在安全壳厂房34中。容纳在压力容器10内的一级部件包括蒸汽发生器的一级侧、反应堆冷却剂泵、加压器和反应堆自身。在这个一体化反应堆设计中，传统反应堆的蒸汽发生器18被分解成两个部件：换热器26，所述换热器26位于上部堆内构件30的上方；和汽包，所述汽包保持在安全壳34的外部。蒸汽发生器换热器26包括额定用于一级设计压力、并且由反应堆堆芯14和其它传统反应堆内部部件、两块管板54和56、热段管道24(也称作热段立管)、在下管板54和上管板56之间延伸的传热管58、管支撑件60、二级流挡板(未示出)共用的压力容器10/12，所述二级流挡板用于引导二级流体介质在传热管58和二级流喷嘴44和50之间流动。反应堆安全壳壁34将换热器26压力容器封头12组件保持在安全壳内并且使得其与汽包压力容器(未示出)分离开。安全壳外部的汽包由额定用于二级设计压力的压力容器构成。如在传统蒸汽发生器设计中发现的那样，安全壳外部的汽包包括离心式和人字型汽水分离设备、给水分布装置和用于湿蒸汽、给水、再循环液体和干蒸汽的流量喷嘴。图3中的上部分中的箭头示出了在反应堆容器10的封头12中一级反应堆冷却剂流经换热器26的流动。如图所示，离开反应堆堆芯14的加热的反应堆冷却剂向上行进通过热段立管24，通过上管板56的中心，在所述中心处，反应堆冷却剂进入热段歧管74，在所述热段歧管74处，加热的冷却剂转向180°并且进入延伸通过上管板56的传热管58。反应堆冷却剂然后向下行进通过延伸通过管板56的传热管58，从而将其热量传递到再循环液体和给水的混合物，所述混合物以逆流的关系从外部汽包经由过冷的再循环输入喷嘴50进入到换热器中。通过过冷再循环输入喷嘴50进入到换热器56中的过冷的再循环液体和给水被二级流挡板36向下引导至换热器的底部，并向上以及环绕换热器管58，且在上管板56的正下方转向进入到输出通道76，在所述输入通道76处，含水蒸汽被汇集到湿蒸汽输出喷嘴44。随后湿饱和蒸汽被运送到外部汽包，在所述外部汽包处，其被运送通过汽水分离器，所述汽水分离器使得蒸汽与水分分离开。分离的水分形成再循环液体，所述再循环液体与给水组合并且被运送回到过冷再循环输入喷嘴50，以重复循环。因此，在这个实施例中，蒸汽发生器换热器26位于反应堆上方。加压器位于换热器26上方的区域22中，其中，波动分离器位于加压器和换热器之间，以便提供加压器和系统的其余部分之间的热分离并且实施波动功能。在下文声明权益的本发明的实施例的波动分离器包括至少两块间隔开的大体水平板，其中，多个间隔开的同心柱形件在所述大体水平板之间延伸，并且迂回流体流动路径在板之间延伸且通过同心柱形件之间的区域。在板结构使得较暖的加压器流体与反应堆冷却剂系统热分离时，位于板之间并且通过迂回路径的流量孔平衡了源自因反应堆冷却剂温度变化而造成的反应堆冷却剂液体体积变化的波动，所述迂回路径通过形成在间隔开的同心柱形件之间的腔室且位于所述腔室之间。该设计提供了被动(passive)部件，所述被动部件允许一体化加压器和波动分离器实施三种所需功能。首先，分离器38热绝缘且隔离开了反应堆冷却剂的两个区域，即，加压器内的容积和蒸汽发生器的一级侧内的容积，从而减小了从加压器至反应堆冷却剂系统的热量损失。这减小了加压器加热器所需的功率要求。其次，波动分离器38提供了加压器22的容积和反应堆冷却剂系统的其余部分之间所需的流量限制，以便操纵反应堆冷却剂系统内的容积变化波动。最后，波动分离器降低源自反应堆冷却剂泵的加压器振动的影响。在图4和图5中图解了本发明的一个优选实施例。图4是本实施例的波动分离器38的剖视图，图5是本实施例的波动分离器38的平面图。这个设计使用多层分离的钢板40、42，所述多层分离的钢板40、42提供了更为有效的绝缘并且导致产生更轻的组件。这些板和支撑在板40和42之间的同心柱形件68、70和72包括一系列间隔开的孔48、52和46，所述孔48、52和46允许反应堆冷却剂优选地采用迂回路径从板40、42的一侧抵达另一侧。具有适当尺寸的孔48、52和46提供了正常运转期间所需的阻力，而且在导致反应堆冷却剂系统冷却剂存量大幅变化的热力瞬变期间还允许压力平衡和流量。孔48、52、46优选地间隔开，以便产生迷宫式路径，所述迷宫式路径取代传统压水反应堆中的波动管的功能。可以根据反应堆系统的液压要求使用一个或者多个板对40、42，图4中示出了两个这样的板对。可以堆叠板对40、42，其中，一个板对中的下板42形成位于其正下方的板对的上板40，或者可以在板对之间保持由图4中示出的用虚线表示的上板40形成的空间76。更加特别地，波动分离器由至少一对两块间隔开的大体水平板40和42形成，所述每块板均具有弯曲的周缘，在支撑板的位置处，所述弯曲的周缘基本匹配反应堆压力容器封头12的内壁的曲率，其中，在支撑板的位置处，每块板均基本横跨反应堆容器的内径。多个间隔开的同心柱形件66、68、70和72在间隔开的板40和42之间延伸，其中，两块间隔开的大体水平板40中的上部板闭合每个柱形件的顶部，而两块间隔开的大体水平板42中的下部板闭合每个柱形件的底部。尽管在这个实施例中示出了四个这种同心柱形件，但是应当理解的是这种同心柱形件的数量可以根据反应堆系统的液压要求而变化。在大体位于反应堆容器10的封头12的内壁和多个间隔开的同心柱形件72中的靠外柱形件之间的第一区域78中，第一冷却剂流动通道48延伸通过两块间隔开的大体水平板42中的下部水平板。在大体位于最内部的柱形件66和贴近包围多个间隔开的同心柱形件中的最靠内柱形件68的柱形件之间的第二区域80中，第二冷却剂通道46延伸通过两块间隔的大体水平板40中的上部水平板。根据流动方向，冷却剂随后采取迂回路径通过一条冷却剂通道48或46、经由同心柱形件68、70和72内的开口52、并且通过冷却剂通道46和48中的另一条流出。内同心柱形件66包围冷却剂的相对滞水池64，其中，相对小流量孔62设置成用于使得滞水池64的剩余同心柱形件之间的径向空间内的压力平衡。滞水池64提供了加压器22和换热器26之间大部分的热绝缘。图5中的附图标记82示出了针对下述实施例的加压器22和换热器26之间的冷却剂流动的优选迂回路径。图6至图12示出了本发明的另一个实施例，其中，加压器加热器86由波动管分离器38的上水平板40支撑。加热器86周向以大约十度的间隔从内柱形支撑壁88径向延伸至反应堆封头12的外壁，但是应当理解的是，加热器的数量和它们之间间隔将取决于系统的要求。加热器示出终结于反应堆封头12外侧的电连接器92处。用于加热器86的内柱形壁支撑件88同心包围中央柱形流动引导件90，所述中央柱形引导件90使得通过上板40中的孔46的波动流汇集，与前述实施例不同，所述孔46与中央滞水池64连通。池64的下部分将仍然保持相对滞止，以便有助于隔离开加压器中的冷却剂与热段歧管74中的冷却剂，而池64的上部分形成流动路径的通过波动管分离器进入加压器22中的部分。中央柱形流动引导件90使得加热器元件86免受进入的冷却剂的湍流的影响，并且由此降低了损坏加热器元件的可能性。包括波动管分离器的加压器22通过凸缘84连结到下反应堆封头，所述凸缘84凭借延伸通过开口94的紧固件联接到下反应堆封头。优选地，加热器元件在开口之间径向延伸，所以不会阻碍装配通过开口84的螺栓所实施的紧固。在图7中示出了在上板40上方获取的加压器的横截面的平面图。图8至图10示出了这个实施例的上和下板40、42组件的构造，其中，在图8中示出了从上方观察的上板40的透视图，图9中示出了从下方观察的上板的透视图。波动分离器38的上水平板40形成为外顶帽96的一部分，如能够从8所见，所述外顶帽96支撑在蒸汽发生器上管板56上方的反应堆封头上凸缘84处。迂回流动路径82由多个径向延伸和周向延伸的挡板98形成，所述挡板98从上水平板40的下侧得到支撑，所述上水平板40与支撑在下支撑板42的顶侧上的互补挡板100相交错，如图10所示。上板组件40装配在下板组件42上，以便完成迂回路径。在图11中示出了迂回路径，图12示出了安装在反应堆封头12中在一体化蒸汽发生器的换热器26上方的整个加压器组件22。因此，刚刚描述的一个或者多个实施例中的本发明的波动管分离器将仅仅占据一体化反应堆压力容器的压力边界内的小体积，但是却有效地将加压器的腔室与反应堆冷却剂系统的其余部分隔离开，且限制从加压器至反应堆冷却剂系统的其他部分的热量损失。本发明考虑到加压器和反应堆冷却剂系统其余部分之间的压力平衡和流量，并且补偿反应堆冷却剂系统液体容积的快速变化，包括由反应堆冷却剂泵所造成的那些变化。位于水平板之间的支撑结构(即，径向板和同心柱形件)针对将经受的压差增加了板的强度。尽管已经详细描述了本发明的特殊实施例，但是本领域中的技术人员应当理解的是，根据本公开的总体教导能够研发针对那些细节的多种修改方案和替代方案。因此，公开的特别实施例仅仅旨在阐释目的而非限制本发明的范围，由附属权利要求和其任何以及全部等效物限制本发明的范围。