专利名称:枢轴转动式安装的反应堆围筒屏蔽的制作方法
本发明涉及一种反应堆围筒屏蔽，更具体地说，涉及一种为保护在反应堆顶盖区域工作的技术人员而安装的伽马射线衰减屏蔽。
一个核反应堆通常包括一个反应堆容器，容器被安置在一个位于反应堆室底面中的混凝土井内。反应堆容器上用螺栓固定了一个反应堆顶盖，容器包含安放在燃料组件阵列中的核燃料和水。在操作期间，核燃料对水加热，水通过管子从反应堆容器循环到蒸汽发生器，而后回到反应堆容器，以重新加热。为了调节水的加热程度和控制核反应，在反应堆容器内可以移动地安装了中子吸收材料的控制棒。安装在反应堆顶盖上的控制棒驱动机构被用来调整控制棒而控制棒驱动机构和各种控制装置和传感器装置都被安放在一个从反应堆顶盖向上延伸的围筒内。
在换装燃料期间，容器内的核反应被淬灭，身穿防护衣的技术人员通过从双头螺栓上移去螺母的办法卸掉反应堆顶盖的螺栓，使得顶盖能够从反应堆容器上移去。这些螺母又大又重，技术人员可以利用安装在环绕的轨道上的双头螺栓拉伸器升降机来搬运螺母和工具。在反应堆顶盖被卸掉螺栓以后，将反应堆室注满水以形成屏蔽，通过提吊附着在顶盖上的几根棒来提升反应堆顶盖、控制棒驱动机构、围筒等等，以露出贫化的燃料组件。贫化的燃料组件被在水下移到一个用硼酸处理过的水池中，以短期地贮存。而后给反应堆换装燃料，并把装好了控制棒驱动机构等等的顶盖组件安置到反应堆容器的顶上位置中。在把水从反应堆室排走后，身穿防护衣的技术人员重新进入反应堆室，将反应堆顶盖用螺栓紧固在反应堆容器上，以便操作能够继续进行。
反应堆顶盖本身是一个通常用钢制成的半球体，大约有18厘米厚，使反应堆容器内部出来的伽马射线显著衰减。但是，控制棒驱动机构总有一天会累积裂变产物的残余。因为控制棒驱动机构是由围筒单独屏蔽的，而不是由反应堆顶盖屏蔽的，所以反应堆室中的技术人员在换装燃料的操作期间，是受到控制棒驱动机构来的辐射的照射的。虽然这种照射剂量极小，但核工业中的安全标准在不断提高，因此希望在换装燃料操作期间能为技术人员提供附加的屏蔽。
美国专利4，432，932号提供附加屏蔽的方法是，从固定附着于围筒上的短的安装臂上悬挂内填铅棉的毯子。技术人员在承担时间较长的给反应堆顶盖上螺栓或卸螺栓的任务之前，先安装毯子。但是，这种毯子很笨重。即使在悬挂或移去毯子时使用双头螺栓拉伸器升降机来操作，在升降机和围筒上安装臂之间的距离中，毯子仍然必须从侧面花力气搬运。这不仅增加了人的疲劳，而且减慢了毯子安装过程，因此增加了辐射的照射。此外，沉重的重量和搬运中必然产生的别扭的移动，增加了滑脱或其它意外事故的可能性。
本发明的主要目的是提供一种反应堆围筒屏蔽，它使得屏蔽件比先有技术更加迅速有效地安装到反应堆围筒的周围或从那里移去。
有鉴于这一目的，本发明属于一种屏蔽在反应堆周围工作的人员的设备，这种反应堆具有一个反应堆顶盖和一个从反应堆顶盖向上延伸的圆筒，该设备的特征在于有许多个摆出臂，它们枢轴转动式地安装在上述围筒的周围，一端可以在与围筒隔开的第一位置和邻接围筒的第二位置之间自由移动;有许多个被支承在上述摆出臂上的屏蔽件和将该屏蔽件悬挂在上述摆出臂上的机构。每个屏蔽件有一个双头螺栓拉伸器升降机起吊用的吊环和吊在摆出臂所附挂耳上的钩子。当全部安装以后，铅板将围绕围筒的下部，并互相搭接，使得能避免铅板之间的未屏蔽的“隙缝”。
从下面仅作为例子用附图表示的一种最佳实施方案的描述中，可以更清楚地理解本发明，附图中图1为部分用剖面表示的前立视图，示出反应堆容器、发应堆顶盖和围筒的一部分，带有永久性轨道和附着在上面的摆出臂;
图2为部分用剖面表示的前立视图，示出永久性轨道和摆出轨道，以及一块由拉伸器升降机向上举起的屏蔽面板;
图3为永久性轨道区段的顶视平面图;
图4为前立视图，示出永久性轨道和安装于其上的摆出轨道的一部分;
图5为永久性轨道和处于伸展位置的摆出轨道的一部分的顶视平面图;
图6为屏蔽面板的前立视图;
图7为三块屏蔽面板的剖面图，示出面板安装时的搭接情况;
图8为部分用剖面表示的顶视平面图，示出围筒、永久性轨道和支承双头螺栓拉伸器升降机的轨道的一部分;
图9为部分用剖面表示的前立视图，一般举例说明另一种支承永久性轨道的方法。
如图1所示，反应堆室20具有混凝土壁22和底面24。一个反应堆井26从底面24向下延伸。核反应堆28被安放在反应堆室20和反应堆井26中。
反应堆28包括一个通常为圆筒形的反应堆容器30，它具有一个接口部分32。容器30上伸出管咀34，以安装管子36，管子36把加热的水输送到蒸汽发生器(未图示)和其它设备，而后由那里返回反应堆28。
在操作期间，反应堆顶盖38通过围绕接口区32周缘的双头螺栓(未图示)和紧固在双头螺栓上的螺栓40而附着在接口区32上。一个围筒支承环42固定在顶盖38上以支承围筒44。三个凸耳46(仅图示了两个)固定在顶盖38上以承受提升棒48。在换装燃料期间，提升棒48被用来吊起顶盖38和围筒44。没有图示的控制棒驱动机构和其它控制装置都罩在围筒44内。
目前核反应堆使用几种围筒设计。围筒44可以被认为是一种“整体顶盖”围筒，它比起较老的围筒来有很多优点。但是，本发明不限于使用整体顶盖围筒。然而，不管是哪一种特定的设计，围筒内部都循环空气而起使控制棒驱动机构冷却的作用。
继续参考图1。围筒44包括一个下部50、一个中部52和一个上部54。上中下三部分50-54的形状通常为桶形，一部分连接在另一部分的顶上，形成围筒44。下部50包括-圈垂直安置的金属杆56，它们在支承环42和法兰盘58之间。金属门58位于金属杆56之间。每扇门58的一侧用铰链(未图示)安装在金属杆56上，另一侧有一个附着于其上的手柄60，允许穿防护衣的技术人员短时间地进入围筒44，以检修控制棒驱动机构等。
中部52的构造很象下部50。一圈垂直安置的金属杆62支在法兰盘64和法兰盘66之间，法兰盘66用一圈螺栓(未图示)固定在法兰盘58上。但是金属杆62之间不需要门，因此金属面板68是永久固定在金属杆62之间的。上部54的法兰盘69是用螺栓(未图示)固定在中部52的法兰盘64上的。
继续参考图1。一个如顶盖44那样的整体顶盖冷却围筒，通常有一个用安装悬臂72附着于圆筒上的双头螺栓拉伸器升降机轨道70，每条悬臂72焊接于中部52的每根金属杆62上。轨道70可以由一根弯成一圈工字梁构成。悬臂72径向向外伸展，将工字梁70支承在螺栓40之上。轨道70提供一条双头螺栓拉伸器升降机74用的路径，使得升降机74可以移动到每个螺栓40使用的位置。升降机74将参考图2更为详细地描述。
双头螺栓拉伸器升降机74包括一个罩壳76，罩壳包住了如马达、减速齿轮之类元件(未图示)。支腿78从罩壳76向上支起。轮子80连在支腿78上作为转动的枢轴，使得升降机74沿轨道70的底部凸缘滚动。起重钩82固定在支座84上，支座84可以滚动地支承滑轮86。起重绳88绕过滑轮86形成回路，使得起重钩82可以升高或降低。
如本申请背景部分所提到的，人们希望在围筒周围构成附加的屏蔽，围筒44仅仅是一个例子。附加屏蔽应当设置得相当靠近围筒，以便接近螺栓40。为了达到这个目的，本申请提供一种屏蔽系统，它能用于已经处在使用之中的反应堆。在此种情形下，技术人员在现有的围筒周围永久性地安装一种屏蔽支架，而后当需要时可以在支架上悬挂屏蔽物。当然，工作人员在安装屏蔽支架时并不享受附加屏蔽的好处，但这是一次性的任务，它可以相当短促地完成。通常在安装屏蔽支架时的辐射照射要大大地小于原先每次换装燃料期间所受到的辐射。屏蔽支架也可以在建造一个新的反应堆时安装，从而在以后不需要再改装。
参考图2，屏蔽支架90包括一个永久性轨道92，它带有枢轴转动式地附着于其上的摆出轨道94。轨道92环绕围筒94，虽然它可以如图3所示由三个120°区段96构成，以便当本发明修改而作为已经处在使用之中的反应堆的改型时，可以便于安装。区段96最好由弯曲的工字梁构成。摆出区段94最好也由工字梁构成。
回到图2。永久性轨道92和摆出轨道94之间的枢轴转动式连接可以利用螺栓98，螺栓98穿过工字梁中的螺孔(例如图3中的螺孔100)。螺母102旋紧的螺栓98上。枢轴转动式连接使得轨道94可以从轨道92摆出，而后向内摆回，如图5所示。
以下转到图4，挂耳104附着在摆出臂44上。如前所述，如果反应堆已经处在使用之中则在屏蔽支架90安装之前，将摆出臂94枢轴转动式地安装在永久性轨道92上。这种预先组装可以使零件装配成一个整体，从而最大限度地减少照射。
回到图2。将屏蔽支架90固定到围筒44的中部52上。安装支架106被固定在永久性轨道92上，其位置与金属杆62邻接，一个支架106接在一根金属杆62上。支架106有法兰108，法兰108有穿过的螺孔(未图示)。在安装时技术人员握住支架90，使得一条法兰108靠在一条金属杆62上，而后钻孔通过金属杆62。而后插入螺栓110，以紧固支架90。对其余的支架106重复这一安装步骤。
下面转到图6。每个屏蔽件112最好包括一块约2厘米厚的铅板114，它能使伽马辐射减少百分之五十。对一个典型的核反应堆来说，假定每一根摆出臂94有两块铅板114，则铅板114可以为约2.8米高和约0.8米宽。每一块这样的铅板，其质量大约为160公斤。
参考图2和图6，每块铅板114的顶部中心有一个悬挂件116。悬挂件116包括一个安装支架118，它由螺栓120固定在铅板114上。一个吊环122和一对钩子124固定在销钉126上，销钉可以转动地安装在支架118中。
现在将描述屏蔽面板114的安装。下述讨论中假定支架90已经被安装好了。
参考图1。铅板114首先用吊车(未图示)下到反应堆室20的底面24。而后将双头螺栓拉伸器升降机74的吊钩82(见图2)下到底面24并插入铅板114的吊环122(见图2)。而后升降机74将铅板114提升到底面24上方。以下参考图2，可以注意到，当铅板114由吊钩82支承时，钩子124向着挂耳104伸出。铅板114被提升起来，双头螺栓拉伸器升降机74被沿着轨道70前推，直到钩子124与挂耳104准直。而后，摆出轨道94如图5所示向外转出以接受铅板114。
图4例示每个摆出臂94有两个挂耳104，在此情形下每个摆出臂94可以使用单独一个挂耳104，以便悬挂单独一块铅板114，或者可以利用多于两个的挂耳104，以悬挂相应数目的铅板114。当然，铅板114的宽度将随其使用的数目而不同。
在摆出臂94装上了全部铅板114之后，它向内向着围筒44转回。技术人员在随后的安装期间利用悬挂的铅板114屏蔽自己，而后继续将铅板114悬挂在其它摆出臂94上。技术人员于是围绕围筒44前进，当他工作时从铅板114受到屏蔽。铅板的拆卸大体上是上述安装步骤的逆过程。
下面转向图7。铅板114的边缘互相搭接，如搭接区128所示，以避免铅板间出现未屏蔽的空隙。很显然，不管每个摆出臂94上悬挂一块、两块还是多块铅板114，这种铅板的搭接都是可以形成的。
虽然最好采用铅板112，因为它们装卸很容易，但是也可以替换使用内填铅棉的毯子作为屏蔽件112。此外，也能够使用不是铅的辐射衰减材料。
图8一般例示永久性轨道92安装在围筒和双头螺栓拉伸器升降机之间。图8也例示，摆出臂94可以安置在允许通过门58进入围筒44内部的位置，即使屏蔽物还在原位。当然，在围筒内的技术人员并不受到屏蔽物的防护。
图9例示另一种安装屏蔽支架的永久性轨道的方法。这另一种安装技术可以用于如围筒44那样的整体顶盖围筒，但它特别适用于某些以前的围筒设计，在这些设计中，围筒本身不能够用来安装永久性轨道。图9中没有例示摆出轨道，永久性轨道130通过轨道段132来构成。使用三个轨道段，每个都是弯曲的大致对应120°圆心角的一段圆弧。在每一轨道段132的一端附近是一个钻孔134。轨道段132的邻接两端通过板136和螺栓138连接。如此装配后，轨道130安置在反应堆的上面，使得钻孔134与提升棒48(见图1)准直。而后将轨道130降到提升棒48上。
轨道130并不完全降到反应堆顶盖38上。相反，在每根提升棒48下部的周围放置一对半圆形套管140，它们用许多个夹子固定住。每个夹子141可以包括一个U形构件142，一根板条144，一个螺母146。
另一种安装屏蔽支架的替代方法是从地震支承平台上悬挂永久性轨道。虽然附图中没有举例说明，但是地震支承平台使用于核反应堆，用来在地震扰动的意外事件中从侧面支承控制棒驱动机构。
从以上的描述中可以明显地看出，本发明提供一种在核反应堆换装燃料期间防护技术人员的屏蔽方法和系统。屏蔽板从支架上以搭接的方式悬挂，屏蔽支架可以安装在围筒上或别的地方。屏蔽支架包括摆出臂方便了屏蔽板从双头螺栓拉伸器升降到其安装位置的转移。
权利要求
1.一种屏蔽在反应堆(28)周围工作的人员的设备，这种反应堆具有一个反应堆顶盖(38)和一个从反应堆顶盖向上延伸的围筒(44)，该设备的特征在于有许多个摆出臂(84)，它们枢轴转动式地安装在上述围筒(44)的周围，一端可以在与围筒隔开的第一位置和邻近围筒的第二位置之间自由移动；有许多个被支承在上述摆出臂(94)上的屏蔽件(112)和将该屏蔽件(112)悬挂在上述摆出臂(94)上的机构(104，116)。
2.一种按照权利要求
1所述的设备，设备中上述屏蔽件(112)为面板(114)，其特征在于，每个摆出臂上至少固定一个挂耳(104)，而每块面板上固定一个悬挂件(116)，每个上述悬挂件包括一个固定在面板上的安装支架(118)和一个具有第一和第二延伸部分(122，124)的部件，这两个延伸部分的位置相互之间有一个角度，该部件可以转动地安装在上述安装支架上。
3.一种按照权利要求
1或2所述的设备，其特征在于，一个通常为环箍状的永久性轨道(92)围绕上述围筒而架设，通过支架(106)固定在围筒上，上述摆出臂枢轴转动式地安装在永久性轨道(92)上。
4.按照权利要求
1至3中任何一项所述的设备，其特征在于，上述屏蔽件是边缘搭接的铅板(114)。
5.按照权利要求
1至4中任何一项所述的设备，其特征在于，围筒包括-圈垂直安置的金属杆(62)而永久性轨道由许多个区段(96)组成，由支架(106)固定到金属杆(62)上。
6.按照权利要求
5所述的设备，其特征在于，反应堆具有固定于其上面的垂直安置的提升棒，而套管(140)被固定在提升棒下部的周围，上述永久性轨道被支承在套管上。
专利摘要
通过在反应堆围筒周围设置永久性安装的屏蔽支架并使其配接支承诸如铅板之类屏蔽件的方法，来屏蔽在换装燃料过程中在该反应堆周围工作的技术人员。屏蔽支架包括一个环绕围筒的永久性轨道和枢轴转动式地安装在永久性轨道上的摆出臂。在使用期间，屏蔽件通过双头螺栓拉伸器升降机安置到邻近摆出臂的位置，而摆出臂被向外转出，以接受屏蔽件。在安装时，屏蔽件的边缘互相搭接。
文档编号G21C11/02GK86100114SQ86100114
公开日1986年9月3日 申请日期1986年1月10日
发明者迈克尔·弗郎西斯·翰金森 申请人:西屋电气公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan