专利名称:具有改进排管容器组件的压水堆的制作方法
本发明涉及一个具有改进设计的压水堆系统。更详细地说，涉及在压力壳内并由其提供必要机械支承作用的改进排管容器组件，并考虑了排管容器组件遇到的允许应力条件和振动问题。
在技术上众所周知，传统压水堆使用了很多控制棒，这些控制棒装在反应堆容器内。这些轴向平行的控制棒可作轴向移动插入到燃料棒组件中。这些控制棒装有吸收中子的材料，因此，可降低堆芯中子通量水平。调整控制棒与有关燃料组件的相对位置，就能控制和调节反应堆的反应性和相应的输出功率。典型的控制棒排列成棒束，每个棒束的那些棒装到一个公共的各自相关的星形接头上，每个星形接头又连接到有关的棒束升降控制机构上。
在这种压水堆的一些改进设计中，使用了控制棒束(RCC)和水置换棒束(WDRC)及所谓的灰棒束，后两种棒束在结构上和相应的控制棒束相同，因此，这两种棒束在这里均看作控制棒束。在一个这样的反应堆设计里，总共有2800多根反应堆控制棒和水置换棒，组装成185个棒束。每个棒束各自有相应的星形接头，棒束的棒分别装在星形接头上。
在这样典型的改进设计的压水堆里，在反应堆容器内，由下往上设置了一个下部吊兰组件、一个内部吊兰组件、一个排管容器(每个都大致呈圆筒状)和一个上部封头。在下部吊兰里装有组成堆芯的许多相互平行的燃料棒组件。燃料棒组件上下端分别由相应的上下堆芯板支承。上堆芯板焊接到内部吊兰组件园柱侧壁的底部边缘上。在内部吊兰组件里装有大量的紧密布置的棒导向装置，导向装置基本上布满内部吊兰组件的整个截面。第一种和第二种形式导向装置分别装有反应堆控制棒束和水置换棒束。这些棒束分别套装在与它们相对应的导向装置内，通常与相应的燃料棒组件密切合作。
本发明针对压水堆采用的改进设计的主要目标之一，是要达到有效地改善燃料利用率，使总燃料费用降低。根据这个目的，水置换棒束起机械慢化剂控制作用。当开始新燃料循环时，所有水置换棒束完全插入相关的料材棒组件中，从而进入到堆芯。燃料循环一般约为十八个月，此后必须更换燃料。当循环中过剩反应性水平降低时，水置换棒束成组地逐步从堆芯抽出，以便使反应堆保持在同样的反应性水平上，即使燃料棒组件的反应性随时间而下降时也是如此。相反，控制棒束相对于燃料组件作轴向移动以连续控制反应堆的反应性和相应的输出功率水平，例如，用来响应负荷的要求，其方式类似于传统压水堆的控制运行。水置换棒束为反应堆的谱移控制提供了一种机械手段，这与在1983年4月29日提交的序号为490，099的称为“核反应堆”的未决申请中透露的反应堆是一样的。
这样改进设计的反应堆的关键性设计指标是使堆内构件的振动减到最小，振动是由于堆芯的引出流体从其中通过时引起的，达到此指标的主要因素是使堆芯的引出水流以轴向通过压力壳内部吊兰组件，因此，要保持水流平行于棒束和相应棒导向装置。维持轴向流动的有效条件是减少棒束处横流的出现。由于有大量的棒束和水置换棒所要求的材料形式，可能产生值得注意的磨损，这一点特别重要。通过增加容器的有效长度，使棒的位置处在容器出口接管的下面来达到此目的，这样，棒束只经受轴向流动。因此，设置排管容器作为一个附加结构，它装在内部吊兰组件上面，也就是在棒束上面。排管容器接受轴向堆芯的引出流体，然后拐90°弯到径向方向，再从容器径向分布的出口接管排出。因此，排管容器必须经受住冷却剂从轴向转到径向的横流。在容器上部的堆内构件里必须设有屏蔽和分配流量的装置。
排管容器通常包括一块下部排管容器板和一块上部排管容器板。棒导向装置下端和上端的位置分别固定在上部堆芯板和下部排管容器板上。许多排管安装在排管容器内，并平行地装在下部和上部板定位孔之间，它们分别与棒导向装置对准。在下部排管容器板上设置了许多通流孔，它们与相应的排管的孔的位置是错开的。堆芯的引出中流体通过内部吊兰组件向上流动时经过排管流出。排管容器接收的堆芯的引出口流体或者是它的大部分流量，使其从轴向流动转到径向方向，以便通过与排管容器相通的在外径方向排列的出口接管流出。
排管以相同的平行轴向和对中关系连接到相对应的流动套管上，套管延伸到堆容器封头内预定的高度，套管又同相应的封头延伸部分对准并贴近它。封头延伸部分穿过封头结构壁，并在封头直上方的封头外部自由端上。装设如上所述的相应的控制机构。控制机构具有相应的驱动棒，驱动棒延伸通过各自的封头延伸部分。流动套管和排管分别连接到相关的装有控制棒束和水置换棒束的星形接头上，并可用来调整它们在内部吊兰组件里的相应的标高位置。当棒束下降进入下部吊兰组件时也就进入到相关的燃料棒组件中，因此，便可控制堆芯的反应性。
如前所述，排管容器执行屏蔽驱动棒和在上部堆内构件内分配流量的重要功能。因为径向流动或横流速度是10米/秒范围，所以排管容器必须是坚固的，并且能经受起由横流引起的振动负荷。而且，容器没有为冷却剂直接进入封头区域以冷却装在封头组件和容器封头上的控制机构的流动通道以及下降通道。通常，封头冷却剂从封头区域流经下降通道同堆出口流量混合，並经出口接管从容器流出。封头区域也作为一个低温冷却剂水箱，低温冷却剂经过下降流道最后进入下部堆内结构，在发生失水事故时冷却堆芯。因此，排管是高温堆芯出口流体和封头区域低温冷却剂之间的一个界面，它要经受到其间出现的很大温差。为了限制所产生的热应力值，管子必须是柔性的。
本发明的基本目的，是保证应急情况下封头区域里的冷却剂能流入需要紧急冷却的堆芯。
为此目的，本发明属于核反应堆。核反应堆包括一个容器;支承在上述容器内的堆芯;支承在上述容器内，並由垂直布置在上述堆芯上面空间里的控制棒导向装置导向的可移动的控制棒;以及与上述控制棒相连，用来移动控制棒插进和拔出堆芯的驱动棒。上述容器至少有一个给堆芯供冷却剂的进口接管。流入的冷却剂，向上通过堆芯后，经过导向装置流到设在容器侧壁的出口接管。排管容器延伸在堆芯上面的上述容器中。在那里，有足够的空间使带有许多控制棒的星形接头可在排管容器和堆芯之间移动。排管容器包括许多管子，它们容纳上述驱动棒并安装在上部支撑板和下部支撑结构之间。为了使来自堆芯的冷却剂轴向向上流动，下部支撑结构钻有孔，排管容器径向开孔与出口接管连通，以便使流入排管容器的冷却剂横向流经上述管子的外表面，经出口接管流出，而不冲击驱动棒。上部排管容器板上面围绕驱动棒的连接管与排管连接，其特征在于在上部排管容器板正上方至少有一些连接管的壁上开有通流孔。通常，园柱形的分流装置同轴地装在每个选好的连接管上。第一种连接件围在放置在其中的相应的驱动棒周围，当液体经通流孔喷射时用来屏蔽驱动棒。
本发明也提供了排管与上部和下部排管容器板之间的焊接连接，这就消除了采用机械连接时由于水流引起振动而可能造成的松脱。焊接的另一个优点是要求的空间比机械连接的小。焊接连接所得到的结构是很结实的，这与排管容器的支承要求是一致的。但是，由于材料结构和几何形状的差别，可能对产生很大的热应力引起敏感，尤其是在下部和上部排管容器板之间出现排管和连接园筒或套筒的重复结构和受到温度影响的情况下。此外，尽管上部排管容器板是相当结实和稳定的，但它受到的温差或温度梯度的影响可能产生弯曲。连接园筒或套筒同样是很结实的，但它比上部排管容器板薄得多，所以对热的反应是不同的，因此对排管容器内产生的热应力有一个释放或限制其水平的临界要求。
按照本发明，通过控制下部排管容器板轴向的刚度来限制和释放可能很大的热应力，这可通过适当选择排管容器板厚度和该处通流孔的排列形式，以及在排管容器板和排管之间提供挠性的焊接接头来达到。具体地说，下部排管容器板厚度选定为约4厘米。通流孔靠近与排管容器管相关的各固定孔排列成基本对称分布。而且，排管容器管和下部排管容器板之间形成挠性的焊缝。这里透露的实施例中，通过“丁型”(外形)扩孔的环形焊缝来达到。这些组合特性提供了必要的刚度以提供必要的结构支承和抗振动能力，同时释放了热应力。
如前所述，为了防止驱动管路或驱动棒直接暴露到封头冷却剂流中，在封头组件内设置了流动套管。如果驱动棒直接接触冷却剂流，由于驱动棒长而且在长度上没有支承，其振动可能达到不可接受的水平。然而，如果在驱动棒周围套一个简单园筒，在失水事故需要冷却堆芯时，将会防碍封头组件里的大部分冷却剂流出。具体地说，在排放期间，从封头区域到堆芯的冷却剂流道是通过驱动棒外径和相应排管内径之间的环形空间。因此，一旦封头区域排水到流动套管顶部时，剩余的冷却剂收集在上部排管容器板上面的封头里，而且不能再通过流动套管和排管之间的环形空间排入堆芯。
为了解决这个问题，本发明在流动套管的底部和上部排管容器板的顶部表面上方设置通流孔，在每个流动套管里同轴地设置一个流动分流器，它包围並屏蔽流动套管附近的驱动棒。因此，流动套管能使封头区的冷却剂在排放期间完全排出。而流动分流器使驱动棒暴露在通过通流孔的封头冷却剂喷射下，后者引起不希望有的状况，它能增加驱动棒的横向运动和相当的磨损。因此，在驱动棒附近的流动分流器内部装有一个流量限制器，它装在通流孔上面，以防在排放期间由于通过通流孔的冷却剂阻塞而出现闪蒸。在排放期间，当封头内的液位达到流动套管顶部时如果从流动套管顶部到通流孔的流道不加限制，这样的阻塞便可能出现。流量限制器特别要提供足够的流动阻力，使封头冷却剂连续进入在流动套管底部的通流孔，而不被进入流动套管顶部的蒸汽阻塞。因此，排管容器和相关的套管、通流孔和分配器结构，为从封头区到棒导向装置顶部的整个驱动棒提供了完全的屏蔽，使其免受反应堆冷却剂横流的损伤。同时确保了封头冷却剂在排放期间流到堆芯所需的流量。
从下面带参考附图的说明中，将会更清楚地理想本发明。在这些附图中图1是根据本发明装有改进排管容器组件的，改进设计的压水堆部分剖面的正视图。
图2是沿图12-2方向截取的改进排管容器组件的局部平面简图。
图3是一张正视图。为了更清楚地说明排管容器组件部件结构，把图1有关部分放大了。这是排管容器组件局部的部分剖面正视图。
图4、5、6和7是图3结构一部分的局部正视图和剖视图，以便清楚地说明排管与上部和下部排管容器板的具体连接。
1A和1B合起来(下面称为图1)是压水堆10部分剖面的正视图。反应堆10包括压力容器12，它由上封头组件12a、园柱形侧壁12b和反应堆10基底的封底12c组成。在靠近侧壁12b的上部环形端部表面12d处，侧壁12b上设置有不止一个径向方位的进口接管11和出口接管13(在图1内每种接管只表示出一个)。尽管园柱形侧壁12b可以整体地用焊接的方法和封底12c连接，但封头组件12a却是用可拆卸的方法固定在侧壁12b的上部环形端部表面12d上。为了支承如后面所说的各种堆内构件，通常在侧壁12b内部装有环形支腿12e。在封底12c内是所谓底部要装的仪表14(如图所示)。
下部吊兰组件16通常由园柱形侧壁17组成，它的下端部安装在下部堆芯板18上。下部堆芯板18装在固定的支承件18b上(如图所示)。园柱形侧壁17基本上延伸到容器12的整个轴向高度並包括一个在其上端部处的环形固定环17a，环形固定环17a放在环形固定腿12e上，从而支承容器12内的组件16。后面将会更清楚地看到，在进口接管11附近侧壁17是固定的，但包括一开孔17b，开孔内装有一个接管环17c，开孔17b对准并紧靠出口接管13。上部桂芯板19被支承在固定支撑13d上，支撑13d固定在园柱形侧壁17的内表面约二分之一轴向高度的位置上。燃料棒组件20通常是垂直方向放入在下部吊兰组件里并相互平行，其底部固定架22插在下部堆芯板18上，并由类似销钉的固定件23定位，燃料棒组件20延伸通过上部堆芯板19上。通流孔18a和19a(每个实例只示出其中两个孔)以预定的排列形式设置，基本上遍布下部和上部堆芯板18和19的整个面积，通流孔18a允许反应堆载热剂通过进入下部吊兰组件16，与组成堆芯的燃料棒组件20进行热交换。通流孔19a允许堆芯出口流量通过进入内部吊兰组件24。中子反射层和屏蔽21用传统方式安装在园柱形侧壁17的内部。
包括园柱形侧壁26在内的内部吊兰组件24，其下边缘上整体地连接到上部堆芯板19上，侧壁26上部开口端的一个环形固定环26a装在压紧弹簧27上，同时被固定腿12e上的固定环17a所支承。侧壁26还包括一个与开孔17b和出口接管13对准的开孔26b。在内部吊兰组件24内的园柱形侧壁26里密集地布置了许多轴向平行的棒导向装置，为简单起见，在图1上仅表示了这些棒导向装置的两个，即装有反应性控制棒束30的棒导向装置28和装有水置换棒束34的棒导向装置32。每个控制棒束和每个水置换棒束的那些棒分别装到各自相应的星形接头100和120上。固定件36和37设置在相对应的棒导向装置28的上端部和下端部上，相应地，固定件38和39设置在相对应的棒导向装置32的上端部和下端部上。下端部固定件37和39把相对应的棒导向装置28和32固定到上部堆芯板19上，上端部固定件36和38把相对应的棒导向装置28和32固定到排管容器组件50的下部排管容器板52上。
排管容器组件50在图3里有较详细的表示，下面对其进行讨论，它包括一块下部排管容器板52和一块上部排管容器板54。板54是排管容器组件50的主要支承板，它与环形法兰50a相连，环形法兰50a安装在法兰26a上以支承排管容器组件50。许多平行轴向的排管56和57，同上部和下部排管容器板52和54上相应的开孔对中布置，排管56和57的两端分别固定在排管容器板52和54上。更准确地说，排管容器延长部分58和59延伸通过相应的排管容器板开孔，并固定在下部排管容器板52上，相应的排管56和57分别固定在延长部分58和59上。同样地，排管56和57的上端部连接到上部排管容器板54。排管56和57连接的具体形式对本发明是重要的，现参考图3和4～7进行讨论。
对于上述排管容器各延长部分58和59的具体形式，只有排管容器延长部分58是从下部排管容器板52向下伸出，并连接到控制棒束导向装置28的上端部(或顶部)相应的固定件36上。与水置换棒束导向装置相关的上端部固定件38，可以通过挠性连接互连到控制棒束导向装置28的固定件36。另一方面，在后面实例里，水置换棒束导向装置32也可以单独连接到下部排管容器板52上。排管容器延长部分59同样可以从下部排管容器板52向下伸出，与延长部分58同样地接合並横向支承水置换棒束固定件38。
在上部排管容器板54上方，更详细地说，在容器12的封头组件12a里，设置有许多对中并连接在排管57上的流动套管60和61，相应数量的封头延长部分62和63与流动套管对中，其下端部62a和63a扩张成喇叭口形，以便简化装配程序，特别是当封头组件12a下降到容器侧壁12b带垫的环形端部表面12d时，用来引导驱动棒(图1里没有表示出来)进入封头延长部分62和63。在完成的组件里(如图1)，喇叭口端部62a和63a把相应的流动套管60和61的上端部60a和61a装在其中。封头延长部分62和63穿过封头组件12a的上壁部分並在贯穿处密封。控制棒束驱动机构(CRDM)64和水置换棒束驱动机构(DRDM)66分别与相应的封头延长部分62和63，流动套管60和61以及排管56和57相联，它们又与相应的控制棒束30和水置换棒束34相联结。控制棒束驱动机构64可以是众所周知的形式，如在传统反应堆容器中使用的那样。
分别与控制棒束驱动机构64和水置换棒束驱动机构66相联的驱动棒，其结构和功能相当一根细长的刚性棒，从与控制棒束驱动机构64和水置换棒束驱动机构66处延伸到控制棒束30和水置换棒束34，而且，它们的下端部连接到星形接头100和120上。因此，控制棒束驱动机构64和水置换棒束驱动机构66的作用，通过相应的驱动棒控制各自的垂直位置，具体地说，是有选择地下降或提升。控制棒束30和水置换棒束34通过在上部堆芯板19设置的开孔(没有示出)，从相关的燃料棒组件20中伸进或提出。
在这方面，下部吊兰组件16内部高度D1约为178吋，而燃料组件20的有效长度D2约为4米，内部轴向高度D3约为176吋，而棒束30和34的行程范围D4约为4.5米，相应的控制棒束驱动机构和水置换棒束驱动机构的行程范围同样约为4.5米。而详细的控制功能与本发明无关，因为，对堆芯内反应的具体控制，是通过各个棒束30和34的位置选择来完成的，可以相信这些技术是了解的。实现反应的慢化和控制是通过把控制棒束30插进堆芯或从堆芯提出，以及选择水置换棒34的位置以达到有效的水置换来完成。为了达到要求的反应堆输出功率，控制棒束30在位置调节上与水置换棒34比较起来相对地频繁。通常，在每一燃料循环初期，水置换棒束34完全落下或插入到下部吊兰组件16中。在燃料循环期内，当过剩反应性减少时，水置换棒束32通过各自的驱动棒(在图1上没有表示出来)和水置换棒束驱动机构66有选择地移动。作为典型情况，是通过同时移动一组4个这样的水置换棒束34来完成的，这组棒束从完全插入在与燃料棒组件20相结合的位置移动到在相应的水置换棒束导向装置32里完全提升的位置，亦即在内部吊兰组件24里，连续地有控制地提升操作。更确切地说，选择4个水置换棒束34的一个给定组，以便在提升此组棒束时，维持堆芯功率对称平衡。作为典型情况，对于约18月燃料循环的约60%到70%时间里，全部水置换棒束34仍完全插入在燃料棒组件20里。然后当过剩反应性减少时，各组棒束有选择地和逐步地移动到完全提升的位置，以便维持所要求的正常的反应性水平，在可以调整的控制棒束30的控制下，能够维持所要求的输出功率。
流经容器10的反应堆冷却剂或水，通常来自许多个进口接管11(图1上示出了其中之一个)，它向下通过环形腔15，环形腔15的外表面通常由容器12的园柱形侧壁12b的内表面组成，而其内表面由下部吊兰组件16的园柱形侧壁17组成。冷却剂然后反向流动，轴向向上经过下部堆芯板18上的通流孔18a，並进入下部吊兰组件16，离开这里后，通过上部堆芯板19上的许多通流孔19a，进入内部吊兰组件24，继续平行轴向流经内部吊兰组件24，最后向上通过下部排管容器板52上的通流孔52a流出。因此，维持平行轴向流动状况是通过下部吊兰16和内部吊兰24两个组件。在排管容器50里，水流转向90°从许多出口接管13(图1里表表了其中一个)径向流出。进口冷却剂也经过安装在支腿12e上固定法兰里的园周旁通流道进入封头组件12a的内部区域。详细地说，在法兰17上加工了许多以一定角度间隔开並有共同半径的孔170，並且提供从环形腔15进入位于弹簧27和容器12内侧壁之间环形空间172的轴向流道。此外，许多对中孔174和176贯穿法兰26a和50a。孔174以一定角度排布，从而构成了从环形空间172到封头组件12a内部的流动通道。来自封头区域的冷却剂，经过在后面要说明的，由一些流动套管60和61以及排管56和57内部确定的环形下降流道，流进在下部排管容器板52正下方的内部吊兰组件24的顶部区域，同堆芯出口流量混合，经排管容器50从出口接管13流出。
根据安装在封头组件上的设备(例如控制棒束驱动机构)的要求，封头冷却剂流要维持封头组件12a的温度比容器12其余部分低。正如后面所论，封头区域也作为一个冷却剂水箱，在发生失水事故时，冷却剂可从这里迅速地流经下降流道(称之为排放)，以冷却燃料棒组件20组成的堆芯。
在封头区域里的反应堆冷却剂压力，典型范围约为160公升/厘米2，并为水置换棒束驱动机构提供能源(即流体压力)，使水置换棒束驱动棒从完全插入位置到完全提升或上部位置，正如在上面已提到过的有关专利所述。在这方面，由于冷却剂流过下部和上部吊兰组件16和20，以及(尤其是)燃料组件20产生了压降，堆芯出口流动压力是比较低的。
图2是图1中控制棒束和水置换棒束导向装置28和32的固定件36和38以及板52位置处的，下部排管容器板52的底平面剖视图，图2是放大比例的，为了概略地用图例说明在内部吊兰组件24内密集排列的许多控制棒束和水置换棒束，只表示了排管容器50内部结构部分象限。标有“D”的园圈表示在排管容器板52上的通孔，它们装有与水置换棒束34相联的水置换棒束驱动机构的驱动棒。同样，标注有“C”的园圈表示在排管容器板52上的通孔，它们装有与控制棒束30相联的控制棒束驱动机构的驱动棒。这些孔“C”和“D”同相应的控制棒束和水置换棒束排管56、57以及相应的套管60、61一起组成了下降流道。它们与从该处穿过的驱动棒相对应。图2下部排管容器板52上的园圈52a相当于在图1中表示的孔52a，它给反应堆冷却剂出口流量从内部吊兰组件24进入排管容器组件50提供通道。
包括片簧的部件74，用两两对排的螺栓把它固定到排管容器下部板52上，它通常以交错正交的排例形式与C孔中控制棒直径定位。弹簧74的自由端向下压在近旁孔“C”的控制棒束固定件36的上部表面上，以便提供摩擦力阻止那里相应棒导向装置28横向移动，而给予棒导向装置轴向位置一个伸缩度。弹簧74是控制棒束导向装置固定件优先选用的结构，这与上述名为“压水堆内部吊兰组件弹性的棒导向装置支承结构”未决专利申请书中透露的是一致的。为此，可以使用两者中任一种固定件。因此，上述结构，在任何意义上都不是限制，而仅仅是为了说明。
正如图1中看到的那样，图2也说明进出口接管11和13的相对位置。可以理解，图2中容器12的象限反映围绕90°轴线的镜象，围绕0°/180°轴线反射就可以反映出容器12全图形(360°)。于是，在容器12上总共设置4个进口接管11，两个在约90°和270°的位置上等角布置，还设有4个出口接管13，两个在0°和180°的位置上等角布置。比较图1和图2将看出，控制棒束和水置换棒束以密集、交错排列的方式布置，基本上布满了内部吊兰组件24的整个截面积。控制棒束30和水置换棒束34是由相对应的星形接头100和120支承(如图1所示)，它们又通过相应的驱动棒连接控制棒束驱动机构64的水置换棒束驱动机构60上(如后面所述)。
图3是一张放大的立面剖面，表示出从容器12中取出的排管容器50局部示图，它包括分别与排管56、57相关的套管60、61。在图4和图5中较详细表示了排管56和57下端部通过延长部分58、59和下部排管容器板52的连接。图6和图7较详细地表示了排管56和57上端部以及各相应套管60和61下端部同排管容器板54的连接。图4到图7各图是按照图3的垂直剖面，并放大了比例。图3到图7在后面将要同时进行参考。
在图3里看得更清楚，排管容器50包括一个通常为园柱形的法兰壳体150，它由一个法兰50a、一个上部连接园筒152(它的上边和下边分别焊接到法兰50a和上部排管容器板54上)以及一个下部连接园筒154(它的上边和下边分别焊接到上部排管容器板54和下部排管容器板52上)组成。下部连接园筒(或裙板)154包括与各出口接管13对中的开孔154a，以便使排管容器52中通过下部排管容器板52上的开孔52a接收的轴向堆芯出口流量，可转90°角通过开孔154a从排管容器52到出口接管13径向流出。
在图4和图5中能很好地看到，通过下部排管容器板52上相关的固定孔158和159安装排管56和57的延长部分58和59。固定孔158和159是埋头孔，为的是在相应延长部分58和59园周形成“丁型”断面环158a和159a。在“丁型”环158a和159a与延长部分58和59之间相接触的园周表面处形成完全焊透的焊缝158b和159b，在那里提供了挠性的环焊缝连接。然后，排管56和57的下端部与各自延长部分58和59的倾斜上端部表面58a、59a对接焊。因此，延长部分58和59同环158a和159a连在一起，挠性环焊缝158b和159b在排管56和57的下端部同下部排管容器板52之间提供了一种挠性连接机构。
如前所述，与水置换棒束驱动棒201和水置换棒束导向装置38对应的延长部分59，宁可同下部排管容器板52的下表面平齐，而不象与控制棒束导向装置36相关的延长部分58那样向下延长和伸出，以便同水置换棒束导向装置32的独立固定件38接合，延长部分58与控制棒束导向装置28固定件36之间是非挠性连接，所有这些与上述的未决申请书透露的一致。
排管56和57同上部排管容器板54连接的方法分别在图6和图7中说明。在上部排管容器板上的固定孔160和161里分别装有连接件162和163，连接件的下端部162a和163a用对接焊连接到相应排管56和57的上端部。连接件的上端部162b和163b对接焊连接到相对应套管60和61的下端部。连接件162和163带有环形固定套圈164和165，它们径向增大，以便同孔160和161侧壁接触，它接近上部排管容器板54的上部表面，它们之间有完全焊透的焊缝166和167。
从图4、图6和图5、图7可以看到，为了使控制棒束和水置换棒束驱动机构64和66同相当的星形接头100和120以及相应的控制棒束30和水置换棒束34的互相连接，分别通过各自的排管56和57，相对应的延长部分58和59，连接件162和163以及套管160和161来安装控制棒束驱动棒200和水置换棒束驱动棒201。
从图3更清楚地知道，排管容器组件50是一个重复结构，其中上部和下部排管容器板54和52之间的空间是由连接园筒154和排管56和57两者确定的，所有排管的上端部和下端部分别连接到排管容器板52和54上，正如上文所述及参考图3～7具体说明的那样。为了提供足够的结构稳定性和抗流动产生的振动力，必须有刚性的结构，以防内部件的过度磨损，尤其是驱动棒200和201及其相连的棒束30和34。但是，由于堆芯出口流体相对于封头组件12a中低温的冷却剂有瞬态和稳态的温差，在排管容器组件50内可能产生很大的热应力，此应力会导致主要支承、上部排管容器板54产生一定程度的弯曲和变形。由于在板52和54，连接园筒154和排管56、57上温度分布不同，以及板54有变形的趋势，可能产生很大的轴向热应力。
本发明提供了使这些热应力减到最小和限制到可接受水平的结构。具体地说，下部排管容器板52的厚度约为1.50吋，而且如前所述，在各固定孔158和159周围的通流孔52a通常布置成对称结构。结果，下部排管容器板52同上部排管容器板54相比，具有相当的弹性。此外;丁型环158a和159a给焊接接头158b和159b提供了充分的完整性和横向刚性，还提供了轴向的弹性。因此，这些组合因素补偿了轴向热应力和在其它情况下产生的相关的弯曲应力。
在封头组件12a里，流动套管保护驱动棒200和201免受来自封头冷却剂流的影响。如果驱动棒200和201直接遇到冷却剂，由于通过那个区域的驱动棒长，而且在整个长度上又无支承，所以会产生振动。为此而设的流动套管60、61的存在引出了排放期间封头区域冷却剂的流动问题。具体地说，在失水事故时，封头组件12a内部(即封头区域)的全部冷却剂，必须能通过下降流道到达下部吊兰组件16内燃料棒组件20来冷却堆芯。如前所述，下降流道210和211由一个间隔环确定，它在驱动棒200、201和有关的流动套管60、61，排管56、57以及它们相关的连接构件之间。冷却剂从那里通过内部吊兰组件24和上部堆芯板19的开孔19a进入由下部吊兰组件16内燃料棒组件20组成的堆芯区。关于这一点可以理解到流动套管60、61安装在封头延长部分62、63喇叭口端部62a、63a内，而不在那里密封。
然而，由于流动套管60、61必需具有坚固的园柱形侧壁，在排放期间，一旦封头区的冷却剂排到流动套管60、61顶部，封头贮存的冷却剂就再也不能进入下降流道和排到堆芯。本发明对此提供了一个解决办法，在每个流动套管61的基底上设置通流孔221，它径向穿过连接件163侧壁，因此，基本上允许封头区的全部冷却剂进入到各环形下降流道211。虽然说的只是用在水置换棒束有关的流动套管61中，但如果要求较大的流量，也可以在控制棒束有关的流动套管60和排管56的连接件162上，使用上述通流孔和有关结构。
通流孔221的设置，要求对驱动棒201受到的从通流孔221进入的冷却剂的喷射和冲击进行屏蔽。它对防止可能的蒸汽闪蒸也是重要的，蒸汽闪蒸可能堵塞冷却剂通过通流孔221的流动。具体地说，正如在技术上众所周知的，例如，由于失水事故，蒸汽可以被捕集在封头组件12a的封头区内，当封头区冷却剂液位下降到低于流动套管61的顶部时，在所谓“闪蒸”现象里，蒸汽会进入环形流道211，因此，阻塞冷却剂进一步流过通流孔221。
本发明通过流动分流器222的设置，防止了这些问题发生。分流器222同轴装在各连接件163里面，它包括一个焊装在环形凸台163c上的环形法兰223以及一个整体的管状延长部分224，224的外径比连接件163的内径小，因此，形成一环形下降流道211a，进入通流孔221的冷却剂通过此流道同通过环形下降流道221排放的流量汇合。
此外，分流器222包括一个流量限制器225，它作为在分流器里径向内环最好整体制成，其内表面和驱动棒201外表面靠近。在一次使用约4.5厘米的驱动棒的实际应用中，环形流量限制器225的内径约为5厘米，轴向长度约为3厘米。因此，流量限制器给通过流动套管61顶部开口进入的蒸汽的闪蒸提供了足够的流动阻力，这样，蒸汽不会堵塞冷却剂通过通流孔221的流动。实际上流量限制器225存在是为了排除由于闪蒸造成的下降流动的阻塞，基本上，封头区来的所有下降流量都通过通流孔221，甚至在正常运行期也如此。流动分流器222和相关的整体流量限制器225组合成一个结构，利用此结构可以完成屏蔽来自封头区的冷却剂横流的影响，实际上它保护了从封头区延长到整个长度直到棒导向装置的顶部，不致排放时影响封头冷却剂到达堆芯。
权利要求
1.核反应堆包括一个压力壳(12)；支承在上述压力壳(12)内的堆芯，支承在上述压力壳(12)内的可移动的控制棒(30)，它由布置在上述堆芯上面空间里的控制棒导向装置(28、32)导向，以及与上述控制棒相连。用来把棒插进和提离上述堆芯的驱动棒(200、201)，上述压力壳(12)至少有一个为供给冷却剂到堆芯的进口接管(11)，流入的冷却剂向上通过堆芯以后，流过上述导向装置(28、32)到装在压力壳(12)侧壁上的出口接管(13)，一个排管容器(50)横跨在上述堆芯上面的压力壳(12)上延伸，它离堆芯有足够的距离，装有许多控制棒的星形接头(100)可在排管容器(50)和堆芯之间的空间移动，上述排管容器(50)包括许多根管子(56)，管子内装有驱动棒(200、201)並且固定在上部支撑板(54)和下部支撑结构(52)之间，上述下部支撑结构(52)钻有孔，以供冷却剂从上述堆芯轴向向上流动，上述排管容器(50)与上述出口接管(13)径向连通，以便允许流入上述排管容器(50)的冷却剂流在上述管子(56)的外表面上横向流动，经上述出口接管(13)出去，而不致冲击上述驱动棒(200、201)，在上部排管容器板(54)上面内装上述驱动棒(200、201)的连接管(60、61)被接连到上述排管(56)上，其特征在于在上部排管容器板(54)正上方的上述连接管(60、61)至少有几根在管壁上开孔，通常，园柱形分流器装置(222)被同轴地装在各个选定的第一种连接件(163)里，並把相应的驱动棒(201)放在其中，以屏蔽驱动棒(201)使其免受通流孔(221)的流体的喷射。
2.如权利要求
1所述的反应堆，其特征在于上述各分流器装置(222)包括一个环形法兰(223)和一个整体连接的管形延长部分(224)，上述各第一种连接件(163)有一个内部环形凸台(163c)，凸台用来接受和固定相应分流器(222)的环形法兰(223)，上述分流器装置(222)的环形管状延长部分(224)在相关的第一种连接件(163)内同轴延伸，它毗连並超出上述通流孔(221)。
3.如权利要求
2所述的反应堆，其特征在于上述分流器装置(222)还包括一个流量限制器(225)，它用来限制事故期间，在排放冷却剂的封头组件内(12a)产生的蒸汽通过环形下降流道(211)时发生蒸汽闪蒸。
4.如权利要求
3所述的反应堆，其特征在于上述限流器(225)包括一个内径比管状延长部分(224)更小的环形套圈，它紧靠放在里面的棒(201)的外表面，在其间提供了一个限流环形流道(211a)，流道延伸到通流孔(221)上面预定的轴向距离上。
5.如权利要求
1到4中任意一项所述的反应堆，其特征在于为了把热应力限制到可接受的水平，並为上述排管(56、57)提供比较牢固的横向支承，上述排管通过上述排管(56、57)的下端部挠性连接到下部排管容器板(52)上。
6.如权利要求
5所述的反应堆，其特征在于排管在上述排管(56、57)下端部和下部排管容器板(52)上的相关的固定孔(158、159)侧壁之间用挠性的通常为环形焊接接头(159b、158b)连接。
7.如权利要求
6所述的反应堆，其特征在于上述各个第二种连接件(58、59)的各个挠性焊接连接(158a、158b、159a、159b)包括确定上述各个第二种固定孔(158、159)的“丁型”截面环(158a、159b)包括上述各个“丁型”截面环(158a、159a)同上述相关的排管(56、57)的下端部之间全焊透焊缝(158b、159b)。
8.如权利要求
5、6或7所述的反应堆，其特征在于排管容器顶部通常有一个带有环形套圈(164、165)的园柱形空心连接件(162、163)，套圈的外径与上部排管容器板(54)上相应固定孔(160、161)的内径一致，以及在上述上部排管容器板(54)的上述第一种固定孔(160、161)的侧壁和相应连接件的上述环形套圈(164、165)之间形成的完全焊透的焊缝(166、167)。
专利摘要
带有可移动插进和提出堆芯的控制棒的反应堆，有一个在控制棒移动区域上方的排管容器结构。在控制棒移动区域里，来自堆芯的载热剂保持轴向流动。载热剂通过上部和下部排管容器板之间的排管容器管时出现径向流动，排管内装有控制棒的驱动棒，以便保护驱动棒免受来自排管容器里载热剂横向流动的影响。在排管容器上方驱动棒外面的连接管中，至少有一些管子带有通流孔并在里面有分流器装置，以防止水直接向驱动棒喷射。
文档编号G21C15/00GK87102541SQ87102541
公开日1988年1月20日 申请日期1987年4月4日
发明者詹姆斯·埃德文·吉勒, 约翰E·古森 申请人:西屋电气公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan