用于壓水反應(yīng)堆的堆芯內(nèi)儀表纜線布設(shè)的制作方法
【專利說(shuō)明】用于壓水反應(yīng)堆的堆芯內(nèi)儀表纜線布設(shè)
[0001]本申請(qǐng)要求在2012年4月18日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)第61/625，744號(hào)的優(yōu)先權(quán)。在2012年4月18日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)第61/625，744號(hào)的全文以引用的方式并入到本申請(qǐng)的說(shuō)明書(shū)中。
【背景技術(shù)】
[0002]下文涉及核反應(yīng)堆領(lǐng)域、核發(fā)電領(lǐng)域、核反應(yīng)堆儀表領(lǐng)域、核反應(yīng)堆流體動(dòng)力設(shè)計(jì)領(lǐng)域和相關(guān)領(lǐng)域。
[0003]在一體式壓水反應(yīng)堆(一體式PWR)型的核反應(yīng)堆設(shè)計(jì)中，核反應(yīng)堆堆芯在壓力容器底部處或附近浸沒(méi)于一次冷卻水中。在典型設(shè)計(jì)中，一次冷卻水以過(guò)冷液相維持在圓柱形壓力容器中，圓柱形壓力容器大體上直立安裝(即，其圓柱軸線豎直地定向)。中空?qǐng)A柱形中心立管同心地設(shè)置于壓力容器內(nèi)側(cè)。一次冷卻水向上流動(dòng)穿過(guò)反應(yīng)堆堆芯，在反應(yīng)堆堆芯處，其被加熱并且穿過(guò)中心立管上升，從中心立管的頂部排放并且反向以向下往回朝向反應(yīng)堆堆芯流過(guò)限定于壓力容器與中心立管之間的降液管環(huán)形空間。在一體式PWR設(shè)計(jì)中，至少一個(gè)蒸汽發(fā)生器位于壓力容器內(nèi)側(cè)，通常位于降液管環(huán)形空間中。某些說(shuō)明性一體式PWR設(shè)計(jì)描述于Thome等人的在2010年12月16日公開(kāi)的名為“一體螺旋線圈壓水核反應(yīng)堆(Integral Helical Coil Pressurized Water Nuclear Reactor)，，的美國(guó)公開(kāi)第2010/0316181A1號(hào)，其全文以引用的方式并入到本文中；并且描述于Malloy等人的在2012年3月29日公開(kāi)的名為“小型核反應(yīng)堆(Compact Nuclear Reactor) ”的美國(guó)公開(kāi)第2012/0076254A1號(hào)中，其全文以引用的方式并入到本文中。諸如帶有外部蒸汽發(fā)生器的PWR設(shè)計(jì)、沸水反應(yīng)堆(BWR)等其它輕水核反應(yīng)堆設(shè)計(jì)在蒸汽發(fā)生器和其它部件的布置上不同，但通常將放射性堆芯定位于圓柱形壓力容器底部處或附近以便減小在冷卻劑喪失事故(LOCA)中反應(yīng)堆堆芯暴露于空氣的可能性。
[0004]核反應(yīng)堆堆芯由多個(gè)燃料組件構(gòu)成。每個(gè)燃料組件包括多個(gè)燃料棒。為燃料組件提供結(jié)構(gòu)支承的格架組件沿著燃料組件的長(zhǎng)度豎直間隔開(kāi)。上端部配件和下端部配件分別在燃料組件的頂部和底部。燃料組件還包括散置于燃料棒中并且焊接到格架組件上的引導(dǎo)管。一組燃料組件形成核反應(yīng)堆堆芯，核反應(yīng)堆堆芯容納于堆芯成型器中。整個(gè)堆芯支承于堆芯籃中，堆芯籃可以例如從壓力容器的下凸緣懸掛或者以其它方式支承。
[0005]包括中子吸收材料的控制棒被插入到燃料組件的引導(dǎo)管內(nèi)并且從引導(dǎo)管提升出以控制堆芯反應(yīng)性。監(jiān)控堆芯條件(例如，反應(yīng)堆功率、溫度等)的儀表和其附屬纜線也可以插入于引導(dǎo)管中的某些引導(dǎo)管內(nèi)。一般而言，引導(dǎo)管包含控制棒或儀表，但通常并非二者，這歸因于空間限制。儀表被稱作堆芯內(nèi)構(gòu)件，因?yàn)樗鼈兾挥诙研局?。堆芯?nèi)構(gòu)件可以位于燃料組件的中心或邊緣處的引導(dǎo)管內(nèi)側(cè)。將這些儀表定位于反應(yīng)堆堆芯中或者容器中的其它位置是有挑戰(zhàn)性的，因?yàn)榉磻?yīng)堆容器包含高溫和高壓水并且堆芯產(chǎn)生高水平輻射。
[0006]在一種方案中，在核反應(yīng)堆中的儀表使用指套管和引導(dǎo)管，如在1991年9月17日提交的、授予Brown等人的美國(guó)專利第5，120，491號(hào)中所公開(kāi)的。包含初始?jí)毫Φ闹柑坠軓拿芊馀_(tái)延伸穿過(guò)容器到達(dá)引導(dǎo)管內(nèi)。指套管通常在容器頭部或容器底部進(jìn)入反應(yīng)堆容器。指套管終止于位于反應(yīng)堆外側(cè)的密封臺(tái)，例如，在獨(dú)立于反應(yīng)堆隔室的專用隔室中。通過(guò)在反應(yīng)堆堆芯上方或下方布設(shè)管，存在從容器貫穿件到內(nèi)部裝載有堆芯內(nèi)儀表的引導(dǎo)管的(幾乎)“直線射程(straight shot)”。然而，如果管從容器底部布設(shè)，那么自引導(dǎo)管貫穿件周圍的泄露將在反應(yīng)堆堆芯下方，這對(duì)于LOCA補(bǔ)救而言是有問(wèn)題的。另一方面，從上方布設(shè)管可能干擾控制棒驅(qū)動(dòng)件或者其它上內(nèi)部部件。
[0007]在本文中公開(kāi)了改進(jìn)，這些改進(jìn)提供各種益處，通過(guò)閱讀下文的描述，這些益處對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見(jiàn)的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]根據(jù)一方面，一種設(shè)備包括:壓力容器，其包括上容器、下容器和設(shè)置于上容器與下容器之間并且聯(lián)結(jié)上容器和下容器的中凸緣；核反應(yīng)堆堆芯，其包括一組燃料組件，該組燃料組件包括裂變材料，核反應(yīng)堆設(shè)置于壓力容器中；控制棒，其被布置成用于可調(diào)整地插入于核反應(yīng)堆堆芯內(nèi)以控制核反應(yīng)堆堆芯；引導(dǎo)框架，其位于反應(yīng)堆堆芯上方和中凸緣下方，引導(dǎo)框架被布置成引導(dǎo)從反應(yīng)堆堆芯抽出的控制棒的上部；以及，堆芯內(nèi)儀表布設(shè)管，其從位于中凸緣處的容器貫穿件延伸并且從反應(yīng)堆堆芯上方進(jìn)入反應(yīng)堆堆芯。
[0009]根據(jù)另一方面，壓力容器包括由凸緣連接件聯(lián)結(jié)的上容器部段和下容器部段。核反應(yīng)堆堆芯包括一組燃料組件，該組燃料組件包括裂變材料。核反應(yīng)堆堆芯設(shè)置于下容器部段中。側(cè)入容器貫穿件位于壓力容器側(cè)部并且穿過(guò)下列之一:(i)凸緣連接件的凸緣和(ii)下容器部段。堆芯內(nèi)儀表布設(shè)管從側(cè)入容器貫穿件延伸并且從反應(yīng)堆堆芯上方進(jìn)入反應(yīng)堆堆芯。堆芯內(nèi)儀表布設(shè)管從具有傾斜角Ae的側(cè)入容器貫穿件延伸并且包括90° -Ae向下轉(zhuǎn)彎以從上方進(jìn)入反應(yīng)堆堆芯。傾斜角^可以是零，使得布設(shè)管從側(cè)入容器貫穿件水平延伸并且包括90°向下管。
[0010]根據(jù)另一方面，一種設(shè)備包括包括堆芯內(nèi)儀表布設(shè)管，該堆芯內(nèi)儀表布設(shè)管從側(cè)入容器貫穿件延伸并且從反應(yīng)堆堆芯上方進(jìn)入反應(yīng)堆堆芯，堆芯內(nèi)儀表布設(shè)管具有至少60°的彎曲。在某些實(shí)施例中，該彎曲為90°。在某些實(shí)施例中，堆芯內(nèi)儀表布設(shè)管在側(cè)入容器貫穿件處具有大于0°的傾斜角并且具有小于90°并且大于60°的彎曲，該彎曲有效地用于使堆芯內(nèi)儀表布設(shè)管定向成從反應(yīng)堆堆芯上方進(jìn)入反應(yīng)堆堆芯。
【附圖說(shuō)明】
[0011]本發(fā)明可以呈現(xiàn)各種部件和部件的布置，和各種過(guò)程操作和過(guò)程操作的布置。附圖只是出于說(shuō)明優(yōu)選實(shí)施例的目的并且不應(yīng)被理解為限制本發(fā)明。
[0012]圖1示出了小型模塊式反應(yīng)堆的上半部和下半部，其中堆芯內(nèi)儀表纜線布設(shè)和支承元件通過(guò)局部剖視下容器而示意性地示出。
[0013]圖2以分解圖示出了小型模塊式反應(yīng)堆的下半部，其包括堆芯內(nèi)儀表電纜布設(shè)和支承元件。
[0014]圖3示出了小型模塊式反應(yīng)堆的下半部的剖視圖，其包括堆芯內(nèi)儀表電纜布設(shè)和支承元件。
[0015]圖4示出了小型模塊式反應(yīng)堆的下半部的剖視圖，其示出了堆芯內(nèi)布設(shè)管的路徑。
[0016]圖5和圖6示意性地示出了在反應(yīng)堆堆芯的燃料組件中的堆芯內(nèi)構(gòu)件的兩種合適布置。
[0017]圖7至圖9示出了堆芯內(nèi)儀表電纜布設(shè)和支承元件的透視圖、側(cè)視圖和頂視圖。
[0018]圖10為堆芯內(nèi)儀表電纜布設(shè)和支承元件的替代實(shí)施例。
[0019]圖11至圖15示出了替代實(shí)施例的方面，其中，堆芯內(nèi)儀表布設(shè)管從反應(yīng)堆堆芯上方進(jìn)入反應(yīng)堆堆芯。
[0020]圖16示意性地示出了堆芯內(nèi)儀表布設(shè)管從具有傾斜角^的側(cè)入容器貫穿件延伸并且包括90° -Ae的向下轉(zhuǎn)彎以進(jìn)入反應(yīng)堆堆芯。
【具體實(shí)施方式】
[0021 ] 圖1示出了一體式反應(yīng)堆壓力容器6，一體式反應(yīng)堆壓力容器6包括上容器8和下容器10。容器部分或部段8、10在操作期間在中凸緣14處聯(lián)結(jié)，但圖1示出了從中凸緣/下容器10、14提離的上容器8 (例如，用于補(bǔ)給燃料)，中凸緣/下容器10、14在圖1中被示出是獨(dú)立的。凸緣連接件包括由居間中凸緣14聯(lián)結(jié)的上容器凸緣14U與下容器凸緣14L。替代地，可以省略中凸緣，并且上凸緣14L和下凸緣14U直接聯(lián)結(jié)(即，無(wú)中凸緣)以形成凸緣連接件。在一體式反應(yīng)堆中，容器在共同壓力邊界中(即在壓力容器6中)容納反應(yīng)堆堆芯、反應(yīng)堆堆內(nèi)構(gòu)件和蒸汽發(fā)生器。圖1的一體式反應(yīng)堆被設(shè)計(jì)成使得上容器8容納蒸汽發(fā)生器并且可以作為一單元(包括蒸汽發(fā)生器)被移除以補(bǔ)給燃料。
[0022]圖2示出了容納于說(shuō)明性下容器10中的部件:上堆內(nèi)構(gòu)件16，其從中凸緣14懸掛；說(shuō)明性反應(yīng)堆堆芯18，其由一組燃料組件19構(gòu)成；堆芯成型器20 ;和堆芯籃22。反應(yīng)堆堆芯18被示意性地示出，包括僅幾個(gè)燃料組件19，更通常地，堆芯包括數(shù)十燃料組件(例如，在圖5至圖6的實(shí)施例中的69個(gè)燃料組件)。上堆內(nèi)構(gòu)件16可以包括諸如用于引導(dǎo)控制棒組件的控制棒引導(dǎo)框架、內(nèi)部控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(CRDM)、內(nèi)部反應(yīng)堆冷卻劑泵(RCP)等部件。(在圖2中，圖示了上堆內(nèi)構(gòu)件16，其僅示出了包括吊板和拉桿的結(jié)構(gòu)框架以及在中凸緣14處的一組RCP ;然而，在某些實(shí)施例中，可以省略內(nèi)部RCP，而在外部安裝RCP)。
[0023]在反應(yīng)堆工作期間，由堆芯內(nèi)儀表來(lái)監(jiān)控反應(yīng)堆堆芯18，堆芯內(nèi)儀表從堆芯布設(shè)到饋通件，所述饋通件用以將堆芯內(nèi)纜線從壓力容器傳出。在反應(yīng)堆堆芯內(nèi)，幾個(gè)引導(dǎo)管用于堆芯內(nèi)儀表(在堆芯內(nèi)的其余引導(dǎo)管用于接納控制棒)。在反應(yīng)堆堆芯18外側(cè)，布設(shè)管將纜線從反應(yīng)堆堆芯至少傳送到饋通件，該饋通件穿過(guò)壓力容器的壁。應(yīng)當(dāng)指出的是術(shù)語(yǔ)“引導(dǎo)管”有時(shí)在本領(lǐng)域中不僅用于指反應(yīng)堆堆芯中的引導(dǎo)管，而且也用于指用作位于反應(yīng)堆堆芯外側(cè)的纜線管道的管件。對(duì)于本公開(kāi)而言，為了避免混淆，在堆芯外側(cè)容納堆芯內(nèi)纜線的管件被稱作“布設(shè)管”。術(shù)語(yǔ)“引導(dǎo)管”用于指作為反應(yīng)堆堆芯的部分的引導(dǎo)管。堆芯內(nèi)儀表纜線可以是礦物絕緣纜線(MI纜線)并且/或者可以包括覆蓋電導(dǎo)體的指套管。在任一情況下，布設(shè)管為堆芯內(nèi)纜線提供支承，防止流致振動(dòng)損壞纜線。
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