專利名稱:壓力容器的鍛造管嘴殼段的制作方法
發(fā)明背景本發(fā)明總的涉及反應器的壓力容器，尤其涉及包含管嘴的反應器壓力容器的殼段，該殼段由單一整體鍛造件制成。
沸水原子反應器一般包括一個位于反應器壓力容器(RPV)內(nèi)的反應器核心。一個公知的RPV包括一個基本上是圓柱形的殼體。舉例來說，該殼體可以是大約60英尺長，直徑大約是20英尺，大約7英寸厚。因為其長度，該殼體由多個環(huán)或殼段焊接在一起制成。圓柱形殼體通過一可拆卸的頂蓋將其頂端封閉。因為頂蓋可拆卸，從而可以接近位于RPV內(nèi)部的部件。RPV圓柱殼體由焊接于殼體上的底部圓帽形的底部裝置將底端封閉。
圓柱形殼體上開有多個管嘴開孔以便于壓力容器與外部管系的聯(lián)接。結(jié)構(gòu)設計標準要求當在壓力容器上設開孔時，必須在開孔周圍增加加強材料。另外，用于連接管嘴加強材料和連接管系的焊接的任何接合處須經(jīng)100％體積探傷檢查。
公知壓力容器殼段由整體鍛造件或成形焊接板制成的段制成。這些段由焊接或由螺栓連接在一起以形成整個容器。當殼段由成形和焊接板制成時，縱向焊接接合處與圓周焊接接合處相比其應力值較高。這些管嘴由鍛造制成并焊接于壓力容器的圓柱形段或殼段上開的孔中。該鍛造管嘴包括為確保管嘴完整性所必需的加強材料和為管嘴殼段與管嘴管的焊接接合處而預留的焊縫。
公知的核壓力容器內(nèi)的受壓邊界焊縫將周期性地用超聲波檢驗進行體積探傷以確定焊接的完整性。因此，需要配置檢查設備，并且使該核壓力容器具有能提供檢修入口的結(jié)構(gòu)。
公知的壓力容器和制造壓力容器的過程有幾個缺點。第一，鍛造管嘴與殼體的焊縫必須定期檢查。這一檢查過程是費時的而且還要耗費大量的勞力和資財。另外，反應器的壓力容器的可靠性依賴于各鍛造管嘴與殼體焊縫的完整性。
因此，最好是提供一種比現(xiàn)有壓力容器包含更少焊接連接處并符合所有應力要求、而且還消除了垂直焊縫的壓力容器。
發(fā)明概述在一示例性實施例中，一種核反應器的壓力容器包含至少一個整體鍛造的管嘴殼段。整體鍛造的管嘴殼段簡化了反應器壓力容器的制造過程并減少了壓力容器的連接焊縫。該壓力容器具有一基本上是圓柱形的形狀，并包含多個焊在一起的環(huán)形殼段。至少一個殼段是鍛造殼段，該鍛造殼段包含至少一個加強部分，該加強部分具有沿徑向向外擴展的增大的厚度，并有一個在該鍛造殼段壁上的加強部分中加工出來的管嘴。一個孔從該鍛造殼段的內(nèi)表面延伸到管嘴的外端。該加強部分和該管嘴從一個環(huán)形鍛件加工出來，該環(huán)形鍛件有足夠的厚度以形成包括至少一個從外壁凸出的管嘴加強部分的整體殼段。該管嘴的半徑為Rn，該管嘴孔的半徑為Rnb。該加強部分包括一縱向尺寸和一圓周尺寸。該縱向尺寸大約為該管嘴半徑Rn的兩倍，而該圓周尺寸大約為該管嘴半徑Rn的1.5倍。
該鍛造管嘴殼段通過如下方法制造提供一具有希望的內(nèi)徑的環(huán)形鍛件并且該環(huán)形件所具有的所需厚度等于殼壁厚度再加上至少是加強部分厚度的總和。從鍛造管嘴殼段中加工出管嘴，其方法如下將環(huán)形鍛件加工成具有從殼壁沿徑向向外凸出的加強部分，再在加強部分內(nèi)加工出管嘴。具有半徑Rnb的該管嘴孔加工成與管嘴同軸，并且從管嘴的外端穿過殼壁延伸至殼壁的內(nèi)表面。
上述鍛造管嘴殼段消除了在單獨管嘴鍛件和該殼段之間的壓力邊界的連接焊縫，因而提供了減少了焊縫數(shù)量的反應器的壓力容器，而這些焊縫在運行期間是必須檢查的。連接焊縫數(shù)量的減少提高了RPV結(jié)構(gòu)的完整性。另外，該上述鍛造管嘴殼段還簡化了反應器壓力容器的制造過程，并無須檢查管嘴與殼體間的焊縫。
發(fā)明詳述
圖1概略地顯示了反應器壓力容器(RPV)10。RPV10包括一頂蓋12，四個基本上是圓柱形的殼段14、16、18和20，和一底蓋22。根據(jù)本發(fā)明的一實施范例，殼段16是一整體鍛造管嘴殼段16。頂蓋12包括一頂蓋法蘭24。第一殼段14包括一容器法蘭26。頂蓋12用螺栓28固定于殼段14上，螺栓穿過頂蓋法蘭24。頂蓋12還包括起吊法蘭30以便于將頂蓋12吊離第一殼段14。
第一殼段14包括主蒸汽管嘴32，蒸汽通過此管嘴流出RPV10。第一殼段14上還形成有一些穩(wěn)定器支撐架34。鍛造管嘴殼段16包含多個在其上形成的鍛造管嘴36。為了形成一整體的鍛造管嘴殼段16，鍛造管嘴殼段16和鍛造管嘴36都是從一個鍛造件加工出來的。第四殼段20包括一焊在其上的支撐裙42。支撐裙42在反應器建筑(未顯示)內(nèi)支撐RPV10。
圖2是帶有鍛造管嘴36的鍛造管嘴殼段16的局部剖視圖。鍛造管嘴36與鍛造管嘴殼段16是一整體。鍛造管嘴36是從殼段16的殼體中加工出來的。因為殼段16和鍛造管嘴36都是從一個鍛造件加工出來的，從而就減少了RPV10內(nèi)的焊接數(shù)量。這種情況具有的優(yōu)點是使經(jīng)受維修檢查的焊接數(shù)量減少和使RPV10的制造更為簡單。
管嘴36包括一個孔50，該孔從殼段16的內(nèi)表面延伸至管嘴36的外端54。殼段16包括一從殼段16的外表面58凸出的加強部分56。管嘴36在加強部分56內(nèi)被這樣加工，使得管嘴36的外端54不伸出加強部分56的外表面60。換句話說，管嘴外端54是從加強部分56的外表面向內(nèi)縮進的。管嘴36的外端54構(gòu)成了一個安全端或延伸部分的附著表面62。在加強部分56內(nèi)加工出來的凹槽64與管嘴孔50同軸。凹槽64允許接近管嘴36的外端54，以便將延伸部分或安全端(未顯示)焊接于附著表面62之上。從孔50的中心線到凹槽64的表面66的距離定義為管嘴36的半徑Rn。從孔50的中心線到孔50的內(nèi)表面的距離定義為管嘴孔50的半徑Rnb。
加強部分56包括一過渡段70，該過渡段從加強部分56的外表面到殼段16的外表面做成一斜坡狀。參見圖3，加強部分56是橢圓形的并包括一圓周尺寸72和一縱向尺寸74。在一典型實施例中，從管嘴孔50的中心線量起，圓周尺寸72大約等于1.5倍的管嘴半徑Rn，而縱向尺寸74大約等于2.0倍的管嘴半徑Rn。
參考圖2，殼段16的壁厚度被選擇為可允許殼段16承受作用于RPV10上的應力和壓力。加強部分56在穿過殼段16的地方對殼段16提供了額外的加強和強度。在一個實施例中，加強部分56的厚度是這樣選擇的，使得殼段16的壁厚與加強部分56的厚度的總和大約是殼段16壁厚度的兩倍。在另一個實施例中，該總厚度可以大于或小于殼段16壁厚度的兩倍，這取決于制造殼段16的材料和/或預計作用于RPV10上的應力和壓力。殼段16可由任何適合的材料制成，例如，低合金鋼，不銹鋼之類的材料。
鍛造管嘴殼段16的制造方法如下首先，用一個簡單的環(huán)形鍛件來制造。該環(huán)件所具有的內(nèi)部直徑大約等于所需的殼段16的內(nèi)部直徑，并且該環(huán)件所具有的壁厚大約為所需的殼段16的厚度的兩倍。殼段16的內(nèi)表面52被加工到所需的殼段16的內(nèi)直徑。加工殼段16的外表面58以形成加強部分56。穿過每一個加強部分加工出一個孔50，該孔從加強部分56的外表面60延伸到殼段16的內(nèi)表面52。通過在加強部分的外表面60內(nèi)這樣加工凹槽64使得凹槽64與管嘴孔50同軸完成管嘴36加工線地通過加工在凹槽64和孔50之間的外表面60來形成延伸附著表面62。延伸表面62是從加強部分56的外表面60向內(nèi)縮進的。從簡單的環(huán)形鍛件上加工下來的材料還可回收再利用以盡可能降低生產(chǎn)成本。
圖4是依據(jù)本發(fā)明的另一實施例的鍛造管嘴殼段76的剖視圖。除了管嘴76還包括一在鍛造管嘴殼段76的內(nèi)表面加工出來的第二凹槽80以及還包括一從殼段76的內(nèi)表面82向內(nèi)縮進的第二延伸附著表面84外，鍛造管嘴殼段76也還包括一與上述鍛造管嘴36相同的鍛造管嘴78。如上所述，鍛造管嘴殼段76包括一加強部分56，該加強部分有一過渡段70，該過濾段具有一圓周尺寸72和一縱向尺寸74(如圖3所示)。鍛造管嘴包括一具有半徑Rnb的孔50，一具有表面66的凹槽64，和一個從加強部分54的外表面60向內(nèi)縮進的延伸附著表面62。
圖5是依據(jù)本發(fā)明另一實施例的鍛造管嘴殼段86的剖視圖。鍛造管嘴殼段86包括一鍛造管嘴88，該管嘴包括一條切入鍛造管嘴殼段86的內(nèi)表面92的凹槽90和一從殼段86的內(nèi)表面92向內(nèi)縮進的延伸附著表面94。鍛造管嘴88包括一個具有半徑Rnb的孔96。如上所述，鍛造管嘴殼段86包括一加強部分56，加強部分具有過渡段70，該過渡段具有一圓周尺寸72和一縱向尺寸74(如圖3所示)。
圖6是鍛造管嘴的視圖，如上所述，其延伸附著表面62上焊了一個安全端98。將焊膏100置于延伸附著表面62上，以便于將安全端98焊接于管嘴36上。在一可供選擇的實施例中，如圖7所示，將一管子102焊接于鍛造管嘴36的延伸附著表面62上。這些焊接接頭不屬于殼段16的受壓邊界，因此無須承受殼段內(nèi)的環(huán)向和軸向應力。這些焊接接頭屬于該附件受壓邊界的一部分，需承受在附件、安全端98或管子102內(nèi)的環(huán)向和軸向應力。
圖8是上述鍛造管嘴殼段16的剖視圖，并包含一些附加的整體加工特性。更具體地說，鍛造管嘴殼段16包括整體加工出來的凸出部104，它用來將支撐架連接于RPV10上。整體凸出部104從殼段16的外表面58沿徑向向外凸出，與加強部分54相似，該凸出部與上述的殼段16是從同一個環(huán)形鍛件中加工出來的。鍛造管嘴殼段16還包括一個從外表面58徑向向外伸出的加工出來的整體支撐架106。整體支撐架106包括一穿過其中的孔108。鍛造管嘴殼段16還包括加工出來的整體導軌110以連接檢查儀器。整體導軌110從外表面58徑向向外凸出。加工整體導軌110是為了便于安裝圓周焊縫112的檢查儀器的夾具。
雖然就不同的具體實施例已說明了本發(fā)明，業(yè)內(nèi)人士應會認可，在權(quán)利要求
書的精神和范圍內(nèi)可實施改進本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種壓力容器(10)的鍛造管嘴殼段(16)，該殼段包括至少一個從該殼段的外表面(58)徑向向外伸出的加強部分(56)，每一個所述加強部分包括一個有一半徑的管嘴(36)，該管嘴包括一個孔(50)，從所述加強部分的外表面延伸至該殼段的內(nèi)表面；至少一個與該孔相鄰并與該孔同軸線設置的延伸部附著表面(62)，該加強部分包括一個縱向尺寸(74)，它大約等于該管嘴半徑的2.0倍；和一個圓周尺寸(72)，它大約等于該管嘴半徑的1.5倍，尺寸從該管嘴孔的中心線量起。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的鍛造管嘴殼段(16)，其特征在于還包括一在該管嘴的外表面內(nèi)延伸的整體凹槽(64)，該凹槽與該管嘴孔(50)同軸線并與一延伸附著表面(62)相鄰。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的鍛造管嘴殼段(16)，其特征在于還包括一在該殼段的內(nèi)表面內(nèi)延伸的整體凹槽(64)，該凹槽與該管嘴孔(50)同軸線并與一延伸附著表面(62)相鄰。
4.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的鍛造管嘴殼段(16)，其特征在于還包括一在該殼段的該內(nèi)表面(52)內(nèi)延伸的整體凹槽(64)，該凹槽與該管嘴孔(50)同軸線并與一延伸附著表面(62)相鄰。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的鍛造管嘴殼段(16)，其特征在于還包括從該殼段的外表面(58)徑向向外凸出的整體凸出部(104)，連接支撐架(106)用。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的鍛造管嘴殼段(16)，其特征在于還包括從該殼段的外表面(58)徑向向外凸出的整體支撐架(106)。
7.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的鍛造管嘴殼段(16)，其特征在于還包括從該殼段外表面(58)徑向向外凸出整體導軌(110)，用以將檢查儀器連接于所述殼段。
8.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的鍛造管嘴殼段(16)，其特征在于還包括焊接于延伸附著表面(62)的一個延伸套管。
9.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的鍛造管嘴殼段(16)，其特征在于還包括焊接于鍛造管嘴(36)上的安全端(98)或管子(102)中的至少一個。
10.壓力容器(10)包括多個鍛造殼段(14，16，18，20)，其中至少一個鍛造殼段包含至少一個從該殼段外表面(58)徑向向外伸出的加強部分(56)，每一個所述加強部分包括一具有一半徑的管嘴(36)，該管嘴包括一個孔(50)，從該加強部分的外表面延伸至該殼段的內(nèi)表面；至少一個延伸附著表面(62)，與該孔相鄰并同軸線，該加強部分包括一個大約等于該管嘴半徑2.0倍的縱向尺寸(74)，和一個大約等于該管嘴半徑1.5倍的圓周尺寸(72)，所述尺寸從該管嘴孔的中心線量起。一頂蓋(12)，與第一鍛造殼段(14)連接；一底蓋(22)，與最后殼段連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求
10所述的壓力容器(10)，其特征在于所述至少一個鍛造殼段(16)還包括一條在該管嘴外端(54)內(nèi)延伸的整體凹槽(64)，該凹槽與該管嘴孔(50)同軸線并與延伸附著表面(62)相鄰。
12.根據(jù)權(quán)利要求
11所述的壓力容器(10)，其特征在于所述至少一個鍛造殼段(16)還包括在所述至少一個鍛造殼段的內(nèi)表面(52)內(nèi)延伸的整體凹槽(64)，該凹槽與該管嘴孔(50)同軸線并與延伸附著表面(62)相鄰。
13.根據(jù)權(quán)利要求
10所述的壓力容器(10)，其特征在于所述至少一個鍛造殼段(16)還包括在所述至少一個鍛造殼段的內(nèi)表面(52)內(nèi)延伸的整體凹槽(64)，該凹槽與該管嘴孔(50)同軸線并與延伸附著表面(62)相鄰。
14.根據(jù)權(quán)利要求
10所述的壓力容器(10)，其特征在于所述至少一個鍛造殼段(16)還包括從該殼段殼壁的外部(58)徑向向外凸出的整體導軌(110)，用來將檢查儀器連接在該殼段上。
15.根據(jù)權(quán)利要求
10所述的壓力容器(10)，其特征在于所述至少一個鍛造殼段(16)還包括從該殼段殼壁外部(58)徑向向外凸出的整體支撐架(106)。
16.根據(jù)權(quán)利要求
10所述的壓力容器(10)，其特征在于所述至少一個的鍛造殼段(16)還包括焊接于鍛造管嘴(36)之上的安全端(98)或管子(102)中的至少一個。
17.一種制造鍛造管嘴殼段(16)的方法，該方法包括如下步驟提供具有所需內(nèi)徑的環(huán)形鍛件；加工該環(huán)形鍛件以形成徑向向外凸出的加強部分(56)，該加強部分包括具有一半徑范圍的管嘴(36)；加工一個從加強部分的外表面延伸到環(huán)形鍛件內(nèi)表面(52)的管嘴孔(50)；加工至少一個與管嘴孔相鄰并同軸線的延伸附著表面(62)，該加強部分包括一個大約等于2.0倍管嘴半徑的縱向尺寸(74)，和一個大約等于1.5倍管嘴半徑的圓周尺寸(72)，所述尺寸都是從管嘴孔中心線量起。
18.根據(jù)權(quán)利要求
17所述的方法，其特征在于還包括加工在管嘴(36)的外表面內(nèi)延伸的整體凹槽(64)的步驟，該凹槽與管嘴孔(50)同軸線并與延伸附著表面(62)相鄰。
19.根據(jù)權(quán)利要求
18所述的方法，其特征在于還包括加工在該鍛造殼段(16)的內(nèi)表面(52)內(nèi)延伸的整體凹槽(64)的步驟，該凹槽與管嘴孔(50)同軸線并與延伸附著表面(62)相鄰。
20.根據(jù)權(quán)利要求
17所述的方法，其特征在于還包括加工在鍛造殼段(16)的內(nèi)表面(52)內(nèi)延伸的整體凹槽(64)的步驟，該凹槽與管嘴孔(50)同軸線并與延伸附著表面相鄰。
21.根據(jù)權(quán)利要求
17所述的方法，其特征在于還包括在環(huán)形鍛件的表面(58)上加工整體導軌的步驟，該導軌用來將檢驗儀器連接在殼段(16)上。
22.根據(jù)權(quán)利要求
17所述的方法，其特征在于還包括將焊膏(100)置于至少一個延伸附著表面(62)上的步驟。
23.根據(jù)權(quán)利要求
22所述的方法，其特征在于還包括將安全端(98)和管子(102)中的至少一個焊接于該至少一個延伸附著表面(62)上的步驟。
專利摘要
壓力容器(10)的一種鍛造管嘴殼段(16),包括至少一個從該殼段的外表面(58)徑向向外延伸的加強部分(56),每一個加強部分包括一個具有一半徑的管嘴(36)。該管嘴包括一個從加強部分的外表面(60)延伸到該殼段的內(nèi)表面(52)的孔(50),該管嘴還包括至少一個與該孔同軸線并與其相鄰的延伸附著表面(62)。該加強部分有一個大約等于該管嘴半徑2.0倍的縱向尺寸(74),和一個大約等于該管嘴半徑1.5倍的圓周尺寸(72),這些尺寸都是從管嘴孔的中心線量起的。
文檔編號G21C13/00GKCN1339344SQ01125757
公開日2002年3月13日 申請日期2001年8月23日
發(fā)明者A·B·菲菲, J·T·馬特蘇莫托 申請人:通用電氣公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan