專利名稱:具有提供壓力和流動控制的容器上段的壓水反應堆的制作方法
具有提供壓力和流動控制的容器上段的壓水反應堆
背景技術：
以下涉及核反應堆領域、發(fā)電領域、核反應堆控制領域、核能發(fā)電控制領域、熱力管理領域以及相關領域。
在用于蒸汽發(fā)電的核反應堆設計中，諸如沸水反應堆(BWR)和壓水反應堆(PWR)設計，放射性反應堆芯在壓力容器底部或底部附近浸入一級冷卻水中。在BWR設計中，由反應堆芯產(chǎn)生的熱量使一級冷卻水沸騰，產(chǎn)生蒸汽，該蒸汽被位于壓力容器頂部或頂部附近的部件(例如蒸汽分離器、蒸汽干燥器等)提取。在PWR設計中，一級冷卻劑保持在壓縮和過冷液相并流出壓力容器進入外部蒸汽發(fā)生器，或蒸汽發(fā)生器位于壓力容器內(nèi)(有時稱為“一體式PWR”設計)。在任一設計中，被加熱的一級冷卻水加熱蒸汽發(fā)生器內(nèi)的二級冷卻水以產(chǎn)生蒸汽。PWR設計的優(yōu)點在于蒸汽包括未暴露于放射性反應堆芯的二級冷卻水。
在BWR設計或PWR設計中，一級冷卻劑流動穿過封閉的循環(huán)路徑。向上流動穿過·反應堆芯的一級冷卻水被加熱并穿過中心區(qū)域上升到反應堆頂部，在反應堆頂部其反向并穿過限定在壓力容器與同心立管結構之間的環(huán)形下降通道向下流動返回反應堆芯。這是用于這種反應堆構造的自然對流流動回路。但是，對于較高功率的反應堆，有利的或必須的是用通過電動反應堆冷卻劑泵提供的動力補充或代替自然對流。
在常規(guī)方法中，使用無密封墊泵，其中一體式驅(qū)動軸/葉輪子組件通過泵馬達轉動。該設計的優(yōu)點在于在驅(qū)動軸/葉輪連接處不包括任何密封件(因此稱為“無密封墊”)。對于核反應堆，常用的實施方式是提供一體式反應堆冷卻劑泵，該一體式反應堆冷卻劑泵包括無密封驅(qū)動軸/葉輪子組件、馬達(包括定子、轉子磁體或繞組以及適當?shù)妮S承或其它驅(qū)動軸聯(lián)接)以及支承凸緣，該支承凸緣支承馬達并包括驅(qū)動軸穿過其將泵馬達與葉輪連接的石墨密封件。反應堆冷卻劑泵通過將葉輪穿過反應堆壓力容器上的開口并將凸緣固定在開口上方而安裝。安裝好時，葉輪位于壓力容器內(nèi)部且泵馬達位于壓力容器外部(較佳地在圍繞壓力容器設置的任何隔熱材料外部)。盡管馬達在壓力容器外部，但足夠的熱量仍傳遞至泵馬達，使得通常以熱交換器等方式提供專用的馬達冷卻。泵馬達的外部放置簡化了電源連接并使泵馬達能夠設計成用于額定溫度，該額定溫度顯著低于壓力容器內(nèi)一級冷卻水的溫度。僅葉輪和驅(qū)動軸的葉輪端穿入壓力容器內(nèi)部。
本文揭示了提供各種優(yōu)點的改進，這些優(yōu)點對于本領域的技術人員來說閱讀下文時會顯而易見。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的一方面，設備包括壓水反應堆(PWR)，該壓水反應堆包括圓筒形壓力容器，其圓筒軸線垂向定向；核反應堆芯，該核反應堆芯設置在圓筒形壓力容器內(nèi)；分隔板，該分隔板設置在圓筒形壓力容器內(nèi)，并將壓力容器分隔以限定內(nèi)部加壓器和反應堆容器部分，內(nèi)部加壓器包含設置在分隔板上方的加壓器容積，反應堆容器部分限定設置在分隔板下方的反應堆容積并包含核反應堆芯，其中，分隔板限制但不完全切斷加壓器容積與反應堆容積之間的流體連通；以及反應堆冷卻劑泵，包括Q)葉輪，該葉輪設置在壓力容器內(nèi)部反應堆容積內(nèi)，(ii)泵馬達，該泵馬達設置在壓力容器外部，以及(iii)驅(qū)動軸，該驅(qū)動軸將泵馬達與葉輪操作地連接，其中(I)泵馬達的至少一部分設置在分隔板上方，以及(2)反應堆冷卻劑泵沒有設置在加壓器容積內(nèi)的部分。
在本發(fā)明的一方面，一種方法包括安裝反應堆冷卻劑泵，該反應堆冷卻劑泵包括泵馬達、驅(qū)動軸、和壓水反應堆(PWR)上的葉輪，該壓水反應堆包括壓力容器和設置在壓力容器內(nèi)的核反應堆芯，該安裝包括將泵馬達安裝在壓力容器的開口處，安裝好的泵馬達位于壓力容器外部并通過安裝凸緣支承在壓力容器上；將葉輪插入壓力容器內(nèi)；以及在安裝和插入之后，用驅(qū)動軸將插入的葉輪操作地連接至安裝好的泵馬達。
在本發(fā)明的另一方面，一種方法包括提供壓水反應堆(PWR)，該壓水反應堆包括壓力容器、設置在壓力容器內(nèi)部的核反應堆芯、內(nèi)部蒸汽發(fā)生器以及限定在壓力容器頂部的內(nèi)部加壓器，該內(nèi)部蒸汽發(fā)生器包括設置在壓力容器內(nèi)的蒸汽發(fā)生器管；將多個反應堆冷卻劑泵支承在壓力容器上，使反應堆冷卻劑泵的泵馬達位于壓力容器外部且反應堆冷卻劑泵的葉輪設置在壓力容器內(nèi)部；以及通過打開壓力容器的封殼并將頭部遠離壓力容器的其余部分抬升來將壓力容器的頭部從壓力容器的其余部分移除，其中頭部限定內(nèi)部加壓器·并支承多個反應堆冷卻劑泵，使得移除壓力容器的頭部同時移除內(nèi)部加壓器和多個反應堆冷卻劑泵。
在本發(fā)明的另一方面，一種設備包括壓水反應堆(PWR)，該壓水反應堆包括核反應堆芯；壓力容器，該壓力容器具有封殼，壓力容器的上部容器頭部能通過該封殼移除，其中核反應堆芯設置在壓力容器內(nèi)容器頭部下方，且其中上部容器頭部包括內(nèi)部加壓器，該內(nèi)部加壓器限定具有加熱器的加壓器容積，加熱器構造成控制PWR壓力；以及多個反應堆冷卻劑泵，多個反應堆冷卻劑泵安裝在容器頭部上，使得容器頭部和多個反應堆冷卻劑泵能作為一個單元移除，每個反應堆冷卻劑泵包括(i)葉輪，該葉輪設置在壓力容器內(nèi)部在內(nèi)部加壓器下方，(ii)泵馬達，該泵馬達設置在壓力容器外部；以及(iii)驅(qū)動軸，該驅(qū)動軸將泵馬達與葉輪操作地連接，其中任何反應堆冷卻劑泵沒有設置在加壓器容積內(nèi)的部分。
在本發(fā)明的另一方面，一種設備包括壓水反應堆(PWR)，該壓水反應堆包括核反應堆芯，該核反應堆芯包括裂變材料；圓筒形壓力容器，其圓筒軸線垂向定向，且該圓筒形壓力容器具有容納核反應堆芯的下部和限定內(nèi)部加壓器的容器頭部；以及反應堆冷卻劑泵，該反應堆冷卻劑泵安裝在容器頭部上并包括(i)葉輪，該葉輪設置在壓力容器內(nèi)部，
泵馬達，該泵馬達設置在壓力容器外部，以及(iii)垂向驅(qū)動軸，該垂向驅(qū)動軸將泵馬達與葉輪連接，垂向驅(qū)動軸平行于圓筒形壓力容器的垂向定向圓筒軸線定向，且不穿過內(nèi)部加壓器。
在本發(fā)明的另一方面，在緊接著的前段中闡述的設備中，PWR還包括中空圓筒形中心立管，該中空圓筒形中心立管與圓筒形壓力容器同心并設置在圓筒形壓力容器內(nèi)部，反應堆冷卻劑泵的葉輪構造成將一級冷卻水向下推入限定在中空圓筒形中心立管與圓筒形壓力容器之間的環(huán)形下降通道；以及內(nèi)部蒸汽發(fā)生器，該內(nèi)部蒸汽發(fā)生器設置在環(huán)形下降通道內(nèi)，其中反應堆冷卻劑泵的葉輪和內(nèi)部蒸汽發(fā)生器通過出口腔室間隔開。在某些這種設備中，圓筒形壓力容器包括入孔，該入孔提供到出口腔室的通道，并執(zhí)行一種方法，該方法包括打開入孔并通過入孔經(jīng)由通道在內(nèi)部蒸汽發(fā)生器上進行蒸汽發(fā)生器管堵塞而無需移除反應堆冷卻劑泵。


本發(fā)明可采用各種部件和部件的組合，以及各種工藝操作和工藝操作的組合。附圖僅是為了示出較佳實施例的目的，而不應解釋為限制本發(fā)明。
圖I示意性地示出包括內(nèi)部加壓器和反應堆冷卻劑泵(RCP)的壓水反應堆(PWR)的側剖視圖。
圖2示意性地示出圖I的PWR的容器上段的立體圖。
圖3示意性地示出圖I的PWR的容器頭部區(qū)域的側剖視圖，包括內(nèi)部加壓器和RCP。
圖4示意性地示出反應堆冷卻劑泵(RCP)之一的側剖視圖。
圖5示意性地示出圖I的PWR的容器上段的立體圖，封殼打開以從容器的其余部分移除容器頭部，且容器頭部和容器的其余部分都傾斜以露出選定的內(nèi)部部件。
圖6示意性地示出容器上段的替代實施例的立體圖，其省略了封殼以移除容器頭部并采用不同形狀的內(nèi)部加壓器。
圖7示意性地示出圖I的PWR的容器頭部區(qū)域的替代實施例的側剖視圖，包括替代的RCP實施例。
圖8示意性地示出與PWR的其余部分隔離的圖7的替代RCP的立體圖。
圖9示意性地示出圖I的PWR的容器頭部區(qū)域的替代實施例的剖視立體圖，包括圖7-8的實施例的替代RCP實施例和圖6的實施例的替代內(nèi)部加壓器，該替代內(nèi)部加壓器省略了封殼并采用不同形狀的內(nèi)部加壓器。
具體實施方式
參照圖1-4，壓水反應堆(PWR)包括圓筒形壓力容器10。如本文所使用的，術語“圓筒形壓力容器”表示具有大致圓筒形形狀的壓力容器，但在某些實施例可能偏離數(shù)學上的完全圓筒形。例如，說明性圓筒形壓力容器10具有沿圓筒長度直徑變化的圓形橫截面、具有圓形端部、并包括各種容器穿孔、容器段凸緣連接等。圓筒形壓力容器10安裝在豎直位置，具有上端12和下端14。但是，考慮到該豎直位置偏離圓筒軸線的精確垂向定向。例如，如果PWR設置在海船中，則其可能豎直但具有一定傾斜，該傾斜可能由于海船或水下運動而隨時間變化。PWR還包括示意性地示出的放射性反應堆芯16，該放射性反應堆芯16包括如含有在裂變的鈾-235同位素濃縮的氧化鈾(UO2)的材料之類的裂變材料的材料塊，布置好的燃料棒束等設置在燃料籃架或構造成安裝在適當安裝籃架內(nèi)的其他支承組件內(nèi)或壓力容器10的保持結構內(nèi)(未示出堆芯安裝結構)。由示意性指示的控制棒系統(tǒng)18提供反應控制，該控制棒系統(tǒng)18通常包括安裝在連接桿、星形接頭或其它支承件上的各控制棒的組件。各控制棒包括中子吸收材料，且控制棒組件(CRA)操作地與控制棒驅(qū)動機構(CRDM)單元連接，該控制棒驅(qū)動單元可控地將控制棒插入或抽出反應堆芯16以控制或停止鏈式反應。與反應堆芯16 —樣,示意性地示出控制棒系統(tǒng)18,但未示出諸如各個控制棒、連接桿、星形接頭和CRDM單元之類的各個部件。示意性地示出的控制棒系統(tǒng)是內(nèi)部系統(tǒng)，其中CRDM單元設置在壓力容器10內(nèi)。內(nèi)部控制棒系統(tǒng)設計的某些說明性實例包括=Stambaugh等人的2010年 12月 16 日公開的美國公開第2010/0316177A1 號“Control Rod Drive Mechanismfor Nuclear Reactor”,該公開全文以參見的方式納入本文；以及Stambaugh等人的2010年 12 月 16 日公開的國際公開第 W02010/144563A1 號“Control Rod Drive Mechanism forNuclear Reactor,該公開全文以參見的方式納入本文。”或者,可使用外部CRDM單元,但外部CRDM單元需要穿過壓力容器10頂部或底部的機械穿孔以與控制棒連接。
在其運行狀態(tài)下，PffR的運行容器10包含一級冷卻水，該一級冷卻水用作一級冷卻劑并作為熱化中子的減速材料。說明性PWR如下所述包括一體式加壓器。分隔板20設置在圓筒形壓力容器10內(nèi)。分隔板20將壓力容器10分開以限定(I)內(nèi)部加壓器22，該內(nèi)部加壓器22容納設置在分隔板20上方的加壓器容積；以及(2)反應堆容器部分24，該反應堆容器部分24限定設置在分隔板20下方的反應堆容積。核反應堆芯16和控制棒系統(tǒng)設置在反應堆容積內(nèi)。分隔板20限制但不完全切斷加壓器容積與反應堆容積之間的流體連通。于是，加壓器容積內(nèi)的壓力連通至反應堆容積，從而可通過調(diào)節(jié)加壓器容積內(nèi)的壓力來調(diào)節(jié)反應堆容積的運行壓力。為此，蒸汽氣泡保持在加壓器容積的上部內(nèi)，且內(nèi)部加壓器22包括用于施加熱量以增加內(nèi)部加壓器22內(nèi)溫度(且因此增加壓力)的加熱器元件26。盡管未示出，但也可在設置噴淋器以注入較冷蒸汽或水來降低內(nèi)部加壓器32內(nèi)的溫度。在·PWR中，一級冷卻水保持在過冷狀態(tài)。通過說明性示例，在某些考慮的實施例中，壓力容器10的密封容積內(nèi)的一級冷卻劑壓力為約2000磅/平方英寸的壓力并處于約300-320°C的溫度下。同樣，僅是說明性示例，也考慮其它過冷PWR運行壓力和溫度的不同范圍。
反應堆芯16設置在反應堆容積內(nèi)，通常在壓力容器10的下端14附近，并浸入一級冷卻水內(nèi)，該一級冷卻水填充壓力容器10除了內(nèi)部加壓器22的蒸汽氣泡之外的區(qū)域。(蒸汽氣泡還包括一級冷卻劑，但為蒸汽相)。一級冷卻水通過核反應堆芯16內(nèi)發(fā)生的放射性鏈式反應加熱。一級冷卻劑流動回路由與圓筒形壓力容器10同心并設置在圓筒形壓力容器10內(nèi)(且更具體地在反應堆容積內(nèi))的圓筒形中心立管30限定。被加熱的一級冷卻水向上穿過中心立管30，直到其到達立管頂部為止，在該位置一級冷卻水反向流動并下降穿過限定在圓筒形中心立管30與圓筒形壓力容器10之間的環(huán)形下降通道32。在環(huán)形下降通道32的底部，一級冷卻水再次反向流動并向上返回流動穿過核反應堆芯16以完成回路。
在某些實施例中，環(huán)形內(nèi)部蒸汽發(fā)生器36設置在環(huán)形下降通道32內(nèi)。二級冷卻水經(jīng)流入給水入口 40 (可選地在給水腔室內(nèi)緩沖之后)穿過蒸汽發(fā)生器36，在蒸汽發(fā)生器36處二級冷卻水被環(huán)形下降通道32內(nèi)靠近的一級冷卻劑加熱，并轉換為蒸汽，且該蒸汽流出蒸汽出口 42(同樣可選地在蒸汽腔室內(nèi)緩沖之后排出蒸汽出口)。輸出的蒸汽可用于驅(qū)動渦輪以進行發(fā)電或用于某些其它用途(未示出外部設備結構)。具有內(nèi)部蒸汽發(fā)生器的PWR有時稱為一體式PWR，其說明性示例在Thome等人的2010年12月16日公開的美國公開第2010/0316181 號“Integral Helical Coil Pressurized Water Nuclear Reactor，，中不出，該公開全文以參見的方式納入本文。盡管該公開揭示了采用螺旋蒸汽發(fā)生器管的蒸汽發(fā)生器，但也考慮包括直線單程蒸汽發(fā)生器管的其它管幾何形狀、或再循環(huán)蒸汽發(fā)生器或U形管蒸汽發(fā)生器等。
在本文揭示的實施例中，一級冷卻水的循環(huán)由反應堆冷卻劑泵(RCP)50輔助或驅(qū)動。具體參照圖4，每個反應堆冷卻劑泵(RCP) 50包括葉輪52，該葉輪52設置在壓力容器10內(nèi)部(且更具體地設置在反應堆容積內(nèi))；泵馬達54，該泵馬達54設置在壓力容器10外部；以及驅(qū)動軸56，該驅(qū)動軸56將泵馬達54與葉輪52操作地連接。泵馬達54的至少一部分設置在分隔板20上方，且反應堆冷卻劑50沒有設置在內(nèi)部加壓器22的加壓器容積內(nèi)的部分。圖I的實施例的每個RCP50還包括包含葉輪52的環(huán)形泵殼體58。
將RCP50靠近內(nèi)部加壓器22定位會將壓力容器10的供驅(qū)動軸56穿過的開口放置在升高位置。該升高放置降低涉及RCP50的冷卻劑泄漏事故(LOCA)情況下大量一級冷卻劑泄漏的可能性。此外，葉輪52在一級冷卻劑流動回路的“轉彎”位置運行，即在一級冷卻水的流動方向從穿過中心立管30的向上流動反向為穿過環(huán)形下降通道32的向下流動的位置。由于該流動反向已經(jīng)引入某些紊流，通過RCP50的運行引起的任何另外的紊流可能都是可忽略的。RCP50也不阻礙自然循環(huán)，這便于在用于驅(qū)動RCP50的電源斷電的情況下實施依賴自然循環(huán)的各種無源緊急冷卻系統(tǒng)。另外，RCP50也遠離反應堆芯16且因此不太可能在心16內(nèi)引起紊流(有可能隨之發(fā)生溫度變化)?！?br>另一方面，RCP50放置在升高位置具有引起流入內(nèi)部蒸汽發(fā)生器36的一級冷卻水內(nèi)紊流的可能性。為了減少任何這種效應，在圖1-4的實施例中，RCP50通過入口腔室60和出口腔室62緩沖。流出圓筒形中心立管30頂部的一級冷卻水流入入口腔室60，在入口腔室處的流動在RCP50的輔助下反向，RCP50推進一級冷卻水向下流動進入環(huán)形下降通道32。換言之，RCP50將一級冷卻劑排入出口腔室62，該出口腔室62將RCP50與內(nèi)部蒸汽發(fā)生器36分開?？蛇x地，流動轉向構件或結構可設置在中心立管30頂部或附近以輔助流動反向。在說明性實施例中，流動轉向篩網(wǎng)63用于該目的；但在其它實施例中，也可使用其它轉向構件或結構。通過其它說明性實例，流動轉向器或轉向結構可通過中心立管頂部附近的側開口來實施或通過將分隔板成形為用作流動轉向器來實施?；蛘?，流動轉向結構可以在出口腔室62上。
RCP50輸出將一級冷卻水推進輸出腔室62內(nèi)，該輸出腔室62緩沖從泵進入環(huán)形蒸汽發(fā)生器36的流動。一級冷卻劑從出口腔室62流入蒸汽發(fā)生器管(在較高壓力一級冷卻劑在蒸汽發(fā)生器管內(nèi)流動的實施例中)或流入圍繞蒸汽發(fā)生器的容積內(nèi)(在較高壓力一級冷卻劑在蒸汽發(fā)生器管外部流動的實施例中)。在任一情況下，從RCP50進入蒸汽發(fā)生器36的一級冷卻劑流被緩沖以降低流動不均勻性。此外，因為每個RCP50輸出到出口腔室62內(nèi)且未與內(nèi)部蒸汽發(fā)生器36的入口機械連接，所以一個RCP50的失效不太成問題。(通過比較，如果RCP機械聯(lián)接至蒸汽發(fā)生器的特定入口內(nèi)，例如通過構造泵殼體以使其出口與蒸汽發(fā)生器的入口聯(lián)接，那么一個RCP的失效完全使蒸汽發(fā)生器的聯(lián)接部分不用)。
說明性RCP50的另一優(yōu)點在于它們使用壓力容器10上的小開口來安裝。具體來說，在某些實施例中，驅(qū)動軸56穿過的開口對于葉輪52來說太小而不能穿過。通常，這種布置會是可行的，因為通常RCP通過將葉輪插入穿過壓力容器上的開口而作為一個單元制造和安裝。
參照圖5，為了使用其中開口對于葉輪52來說太小而不能穿過的所揭示的方法，壓力容器10包括在分隔板20下方且(在說明性實例中)在內(nèi)部蒸汽發(fā)生器36頂部或頂部上方的封殼64。封殼64包括用諸如所示的協(xié)配的張緊螺母66和張緊螺柱68組合的適當緊固件以匹配方式密封在一起的匹配凸緣64A、64B。這樣，壓力容器10的頭部IOH可通過打開封殼64 (例如通過移除緊固件66、68)并通過抬升凸耳59抬起容器頭部因此將凸緣64A、64B分開而從壓力容器10的其余部分移除(參見圖5，但注意，圖5示意性地示出頭部IOH和容器其余部分各傾斜以露出內(nèi)部部件；而通常頭部IOH通過使用起重機等將其豎直、即垂向抬起并然后可選地將抬起的頭部IOH側向移動到泊入位置而移除)。壓力容器頭部IOH限定內(nèi)部加壓器22并還包括壓力容器10的支承RCP50的部分。因此，移除壓力容器10的頭部IOH同時移除內(nèi)部加壓器22和RCP50。容器頭部IOH的移除露出出口腔室62的上表面和下表面，并提供從上方進入內(nèi)部蒸汽發(fā)生器36的通路以進行蒸汽發(fā)生器檢查、維護和/或維修。此外，如圖5所示，容器頭部IOH的移除提供從下方到泵殼體58 (其容納葉輪52)的通路。因此，在壓力容器10減壓并移除壓力容器頭部IOH的維護期間，可移除和更換葉輪52，同時泵馬達54和驅(qū)動軸56在壓力容器10的頭部上保持在位。類似地，如果需要可更換泵殼體58。
RCP50可如下安裝。泵馬達54安裝在壓力容器10的開口處，安裝好的泵馬達54位于壓力容器10外部并通過安裝凸緣70支承在壓力容器10上。葉輪52例如經(jīng)由開口的封殼64插入壓力容器10內(nèi)部。然后，在安裝泵馬達54和插入葉輪52之后，插入的葉輪52通過驅(qū)動軸56操作地連接至安裝好的泵馬達54。在某些實施例中，在泵馬達54安裝在壓 力容器10的開口處之前，驅(qū)動軸56與泵馬達54操作地連接。在這些實施例中，泵馬達54的安裝包括將驅(qū)動軸56插入壓力容器10的開口內(nèi)。在某些實施例中，壓力容器的開口適當?shù)匕ㄗ詽櫥S承72，且該安裝包括將驅(qū)動軸56插入壓力容器的開口，使得驅(qū)動軸56由石墨軸承72支承在該開口內(nèi)。
通過采用其中用于RCP50的開口太小而葉輪不能穿過的說明性實施例，這些開口做得較小以使這些開口處冷卻劑泄漏事故(LOCA)的可能性和程度最小。在某些考慮的實施例中，這些開口可能直徑3英寸(7.62cm)或者甚至更小。盡管未明確說明，但應當理解，安裝凸緣70可包括金屬墊圈、O形環(huán)或其它密封件以提供除了由石墨軸承72提供的密封之外的進一步密封。
RCP50的數(shù)量選擇成提供充分的動力以保持所要求的一級冷卻劑流動穿過一級冷卻劑回路?？稍O置附加的RCP50以確保一個或兩個RCP失效情況下的冗余度。如果有N個反應堆冷卻劑泵(其中N是大于或等于2的整數(shù)，例如在某些實施例中為N= 12)，則它們較佳地圍繞圓筒形壓力容器10的圓筒軸線平均間隔開，例如以360° /N的間距間隔開(例如對于N =12間隔30° )。外部安裝的泵馬達54有利地與壓力容器10內(nèi)部的高溫環(huán)境間隔開。但是，仍然預期有相當量的熱量通過凸緣70的傳導并通過從壓力容器10外部的輻射/對流流入泵馬達54。因而，在說明性實施例中，RCP50還包括用于從泵馬達54去除熱量的熱交換器74?？稍O置替代的熱控制機構，諸如運載水、空氣或其它冷卻流體的開環(huán)冷卻劑流動回路。此外，如果泵馬達54額定用于足夠的高溫運行，則考慮完全省略這種熱控制機構。
該說明性構造的另一優(yōu)點在于RCP50的泵馬達54垂向安裝，驅(qū)動軸56垂向定向并平行于圓筒形壓力容器10的圓筒軸線。該垂向布置消除了旋轉馬達54和旋轉驅(qū)動軸56上的側向力，這又減小泵馬達54上、石墨軸承72上和將驅(qū)動軸56支承在泵馬達54內(nèi)的內(nèi)部軸承上的磨損。
該說明性構造的又一優(yōu)點在于RC050沒有穿過內(nèi)部加壓器容積的部分。這簡化了內(nèi)部加壓器22的設計并縮短了驅(qū)動軸56的長度。但是，由于通常加壓器位于壓力容器頂部，與垂向定向的泵馬達54和垂向定向的驅(qū)動軸56組合實現(xiàn)該布置必需重新構造加壓器。在圖1-5的實施例中，圓筒形壓力容器10的容器頭部的橫截面包括限定內(nèi)部加壓器22的凹陷76的縮窄部分。凹陷76允許泵馬達54至少部分地設置在凹陷76內(nèi)，從而為垂向安裝的泵馬達54提供足夠的空間。
將RCP50放置在壓力容器的頭部處的又一優(yōu)點在于該布置不占據(jù)壓力容器內(nèi)的下部空間，因此留出該空間可用于容納內(nèi)部CRDM單元、更大的蒸汽發(fā)生器等。
圖1-5的實施例是說明性的，且考慮可以各種方式更改諸如內(nèi)部加壓器22、RCP50等的各種部件。參照圖6-9，闡述了某些附加的說明性實施例。
參照圖6，示出容器上段的替代實施例。圖6的替代實施例與圖1-5實施例的不同之處在于其具有改型的壓力容器110，其中(I)省略了用于移除容器頭部的封殼64以及
·(2)設置不同形狀的內(nèi)部加壓器122。
不像圖1-5的實施例包括用于容納RCP50的凹陷76的內(nèi)部加壓器22，該內(nèi)部加壓器122改為在其整個高度上縮窄(即具有較小橫截面直徑)以容納RCP50。該方法的優(yōu)點在于提供用于安裝泵馬達54的更大垂向空間(這在安裝馬達時如果插入長的驅(qū)動軸則會是尤其有利的)。內(nèi)部加壓器122與加壓器22相比的缺點在于前者由于在其整個高度上而不是僅在凹陷76上縮窄而具有減小的加壓器容積。
由于在圖6的實施例中省略了封殼64，容器頭部是不能移除的，且因而在圖6的實施例中也省略圖1-5實施例的頭部抬升凸耳69。圖6的實施例可采用與圖1-5的實施例中所使用的相同的RCP安裝布置，包括將RCP50安裝在壓力容器的太小而葉輪不能穿過的開口處。由于容器頭部不能移除以允許插入葉輪，則諸如說明性入孔130之類的其它通路路徑適當?shù)卦O置成用于將葉輪插入壓力容器內(nèi)并適應葉輪隨后安裝在安裝好的泵馬達/驅(qū)動軸組件的驅(qū)動軸上。通常已經(jīng)要求入孔130提供用于進行蒸汽發(fā)生器管阻塞或其它維護操作的通道——因而，不需要另外的容器穿孔以能夠使用所揭示的安裝在小容器開口處的泵。
參照圖7，示出容器上段的替代實施例。圖7的替代實施例與圖1-5的實施例不同之處在于其采用不同的反應堆冷卻劑泵(RCP) 150并用泵入口歧管160代替入口腔室60，該泵入口歧管160將流出中心立管30頂部的一級冷卻劑分配到多個RCP150內(nèi)。圖8示出RCP150和與容器上段的其余部分隔離的歧管160。RCP150與RCP50不同之處在于代替圖1-5的實施例的RCP50的環(huán)形泵殼體58，圖7-8的實施例的RCP150采用90°角泵殼體158，該泵殼體158包括90°轉彎以便于一級冷卻劑流從在泵入口處水平流動(即來自歧管160的來流)90°轉向至在出口處向下流動進入出口腔室62。RCP150包括可與葉輪52相同或可具有不同設計的葉輪152，或可不同設計，例如葉輪葉片形狀做成更好地促進90°流動轉向。在該實施例中，省略圖1-5實施例的流動轉向器篩網(wǎng)53，因為其功能基本上由泵入口歧管160和90°彎角泵殼體158來執(zhí)行，或者，可采用篩網(wǎng)63或其它流動轉向結構。
參照圖9，示出另一實施例，其中圖1-5的實施例通過包括壓力容器110的改型和其改型的內(nèi)部加壓器122并省略如圖6實施例的封殼64以及圖7-8實施例的90°彎角泵150。圖9示出頭部區(qū)域的剖視立體圖，并示出RCP150為比蒸汽發(fā)生器36大的直徑。蒸汽發(fā)生器30與RCP150之間的徑向偏移使蒸汽發(fā)生器管堵塞能夠通過入孔130和出口腔室62來執(zhí)行而無需移除RCP150。相反，RCP的葉輪可通過入孔130和出口腔室62代替而無需移除蒸汽發(fā)生器36。
這些說明性實施例是考慮的變型和變型實施例的實例；也考慮未示出的其它變型和變型實施例。例如，盡管說明性PWR是包括內(nèi)部蒸汽發(fā)生器36的一體式PWR，但在某些考慮的替代實施例中，替代地采用外部蒸汽發(fā)生器，在該情況下給水入口 40和蒸汽出口 42由通向蒸汽發(fā)生器的一級冷卻劑出口端口代替(未示出的替代實施例)。此外，盡管本文指出的優(yōu)點未將RCP50機械聯(lián)接至內(nèi)部蒸汽發(fā)生器，替代地考慮將RCP5聯(lián)接到蒸汽發(fā)生器入口，例如通過用具有與蒸汽發(fā)生器的一級冷卻劑入口直接聯(lián)接的出口的泵殼體58來代替出口腔室62和說明性泵殼體58。
已經(jīng)說明和描述了各較佳實施例。顯然，在閱讀和理解前述詳細說明書后會有各種改型和改變。意味著本發(fā)明詮釋為包含迄今為止的所有修改和變型，只要這些修改和變型在所附權利要求
及其等同物的范圍內(nèi)?！?br>權利要求
1.一種設備，包括 壓水反應堆(PWR)，所述壓水反應堆包括 圓筒形壓力容器，所述圓筒形壓力容器的圓筒軸線垂向定向， 核反應堆芯，所述核反應堆芯設置在所述圓筒形壓力容器內(nèi)， 分隔板，所述分隔板設置在所述圓筒形壓力容器內(nèi)，并將所述壓力容器分隔以限定內(nèi)部加壓器和反應堆容器部分，所述內(nèi)部加壓器容納設置在所述分隔板上方的加壓器容積，所述反應堆容器部分限定設置在所述分隔板下方的反應堆容積并容納所述核反應堆芯，其中，所述分隔板限制但不完全切斷所述加壓器容積與所述反應堆容積之間的流體連通，以及 反應堆冷卻劑泵，所述反應堆冷卻劑泵包括(i)葉輪，所述葉輪設置在所述壓力容器內(nèi)部所述反應堆容積內(nèi)，(ii)泵馬達，所述泵馬達設置在所述壓力容器外部，以及(iii)驅(qū)動軸，所述驅(qū)動軸將所述泵馬達與所述葉輪操作地連接，其中(I)所述泵馬達的至少一部分設置在所述分隔板上方，以及(2)所述反應堆冷卻劑泵沒有設置在所述加壓器容積內(nèi)的部分。
2.如權利要求
I所述的設備，其特征在于，所述圓筒形壓力容器的橫截面包括縮窄部分，所述縮窄部分限定所述內(nèi)部加壓器的凹陷，其中所述泵馬達至少部分地設置在所述凹陷內(nèi)。
3.如權利要求
I所述的設備，其特征在于，所述泵馬達與所述圓筒形壓力容器的所述反應堆容器部分的橫截面區(qū)域至少部分地交疊。
4.如權利要求
I所述的設備，其特征在于，所述反應堆冷卻劑泵的所述驅(qū)動軸平行于所述圓筒形壓力容器的所述圓筒軸線定向。
5.如權利要求
4所述的設備，其特征在于，所述反應堆冷卻劑泵包括圍繞所述圓筒形壓力容器的所述圓筒軸線以360° /N間距間隔開的N個反應堆冷卻劑泵，其中N是大于或等于2的整數(shù)。
6.如權利要求
I所述的設備，其特征在于 所述PWR還包括與所述圓筒形壓力容器同心地設置并設置在所述圓筒形壓力容器內(nèi)所述反應堆容積內(nèi)的中空圓筒形中心立管；以及 所述反應堆冷卻劑泵的所述葉輪構造成將一級冷卻水向下推入限定在所述中空圓筒形中心立管與所述圓筒形壓力容器之間的環(huán)形下降通道。
7.如權利要求
6所述的設備，其特征在于 所述PWR還包括設置在所述環(huán)形下降通道內(nèi)的內(nèi)部蒸汽發(fā)生器。
8.如權利要求
7所述的設備，其特征在于，所述反應堆冷卻劑泵將一級冷卻劑排入出口腔室，所述出口腔室與所述反應堆冷卻劑泵和所述內(nèi)部蒸汽發(fā)生器間隔開。
9.如權利要求
7所述的設備，其特征在于，所述壓力容器包括在所述分隔板處或所述分隔板下方且在所述內(nèi)部蒸汽發(fā)生器頂部或所述內(nèi)部蒸汽發(fā)生器頂部上方的封殼，所述內(nèi)部加壓器能移除以提供從上方到所述內(nèi)部蒸汽發(fā)生器的通路以進行蒸汽發(fā)生器管堵塞。
10.如權利要求
6所述的設備，其特征在于，所述反應堆冷卻劑泵還包括環(huán)形泵殼體，所述環(huán)形泵殼體容納所述葉輪，所述環(huán)形泵殼體具有入口和出口，所述入口接收來自所述中空圓筒形中心立管的所述頂部的一級冷卻水，且所述出口與所述環(huán)形下降通道流體連通。
11.如權利要求
6所述的設備，其特征在于，所述反應堆冷卻劑泵還包括90°彎角泵殼體，該90°彎角泵殼體容納所述葉輪，其中所述入口面向水平方向，且所述出口面向下，所述入口與所述中空圓筒形中心立管的頂部流體連通，且所述出口與所述環(huán)形下降通道流體連通。
12.如權利要求
I所述的設備，其特征在于，所述圓筒形壓力容器包括開口，所述反應堆冷卻劑泵的所述驅(qū)動軸穿過所述開口，所述開口太小不能供所述葉輪穿過。
13.如權利要求
12所述的設備，其特征在于，所述反應堆冷卻劑泵的所述驅(qū)動軸穿過的所述開口包括支承所述驅(qū)動軸的自潤滑石墨軸承。
14.如權利要求
12所述的設備，其特征在于，還包括入孔，所述入孔設置在所述葉輪處或所述葉輪下方且足夠大以供所述葉輪穿過。
15.—種方法,包括 安裝反應堆冷卻劑泵，所述反應堆冷卻劑泵包括泵馬達、驅(qū)動軸以及壓水反應堆(PWR)上的葉輪，所述壓水反應堆包括壓力容器和設置在所述壓力容器內(nèi)的核反應堆芯，所述安裝包括 將所述泵馬達安裝在所述壓力容器的開口處，使安裝好的泵馬達位于所述壓力容器外部并通過安裝凸緣支承在所述壓力容器上， 將所述葉輪插入所述壓力容器內(nèi)，以及 在所述安裝和插入之后，用所述驅(qū)動軸將所述插入的葉輪操作地連接至所述安裝好的泵馬達。
16.如權利要求
15所述的方法，其特征在于，所述驅(qū)動軸在安裝之前與所述泵馬達操作地連接，且所述安裝包括將所述驅(qū)動軸插入所述壓力容器的所述開口內(nèi)。
17.如權利要求
15所述的方法，其特征在于，所述壓力容器的所述開口太小不能供所述葉輪穿過，且所述方法還包括 將所述葉輪通過所述壓力容器的入孔插入所述壓力容器內(nèi)，所述入孔與所述泵馬達所安裝處的所述開口分開。
18.如權利要求
15所述的方法，其特征在于，所述壓力容器的所述開口包括自潤滑石墨軸承，且所述安裝包括 將所述驅(qū)動軸插入所述壓力容器的所述開口，使得所述驅(qū)動軸通過所述石墨軸承支承在所述開口內(nèi)。
19.如權利要求
15所述的方法，其特征在于，在所述插入之前進行所述安裝，使得在將所述葉輪插入所述壓力容器內(nèi)之前，所述泵馬達通過所述安裝凸緣支承在所述壓力容器上。
20.如權利要求
15所述的方法，其特征在于，所述安裝好的泵馬達使其轉動軸線垂向定向。
21.如權利要求
20所述的方法，其特征在于 所述PWR還包括位于所述壓力容器頂部的內(nèi)部加壓器； 所述安裝好的泵馬達的垂向高度與所述內(nèi)部加壓器交疊；以及 所述安裝好的反應堆冷卻劑泵沒有穿過所述內(nèi)部加壓器的部分。
22.如權利要求
15所述的方法，其特征在于，所述方法還包括 在將所述反應堆冷卻劑泵安裝在所述PWR上之后，用替換葉輪更換所述葉輪，所述更換包括 從所述壓力容器移除所述葉輪而不將所述驅(qū)動軸從所述馬達拆開且無需將所述泵馬達從所述壓力容器的所述開口卸下，以及 將所述替換葉輪安裝在所述驅(qū)動軸上，同時所述驅(qū)動軸保持與所述馬達附連，且同時所述泵馬達保持通過所述安裝凸緣安裝在所述壓力容器的所述開口處。
23.—種方法,包括 提供壓水反應堆(PWR)，所述壓水反應堆包括壓力容器、設置在所述壓力容器內(nèi)部的核反應堆芯、內(nèi)部蒸汽發(fā)生器以及限定在所述壓力容器頂部的內(nèi)部加壓器，所述內(nèi)部蒸汽發(fā)生器包括設置在所述壓力容器內(nèi)部的蒸汽發(fā)生器管； 將多個反應堆冷卻劑泵支承在所述壓力容器上，使所述反應堆冷卻劑泵的所述泵馬達位于壓力容器外部且所述反應堆冷卻劑泵的葉輪設置在所述壓力容器內(nèi)部；以及 通過打開所述壓力容器的封殼并將頭部遠離所述壓力容器的其余部分抬升來將所述壓力容器的所述頭部從所述壓力容器的其余部分移除，其中，所述頭部限定所述內(nèi)部加壓器并支承所述多個反應堆冷卻劑泵，使得移除所述壓力容器的所述頭部同時移除所述內(nèi)部加壓器和所述多個反應堆冷卻劑泵。
24.如權利要求
23所述的方法，其特征在于，所述方法還包括 堵塞所述蒸汽發(fā)生器的至少一個蒸汽發(fā)生器管，所述堵塞在所述蒸汽發(fā)生器管的通過將所述壓力容器的所述頭部從所述壓力容器的其余部分移除而露出的端部進行。
25.—種設備,包括 壓水反應堆(PWR)，所述壓水反應堆包括 核反應堆芯， 壓力容器，所述壓力容器具有封殼，所述壓力容器的上部容器頭部能通過所述封殼移除，其中，所述核反應堆芯設置在所述壓力容器內(nèi)所述容器頭部下方，且其中所述上部容器頭部包括內(nèi)部加壓器，所述內(nèi)部加壓器限定具有加熱器的加壓器容積，所述加熱器容積構造成控制PWR壓力，以及 多個反應堆冷卻劑泵，所述多個反應堆冷卻劑泵安裝在所述容器頭部上，使得所述容器頭部和多個反應堆冷卻劑泵能夠作為一個單元移除，每個反應堆冷卻劑泵包括(i)葉輪，所述葉輪設置在所述壓力容器內(nèi)部所述內(nèi)部加壓器下方，(ii)泵馬達，所述泵馬達設置在所述壓力容器外部；以及(iii)驅(qū)動軸，所述驅(qū)動軸將所述泵馬達與所述葉輪操作地連接， 其中，任何反應堆冷卻劑泵沒有設置在所述加壓器容積內(nèi)的部分。
26.如權利要求
25所述的設備，其特征在于，每個反應堆冷卻劑泵的所述驅(qū)動軸垂向定向。
27.如權利要求
25所述的設備，其特征在于 所述壓力容器是圓筒形，所述壓力容器的圓筒軸線垂向定向； 所述PWR還包括與所述圓筒形壓力容器同心地設置并設置在所述圓筒形壓力容器內(nèi)部；以及所述反應堆冷卻劑泵的所述葉輪構造成將一級冷卻水向下推入限定在所述中空圓筒形中心立管與所述圓筒形壓力容器之間的環(huán)形下降通道內(nèi)。
28.如權利要求
27所述的設備，其特征在于 所述PWR還包括設置在所述環(huán)形下降通道內(nèi)的內(nèi)部蒸汽發(fā)生器；以及 將所述反應堆冷卻劑泵與所述內(nèi)部蒸汽發(fā)生器隔開。
29.如權利要求
25所述的設備，其特征在于，所述壓力容器包括開口，所述反應堆冷卻劑泵的所述驅(qū)動軸穿過所述開口，其中所述開口太小不能供所述葉輪穿過。
30.一種設備,包括 壓水反應堆(PWR)，所述壓水反應堆包括 核反應堆芯，所述核反應堆芯包括裂變材料； 圓筒形壓力容器，所述圓筒形壓力容器的圓筒軸線垂向定向，且所述圓筒形壓力容器具有容納所述核反應堆芯的下部和限定內(nèi)部加壓器的容器頭部，以及 反應堆冷卻劑泵，所述反應堆冷卻劑泵安裝在所述容器頭部上并包括(i)葉輪，所述葉輪設置在所述壓力容器內(nèi)部，(ii)泵馬達，所述泵馬達設置在所述壓力容器外部，以及(iii)垂向驅(qū)動軸，所述垂向驅(qū)動軸將所述泵馬達與所述葉輪連接，所述垂向驅(qū)動軸平行于所述圓筒形壓力容器的垂向定向圓筒軸線定向，且不穿過所述內(nèi)部加壓器。
31.如權利要求
31所述的設備，其特征在于，所述圓筒形壓力容器包括封殼，所述容器頭部能通過所述封殼從所述壓力容器的其余部分移除。
32.如權利要求
31所述的設備，其特征在于，所述PWR還包括 中空圓筒形中心立管，所述中空圓筒形中心立管與所述圓筒形壓力容器同心并設置在所述圓筒形壓力容器內(nèi)部，所述反應堆冷卻劑泵的所述葉輪構造成將一級冷卻水向下推入限定在所述中空圓筒形中心立管與所述圓筒形壓力容器之間的環(huán)形下降通道。
33.如權利要求
32所述的設備，其特征在于，所述PWR還包括 內(nèi)部蒸汽發(fā)生器，所述內(nèi)部蒸汽發(fā)生器設置在所述環(huán)形下降通道內(nèi)； 其中，所述反應堆冷卻劑泵的所述葉輪和所述內(nèi)部蒸汽發(fā)生器通過出口腔室間隔開。
34.如權利要求
33所述的設備，其特征在于，所述圓筒形壓力容器包括入孔，所述入孔提供到所述出口腔室的通路。
35.一種結合權利要求
34的設備執(zhí)行的方法，所述方法包括 打開所述入孔；以及 通過所述入孔經(jīng)由通路在所述內(nèi)部蒸汽發(fā)生器上進行蒸汽發(fā)生器管堵塞而無需移除所述反應堆冷卻劑泵。
專利摘要
壓水反應堆(PWR)包括垂向圓筒形壓力容器，該壓力容器具有容納核反應堆芯的下部和限定內(nèi)部加壓器的容器頭部。安裝在容器頭部上的反應堆冷卻劑泵(RCP)包括在壓力容器內(nèi)部的葉輪、壓力容器外部的泵馬達以及連接馬達和葉輪的垂向驅(qū)動軸。該驅(qū)動軸未穿過內(nèi)部加壓器。中心立管可同心地設置在壓力容器內(nèi)部，且RCP將一級冷卻劑向下推入中心立管與壓力容器之間的環(huán)形下降通道。蒸汽發(fā)生器可設置在環(huán)形下降通道內(nèi)并與通過出口腔室與葉輪間隔開。入孔可通向出口腔室，所以可通過入孔經(jīng)由通道在蒸汽發(fā)生器上進行管堵塞而無需移除RCP。
文檔編號G21C7/32GKCN102789822SQ201210046889
公開日2012年11月21日 申請日期2012年2月17日
發(fā)明者S·J·夏高茨 申請人:巴布科克和威爾科克斯核能股份有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan