【技术实现步骤摘要】
本专利技术一般涉及核反应堆，更具体些，是有关在核燃料组件上为增加反应性而进行谱移的装置和方法。为了延长堆芯寿期，常规的做法是在设计时，在压水堆(PWR)堆芯内设置一定量的初始过剩反应性。在堆芯寿期开始的阶段，堆芯内设计有过剩反应性，对此当然必须正确地进行控制。其中的一种技术是要产生一个初始的谱移，牺牲掉一部分热中子(反应性高)谱，而使超热中子(反应性低)谱的份额增大。其结果是产生的热中子少了，裂变也因而减少。然后，由于在漫长的反应堆运行期间裂变本能地在减少，一个由中子谱的超热中子部分回到热中子谱部分的逆向移动得到实现。这种控制技术主要在于使用一些置换棒，它们被放入初始堆芯内来置换一部分堆芯内的慢化剂水，并以此来降低堆芯的反应性。然后，由于反应性被消耗掉，在堆芯循环周期内的某个时刻，就要把这些棒中的慢化剂置换物从堆芯移出，以便增加慢化剂量，并相应地增加堆芯的反应性水平。排除慢化剂置换物的一种方法是采用一种机构，例如美国专利NO.第，432，934说明书中所描述的那一种，在指定的时间将水置换棒撤出。另一种企图排除置换物的方法是采用一些置换棒，在它们的端头设置有薄膜，这些...
【技术保护点】
一种用来控制堆芯核反应性的谱移方法，该堆芯内有燃料组件（燃料棒排列在燃料组件中）和慢化中子及冷却堆芯的一回路慢化剂／冷却剂，其特征由以下步骤表明：（ａ）选择一个给定的初始反应性水平，即在所述燃料棒之中引入一些慢化剂／冷却剂置换棒，这些棒 内含有一定数量的水，其量相当于置换棒体积的一小部分，这些棒是密封的，当堆芯内的一回路慢化剂／冷却剂的压力与被密封的置换棒内压之间的压差增加到一预定值以上时，该密封状态即被破坏，而置换棒里就充满慢化剂／冷却剂。（ｂ）将反应堆堆芯功率增至正 常运行水平，从而使密封的置换棒的内压上升，致使所述压差降到所述预定值以下。（ｃ）随后实现谱移...
【技术特征摘要】
US 1985-2-12 701,051所指的一种整修装置的立视图。所展示的燃料组件是在垂直方向上被截短了的形式，其上管咀的一部分被去掉，以便更清楚地表示谱移装置和整修装置;图2是从燃料组件取下来的谱移和整修装置的放大的立视图，其上有一部分为截面;图3是沿图2上3-3线所取的谱移装置的一部分截面图;图4是用于谱移装置上的缓冲屏的放大顶视图;图5是用于谱移装置上的安全隔膜的放大顶视图;图6是沿图5上6-6线所取的隔膜截面图，示出破裂前的隔膜;图7是与图6相似的隔膜截面图，但表示破裂后的隔膜;图8是从图1的燃料组件取下来的整修装置的部分放大立视图，有一部分以截面示出;图9是谱移装置另一种形式的部分放大立视图，有一部分以截面示出;图10是整个反应堆系统的简化示意图，特别示出该系统的那些需要进行瞬态运行调节的部件，为的是使谱移装置动作而达到增加堆芯反应性的目的。在以下说明中，用相同的参考数字来表示在这些附图的几个视图上示出的相同的或相应的零部件。诸如“向前”、“向后”、“左”、“右”、“向上”、“向下”等词汇只是为了使用上的方便，并不作为限定性词汇。现在来看这些图，特别是图1，这里示出的是压水堆(PWR)型的燃料组件，用数字10作为总的代表。该压水堆的简化示意图见图10，数字12代表压水堆。燃料组件10包括一个下部构件或下管咀14，燃料组件10通过下管嘴14支承在压水堆12的堆芯16的下堆芯板(未示出)上;导向管或导向套管18，这些管自下管嘴14垂直向上伸展;横向布置的格架20，它们沿着导向套管18在轴向上是分隔开的;有组织地排列的燃料棒22，这些燃料棒由格架20在横向上被隔开，并由格架20所支承;一根安装在燃料组件中央的仪表管24，以及连接到导向套管18的上端头上的上部构件或上管嘴26。燃料组件10形成一个整体结构，能够进行常规操作而不损坏其组件中的零部件。如人们所熟悉的，每根燃料棒22内装有包含裂变材料的燃料芯块(未示出)，棒的两端是密封的。在反应堆运行期间，一回路慢化剂/冷却剂，诸如水之类，具有足够的高压(例如153大气压)以保持液态，并由泵打入堆芯16的燃料组件内，以便把其中产生的热量载出。如图10所示，一回路冷却剂借助于一回路泵31在闭合的一回路通道32中循环。此通道把冷却剂导至热交换器34的第一个腔室33，在此腔室内把所载出的热传给二回路水。二回路水借助于二回路泵35在闭合的二回路通道36中循环，此通道通向热交换器34的第二个腔室37，在此腔室内二回路水转变为蒸汽，并用于驱动汽轮机38而发电。在压水堆12运行期间，要求尽可能合理地延长堆芯16的寿期，以便更好地利用铀燃料和降低燃料成本。为此，通常的做法是在设计堆芯16时，使其具有初始过剩反应性，与此同时，设有机构使得堆芯在运行循环初期少用此过剩反应性，而在运行循环后期增加使用过剩反应性。许多控制棒(未示出)可在一些导向套管18中往复移动，利用这些控制棒对过剩反应性进行部分调节。如上所述，完全的控制通常要借助于附加装置来达到，比如通过谱移，即置换一部分慢化剂水，以减少堆芯运行循环初期的过剩反应性，并在以后排除慢化剂的置换物来增加反应性。按照本发明所述的装置以及上述申请人同时提交尚待批准的专利申请中的那一种装置，它们都设计成能使谱移在现有的反应堆上实现，并建立在可重复使用的基础上。上述这两种装置在使用时，是与燃料组件的上管座和不在其内部放控制棒的一些导向套管协同操作的，所以，扼要地说，上管座26包括一横向布置的连接板40和直立的壁面42，其周边与板40连接，並从此板一直向上延伸，形成一个外壳或外套44。壁面42的顶部与一环形法兰46相连接，此法兰夹住一些弹簧片(未示出)，这些弹簧片与堆芯16的上堆芯板(未示出)联合作用，以防止燃料组件10的水力提升，但是却允许燃料组件在长度上有所变化，此项技术已为人们所熟知。如图1所示，体现本发明的谱移装置，一般用数字48表示，它被安装在上管座26的外套44内，并延伸到一些导向套管18中。同样还要参照图2，谱移装置48包括许多水置换棒50，后者插入在一些相应的导向套管18中，目的是置换在燃料组件10内的预定数量的慢化中子的液体冷却剂，从而减少氢/铀比，降低堆芯16的反应性水平。每根置换棒50包括一细长的管状体51，后者的下端用端塞52密封，其上端有一个流量孔54。每根置换棒50含有一定数量的水W，此量相当于棒50总体积的很小的预定份额，比如15%。谱移装置48还包括一个集流管，一般用数字56表示，此集流管与置换棒50相互连接，并有液体互相流通。集流管56位于燃料组件10的顶部，它安装在上管座26内並座落在连接板40上(见图1)。具体参照图2和图3，集流管56包括一个中心入口，其形状为管状，最好是圆筒形部件58，它形成一个轴向贯穿的中心空腔60，其上端头有一个中心入口孔62，流道与该空腔相通。集流管56还包括许多空心管状翼片64，它们被安装在一根轴66上，此轴与圆筒形部件58相连，并使其下端头封闭。这些翼片64自圆筒形部件58向外径方向伸展，通过在轴66上形成的径向流量孔道67与中心空腔60的流道相通。这些翼片上面有小孔68，后者形成集流管56的出口。置换棒50的上端头与各个管状翼片64相连接，使每根置换棒的流道孔54与集流管的一个出口68的流道相通。集流管56和管状翼片64均为置换棒的支承结构。谱移装置48的最佳形式还包括密封部件(用数字70来表示)，它们与集流管56的圆筒形部件58相连接並将其入口孔62密封住。密封部件70包括一个安全隔膜72，一个缓冲屏74和一个环形盖76。这种密封部件是成批供货的流行的标准件。安全隔膜72在选定的某一给定的压差作用下发生破裂。例如，为了防止在设计负荷循环中因瞬态工况产生的压差使隔膜发生破裂，把隔膜72设计成只有当压差超过120个大气压时才会破损或破裂。实际上，上述瞬态工况下产生的最大压差不会超过100个大气压。从图2和图6看出，隔膜72的形状是蝶形的，它安装在管状部件58上时应使其凸面朝里、凹面朝外。在隔膜72的碟形部分最好预先刻有伤痕，以促使其在某一特定方向上破裂，也就是朝部件58中心空腔60的方向破裂，如图7所示。为了进一步保证隔膜72能朝着管状部件58的内部破裂，把缓冲屏74(同时参照图4)安装在隔膜的凹面一侧或高压侧，隔膜72与缓冲屏74是密封连接的，但又可以拆卸下来。利用一个内表面带有螺纹的环形螺帽76可以将隔膜72和缓冲屏74重新安装在圆筒形部件58的上端部。此螺帽76与圆筒形部件58的带有外螺纹的上端部相连接但又可以拆卸，以便在需要时取出破裂的隔膜72，並更换上一个新的。上述布置方案采用一个带一块密封用隔膜72的空腔，此隔膜为所有置换棒50所共用。与此方案不同的另一个布置方案中，每根置换棒是单独密封的，如图9所示。每根置换棒有其自己的密封机构70′。该机构70′包括安全隔膜72′，缓冲屏74′和环形螺帽76′。每个部件的功能均与上述密封件70的相应部件相同。这一种布置方案的优点在于如果谱移装置中的某一个密封件提前破损，那么，从功率峰值和反应性增殖的观点看，单独密封发生破损时产生的影响要比共用密封时小得多，这是因为在共同密封中，密封发生破损时所有的置换棒内都会充满水。但是，共用密封的方法仍然是有吸引力的，因为它需要的零部件的数目要少些，而且整修也简单得多。实际工作者无疑会考虑密封的可靠性、功率峰值及其他因素，并对其进行权衡，从而在所述两种方案中进行选择。不论选择哪一种方案(即单一密封或多个密封)，密封均应设计成根据需要发生破裂，只有在需要时才使置换棒50内充满水。对本发明提出的实现谱移的方法及在此透露的谱移装置48，现将结合图10来说明。要注意到，堆芯16中每个燃料组件10使用一个单独的谱移装置，最初，每根置换棒50只是一小部分，比如其体积的15%充水，并且全部密封件70均处于密封状态。在把各个谱移装置48安装在相应的燃料组件10上时，要使其置换棒50插到导向套管18内。这样的安装方式使置换棒50进入一回路慢化剂/冷却剂的一回路闭合流道32之中，因而这些置换棒按其体积，将置换出一个预定数量的一回路慢化剂/冷却剂，从而使堆芯16内的燃料棒22所产生的核反应性能谱从初始的过高的水平降低到一个较低的水平。此后，堆芯16的功率通常是通过操作控制棒(未示出)提升至其正常运行的水平，并将一回路泵31投入而使流道32中的一回路慢化剂/冷却剂压力增加到一正常运行水平。在反应堆处于这种运行水平时，置换棒50内的水的压力也在增加。这时，作用在安全隔膜72上的压差，即密封的置换棒50内的水压相对于一回路慢化剂/冷却剂的压力之差，一般将达到78大气压或更低些。正如本说明前面已提过的，隔膜72要设计成能承受运行瞬态所引起的压力变化值直到接近120大气压。当隔膜72破裂、棒50内充满水以实现所要求的逆向谱移目的时，采取下述唯一的运行瞬态工况，而同时又保持一回路慢化剂/冷却剂的压力为正常运行水平，即大致为150大气压。这种情况下，反应堆功率降低到正常运行水平的2%左右，并使汽轮机组38离线，堆芯16成为次临界状态，其次临界程度相当于隔膜72破裂、置换棒50内充满水后所能增加的最大反应性。通过降低蒸汽压力，使一回路冷却剂温度下降到190-250℃。在205℃左右，每根棒50内的饱和压力大致为17大气压，安全隔膜72上面的压差大致为135大气压，即大于隔膜破裂的设计预定值120...
【专利技术属性】
技术研发人员：伦迪乔治洛特，弗兰克约瑟夫巴洛，
申请(专利权)人：西屋电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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