内衬于核反应堆压力容器管的套筒的更换方法和装置

技术领域

本公开总体上涉及一种内衬于穿过核反应堆压力容器的管的套筒的更换方法和装置，尤其涉及一种内衬于控制杆驱动机构(CRDM)喷嘴或外壳的隔热套筒的更换方法和装置。

背景技术

例如在西屋反应堆中的反应堆容器封闭头(RVCH)具有隔热套筒，该隔热套筒的主要作用是在热控制杆驱动器从堆芯撤出时，保护控制杆驱动机构喷嘴免受热冲击。随着时间的流逝，隔热套筒会因振动而磨损，并最终失效。通常，将反应堆容器封闭头从容器中取出并放在头架上，然后将控制杆驱动机构完全取出，并更换隔热套筒。

FR 2689297公开了一种被设计成允许在不去除控制杆驱动器(CRD)的情况下更换套筒的工具，该工具涉及使用替换套筒，该替换套筒包括构成用于替换套筒的紧固螺母的轴承部分的外凸缘。

发明内容

提供了一种用于更换内衬于穿过核反应堆压力容器的管的套筒的方法。套筒的一端包括径向扩大的端部，该端部构造成放置在管的支撑部上以将套筒保持在管中。该方法包括从管中取下套筒；提供新套筒，该新套筒具有径向可变端，该径向可变端构造为在径向收缩构造和径向扩张构造之间移动；将新套筒安装在管中，使得径向可变端被支撑部接收，并且径向可变端将新套筒保持在管中。径向可变端在安装过程中处于径向收缩构造，并且在将新套筒安装在管中之后处于径向扩张构造。

该方法的实施例可包括以下特征中的一个或多个：新套筒的安装包括将处于径向收缩构造的径向可变端插入管的第一端，安装后，径向可变端处于径向扩张构造且位于管的第二端内中；管的第一端是管的下端，管的第二端是管的上端；径向可变端包括多个周向间隔的段，这些段在径向上向内和向外是柔性的；

每个周向间隔的段包括径向向外的突出部，在将新套筒安装到管中之后，该突出部放置在支撑部上；

新套筒包括第一端、第二端和从第一端向第二端延伸的中间部分，第一端是径向可变端，径向向外的突出部径向向外延伸超过中间部分的外周表面；

每个段包括在中间部分处的基端和从基端轴向延伸到径向向外的突出部的纵向延伸的分支；

新套筒包括漏斗，该漏斗位于新套筒的与径向可变端相对的一端，在将新套筒安装到管中的过程中，漏斗是新套筒的一部分。

将新套筒安装在管中包括：在径向可变端被支撑部接收之后，将保持器安装在径向可变端上，以将径向可变端限制为处于径向扩张构造；

管穿过核反应堆压力容器的封闭头，在将新套筒安装到管中的过程中，封闭头与核反应堆压力容器的圆柱形壳体分离；

管为控制杆驱动机构喷嘴，套筒为隔热套筒；

径向可变端包括多个周向间隔的段，这些段在径向上向内和向外是柔性的，每个周向间隔的段包括纵向延伸的分支和在分支的上端上的径向向外的突出部，每个径向向外的突出部径向地延伸向外延伸超过相应分支的外周表面；

新套筒的安装包括：迫使径向向外的突出部径向向内，以使径向可变端定向为处于径向收缩构造，在径向可变端处于径向收缩构造时，将径向可变端插入管的下端。

新套筒的安装还包括在径向可变端处于径向收缩构造时，将径向可变端向上移动通过管的中间部分，直到径向可变端到达支撑部，该支撑部的直径大于管的中间部分的直径，当径向可变端到达支撑部时，突出部径向向外扩张，以使径向可变端定向为处于径向扩张构造。

还提供了一种用于插入核反应堆压力容器的控制杆驱动机构喷嘴中的控制杆驱动机构隔热套筒。控制杆驱动机构隔热套筒包括径向可变端，该径向可变端构造为在径向收缩构造和径向扩张构造之间移动。径向可变端构造为在处于径向扩张的构造时将新套筒保持在管中。控制杆驱动机构隔热套筒还包括与径向可变端相对的另一端，该另一端包括具有截头圆锥形部分的漏斗，该截头圆锥形部分具有最大直径边缘，该最大直径边缘定义了该另一端的端边缘。

控制杆驱动机构隔热套筒的实施例可包括以下特征中的一个或多个：

径向可变端包括多个周向间隔的段，这些段在径向上向内和向外是柔性的；

每个周向间隔的段包括径向向外的突出部，该径向向外的突出部构造为将控制杆驱动机构隔热套筒保持在控制杆驱动机构喷嘴中；

从径向可变端向另一端延伸的中间部分，径向向外的突出部径向向外延伸超过中间部分的外周表面；

每个段包括在中间部分处的基端和从基端轴向延伸到径向向外的突出部的纵向延伸的分支；

保持器，其安装在径向可变端上，以将径向可变端限制为处于径向扩张构造。

附图说明

下面参考以下附图描述本发明，其中：

图1示意性地示出了压力水冷反应堆(PWR)的核反应堆压力容器的剖视图，该压力冷水反应堆包括从压力容器向上延伸的多个控制杆驱动机构管组件；

图2a示出了核反应堆压力容器的封闭头的局部立体剖视图，其示出了图1所示的控制杆驱动机构管组件的喷嘴和隔热套筒的细节；

图2b示出了其中一个喷嘴的上端和容纳在喷嘴中的隔热套筒的上端的放大图；

图2c示出了其中一个喷嘴的下端和容纳在喷嘴中的下部隔热套筒的放大图；和

图3示出了根据本发明的实施例的隔热套筒的上端的放大图。

具体实施方式

本公开提供了一种替换隔热套筒以及更换核反应堆压力容器中的隔热套筒的方法，该方法通过使得替换套筒的径向扩张与喷嘴的上端相配合，从而将替换套筒的位置锁定在控制杆驱动机构中，以实现隔热套筒的更换。顶部的替换隔热套筒被压缩并插入喷嘴的底部，然后用安装工具向上推至其最终位置。一旦放置在喷嘴的顶端，替换套筒的顶部就不会被压缩，因此会扩张以将其自身保持到位。此时，使用安装工具将支撑环拉下，将隔热套筒锁定到位。

图1示意性地示出了压力水冷反应堆(PWR)的核反应堆压力容器10的剖视图，该压力冷水反应堆包括从压力容器10向上延伸的多个控制杆驱动机构管组件12。压力容器10包括反应堆容器封闭头14，该反应堆容器封闭头14包括位于凸缘14b顶部的半球形壁14a，控制杆驱动机构管组件12穿过半球形壁14a。通过螺柱和螺母将反应堆容器封闭头14的凸缘14b固定到圆柱形壳体16的凸缘16a上，从而反应堆容器封闭头14可拆卸地固定在圆柱形壳体16的顶部上。半球形壁14a包括背向压力容器10的内部20的外部半球形表面18和面向内部20的内部半球形表面22。控制杆驱动机构管组件12延伸穿过外部半球形表面18和内部半球形表面22。在核反应堆运行期间，反应堆容器封闭头14固定在圆柱形壳体16的顶部。在燃料补充操作期间，反应堆容器封闭头14从圆柱形壳体16移除。

图2a示出了反应堆容器封闭头14的局部立体剖视图，其示出了控制杆驱动机构管组件12的细节。每个控制杆驱动机构管组件12包括一个永久固定在壁14a中的喷嘴24形式的外管和一个衬在喷嘴24内的隔热套筒26。在图2a中示出了一个喷嘴24a，其中没有固定套筒26。每个喷嘴24穿过形成在壁14a中的相应孔并焊接到壁14a上。

每个控制杆驱动机构管组件12被定位成使得控制杆驱动机构管组件12的相应的中心纵向延伸轴线CA竖直地延伸穿过壁14a。在此使用的术语“轴向”，“径向”和“周向”是相对于各个控制杆驱动机构管组件12的中心轴线CA使用的。控制杆驱动机构管组件12纵向突出超过半球形表面18，使得喷嘴24的第一端28和套筒26的第一端30位于压力容器10的外部。控制杆驱动机构管组件12还纵向突出超过半球形表面22，使得喷嘴24的第二端32和套筒26的第二端34位于压力容器10的内部20中。喷嘴24包括从第一端28向第二端32延伸穿过壁14a的中间部分36，套筒26包括从第一端30向第二端34延伸穿过壁14a的中间部分38。

图2b示出了喷嘴24的第一端28和套筒26的第一端30的放大图。喷嘴24的第一端28比套筒26的第一端30更远地竖直向上延伸远离壁14a(图2a)。喷嘴24的第一端28包括径向扩大的环形部分40，该环形部分径向上比喷嘴24的中间部分36厚，并且具有比中间部分36的外周表面36a更径向远离中心轴线CA的外周表面40a。径向扩大的环形部分40包括下部42，该下部42具有与中间部分36的内周表面36b相同直径的内周表面42a。在下部42上方，扩大的环形部分40的内径限定了径向扩大的支撑部44，其形成为环形肩部，该环形肩部具有截头圆锥形的内周支撑表面44a，该截头圆锥形的内周支撑表面44a远离内周表面42a径向地延伸，同时轴向向上延伸以接合扩大的环形部分40的上部46的内周表面46a。上部46限定喷嘴24的顶部边缘46b。

套筒26的第一端30包括径向扩大的环形部分48，该径向扩大的环形部分48在径向上厚于隔热套筒26的中间部分38，并且具有外周表面48a，该外周表面在径向上比中间部分38的外周38a更远离中心轴线CA。径向扩大的环形部分48由喷嘴24的径向扩大的环形部分40的支撑部44支撑。更具体地，径向扩大的环形部分48包括竖直地支撑在支撑表面44a上的下表面48b。下表面48b包括形成在其中的环形凹槽49。随着时间的流逝，由于隔热套筒26经历的振动，会在径向扩大的部分48上发生故障。

图2c示出了喷嘴24的第二端32和套筒26的第二端34的放大图。套筒26的第二端34比喷嘴24的第二端32更远地竖直向下延伸远离壁14a。套筒26的第二端由固定在中间部分38上的漏斗50形成。漏斗50包括固定在中间部分的外周表面38a上的圆柱形部分50a和从圆柱形部分50a向下延伸的截头圆锥形部分50b。截头圆锥形部分50b随着远离中间部分38竖直向下延伸而径向扩大。喷嘴24的第二端32是大致圆柱形的，并且围绕套筒26的中间部分38的一部分。

图3示出了根据本发明一实施例的新的或替换的隔热套筒62的上端60，其固定在喷嘴24中的适当位置。除了隔热套筒62的上端60和原隔热套筒26的上端30之间的差异之外，隔热套筒62以与原隔热套筒26相同的方式构造。套筒62的上端60包括多个周向间隔的段64，其通过周向间隔的轴向延伸的狭槽66彼此分开。每个段64包括连接中间部分70套筒62的下基端68和从下基端68轴向向上延伸的纵向延伸分支72。对于每个段64，在上端60处，每个分支72连接径向向外的突出部74，该突出部径向向外延伸超过相应的分支72的外周表面72a，使得每个突出部74的外周表面74a在径向上比外周表面72a更远离中心轴线CA。径向向外的突出部74形成套筒62的径向扩大的端部75。

每个突出部74在径向上比分支72和中间部分70厚。如图3所示，每个突出部74的内周表面74b到中心轴线CA的径向距离与相应的分支72的内周表面72b到中心轴线CA的径向距离基本相同。突出部74由喷嘴24的径向扩大的环形部分40的支撑部44支撑。更具体地，每个突出部74包括下表面74c，该下表面74c竖直地放置在支撑部44的支撑表面44a上。每个下表面74c包括形成在其中的凹槽76，该凹槽将下表面74c分成两个在径向和轴向上彼此偏移的接触部分74d，74e。

狭槽66分别由在中间部分70的顶部处的周向延伸的基边缘78a和从基边缘78a轴向向上延伸的两个轴向延伸的纵向边缘78b，78c限定。第一纵向边缘78b从基边缘78a轴向向上延伸至突出部74中的其中一个的相应上表面74f，第二纵向边缘78c从基边缘78a轴向向上延伸至突出部74中的另一个的相应上表面74f。对于每个狭槽66，每个边缘78b形成分支72的侧向边缘和段64之一的突出部74，每个边缘78c形成分支72的侧向边缘和另一个段64的突出部74。边缘78b，78c分别从相应的分支72的内周表面72b径向延伸到外周表面72a，并且从相应的突出部74的内周表面74b径向延伸到外周表面74a。

隔热套筒62构造成使得上端60构造成半径可变的径向可变端。更具体地，上端60可在径向收缩构造和径向扩张构造之间径向压缩和径向张开，在径向收缩构造中，上端60具有较小的外径；在径向扩张构造中，上端60具有较大的外径。更具体地，段64构造成使得段64是径向柔性的。段64在径向收缩构造中被强制径向向内以使上端60定向，并且在径向扩张构造中被强制径向向外以使上端60定向。在一个优选实施例中，段64构造成具有足够的弹性，使得外部施加的径向向内的力将上端60移动到径向收缩构造，并且段64的结构产生径向向外的力，该力足以使上端60在外部施加的径向向内力被去除时，从径向收缩构造变为径向扩张构造。在替代实施例中，段64构造成具有足够的弹性，使得外部施加的径向向外的力将上端60移动到径向扩张构造，并且段64的结构产生径向向内的力，该力足以使上端60在外部施加的径向向内力被去除时，从径向收缩构造变为径向扩张构造。在另一替代实施例中，段64构造成使得需要外部施加的径向向内的力来将上端60移动到径向收缩构造，并且需要外部施加的径向向外的力来使上端60移动到径向扩张构造。

在图3所示的实施例中，保持器80安装在套筒62的上端60上，以通过限制突出部74的径向向内运动而将上端60保持在径向扩张构造。更具体地，保持器80形成为保持在突出部74的内周表面74b中的环。每个突出部74设置有形成在各自的内周表面74b中的相应的狭槽82。保持器80的外周表面80a通过接触每个狭槽82的径向外表面82a而径向向外抵靠突出部。保持器80的上表面80b接触每个狭槽82的上表面82b，并且保持器80的下表面80c接触每个狭槽82的下表面82c，以将保持器80轴向地保持在上端60上的合适位置。保持器80的下表面80c以非垂直的角度相对于中心轴线CA倾斜，以便于安装在狭槽82中。更具体地说，表面80c具有截头圆锥形的形状。

以下将结合图2a至2c和图3描述根据本发明实施例的将套筒26更换为套筒62的方法。首先，将反应堆容器封闭头14从壳体16上取下并放在头架上以进行套筒更换，以便轻松接触下端32。接下来，将套筒26从喷嘴24上取下。在一个优选的实施例中，套筒26的径向扩大的部分48被分开，使得套筒26可以在头架上时从反应堆容器封闭头14下方经由喷嘴24从下端32向下拉出。套筒62被构造成当在头架上时从下端32插入喷嘴24。该方法包括将套筒62设置到反应堆容器封闭头14的内部。在漏斗50被设置入反应堆容器封闭头14内之前，漏斗50可以以与图2c所示相同的方式安装在中间部分70的下端。然后，在上端60处于径向收缩构造的情况下，将套筒62的上端60插入喷嘴24的下端32中。当将套筒62的上端60插入到喷嘴24的下端32中时，保持器80没有安装到上端60上。可以向段64施加径向向内的力，以使上端60以径向收缩的构造定向，使得上端60的最大直径小于喷嘴24在下边缘52b处的内径，其中该上端60的最大直径由突出部74的外周表面74a之间的最大距离定义。然后，在上端60处于径向收缩构造的情况下，将套筒62向上推动经由喷嘴24的内部，直到上端60到达径向扩大的支撑部44。

接下来，在上端60到达径向扩大的支撑部44之后，上端60径向扩张到径向扩张的朝向，以使外周表面74a定位为比内周表面42a更加径向远离中心轴线CA。突出部74的下表面74c与支撑表面44a接触，以将套筒62保持在喷嘴24中的适当位置。突出部74的下表面74c轴向地抵接支撑表面44a，使得当上端60处于径向扩张构造时，套筒62不能被向下拉。接下来，将保持器80安装到上端60上，以防止上端60移出径向扩张构造。突出部74径向向外移动以将保持器80安装在狭槽82中。保持器80可以被迫向下进入上表面74f，使得表面80b接触上表面74f的截头圆锥形部分74g，并且保持器80向表面74f施加的向下力迫使或帮助迫使突出部74径向向外，因此保持器80可以被卡入狭槽82中。一旦保持器80在狭槽82中，突出部74就无法径向向内收缩成径向收缩构造，并且套筒62的上端60锁定在喷嘴24的上端28中。

例如，在一个实施例中，工具可将段64径向向内压缩，同时工具将保持器80保持在段64上方。该工具可以通过下端32引入。在下一步骤中，当段64在支撑表面44a上方时，工具释放径向向内的压缩，从而允许段64径向向外扩张到扩张位置。在下一步骤中，当通过向下的轴向运动移除工具时，段64径向向外扩张，以允许保持器80进入狭槽82径向内侧和前方的位置。在最后拆卸工具的步骤中，段64处于其最终的径向未压缩位置，从而将保持器80锁定在狭槽82中。可选地，工具可以具有焊接装置，以将保持器焊接到狭槽82中合适位置。

在前面的说明书中，已经参考特定的示例性实施例及其示例描述了本发明。然而，将显而易见的是，在不脱离所附权利要求书所阐述的本发明的更广泛精神和范围的情况下，可以对其进行各种修改和改变。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而不是限制性的。