DE69304622T2

DE69304622T2 - Kernreaktorreflektor

Info

Publication number: DE69304622T2
Application number: DE69304622T
Authority: DE
Inventors: Ronald Jacobs Hopkins; John Thomas Land; Michael C Misvel
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: Westinghouse Electric Co LLC
Priority date: 1992-06-24
Filing date: 1993-06-16
Publication date: 1997-03-20
Anticipated expiration: 2013-06-17
Also published as: JPH06160575A; DE69304622D1; CN1080768A; CZ283837B6; CZ124393A3; ES2092229T3; KR100299801B1; JPH0666981A; JP3056023B2; EP0576195B1; CN1041570C; EP0576195A1; US5319692A

Description

TECHNISCHES FELD

Diese Erfindung bezieht sich auf Kernreaktoren, insbesonders auf einen Kemreaktor mit einem Reflektor wie in dem Vorsatz von Anspruch 1 dargestellt ist. Ein solcher Kernreaktor wird in EP-A-488890 und EP-A-323306 beschrieben.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Der Reaktorbrennstoffkern umfasst in einem typischen Kernreaktor Stäbe, die in modularen langgestreckten Brennstoffanordnungen angebracht sind, die in einem zylindrischen Kernbehälter angeordnet sind, der in einem Druckgefäß ist. In einem Dampferzeugungssystem, das einen dieser Reaktoren benutzt, wird dem Druckgefäß Wasser geliefert, strömt einen ringförmigen Raum zwischen dem Kembehälter und dem Druckgefäß herunter, kehrt seine Richtung um, und strömt durch Offnungen in einem unteren Kernträger, der zu dem Reaktorkern führt, nach oben. Zum Füllen des Raums zwischen dem Reaktorkern und dem Behälter wird ein Neutronenreflektor mit einigem von diesem Wasser geliefert, um ihn zu kühlen. U.S. Patent 4849162 zeigt eine Reflektorgestaltung, in der eine Vielzahl von senkrecht stehenden Stäben sich entlang der Länge des Kerns eng zusammengepackt erstrecken, wobei der Raum zwischen den Stäben einen gleichförmigen Wasserdurchgang durch den Reflektor liefert. Die Durchmesser der Stäbe sind so ausgewählt, um einen spezifischen Gebietsdurchgang zu liefern, um eine spezifische Wärmeübertragung zu erreichen. U.S. Patent 4701299 diskutiert eine modulare Auskleidung um den Kern, und die Auskleidung besteht dort aus Anordnungen prismatischer Form, die nebeneinander in dem Behälter angeordnet sind. Die sich ergebende Auskleidung besteht aus modularen "nebeneinandergestellten" Metallelementen, so daß die modulare Auskleidung praktisch das ganze Volumen des Rings um den Kern besetzt.
Jede dieser Techniken verläßt sich auf einen schweren, teueren und komplexen Reflektor mit einer beträchtlichen Anzahl von Teilen, insbesonders Befestigungsmitteln, die den Reflektor in dem Behälter halten.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine der Aufgaben der vorliegenden Erfindung, einen unkomplizierten, leichten, verläßlichen Reaktorreflektor zu liefern.
Die Erfindung ist in ihrer weitesten Gestalt ein Kemreaktor, der einen zylindrischen Behälter umfasst, einen Reaktorreflektor in dem Behälter, einen Reaktorkern in dem Reflektor, und einen Kernträger, der den Reflektor und den Kern trägt, wobei der Reflektor einen Stapel umfasst, der eine Vielzahl von im allgemeinen ringförmigen Blöcken mit dem Kern in der Mitte umfasst, wobei jeder Block Wasserdurchgänge hat, die sich durch den Block in eine Richtung erstrecken, die normal zu dem Kernträger und in Ausrichtung mit Durchgängen in benachbarten Blöcken sind, um eine Vielzahl von parallelen Wasserströmungswegen durch den Stapel von dem Kernträger zu liefern, dadurch gekennzeichnet, daß benachbarte Blöcke sich auf einer Ebene treffen, die koplanar zu Trägerstellen für Brennstäbe in dem Kern sind.
Nach der Erfindung wird ein Reflektor aus im allgemeinen runden Reflektorblöcken mit einem inneren Ring mit senkrechten Wänden aufgebaut, die dem Grundriß des Reaktorkerns entsprechen. Die Blöcke, in Wirklichkeit Ringkammern, sind übereinander gestapelt, sie bilden einen Reflektorstapel. Der Reflektorstapel ruht auf dem Kernträger. Jeder Block enthält senkrechte Wasserdurchgänge, die Anzahl und Größe dieser Löcher sind ausgewählt, um einen spezifischen Prozentsatz eines Leerraumgebiets (z.B. 10%) in einem spezifischen Gebiet des Blocks zu liefern. Die Wasserdurchgänge zwischen benachbarten Blöcken sind ausgerichtet, sie schaffen eine Vielzahl von parallelen Wasserdurchgängen, die sich von dem untersten Ende zum obersten Ende des Stapels erstrecken.
Nach einem Gesichtspunkt der Erfindung bestehen Schweißnähte zwischen jeder Schicht des Stapels, der von jedem Block gebildet wird, wenn die Blöcke aufeinander gestapelt werden. Diese Schweißnähte sind waagerecht mit Trägerstellen zwischen den Enden von Brennstäben in dem Kern ausgerichtet. Wasser, das von den Schweißnähten zwischen den Blöcken "spritzt", schlägt den Kern an den Trägerstellen, nicht an einer Zwischenstelle.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung hat die äußere Peripherie aller außer dem obersten dieser Blöcke vier gerade Seiten, die 90 Grad voneinander entfernt sind, was einen Raum zwischen der äußeren Oberfläche des Blocks und der inneren Oberfläche des Kernbehälters schafft. Durch das Gebiet zwischen dem Behälter und dem Stapel strömt etwas Wasser von dem Kernträger nach oben um die Außenseite des Reflektors von Durchgängen, die nur in dem untersten Block angeordnet sind, zwischen der Innenseite und der Außenseite des Stapels. Der oberste Reflektorblock enthält aber einen Flansch oder einen Rand, der den Raum zwischen dem Stapel und dem Behälter steuert, und daher die Strömungsmenge um den Reflektor begrenzt.
Ein Ausrichtungskeil erstreckt sich durch den Kernbehälter in einen Sitz auf dem Flansch. Es sind vier dieser Ausrichtungsstifte vorhanden, die 90 Grad voneinander entfernt sind.
Der Ausrichtungsstift ist in den Behälter geschweißt, und der Sitz ist ein senkrechter Schlitz in dem Flansch, der gestattet, daß der Stapel in den Behälter herabgesenkt werden kann. Wenn der Stapel auf dem Kernträger ruht, dann sind die Ausrichtungsstifte in dem Schlitz angeordnet.
Die Ausrichtungsstifte haben entgegengesetzte senkrechte flache Oberflächen mit einem Abstand von entgegengesetzten Wänden in den Schlitzen. Wenn der Stapel an Ort und Stelle ist, dann wird der Abstand gemessen, und Trimmungen, die auf diesen Abstand weniger einer errechneten thermischen Erweiterung maschinell hergestellt sind, werden an den Flansch geschraubt, sie füllen dem Raum zwischen dem Stift und dem Flansch mit den Stiften, die auf dem Behälter sind, der in dem Schlitz geht.
Der unterste Block, der auf dem Kernträger ruht, enthält einen Sitz für Ausrichtungsstifte, der sich von dem Sitz in einen Sitz in dem Kernträger erstreckt. Der Ausrichtungsstift an dem Kernträger enthält Wasserströmungsdurchgänge, die Wasser lenken, das waagerecht in dem Kernträger durch den Ausrichtungsstift und nach oben durch und in Löcher oder Durchgänge in dem Kernblock strömt.
Die vorliegende Erfindung liefert einen Reflektor mit einer minimalen Anzahl von Befestigungsmitteln mit Gewinden, insbesonders in dem Hochströmungsgebiet des Reaktorkerns. Der Reflektor hat eine sehr verläßliche Gestalt, die leicht zusammengebaut werden kann, und im Vergleich zu Reflektoren des Standes der Technik billig ist. Ein unwiderstehliches Merkmal ist, daß es eine minimale Anzahl von waagerechten Spalten vorhanden ist, die mögliche Stätten für Strömungsspritzungen sind, die die Stäbe beschädigen können, und, wegen der Erfindung sind irgendwelche Spalten an der Stelle angeordnet, wo die Stäbe mechanisch getragen werden. Andere Aufgaben, Vorteile und Merkmale der Erfindung werden Fachleuten durch die folgende Diskussion klar werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Figur 1, eine Schnittansicht eines Reaktorgefässes, zeigt einen Querschnitt eines Reflektors, der die vorliegende Erfindung ausführt, und den Reaktorkern in dem Reflektor.
Figur 2 ist ein Schnitt entlang Linie 2-2 in Figur 1.
Figur 3 ist eine Draufsicht, die ein Teil des Kernbehälters und benachbarte reflektive Blöcke zeigt, die die vorliegende Erfindung ausführen.
Figur 4 ist ein Aufriß eines Ausrichtungsstiftes, der die vorliegende Erfindung ausführt, der zwischen dem Reaktorkernträger und dem untersten Reflektorblock benutzt wird.
Figur 5 ist ein Aufriß eines Ausrichtungsstiftes, der zwischen benachbarten zwischengelagerten Reflektorblöcken nach der vorliegenden Erfindung benutzt wird.
Figur 6 ist eine genauere Ansicht der in Figur 1 gezeigten Ausrichtungsblöcke und des benachbarten Kernbehälters.
Figur 7 ist eine Draufsicht, die ein Teil des Kernbehälters und des Ausrichtungsstiftes, und ein Teil des obersten Reflektorblocks zeigt.
Figur 8 ist ein Schnitt entlang Linie 8-8 in Figur 7.
Figur 9 ist eine Draufsicht eines Teils der Grenzfläche zwischen dem untersten Reflektorblock und dem Kernträger.
Figur 10 ist ein Schnitt entlang Linie 10-10 in Figur 9.
Figur 11 ist ein Schnitt entlang Linie 11-11 in Figur 9.
Figur 12 ist eine nach vorne zeigende Ansicht des obersten oder der obersten Blöcke in einem Reflektor, der die vorliegenden Erfindung ausführt.

BESTE WEISE ZUR DURCHFUHRUNG DER ERFINDUNG

In Figur 1, die ein typisches Reaktorgefäß zeigt, sind acht im allgemeinen ringförmige Reaktorblöcke 10.1-10.8 (siehe auch Fig. und Fig. 12) vorhanden, die auf einem Kernträger 12 ruhen, der einen Reaktorkern 14 trägt, der in einem mittleren Teil der Blöcke angeordnet ist. Die Blöcke definieren einen Stapel 11, wenn sie so gestapelt sind. Der Reaktorkern, typischwerweise der Art des Standes der Technik, ist aus einer Vielzahl von sich senkrecht erstreckenden Brennstäben 16 hergestellt, die zwischen Stabträgern 18 hängen. Die Stäbe und der Kernträger und die Reflektorblöcke 10.1 - 10.8 sind in einem zylindrischen Kernbehälter 20 untergebracht, der in einem Reaktorgefäß 22 angeordnet ist, durch das Wasser zwischen dem Eingang 24 und dem Ausgang 26 umlaufen wird. Die Strömung von Kühlwasser folgt dem von Pfeil 28 gezeigten Weg, sie geht zwischen dem Behälter 20 und der inneren Oberfläche 22.2 des Reaktorgefässes zu einer Stelle 35 unter dem Kernträger, wo eine Vielzahl von Löchern oder Durchgängen 12.2 gefunden werden, die Wasserströmung nach oben durch den Reaktorkern der Stäbe 16 in eine obere Kammer 37 des Reaktorgefässes zu gestatten, wo das Wasser durch den Ausgang 26 herausgeht. Die Wasserströmung strömt auch senkrecht durch ausgerichtete Wasserdurchgänge 30 in den Reflektorblöcken 10.1 - 10.8, wie im folgenden genauer erklärt wird, aber man sollte an dieser Stelle beobachten, daß Wasser an der Grenzfläche 10.12 des untersten Blocks 10.1 und des Kernträgers 12 in dem Stapel eintritt. Insbesonders zeigt Figur 9, daß der unterste Block 10.1 eine Vielzahl von Löchern 30 enthält, die sich mit Löchern in dem benachbarten Block 10.2 (siehe Figur 1) ausrichten. Figur 9, die das Erscheinen des untersten Blocks von der Stelle, an der er an den Kernträger 12 angrenzt (ihn berührt) gesehen zeigt, zeigt, daß ein Durchgang 32 mit einem Ausgang 32.1 und einem Eingang 32.2 vorhanden ist, der durch den Block von dem Gebiet läuft, das von dem Kern 14 zu einem Raum 13 zwischen dem Kembehälter 20 und dem Block 10.1 besetzt ist. Man kann diesen Raum wird in Figur 2 leichter sehen, von der man auch beobachten kann, daß das Wasser, dass von dem Kemgebiet 14 durch den Durchgang 32 und in dem Raum 13 geht, entlang einem im allgemeinen flachen Teil des Stapels nach oben strömt. Man sollte sehen, daß diese Durchgänge 32 an vier Stellen an dem Block 10.1 erscheinen. Wasser strömt an der Seite des Stapels in Richtung X an den vier Stellen 11.1 nach oben. Figur 9 zeigt auch, daß die Löcher verschiedene Durchmesser haben, und mit verschiedenen Dichten in dem Block verstreut sind. Die Bestimmung der Anzahl von Löchern und ihre Größe wird errechnet, um eine spezifische "Leerraumdichte" in bestimmten Gebieten des Blocks zu erreichen, z.B. 10%.
Wie Figur 9 auch zeigt, ist ein zweiter Durchgang 33 vorhanden; dieser Schlitz gestattet auch, daß Wasser zwischen dem Kernboden und dem untersten Block 10.1 strömt, wo es einige der Löcher 30 erreicht. Diese Durchgänge 33 erstrecken sich aber nicht ganz durch den Block, sie liefern aber einen Wasserweg zu einem Hohlraum 32.3, der in dem untersten Ende des Blocks maschinell hergestellt ist, und auch an den Durchgang 32 angeschlossen ist. Das Gebiet 10.12 und 10.13, die die Durchgänge 32 und 33 und den Hohlraum definieren, stoßen direkt gegen den Kernträger. Als Ergebnis paßt die Wand 10.15 gut an die innere Wand 20.1 des Kernbehälters. Das Lochmuster kann leichter in Figur 2 beobachtet werden, wo der Block praktisch gegen die innere Wand 20.1 stößt.
Der Ausgang 32.1 des Durchgangs hat ein kleineres Gebiet als der Eingang 32.2 (siehe Figur 10), um die Strömung durch den Durchgang 32 zu steuern. Figur 11, ein Schnitt des Durchgangs 33, zeigt, daß er einfach zu dem Hohlraum 32.3 führt, was Zugang zu mehr Löchern 30 liefert. Zur Klarheit wird wiederholt, daß die Löcher 30 sich linear durch jeden der Blöcke 10.1 - 10.8 erstrecken, was gestattet, daß das Wasser durch die Löcher und den Stapel strömt, an dem obersten Ende von 10.8 austritt. Die Durchgänge 32 und 33 sind wie vorher bemerkt wurde, nur auf dem untersten Block 10.1 angeordnet. Wie auch beobachtet wird, wird das Muster der Durchgänge auf den geraden Abschnitten und den Kurvenabschnitten syrnetrisch um jeden Block wiederholt, und daß die Muster Spiegelbilder zwischen benachbarten Blöcken sind.
Wenn man auf Figuren 3, 7 und 12 Bezug nimmt, dann sollten mehrere wichtige Merkmale dieser Ausführungsform der Erfindung betrachtet werden. Zunächst ist der oberste Block 10.8, obwohl er dieselbe Lochausrichtung (Strömungsweg X) hat, darin von den anderen Blöcken verschieden, daß er einen Flansch 10.82 mit einem senkrechten Schlitz 10.83 für einen Ausrichtungsstift enthält. Der ganze Stapel von Blöcken wird von Verbindungsstangen zusammengehalten, die an vier Stellen um den Stapel angeordnet sind. Während des Aufbaus des Reaktors wird der Stapel von Blöcken 10.1 - 10.8 mit Verbindungsstangen miteinander verbunden und in den Behälter abgesenkt. Die richtige Anordnung des Stapels auf dem Kernträger wird durch einen Ausrichtungsstift 52 erreicht, der in dem Kernträger sitzt, und der wie in Figur 4 gezeigt Durchgänge 52.1 enthält. Der Eingang jeder dieser Durchgänge ist mit einem entsprechenden Durchgang 32 oder 33 ausgerichtet, was gestattet, daß Wasser in den Durchgang 32 oder 33 eintritt, und durch den Durchgang 32 oder 33 zu einer erlaubten Stelle strömt, die mit einem der Löcher ausgerichtet ist, das mit zwei von den Löchern 30 in dem untersten Block ausgerichtet ist. Wenn der Reflektor in den Behälter herabsenkt wird, wird er gedreht, so daß die vier Schlitze 10.83 in dem Flansch 10.82 jeweils ausgerichtet sind, um einen Ausrichtungsstift 60 zu empfangen, der in die Wand des Kernbehälters geschweißt ist. Dieser Stift erstreckt sich in den Schlitz 10.83, wie Figur 8 zeigt, und er hat zwei flache Seiten 60.1, die einen Abstand X1 von den Kanten des Blocks 10.8 haben. Wenn der Stapel von Blöcken in dieser Weise eingeschoben wird, dann werden Trimmungen 62 zwischen den Stift 60 und den Block 10.8 eingeschoben, und durch Ausrichtungsstifte oder Dübel 64 und Bolzen 66 in ihrer Stelle gehalten. Wenn der Stapel auf dem Kernträger angeordnet wird, dann wird der Abstand X1 für jeden Stift 60 gemessen, und die tatsächliche Ausmessung X1 für jede Trimmung 62 wird maschinell hergestellt, um ein erwünschtes Spiel zwischen der Trimmung und dem Stift 60 zu liefern, dessen Zweck ist, einen bestimmten Stand thermischer Ausdehnung in dem Kemstapel und in dem Reflektorstapel unterzubringen, während er sich während des Reaktorbetriebs erwärmt.
Die Ausrichtungsstifte 52 (an vier gleichweit entfernten Stellen angeordnet) sind zwischen dem Kernträger 12 und dem untersten Block 10.1, wie schon erwähnt, angeordnet. Wenn man einer ähnlichen Gestaltungsphilosophie folgt, dann werden Ausrichtungsstifte 70 zwischen benachbarten Blöcken angeordnet, z.B., zwischen Blöcken 10.8 und 10.7, auch an vier gleichweit entfernten Stellen, und diese Blöcke enthalten Durchgänge 70.1, die dem Durchgang 30 in jedem Block gestatten, in Flüssigkeitsverbindung miteinander zu sein, wenn die beiden Blöcke aufeinandergestapelt sind.
Wenn man auf Figur 6 Bezug nimmt, dann wird ein Verfahren zum Ausrichten der Blöcke gezeigt, wo der Stapel 11 wiederum vorhanden ist, aber an vier Quadranten ist eine Ausrichtungsstange 80 vorhanden, die sich vorn obersten Block 10.8 zum untersten Block 10.1 erstreckt, wobei diese an die Blöcke geschraubt sind. Figur 6 zeigt auch den Ausrichtungsstift zwischen dem Kernträger 20 und dem untersten Block. Während des Zusammenbaus des Reflektorstapels 11 wird ein rechteckiger Schlitz (für die rechteckige Ausrichtungsstange 80) in dem Stapel maschinell hergestellt, wenn alle Blöcke zusammengebaut werden. Die Ausrichtungsstangen passen gut in die Schlitze von jedem Reflektorblock und behalten eine akzeptierbare Größe für den Brennstoffkern bei, während die Verschiebung der Reflektorblöcke während des Stapeleinbaus begrenzt wird. Dieses gestattet den Abbau des Stapels und seinen Wiederzusammenbau mit der gleichen Ausrichtung an der Reaktoraufbaustätte.

Claims

1. Kernreaktor, der einen zylindrischen Behälter (20) umfasst, einen Reaktorreflektor in dem Behälter, einen Reaktorkern (14) in dem Reflektor, und einen Kernträger (12), der den Reflektor und den Kern trägt, wobei der Reflektor einen Stapel (11) umfasst, der eine Vielzahl von im allgemeinen ringförmigen Blöcken (10.1 - 10.8) mit dem Kern in der Mitte umfasst, wobei jeder Block Waterdurchgänge (30) hat, die sich durch den Block in eine Richtung (X) normal zu dem Kernträger und in Ausrichtung mit Durchgängen in benachbarten Blöcken erstrecken, um eine Vielzahl von parallelen Wasserströmungswegen durch den Stapel von dem Kernträger zu liefern, gekennzeichnet dadurch, daß benachbarte Blöcke sich auf einer Ebene treffen, die koplanar zu Trägerstellen (18) für Brennstäbe (16) in dem Kern (14) sind.

2. Wie in Anspruch 1 beschriebener Kemreaktor, der weiterhin durch folgendes gekennzeichnet ist:

Schlitze (33) in der Grenzfläche eines ersten Blocks (10.1) mit dem Kernträger (12), aber die Schlitze sich durch den Block auf einen Raum (13) zwischen dem Stapel (11) und dem Behälter (20) erstrecken, der sich zu einem Block (10.8) an dem obersten Ende des Stapels erstreckt.

3. Wie in Anspruch 2 beschriebener Kemreaktor, der weiterhin durch folgendes gekennzeichnet ist:

die Größe und das Muster von Löchern in den Blöcken setzen einen ausgewählten Leerraumprozentsatz fest.

4. Wie in Anspruch 3 beschriebener Kernreaktor, der weiterhin durch folgendes gekennzeichnet ist:

einen Block (10.8) an dem obersten Ende des Stapels (11), wobei der Block einen Flansch (10.82) hat, der sich von dem Block zu einer Wand des Behälters (20) erstreckt, um den Raum (13) wesentlich außer einem ausgewählten Spielraum zwischen dem Flansch und der Wand zu schließen, um Strömung mit einer ausgewählten Rate zu einem Gebiet über dem Flansch zu gestatten.

5. Wie in Anspruch 4 beschriebener Kernreaktor, der weiterhin durch folgendes gekennzeichnet ist:

einen Ausrichtungsstift (60), der an dem Behälter (20) befestigt ist, und sich in einen Schlitz (10.83) in dem Flansch (10.82) erstreckt;

Trimmungen (62), die an dem Flansch befestigt sind, und in genau entgegengesetzten Räumen zwischen dem Stift und dem Flansch angeordnet sind, wobei die Trimmungen ein ausgewähltes Spiel in den Rämen liefern.

6. Wie in Anspruch 5 beschriebener Kemreaktor, der weiterhin dadurch gekennzeichnet ist, daß: der Schlitz (10.83) sich durch den Flansch parallel zu der Wand des Behälters erstreckt und zwei voneinander beabstandete parallele Oberflächen in dem Flansch definiert; und der Ausrichtungsstift (60) zwei genau entgegengesetzte parallele Oberflächen (60.1) hat, die jeweils von einer der Oberflächen in dem Flansch beabstandet sind, und parallel zu ihr sind.

7. Kemreaktor nach Anspruch 6, der weiterhin durch folgendes gekennzeichnet ist: eine erste Vielzahl von Ausrichtungsschlitzen, die sich in eine Richtung normal zum Kernträger (12) erstrecken, wobei die Schlitze mit gleichen Winkeln voneinander um eine runde Mitte der Blöcke beabstandet sind; und eine erste Vielzähl von Stäben (80), von denen sich jeder durch die ausgerichteten Ausrichtungsschlitze von benachbarten Blöcken erstreckt, und an Blöcke an dem obersten Ende und dem untersten Ende des Stapels befestigt sind.