本發(fā)明整體涉及用于壓水反應(yīng)堆的加壓器并且更加特別地涉及用于一體化壓水反應(yīng)堆的波動管分離器。

背景技術(shù)：
在諸如壓水反應(yīng)堆的發(fā)電核反應(yīng)堆中，通過諸如濃縮鈾的核燃料的裂變產(chǎn)生熱量并且將所述熱量傳遞到流經(jīng)反應(yīng)堆堆芯的冷卻劑。堆芯包括細長的核燃料棒，所述細長的核燃料棒彼此相鄰安裝在核燃料組件結(jié)構(gòu)中，冷卻劑流經(jīng)所述核燃料棒并且到達所述核燃料棒上方。在共同延伸的平行陣列中燃料棒相互間隔開。在給定燃料棒的燃料原子的核衰變期間釋放的中子和其它原子粒子中的一些通過燃料棒之間的空間，并且撞擊毗鄰燃料棒中的可裂變材料，從而促進核反應(yīng)并且有助于堆芯產(chǎn)生的熱量?？蓜涌刂瓢舴稚⒃谡麄€反應(yīng)堆堆芯中，以便能夠憑借吸收通過燃料棒之間的中子的一部分控制裂變反應(yīng)的整體速率，否則它們將促進裂變反應(yīng)。控制棒通常包括中子吸收材料的細長棒并且裝配到燃料組件中的縱向開口或者導(dǎo)向套管中，所述控制棒平行于燃料棒并且在燃料棒之間行進。將控制棒更深入地插入到反應(yīng)堆堆芯中還致使吸收更多的中子而同時又不會促進在毗鄰燃料棒中發(fā)生裂變；收回控制棒減小了中子吸收的程度而增加了核反應(yīng)速率以及提高了反應(yīng)堆堆芯的功率輸出。圖1示出了簡化的傳統(tǒng)核反應(yīng)堆一級系統(tǒng)，其包括大體圓筒形的壓力容器10，所述壓力容器10具有包封堆芯14的封頭12，所述堆芯14支撐包含可裂變材料的燃料棒。諸如水或者含硼水的液體冷卻劑由泵16泵入到容器10中通過堆芯14，在所述堆芯14處熱能被吸收并且被排放到通常稱作蒸汽發(fā)生器的換熱器18中，在所述換熱器18中，熱量被傳遞到諸如蒸汽驅(qū)動的渦輪發(fā)電機的利用電路(未示出)。然后反應(yīng)堆冷卻劑返回到泵16，從而完成一級回路。通常，多條上述回路通過反應(yīng)堆冷卻劑管道20連接到單個反應(yīng)堆容器10。傳統(tǒng)壓水反應(yīng)堆通常具有連接到反應(yīng)堆冷卻劑回路中的一條的分離加壓器22，所述分離加壓器22維持系統(tǒng)壓力。采用這種設(shè)計的商業(yè)發(fā)電廠通常大約為1,100兆瓦或者更多。近年來，西屋電氣公司LLC提出了一種200兆瓦級的小模塊反應(yīng)堆。小模塊反應(yīng)堆是一體化壓水反應(yīng)堆，其中，所有一級回路部件均位于反應(yīng)堆容器內(nèi)。由于在這種一體化模塊反應(yīng)堆設(shè)計中這些部件布置在反應(yīng)堆容器內(nèi)的布置方案，用于使得加壓器與反應(yīng)堆冷卻劑回路分離開的傳統(tǒng)方法不可行。為此，典型壓水反應(yīng)堆采用波動管32，所述波動管32連接在加壓器22和反應(yīng)堆冷卻劑回路中的一條回路中的管道之間。加壓器22控制是否通過波動管將冷卻劑添加到冷卻劑回路或通過波動管從冷卻劑回路收回冷卻劑，以將系統(tǒng)壓力保持在操作設(shè)計極限內(nèi)。因此，在傳統(tǒng)壓水反應(yīng)堆核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)中，加壓器和反應(yīng)堆是用一長段的管(即，波動管32)相連的分離壓力容器。波動管允許加壓器與反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的其余部分之間連通，這在將加壓器的較暖流體與反應(yīng)堆冷卻劑其余部分物理分離開的同時慮及反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)容積所發(fā)生的波動。在一體化反應(yīng)堆設(shè)計中，要求一種新型方法來建立熱分離，加壓器必須采用所述熱分離以按照預(yù)期發(fā)揮功能，而且新型方法在包含于一體化反應(yīng)堆容器的壓力邊界內(nèi)的同時提供波動功能。因此，期望一種新型加壓器接口，所述加壓器接口將保持反應(yīng)堆壓力容器內(nèi)的加壓器和反應(yīng)堆一級系統(tǒng)的其余部分之間物理分離。而且，期望一種新型分離設(shè)備，所述分離設(shè)備將提供加壓器的較暖流體和反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的其余部分之間的熱分離。另外，期望一種新型分離設(shè)備，所述分離設(shè)備將在被包含在一體化反應(yīng)堆壓力容器的壓力邊界內(nèi)的同時滿足波動功能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
通過如下的一體化核反應(yīng)堆來實現(xiàn)這些和其它目的，所述一體化核反應(yīng)堆具有反應(yīng)堆壓力容器外殼、一級冷卻劑流動路徑和加壓器，其中波動管分離器將加壓器與一級冷卻劑流動路徑分離開。波動管分離器包括兩塊或更多塊間隔開的大體水平板，所述大體水平板均具有彎曲的周緣，所述彎曲的周緣被支撐在反應(yīng)堆壓力容器的上部分中，其中，每塊大體水平板均基本橫跨反應(yīng)堆容器的內(nèi)徑。多塊間隔開的彎曲的同心的擋板在兩塊間隔開的大體水平板之間延伸，其中，兩塊間隔開的大體水平板中的上部大體水平板附接到擋板中的至少一些，并且兩塊間隔開的大體水平板中的下部大體水平板附接到擋板中的至少另一些。在第一區(qū)域中，第一冷卻劑通道延伸通過兩塊間隔開的大體水平板中的下部大體水平板，所述第一區(qū)域大體靠近兩塊間隔開的大體水平板中的下部大體水平板的中心或周緣中的一個。在第二區(qū)域中，第二冷卻劑通道延伸通過兩塊間隔開的大體水平板中的上部大體水平板，所述第二區(qū)域大體靠近兩塊間隔開的大體水平板中的上部大體水平板的中心或周緣中的另一個。迂回冷卻劑路徑在第一和第二區(qū)域之間延伸，以便提供進入定位在兩塊間隔開的大體水平板中的上部大體水平板上方的加壓器的途徑。優(yōu)選地，迂回冷卻劑流動路徑通過擋板中的與反應(yīng)堆容器的中央軸線相距基本相等距離的相鄰擋板之間的開口。理想地，迂回冷卻劑流動路徑通過多個周向間隔開的開口，所述多個周向間隔開的開口均位于擋板中的與中央軸線相距相等距離的相鄰一對擋板之間。在一個實施例中，迂回冷卻劑流動路徑通過相互徑向間隔開的多個所述開口，并且優(yōu)選地彼此相鄰的多個徑向間隔開的開口周向偏離開。理想地，通過兩塊間隔開的大體水平板中的下部大體水平板的第一冷卻劑通道包括分別與相鄰開口周向偏離開的多個第一冷卻劑通道。類似地，理想的是，通過兩塊間隔開的大體水平板中的上部大體水平板的第二冷卻劑通道包括與相鄰開口周向偏離開的多條第二冷卻劑通道。而且，優(yōu)選的是，與中央軸線相距基本相等距離的多塊相鄰擋板中的最靠內(nèi)擋板基本包圍了相對于在第一區(qū)域和第二區(qū)域之間的流動的大體停滯的冷卻劑池。在后述實施例中，位于最內(nèi)部的擋板優(yōu)選地包括一條或者多條冷卻劑通道，所述一條或者多條冷卻劑通道通過由位于最內(nèi)部的擋板形成的內(nèi)壁。在另一個實施例中，波動管分離器包括多個成對的兩塊間隔開的大體水平板，其中，一組多塊間隔開的彎曲的同心的擋板在所述多個成對的兩塊間隔開的大體水平板之間延伸，其中，成對的間隔開的大體水平板以串聯(lián)的方式進行布置。優(yōu)選地，在后述實施例中，一對中的兩塊間隔開的大體水平板中的下部大體水平板形成第二對中的兩塊間隔開的大體水平板中的上部大體水平板。在優(yōu)選實施例中，基本所有擋板均附接到兩塊間隔開的大體水平板中的僅僅一塊。理想地，加壓器還包括多個周向間隔開的徑向延伸的加熱器組件，所述加熱器組件得到兩塊間隔開的大體水平板的上部大體水平板的上側(cè)的支撐。優(yōu)選地，軸向分離的凸緣設(shè)置在反應(yīng)堆容器中位于兩塊間隔開的大體水平板中的上部大體水平板處或上部大體水平板下方，其中，由多個軸向延伸的周向間隔開的緊固件密封所述凸緣，并且加熱器組件分別在成對的緊固件之間延伸。理想地，加壓器還包括密封的人行巷道，所述密封的人行巷道基本位于兩塊間隔開的大體水平板中的上部大體水平板的中心處。附圖說明當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時能夠從優(yōu)選實施例的以下描述中進一步理解下文聲明權(quán)益的本發(fā)明，其中：圖1是傳統(tǒng)核反應(yīng)堆系統(tǒng)的簡化示意圖；圖2是示出了可以包含本發(fā)明益處的小模塊一體化反應(yīng)堆系統(tǒng)的局部剖視透視圖；圖3是圖2中示出的反應(yīng)堆的放大視圖；圖4是本發(fā)明的波動分離器的一個實施例的剖視圖；圖5是圖4中圖解的波動分離器的平面圖；圖6是容納本發(fā)明的加壓器的另一個實施例的反應(yīng)堆容器的上部分的剖視圖；圖7是圖6中示出的加壓器的實施例的上組件的平面圖；圖8是從圖6和圖7中圖解的加壓器的上組件的上方觀察的透視圖；圖9是從圖8中圖解的上組件下方觀察的透視圖；圖10是從圖6和圖7中圖解的加壓器的下組件上方觀察的透視圖；圖11是示出了通過圖6和圖7中所示的加壓器波動管分離器實施例的擋板的冷卻劑的迂回路徑的流動圖；和圖12是蒸汽發(fā)生器的容器內(nèi)部分的截面圖，其中，圖6和圖7中示出的實施例的加壓器被支撐在管板上方。具體實施方式圖2和圖3圖解了小模塊反應(yīng)堆設(shè)計，所述小模塊反應(yīng)堆設(shè)計能夠得益于在下文聲明權(quán)益的波動分離器設(shè)計。圖2示出了局部切開的透視圖，以示出壓力容器和其一體化的內(nèi)部部件。圖3是圖2中示出的壓力容器的放大視圖。在若干附圖中用相同的附圖標(biāo)記表示對應(yīng)部件。圖2和圖3中示出的位于波動分離器38上方的加壓器22具有傳統(tǒng)構(gòu)造，并且與反應(yīng)堆容器封頭12的上部分結(jié)合成一體而且不需要分離部件。熱段立管24將一級冷卻劑從堆芯14引導(dǎo)至換熱器26，所述熱段立管24形成反應(yīng)堆冷卻劑一級回路的熱段的一部分，所述換熱器26包圍熱段立管24。多個反應(yīng)堆冷卻劑泵28在上部堆內(nèi)構(gòu)件30的上端附近的一高度處圍繞反應(yīng)堆容器周向間隔開。反應(yīng)堆冷卻劑泵是水平安裝的軸流密封電動機泵。反應(yīng)堆堆芯14和上部堆內(nèi)構(gòu)件30除了尺寸之外與傳統(tǒng)反應(yīng)堆中的對應(yīng)部件基本相同，所述傳統(tǒng)反應(yīng)堆由賓夕法尼亞州的匹茲堡的西屋電氣公司提供。在諸如圖2和圖3中圖解的一體化壓水反應(yīng)堆中，在單個壓力容器10中包含通常與核蒸汽供應(yīng)系統(tǒng)的一級側(cè)相關(guān)聯(lián)的所有部件，所述單個壓力容器10通常容納在安全殼廠房34中。容納在壓力容器10內(nèi)的一級部件包括蒸汽發(fā)生器的一級側(cè)、反應(yīng)堆冷卻劑泵、加壓器和反應(yīng)堆自身。在這個一體化反應(yīng)堆設(shè)計中，傳統(tǒng)反應(yīng)堆的蒸汽發(fā)生器18被分解成兩個部件：換熱器26，所述換熱器26位于上部堆內(nèi)構(gòu)件30的上方；和汽包，所述汽包保持在安全殼34的外部。蒸汽發(fā)生器換熱器26包括額定用于一級設(shè)計壓力、并且由反應(yīng)堆堆芯14和其它傳統(tǒng)反應(yīng)堆內(nèi)部部件、兩塊管板54和56、熱段管道24(也稱作熱段立管)、在下管板54和上管板56之間延伸的傳熱管58、管支撐件60、二級流擋板(未示出)共用的壓力容器10/12，所述二級流擋板用于引導(dǎo)二級流體介質(zhì)在傳熱管58和二級流噴嘴44和50之間流動。反應(yīng)堆安全殼壁34將換熱器26壓力容器封頭12組件保持在安全殼內(nèi)并且使得其與汽包壓力容器(未示出)分離開。安全殼外部的汽包由額定用于二級設(shè)計壓力的壓力容器構(gòu)成。如在傳統(tǒng)蒸汽發(fā)生器設(shè)計中發(fā)現(xiàn)的那樣，安全殼外部的汽包包括離心式和人字型汽水分離設(shè)備、給水分布裝置和用于濕蒸汽、給水、再循環(huán)液體和干蒸汽的流量噴嘴。圖3中的上部分中的箭頭示出了在反應(yīng)堆容器10的封頭12中一級反應(yīng)堆冷卻劑流經(jīng)換熱器26的流動。如圖所示，離開反應(yīng)堆堆芯14的加熱的反應(yīng)堆冷卻劑向上行進通過熱段立管24，通過上管板56的中心，在所述中心處，反應(yīng)堆冷卻劑進入熱段歧管74，在所述熱段歧管74處，加熱的冷卻劑轉(zhuǎn)向180°并且進入延伸通過上管板56的傳熱管58。反應(yīng)堆冷卻劑然后向下行進通過延伸通過管板56的傳熱管58，從而將其熱量傳遞到再循環(huán)液體和給水的混合物，所述混合物以逆流的關(guān)系從外部汽包經(jīng)由過冷的再循環(huán)輸入噴嘴50進入到換熱器中。通過過冷再循環(huán)輸入噴嘴50進入到換熱器56中的過冷的再循環(huán)液體和給水被二級流擋板36向下引導(dǎo)至換熱器的底部，并向上以及環(huán)繞換熱器管58，且在上管板56的正下方轉(zhuǎn)向進入到輸出通道76，在所述輸入通道76處，含水蒸汽被匯集到濕蒸汽輸出噴嘴44。隨后濕飽和蒸汽被運送到外部汽包，在所述外部汽包處，其被運送通過汽水分離器，所述汽水分離器使得蒸汽與水分分離開。分離的水分形成再循環(huán)液體，所述再循環(huán)液體與給水組合并且被運送回到過冷再循環(huán)輸入噴嘴50，以重復(fù)循環(huán)。因此，在這個實施例中，蒸汽發(fā)生器換熱器26位于反應(yīng)堆上方。加壓器位于換熱器26上方的區(qū)域22中，其中，波動分離器位于加壓器和換熱器之間，以便提供加壓器和系統(tǒng)的其余部分之間的熱分離并且實施波動功能。在下文聲明權(quán)益的本發(fā)明的實施例的波動分離器包括至少兩塊間隔開的大體水平板，其中，多個間隔開的同心柱形件在所述大體水平板之間延伸，并且迂回流體流動路徑在板之間延伸且通過同心柱形件之間的區(qū)域。在板結(jié)構(gòu)使得較暖的加壓器流體與反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)熱分離時，位于板之間并且通過迂回路徑的流量孔平衡了源自因反應(yīng)堆冷卻劑溫度變化而造成的反應(yīng)堆冷卻劑液體體積變化的波動，所述迂回路徑通過形成在間隔開的同心柱形件之間的腔室且位于所述腔室之間。該設(shè)計提供了被動(passive)部件，所述被動部件允許一體化加壓器和波動分離器實施三種所需功能。首先，分離器38熱絕緣且隔離開了反應(yīng)堆冷卻劑的兩個區(qū)域，即，加壓器內(nèi)的容積和蒸汽發(fā)生器的一級側(cè)內(nèi)的容積，從而減小了從加壓器至反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的熱量損失。這減小了加壓器加熱器所需的功率要求。其次，波動分離器38提供了加壓器22的容積和反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的其余部分之間所需的流量限制，以便操縱反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)內(nèi)的容積變化波動。最后，波動分離器降低源自反應(yīng)堆冷卻劑泵的加壓器振動的影響。在圖4和圖5中圖解了本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例。圖4是本實施例的波動分離器38的剖視圖，圖5是本實施例的波動分離器38的平面圖。這個設(shè)計使用多層分離的鋼板40、42，所述多層分離的鋼板40、42提供了更為有效的絕緣并且導(dǎo)致產(chǎn)生更輕的組件。這些板和支撐在板40和42之間的同心柱形件68、70和72包括一系列間隔開的孔48、52和46，所述孔48、52和46允許反應(yīng)堆冷卻劑優(yōu)選地采用迂回路徑從板40、42的一側(cè)抵達另一側(cè)。具有適當(dāng)尺寸的孔48、52和46提供了正常運轉(zhuǎn)期間所需的阻力，而且在導(dǎo)致反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)冷卻劑存量大幅變化的熱力瞬變期間還允許壓力平衡和流量?？?8、52、46優(yōu)選地間隔開，以便產(chǎn)生迷宮式路徑，所述迷宮式路徑取代傳統(tǒng)壓水反應(yīng)堆中的波動管的功能?？梢愿鶕?jù)反應(yīng)堆系統(tǒng)的液壓要求使用一個或者多個板對40、42，圖4中示出了兩個這樣的板對。可以堆疊板對40、42，其中，一個板對中的下板42形成位于其正下方的板對的上板40，或者可以在板對之間保持由圖4中示出的用虛線表示的上板40形成的空間76。更加特別地，波動分離器由至少一對兩塊間隔開的大體水平板40和42形成，所述每塊板均具有彎曲的周緣，在支撐板的位置處，所述彎曲的周緣基本匹配反應(yīng)堆壓力容器封頭12的內(nèi)壁的曲率，其中，在支撐板的位置處，每塊板均基本橫跨反應(yīng)堆容器的內(nèi)徑。多個間隔開的同心柱形件66、68、70和72在間隔開的板40和42之間延伸，其中，兩塊間隔開的大體水平板40中的上部板閉合每個柱形件的頂部，而兩塊間隔開的大體水平板42中的下部板閉合每個柱形件的底部。盡管在這個實施例中示出了四個這種同心柱形件，但是應(yīng)當(dāng)理解的是這種同心柱形件的數(shù)量可以根據(jù)反應(yīng)堆系統(tǒng)的液壓要求而變化。在大體位于反應(yīng)堆容器10的封頭12的內(nèi)壁和多個間隔開的同心柱形件72中的靠外柱形件之間的第一區(qū)域78中，第一冷卻劑流動通道48延伸通過兩塊間隔開的大體水平板42中的下部水平板。在大體位于最內(nèi)部的柱形件66和貼近包圍多個間隔開的同心柱形件中的最靠內(nèi)柱形件68的柱形件之間的第二區(qū)域80中，第二冷卻劑通道46延伸通過兩塊間隔的大體水平板40中的上部水平板。根據(jù)流動方向，冷卻劑隨后采取迂回路徑通過一條冷卻劑通道48或46、經(jīng)由同心柱形件68、70和72內(nèi)的開口52、并且通過冷卻劑通道46和48中的另一條流出。內(nèi)同心柱形件66包圍冷卻劑的相對滯水池64，其中，相對小流量孔62設(shè)置成用于使得滯水池64的剩余同心柱形件之間的徑向空間內(nèi)的壓力平衡。滯水池64提供了加壓器22和換熱器26之間大部分的熱絕緣。圖5中的附圖標(biāo)記82示出了針對下述實施例的加壓器22和換熱器26之間的冷卻劑流動的優(yōu)選迂回路徑。圖6至圖12示出了本發(fā)明的另一個實施例，其中，加壓器加熱器86由波動管分離器38的上水平板40支撐。加熱器86周向以大約十度的間隔從內(nèi)柱形支撐壁88徑向延伸至反應(yīng)堆封頭12的外壁，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，加熱器的數(shù)量和它們之間間隔將取決于系統(tǒng)的要求。加熱器示出終結(jié)于反應(yīng)堆封頭12外側(cè)的電連接器92處。用于加熱器86的內(nèi)柱形壁支撐件88同心包圍中央柱形流動引導(dǎo)件90，所述中央柱形引導(dǎo)件90使得通過上板40中的孔46的波動流匯集，與前述實施例不同，所述孔46與中央滯水池64連通。池64的下部分將仍然保持相對滯止，以便有助于隔離開加壓器中的冷卻劑與熱段歧管74中的冷卻劑，而池64的上部分形成流動路徑的通過波動管分離器進入加壓器22中的部分。中央柱形流動引導(dǎo)件90使得加熱器元件86免受進入的冷卻劑的湍流的影響，并且由此降低了損壞加熱器元件的可能性。包括波動管分離器的加壓器22通過凸緣84連結(jié)到下反應(yīng)堆封頭，所述凸緣84憑借延伸通過開口94的緊固件聯(lián)接到下反應(yīng)堆封頭。優(yōu)選地，加熱器元件在開口之間徑向延伸，所以不會阻礙裝配通過開口84的螺栓所實施的緊固。在圖7中示出了在上板40上方獲取的加壓器的橫截面的平面圖。圖8至圖10示出了這個實施例的上和下板40、42組件的構(gòu)造，其中，在圖8中示出了從上方觀察的上板40的透視圖，圖9中示出了從下方觀察的上板的透視圖。波動分離器38的上水平板40形成為外頂帽96的一部分，如能夠從8所見，所述外頂帽96支撐在蒸汽發(fā)生器上管板56上方的反應(yīng)堆封頭上凸緣84處。迂回流動路徑82由多個徑向延伸和周向延伸的擋板98形成，所述擋板98從上水平板40的下側(cè)得到支撐，所述上水平板40與支撐在下支撐板42的頂側(cè)上的互補擋板100相交錯，如圖10所示。上板組件40裝配在下板組件42上，以便完成迂回路徑。在圖11中示出了迂回路徑，圖12示出了安裝在反應(yīng)堆封頭12中在一體化蒸汽發(fā)生器的換熱器26上方的整個加壓器組件22。因此，剛剛描述的一個或者多個實施例中的本發(fā)明的波動管分離器將僅僅占據(jù)一體化反應(yīng)堆壓力容器的壓力邊界內(nèi)的小體積，但是卻有效地將加壓器的腔室與反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的其余部分隔離開，且限制從加壓器至反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)的其他部分的熱量損失。本發(fā)明考慮到加壓器和反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)其余部分之間的壓力平衡和流量，并且補償反應(yīng)堆冷卻劑系統(tǒng)液體容積的快速變化，包括由反應(yīng)堆冷卻劑泵所造成的那些變化。位于水平板之間的支撐結(jié)構(gòu)(即，徑向板和同心柱形件)針對將經(jīng)受的壓差增加了板的強度。盡管已經(jīng)詳細描述了本發(fā)明的特殊實施例，但是本領(lǐng)域中的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，根據(jù)本公開的總體教導(dǎo)能夠研發(fā)針對那些細節(jié)的多種修改方案和替代方案。因此，公開的特別實施例僅僅旨在闡釋目的而非限制本發(fā)明的范圍，由附屬權(quán)利要求和其任何以及全部等效物限制本發(fā)明的范圍。