一種壓水堆反應(yīng)堆壓力容器上封頭的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于核反應(yīng)堆壓力容器零部件領(lǐng)域。為解決現(xiàn)有壓水堆反應(yīng)堆壓力容器上封頭存在的焊接難度大等問題，本發(fā)明提供了一種壓水堆反應(yīng)堆壓力容器上封頭。該壓水堆反應(yīng)堆壓力容器上封頭采用軸對稱結(jié)構(gòu)，包括球缺段、過渡段和法蘭段；所述球缺段上設(shè)有控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動座貫穿件開孔；球缺段和法蘭段之間通過所述過渡段連接。本發(fā)明極大降低了控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動座貫穿件與上封頭之間的密封焊焊接難度，確保了焊接質(zhì)量；在少量增重的情況下使得上封頭頂屏蔽效果和受力情況均獲得了大幅改善，有效提高了上封頭整體剛性。
【專利說明】
一種壓水堆反應(yīng)堆壓力容器上封頭
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于核反應(yīng)堆壓力容器零部件領(lǐng)域，特別涉及一種壓水堆反應(yīng)堆壓力容器 上封頭。
【背景技術(shù)】
[0002] 壓水堆反應(yīng)堆壓力容器用于固定和包容堆芯及堆內(nèi)構(gòu)件，并將核燃料的裂變反應(yīng) 限制在一個密封的空間內(nèi)，其與蒸汽發(fā)生器、冷卻劑栗以及一回路管道等共同構(gòu)成反應(yīng)堆 冷卻劑的壓力邊界，是防止放射性物質(zhì)外逸的多道屏障之一。
[0003] 壓水堆反應(yīng)堆壓力容器殼體從上到下通常由上封頭、接管筒體、進(jìn)出口接管、堆芯 筒體、過渡段和下封頭等鍛件組焊、連接而成，其內(nèi)表面堆焊奧氏體不銹鋼。對于上封頭來 說，其設(shè)計(jì)大致有三種類型。
[0004] 早期的上封頭采用平封頭，可以同時起到法蘭的作用，其具有屏蔽效果好，控制棒 驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動座貫穿件密封焊坡口對稱，使得焊接變形量容易控制等優(yōu)點(diǎn)，參見附圖1。然 而，由于平封頭本身受力情況不好，導(dǎo)致設(shè)計(jì)厚度及重量過大，因此后來逐漸被球形上封頭 所取代。
[0005] 球形上封頭主體為半球殼形，其邊緣處設(shè)有法蘭，由于工藝水平的限制，球形上封 頭起初采用了分體式結(jié)構(gòu)，即封頭上部和法蘭分別加工成型后焊接在一起，參見附圖2。該 制造工藝簡單易行，所得球形上封頭受力情況較好，重量較輕。但由于存在一條環(huán)形焊縫， 因此降低了上封頭的安全性，同時增加了在役檢查的工作量和工作人員輻射吸收劑量。
[0006] 隨著工藝水平的提升，分體式球形上封頭后來被整體式球形上封頭所取代，參見 附圖3。整體式球形上封頭在形狀上與分體式球形上封頭相同，但采用了整體鍛造工藝，取 消了環(huán)形焊縫，具有較好的安全性，降低了在役檢查的工作量。目前，我國三代核電站主要 采用整體式球形上封頭設(shè)計(jì)，如三門核電站、海陽核電站。
[0007] 上述三種類型上封頭的特點(diǎn)對比列于下表：
[0010]然而，無論分體式球形上封頭還是整體式球形上封頭仍然存在以下問題：由于上 封頭中部需要設(shè)置一組豎直的控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動座貫穿件，其垂直度要求很高，隨著徑 向位置的變化，各貫穿件與上封頭曲面的交角會發(fā)生變化，因此在對上封頭和貫穿件之間 進(jìn)行密封焊時，除正中心外，其余焊縫將是多個形狀各異的非平面空間曲線，導(dǎo)致密封焊時 熱輸入不對稱，焊接難度非常大，焊接變形量極難控制。球形上封頭與貫穿件密封焊的焊接 方式參見附圖4。實(shí)踐證明，反應(yīng)堆壓力容器運(yùn)行過程中容易發(fā)生泄漏的地方，絕大部分均 出現(xiàn)在此類焊接部位。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 為解決現(xiàn)有壓水堆反應(yīng)堆壓力容器上封頭存在的焊接難度大等問題，本發(fā)明提供 了一種壓水堆反應(yīng)堆壓力容器上封頭。
[0012] 該壓水堆反應(yīng)堆壓力容器上封頭采用軸對稱結(jié)構(gòu)，包括球缺段、過渡段和法蘭段； 所述球缺段的球缺曲面向上，平面向下，球缺段上設(shè)有控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動座貫穿件開孔； 所述法蘭段采用圓形法蘭;球缺段和法蘭段之間通過所述過渡段連接。
[0013] 通過采用球缺型設(shè)計(jì)，使得控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動座貫穿件與上封頭之間的密封焊 焊縫由多個形狀各異的非平面空間曲線型轉(zhuǎn)變?yōu)樾螤罹嗤钠矫嫘?，顯著降低了異種金 屬間密封焊的焊接變形量控制難度，從而較好確保了焊接質(zhì)量。與此同時，球缺型設(shè)計(jì)還使 得上封頭的頂部厚度較球形上封頭有明顯增加，而其整體厚度和重量又遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于平封頭， 受力情況也較平封頭有大幅改善，從而以較小的代價獲得了較佳的頂屏蔽效果。
[0014] 進(jìn)一步地，所述過渡段的內(nèi)表面為球面上的環(huán)形曲面，并且過渡段內(nèi)表面所在球 面與所述球缺段的球缺曲面所在的球面同心;過渡段內(nèi)表面上方與球缺段的平面相連接， 并采用圓弧過渡;過渡段內(nèi)表面下方與法蘭段相連接，并采用圓弧過渡;所述過渡段外表面 由與所述球缺曲面共軸的圓錐側(cè)面的一段構(gòu)成，該圓錐的側(cè)面與所述球缺曲面相切并形成 一個相切的圓，過渡段外表面即為該相切的圓至法蘭段上表面的圓錐側(cè)面部分;過渡段外 表面與法蘭段之間的夾角采用圓弧過渡。
[0015]過渡段"外錐內(nèi)圓"的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，相對于等壁厚過渡結(jié)構(gòu)，可有效提高上封頭整體 剛性，減小各種工況下反應(yīng)堆壓力容器密封面的軸向分離量，非常有利于降低密封難度。
[0016] 進(jìn)一步地，所述壓水堆反應(yīng)堆壓力容器上封頭采用整體鍛件制造，無拼接焊縫。
[0017] 上封頭整體鍛造制造能夠顯著減少在役檢查工作量，確保了安全性，顯著降低了 在役檢查的工作量和工作人員輻射吸收劑量。
[0018] 本發(fā)明的壓水堆反應(yīng)堆壓力容器上封頭通過采用球缺形結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)合理的過渡 段，極大降低了控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動座貫穿件與上封頭之間的密封焊焊接難度，確保了焊 接質(zhì)量;在少量增重的情況下使得上封頭頂屏蔽效果和受力情況均獲得了大幅改善，有效 提高了上封頭整體剛性，有利于反應(yīng)堆壓力容器的密封;減少了役前和在役檢查工作量，可 有效減少檢查人員操作劑量，上封頭的安全性也獲得了明顯改善。
[0019] 本發(fā)明的壓水堆反應(yīng)堆壓力容器上封頭可應(yīng)用于各種壓水堆核電廠，尤其適合小 型反應(yīng)堆核動力裝置，如海洋核動力平臺、核動力破冰船、艦艇核動力等。
【附圖說明】
[0020] 圖1平封頭式上封頭縱剖圖。
[0021 ]圖2分體式球形上封頭縱剖圖。
[0022]圖3整體式球形上封頭縱剖圖。
[0023]圖4球形上封頭與控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動座貫穿件密封焊示意圖。
[0024]圖5本發(fā)明的壓水堆反應(yīng)堆壓力容器上封頭縱剖圖。
[0025]圖6本發(fā)明的壓水堆反應(yīng)堆壓力容器上封頭俯視圖。
[0026] 圖7本發(fā)明的壓水堆反應(yīng)堆壓力容器上封頭與控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動座貫穿件密封 焊不意圖。
[0027] 附圖標(biāo)記：1.控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動座貫穿件開孔，2.球缺段，3.過渡段，4.法蘭孔， 5.法蘭段，6.上封頭，7.不銹鋼或鎳基合金堆焊層，8.鎳基隔離層，9.控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動 座貫穿件，10.平面型焊縫，11.非平面空間曲線型焊縫。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明的實(shí)施方式做進(jìn)一步的說明。
[0029]實(shí)施例
[0030]本發(fā)明的壓水堆反應(yīng)堆壓力容器上封頭采用軸對稱結(jié)構(gòu)，包括球缺段2、過渡段3 和法蘭段5;所述球缺段2的球缺曲面向上，平面向下；球缺曲面所在圓的圓心為0,半徑為 SR1;球缺段2的平面為圓形，其表面堆焊有不銹鋼或鎳基合金，也可作為反應(yīng)堆壓力容器的 參考基準(zhǔn)平面;球缺段2上設(shè)有控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動座貫穿件開孔1;球缺段2的平面大小可 根據(jù)貫穿件開孔區(qū)域的尺寸和焊接操作空間的需求確定;所述法蘭段5采用圓形法蘭;球缺 段2和法蘭段5之間通過所述過渡段3連接;所述法蘭段5上開有法蘭孔4。
[0031 ]所述過渡段3的內(nèi)表面為球面上的環(huán)形曲面，并且過渡段3內(nèi)表面所在球面與所述 球缺段2的球缺曲面所在的球面同心，所述環(huán)形曲面的半徑為SR2;過渡段3內(nèi)表面上方與球 缺段2的平面相連接，并采用圓弧過渡，圓弧半徑為SR4;過渡段3內(nèi)表面下方與法蘭段5相連 接，并采用圓弧過渡，圓弧半徑為SR3;所述過渡段3外表面由與所述球缺曲面共軸的圓錐側(cè) 面的一段構(gòu)成，該圓錐的側(cè)面與所述球缺曲面相切并形成一個相切的圓，過渡段3外表面即 為該相切的圓至法蘭段5上表面的圓錐側(cè)面部分;過渡段3外表面與法蘭段5之間的夾角采 用圓弧過渡，圓弧半徑為SR5。
[0032] 所述壓水堆反應(yīng)堆壓力容器上封頭可以采用整體鍛件制造，無拼接焊縫。
[0033] 本發(fā)明的壓水堆反應(yīng)堆壓力容器上封頭與控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動座貫穿件9之間可 以采用如下技術(shù)方案進(jìn)行密封焊:首先，在上封頭6的控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動座貫穿件開孔1 下緣開J型坡口；接下來，將控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動座貫穿件9采用冷裝置入并定位，裝配結(jié)束 后進(jìn)行尺寸檢查;然后，在坡口內(nèi)堆焊鎳基隔離層8,并進(jìn)行相應(yīng)無損檢測；最后，按照設(shè)計(jì) 要求完成焊接。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種壓水堆反應(yīng)堆壓力容器上封頭，采用軸對稱結(jié)構(gòu)，其特征在于:該壓水堆反應(yīng)堆 壓力容器上封頭包括球缺段、過渡段和法蘭段;所述球缺段的球缺曲面向上，平面向下，球 缺段上設(shè)有控制棒驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動座貫穿件開孔;所述法蘭段采用圓形法蘭;球缺段和法蘭 段之間通過所述過渡段連接。2. 如權(quán)利要求1所述的壓水堆反應(yīng)堆壓力容器上封頭，其特征在于:所述過渡段的內(nèi)表 面為球面上的環(huán)形曲面，并且過渡段內(nèi)表面所在球面與所述球缺段的球缺曲面所在的球面 同心;過渡段內(nèi)表面上方與球缺段的平面相連接，并采用圓弧過渡;過渡段內(nèi)表面下方與法 蘭段相連接，并采用圓弧過渡;所述過渡段外表面由與所述球缺曲面共軸的圓錐側(cè)面的一 段構(gòu)成，該圓錐的側(cè)面與所述球缺曲面相切并形成一個相切的圓，過渡段外表面即為該相 切的圓至法蘭段上表面的圓錐側(cè)面部分；過渡段外表面與法蘭段之間的夾角采用圓弧過 渡。3. 如權(quán)利要求1或2所述的壓水堆反應(yīng)堆壓力容器上封頭，其特征在于:所述壓水堆反 應(yīng)堆壓力容器上封頭采用整體鍛件制造，無拼接焊縫。
【文檔編號】G21C13/073GK106098113SQ201610607725
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月28日 公開號201610607725.6, CN 106098113 A, CN 106098113A, CN 201610607725, CN-A-106098113, CN106098113 A, CN106098113A, CN201610607725, CN201610607725.6
【發(fā)明人】莊毅, 周寅鵬, 范月容, 張金山
【申請人】中國原子能科學(xué)研究院