用于從核反應堆加壓容器移除上部內部構件的裝置和方法
【技術領域】
[0001]本發明總體涉及一種用于更換核反應堆燃料的裝置和方法，更具體地涉及這樣一種用于移除和再安裝該反應堆的上部內部構件的設備和方法。
【背景技術】
[0002]壓水反應堆具有安裝在立式反應堆容器中的大量的細長形的燃料組件。加壓的冷卻劑循環穿過所述燃料組件以吸收由容置于所述燃料組件中的可裂變材料的核反應所產生的熱量。被加壓水冷卻的這樣的核反應堆動力產生系統的一次側包括封閉回路，所述封閉回路與用于產生有用能量的二次回路隔離并存在換熱關系。所述一次側包括封閉支撐包含裂變材料的多個燃料組件的堆芯內部結構的反應堆容器、熱交換蒸汽發生器內的一次回路、用于循環加壓水的增壓器、泵以及管道的內部容積；所述管道獨立地將每一個蒸汽發生器和泵與所述反應堆容器連接。在那種類型的常規核電廠中，所述一次側的每一個部分包括蒸汽發生器、泵以及與所述反應堆容器以連接形成所述一次側回路的管道系統。
[0003]為了圖示的目的，圖1示出了簡化的常規核反應堆一次系統，包括大體上圓柱形的壓力容器10，該壓力容器具有包圍核堆芯14的閉合頂蓋12。例如水或者含硼水的液體冷卻劑借助泵16泵送至容器10中，穿過堆芯14并被排放至換熱器18 (通常指的是蒸汽發生器)，在堆芯處熱能被吸收，在換熱器中熱量被傳遞至應用回路(未示出)，例如蒸汽驅動式渦輪發電機。該反應堆冷卻劑接著返回至泵16，完成一次環路。通常，多個上述的環路借助反應堆冷卻劑管道20連接至單一反應堆容器10上。
[0004]在圖2中更詳細地示出了一種示例性常規反應堆設計。除包括有多個平行的、共同豎直延伸的燃料組件22的堆芯14以外，為了說明的目的，其他的容器內部結構可被分成下部內部構件24和上部內部構件26。在常規的設計中，下部內部構件起到支撐、排列和引導堆芯部件和儀表設備的作用，以及在容器內引導流動的作用。上部內部構件約束燃料組件22或者提供了用于燃料組件22的二次約束(僅有兩個在圖2中簡單示出)、支撐和引導儀表設備和例如控制棒28的部件。在圖2所示的示例性反應堆中，冷卻劑穿過一個或更多個入口接管30進入反應堆容器，向下流過反應堆容器和堆芯吊籃32之間的環形空間，并在下部腔室34中反轉180°，向上經過下部支撐板37和燃料組件置于其上的下部芯板36，穿過燃料組件22并圍繞燃料組件22。在一些設計中，下部支撐板37和下部芯板36由高度與37相同的下部堆芯支撐板的單一結構所代替。通過堆芯和周圍區域38的冷卻劑流量在每秒約20英尺的速度通常為大約每分鐘400000加侖。所產生的壓降和摩擦力趨于導致燃料組件升高，該燃料組件的移動通過包括圓形的上部芯板40的上部內部構件所限制。流出堆芯14的冷卻劑沿著上部芯板40的下側流動并向上穿過多個穿孔42流動。該冷卻劑接著向上徑向地流到一個或更多個出口接管44。
[0005]上部內部構件26可被容器或容器頂蓋支撐并包括上部支撐組件46。載荷主要在上部支撐組件46和上部芯板40之間借助多個支撐柱48傳遞。每個支撐柱在所選擇的燃料組件22和在上部芯板40中的穿孔42上方排列。
[0006]通常包括驅動軸或驅動棒50和中子毒物棒的連接柄組件52在內的直線可動的控制棒28被引導穿過上部內部構件26，并借助控制棒引導管54進入到所對齊的燃料組件22中。該引導管固定地連接至上部支撐組件46和上部芯板40的頂部。支撐柱48的布置有助于在發生事故情況下延緩引導管的變形，該變形對于控制棒的插入能力產生不利的影響。
[0007]為了控制裂變過程，許多控制棒28可在燃料組件22中的位于預定位置的引導套管內往復地移動。具體地，定位在燃料組件的頂部接管上方的控制棒機構支撐多個控制棒。該控制棒機構(也稱之為棒束控制組件)具有內部帶螺紋的筒形轂構件，其帶有多個徑向延伸的錨爪或臂以形成之前關于圖2所述的連接柄52。以眾所周知的方式，每個臂與控制棒28互連，以使得控制棒組件機構72可操作而在燃料組件內的引導套管內豎直地移動控制棒28，從而在與控制棒機構轂所聯接的控制棒驅動軸50的原動力下控制燃料組件22中的裂變過程。
[0008]使用輕水反應堆的核電廠要求周期性的停機以更換反應堆的燃料。新的燃料組件傳送至核電廠并連同之前已經從反應堆中移出的用過的燃料組件一起暫時地存放在燃料存放建筑中。在更換燃料的停機期間，在反應堆中的一部分燃料組件從反應堆移動至燃料存放建筑中。燃料組件的第二部分從在該反應堆中的一個支撐位置移動至該反應堆中的另一個堆芯支撐位置。新的燃料組件從燃料存放建筑中移動至反應堆中以替代那些已經移出的燃料組件。這些移動依照詳細的順序計劃來完成以根據反應堆堆芯設計者所預備的整體更換燃料計劃將每個燃料組件布置在特定位置。在常規的反應堆中，接近燃料所需的反應堆內部構件的移除和在反應堆和燃料存放建筑中的乏燃料池之間的新舊燃料的移動在水下執行，從而為電廠維護人員提供屏蔽。這通過提升集成于電廠建筑結構的更換燃料腔體和通道中的水位來完成。大于20英尺的水位為反應堆內部結構和燃料組件的移動提供了屏蔽。
[0009]更換燃料活動經常在使核電廠返回至功率操作狀態的關鍵路徑上進行，因此，這些操作的速度對于電廠的所有者來講是重要的經濟上的考慮。此外，電廠配件和燃料組件昂貴且必須小心而不引起因所述燃料組件或燃料轉移設備的錯誤操作而導致的損傷或者不必要的輻射暴露。這些操作的精確度也是重要的，因為所述反應堆堆芯的安全和經濟的操作依賴于每個處于其合適位置的燃料組件。典型的壓水反應堆需要每18至24個月更換燃料。
[0010]如圖1和2所示，采用常規設計的商用發電設備通常為約1100兆瓦以上。最近，西屋電氣有限公司已經提出了 200兆瓦的小型模塊化反應堆。該小型模塊化反應堆是將所有一次環路部件布置在反應堆容器內的整體式壓水反應堆。反應堆容器由緊湊的高壓外殼所包圍。因為該外殼內的有限空間和對整體式加壓輕水反應堆的低成本要求，在不犧牲安全性或功能性的情況下，必須最小化輔助系統的整體數量。例如，與一些小型模塊化反應堆的設計相關的緊湊的高壓外殼不允許大的可注水式腔體結合在反應堆容器上方，所轉移的部件在反應堆容器中被屏蔽。
[0011]因此，本發明的一個目的是提供一種特別的搬運設備，其在不向外殼注水的情況移除上部內部構件以允許接近所述燃料組件，同時保護電廠人員和鄰近的設備免于輻射的有害影響。
[0012]本發明的進一步的目的是提供還可應用于常規反應堆的這樣的設備，其將避免在更換燃料操作期間所述殼體的注水和排水的必要性以及時間和費用。
【發明內容】
[0013]這些和其他的目的通過用于更換反應堆燃料的上部內部構件組件的提升固定裝置來實現，所述反應堆具有反應堆容器，反應堆容器帶有環繞反應堆容器開口的上部法蘭，所述開口通過封閉頂蓋上的配套法蘭密封。所述反應堆容器包圍所述上部內部構件組件，所述上部內部構件組件安置于所述反應堆堆芯內的多個燃料組件上。所述上部內部構件組件包括控制棒組件的驅動棒移動殼體，控制棒組件的驅動棒容置于所述殼體內并且所述驅動棒沿著豎直路徑穿過所述殼體移動。所述上部內部構件組件的提升固定裝置包括屏蔽板，所述屏蔽板具有一定的尺寸以便當所述屏蔽板被支撐在反應堆容器上部法蘭上時覆蓋所述反應堆容器內的開口。所述屏蔽板由減少在覆蓋所述反應堆容器開口的所述屏蔽板的上方工作的工人的輻射暴露的材料形成