核蒸汽发生器支撑和对准结构

摘要

一种核蒸汽发生器支撑和对准结构，其支撑在屏蔽安全壳的壁上的核蒸汽发生器的全部重量，蒸汽发生器被设计为在屏蔽安全壳内运行。支撑装置包括能升高、降低、旋转和倾斜蒸汽发生器的液压定位器，从而将蒸汽发生器与待连接的反应堆冷却剂管道对准。

说明书

相关申请交叉引用

本申请要求2011年3月1日提交的临时申请No.61/447892的优 先权。

背景技术

本文中所描述的实施例总体上涉及核蒸汽发生器支撑装置，更具 体地涉及一种在核电站建造期间能将蒸汽发生器升高、降低、倾斜和 旋转以将该蒸汽发生器与待焊接的反应堆冷却剂管道对准的核安全壳 支撑装置。

现有技术

用加压水进行冷却的核反应堆发电系统的一次侧包括被隔离的且 与生产有用能量的二次回路成热交换关系的闭合回路。所述一次侧包 括用于包封堆芯内结构的反应堆容器，该堆芯内结构支撑多个包含裂 变材料的燃料组件、换热式蒸汽发生器内的主回路、稳压器的内侧容 积、用于循环加压水的泵和管道；所述管道将每个蒸汽发生器和泵独 立地连接到反应堆容器。包括蒸汽发生器、泵和被连接到容器的管道 系统在内的一次侧的每一个部分构成了核发电系统的一次侧的环路。

为了说明，图1示出了一种简化的核反应堆主系统，包含具有包 封反应堆堆芯的顶盖12的大致圆柱形反应堆压力容器10。液态反应 堆冷却剂（比如水或硼水）通过泵16被泵入容器10，流经堆芯14被 吸收热量后，被排出到通常被称为蒸汽发生器的换热器18，在蒸汽发 生器中热量被传递到应用回路（未示出），比如蒸汽驱动的涡轮发电 机。然后反应堆冷却剂返回泵16，完成主环路。通常，多个上述环路 通过反应堆冷却剂管道20被连接到一个反应堆容器10，其中主冷却 剂环路之一包含用于调节主系统压力的稳压器22。

每个蒸汽发生器18是一种带有集成水分分离设备的立壳式U形 管蒸发器。反应堆冷却剂流在进入倒置的U形管之前经单个热段接管 （hot leg nozzle）24进入蒸汽发生器18，所述U形管占据了直径缩小 的大致圆柱形外壳28的大部分，当冷却剂流过U形管时，冷却剂将 热量传递给二次侧，然后返回主冷却剂管道20的冷段侧26。所述冷 却剂流经两个冷段接管30（cold leg nozzle）离开蒸汽发生器，每个冷 段接管上直接附接一个反应堆冷却剂泵16。冷却剂泵16的每个排出 接管被连接到主冷却剂管道的冷段26，从而将相对低温的反应堆冷却 剂送回反应堆容器10，用于经堆芯14再循环，在堆芯所述循环被重 复。因此所描述的主反应堆发电系统是一种先进的被动式核发电设备， 比如由总部位于Cranberry Township,Pennsylvania的Westinghouse  Electric Company LLC设计并销售的AP1000设备。在AP1000安装 过程的研发期间，发现AP1000核电站蒸汽发生器具有独特的结构。 用于建造传统蒸汽发生器和核电站结构的先前方法使用短管件（spool  piece）将主冷却剂管道结合到蒸汽发生器，并且主冷却剂泵被连接到 与该蒸汽发生器隔开的反应堆冷却剂管道的冷段的一段跨距上。已有 的蒸汽发生器通常具有从下方支撑蒸汽发生器的四腿稳定支撑件。 AP1000核电站设计的独特结构在于，例如，使主冷却剂泵直接连接 到蒸汽发生器的底部需要采取不同的支撑方案。为此设计了单个“弹 簧高跷柱式”基础支撑件。此外，AP1000蒸汽发生器被设计为不使 用短管件被焊接到主冷却剂管道，这要求主冷却剂管道与蒸汽发生器 和冷却剂泵上的对应接管严格地对齐。考虑到AP1000核电站蒸汽发 生器大约重1463000磅（664公吨），在核电站建造期间需要精准的 对准装置将蒸汽发生器组装在核电站主系统内。优选地，这种对准装 置能支撑蒸汽发生器组件的整个重量，从而使通常被用于粗略定位蒸 汽发生器的桥式吊车能自由地用于其他的建造工程。

因此，该实施例的一个目标是提供一种能准确地将蒸汽发生器入 口接管和泵出口接管定位并与对应的主环路管道对准的蒸汽发生器对 准装置。

该实施例的另一个目标是提供一种能不需要桥式吊车的辅助就能 支撑蒸汽发生器全部重量的装置。

该实施例的再一个目标是提供一种将蒸汽发生器升高、降低、旋 转和倾斜到正确对准位置的装置。

另一个目标是提供一种便于建立蒸汽发生器的永久支撑件的装 置。

另外，该实施例的目标是提供一种在蒸汽发生器的永久支撑件建 立后易于拆除和能被重复使用的装置。

发明内容

通过由核安全壳内的内壁或底板支撑蒸汽发生器的蒸汽发生器支 撑和对准结构来实现这些和其他目标。本文中所描述的支撑和对准结 构包括从核安全壳的内壁或底板延伸并且被附接到蒸汽发生器的至少 两侧的基本刚性的支撑装置。所述基本刚性的支撑装置包含底座、支 撑段和用于对准发生器的装置。所述底座置于安全壳的内壁或底板上。 所述支撑段被联接到所述蒸汽发生器的侧部的至少一部分圆周上。用 于对准发生器的装置是可操作的以在所述发生器固定在支撑段的情况 下相对于所述底座升高、降低或旋转所述支撑段，从而对准所述发生 器。优选地，用于升高、降低或旋转所述支撑段的装置包含在所述底 座和所述支撑段之间的多个液压千斤顶，并且理想地，用于如此定向 支撑段的装置能相对于所述底座倾斜或横向移动所述支撑段，同时在 所述蒸汽发生器正被对准时支撑蒸汽发生器组件的全部重量。

在一个实施例中，在所述蒸汽发生器固定在支撑段内的情况下用 于相对于所述底座升高、降低或旋转所述支撑段的装置提供充分的蒸 汽发生器的精细移动，从而将蒸汽发生器入口接管和一个或多个蒸汽 发生器出口接管分别与反应堆系统的主冷却剂管道对准。优选地，这 种蒸汽发生器的精细移动以0.03125英寸（0.07938厘米）这样小的值 为增量。

在另一个实施例中，所述支撑段包括连接到蒸汽发生器的上圆柱 段的上支撑段，以及连接到蒸汽发生器的直径缩小的下圆柱段的下支 撑段，且用于相对所述底座升高、降低或旋转所述支撑段的装置连接 在所述上支撑段和所述底座之间。优选地，所述下支撑段被定位在所 述底座下方，而蒸汽发生器的静重（即不含水的重量）基本上通过接 合蒸汽发生器侧部上的凸耳的至少两个基本径向相对的抬升连杆由上 支撑段支撑。理想地，在所述蒸汽发生器至少部分地被内安全壳壁包 围的情况下，所述上支撑段被支撑在内壁上的至少四个位置上，优选 地位于内壁上的所述至少四个位置的每一个上的支撑件都有至少一个 用于横向移动所述蒸汽发生器的横向液压构件。理想地，所述至少一 个横向液压构件包括分别沿X和Y方向移动的两个横向液压构件。在 一个实施例中，所述上支撑段包含基本上围绕蒸汽发生器的上圆柱段 的圆周的支撑环，且每个横向液压构件分别接合该支撑环，从而在所 述横向液压构件被激活后横向移动该支撑环，进而移动发生器。优选 地，所述支撑环支撑并接合多个竖直的液压构件，其中每个竖直液压 构件被定位在对应的横向液压构件附近。理想地，每个竖直液压构件 接合并支撑一个与每个蒸汽发生器抬升连杆接合的支撑框架。

在另一个实施例中，所述下支撑段以一种允许所述蒸汽发生器旋 转并向上、向下和横向地移动给定距离但又限制所述蒸汽发生器的一 侧到另一侧移动的方式被撑靠在内安全壳壁的内侧上的至少两个径向 相反的位置上。优选地，所述下支撑段包含撑靠在内安全壳壁的内侧 上的横向液压延伸臂。理想地，所述横向液压延伸臂朝所述蒸汽发生 器收缩，从而使蒸汽发生器在最初能被定位在所述内壁内。

在另一个实施例中，用于相对所述底座升高、降低或旋转所述支 撑段的装置包括多个液压构件，并且优选地若干所述液压构件结合支 承板或滚柱支撑发挥作用，从而影响蒸汽发生器的移动。

附图说明

通过下面结合附图对优选实施例的描述能更好地理解本发明，其 中：

图1是该实施例所应用的核反应堆主系统的实施例的简化透视 图；

图2A是本文中所述一个实施例的上支撑段的透视图，其中用虚 线画出的蒸汽发生器被支撑在安全壳隔间内；

图2B是图2A中所述的上支撑段的另一个透视图；

图3是图2中所示的上支撑段的放大视图；

图4是图2和3中所示的上支撑段的壁支撑承座和相关液压机构 的放大透视图；

图5是图4所示的壁支撑承座的另一个透视图；

图6是图2-5中所示的上支撑段的平视图；

图7A是限定蒸汽发生器（用虚线绘制）外壳下部的本文中所述 实施例的下支撑件的示意图，其中下支撑件处于收缩位置；

图7B是图7A中所示的支撑件的示意图，其中横向延伸臂被展开；

图7C是图7B的透视图，其中蒸汽发生器被稍微转动以更好地展 现被展开的延伸构件；

图8是图7中所示下支撑件的等距视图；

图9是采用了Hillman滚柱来影响蒸汽发生器的转动的上支撑件 的另一个实施例的平视图；

图10是图9中所示实施例的侧视示意图；

图11是本文中所述的下支撑件的另一个实施例的局部截面侧视 图；

图12是能用于图2-11所示实施例的操作者控制台的等距视图。

具体实施方式

包含反应堆冷却剂环路的一次侧的核蒸汽发生器的下部通常由混 凝土隔间屏蔽，在所述混凝土隔间中支撑有蒸汽发生器。本文中所述 的实施例提供一种临时的安装和对准工具，用于在核电站建造期间将 蒸汽发生器支撑在它的混凝土屏障内，所述工具使得蒸汽发生器能被 升高、降低、旋转和倾斜，从而使蒸汽发生器能与反应堆冷却剂连接 管道对准并建立永久的蒸汽发生器支撑。虽然本文中所述的支撑和对 准装置能被用作永久的蒸汽发生器支撑，但是它更大的价值在于作为 一种临时支撑在建造期间能够从一个发生器移到另一个发生器，从而 有利于实现将每个蒸汽发生器附接到反应堆主冷却剂系统。本文中所 述的支撑装置使用结构钢支撑框架装置和液压千斤顶装置以及控制监 视装置在蒸汽发生器的安装过程期间抬升、顶起、侧移、倾斜和旋转 蒸汽发生器。

先前的核蒸汽发生器要求在该发生器设置就位之前先安装稳定的 底座支撑件。所述蒸汽发生器被固定到该底座支撑件并成为自支撑。 这种支撑件对于图1中所示类型的具有从其下端竖直延伸的两个主冷 却剂泵的蒸汽发生器来说是不实际的。

本文中所述的实施例的独特之处在于：所述实施例在所述蒸汽发 生器最初被设置在屏蔽安全壳内之后使蒸汽发生器稳定并支撑其全部 重量，并操纵所述蒸汽发生器与待焊接的冷却剂管道对准。因此，本 文中所给出的实施例允许桥式吊车与所述蒸汽发生器脱开，从而桥式 吊车能用于其他建造工作。所以，本文中所述的支撑装置能够对具有 两个被焊接在蒸汽发生器底端上的反应堆冷却剂泵壳体的不平衡的蒸 汽发生器进行设定，同时支持并实现已装填蒸汽发生器在三个方向上 的移动以及上侧、下侧和中间横向永久支撑件与阻尼器的安装。

虽然本文中所述的对准装置的实施例被展示为应用于AP1000核 电站，更具体地说是AP1000核蒸汽发生器，但是应当理解本文中所 述的原理能被应用于几乎任何管壳式蒸汽发生器设计。下文所要求保 护的对准和支撑装置的一个实施例在图2-8中公开，该装置的上支撑 框架在图2-6中示出。在该实施例中，如图2A和2B所示，支撑装置 32的上支撑框架34被定位在混凝土壁36的顶部上，混凝土壁包围蒸 汽发生器18的下部。蒸汽发生器的所述下部能以多种方式临时地或永 久地被支撑在隔间壁36内，如图7，8和11中所示，将在后面描述。 上支撑件34的第二实施例在图9和10中示出。

如图2中所示，上支撑框架34由包围发生器并放置在四个隔开的 承座38上的结构钢架构成，所述承座被分别放置在包围蒸汽发生器 18下部的混凝土壁36的顶部上。如图2A和2B所示，蒸汽发生器的 承载负荷通过抬升连杆42被支撑在两个辅助人孔抬升凸耳40上，所 述抬升连杆42从支撑框架34的径向相对侧竖直延伸。每个承座38 接合至少一个横向液压构件，优选地接合两个如图3-6中所示的液压 构件44，所述承座38将上支撑框架34支撑在混凝土壁36上。每个 横向液压构件44分别与环绕蒸汽发生器18至少一部分的支撑环46 附接或接合。所述支撑环46可以是单个组件或者包括多个构件。所述 支撑环46支撑或者接合多个被定位在承座38和上支撑框架34之间的 竖直液压构件48。在图2-6所示的实施例中，支撑环46支撑四个竖 直液压构件48（其中每个竖直液压构件位于围绕所述支撑环46大致 均匀间隔开的每个承座位置上），并各自接合两个分别定向在X和Y 平面中的横向液压构件。根据图4和5能清楚地明白，所述竖直液压 构件48被分别装配在不粘性（lubron）承载平移板50上，所述承载 平移板被附于对应的壁承座38上，接着被连接到每个横向液压构件 44。竖直液压构件48的另一端被连接到上支撑框架34，而不粘性承 载板50的径向向内部分被连接到支撑环46。竖直液压构件接合并支 撑上支撑框架34，所述上支撑框架34继而接合并支撑蒸汽发生器抬 升连杆42。

因此所描述的蒸汽发生器临时支撑上支撑框架42被隔间壁36支 撑在距离安全壳的操作底板大约153英尺的高度上，并具有相对小的 操作者平台54和用于控制各种液压构件运行的控制箱52。所述竖直 液压构件能以1/32英寸（0.08厘米）的增量使所述蒸汽发生器上下移 动多达大约六英寸（15.24厘米）。相似地，所述横向液压构件能以 1/32英寸（0.08厘米）的增量使所述蒸汽发生器侧向和横向移动多达 大约六英寸（15.24厘米）。该实施例的系统还能以0.50度校正蒸汽 发生器的竖直轴线。通过控制平台54上可接近的控制单元52能控制 多个液压构件，所述控制平台54从包围发生器18的混凝土壁36的顶 部上被临时悬吊。

作为之前所述的图2-6所示系统的替代，本申请的定位和对准系 统可以采用千斤顶机构，比如被连接到支撑构件58上的（或 等同产品）单动式液压千斤顶56，该支撑构件58承载支撑蒸汽发生 器凸耳40的支撑连杆42。在图9和10所示的实施例中，Hillman Swivel  OT滚柱（或等同产品）60和同步主控单元52一起使用。类似地，可 以采用GenMover"MUSE"移动系统。在图9和10中，Hillman滚柱 60通过支撑连杆62从所述支撑构件58得到支撑。本文中所述的支撑 和对准系统可以具有单个控制单元52，或者由技术人员远程操作。所 述控制系统是通用的，并且可以在连接到相同反应堆的多个蒸汽发生 器之间互换。所述控制系统包含所有的液压动力单元、液压管网和控 制阀。为了安全所述液压千斤顶56优选是带有机械锁定装置的单动式 千斤顶。PV-42（或等同产品）控制或监视装置可用于所 述系统。

在操作中，图2-6所示的实施例可以按下面所述那样运行。桥式 吊车或外部移动起重机将蒸汽发生器运输并定位在待安放发生器的隔 间壁的附近。所述吊车通常通过接合所述凸耳40来执行该操作。吊车 将蒸汽发生器下降到由隔间模块壁36所围成的空间内，并在竖直柱支 撑件（“弹簧高跷柱”）的上方。当蒸汽发生器18被吊车降低后，每 个凸耳分别接合上支撑框架34上的抬升连杆42。在支承框架接合蒸 汽发生器18后，通过抬升连杆42和被固定的下部限制器（例如图7 和8中所示），连接到上支撑框架34上的液压构件可以被用于将蒸汽 发生器操控进所需要的位置以与主冷却剂管道对准。通过这种方式， 可以激活竖直液压构件48以降低或升高蒸汽发生器18。如之前所述， 竖直液压构件48支撑上支撑框架34，并被附接到支撑环46。然后可 以激活横向液压构件44，以沿X-Y方向操控蒸汽发生器。在图2-6所 示的实施例中，每个横向液压构件44被定位在承座38附近并连接到 该承座，而且每个承座在周向间隔开的位置上被连接到支撑环46。所 述横向液压构件44因此能迫使支撑环46改变位置。激活横向液压构 件44而迫使支撑环46改变位置，这导致所述上支撑框架在X-Y平面 内改变位置。在所示的实施例中，所述支撑环与蒸汽发生器18通过套 环的方式接合，与所述承座38通过不粘性支承板50的方式接合。任 何合适的装置可以被用于这些连接。所述套环和不粘性支承板50分别 导致被附接到蒸汽发生器18和承座38的所述支撑环可移动。

在图7，8和11中示出两种示范性的、替换下部限制器组件。也 可以使用其他类似的限制器。在图7和8所示的实施例中，下部限制 器64包括上带66和下带68。在主冷却剂在蒸汽发生器壳体内的U形 管内流动的区域中，两个带被分别固定到蒸汽发生器18的下部段。上 带66和下带68通过多个竖直连接构件70彼此接合。多个间隔开的延 伸臂72位于绕下带68的间隔开的位置并从该位置径向延伸，所述延 伸臂在各自的远侧端处带有液压千斤顶系统74。延伸臂72优选被可 枢转地连接到下带68。多个绞盘76被分别附接在上带66的圆周上的 多个间隔位置上，与延伸臂72竖直对准，用于使延伸臂72远侧端处 的液压千斤顶系统74向上直立。被对准的延伸臂72和绞盘76通过线 缆分别彼此接合。绞盘76被用于升高和降低延伸臂72，以使得所述 延伸臂能径向收缩抵靠在蒸汽发生器壳体上，从而使蒸汽发生器18 能下降到屏蔽隔间的混凝土壁36内。然后绞盘76降低延伸臂72，从 而使液压千斤顶系统74能延伸以接合模块壁36，并将发生器18的下 部撑靠在隔间模块壁上。衬垫78被定位在每个延伸臂72的端部处。 在下部限制器组件展开期间，所述衬垫78接合模块壁36。图7A示出 了下部限制器组件，其中延伸臂72处于收缩位置从而使发生器能下降 到最终屏蔽所述发生器的混凝土壁隔间内。图7B示出了为了使液压 千斤顶74在远侧端处展开而完全伸展的绞盘线缆和被放低的延伸臂 72。图7C示出了延伸臂72完全伸展以及发生器从图7B的视图稍微 旋转的类似视图，并提供了已展开的延伸臂72和对应绞盘76的另一 个透视图。一种替代的下部限制器64在图11中示出，其中所述蒸汽 发生器18采用线缆80和锚定件82被系到混凝土壁36。

带有阻尼器84的上部横向支撑件也可以被用于将蒸汽发生器18 接合到混凝土壁36，如图9和10所示。如之前关于图9和10所示的 上支撑件的替换实施例所描述的那样，所述液压千斤顶56可以通过升 高或降低所述支撑构件58和支撑连杆62来升高或降低蒸汽发生器。 液压千斤顶56还可以从Hillman滚柱60移除任意负载，从而允许 Hillman滚柱转动到不同的位置。横向液压致动器也可以被用于该实 施例中，如同之前关于图2-6所示的实施例所描述那样，从而迫使支 撑连杆62和支撑构件58沿各种方向移动。液压部件由能同步它们动 作的电脑进行控制，以同时实现所需要的移动。所述控制系统还能将 下部限制器64上的液压千斤顶74与上部限制器34同步。

尽管本发明的特定实施例已经被详细地描述，但是本领域技术人 员能明白在本文的总体教导下能得出对那些细节的多种改变和替换。 例如，气动缸可以被用于取代液压缸。所以，所公开的具体实施例仅 意味着是说明性质的，而不是限制本发明的范围，本发明的范围由后 附权利要求及其所有等同物给出。