CN102017009A - 自动远程测量反应堆内部间隙的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种远程、精确的间隙测量装置，用于自动地测量反应堆内部构件之间的间隙，反应堆内部构件包括：核反应堆容器、堆芯支撑筒、堆芯围筒和下部支撑结构件，远程、精确的间隙测量装置包括：一个或多个数字探测器，用于测量核反应堆容器凸起和堆芯支撑筒凸起之间的间隙，核反应堆容器凸起布置在核反应堆容器的内表面上，堆芯支撑筒凸起布置在堆芯支撑筒的外表面上并与核反应堆容器凸起相啮合；计算机，和数字探测器连接，用于显示和存储由数字探测器测量的间隙的测量值；及计算机控制的电磁阀，电磁阀控制通过空气软管供应的压缩空气来操纵数字探测器，其中，在将堆芯支撑筒、堆芯围筒和下部支撑结构件互相焊接之后，数字探测器测量间隙，从而缩短了建设周期，简化了建设过程。

Description

自动远程测量反应堆内部间隙的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种远程、精确的间隙测量装置，用于自动地测量反应堆内部构件之间的间隙，尤其涉及这样一种远程、精确的间隙测量装置，该装置能够在核电站的建设过程中，当将堆芯支撑筒、堆芯围筒和下部支撑结构件装配并安装在核反应堆容器中时，自动地测量间隙以使核反应堆容器凸起和堆芯支撑筒凸起之间的间隙满足允许的间隙要求。

背景技术

图1为显示传统反应堆内部构件的横向截面图。图2为显示传统反应堆内部构件的纵向截面图。图3为局部截面图，显示了传统核反应堆中的堆芯支撑筒凸起7与核反应堆容器凸起8之间的间隙9。

参照图1至图3，在传统核电站的建设过程中，堆芯支撑筒2、堆芯围筒3和下部支撑结构件4被安装在核反应堆容器1中。堆芯支撑筒2与堆芯围筒3和下部支撑结构件4分开提供，并与堆芯围筒3和下部支撑结构件4装配。

这里的堆芯围筒3和下部支撑结构件4作为一个装配结构件由工厂提供。

在建筑场地上装配两个单独的部件，因为测量者要亲自下到核反应堆容器1的下部空间去测量位于堆芯支撑筒凸起7与核反应堆容器凸起8之间的间隙9。

因此，堆芯支撑筒2与堆芯围筒3和下部支撑结构件4分开提供，并与堆芯围筒3和下部支撑结构件4装配，以使测量者可以下到核反应堆容器1的下部空间。

为了测量间隙9，即堆芯支撑筒凸起7与核反应堆容器凸起8之间的距离，只有堆芯支撑筒2被安装在核反应堆容器1中，而没有与堆芯围筒3和下部支撑结构件4装配。然后，测量者进入核反应堆容器1中测量间隙9，以基于间隙9的尺寸精确地确定装填物(filler)(图中未示出)的尺寸。然后，根据确定的尺寸制造装填物并将该装填物安装在核反应堆容器凸起8的凹槽11处。

安装完装填物之后，堆芯支撑筒2再和核反应堆容器1装配。然后，在反应堆内部构件装配完毕之后，测量者进入核反应堆容器1和堆芯支撑筒2的下部空间，并再次测量间隙9，以最终确认间隙9是否满足允许的间隙要求。

如果间隙9满足允许的间隙要求，则堆芯围筒3和下部支撑结构件4被焊接到堆芯支撑筒2的下部凸缘处(整个焊接组件被称为“堆芯支撑筒组件”(a core support barrel assembly))。堆芯支撑筒组件和核反应堆容器1装配。

当采用这种传统的装配方法的时候，实施人工测量间隙的过程、焊接过程以及无损检查的过程需要花费几个月的时间。因此，延长了核电站的建设周期，增加了其建设成本。

以下，参照图1至图3更加具体地描述安装反应堆内部构件的这种过程。

如图1所示，核反应堆包括核反应堆容器1、核反应堆容器盖(图中未示出)，以及控制棒驱动机构(图中未示出)。在核反应堆容器1中，装有核燃料棒束(图中未示出)、包围核燃料棒束的堆芯围筒3以及支撑核燃料棒束的堆芯支撑筒2。

安装在堆芯围筒3和核燃料棒束下部的下部支撑结构件4支撑着堆芯围筒3和核燃料棒束的重量。下部支撑结构件4布置在核反应堆中的堆芯支架5上。

在入口管(entry nozzle)内流动的低温冷却剂使由核燃料棒束进行核裂变链式反应产生的热量减少。

由于热量而升温的冷却剂经由出口管(outlet nozzle)传送到蒸汽发生器以产生蒸汽，蒸汽带动涡轮旋转从而产生电能。

核反应堆容器凸起8啮合于堆芯支撑筒凸起7之间，堆芯支撑筒凸起7布置在堆芯支撑筒2的下部，由此，堆芯支撑筒2和核反应堆容器1装配。

核反应堆容器凸起8与堆芯支撑筒凸起7之间的啮合装配约束了堆芯支撑筒组件的径向位移或者周向位移。

当核反应堆及其内部构件在由核裂变链式反应产生的高温下发生膨胀时，为了防止核反应堆及其内部构件由于相互接触产生变形，啮合装配要求核反应堆容器凸起8与堆芯支撑筒凸起7之间有一个最终的允许间隙。

为了满足允许的间隙要求，需要测量间隙9并基于测量值确定装填物的厚度的过程。

在核电站的建设过程中，将堆芯支撑筒2、堆芯围筒3和下部支撑结构件4安装在核反应堆容器1中的传统步骤描述如下。

首先，在仅将堆芯支撑筒2插入核反应堆容器1中之后，对堆芯支撑筒凸起7的表面强化部件13的表面和核反应堆容器凸起8的凹槽11的表面之间的间隙9进行测量。

在将堆芯支撑筒2插入核反应堆容器1中之后，测量者下到核反应堆容器1的下部空间，将间隙测量器件插入堆芯支撑筒凸起7的测量开口内来测量核反应堆容器凸起8与堆芯支撑筒凸起7之间的间隙9。

必须在72个点处测量间隙9，沿着核反应堆容器1的周向以每隔60°的位置均布6个凸起，对每个凸起测量12个点。

因此，测量间隙9、确定装填物的尺寸以及制造装填物通常要花费几周的时间。

考虑到最终装配结构件允许的间隙要求，装填物的尺寸基于间隙9的测量值来确定。根据确定的尺寸，制造装填物以将其安装在核反应堆容器凸起8上。

测量间隙9的参考点位于表面强化部件13的表面上，表面强化部件13布置在堆芯支撑筒2的内表面上。

在将装填物安装在核反应堆容器凸起8上之后，为了检验最终间隙9是否在允许的间隙要求之内，堆芯支撑筒2再次被插入核反应堆容器1中，然后测量者下到核反应堆容器1的下部空间并用塞尺(filler gauge)对其进行检验。

如果检验证明最终间隙9满足允许的间隙要求，则将堆芯支撑筒2从核反应堆容器1中提出，然后将堆芯支撑筒2、堆芯围筒3和下部支撑结构件4焊接成一体。

实施这样一个焊接过程通常要花费几周时间，焊接工作在核反应堆容器1的外面进行。

堆芯支撑筒2与堆芯围筒3和下部支撑结构件4装配。这样一个整体结构被称为堆芯支撑筒组件。

两个部件合为一体的堆芯支撑筒组件与核反应堆容器1装配，随后进行接下来的对反应堆内部构件的装配过程。

在传统的核反应堆安装方法中，为了给测量者提供足够的空间以亲自到核反应堆容器1的下部空间测量间隙9，在进行间隙测量过程之前，堆芯支撑筒2不能与堆芯围筒3和下部支撑结构件4装配。因此，在证明最终间隙9满足允许的间隙要求之后，两个部件(核反应堆容器1；堆芯围筒3/下部支撑结构件4)才能最终焊接成一体。

由于制造堆芯支撑筒组件的焊接过程必须跟随测量间隙9其后的装填物尺寸的检验过程进行，因此所述焊接过程被包含于装配反应堆内部构件的关键过程中。

在传统的测量间隙9的过程中，由于在一个狭小的空间里人工测量间隙的72个点需要花费很长的时间，因此测量周期和建设周期相应增加。

此外，在传统的测量间隙9的过程中，由于测量者必须在一个非常狭小的空间里测量72个点，因此很难获得客观的测量值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种远程、精确的间隙测量装置，用于在制造和装配核反应堆的过程中，通过使用数字探测器自动地测量核反应堆容器凸起和堆芯支撑筒凸起之间的间隙，从而减少间隙测量时间并便于在间隙测量过程之前焊接堆芯支撑筒、堆芯围筒和下部支撑结构件的堆芯支撑筒组件的制造。

为了实现上述目的，本发明优选的实施例是一种用于核反应堆的远程、精确的间隙测量装置，该核反应堆包括核反应堆容器、堆芯支撑筒、堆芯围筒和下部支撑结构件，所述远程、精确的间隙测量装置包括：多个数字探测器，用于测量核反应堆容器凸起和堆芯支撑筒凸起之间的间隙，核反应堆容器凸起布置在核反应堆容器的内表面上，堆芯支撑筒凸起布置在堆芯支撑筒的外表面上并与核反应堆容器凸起相啮合；计算机，和数字探测器连接，用于显示和存储由数字探测器测量的间隙的测量值；由计算机控制的电磁阀，电磁阀控制通过空气软管供应的压缩空气来操纵数字探测器，其中，在将堆芯支撑筒、堆芯围筒和下部支撑结构件互相焊接之后，数字探测器测量间隙。

为了实现上述目的，本发明优选的实施例是一种远程、精确的间隙测量方法，包括以下步骤：(a)通过焊接来装配堆芯支撑筒、堆芯围筒和下部支撑结构件，堆芯支撑筒布置在核反应堆容器中，用于支撑核燃料棒束，堆芯围筒布置在堆芯支撑筒中，用于包围核燃料棒束，下部支撑结构件布置在堆芯围筒的下部，用于支撑核燃料棒束；(b)在步骤(a)之后，将标准块规插入核反应堆容器凸起和堆芯支撑筒凸起之间的间隙中，并由多个数字探测器测量间隙，核反应堆容器凸起布置在核反应堆容器的内表面上，堆芯支撑筒凸起布置在堆芯支撑筒的外表面上并与核反应堆容器凸起相啮合以保持堆芯支撑筒稳固。

根据本发明的所述远程、精确的间隙测量装置和方法，其作用在于：可以在测量核反应堆容器和堆芯支撑筒之间的间隙的过程之前制造堆芯支撑筒、堆芯围筒和下部支撑结构件焊接成的堆芯支撑筒组件，因此将焊接过程从关键过程中去除，从而显著缩短了建设周期。

根据本发明的所述远程、精确的间隙测量装置和方法还有其他作用，即：无须测量者下到核反应堆容器的下部空间就能测量间隙；可以减少测量多个点的周期；可保证测量值的可靠性；可以客观地检验测量值。

根据本发明的所述远程、精确的间隙测量装置和方法还有另一个作用，即：可以完全实现远程测量，其中，测量者无需进入恶劣的工作环境(诸如一个狭小的空间)，并且可提高工作效率。

通常，为了提起堆芯支撑筒和堆芯支撑筒组件必须长时间使用回转式吊车，因为它们在核反应堆容器中需要被重复地装配和拆卸，然而，本发明可以显著减少回转式吊车的作业时间，因为堆芯支撑筒组件仅仅需要被拆装两次。因此，回转式吊车可被用于其他生产过程，从而提高了生产力。

附图说明

图1和图2是示出传统反应堆内部构件的截面图。

图3是示出核反应堆容器凸起和堆芯支撑筒凸起之间间隙的局部截面图。

图4是示出根据本发明的远程、精确的间隙测量装置的示意图。

图5是示出其上装有数字探测器的核反应堆容器凸起和堆芯支撑筒凸起的局部截面图。

图6和图7是示出其上装有根据本发明的所述远程、精确的间隙测量装置的反应堆内部构件的截面图。

具体实施方式

以下，将参照附图来详细说明根据本发明的所述远程、精确的间隙测量装置的优选实施例。

图4是示出根据本发明的所述远程、精确的间隙测量装置的示意图，图5是示出标准块规和传感器的装配图。

如图4所示，远程、精确的间隙测量装置包括：用于测量距离的多个数字探测器14、数据处理部件、用于操纵数字探测器的空气部件和电源部件。

4至6个数字探测器14可被插入堆芯支撑筒凸起7中。

为了减少时间和成本以有效测量间隙，最好将至少4个数字探测器14插入堆芯支撑筒凸起7中。

因此，16至24个数字探测器14可连接到三个腔室36、37和38中的每一个腔室，这样数字探测器14的总数可达到48至72个。

这里，腔室36、37和38中的每一个可包括：用于控制压缩空气的电磁阀18、空气软管16、数据电缆17、探测器接口模块21、RS-485通信电缆22、RS-422通信电缆20和空气分流器28。

腔室36、37和38通过RS232-422转换器19连接到计算机27，以控制电磁阀18，由数字探测器14测量得到的数据通过USB模块24和USB集线器(hub)26显示在计算机27上。

操纵数字探测器14的压缩空气由空气压缩机34供给，通过普通型(normal-type)空气滤清单元33、精密型(precision-type)远程空气压力调节器31、空气软管29和分流器30供给到每个腔室36、37和38。

供给到腔室36、37和38的压缩空气在数字探测器14被操纵之后排出。为了循环利用排出的空气，将循环空气软管29连接到分流器30。

远程空气压力调节器31与电磁阀18和信号电缆32连接，从而可实现计算机27对空气压力的远程控制。

探测器接口模块21连接到用于供电的电力电缆35。

用于测量间隙9的数字探测器14可采用线性可变差动变压器(LVDT)，LVDT数字探测器14通过和被测物体接触进行测距。

LVDT数字探测器14可以以微米为单位进行测量。

本发明中采用的数字探测器14的直径是这样确定的：使数字探测器14能够被插入堆芯支撑筒凸起7的测量开口10中，所述测量开口在传统的人工测量中曾使用过。在堆芯支撑筒组件插入核反应堆容器1期间，为了防止数字探测器14与核反应堆容器1接触，数字探测器14的长度要足够短。

数字探测器14通过压缩空气操纵。

图5是示出数字探测器14被安装在堆芯支撑筒凸起7中的截面图。数字探测器14被插入堆芯支撑筒凸起7中，然后由数字探测器固定件15固定于其中。

堆芯支撑筒凸起7与核反应堆容器凸起8的凹槽11之间的间隙9的长度通常达到几十毫米，但是数字探测器14的测量范围小于间隙9。因此，在凹槽11中安装几十毫米厚的标准块规12，其中，标准块规12的尺寸是预先经过准确校验的。

因此，图4中所示的远程、精确的间隙测量装置测量从表面强化部件13到标准块规12之间的距离或者从表面强化部件13到装填物表面之间的距离。

图6、图7是示出了为测量间隙而布置的根据本发明的所述远程、精确的间隙测量装置的截面图。如图6、图7所示，三个腔室36、37和38被布置在堆芯支撑筒组件的下部空间，计算机27、空气压缩机34和电力电缆35被布置在核反应堆容器1的外部。

腔室36、37和38通过数字探测器14及其电缆与堆芯支撑筒凸起7相连，并通过电缆和软管与计算机27以及空气压缩机34相连。

具有前述构造的远程、精确的间隙测量装置用于测量堆芯支撑筒凸起7的表面强化部件13和核反应堆容器凸起8的凹槽11之间距离。

然而，由于堆芯支撑筒凸起7的表面强化部件13和凹槽11之间的距离通常超过数字探测器14的测量范围，因此，在凹槽11中安装其厚度经过预先校验的标准块规12。

因此，数字探测器14实际测量从表面强化部件13到标准块规12的距离。

通过将标准块规12的厚度与远程、精确的间隙测量装置所测距离相加得到间隙9的尺寸。

以下，将对根据本发明的所述远程、精确的间隙测量装置及其使用方法进行更加详细的说明。

数字探测器14通过堆芯围筒3和下部支撑结构件4的下部开口插入堆芯支撑筒凸起7中，并由数字探测器固定件15固定在测量开口10处。

当将数字探测器14安装在堆芯支撑筒凸起7中时，由于必须实施将数字探测器14的末端与堆芯支撑筒2的表面强化部件13之间对应的过程(即：调零过程)，因此数字探测器14必须布置在数字探测器14的最小测量范围以内。

因此，数字探测器14的末端布置在表面强化部件13内侧超过1mm处。

数字探测器14安装完毕之后，供电并使空气压缩机34运转。然后由计算机测量程序实施调零过程。

调零过程以这种方式进行，即在将可与堆芯支撑筒2上的表面强化部件13完全(即：无间隙)接触的调零器布置在表面强化部件13上之后，数字探测器14测量到调零器的距离。

调零过程完成之后，电缆20、22和23以及软管29从腔室36、37、38、计算机27以及空气压缩机34移除。

计算机27以及空气压缩机34与腔室36、37和38分离。然后，在腔室36、37和38被布置在堆芯支撑筒组件的下部空间中的状态下，数字探测器14被安装在堆芯支撑筒凸起7中，堆芯支撑筒组件被插入核反应堆容器1中并布置于其中。

堆芯支撑筒凸起7与其上装有标准块规12的核反应堆容器凸起8相啮合。

在堆芯支撑筒组件被完全布置在核反应堆容器1中之后，腔室36、37和38通过电缆20、22、23以及软管29再次和计算机27以及空气压缩机34相连。

连接完成之后，供电并通过使用测量程序进行测距。

可同时在所有点上测距，也可单独在某些点上测距。

基于间隙9确定装填物的尺寸并制造装填物，间隙9的尺寸为所测距离与标准块规12的厚度之和。

在将堆芯支撑筒组件从核反应堆容器1中提出之后，制造完成的装填物被安装在核反应堆容器凸起8的凹槽11中。

装填物安装完毕之后，将堆芯支撑筒组件再次插入核反应堆容器1中。再次测量到装填物的距离后，检验所测距离是否满足允许的间隙要求。

如果所测距离满足允许的间隙要求，再次将堆芯支撑筒组件从核反应堆容器1中提出，将远程、精确的间隙测量装置从堆芯支撑筒组件中移除。然后，堆芯支撑筒组件再次被安装到核反应堆容器1中。

如上所述，无论是通过将堆芯支撑筒2、堆芯围筒3和下部支撑结构件4焊接在一起制造堆芯支撑筒组件的用于制造核反应堆的过程，还是传统的核反应堆制造过程，远程、精确的间隙测量装置及其使用方法均适用。

Claims (3)

1.一种用于核反应堆的远程、精确的间隙测量装置，该核反应堆包括：核反应堆容器、堆芯支撑筒、堆芯围筒和下部支撑结构件，所述远程、精确的间隙测量装置，包括：

多个数字探测器，用于测量核反应堆容器凸起和堆芯支撑筒凸起之间的间隙，所述核反应堆容器凸起布置在所述核反应堆容器的内表面上，所述堆芯支撑筒凸起布置在所述堆芯支撑筒的外表面上并与所述核反应堆容器凸起相啮合；

计算机，和所述数字探测器连接，用于显示和存储由所述数字探测器测量的间隙的测量值；

由所述计算机控制的电磁阀，该电磁阀控制通过空气软管供应的压缩空气来操纵所述数字探测器；

将压缩空气供给到所述数字探测器的空气压缩机；及

插入所述间隙中的标准块规，

其中，在将所述堆芯支撑筒、堆芯围筒和下部支撑结构件互相焊接之后，所述数字探测器测量所述间隙。

2.如权利要求1所述的远程、精确的间隙测量装置，其中，所述核反应堆容器凸起啮合于两个所述堆芯支撑筒凸起之间，其中，4至6个所述数字探测器被安装在所述堆芯支撑筒凸起中。

3.一种远程、精确的间隙测量方法，包括以下步骤：

(a)通过焊接来装配所述堆芯支撑筒、堆芯围筒和下部支撑结构件，所述堆芯支撑筒布置在核反应堆容器中，用于支撑核燃料棒束，所述堆芯围筒布置在所述堆芯支撑筒中，用于包围所述核燃料棒束，所述下部支撑结构件布置在所述堆芯围筒的下部，用于支撑所述核燃料棒束；及

(b)在步骤(a)之后，将标准块规插入所述核反应堆容器凸起和所述堆芯支撑筒凸起之间的间隙中，并由多个所述数字探测器测量间隙，所述核反应堆容器凸起布置在所述核反应堆容器的内表面上，所述堆芯支撑筒凸起布置在所述堆芯支撑筒的外表面上并与所述核反应堆容器凸起相啮合以保持所述堆芯支撑筒稳固。

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