[发明专利]一种压水堆反应堆压力容器上封头

说明书

技术领域

本发明属于核反应堆压力容器零部件领域，特别涉及一种压水堆反应堆压力容器上封头。

背景技术

压水堆反应堆压力容器用于固定和包容堆芯及堆内构件，并将核燃料的裂变反应限制在一个密封的空间内，其与蒸汽发生器、冷却剂泵以及一回路管道等共同构成反应堆冷却剂的压力边界，是防止放射性物质外逸的多道屏障之一。

压水堆反应堆压力容器壳体从上到下通常由上封头、接管筒体、进出口接管、堆芯筒体、过渡段和下封头等锻件组焊、连接而成，其内表面堆焊奥氏体不锈钢。对于上封头来说，其设计大致有三种类型。

早期的上封头采用平封头，可以同时起到法兰的作用，其具有屏蔽效果好，控制棒驱动机构驱动座贯穿件密封焊坡口对称，使得焊接变形量容易控制等优点，参见附图1。然而，由于平封头本身受力情况不好，导致设计厚度及重量过大，因此后来逐渐被球形上封头所取代。

球形上封头主体为半球壳形，其边缘处设有法兰，由于工艺水平的限制，球形上封头起初采用了分体式结构，即封头上部和法兰分别加工成型后焊接在一起，参见附图2。该制造工艺简单易行，所得球形上封头受力情况较好，重量较轻。但由于存在一条环形焊缝，因此降低了上封头的安全性，同时增加了在役检查的工作量和工作人员辐射吸收剂量。

随着工艺水平的提升，分体式球形上封头后来被整体式球形上封头所取代，参见附图3。整体式球形上封头在形状上与分体式球形上封头相同，但采用了整体锻造工艺，取消了环形焊缝，具有较好的安全性，降低了在役检查的工作量。目前，我国三代核电站主要采用整体式球形上封头设计，如三门核电站、海阳核电站。

上述三种类型上封头的特点对比列于下表：

然而，无论分体式球形上封头还是整体式球形上封头仍然存在以下问题：由于上封头中部需要设置一组竖直的控制棒驱动机构驱动座贯穿件，其垂直度要求很高，随着径向位置的变化，各贯穿件与上封头曲面的交角会发生变化，因此在对上封头和贯穿件之间进行密封焊时，除正中心外，其余焊缝将是多个形状各异的非平面空间曲线，导致密封焊时热输入不对称，焊接难度非常大，焊接变形量极难控制。球形上封头与贯穿件密封焊的焊接方式参见附图4。实践证明，反应堆压力容器运行过程中容易发生泄漏的地方，绝大部分均出现在此类焊接部位。

发明内容

为解决现有压水堆反应堆压力容器上封头存在的焊接难度大等问题，本发明提供了一种压水堆反应堆压力容器上封头。

该压水堆反应堆压力容器上封头采用轴对称结构，包括球缺段、过渡段和法兰段；所述球缺段的球缺曲面向上，平面向下，球缺段上设有控制棒驱动机构驱动座贯穿件开孔；所述法兰段采用圆形法兰；球缺段和法兰段之间通过所述过渡段连接。

通过采用球缺型设计，使得控制棒驱动机构驱动座贯穿件与上封头之间的密封焊焊缝由多个形状各异的非平面空间曲线型转变为形状均相同的平面型，显著降低了异种金属间密封焊的焊接变形量控制难度，从而较好确保了焊接质量。与此同时，球缺型设计还使得上封头的顶部厚度较球形上封头有明显增加，而其整体厚度和重量又远远低于平封头，受力情况也较平封头有大幅改善，从而以较小的代价获得了较佳的顶屏蔽效果。

进一步地，所述过渡段的内表面为球面上的环形曲面，并且过渡段内表面所在球面与所述球缺段的球缺曲面所在的球面同心；过渡段内表面上方与球缺段的平面相连接，并采用圆弧过渡；过渡段内表面下方与法兰段相连接，并采用圆弧过渡；所述过渡段外表面由与所述球缺曲面共轴的圆锥侧面的一段构成，该圆锥的侧面与所述球缺曲面相切并形成一个相切的圆，过渡段外表面即为该相切的圆至法兰段上表面的圆锥侧面部分；过渡段外表面与法兰段之间的夹角采用圆弧过渡。

过渡段“外锥内圆”的结构设计，相对于等壁厚过渡结构，可有效提高上封头整体刚性，减小各种工况下反应堆压力容器密封面的轴向分离量，非常有利于降低密封难度。

进一步地，所述压水堆反应堆压力容器上封头采用整体锻件制造，无拼接焊缝。

上封头整体锻造制造能够显著减少在役检查工作量，确保了安全性，显著降低了在役检查的工作量和工作人员辐射吸收剂量。

本发明的压水堆反应堆压力容器上封头通过采用球缺形结构和设计合理的过渡段，极大降低了控制棒驱动机构驱动座贯穿件与上封头之间的密封焊焊接难度，确保了焊接质量；在少量增重的情况下使得上封头顶屏蔽效果和受力情况均获得了大幅改善，有效提高了上封头整体刚性，有利于反应堆压力容器的密封；减少了役前和在役检查工作量，可有效减少检查人员操作剂量，上封头的安全性也获得了明显改善。