[发明专利]控制棒组件撞击限制器

说明书

相关申请的交互参照

本申请要求对2012年4月13日提交的美国临时专利申请No.61/624,034的优先权益。本文以参见方式引入2012年4月15日提交的美国临时专利申请No.61/624,034的全部内容。

技术领域

本发明涉及核电反应堆技术、核反应控制装置技术、控制棒组件技术以及相关的技术。

背景技术

在热核电厂中，核反应堆堆芯包括具有选定尺寸和组成的裂变材料，以便支持所要求的核裂变链式反应。堆芯设置在压力容器内并浸没在主冷却剂水中。人们还已知道，通过将包括中子吸收材料的“控制棒”插入到通过反应堆堆芯的导向筒内，以此来控制或停止反应。当插入控制棒时，控制棒吸收中子，从而减慢或停止链式反应。

控制棒由控制棒驱动机构（CRDM）进行操作。在所谓的“调节”控制棒中，控制棒的插入是连续可调整的，以提供连续可调整的反应率控制。在所谓的“停堆”控制棒中，棒的插入不是完全插入就是完全拔出。在正常运行过程中，停堆控制棒从反应堆堆芯中完全拔出；而在紧急停堆（SCRAM）过程中，停堆控制棒快速地完全插入，以便快速地停止链式反应。控制棒也可设计成执行调节和停堆棒的功能。在某些如此的双重功能的控制棒中，控制棒构造成可在SCRAM事件中从CRDM脱卸，这样，卸下的控制棒在重力影响下落入反应堆堆芯内。在诸如航海系统的某些系统中，水力压力或其它正向作用力（不是重力）也可被提供来驱动卸下的控制棒进入堆芯内。

为了完成该控制系统，可提供控制棒/CRDM的偶联。一种已知的偶联包括连接棒，该连接棒具有与蛛状结构相固定的下端。连接棒的上部可操作地与CRDM相连。在对控制棒的调节中，该连接包括导螺杆或其它递增的调整元件。传统上，导螺杆随连接棒、蛛状结构和控制棒一起急停，连接棒、蛛状结构和控制棒形成为平移组件（也称作“控制棒组件”）。然而，在某些已知方法中，导螺杆可被保持在CRDM内，这样，只有连接棒急停。例如，可参见2010年12月16日公开的U.S.Pub.No.2010-0316177A1，本文以参见方式引入其全部内容，以及2011年9月15日公开的U.S.Pub.No.2011-0222640A1，本文以参见方式引入其全部内容。为了降低成本和整个系统的复杂性，单个CRDM通常通过蛛状结构连接到多个控制棒。在该种结构中，所有控制棒与单个蛛状结构偶联在一起，形成为一个平移的控制棒组件（CRA）。在实践中，提供有多个CRDM单元，每个单元通过蛛状结构与多个控制棒偶联，以便提供一定的冗余度。蛛状结构远离连接棒的下端地侧向延伸，以为多个控制棒的附连提供大的“表面面积”。

平移的CRA（包括控制棒、蛛状结构、连接棒，以及可供选择地还包括导螺杆）具有很大的质量，在急停过程中，该大质量在重力作用下落下。为了对急停提供驱动力，使平移的CRA具有大的质量是有利的。在某些设计中，平移的CRA具有一百磅至几百磅的质量，并可达到每秒10英尺或更高的最终速度。因此，在急停事件结束时，要考虑急停的终止，即，考虑减慢和停止平移组件的向下落下。

在急停终止之前，下降的控制棒末端配合狭窄内直径的缓冲管，缓冲管通过活塞效应产生减慢力。替代地，缓冲器可位于与下降的连接棒或导螺杆相配合的CRDM内。尽管如此的缓冲器可提供某些缓冲作用，但急停的最终“停止”是下降蛛状结构在燃料组件顶上的撞击（或是对位于燃料组件上方的机构板上的撞击）。为了缓冲该最后的撞击，人们已经知道使用设置在连接棒和/或蛛状结构内的一个或多个螺旋形弹簧。然而，要将长的弹簧插入到平移的CRA内很困难，而较短的弹簧不会提供大的能量吸收。其结果是，平移的CRA的很大部分的动能最终通过蛛状结构在燃料组件上的撞击而被吸收，这可导致这些重要部件的损坏。

发明内容

在本发明的一个方面，控制棒组件包括：至少一个可移动控制棒，该控制棒包括中子吸收材料；连接棒，该连接棒构造成连接到相关联的控制棒驱动机构（CRDM）以便控制至少一个控制棒运动；以及偶联件，该偶联件可操作地连接至少一个控制棒和连接棒。该偶联件包括：与连接棒和至少一个可移动的控制棒相配合的蛛状结构；以及由蛛状结构支承、用来在快速停堆事件中吸收动能的动能吸收元件，该动能吸收元件构造成在蛛状结构和相关联的撞击表面之间起作用。