CN1009777B - 核燃料组件的间隔栅架 - Google Patents

Abstract

一个核燃料组件用的间隔栅架，尤其是一种水冷却组件，包括两组间隔的板，每组板由若干块平行的板组成，它们的端部固定到一个呈带条状的多边形的带状件上，至少沿着该带条上的纵向边缘上有肋片，带状件的每个拐角上没有开孔，至少有两个拐角是圆形的，并被限定在带状件的平侧面的想象延伸部分之内，用沿半径方向向内倾斜的角板把拐角连接到侧面的边缘。

Description

本发明涉及各种核燃料组件，尤其是涉及使核燃料组件中的燃料棒保持适当间隔的栅架，所述的栅架至少包括二组板，每组由端部固定到一个由闭合带条所形成的多边形的带状件上的互相平行的若干块板所组成，至少沿着所述的闭合带条的一个边缘上有肋片。

目前大部分运转中的轻水冷却反应堆使用正方形横截面的燃料组件，它包括一个由用导管连接在一起的两个端件构成的构架和焊接到至少一些导管上的许多栅架。燃料棒分布成一种正方形的列阵，在列阵的某些节点处，用导管替代燃料棒。

在把燃料装入堆芯，或在移出一个燃料组件时，使后者相对于其它组件沿垂直方向运动。在进行这种相对运动时，正在移动的组件的栅架会钩到一个相邻组件的栅架上，并出现搁置。一般来说，这种卡住现象发生在栅架的拐角处。

作为例子，图1是一个顶视图，表示向下放到堆芯中的组件栅架（10）可能会怎样钩到一个已经位于堆芯内的组件栅架（10a）上的情形。通常是利用安置在至少某些栅架上部的导向肋片（12）来防止正在往下放的组件栅架在重迭时产生横向滑动。搁置可能发生在两个斜对放置的组件之间，或者发生在两个互相相邻组件的栅架的平侧面之间。不管组件的外部形状怎样，即在具有一个六边形横截面的组件之间，以及具有一个方形横截面的组件之间，均可发生搁置现象。

为了减少搁置的危险，人们曾作过很多尝试，因这种搁置可能无可挽回地损坏栅架，或者甚至于能扯裂栅架的某些部件，使其嵌入主 冷却剂管路之中。为此目的的各种装置已经在EP059924（Lar    Son）和EP141208（Steinke）的专利文献中作过描述。

已经较具体地提出了几种可用到栅架上的结构，这些栅架的带状件是由一个具有限定靠弹性压在棒上的弯曲凸榫的宽切口的带条所构成。FR2337918中所述方法的要点是在这个栅架上安装伸出带状件的翼肋，这种解决方案并不能减少在拐角处搁置的危险。在FR2163482中建议在带状件的高度小于板高的栅架内，使板的端部倾斜，并在带状件的拐角上形成一个斜面，在EP052924中指出了这种结构的缺点和局限性，并提议使栅架拐角具有某种形状，以便在每个拐角的顶部和底部确定一个一直延伸到被加工成与栅架的较大的侧面平行的弯曲或折叠处的倾斜角板，该文献还详细叙述了支撑在燃料棒上的并一直伸到带状件拐角处的开口两端的榫舌，该开口在燃料棒的方向延长。

本发明的目的是提供一个减少搁置危险的经改进的栅架。为此目的，在上述形式的栅架内，在每个带状件的拐角处没有开口，每个带状件的拐角相对于带状件平侧面的想象的延伸部分被截去，并用向内形成的角板，把拐角连接到带状件的边缘上。

截断每个拐角时可把属于带状件的一段带条加工成圆弧形的弯曲形状。通过在带状件侧面内的某位置上进行焊接，把该段带条固定到其带状件的其它部分上。目前，焊接还是沿着拐角的脊部进行的。

在一个具体的实施例中，角板被加工成一种倾斜面或球形壳帽形式的护罩，这种护罩可以在燃料棒的方向上延伸，超出包括肋片在内的带状物的剩余部分，并在延伸方向逐渐变窄，以包围每个拐角的燃 料棒。因此，将提供冷却剂通道以便确保在正常的冷却剂流动受到护罩阻碍的区域内的棒的冷却。

支承棒的元件可以用向内冲压的方法在带状件的带条上形成凸起，不用切开带条，这些元件在棒的长度方向排列成二排平行的行，一行位于另一行上方。带状件还可以包括相邻组件栅架之间的间隔凸起，它是把带状件的平表面向外冲压而形成的，其结构类似于支承棒的凸起结构。因为不存在切口或缝隙，所以在作相对的轴向运动时，间隔凸起本身不可能发生钩住的现象，它是通过使相邻组件栅架保持一定的距离来克服搁置危险的。从下述的本发明的实施例的描述，可以更清楚地了解本发明。

附图简述：

已经提到过的附图1，是在与已经就位的组件相邻的组件，作垂直运动期间多半会引起搁置的二个组件的相对布置的顶视图;

图2是表示根据本发明的一个实施例的一个栅架的局部透视图。

图3A和图3B是从上面看下去的表示为了构成一个图2所示的那种栅架，而使带条连接起来所可能采用的不同焊接位置的示意图;

图4A和图4B是表明一个按图3A所示结构焊接的带状件的部分的局部放大视图，图4A是从侧面看的，图4B是从顶部看的;

图5类似于图2，表示一种改进了的包括间隔凸起的结构，在图的左侧和右侧，表示两种不同的可能的凸起布置;

图6是示意图的顶视图，表示一种在两个相邻元件的栅架上可能的间隔凸起布置;

图7是经放大的透视示意图，表示根据发明的另一改进而提出的一种栅架的拐角护罩的可能结构;

图8和图9，类似于图7，表示两种其它的护罩结构。

实施例说明：

参见图1，栅架拐角易于引起搁置，用倾斜的肋片（14）使栅架进入促进相互滑动的相对位置是一种非常不充分的缓解措施。下面将描述的本发明不同实施例的目的在于在栅架的拐角处设置一些表面或边缘，以利于互相相邻的栅架作相对的滑动，并使栅架上可能造成搁置的区域互相间隔开。

在图2所示的实施例中，栅架的带状件（16）在每个拐角有两个冲压出的角板，每个板与栅架的轴向（即安装在栅架内的燃料棒的方向）约构成45°角。限定每个角板的褶痕（18）与带状件（16）两个相毗邻的侧面最末端部位上所形成的一个逐渐缩小的截断部分（20）的根部端接。在每个面上，该截断部分，与沿着该面的相应边缘设置的第1导向肋片（12）的根部端接。由此，截断部分（20）的尖锐边缘长度趋于最小。

此外，两个在拐角相连的平的带状件表面用一个基本上是1/4圆形的弯曲件（21）连接，它将进一步减少搁置的危险。该1/4圆的半径应根据能保证在带状件和放置在由带状件和板（22）、（24）所限定的拐角槽中的燃料棒之间提供一个供冷却剂通过的环形间隙来确定。可以采用任何适宜的公知的方法把每个板牢固地固定到带状件（16）上，例如，将板最末端的榫头伸进带状件的缝隙（26）内，并在榫接处焊接。这些板带有弹簧（图中未表示），弹簧使燃料棒以波纹或乳状凸起形式形成在带状件上的支承凸起相接触。

最常用的带状件一般由焊在带状件的四个拐角处的四个带条构成。在使用由图2所示的结构时，最好是先把一段带条沿纵向长度弯成 1/4圆（21），然后再依次把这些带条焊在带状件的一侧或多侧的连接部分上。

图3A和图3B表示焊缝（28）的两种可能位置，焊缝（28）的位置选择在兼顾带条段的最容易冲压和带状件最容易组装的位置。如图3B所示，利用一条带条，制成四个90°弯曲，带条的端部在一个面的中间位置（28）处焊接在一起。如图3A所示，利用冲压和弯曲平板带条而制成四条带条，然后在直线部分将它们焊接住，焊缝（28）的设置可以象图4A和4B所示的那样。

对图2所示的结构做许多改进是可能的。角板（17）不一定要有平坦的形状，例如：可以是凸的和近似于一种球形硬壳帽状。当在带状件的拐角处采用焊接时，角板可以通过两个弯曲区域连接起来加工，每一个区域属于打算形成该带状件的两个相连的侧面的两条带条中的一条。

在通过弯曲一条带条来形成带状件的拐角时，提供接触燃料棒的支承手段典型地是采用通过使带状件变形而不切断带状件所形成的凸起或乳头状凸起，而不是采用在带条上打孔的方法。这样一种结构可以增加外部的带状件的机械强度。如图2所示，凸起30是截头锥形扣状物或乳头状凸起，它们是使形成带条的金属板向内变形而构成的，这些凸起排成并行的两排，被安排在该带条上各行窄缝（26）之间的区域里，并排在这些窄缝的两侧，这些窄缝（26）供安装固定板（22）和（24）的榫头用。凸起构成燃料棒的支承面，靠板上装有的或在板上形成的弹性元件（图中未表示）对燃料棒加给偏置力。

至目前为止，所描述装置的目的主要是在栅架进行接触时促进它们的相互滑动，并且不使栅架更难制造。

在带状件上采用机械的手段，使栅架拐角处进行接触之前，就使相邻的栅架彼此保持一定的距离，这一点是有用的，特别在将包括目前描述过的这类结构的组件和已有技术中的组件同时应用时更是如此。现在将描述用于避免两个叠起来的栅架在如图1所示的相对位置进行接触的危险或至少使这种危险减到最低限度的这样一种装置的例子。

参见图5的右边部分（与图2相似的部件用相同的代号数字表示），在带状件（16）的每一侧在每个拐角处附近有一纵行排列的两个向外凸出的间隔凸起（32）。两个轴向对准的凸起可以设置在同一块板的窄缝之间（图5的右边部分），它们也可以安排在肋片（12）的根部（图5的左边部分）。间隔凸起可以如同支承凸起（30）一样，在制造过程中加工出来，是向外凸出的。其凸出量可以与凸起（30）是相同的数量极，即从十分之几毫米（典型数量为0.5毫米）到约为1.5毫米。

凸起（32）除了有防止组件在拐角处卡住的优点外还能限制燃料组件弯曲并保证在堆芯内的各组件有较为合适的间隔。由于这是很普通的事情，所以将不对此作一般的描述。

在栅架采用某种可能经辐照呈现膨胀的材料，如锆基合金材料时，在布置凸起（32）时最好是使两个互相毗邻组件上的凸起不彼此对着。为此，在带状件的一个侧面上的凸起（32）可以距拐角有不同的距离L₀和L₁。此外，在加工凸起时可以用相当小的向内指向的力使其压皱。

为减少卡住的危险，而把带状件的拐角附近的冷却剂导流和/或混流肋片的尖锐边缘倒圆加工，倒圆可以采用机械加工或热加工来实现。

目前可用于构成燃料组件栅架的材料已有很多种，尤其可采用以锆 基合金和铁铬镍合金。在选择一个栅架带状件的材料时，要满足一个优先条件，即：最小的中子吸收以及优良的机械特性。某些可以采用的材料能成型加工成具有相当复杂形状的带状件拐角。因此，尽可能地使角板向上延伸是有优越性的，角板可以延伸到拐角燃料棒的位置。

在由图7所示的发明实施例中，已描述过的元件也用相同的代号数字来表示。角板（17a）向上凸起超过肋片（12）的基面，并有一个和1/4圆21相合并的凸起的形状，这种安排留下一个畅通的空隙，以供冷却剂在栅架的带状件和拐角处的棒（34）的外圆之间进行流动。另一方面，如图8和9所示，护罩形状的角板（17b）和（17c）一直延伸到棒（34），并与棒的外表面相接触。一般对于这种情况，角板的形状从其根部向外凸起，而后逐渐向外凹。实际上，对于角板来说，其高度h为5～6毫米就足够了，该高度至少等于相邻肋片（12）的高度。可以在位置（36）处把角板焊到构成带状件的带条上，如果角板相当短，如图7所示那样，则它们可以直接通过弯曲和冲压带状件来形成。为了对沿着在拐角放置的棒（34）的流动冷却剂通道的变窄或甚至闭合进行补偿，可以在带状件（图9）上的支承凸起（32）之间设置冷却剂流动孔（38）。

此外，可以把加强区（40）固接到护罩的边缘（图8），并且通常在与第一板（22）及（24）成直线的位置终止。

Claims (9)

1、用于将核燃料组件中纵向延伸的燃料棒隔开的间隔栅架包括：

至少两组互相交错的板，每组板由互相平行的板组成，两组板为限定所述的燃料棒的通道而互成一个角度，

一个由一个具有平行边缘的带条形成的外部带状件，至少在带条上的一个边缘上安装有肋片，该带状件具有平表面，并在所述的平表面中的相邻表面之间有拐角，所有的拐角处没有开口，所述的板的端部牢固地与所述的带状件相连接，

其特征是：①在所述的拐角中至少有两个由各个弯成圆形的部分构成，这些部分位于拐角之间的带状件上所述平表面的想象的延伸部分之内，

②用向该带状件内侧倾斜的角板把所述的至少二个拐角中的每一个连接到所述的边缘，

③所述带状件至少由一个带条构成，其端部互相焊接在该带状件的至少一个平表面内，并在拐角之外。

2、按权利要求1所述的间隔栅架，其特征是：所述的带状件由多条互相固接的所述带条组成。

3、按权利要求1所述的间隔栅架，其特征是所述的带条只包括一条，它的两端互相焊接在所述带状件的一个平表面内。

4、按权利要求1所述的间隔栅架，其特征是每一个所述的角板构成一种倾斜的护罩，该护罩一直延伸到一个拐角处燃料棒的位置。

5、按权利要求1所述的间隔栅架，其特征是每个所述的角板形成一种近似于球形帽状的护罩，该护罩一直延伸到一个拐角处燃料棒的位置。

6、按权利要求5所述的间隔栅架，其特征是护罩沿燃料棒的纵向延伸，并延伸超出包括肋片的带状件的余下部分，护罩用于包围所述燃料棒中有关的拐角处的燃料棒。

7、按权利要求6所述的间隔栅架，其特征是在所述的带状件中形成冷却剂液流开孔，以便为在由所述的护罩之一阻碍冷却剂沿着有关拐角处的燃料棒流动的每一个区域提供冷却剂流。

8、按权利要求1所述的间隔栅架，其特征是在所述的带状件内形成支撑结构，如冲压凸起，以便安装所述的燃料棒，不用切断带状件，支撑结构指向内部，并以二排平行的方式分布，沿棒的纵向方向上一排位于另一排之上。

9、按权利要求8所述的间隔栅架，其特征是还包括：在相邻组件栅架之间的间隔凸起，该凸起利用在带状件的平表面上的向外冲压形成。

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