CN101617373A - 燃料组件和插入式间隔构件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及核工程，可以用在核燃料组件的结构中，特别是压水反应堆和沸水反应堆内使用的燃料组件中。燃料组件包括间隔格栅和由垂直交叉板形成的隔间。在每个隔间内安装有插入式间隔构件，用来固定穿过隔间的燃料棒。在沿冷却剂流下游第一间隔格栅和最后一个间隔格栅之间设置的间隔格栅内，燃料棒穿过的至少一些隔间提供有可用来混合冷却剂的偏转器。插入间隔构件包括一个壳体，其带有八面形的横截面，其中四个面被倒圆，并自所述构件中心方向成凸起状，另外四个面位于所述四个面之间并朝向所述构件中心成一定形状且呈凹入状。这样，隔间的刚性提高了，且对冷却剂流的液压阻力减小了。

Description

燃料组件和插入式间隔构件
技术领域
本发明涉及核工程，并可以用在由一束燃料棒形成的核燃料组件的结构中，这些燃料棒被隔开，并固定在间隔格栅内，尤其用于其中燃料棒按方形点阵排列的压水反应堆(PWR)和沸水反应堆(BWR)的燃料组件中。
背景技术
为了确保燃料组件整个寿命期间各燃料棒之间的间隔要求，使用了间隔格栅，这些格栅也可将燃料棒固定压紧，目的是排除燃料棒覆盖材料的微动磨损(frettingwear)。特别是，通过垂直交叉板(orthogonal crossing plates)或通过管坯(tube blanks)压制并将其连接在格栅之间的方式，以及通过周围边缘采用焊接或钎焊，可形成间隔格栅的各个隔间(cells)。
为了消除燃料组件之间出现的交叉过流(cross overflows)，组件的间隔格栅应该具有严格的液压特性，并定位在相似的高度上。
为了防止邻近的燃料组件的间隔格栅在过载时出现衔接，其底缘部分都设有引入边缘(1ead-in edges)。
导向管的扭转刚度取决于间隔格栅内各个隔间的构形。
对燃料棒的装配性的要求以及对燃料棒组件在修理期间燃料棒方便拆除的要求，必须使用相应的隔间。同时，为了确保预先设定的扭转刚度，还要求使用刚性隔间。
此外，在间隔格栅设计方案中，应提供可进行冷却剂混合功能的构件。
人们已知，燃料组件包括间隔格栅，其中，间隔格栅包括由垂直交叉条板形成的隔间，以及冷却剂流旋转装置(coolant flow whirl devices)(USP 5,365,557，G 213/322，15.11.1994)。该种设计类型的条板带有以不同方式扭曲的成形切口。
关于技术特性和所达到的结果，与本发明最接近的是，燃料组件包括沿冷却剂流纵向设置的间隔格栅和由垂直交叉板形成的隔间，其中，在燃料棒穿过的每个隔间内，安装有插入式间隔构件，所述插入式间隔件环绕在所述燃料棒周围，并设计用来固定穿过所述隔间的所述燃料棒(EP 01925346，G 21 C 3/34，31.01.1986)。
另外，关于技术特性和所达到的结果，与本发明最接近的是，插入式间隔构件由一个带有呈八面形横截面的壳体组成，其中四个面被倒圆且自所述构件中心方向凸起，另外四个面位于所述四个面之间并朝向所述构件中心而成形并呈凹入状，其中，凸起的四个面用来连接到间隔格栅隔间上，而凹入的四个面则用来固定燃料棒(EP 1679722，G 21 C 3/344，07.12.2006)。
在已知的燃料组件中，插入式间隔构件是按成形的壳体形状制作的，但不能牢牢地固持紧燃料棒。
然而，已知的插入式构件的凸起表面实际上是不能使燃料棒束装配到一起的加强筋，以确保插入式构件和燃料棒之间的紧密性，这是保证燃料棒和插入式间隔构件之间的接触所要求的(目的是防止振动)。
不同于凸起表面，插入式构件的扁平面向插入式构件提供弹性，在燃料棒穿过间隔格栅并保证组件密封性的同时，能够补偿几何结构上的差异、燃料棒和插入式构件轴线的不对称，并保持可接受的各种力。
将插入式间隔构件连接到隔间部角的平板的采用，一方面增加了隔间的整体坚固性，另一方面，由于在下游的下部固定板上以及而后在上部固定板上冷却剂流漩涡的形成，增加了隔间的液压阻力。
在壳体上制作狭槽或切口来使燃料棒隔开，从而形成没有足够刚性的弹性构件，这样可以使得燃料棒的纵向轴线在工作期间相对于各自隔间的纵向轴线移动，并最终使得该燃料棒弯曲。
按固定燃料棒的连接板和弹性构件形式做成的“间接”冷却剂流旋流器的使用，使得冷却剂流只沿该燃料棒的混合是微不足道的，与此同时，实际上排除了相邻隔间之间冷却剂流的质量传递。
发明内容
本发明的目的是开发和提供一种燃料组件以及具有改进特性的插入式间隔构件(插入件)。
这个目标的实现可以获得整体改善隔间坚固性的技术效果，同时，减小燃料棒沿燃料组件的弯曲，以及降低对冷却剂流的液压阻力，增加燃料组件内各个相邻隔间之间冷却剂流的混合程度；降低作用在燃料棒表面上的接触压力，这意味着降低了燃料棒的微动磨损。
所述技术效果可以通过提供一种燃料组件来实现，该燃料组件包括在冷却剂流下游沿该组件长度方向设置的间隔格栅和由垂直交叉板组成的隔间，插入式间隔构件设置在燃料棒穿过的每个隔间内，所述构件环绕在各个燃料棒周围，并用来固定穿过所述隔间的所述燃料棒，其中，在冷却剂流下游的第一格栅和最后格栅之间设置的所述间隔格栅内，至少一些燃料棒穿过的隔间设有用来混合冷却剂流的偏转器。
该发明的显著特征是，在冷却剂流下游第一格栅和最后格栅之间设置的所述间隔格栅内，至少一些燃料棒穿过的隔间设有用来混合冷却剂流的偏转器。结果，增加了冷却剂流沿燃料组件长度的混合程度，同时也降低了液压阻力。由于用来混合冷却剂流的偏转器并不是安装在所有间隔格栅上，而只是安装在两端间隔格栅之间的格栅上，即设置在冷却剂下游的第一格栅和最后一个格栅之间的格栅上，从而，减少了燃料组件的液压阻力。实际上，冷却剂流下游(即，沿堆芯高度)的能量释放的分布是这样的，能量释放值在反应堆芯下部和上部最小，这无疑确保了这些区域内冷却剂的受热最小。因此，根据本发明，仅在所述间隔格栅上有必要使用偏转器。
此外，所述偏转器最好在交叉板上做成弯曲叶片的形式。
隔间沿其纵轴长度优选为15mm到60mm之间。
此外，沿隔间长度设置的插入式间隔构件的尺寸优选为5mm到20mm之间。
另外，所述插入式间隔构件优选为封闭形状，特别是通过管坯压制而成。
由于提供了一种插入式间隔构件，因而，也可实现所述肯定的技术效果，该插入式构件包括带有八面形横截面的壳体，其中四个面被倒圆且自所述构件中心方向凸起，另外四个面位于所述四个面之间并朝向所述构件中心而成一定形状并呈凹入状，凸起的四个面用来连接到间隔格栅隔间上，而凹入的四个面则用来固定燃料棒，其中所述凹入的四个面在其中央部位具有直线段。
本发明关于插入式间隔构件(插入件)的显著特征是，凹入面在其中央部位具有直线段。
这样，相对于现有插入式构件来讲，根据本发明的间隔构件具有如下优点：
-与朝向燃料棒轴线凸起的表面相比，所发明的插入式构件的扁平面产生的接触压力要小很多倍，这减小了对燃料棒表面造成过大损坏的风险，降低了使用时微动磨损的可能性和磨损速度。
-不同于凸起表面，所发明的插入式构件的扁平表面确保了其弹性，可以补偿几何结构上的差异、燃料棒和插入式构件轴线的不对称，并维持当燃料棒紧紧装配在一起时穿过间隔格栅时所产生的可接受的力。
此外，凸起面的圆角半径是在8.5mm到11mm的范围内。
直线段优选长度为0.5mm到1.1mm之间。
附图说明
图1为燃料组件；
图2为间隔格栅的一部分，该格栅包括9个隔间；
图3为一个隔间的示意图(放大图)；
图4为插入式间隔构件的横截面图(放大图)；
图5为带有切口的平板(条板)的一部分；
图6为垂直于图5所示条板的平板(条板)的一部分；
图7是在形成平板(条板)的隔间切口上相互交叉的一个节点。
具体实施方式
燃料组件1包括间隔格栅2，这些格栅沿着冷却剂流下游的燃料组件1的长度设置。间隔格栅2包括由垂直交叉板4构成的隔间3。燃料棒5穿过的每个隔间3具有可插入间隔构件6，其环绕在燃料棒5周围并用来固定穿过隔间3的燃料棒5。在冷却剂流下游第一间隔格栅7和最后一个间隔格栅8之间设置的间隔格栅内，燃料棒5穿过的至少一些隔间3设有用来混合冷却剂流的偏转器9(deflectors)。偏转器9是制作在交叉板4上，呈弯曲叶片10形式。隔间3沿其纵轴方向的长度L选择在15mm到60mm的范围内。沿隔间的长度L的插入间隔构件6的尺寸设在5mm到20mm之间。插入间隔构件6具有封闭外形，并可用管坯压制而成。插入间隔构件6包括壳体11，其具有呈八面形的横截面，其中四个面12被倒圆角且自所述构件中心方向凸起，另外四个面13位于所述四个面之间并朝向所述构件中心成一定形状并呈凹入状。凸起面12设计为连接到间隔格栅隔间，而凹入面13则用来固定燃料棒。凸起面圆角部分的半径R在8.5mm到11mm范围之间。凹入面13在其中央部分具有直线段14，其长度h在0.5mm到1.1mm之间。通过在狭槽15内相互设置平板(条板)4而形成隔间3。为此，条板的长度应该是其宽度的至少一半。垂直设置的平板(条板)4上的狭槽15的方向朝向彼此相对方向。燃料组件还包括顶部喷嘴16、底部喷嘴17、中央管18和导向管19。
根据本发明的燃料组件工作原理如下。冷却剂穿过隔间3，并冲刷位于隔间内的燃料棒5的表面。在隔间3的出口处，冷却剂与叶片10相互作用，进行交混，从而使得燃料组件横截面上的温度得以均衡。
根据本发明的燃料组件和插入间隔构件(插入件)可以通过任何已知方法采用标准技术和设备制造，无需生产新的工具。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1、一种燃料组件，其包括沿冷却剂流方向设在燃料组件长度上的间隔格栅和由垂直交叉板形成的多个隔间，插入式间隔构件布置在燃料棒穿过的每个隔间内，其中，所述构件环绕在各自燃料棒的周围，并用来固定穿过所述隔间的所述燃料棒，其特征在于，在冷却剂流下游第一格栅和最后一个格栅之间布置的所述间隔格栅内，燃料棒穿过的一些隔间设有用来混合冷却剂的偏转器。
2、根据权利要求1所述的燃料组件，其特征在于，所述偏转器是制作在交叉板上。
3、根据权利要求2所述的燃料组件，其特征在于，所述偏转器制作成弯曲叶片的形式。
4、根据权利要求1所述的燃料组件，其特征在于，隔间沿其纵轴的长度是选择在15mm到60mm之间。
5、根据权利要求1所述的燃料组件，其特征在于，所述插入式间隔构件在隔间长度方向上的的尺寸在5mm到20mm之间。
6、根据权利要求1所述的燃料组件，其特征在于，所述插入式间隔构件具有封闭外形。
7、根据权利要求1所述的燃料组件，其特征在于，所述插入式间隔构件通过管坯压制而成。
8、一种插入式间隔构件，其包括具有八面形横断面的壳体，其中四个面被倒圆并自所述构件中心方向呈凸起状，另外四个面位于所述四个面之间并朝向所述构件中心成一定形状呈凹入状，所述凸起面用来连接到间隔格栅隔间上，而所述四个凹入面则用来固定燃料棒，其特征在于，所述凹入面在其中央部分具有直线段。
9、根据权利要求8所述的构件，其特征在于，所述凸起面的圆角半径在8.5mm到11mm之间。
10、根据权利要求8所述的构件，其特征在于，所述直线段的长度在0.5mm到1.1mm之间。
11、根据权利要求8所述的构件，其特征在于，其沿纵轴的长度在5mm到20mm之间。
12、根据权利要求8所述的构件，其特征在于，该构件具封闭外形。
13、根据权利要求8所述的构件，其特征在于，所述插入式间隔构件是通过管坯压制而成。

Claims (14)

1、一种燃料组件，其包括在冷却剂流下游沿燃料组件长度方向设置的间隔格栅和由垂直交叉板形成的多个隔间，插入式间隔构件布置在燃料棒穿过的每个隔间内，所述构件环绕在各自燃料棒的周围，并用来固定穿过所述隔间的所述燃料棒，其特征在于，在冷却剂流下游第一格栅和最后一个格栅之间布置的所述间隔格栅内，至少一些燃料棒穿过的隔间设有用来混合冷却剂的偏转器。
2、根据权利要求1所述的燃料组件，其特征在于，所述偏转器是制作在交叉板上。
3、根据权利要求2所述的燃料组件，其特征在于，所述偏转器制作成弯曲叶片的形式。
4、根据权利要求1所述的燃料组件，其特征在于，隔间沿其纵轴的长度是选择在15mm到60mm之间。
5、根据权利要求1所述的燃料组件，其特征在于，所述插入式间隔构件的尺寸选择在5mm到20mm之间。
6、根据权利要求1所述的燃料组件，其特征在于，所述插入式间隔构件具有封闭外形。
7、根据权利要求1所述的燃料组件，其特征在于，所述插入式间隔构件通过管坯压制而成。
8、一种插入式间隔构件，其包括壳体，其特征在于，所述壳体具有八面形横断面，其中四个面被倒圆并自所述构件中心方向呈凸起状，另外四个面位于所述四个面之间并朝向所述构件中心成一定形状呈凹入状，所述凸起面用来连接到间隔格栅隔间上，而所述四个凹入面则用来固定燃料棒。
9、根据权利要求8所述的构件，其特征在于，所述凸起面的圆角半径在8.5mm到11mm之间。
10、根据权利要求8所述的构件，其特征在于，所述凹入面在其中心部分具有直线段。
11、根据权利要求10所述的构件，其特征在于，所述直线段的长度在0.5mm到1.1mm之间。
12、根据权利要求8所述的构件，其特征在于，其沿纵轴的长度在5mm到20mm之间。
13、根据权利要求8所述的构件，其特征在于，该构件具有封闭外形。
14、根据权利要求8所述的构件，其特征在于，所述插入式间隔构件是通过管坯压制而成。
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