CN1019868B - 具有一个自由端格架的核燃料组件 - Google Patents

Abstract

一种包括许多燃料元件的核燃料组件，其结构是具有一个上端件和一个下端件并用拉杆刚性地连接在一起的构架以及许多定位格架。这些定位格架包括两个端格架。其中一个格架连接到燃料元件上，并固定在拉杆上；另一个格架连接到燃料元件上并与拉杆可滑动地连接。该结构还包括许多固定在拉杆上并与燃料元件可滑动连接的中间格架。燃料元件束可从固定在拉杆上的端格架中伸长和收缩，而同时又被构架夹持和支撑。

Description

本发明论述了核反应堆的一种燃料组件。这种形式的燃料组件包括一个骨架或构架，它有两个端件并用一些细长的构件或拉杆（如导向管）连接在一起。组件还包括一些定位格架，它们由一个上端格架、一个下端格架和几个中间格架组成。上述定位格架构成了用来夹持燃料元件束使燃料元件固定在正方形网络的节点上的栅元。上述每根燃料元件有一个金属外壳，其两端用液密的塞子封闭，这些塞子将与相应的端格架相啮合。

本发明特别适用于（虽然不仅仅适用于）通常称之为PWR的压水核反应堆。这种反应堆中，沿组件配置的中间格架是用称之为“锆锡合金”（Zircolloy）的锆基合金构成，它具有低的中子吸收截面并在辐射下有软的机械特性。

在上述型式的燃料组件中，定位格架完成几种功能。它们确保在结构上保护组件不受横向冲击，它们使冷却剂流能够混合，以及它们在侧面支撑并固定含有裂变材料的燃料元件。

考虑到定位格架必须允许在组件构架的细长构件和燃料元件之间有不同的位移，可能有二种形式的定位格架。格架要么连接在燃料元件上，要么连接在属于构架或骨架的细长构件上。

文件FR-A-2，088，009说明了一种由两个平行的端件构成的并由有规则地分布在正方网络节点上的拉杆所固定的刚性骨架，拉杆的直径大体上等于燃料棒的直径。定位格架是可滑动地而不是固定地被连接在拉杆上。燃料元件的数量比拉杆多，定位格架与燃料元件一起移动。并且由于在反应堆运行期间内燃料元件的膨胀与拉杆的膨胀不同。所以定位格架在拉杆上滑动。所述组件在不同的定位格架之间设有与拉杆同轴的支座套管，用来限制它们的移动使之不超出预定极限。这种型式的组件具有一些缺点：

-如果燃料元件的伸长达到相当数值的话，上格架在拉杆上的滑动可能过大，则有危及燃料元件束的导向和支撑的危险，并且拉杆的磨损将很大。

-不可能采用（软机械特性的）锆合金作为组件中间部分的定位格架的材料。

-燃料元件支靠在组件下端件上，下端件构成了上述燃料元件的支座支撑，但任何情况下都不可能具有足够的夹紧使得能实现燃料元件的轴向支撑。

本发明的目的是要提供一种改进的核反应堆燃料组件，本发明的一个较特殊的目的是要提供一种组件，这种组件允许组件中间部分配置的中间格架采用一种具有低的中子吸收截面，同时在燃料棒由于温度膨胀而伸长时又可显著地降低作用在燃料棒上的压力的合金。从而降低了燃料棒和组件骨架的变形程度。

为此目的，本发明提供一种核反应堆，它有一个包容冷却剂的容器和一个放置在容器内流过上述冷却剂并包含许多相互靠近的直立核燃料组件的堆芯。

一个核燃料组件包括：

-一个由许多燃料元件组成的元件束，每根燃料元件有一个金属外壳，在其二端用端塞封闭，端塞包括上端塞和下端塞。

一个用来夹持和支撑上述成平行关系的燃料元件束的构架，上述构架有一个上端件和一个下端件，用拉杆将它们刚性地连接在一起。还有许多沿拉杆间隔配置的定位格架，这些格架组成了排列在正方网络节点上的栅元，用来夹紧上述燃料元件。

上述定位格架包括：

二个端格架，包括一个上端格架和一个下端格架。上述端格架和下端格架中的一个连接到所有燃料元件的相应上端塞和下端塞上，并固定到拉杆上;而上述另一个端格架连接到每个燃料元件的另一个端塞上，并与拉杆可滑动地连接。

许多固定在拉杆上并与燃料元件可滑动地连接的中间格架。

从而燃料元件束可以从上述固定在拉杆上的一个端格架中伸长和收缩，而同时又被构架夹持和支撑。

本发明还提供了一种核反应堆燃料组件，在这种组件中，上述上端格架和下端格架中至少有一个格架中用来夹持燃料元件的栅元包含有弹性叶片装置，并且所有上述燃料元件每个相应的上端塞或下端塞都做有凹槽，用于与上述弹性叶片装置啮合。

本发明还提供一种燃料组件，在这种组件中，弹性叶片装置包括二个对称地配置在相应栅元内的弹性叶片。

本发明还有一个目的是要提供一种组件，在这种组件中上端格架和下端格架中至少有一个是用紧配合方法连接到上述所有燃料元件的相应上端塞或下端塞上，从而上述燃料元件之间可以有不同的膨胀或收缩。

此外，本发明提供一种具有下述特点的组件：

夹紧在燃料元件束一端的端塞上并固定在拉杆或细长的构件上的端格架可以是下端格架或上端格架，但用下端格架比较好。

中间格架可以用称之谓“锆锡合金”（Zircalloy）的锆基合金构成，固定在拉杆上的端格架是用具有高机械性能的含有铁、铬和镍的合金构成，例如所熟悉的“因科镍”类合金。

自由的端格架用“锆锡合金”构成更好，但也可用“因科镍”或是用这二种材料制成。

通过下述作为一个非限制性例子所给出的具体装置的描述，将能更好地理解本发明，说明参照了附图，其中：

图1是本发明燃料组件的局部正视图;

图2表示图1组件的示意等轴视图;

图3是固定在相应端格架上的一个端塞的放大局部视图。

图1和图2表示了一个燃料组件1，该组件包括一个构架，它有一个上端件2和一个下端件3，用在图2中以点划线表示的拉杆将它们连接在一起。组件1有一个上端格架5，一个下端格架6和一些中间格架7。格架构成了处在正方网络节点上的燃料元件9的支持栅元8，对于轻水压水堆的燃料组件来说，采用的正方网络一般是正方形节距，17×17节点的栅格。每个燃料元件9有一个金属外壳，在其二端用液密的上端塞和下端塞封闭，这些端塞与端格架5和6相连接。

上端格架和下端格架被连接到所有燃料元件的相应的上端塞和下端塞上。参看图2，图上表示了一种摩擦固定连接方式，它是由上端格架和下端格架的支撑栅元直径的局部减小而形成的。但其它方式的连接也是可以的。

参看图2，导向管4被固定在端件2和3、下端格架6以及中间格架7上。相反，上端格架5是可以自由地在导向管上滑动的，导向管与上述上端格架中的栅元12可滑动地连接。

燃料元件9连接在下端格架6和上端格架5上，它们与中间格架7的栅元8可滑动地配合。下端格架6一方面固定在导向管上，另一方面又固定在燃料元件9上，构成了燃料元件的一个固定点。固定在上端格架5上的燃料元件束可以通过中间格架的栅元伸长和收缩。上端格架本身适应于沿构架的导向管自由地滑动。

燃料元件可利用摩擦件13连接到一个端格架上，从而允许燃料元件相对其它元件有不同的膨胀。尽管上端格架及连接的燃料元件束可整个移动，但当一个或多个元件受到的纵向局部应力（相对于燃料元件束的其余元件来说）变得过大并超过预定值时，这种摩擦可使燃料元件能够移动。

显然，将下端格架和上端格架所起的作用倒换一下，也可以获得相同的结果。

在燃料棒伸长和收缩以及辐射过程中，由于允许燃料元件束从一固定点整体地移动，所以在端部不产生反抗力，从而消除了燃料棒弯曲的现象，而同时又使燃料棒在一个由于反应堆一次流体的流动从而应力是十分严重的区域中得到很好的侧面支撑。因此，这种自由的端格架（上端格架）就可提供一种改进的组件，在这种组件中，由于燃料元件的伸长和收缩产生的应力，在燃料元件本身上的应力以及在组件的构架上的应力在很大程度上被消除了。这样减少了组件整体弯曲的危险。

因此，组件的构架不会显著地变形，而这种变形可能会在装卸辐射后的组件时发生问题。下部或上部固定的端格架用“因科镍”构成较好，这种材料可在燃料的整个寿期内能保证裂变燃料元件有充分的夹紧。沿组件配置的中间格架和固定的端格架可以用具有低中子吸收截面的“锆合金”制成。在辐照下锆合金的低机械性能不成为问题，

因为不要求中间隔架和固定的端格架横向支撑燃料元件。

图3表示了一种将本发明组件的燃料元件9的一个端塞10固定到下端格架6上去的固定方式。端塞10在栅元8中通过格架6，栅元8包含弹性叶片14，这种叶片可由适当的横截叶片的切面构成，它们以已知的方法构成格架。在端塞上做有凹槽15。柔性弹性叶片与凹槽15啮合，并在横向和轴向夹持燃料元件。这种叶片装置使得燃料元件有足够的支撑，以致不需要在二个端格架上都使用这种叶片装置。与包含有固定的格架上的柔性的或弹性的叶片或弹簧来将燃料元件压在格架中设置的支撑或凸台上的熟知的燃料元件支撑装置相比，这儿观察不到松弛。

在运行过程中，叶片的轴向刚度使它们能够承受由重量、阿基米德压力和水压力所产生的轴向应力，由弹性叶片施加的力与此应力相适应。因而，由于防松弛而施加在元件上的反向预应力可以较低。叶片弹簧可以配置在轴向偏离的平面上，从而保证端塞更好地嵌入并减少了燃料元件的振动。

Claims (8)

1、一种核燃料组件，包括

一个由许多燃料元件(9)组成的元件束，每根燃料元件有一个金属外壳，在其两端用端塞封闭，端塞包括上端塞和下端塞(10)，

一个用来夹持和支撑上述成平行关系的燃料元件束的构架，该构架有一个上端件(2)和一个下端件(3)，用多个拉杆(4)将它们刚性地连接在一起，还有许多沿着在端件之间的拉杆间隔配置的定位格架，这些格架构成了排列在正方网络节点上的栅元，用来夹紧燃料元件(9)，其特征在于：上述定位格架包括一个上端格架(5)和一个下端格架(6)，上述上端格架和下端格架中一个连接到所有燃料元件的相应上端塞或下端塞上。并固定到拉杆上，而上述另一个格架连接到每个燃料元件的另一端塞上，并与拉杆(4)可滑动地连接，中间格架(7)位于上端格架和下端格架之间。固定在拉杆上并与燃料元件可滑动地连接，燃料元件束可从固定在拉杆(4)上的上端格架(5)中伸长和收缩，而同时又被构架中其它的格架夹持和支撑。

2、按照权利要求1所述的组件，其特征在于一端格架与各对应端塞之间的连续有啮合在对应端塞的一周向凹槽内的各栅元的弹性叶片（14）。

3、按照权利要求1所述的组件，其特征在于：所述上端格架和下端格架中至少有一个是用紧配合的方法连接到上述所有燃料元件的相应上端塞或下端塞上，从而当上述燃料元件上施加的局部应力超过预定值时，在上述燃料元件之间可以有不同的膨胀和收缩。

4、按照权利要求2所述的组件，其特征在于，上述栅元有二个弹性叶片（14）分别和端塞的凹槽相啮合，这两个弹性叶片相对于端塞对称地置放。

5、按照权利要求1所述的组件，其特征在于：下端格架连接在所有燃料元件的下端塞上，并被固定在拉杆上。

6、按照权利要求1所述的组件，其特征在于：中间格架以及上端格架和下端格架中与拉杆可滑动地连接的那个格架是用锆基合金制成的，而上端格架和下端格架中另一个固定在拉杆上的格架是用因科镍制成的。