CN102099868A - 核燃料组装体的下部管座 - Google Patents

Abstract

本发明涉及核燃料组装体的下部管座，其类型包括：一穿孔的板体，其用于允许水经过该板体流通，所述下部管座具有侧面(24)；和至少一防碎屑元件(22)，其布置在侧面(24)上，以阻留可能在所述下部管座和另一相邻的下部管座之间经过的碎屑。根据本发明的一方面，在自由状态下，所述或每个防碎屑元件(22)持久地从侧面(24)凸出，所述或每个防碎屑元件(22)布置在所述侧面(24)上，所述或每个防碎屑元件(22)是弹性可变形的，以使得在朝所述侧面(24)的方向施加在所述防碎屑元件(22)上的力的情况下，所述防碎屑元件(22)朝所述侧面(24)的方向缩进。

Description

核燃料组装体的下部管座

技术领域

本发明涉及核燃料组装体的下部管座，其类型包括：一穿孔的板体，其用于允许水经过该板体流通，所述下部管座具有侧面；和至少一防碎屑元件，其布置在侧面上，以阻留可能在所述下部管座和另一相邻的下部管座之间经过的碎屑。

背景技术

用于压水反应堆(PWR)的核燃料组装体通常包括一束核燃料棒和一骨架，骨架包括一下部管座、一上部管座、连接下部管座和上部管座的导引管组，和固定在导引管组上的保持格栅组。燃料棒组在下部管座和上部管座之间并且经过将其保持在骨架上的格栅组延伸。

在运行时，核燃料组装体被布置在核反应堆中以使得燃料棒组垂直地延伸并且水以很快的速度沿着核燃料组装体的燃料棒流动，并流经下部管座和上部管座。水作为载热流体使用，用于热交换，继而作为核反应的减速剂使用。

存在为水载运的碎屑损坏核燃料组装体的燃料棒组，并且迫使反应堆停止，以更换一根燃料棒或整个核燃料组装体的风险。然而核燃料组装体是价格不菲的，而反应堆的停止对于运营代价颇高。为了限制这一风险，下部管座此外具有过滤碎屑以避免其经过下部管座的作用。

然而，仍存在碎屑经过在反应堆中并排布置的两核燃料组装体的两下部管座之间的风险。

专利文献JP 6003470描述前述类型的下部管座，其包括防碎屑元件，防碎屑元件布置在管座的一侧面上，防碎屑元件以形状记忆的记忆合金制成，以使得防碎屑元件自接近反应堆运行温度的一温度起从侧面凸出，用以过滤碎屑，而在该运行温度之下不从侧面凸出，以利于核燃料组装体分别地在反应堆堆芯中的插入或从反应堆堆芯的取出。

然而，该下部管座不允许在反应堆的起动和停止阶段过滤经过核燃料组装体之间的碎屑，在这两个阶段，反应堆的温度极其小于运行温度，而即便这些阶段是关键性的。起动阶段是尤其关键的，这是由于碎屑会起因于在反应堆停止期间、在再次起动前执行的操作。

发明内容

本发明的目的之一在于设置核燃料组装体的下部管座，其允许对碎屑的有效保持，同时利于核燃料组装体在反应堆内部的安装。

为此，本发明提出前述类型的下部管座，其特征在于，在自由状态下，所述或每个防碎屑元件持久地从侧面凸出，所述或每个防碎屑元件布置在所述侧面上，所述或每个防碎屑元件是弹性可变形的，以使得在朝所述侧面的方向施加在所述防碎屑元件上的力的情况下，所述防碎屑元件朝所述侧面的方向缩进。

根据其它的实施方式，下部管座包括单个的或根据所有技术上可能的组合的一或多个下述的特征：

所述下部管座包括凹槽，所述凹槽布置在所述侧面中，以使得在朝所述侧面的方向施加在所述防碎屑元件上的力的情况下，所述防碎屑元件缩进到所述凹槽中；

所述防碎屑元件是伸长形的，并且具有在所述侧面上支撑的两侧部分和从所述侧面凸出的一中间部分，在朝所述侧面的方向施加在所述防碎屑元件上的力的情况下，所述两侧部分相互分离；

所述侧部分支撑在所述凹槽的一底部上，该底部的宽度大于位于自由状态的所述防碎屑元件的侧部分的自由边部之间的距离，所述中间部分经过通向所述侧面的凹槽的开口凸出。

所述开口具有小于位于自由状态的所述防碎屑元件的侧部分的自由边部之间的所述距离；

所述凹槽由一槽沟和至少一保持元件确定，所述槽沟被布置在所述侧面中并且形成所述凹槽的底部，所述至少一保持元件自所述槽沟的一边部呈悬伸地延伸，所述保持元件的自由边部界定出所述开口；

所述下部管座包括两保持元件，所述两保持元件自所述槽沟相对的边部起一个朝着另一个呈悬伸地延伸，并且在它们的自由边部之间界定出所述开口；

所述下部管座包括一系列保持元件，所述一系列保持元件在所述防碎屑元件的长度方向上彼此间隔并且沿着侧部分分布，每个保持元件将所述侧部分保持支撑在所述侧面上，并且允许所述侧部分在所述侧面上滑动；

一个侧部分在其自由边部上包括凹口，在这些凹口中接纳保证所述侧部分在所述侧面上保持的保持元件；

所述防碎屑元件包括至少一平坦爪齿，所述至少一平直爪齿在所述防碎屑元件的长度方向上延伸一侧部分，并且被接合在保持元件下面，所述保持元件被设计用于将所述侧部分保持支撑在所述侧面上，同时允许所述侧部分在侧面上的滑动；和

所述或每个防碎屑元件包括水经过所述防碎屑元件循流的循流孔口。

本发明还涉及核燃料组装体，其包括一束核燃料棒和保持燃料棒的一骨架，所述骨架包括一上部管座和一下部管座，所述燃料棒在上部管座和下部管座之间延伸，所述下部管座是根据前述权利要求任一项所述的下部管座。

附图说明

通过对接下来的仅作为示例给出并且参照附图的描述的阅读将更好地理解本发明及其优点，附图中：

-图1是两个核燃料组装体的示意性的侧视图，所述两个核燃料组装体配有下部管座，所述下部管座包括根据本发明的防碎屑元件；

-图2是图1的核燃料组装体的下部管座的放大图；

-图3是图2的下部管座之一的局部透视图；

-图4和5是根据图3上的IV-IV的下部管座的剖视图，其按两种不同配置示出防碎屑元件；

-图6和7是与图3相似的示意图，并且示出下部管座的其它实施方式；和

-图8和9分别地是根据一变型的防碎屑元件的局部透视图和横向剖视图。

具体实施方式

图1示出并排布置在一压水核反应堆(PWR)的堆芯的下部板体4上的两相同的核燃料组装体2。

当核燃料组装体2被布置在反应堆的堆芯中时，每个核燃料组装体2根据基本垂直地延伸的一纵向轴线L伸长。接下来，术语“高”和“低”参照核燃料组装体2在反应堆中的位置来指示。

每个核燃料组装体2包括一束核燃料棒6和保持燃料棒6的一骨架8。

每根燃料棒6通常包括装填核燃料芯块的一管形套。

骨架8包括一下部管座10、一上部管座12、导引管14和保持格栅16。

下部管座10和上部管座12根据轴线L相间隔。导引管14在所述管座10，12之间延伸并且在所述管座之间将所述管座10，12相连接。格栅16被固定在导引管14上并且在管座10，12之间分布。

燃料棒6平行于轴线L、经过格栅16延伸，格栅保证燃料棒6的纵向和横向保持。

如在图2上所示，每个下部管座10包括一过滤板18、支脚20和在下部管座10的侧面24上嵌接和布置的防碎屑元件22。

过滤板18横向于轴线L延伸。其例如具有一多边形的型面，这里是一正方形的型面。作为变型，其具有一六边形的型面。支脚20自过滤板18的角部向下方延伸。下部管座10通过支脚20支撑在下部板体4上。

每个防碎屑元件22从侧面24凸出，防碎屑元件22安装在侧面24上。

下部板体4配有进水孔口26。至少一孔口26通向每个核燃料组装体2的下部管座10的下方。

如在图3上所示，过滤板18被穿孔以允许水经过过滤板流通。为此，过滤板18例如包括贯穿地穿过过滤板18的多个渠道28。

每个防碎屑元件22具有一伸长的弹性片体的形状，并且平行于界定侧面24的上边部的脊棱30延伸。

图4和5是根据图3上的IV-IV的剖视图，在其上防碎屑元件22分别地以处于自由状态和处于一压缩状态地示出。

如在图4上所示，防碎屑元件22被接纳在凹槽32中，凹槽在侧面24中被确定，并且防碎屑元件22经过凹槽32的通向侧面24的开口34从侧面24凸出。

凹槽32被一伸长形的槽沟36和保持元件38确定，槽沟布置在侧面24中，且保持元件38自与槽沟36相对的边部在相互的方向上延伸，并且赋予凹槽32一呈T形的截面。

开口34在保持元件38的自由边部之间被确定。其具有小于凹槽32的底部40的宽度W2的一宽度W1。底部40是平直的并且平行于侧面24。

防碎屑元件22具有呈帽形的一横截面，并且包括两平直的侧部分42和从侧面24凸出的一鼓起的中间部分44。

侧部分42被接纳在凹槽32中，位于界定所述T形截面的横杆部、在底部40和保持元件38之间被确定的侧空间中。

在侧部分42的自由边部之间测量的防碎屑元件22的宽度W3小于底部40的宽度W2，而大于开口34的宽度W1。因此，防碎屑元件22在其长度上被横向地保持在凹槽32中。

中间部分44具有小于开口34的宽度W1的一宽度W4。中间部分44是鼓起的，以在防碎屑元件22的自由状态下经过开口34从侧面24凸出。

中间部分44持久地在防碎屑元件22的自由状态下从侧面24凸出，而无论温度如何，更为特别地是在正常运行和发电阶段、停止阶段以及起动和停止的过渡阶段中在核反应堆中所遇到的温度范围内都是这样。该温度范围一般性地在大约20℃到大约350℃的周围环境温度之间。

保持元件38被接纳在沿着槽沟36在侧面24中布置的槽道46中，以使得保持元件38与侧面24一样高。

保持元件38例如借助于如螺钉、铆钉等的机械固定机件47固定，其通过点划线示意。作为变型或作为选择，保持元件38通过焊接被固定在侧面24上。

在示例中，每个保持元件38具有一连续的伸长形的杆条的形状，其在所覆盖的侧部分42的大部分长度上延伸。作为变型，一保持元件38为沿着防碎屑元件22相间隔和分布的多个保持元件所替代。

如在图5上所示，在如果出现应用在中间部分44上并且指向侧面24的如在图5上的箭头F1所示的力的情况下，防碎屑元件22适于弹性地发生变形并且缩进至凹槽32中。

在此情形中，防碎屑元件22通过中间部分44的变形和侧部分42的相互分离以及侧部分在底部40上的滑动，弹性地发生变形，如在图5上的箭头F2所示。

在运行时，参照图2，水通过所述孔口26被注入并且在反应堆堆芯中从低向高、经过并且位于核燃料组装体2之间流动。水被注入到下部管座10的下方。其经过过滤板18且在每个核燃料组装体2的燃料棒6之间流动。其也在核燃料组装体2之间流动，经过在每对相邻的核燃料组装体2的下部管座10的相邻的侧面24之间确定的通道流通。

水用作减速流体以对核反应进行减速，用作载热流体用于提取由于核反应在燃料棒6中产生的热量。

每个下部管座10的过滤板18使得在反应堆中流动的水经过并且阻留会将在水中存留的可能的碎屑。

布置在侧面24上的防碎屑元件22阻留可能在经过核燃料组装体2之间的水流中存在的碎屑。更为确切地说，相面对的下部管座10的两侧面24的防碎屑元件22减小在这两个侧面24之间所确定的通道宽度，以阻留可能的碎屑。

在自由状态从侧面24持久凸出的防碎屑元件22允许阻留由在反应堆的各个运行阶段中在核燃料组装体之间流动的水流所载运的碎屑，并且特别地在起动和停止的过渡阶段。

为了将一核燃料组装体2从反应堆中取出或将其插入反应堆中，使用通过其上部管座12抓住核燃料组装体2的一钩抓具。与该类操作相关联的风险在于下部管座10触碰在反应堆的堆芯中的另一相邻的核燃料组装体2的一燃料棒6或一格栅16，并且引起操作的核燃料组装体或相相邻的核燃料组装体之一的损坏，可能产生碎屑。在防碎屑元件22之上按压时能够缩进的防碎屑元件22限制在装卸时的这一风险，其此外允许保证核燃料组装体在从反应堆堆芯中插入或取出时对核燃料组装体的更好的导向。由于防碎屑元件22的弹性，防碎屑元件22然后回复到保持碎屑的初始配置。

防碎屑元件22优选地以高弹性极限的材料制成，例如镍基或铁基的超合金、钛合金或甚至例如标准AMS(航空材料技术规格)5629和AMS 5643所确定的某些结构坚硬的不锈钢。

在示例中，保持元件38嵌接并且固定在下部管座10的侧面上。在未显示的一变型中，保持元件与侧面24构成整体，一凹槽32例如借助于呈T形的一铣刀在侧面24中被机加工。

图6和7的实施方式与前述的实施方式在保持元件的形状上不同。

在图6的实施方式中，下部管座10包括沿着每个防碎屑元件22的每个侧部分42间隔分布的多个保持元件38。

每个保持元件38包括保持元件38在凹槽32的底部40上固定的一固定基座50，和比基座50大的呈圆盘形的一头部52。

每个侧部分42包括多个接纳凹口54，所述多个接纳凹口54沿着侧部分42的自由边部分布，用于接纳保持元件38的基座50。每个凹口54通向侧部分42的自由边部。每个凹口54足够大以接纳一保持元件38的基座50，不过却非常窄，以不允许该保持元件38的头部52通过。

每个凹口54向防碎屑元件22内延伸，以允许在中间部分44向凹槽32的底部40变形时侧部分42的分离。

在图7的实施方式中，每个防碎屑元件22仅在其端部被保持。

为此，防碎屑元件22的每个侧部分42配有平直的延伸部56，其在防碎屑元件22的长度方向上延伸侧部分42，并且设置保持元件38呈角板58的形状，角板被固定在槽道60中，槽道60被设置在下部管座10的侧面24上，以覆盖延伸部56。

每个角板58覆盖下部管座10的一角部并且用于布置在下部管座10的相邻的两侧面24上的两防碎屑元件22的固定。

在一变型中，布置在同一角部上的两角板58为一单一角板替代。作为变型或作为选择，一角板58为每个用于一防碎屑元件22的固定的两板体替代。

在图8和9示出的变型中，防碎屑元件22与图3到5的变型的防碎屑元件的不同之处在于，其包括经过防碎屑元件22的水的流动孔口60，以对水流提供更小的阻力，并且允许位于核燃料组装体2的周沿的燃料棒6的冷却。孔口60被布置在中间部分44中，沿着中间部分分布。

在示例中，防碎屑元件22包括：一系列下孔口60，其布置在与下侧部分42相邻的中间部分44的侧部分中，和一系列上孔口60，其布置在与上侧部分42相邻的中间部分44的侧部分中。

下孔口60位于中间部分44的顶部62和下侧部分42之间。上孔口60位于顶部62和上侧部分42之间。

如在图9上所示，在运行时，水经过防碎屑元件22流动，通过下孔口60进入防碎屑元件22下方，通过上孔口60再出来。

为了保证水的良好流动，每个下孔口60沿着防碎屑元件22与一上孔口60相面对地被布置。

如在图8上所示，孔口60具有横向于防碎屑元件22伸长的一长条形的形状。作为变型或作为选择，孔口是长条形的，并且在防碎屑元件22的长度方向上是伸长形的，或与水流相对呈对角线的方式是伸长形的。孔口60可具有其它的几何形状，和/或呈梅花形布置，或甚至根据一单一序列布置。防碎屑元件22也可具有不同的形状和布置的孔口60的不同组合。

本发明并不局限于示出的实施方式。其例如可合并图3、6和7的实施方式，以设置不同类型的保持元件或具有多个部分的防碎屑元件22。其也可仅将防碎屑元件22布置例如在下部管座10的两侧面24上，所述两侧面24是相邻的两核燃料组装体的下部管座10的面对面的两侧面，而下部管座10的其它两侧面没有防碎屑元件22。

本发明应用于压水反应堆(PWR)的核燃料组装体的下部管座。更为普遍地，本发明适用于各种类型的核燃料组装体的下部管座。

Claims (12)

1.核燃料组装体(2)的下部管座(10)，其类型包括：一穿孔的板体(18)，其用于允许水经过该板体流通，所述下部管座具有侧面(24)；和至少一防碎屑元件(22)，其布置在侧面(24)上，以阻留可能在所述下部管座和另一相邻的下部管座之间经过的碎屑，

其特征在于，在自由状态下，所述或每个防碎屑元件(22)持久地从侧面(24)凸出，所述或每个防碎屑元件(22)布置在所述侧面(24)上，所述或每个防碎屑元件(22)是弹性可变形的，以使得在朝所述侧面(24)的方向施加在所述防碎屑元件(22)上的力的情况下，所述防碎屑元件(22)朝所述侧面(24)的方向缩进。

2.根据权利要求1所述的下部管座，其特征在于，所述下部管座包括凹槽(32)，所述凹槽(32)布置在所述侧面(24)中，以使得在朝所述侧面(24)的方向施加在所述防碎屑元件(22)上的力的情况下，所述防碎屑元件(22)缩进到所述凹槽(32)中。

3.根据权利要求1或2所述的下部管座，其特征在于，所述防碎屑元件(22)是伸长形的，并且具有在所述侧面(24)上支撑的两侧部分(42)和从所述侧面(24)凸出的一中间部分(44)，在朝所述侧面(24)的方向施加在所述防碎屑元件(22)上的力的情况下，所述两侧部分(42)相互分离。

4.根据权利要求2和3所述的下部管座，其特征在于，所述侧部分(42)支撑在所述凹槽(32)的一底部(40)上，该底部的宽度(W2)大于位于自由状态的所述防碎屑元件(22)的侧部分(42)的自由边部之间的距离(W3)，所述中间部分(44)经过通向所述侧面(24)的凹槽(32)的开口(34)凸出。

5.根据权利要求4所述的下部管座，其特征在于，所述开口(34)具有小于位于自由状态的所述防碎屑元件(22)的侧部分(42)的自由边部之间的所述距离(W3)的一宽度(W1)。

6.根据权利要求5所述的下部管座，其特征在于，所述凹槽(32)由一槽沟(36)和至少一保持元件(38)确定，所述槽沟(36)被布置在所述侧面(24)中并且形成所述凹槽(32)的底部(40)，所述至少一保持元件(38)自所述槽沟的一边部呈悬伸地延伸，所述保持元件(38)的自由边部界定出所述开口(34)。

7.根据权利要求6所述的下部管座，其特征在于，所述下部管座包括两保持元件(38)，所述两保持元件自所述槽沟(36)相对的边部起一个朝着另一个呈悬伸地延伸，并且在它们的自由边部之间界定出所述开口(34)。

8.根据前述权利要求任一项所述的下部管座，其特征在于，所述下部管座包括一系列保持元件(38)，所述一系列保持元件(38)在所述防碎屑元件(22)的长度方向上彼此间隔并且沿着侧部分(42)分布，每个保持元件(38)将所述侧部分(42)保持支撑在所述侧面(24)上，并且允许所述侧部分(42)在所述侧面(24)上滑动。

9.根据权利要求8所述的下部管座，其特征在于，一个侧部分(42)在其自由边部上包括凹口(54)，在这些凹口中接纳保证所述侧部分(42)在所述侧面(24)上保持的保持元件(38)。

10.根据权利要求3到9任一项所述的下部管座，其特征在于，所述防碎屑元件(22)包括至少一平坦爪齿，所述至少一平直爪齿在所述防碎屑元件(22)的长度方向上延伸一侧部分(42)，并且被接合在保持元件(38)下面，所述保持元件(38)被设计用于将所述侧部分(42)保持支撑在所述侧面(24)上，同时允许所述侧部分(42)在侧面(24)上的滑动。

11.根据前述权利要求任一项所述的下部管座，其特征在于，所述或每个防碎屑元件(22)包括水经过所述防碎屑元件(22)循流的循流孔口(60)。

12.核燃料组装体，其包括一束核燃料棒(6)和保持燃料棒(6)的一骨架(8)，所述骨架(8)包括一上部管座(12)和一下部管座(10)，所述燃料棒(6)在上部管座和下部管座之间延伸，所述下部管座(10)是根据前述权利要求任一项所述的下部管座。

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