CN103493143A - 优化的花形管及优化的先进栅格的构型 - Google Patents
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Abstract
一种用于核燃料组件（20）的支承栅格（26），所述燃料棒组件（20）具有带一定直径的大致圆筒形燃料棒（28），其中，所述支承栅格（26）包括具有多个外部条带（44）的框架组件（40）和多个管状构件（50）和/或螺旋形框架构件（70）。所述管状构件（50）/螺旋形框架构件（70）具有构造为与相邻螺旋形框架构件（70）相接触的接触部分（54、55）和具有较小直径的至少一个螺旋形燃料棒接触部分（52）。所述较小直径基本等于所述燃料棒（28）的直径，使得设置在所述螺旋形框架构件（70）中的燃料棒将在螺旋形燃料棒接触部分（52）处与所述内部螺旋形框架构件（70）相接合。所述螺旋形燃料接触部分（52）可以具有可变螺距。
Description
相关申请的交叉引用
本文是部分接续申请，根据35USC§119（e）要求2005年1月11日提交的名称为“螺旋形凹槽管状燃料棒支承件”的美国专利申请序列No.11/033,434的优先权。
技术领域
本发明涉及核反应堆燃料组件，并且更具体地涉及用于支承燃料棒的阵列，其中所述阵列或支承组件包括形成栅格状框架组件的大致平坦构件和多个螺旋形凹槽管状构件的矩阵，其中所述螺旋形部分可以具有可变螺距。
背景技术
在典型的压水反应堆（PWR）中，反应堆堆芯包括大量大致竖直的、细长的燃料组件。燃料组件包括构造为支承多根燃料棒的支承栅格。燃料组件包括顶部喷嘴、底部喷嘴、多个支承栅格和居中流动混合栅格、以及多个套管。支承栅格附接到在顶部喷嘴与底部喷嘴之间竖直延伸的多个细长套管上。套管通常在其中接收控制棒、堵漏装置（plugging devices）、或仪器仪表。燃料棒包括通常包覆在圆筒形金属管中的核燃料。一般来说，水通过底部喷嘴进入燃料组件内，并且向上竖直穿过燃料组件。当水经过燃料棒时，水被加热直到水以很高的温度离开顶部喷嘴为止。
支承栅格用来将燃料棒设置在反应堆堆芯中，抵抗燃料棒振动，向燃料棒提供侧向支承，并且在一定程度上竖直地抑制燃料棒抵抗纵向运动。一种常规类型的支承栅格设计包括多个交织的条带，这些条带一起形成具有多个大致方形单元的蛋箱构型，所述方形单元在其中单独地接收燃料棒。取决于套管的构型，套管能够被接收在尺寸和在其中接收燃料棒的单元相同的单元中，或者能够被接收在于交织条带中限定的较大套管单元中。
条带通常为平坦的、细长构件，具有多个较柔顺的弹簧和从平坦构件的任意侧垂直延伸的较刚性凹部。位于条带中的狭槽用来实现与相邻条带的互锁接合，从而生成形成大致方形单元的“竖直”和“水平”条带的栅格。弹簧和凹部的位置配置为使得每个单元通常具有位于两个相邻侧部中的每一个上的弹簧。在单元的与弹簧相对的侧部中的每一个上，通常设有两个凹部。弹簧必须与凹部相对地设置，使得燃料棒由弹簧偏置抵靠凹部。每个单元的弹簧和凹部与延伸穿过单元的相应燃料棒相接合，从而在单元中的六个位置（两个弹簧和四个凹部）支承燃料棒。优选地，每个弹簧和/或凹部包括弧形的、凹平台，该平台具有与燃料棒基本相同的半径。该凹平台有助于将径向载荷分布到燃料棒的侧部上。周缘条带具有从一侧延伸的弹簧或凹部且周向包封栅格的内部条带以向栅格赋予强度和刚度。在组装期间，条带必须以特定构型进行组装以确保每个单元具有位于适当位置中的弹簧和凹部。由此，现有框架组件的组装是耗时的过程。有利的是具有更容易构造的支承组件。
条带可以包括在其上形成的一个或多个混合叶片，这些叶片有利于水在反应堆内的混合以促进在燃料棒与水之间的对流热交换。这种运动连同反应堆堆芯内的升高的温度、压力和其他流体速度一起趋于导致在栅格与燃料棒之间的振动。就条带的正确定位而言，必须小心以确保混合叶片设置在正确的位置。另外，水流撞击在混合叶片上的动作导致压力容器中的压力降低并且生成在框架组件中的扭矩，这些都不是期望的。
由于栅格将燃料棒支承在燃料单元内，因此在它们之间的这种振动可能导致燃料棒的微振（fretting）。这种微振如果足够严重可能导致燃料棒包覆层的破损，从而导致对反应堆内的水的核污染。
期望的是提供一种改进的栅格，其设计用于最大限度地减小在栅格与燃料棒之间的微动磨损，同时维持水通过反应堆堆芯的混合流动。还期望的是具有易于组装的支承组件。
发明内容
这些需求和其他由本发明满足，本发明提供了一种用于核燃料组件的支承栅格，其中，所述燃料棒为具有一定直径的大致圆筒形燃料棒，而所述支承栅格包括具有多个大致均匀单元的框架组件以及至少一个大致圆筒形管状构件或螺旋形框架构件，每个单元具有至少一个侧壁和宽度。所述管状构件/螺旋框架构件具有为较大直径的单元接触部分和为较小直径的至少一个凹槽螺旋形燃料棒接触部分。如本文所用，“燃料棒接触部分”通常为但不限于至少部分地绕圆筒延伸的弧形线，所述圆筒为燃料棒。所述单元接触部分通过过渡部分与所述燃料棒接触部分相结合。所述较大直径基本等于所述单元宽度，而所述较小直径基本等于所述燃料棒直径。以该构型，设置在所述管状构件中的燃料棒将与所述内径相接合。所述管状构件设置在所述多个大致方形单元中的一个单元中，使得所述单元接触部分与所述至少一个单元侧壁相接合。以该方式，所述燃料棒由所述螺旋形燃料棒接触部分保持，而所述管状构件由所述框架组件保持。
在优选实施例中，所述管状构件具有均匀厚度的壁，使得所述螺旋形燃料棒接触部分在与所述燃料棒相邻的侧部上和与所述单元壁相邻的侧部上限定具有螺旋形状的通道。这些螺旋形通道用来混合水，使得混合叶片不再需要。使用所述螺旋形通道存在至少两个优点；首先，水流不会撞击到所述成形通道上，从而存在由所述混合结构生成的最小压力降。其次，通过反转位于选定单元中的螺旋形通道的方向，可以控制施加到所述框架组件上的扭矩的量。
所述螺旋形燃料棒接触部分可以以多种构型形成。例如，可以设有单个（或多个）螺旋形燃料棒接触部分，所述螺旋形燃料棒接触部分具有360度的角位移、即绕所述管状构件延伸360度。但是，鉴于典型单元的较短高度，所述螺旋形燃料棒接触部分的螺距（径向距离/高度）可能太大，从而限制水穿过通道的螺旋形部分的流动。可选地，也可以设有至少两个螺旋形燃料棒接触部分，每个绕所述管状构件延伸180度。但是，在优选实施例中，设有四个螺旋形燃料棒接触部分，每个绕所述管状构件延伸90度。尽管这些示例已经使用多个（N）螺旋形燃料棒接触部分和等于360（N*A=360）的角位移（A），但是这并非必须。即，几乎任意数量的螺旋形燃料棒接触部分可以与任意角位移一起使用。还注意的是，尽管对称螺旋形接触部分是优选的，但是螺旋形接触部分可以为不对称螺旋；即，螺距可以沿着所述管状构件变化。例如，所述管状构件或螺旋形框架构件可以具有第一轴向部分和第二轴向部分。所述螺旋形接触部分在两个轴向部分上延伸。所述螺旋形接触部分可以具有在所述第一轴向部分处的第一螺距和在所述第二轴向部分处的第二螺距。
优选地，所述管状构件具有在所述单元接触部分与所述螺旋形燃料棒接触部分之间的平滑过渡。当设有四个螺旋形燃料棒接触部分时，所述管状构件的形状与具有四片花瓣的花的周缘相似。可选地，所述管状构件可以包括构造为与所述框架组件的壁和/或与所述燃料棒相接合的扩展平台部段。当设有平台时，所述过渡部段将典型地为锐利曲线。在另一实施例中，所述过渡部分的长度的大部分为基本平坦的，而所述端部为锐角。
所述框架组件包括典型地构造为容纳核燃料棒的多个单元。如上述，一些单元适于包封套管棒或其他装置。但是，非燃料棒单元与本发明无关，并且尽管注意到，将不会在下文进行讨论。在优选实施例中，所述框架组件由以两个互锁套组（“竖直”套组和“水平”套组）设置的多个基本平坦的、细长条带构件形成。所述竖直套组的条带构件基本垂直于所述水平条带构件设置。而且，位于每个套组中的所述条带构件基本均匀地间隔开。以该构型，所述单元为大致方形的。在可选实施例中，所述框架组件由已经焊接到一起的、优选地以90度间隔开的螺旋形框架构件形成。
附图说明
当结合附图阅读时，从下面对优选实施例的描述将能够获得对本发明的另外的理解，其中：
图1为常规核燃料组件的正视图。
图2为示出了“竖直”和“水平”条带的框架组件的俯视图。
图3为框架组件的等距视图。
图4为支承栅格的细节图。
图5为具有四个燃料棒接触部分的管状元件的等距视图。
图6为设置在具有燃料棒的单元中的具有四个燃料棒接触部分的管状元件的等距视图。
图7为具有与单元相邻的单个接触部分的管状元件的等距视图。
图8为具有两个燃料棒接触部分的管状元件的等距视图。
图9为具有两个燃料棒接触部分的管状元件的可选等距视图。
图10为由管状框架构件形成的框架组件的一部分的俯视图。
图11为由对齐的管状框架构件形成的框架组件的一部分的俯视图。
图12为位于管状框架构件中的管状构件的细节俯视图。
图13为由螺旋形框架构件形成的框架组件的细节俯视图。
图14为具有位于单元接触部分处的平台的管状构件的细节俯视图。
图15为具有位于燃料棒接触部分处的平台的管状构件的细节俯视图。
图16为具有位于单元接触部分和燃料棒接触部分处的平台且具有平坦过渡部分的管状构件的细节俯视图。
图17为管状构件的示意性侧视图，其中，螺旋形接触部分具有可变螺距。
图18为支承栅格的截面图，其中管状构件短于框架组件。
图19A和图19B为两个管状构件的等距视图，其中螺旋形接触部分的捻曲在图19A中为顺时针的而在图19B中为逆时针的。
图20为可选实施例的俯视图，其中框架组件包括条带构件和管状框架构件。
图21为具有等角度设置的螺旋形接触部分的管状构件的等距视图。
具体实施方式
如本文所用，方向性术语（例如但不限于“上”和“下”）涉及在附图中所示的部件而非对权利要求进行限制。
如图1中所示，设有用于核反应堆的燃料组件20。燃料组件20设置在水容器（未示出）中，所述水容器具有位于底部处的入口和位于顶部处的出口。燃料组件20包括：用于在反应堆（未示出）的堆芯区域中将燃料组件20支承在下部堆芯板（未示出）上的下端部结构或底部喷嘴22；从底部喷嘴22向上伸出的多个纵向延伸的控制棒导向管或套管24；沿着导向套管24轴向间隔开的多个横向支承栅格26；横向间隔开且由栅格26支承的组织阵列的细长燃料棒28；设置在组件的中心处的仪表管30；和以常规方式附接到导向套管24的上端部上以形成一体式组件的上端部结构或顶部喷嘴32，所述一体式组件能够在不破坏组件部件的情况下常规地操纵。底部喷嘴22和顶部喷嘴32具有带有流动开口（未示出）的端板（未示出），所述开口用于流体冷却剂（例如水）的向上纵向流动，以向上经过不同的燃料棒28且沿着不同的燃料棒28流动以从其中接收热能。为了促进冷却剂在燃料棒28中的混合，整体上由附图标记34表示的混合叶片栅格结构设置在一对支承栅格26之间且安装到导向套管24上。
顶部喷嘴32包括横向延伸的适配器板（未示出），所述适配器板具有固定到其周边缘上的直立侧壁以限定外壳或壳体。环状凸缘（未示出）固定到侧壁的顶部上。适当夹到该凸缘上的是板簧36（其中仅一个在图1中示出），板簧36以常规的方式与上部堆芯板（未示出）配合，以防止由向上的冷却剂流导致的燃料组件的液压提升、同时容许由于堆芯引起的热膨胀等而导致的燃料组件的长度的变化。设置在由顶部喷嘴32的侧壁所限定的开口内的是常规棒束控制组件38，组件38具有径向延伸锚爪，连接到控制棒的上端部上，用于以众所周知的方式在控制棒导向套管24中竖直移动控制棒。为了形成燃料组件20，支承栅格26和混合叶片栅格结构34在预定轴向间隔开的位置附接到纵向延伸的导向套管24上。底部喷嘴22适当地附接到导向套管24的下端部上并且随后顶部喷嘴32附接到导向套管24的上端部上。燃料棒28随后被插入穿过栅格26和栅格结构34。燃料棒28为具有一定直径的大致细长圆筒。对于燃料组件20的更详细描述，应参照美国专利No.4,061,536。
附图中描绘的燃料组件20为具有方形阵列的燃料棒28的类型，其中控制棒导向套管24策略性地布置在燃料棒阵列内。另外，底部喷嘴22、顶端喷嘴32以及类似地支承栅格26均为横截面大致呈方形的。鉴于附图中绘制的具体燃料组件20仅仅用于说明的目的，因此应当理解的是，喷嘴或栅格的形状或燃料棒28和导向套管24的数量和构型都不是限制性的，并且本发明能够等同地应用到与具体示出不同的形状、构型和布置上。
例如，如图2和图4中所示，支承格栅26包括框架组件40和至少一个燃料棒支承件51（其为大致圆筒形管状构件50）。框架组件40包括由单元壁43限定的多个单元42。每个单元42具有由字母“w”表示的宽度。在一个实施例中，单元42和单元壁43由设置在两个互锁套组（竖直套组46和水平套组48）中的多个基本平坦的、细长条带构件44形成。位于条带构件44的竖直和水平套组48中的条带构件44彼此基本垂直。另外，位于每个套组中的条带构件44基本均匀地间隔开。以该构型，条带构件44形成大致方形单元42A。由此，每个单元42A具有彼此垂直且延伸穿过单元42A的角部的两根对角轴线“d1”和“d2”，以及彼此垂直且延伸穿过单元42A的中心且与单元壁43垂直相交的两根法向轴线“n1”和“n2”。位于单元壁43上的、两根法向轴线穿过其中的位置为介于单元壁43与单元42的中心之间的最近位置“cp”。如图3中所示，框架组件40还具有由字母“h”表示的高度，其中该高度明显小于框架组件40的宽度或长度。另外，框架组件40具有顶侧47和底侧49。能够注意的是，本发明的条带构件44不包括突起部，例如如在现有技术的条带构件中那样的弹簧和凹部。缺少额外的支承结构使框架组件40的构造非常容易。
图4和图5中示出了支承栅格26的管状构件50。管状构件50包括至少一个螺旋形凹槽部分或燃料棒接触部分52、单元接触部分54、以及设置在它们之间的过渡部分56。如图4-6中所示，管状构件50具有四个燃料棒接触部分52，这是优选的实施例。下面讨论其他构型。单元接触部分54具有较大直径（其基本等于所述单元宽度）并且构造为与单元42紧贴地接合。燃料棒接触部分52具有与所述燃料棒28直径基本相等的较小直径。由此，管状构件50可以设置在单元42中，而燃料棒28可以设置在管状构件50中。在优选实施例中，管状构件50由具有均匀厚度的材料形成。由此，螺旋形燃料棒接触部分52限定介于管状构件50的外侧与单元壁43之间的外部通道60。另外，与燃料棒28间隔开的单元接触部分54限定内部通道62。流过外部通道60或内部通道62的水受到螺旋形燃料棒接触部分52的形状的影响，从而导致水被混合。
管状构件50可以构造为具有任意数量的螺旋形燃料棒接触部分52，这些部分52可以具有任意程度的螺距。例如，如图7中所示，管状构件50具有绕管状构件50延伸大约360度的单个螺旋形燃料棒接触部分52。如图8中所示，管状构件50具有各自绕管状构件50延伸大约180度的两个螺旋形燃料棒接触部分52。如图9中所示，管状构件50具有各自绕管状构件50延伸360度的两个螺旋形燃料棒接触部分52。如上述，图5示出了管状构件50，其具有各自绕管状构件50延伸大约90度的四个螺旋形燃料棒接触部分52。优选地，螺旋形燃料棒接触部分52绕管状构件50均匀地间隔开，但这并非必须。优选地，螺距介于0.001与20.0之间。
这些示例已经使用多个（N）螺旋形燃料棒接触部分52和等于360度或360度的倍数的角位移（A）。这种构型特别适于在方形单元42A中使用。即，单元接触部分54将仅仅在单元壁43上的最近位置处与单元壁43相接触。在其他位置，例如单元42A的角部，管状构件50的较大直径、即单元接触部分54将不接触单元壁43。因此，如图6中最佳示出，当设有各自绕管状构件50延伸90度的四个均匀间隔开的螺旋形燃料棒接触部分52时，设有各自设置在螺旋形燃料棒接触部分52之间的四个对应的单元接触部分54。为了确保在管状构件50与单元壁43之间的最大量的表面区域接触，管状构件50设置为使每个螺旋形燃料棒接触部分52在单元的顶侧47处与对角轴线基本对准并且在单元的底侧49处与不同的对角轴线对准。以该取向，单元接触部分54在顶侧47处和底侧49处与单元壁43最近位置对准。类似的构型可以利用任意形状的单元42形成。即，螺旋形燃料棒接触部分52的数量（N）优选地等于单元42的侧部的数量（S），而角位移（A）优选地为360度/S。由此，管状构件可以设置为使得每个螺旋形燃料棒接触部分52与在单元的顶侧47处穿过单元42的角部的轴线基本对准并且与在单元的底侧49处穿过单元42的角部的不同轴线对准。由此，单元接触部分54与在顶侧47和底侧49处的单元壁43的最近位置对准。
在另一实施例中，框架组件40包括由多个相连的管状框架构件70限定的多个圆筒形单元42B。如图10中所示，框架组件40可以具有多个密集堆积的管状框架构件70，但是，如图11中所示，优选的是对齐的管状框架构件70的图案。即，管状框架构件70绕每个管状框架构件70的周缘以90度间隔开地彼此联接。管状构件50设置在圆筒形单元42B内。如图12中所示，管状构件50和圆筒形单元42B的组合再次生成介于燃料棒28与管状构件50之间的内部通道62和介于管状构件50与管状框架构件70之间的外部通道60。管状框架构件70的圆筒形单元42B具有整个单元接触部分54抵接单元壁43的另外的优点。即，圆筒形单元42B的直径与单元宽度相同，单元宽度也与最近位置相同，并且由此，单元接触部分54将沿着单元壁43的整个高度与单元壁43相接合。这不同于其中单元接触部分54不会在角部处与单元壁43相接触的方形单元42A。
在另一实施例中，如图13中所示，管状构件50和管状框架构件70的功能已经结合到螺旋形框架构件80中。即，框架组件40包括以矩阵图案设置的多个螺旋形框架构件81。与管状构件50相似，螺旋形框架构件80包括至少一个螺旋形燃料棒接触部分52，但是，替代于单元接触部分54，螺旋形框架构件80的外侧为接触部分55，接触部分55构造为直接联接到相邻的螺旋形框架构件80的接触部分55上。与框架组件40的管状框架构件70的实施例一样，螺旋形框架构件80绕每个螺旋形框架构件80的周缘以90度间隔开地彼此相联。另外，在该实施例中，框架组件40优选地包括构造为绕多个螺旋形框架构件81的周缘延伸的多个外部条带82。外部条带82联接到设置在多个螺旋形框架构件81的外边缘处的螺旋形框架构件80的接触部分55上。燃料棒28设置穿过至少一个螺旋形框架构件80。
如图12中最佳示出，如同截面图一样地观察，管状构件50的部件（即螺旋形燃料棒接触部分52、单元接触部分54、和过渡部分56）优选地定形为平滑曲线。这种构型向管状构件50提供可压缩的、类似弹簧的品质。但是，如图14中所示，单元接触部分54可以包括扩展平面长度或平台90。平台90构造为提供与单元壁43相接合的较大表面区域。平台90的较大长度将需要具有锐利曲线的过渡部分56。类似地，如图15中所示，螺旋形燃料棒接触部分52可以包括适于绕燃料棒28径向延伸的凹平台92。如前述，较大长度的凹平台92将需要具有锐利曲线的过渡部分56。管状构件50还可以包括位于单元接触部分54处的平台90和位于螺旋形燃料棒接触部分52处的凹平台92。最后，管状构件50还可以构造为具有带角度端部94的大致平坦的过渡部分56。如图16中所示，在该实施例中，过渡部分56在截面俯视图中为大致平坦的。应当理解的是，由于燃料棒接触部分52的螺旋特性，过渡部分56沿框架组件40的高度的方向不是平坦的。
如上述，螺旋形接触部分52的螺距可以沿着管状构件50变化。例如，螺旋形接触部分52在管状构件50和/或管状框架构件70处、下边缘100（下文讨论）可以具有第一螺距，而相同螺旋形接触部分52在管状构件50和/或管状框架构件70处、上边缘102（下文讨论）可以具有不同的螺距。
如图17中所示，其为了清楚起见而将螺旋形接触部分52示出为直线，每个管状构件50和/或每个管状框架构件70具有关于水流的前边缘，其为下边缘100。类似地，每个管状构件50和/或每个管状框架构件70具有关于水流的尾边缘，其为上边缘102。当管状构件50和/或管状框架构件70设置在框架组件20中时，管状构件下边缘100设置为更靠近框架组件底侧49而非顶侧47。相反，管状构件上边缘102设置为更靠近框架组件顶侧47而非底侧49。还注意的是，每个管状构件50和/或每个管状框架构件70具有一定高度。
因此，至少一个螺旋形接触部分52可以具有在管状构件下边缘100处的第一螺距并且变化到在管状构件上边缘102处的第二螺距。在一个实施例（未示出）中，这种变化是渐进的。以该构型，至少一个螺旋形接触部分52基本上具有在管状构件50的高度上的每个高度处的不同螺距。
但是，在优选实施例中，管状构件50和/或管状框架构件70具有两个或更多个部分106、108，每个部分均为轴向部分，其中，螺旋形接触部分52具有不同的螺距。即，管状构件50具有圆筒轴线110，在管状构件设置在核反应堆中的燃料组件20中时轴线110大致竖直地延伸。如所示，第一轴向部分106为管状构件50的较低的上游部分。两个或更多个轴向部分（下文第一和第二轴向部分106、108）设置在大致垂直于管状构件圆筒轴线110延伸的假想平面或线112的任一侧上。至少一个螺旋形燃料棒接触部分52在第一轴向部分106和第二轴向部分108上延伸、即行进。位于第一轴向部分106上的至少一个螺旋形燃料棒接触部分52具有第一螺距，而位于第二轴向部分108上的至少一个螺旋形燃料棒接触部分52具有第二螺距。优选地，位于第一轴向部分106上的至少一个螺旋形燃料棒接触部分52的螺距为平滑的（相对于水的流动路径，即，大致竖直地），或者可以描述为具有较低的螺旋梯度。相反，位于第二轴向部分108上的至少一个螺旋形燃料棒接触部分52的螺距具有锐利的螺距，或者较高的螺旋梯度。如图17中所示，为了清楚起见，至少一个螺旋形燃料棒接触部分52的螺距被放大。如上述，螺旋形燃料棒接触部分52可以绕管状构件50均匀地间隔开，但是这并非必须。即，当至少一个螺旋形燃料棒接触部分52为多个螺旋形燃料棒接触部分53时，其中螺旋形燃料棒接触部分52分别在管状构件下边缘100和管状构件上边缘102处开始和结束的位置绕管状构件50的周缘等距地间隔开。这也可以描述为多个螺旋形燃料棒接触部分53中的每个螺旋形燃料棒接触部分52绕管状构件50“等角度地”设置。例如，两个螺旋形燃料棒接触部分52可以以180度间隔开，三个燃料棒接触部分52可以以120度间隔开，四个螺旋形燃料棒接触部分52可以以90度间隔开，五个螺旋形燃料棒接触部分52可以以72度间隔开，六个螺旋形燃料棒接触部分52可以以60度间隔开，八个螺旋形燃料棒接触部分52可以以45度间隔开，如图21中所示，等等。再次注意的是，尽管螺旋形燃料棒接触部分52的等距间隔是优选的，但是这并非必须。例如，管状构件50可以具有两个螺旋形燃料棒接触部分52，所述螺旋形燃料棒接触部分52以90度间隔开设置并且每个在管状构件50的轴向长度（即高度）上延伸180度。以该构型，管状构件的四分之一（绕周缘延伸大约90度的弧段）将从管状构件下边缘100基本平滑地到达管状构件上边缘102。
如上述，框架组件40具有一定高度。换言之，每个条带构件44具有一定高度。典型地，每个条带构件44的高度是相同的，但是，外部条带82可以具有相对于内部条带构件44的增大的高度。管状构件50（和/或管状框架构件70）可以具有与框架组件40、条带构件44和/或外部条带82基本相似的轴向长度或高度。在另一实施例中，如图18中所示，管状构件50（和/或管状框架构件70）具有与框架构件40不同的高度。例如，管状构件50可以高于框架组件40并且管状构件50的一部分在框架组件40（未示出）的上方和/或下方延伸。在优选实施例中，图18中所示，管状构件50具有比框架构件40的高度小的高度。以该构型，管状构件上边缘102优选地基本平行于框架组件顶侧47。
如上述，通过反转位于选定单元42中的螺旋通道60、62的方向，施加到框架组件40上的扭矩的量可以被控制。即，当轴向观察时，管状构件（和/或管状框架构件70）具有捻曲（twists）。如图19中所示，捻曲可以为顺时针或逆时针的。当具有不同捻曲的管状构件（和/或管状框架构件70）设置在框架组件40中时，施加到框架组件40上的扭矩的量可以被控制。
已经在上面描述了管状构件50和框架组件40的多种变型。在一个实施例中，位于框架组件40中的所有管状构件（和/或管状框架构件70）与管状构件50（和/或管状框架构件70）基本相似。即，所有管状构件50（和/或管状框架构件70）具有基本相同的特征。在另一实施例中，设置在单个框架组件40或支承格栅26中的选定的管状构件50（和/或管状框架构件70）具有不同的特征。如上述，具有不同捻曲的管状构件50（和/或管状框架构件70）可以设置在单个框架组件40中。另外，仅作为示例，在一个支承栅格中，可期望的是使选定数量的管状构件50具有四个螺旋形燃料棒接触部分52、而剩余的管状构件50具有八个螺旋形燃料棒接触部分52。可选地，仅仅作为另一示例，在一个支承栅格中，可期望的是使选定数量的管状构件50具有为可变螺距的螺旋形燃料棒接触部分52、而剩余的管状构件50具有为恒定螺距的螺旋形燃料棒接触部分52。作为又一示例，支承栅格26可以具有框架组件40的组合。即，如图20中所示，框架组件40可以包括外部条带82和有限数量的内部条带构件44（即，小于足以形成完整的和整体的栅格的条带构件44）。当框架组件40具有有限数量的条带构件44时，仅仅有限数量的单元42可以形成。以该构型，条带构件44没有等距地间隔开，并且优选地与外部条带82相对相邻地设置。以该构型，框架组件40的中间部分为空的。上述管状框架构件70可以安装在开口中间部分中。由此，支承栅格26可以包括设置在单元42中的管状构件50以及设置在条带构件44之间的开口区域120中的管状框架构件70，其中开口区域120大于单元42。
应当理解的是，上述变型的任意组合都是可能的。因此，为了描述具有带混合特征（例如，接触部分52的数量、高度、接触部分52的可变螺距）的元件的支承栅格26，可以表述为“管状构件50中的至少一个”或“螺旋形框架构件70中的至少一个”具有指定的特征。这种描述意味着其他管状构件50和/或管状框架构件70可能具有或可能不具有相同的指定特征。例如，支承栅格26可以描述为具有“带圆筒轴线110以及至少第一轴向部分106和第二轴向部分108的多个螺旋形框架构件81中的至少一个”。这意味着其他管状构件50和/或管状框架构件70可能具有或可能不具有“第一轴向部分106和第二轴向部分108”。作为另外的示例，支承栅格26可以描述为具有至少一个带顺时针捻曲的管状构件50和至少一个带逆时针捻曲的管状构件50。由此，在一百个管状构件50的支承栅格26中，能够为（1）五十个具有顺时针捻曲的管状构件50和五十个具有逆时针捻曲的管状构件50，或者（2）一个具有顺时针捻曲的管状构件50和九十九个具有逆时针捻曲的管状构件50，或者它们的任意组合。
尽管已经详细描述了本发明的特定实施例，但是应当由本领域的技术人员理解的是，考虑到本公开的总体教导，能够对这些细节进行各种变形和替代。因此，所公开的具体布置意为仅仅说明性的而非对本发明的范围进行限制，所述范围由所附权利要求以及其任意和所有等同的全面范围给定。
Claims (24)
1.一种燃料棒支承件（51），所述燃料棒支承件构造为支承在用于核燃料组件（20）的支承栅格（26）中的细长的大致圆筒形的燃料棒（28），所述用于核燃料组件（20）的支承栅格（26）具有框架组件（40）和多个其他燃料棒支承件，所述燃料棒支承件（51）包括：
管状构件（50），所述管状构件具有接触部分（54、55）、过渡部分（56）和至少一个螺旋形燃料棒接触部分（52）；
所述接触部分（54、55）通过所述过渡部分（56）与所述燃料棒接触部分（52）相结合；
所述接触部分（54、55）具有构造为与相邻的燃料棒支承件（51）或所述框架组件（40）中的一个相接触的较大直径；以及
所述至少一个螺旋形燃料棒接触部分（52）具有较小直径，所述较小直径基本等于所述燃料棒（28）的直径，使得如果燃料棒（28）设置在所述管状构件（50）中，则所述螺旋形燃料棒接触部分（52）将与所述燃料棒（28）相接合。
2.如权利要求1所述的燃料棒支承件（51），其中，所述至少一个螺旋形燃料棒接触部分（52）具有可变螺距。
3.如权利要求1所述的燃料棒支承件（51），其中，所述至少一个螺旋形燃料棒接触部分（52）具有恒定螺距。
4.如权利要求1所述的燃料棒支承件（51），其中：
所述管状构件（50）具有圆筒轴线（110）以及至少第一轴向部分（106）和第二轴向部分（108）；
所述至少一个螺旋形燃料棒接触部分（52）在所述第一轴向部分（106）和所述第二轴向部分（108）上延伸；
其中，位于所述第一轴向部分（106）上的所述至少一个螺旋形燃料棒接触部分（52）具有第一螺距，而位于所述第二轴向部分（108）上的所述至少一个螺旋形燃料棒接触部分（52）具有第二螺距。
5.如权利要求1所述的燃料棒支承件（51），其中：
所述至少一个螺旋形燃料棒接触部分（52）为多个螺旋形燃料棒接触部分（53）；
所述多个螺旋形燃料棒接触部分（53）中的每个所述螺旋形燃料棒接触部分（52）绕所述管状构件（50）等角度地设置。
6.如权利要求1所述的燃料棒支承件（51），其中，所述多个螺旋形燃料棒接触部分（53）的数量和间距从由以下构成的组中选取：以180度间隔开的两个螺旋形燃料棒接触部分（52）、以120度间隔开的三个螺旋形燃料棒接触部分（52）、以90度间隔开的四个螺旋形燃料棒接触部分（52）、以72度间隔开的五个螺旋形燃料棒接触部分（52）、以60度间隔开的六个螺旋形燃料棒接触部分（52）、和以45度间隔开的八个螺旋形燃料棒接触部分（52）。
7.如权利要求1所述的燃料棒支承件（51），其中，所述框架组件（40）包括具有一定高度的多个大致平坦构件（80），并且其中，所述管状构件（50）具有与所述框架组件构件（80）的高度不同的高度。
8.如权利要求7所述的燃料棒支承件（51），其中，所述管状构件（50）的高度小于所述框架组件构件（80）的高度。
9.一种用于核燃料组件（20）的支承栅格（26），所述燃料棒组件（20）构造为支承具有一定直径的大致圆筒形燃料棒（28），所述支承栅格（26）包括：
框架组件（40）和多个管状构件（50）；
其中，每个所述管状构件（50）具有接触部分（54、55）、过渡部分（56）和至少一个螺旋形燃料棒接触部分（52），所述接触部分（54、55）通过所述过渡部分（56）与所述燃料棒接触部分（52）相结合，所述接触部分（54、55）具有构造为与相邻的管状构件（50）或所述框架组件（40）中的一个相接触的较大直径，所述至少一个螺旋形燃料棒接触部分（52）具有较小直径，所述较小直径基本等于所述燃料棒（28）的直径，使得当燃料棒（28）设置在所述管状构件（50）中时，所述螺旋形燃料棒接触部分（52）将与所述燃料棒（28）相接合；以及
所述多个管状构件（50）设置在所述框架组件（40）的周缘内。
10.如权利要求9所述的用于核燃料组件（20）的支承栅格（26），其中：
所述多个管状构件（50）包括以矩阵图案设置的多个螺旋形框架构件（80）；
所述框架组件（40）包括多个外部条带（82）；
所述外部条带（82）绕所述螺旋形框架构件（80）的周缘延伸；以及
其中，每个所述螺旋形框架构件的接触部分（54、55）构造为与相邻的螺旋形框架构件（80）或至少一个所述外部条带（82）中的一个相接触。
11.如权利要求10所述的用于核燃料组件（20）的支承栅格（26），其中，所述螺旋形框架构件（80）中的至少一个具有带可变螺距的至少一个螺旋形燃料棒接触部分（52）。
12.如权利要求10所述的用于核燃料组件（20）的支承栅格（26），其中，所述螺旋形框架构件（80）中的至少一个具有带恒定螺距的至少一个螺旋形燃料棒接触部分（52）。
13.如权利要求10所述的用于核燃料组件（20）的支承栅格（26），其中：
所述多个螺旋形框架构件（80）中的至少一个具有圆筒轴线（110）以及至少第一轴向部分（106）和第二轴向部分（108）；
在具有至少第一轴向部分（106）和第二轴向部分（108）的所述螺旋形框架构件（80）中的所述至少一个上，所述至少一个螺旋形燃料棒接触部分（52）在所述第一轴向部分（106）和所述第二轴向部分（108）上延伸；以及
其中，位于所述第一轴向部分（106）上的所述至少一个螺旋形燃料棒接触部分（52）具有第一螺距，而位于所述第二轴向部分（108）上的所述至少一个螺旋形燃料棒接触部分（52）具有第二螺距。
14.如权利要求10所述的用于核燃料组件（20）的支承栅格（26），其中：
所述螺旋形框架构件（80）中的至少一个具有多个螺旋形燃料棒接触部分（52）；以及
所述多个螺旋形燃料棒接触部分（53）中的每个所述螺旋形燃料棒接触部分（52）绕所述螺旋形框架构件（80）中的所述至少一个等角度地设置。
15.如权利要求10所述的用于核燃料组件（20）的支承栅格（26），其中：
所述框架组件（40）包括具有一定高度的多个大致平坦条带构件（44）；以及
其中，所述螺旋形框架构件（80）中的至少一个具有与所述框架组件构件（44）的高度不同的高度。
16.如权利要求15所述的用于核燃料组件（20）的支承栅格（26），其中：
所述框架组件（40）具有顶侧（47）；
具有与所述框架组件构件（80）不同高度的所述螺旋形框架构件（80）中的所述至少一个具有比所述框架组件构件（80）的高度小的高度；
具有与所述条带构件（44）不同高度的所述螺旋形框架构件（80）中的所述至少一个还具有上边缘（102）；以及
其中，具有与所述条带构件的上边缘（102）不同高度的所述螺旋形框架构件（80）中的所述至少一个基本平行于所述框架组件顶侧（47）。
17.如权利要求10所述的用于核燃料组件（20）的支承栅格（26），其中：
每个所述螺旋形框架构件（80）可以具有顺时针捻曲或逆时针捻曲；
至少一个螺旋形框架构件（80）具有顺时针捻曲；以及
至少一个螺旋形框架构件（80）具有逆时针捻曲。
18.如权利要求9所述的用于核燃料组件（20）的支承栅格（26），其中：
所述构架组件（40）包括设置在两个互锁套组中的多个大致平坦的细长的条带构件（44），所述两个互锁套组为竖直套组和水平套组，所述竖直和水平套组的条带构件（44）彼此基本垂直，并且其中，每个套组中的所述条带构件（44）基本均匀地间隔开，使得所述条带构件（44）形成大致方形单元（42A）；
每个管状构件接触部分（55）为单元接触部分（54）；
每个所述管状构件（50）设置在框架组件单元（42）中；以及
其中，所述管状构件中的至少一个具有带可变螺距的至少一个螺旋形燃料棒接触部分（52）。
19.如权利要求18所述的用于核燃料组件（20）的支承栅格（26），其中：
所述管状构件（50）中的至少一个具有圆筒轴线（110）以及至少第一轴向部分（106）和第二轴向部分（108）；
在具有至少第一轴向部分（106）和第二轴向部分（108）的所述管状构件（50）中的所述至少一个上，所述至少一个螺旋形燃料棒接触部分（52）在所述第一轴向部分（106）和所述第二轴向部分（108）上延伸；以及
其中，位于所述第一轴向部分（106）上的所述至少一个螺旋形燃料棒接触部分（52）具有第一螺距，而位于所述第二轴向部分（108）上的所述至少一个螺旋形燃料棒接触部分（52）具有第二螺距。
20.如权利要求18所述的用于核燃料组件（20）的支承栅格（26），其中：
所述管状构件（50）中的至少一个具有多个螺旋形燃料棒接触部分（53）；以及
所述多个螺旋形燃料棒接触部分（53）中的每个所述螺旋形燃料棒接触部分（52）绕所述管状构件（50）等角度地设置。
21.如权利要求20所述的用于核燃料组件（20）的支承栅格（26），其中，所述多个螺旋形燃料棒接触部分（53）的数量和间距从由以下构成的组中选取：以180度间隔开的两个螺旋形燃料棒接触部分（52）、以120度间隔开的三个螺旋形燃料棒接触部分（52）、以90度间隔开的四个螺旋形燃料棒接触部分（52）、以72度间隔开的五个螺旋形燃料棒接触部分（52）、以60度间隔开的六个螺旋形燃料棒接触部分（52）、和以45度间隔开的八个螺旋形燃料棒接触部分（52）。
22.如权利要求18所述的用于核燃料组件（20）的支承栅格（26），其中：
所述框架组件（40）包括具有一定高度的多个大致平坦条带构件（44），以及
其中，所述管状构件（50）中的至少一个具有与所述框架组件构件（44）的高度不同的高度。
23.如权利要求18所述的用于核燃料组件（20）的支承栅格（26），其中：
所述框架组件（40）具有顶侧（47）；
具有与所述框架组件构件（44）不同高度的所述管状构件（50）中的所述至少一个具有比所述框架组件构件（44）的高度小的高度；
具有与所述条带构件（44）不同高度的所述管状构件（50）中的所述至少一个还具有上边缘（102）；以及
其中，具有与所述条带构件的上边缘（102）不同高度的所述管状构件（50）中的所述至少一个基本平行于所述框架组件顶侧（47）。
24.如权利要求18所述的用于核燃料组件（20）的支承栅格（26），其中：
每个所述管状构件（50）可以具有顺时针捻曲或逆时针捻曲；
至少一个管状构件（50）具有顺时针捻曲；以及
至少一个管状构件（50）具有逆时针捻曲。
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