CN103548090A - 核燃料组件连接板、包括该连接板的上部管嘴和核燃料组件 - Google Patents

Abstract

一种核燃料组件连接板（22），所述核燃料组件连接板（22）由相交条带（24、26）形成，所述相交条带（24、26）之间界定有管状导向室（28），每个管状导向室（28）允许燃料棒（4）延伸穿过连接板（22）。所述条带（24、26）之间界定有与所述导向室（28）分隔开的管状流动室（30、32），每个流动室（30、32）允许冷却剂流过所述连接板（22）。导向室（28）和流动室（30、32）布置在由循环图案（P）限定的栅格的节点处，该图案（P）包括以正方形栅格布置的四个角节点和在所述四个角节点中心处的中心节点，在每个角节点有一个被相交的一对平行间隔条带（26）和一对平行间隔条带（24）分隔开的导向室（28），所述两对条带界定了在中心节点处的四个壁的中心流动室（32）。

Description

核燃料组件连接板、包括该连接板的上部管嘴和核燃料组件

技术领域

本发明涉及一种在核燃料组件中使用的、更加特别地在用于沸水反应堆（BWR）的燃料组件的上部管嘴中使用的连接板。

背景技术

用于沸水反应堆（BWR）的核燃料组件通常包括成束的燃料棒和至少一个被包封在管状燃料管道中的管状水管道。每个水管道替换了燃料棒束中的至少一个燃料棒。

每个燃料棒包括容纳堆叠的核燃料芯块并且在其端部由端塞封闭的管状包壳（cladding）。

燃料组件包括多个沿燃料组件分布的定位格架，定位格架用于以间隔关系横向保持燃料棒。每个定位格架包括导向室（guide cells），燃料棒通常延伸穿过每个导向室。

燃料组件包括在燃料管道的上端处的上部管嘴以及在燃料管道的下端的下部管嘴。燃料棒从上部管嘴延伸至下部管嘴。每个管嘴具有导向室和通道，各个导向室用于容纳相应的燃料棒端塞，该通道用于使得冷却剂能够流过管嘴。

在操作中，燃料组件竖直定向在核反应堆的堆芯中并且使冷却剂在燃料棒之间向上流动。冷却剂在水管道和燃料管道中从燃料组件的下端流至上端。冷却剂通过下部管嘴进入燃料管道并且通过上部管嘴离开燃料管道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种限制上部管嘴的压降同时具有足够强度的上部管嘴连接板。

为此，本发明提出一种连接板，所述连接板由相交条带形成，所述相交条带之间界定有管状导向室，每个所述管状导向室允许燃料棒延伸穿过所述连接板，其中所述条带之间界定有与所述导向室分隔开的管状流动室，每个所述流动室允许冷却剂流过所述连接板，并且所述导向室和所述流动室布置在由循环图案限定的栅格的节点处，所述图案包括以正方形栅格布置的四个角节点和在所述四个角节点中心处的中心节点，在每个所述角节点处有一个被相交的一对平行间隔条带和一对平行间隔条带分隔开的所述导向室，所述两对条带界定了在中心节点处的四个壁的中心流动室。

所述连接板可以包括单个或根据任何技术上可能的组合的一个或多个下述特征：

-所述中心流动室具有大于每个导向室的横截面积；

-每个导向室具有正方形形状的横截面；

-每个中心流动室具有正方形形状的横截面；

-所述循环图案是以正方形或长方形栅格布置的3x3节点阵列，在角节点处有四个所述导向室，在所述中心节点处有所述中心流动室，并且在所述角节点之间的四个中间边节点处有四个中间流动室；

-每个中间流动室具有大于所述导向室的横截面积；

-每个中间流动室具有长方形形状的横截面；

-定位在所述循环图案的所述节点处的所述导向室和流动室在与一组四个的平行条带相交的一组四个的平行条带之间被界定，并且在每组中，之间界定有所述中心流动室的所述成对的条带之间的间距大于之间界定有所述导向室的所述成对的条带之间的间距；

-所述核燃料组件连接板包括具有界定了导向室侧壁的平坦导向室部分的条带；

-所述核燃料组件连接板包括具有导向室部分的条带，所述导向室部分界定了相对于所述导向室朝内弯曲的导向室侧壁；

-所述核燃料组件连接板包括具有导向室部分的条带，所述导向室部分界定了相对于所述导向室朝外弯曲的导向室侧壁；

-所述核燃料组件连接板包括具有导向室部分的条带，所述导向室部分界定了设置有凸起的导向室侧壁，所述凸起从所述导向室部分朝内突出到相应的导向室中。

本发明还涉及一种包括如上所限定的连接板的核燃料上部管嘴。

本发明还涉及一种包括如上所限定的连接板的核燃料组件。

本发明另外涉及一种包括如上所限定的上部管嘴以及成束的燃料棒的核燃料组件，其中至少一个导向室以存在有所述燃料棒和所述导向室侧壁之间的横向间隙的方式容纳所述燃料棒。

附图说明

通过阅读下面的仅作为示例提供的描述并且参考附图将更好地理解本发明及其优点，附图中：

-图1是核燃料组件的剖面视图，该核燃料组件包括具有根据本发明的连接板的上部管嘴；

-图2是该连接板的俯视图；

-图3是该连接板的局部俯视图；

-图4是该连接板的条带的局部正视图；

-图5是根据另一实施例的连接板局部俯视图；

-图6是根据另一实施例的连接板局部俯视图；

-图7是根据另一实施例的连接板局部俯视图；

-图8是图7中的连接板的条带的局部正视图；

-图9是根据另一实施例的连接板的条带的局部正视图。

具体实施方式

如图1所示出地，核燃料组件2沿纵向中心轴线L是细长的。

在使用中，核燃料组件2以轴线L大体上竖直延伸的方式放置在核反应堆的堆心中。在下文中，词语“下部”和“上部”、“轴向”和“横向”指代燃料组件2在该反应堆中的位置。

燃料组件2用于沸水反应堆（BWR），并且包括成束的部分长度（未示出）和全部长度的核燃料棒4以及包封在管状燃料管道8中的管状水管道6。燃料棒4、水管道6和燃料管道8平行于轴线L纵向延伸。

每个燃料棒4包括管状包壳10，该管状包壳10填充有堆叠的核燃料芯块并且在其下端部和上端部处分别由下部端塞12和上部端塞14封闭。燃料棒4布置在栅格中并且水管道6替换了栅格中的某些燃料棒4。

燃料组件2包括沿燃料棒4分布的燃料棒支撑定位格架16，图1中仅示出了一个定位格架16。定位格架16的作用是将燃料棒4轴向及横向保持以在燃料棒之间具有横向间距。

燃料组件2包括分别在燃料管道8下端和上端处的下部管嘴18和上部管嘴20。燃料棒4从下部管嘴18延伸至上部管嘴20。

在沸水反应堆燃料组件中，燃料组件底部管嘴和上部管嘴构造成在操作过程中帮助引导冷却剂穿过该燃料组件，下部管嘴接收冷却剂流而上部管嘴将该冷却剂排出燃料组件。

BWR下部管嘴通常包括入口管嘴、下部连接板以及该入口管嘴和下部连接板之间的过渡区域，藉此进入入口管嘴的冷却剂向上流动依次经过该过渡区域、连接板以及单个燃料棒（在其下端被下部连接板固定或自由地支撑）的周围。在下部管嘴中，一般在下部连接板的下方、在过渡区域中通常包含碎屑过滤器。

下部管嘴18适于将燃料组件2定位在下部堆芯板上、允许冷却剂流经下部管嘴18进入燃料管道8、捕获碎屑以及支撑燃料棒4。

BWR上部管嘴通常包括带孔的连接板和把手，该孔为冷却剂提供出口以使其流出燃料组件。为了经把手抬起BWR燃料组件并且保持下部和上部管嘴之间固定的距离，水和/或燃料棒中的一个或多个一般作为通过某些手段而被牢牢紧固于下部连接板和上部连接板的结构元件被使用。上部管嘴一般连接至燃料管道以便燃料管道与燃料组件一起被抬出核反应堆堆芯。上部管嘴和燃料管道可以被分离以允许燃料管道从燃料组件抬出。燃料棒的上部端塞通常延伸穿过连接板的孔，该孔横向约束所述端塞。

上部管嘴20适于允许冷却剂流过连接板22离开燃料管道8，以及允许燃料棒的上部端塞14延伸穿过连接板22。

如在图2中所示出的，上部管嘴20包括由相交条带24、26形成的连接板22，相交条带24、26之间界定有在规则栅格节点中心处的单个分开的管状导向室28和管状流动室30、32。每个导向室28用于容纳各个燃料棒4的上部端塞14（为清楚起见仅示出一个）。每个流动室30、32用于允许冷却剂流过连接板22。连接板22包括允许水管道6延伸穿过连接板22的中心开口34。该中心开口34在栅格中替换了导向室28和流动室30、32。

连接板22包括两组条带24、26。每组条带24、26平行并相互间隔。每组条带24、26与另一组条带相交成直角从而界定了导向室28和流动室30、32。

连接板22包括一组在第一横向方向T1延伸的第一条带24和一组在与第一横向方向T1垂直的第二横向方向T2延伸的第二条带26。

每个导向室28和每个流动室30、32通过两个相邻第一条带24与两个相邻第二条带26的相交来界定。每个导向室28和每个流动室30、32具有4个侧壁，每个侧壁由相应的条带24、26形成。

如示出图2中连接板的放大局部视图的图3所示，导向室28和流动室30、32处于由循环图案P限定的规则栅格的节点的中心，图案P包括以正方形栅格布置的四个角节点和一个在所述四个角节点中心的中心节点，在图案P的每个角节点处有一个被相交的一对平行间隔第二条带26和一对平行间隔第一条带24分隔开的导向室，在图案P的中心节点处有中心流动室32。

中心流动室32通过一对第一条带24和一对第二条带26的相交来界定。该中心流动室32具有四个侧壁。每个侧壁由相交的两对第一条带24和第二条带26中的相应的一个条带的一部分限定。

连接板22还包括在循环图案P中连续的导向室28之间的中间流动室30。更具体地，图案P包括以正方形或长方形栅格布置的3x3节点阵列，在角节点处有四个导向室28，在中心节点处有所述中心流动室32，以及在中间边节点处有四个中间流动室30。

每个中间流动室30由在一个横向方向T1、T2上的两个连续的导向室28以及另一横向方向T2、T1上的两个连续的流动室32界定。

每个中心流动室32被居中的正方形图案P中的四个导向室28围绕。所述四个导向室28形成正方形并且中心流动室32在该正方形的中心。中心流动室32还被四个中间流动室30围绕，每个中间流动室30界定了该中心流动室32的一个侧边。

图案P的导向室28和流动室30、32被两个第一条带24和两个第二条带26分隔开，所述两个第一条带24和两个第二条带26在成直角的相交处限定了四个壁的中心流动室30。

连接板的每个导向室28和每个流动室30、32由两对相交条带24、26界定。

每个第一条带24和每个第二条带26在一侧分隔有一列交替的导向室28和中间流动室30，且在另一侧分隔有一列交替的中间流动室30和中心流动室32。

之间界定有导向室28的成对的平行条带24、26具有较小间距E1，并且之间界定有流动室32的成对的平行条带24、26具有大于较小间距E1的较大间距E2。

由于不同的间距E1、E2，导向室28和流动室30、32具有不同的横截面。导向室28是相同的且具有正方形形状的横截面。中心流动室32是相同的且具有正方形形状的横截面。中心流动室32具有大于导向室28的侧边尺寸。每个中心流动室32具有大于每个导向室28的横截面积。

每个中间流动室30具有两个各自与相邻中心流动室32共用的平行侧壁和两个各自与相邻导向室28共用的平行侧壁。中间流动室30具有长方形形状的横截面。较短侧壁是与导向室28共享的侧壁。每个中间流动室30具有大于导向室28的横截面积。

参照图2，连接板22的导向室28和流动室30、32在每个横向方向T1、T2限定了混合列36，每个混合列36包括交替的导向室28和中间流动室30。所述混合列36与流动列38交替，每个流动列仅包括流动室30、32，即交替的中间流动室30和中心流动室32。

连接板22包括在第一横向方向T1上延伸且在第二横向方向T2上交替的第一混合列36和第一流动列38，以及在第二横向方向T2上延伸且在第一横向方向T1上交替的第一混合列42和第二流动列40。

每个中间流动室30插入于两个导向室28之间，所述两个导向室28在第一和第二横向方向T1、T2中的一个方向上的混合列36、42中。每个中心流动室32位于第一流动列38和第二流动列40的相交处。

每个条带24、26将混合列36、42与相邻的流动列38、40分隔开。每个第一条带24将第一混合列36和第一流动列38分隔开，且每个第二条带26将第二混合列42和第二流动列40分隔开。

连接板22包括在第一方向T1上和第二方向T2上的每对相邻混合列之间的两个条带。因此，每对相邻第一混合列36由两个平行间隔的第一条带24分隔开，且每对相邻第二混合列42由两个平行间隔的第二条带26分隔开。

在每个横向方向T1、T2上，条带24、26之间的间距是有规律的并且大小交替：在每个横向方向T1、T2上，连接板22具有之间界定有混合列36、42的每对平行相邻条带24、26之间的较小间距E1，和之间界定有流动列38、40的每对平行相邻条带24、26之间的较大间距E2。该较小间距E1小于该较大间距E2。

图4示出了连接板22的第一条带24和第二条带26的正视图。第一条带24和第二条带26具有上部边缘44和下部边缘46。第一条带24和第二条带26设置有在其边缘形成的互连插槽48、50。第一条带24在其上部边缘44设置有插槽48且第二条带26在其下部边缘46设置有插槽50。当装配连接板22时，条带24、26通过将插槽48、50相互配合进行连接。

插槽48、50沿每个条带24、26限定了交替的流动室部分54和导向室部分52。当连接板22组装好时，每个导向室部分52形成将导向室28与中间流动室30分隔开的侧壁并且每个流动室部分54形成将中间流动室30与中心流动室32分隔开的侧壁。每个导向室28由四个导向室部分52界定，每个中心流动室32由四个流动室部分54界定，并且每个中间流动室30由垂直相交的两个相对导向室部分52和两个相对流动室部分54界定。

如在图1中示出的，燃料棒上部端塞14具有小于燃料棒4的直径。因而，连接板22可以设置有较小横截面的导向室28和较大横截面的流动室30、32。也就是说，这在每组限定了一个正方形的四个导向室28的中心处提供了由两对相交条带界定的较大横截面的中心流动室32，另外在该中心流动室32周围提供了在流动室28之间的中间流动室30。该图案P允许低的压降。

连接板22由相互间隔的相交条带形成。这允许获得具有高的强度的连接板22。这可以使用由具有高的机械特性的金属例如镍基合金、马氏体的或沉淀硬化的不锈钢制成的条带，因而允许使用薄的条带进而进一步减小压降。为了进一步减小连接板22的压力损失，条带24、26的下部边缘46和/或上部边缘44例如可以机械地或经电子束/激光被倒角或倒圆。

连接板22还能够通过相对于在厚板中钻制孔和流动通道来提供导向室和流动室而言更容易的制造操作和更容易进行的几何控制来实现在四个侧壁之间对燃料棒端塞进行高效的引导。此外，由于流动室30、32的与在厚板中钻制的流动通道相比减小的横截面积，连接板22允许减少碎屑和异物通过上部管嘴20进入燃料组件2中（特别是在例如进行运输、存储和处理的未运行状态期间或者在冷却剂停止向上流动时的反应堆关闭时）。具体地，这阻止了大的碎屑（大于数毫米）落入燃料组件2中。

在图2-4的实施例中，导向室部分52是平坦的。每个导向室28因此由四个平坦侧壁界定。

优选地，每个导向室28具有允许以存在横向间隙的方式来容纳燃料棒端塞14的横向尺寸。可替代地，每个导向室28具有允许至少两个相对的侧壁与燃料棒端塞14进行线性接触的横向尺寸。

有利地，每个条带24、26是平坦的以限制流动阻力。条带24、26因而能够例如通过切割金属板经济地获得，同时获得呈现低压降和高强度的连接板22。

在示出连接板22的局部俯视图的图5的实施例中，每个导向室部分52相对由该导向室部分52界定的导向室28是朝外弯曲的，从而使得每个导向室28呈现出与延伸穿过导向室28的燃料棒上部端塞14的外表面紧密配合的大体上圆形的横截面。相对于图2-4的实施例，中心流动室32的横截面积以与中间流动室30和导向室28的横截面积相关的方式增大。

在示出连接板22的局部俯视图的图6的实施例中，每个导向室部分52相对由该导向室部分52界定的导向室28是朝内弯曲的，以便与延伸穿过导向室28的燃料棒上部端塞14进行线性接触。中心流动室32的横截面减小，改善了碎屑和异物在连接板22上的停留。

在示出连接板22的部分俯视图和连接板22的条带24、26的正视图的图7和8的实施例中，条带24、26的导向室部分52形成有相对于导向室28朝内突出的凸起56。每个凸起56形成（例如冲压）于相应导向室部分52上。每个凸起56形成为限定导向室部分52与延伸穿过相应导向室28的上部端塞14的接触面积。每个凸起56在条带24、26的下部边缘46和上部边缘之间的相应的导向室部分52上形成。凸起56允许增强对燃料棒4的上部端塞的横向支撑。

在示出连接板22的条带24、26的正视图的图9的实施例中，条带24、26形成有弹性可变形的弹簧58，该弹簧58从条带24、26的边缘（图中是上部边缘）以与导向室部分52对准的方式延伸。每个弹簧从导向室部分52延伸并且用于接触燃料棒端塞（延伸穿过由导向室部分52界定的导向室28）并且将相应燃料棒4横向定位。每个弹簧58包括从导向室部分52延伸的弹性易弯曲的凸片60和刚性的接触突出物62，该突出物62形成于凸片60中用于接触延伸穿过由导向室部分52界定的相应导向室28的燃料棒端塞。本实施例例如可以用于将燃料棒4的上部端塞14固定在连接板上。

允许导向室28的每个侧壁与燃料棒端塞14线性接触或接触面积的实施例改善了燃料棒端塞14的引导并且防止了端塞14和连接板22之间的磨损。

如果在燃料组件2中提供不同长度的燃料棒，部分长度的燃料棒一般在其下端固定在下部连接板附近，而其上端保持在相应定位格架16附近的位置。定位在该部分长度燃料棒上方的导向室28具有连接板22的用作流动室以外的其他导向室28的几何形状。

本发明特别适用于上部连接板，具体地用于BWR核燃料组件连接板。更加一般地适用于管嘴，即下部管嘴和上部管嘴。

Claims (15)

1.一种核燃料组件连接板（22），所述核燃料组件连接板（22）由相交条带（24、26）形成，所述相交条带（24、26）之间界定有管状导向室（28），每个所述管状导向室（28）允许燃料棒（4）延伸穿过所述连接板（22），其中所述条带（24、26）之间界定有与所述导向室（28）分隔开的管状流动室（30、32），每个流动室（30、32）允许冷却剂流过所述连接板（22），并且导向室（28）和流动室（30、32）布置在由循环图案（P）限定的栅格的节点处，所述图案（P）包括以正方形栅格布置的四个角节点和在所述四个角节点中心处的中心节点，在每个角节点有一个被相交的一对平行间隔条带（26）和一对平行间隔条带（24）分隔开的导向室（28），所述两对条带界定了在所述中心节点处的四个壁的中心流动室（32）。

2.根据权利要求1所述的核燃料组件连接板（22），其中所述中心流动室（32）具有大于每个导向室（28）的横截面积。

3.根据权利要求1或2所述的核燃料组件连接板（22），其中每个导向室（28）具有正方形形状的横截面。

4.根据任一项前述权利要求所述的核燃料组件连接板（22），其中每个中心流动室（32）具有正方形形状的横截面。

5.根据前述权利要求中任一项所述的核燃料组件连接板（22），其中所述循环图案（P）是以正方形或长方形栅格布置的3x3节点阵列，在角节点处有四个所述导向室（28），在所述中心节点处有所述中心流动室（32），以及在所述角节点之间的四个中间边节点处有四个中间流动室（30）。

6.根据权利要求5所述的核燃料组件连接板（22），其中每个中间流动室（30）具有大于所述导向室（28）的横截面积。

7.根据权利要求5或6所述的核燃料组件连接板（22），其中每个中间流动室（30）具有长方形形状的横截面。

8.根据权利要求1-7中的任一项所述的核燃料组件连接板（22），其中定位在所述循环图案（P）的所述节点处的所述导向室（28）和流动室（30、32）在相交的一组四个的平行条带（24）和一组四个的平行条带（26）之间被界定，并且在每组中，之间界定有所述中心流动室（32）的所述成对的条带之间的间距（E2）大于之间界定有所述导向室（28）的所述成对的条带之间的间距（E1）。

9.根据前述权利要求中任一项所述的核燃料组件连接板（22），包括具有界定导向室侧壁的平坦导向室部分（52）的条带（24、26）。

10.根据权利要求1-8中的任一项所述的核燃料组件连接板（22），包括具有导向室部分（52）的条带（24、26），所述导向室部分（52）界定了相对于所述导向室（28）朝内弯曲的导向室侧壁。

11.根据权利要求1-8中的任一项所述的核燃料组件连接板（22），包括具有导向室部分（52）的条带（24、26），所述导向室部分（52）界定了相对于所述导向室（28）朝外弯曲的导向室侧壁。

12.根据权利要求1-11中的任一项所述的核燃料组件连接板（22），包括具有导向室部分（52）的条带（24、26），所述导向室部分（52）界定了设置有凸起（56）的导向室侧壁，所述凸起（56）从所述导向室部分（52）朝内突出到相应的导向室（28）中。

13.一种核燃料上部管嘴（20），包括根据前述权利要求中任一项所述的连接板（22）。

14.一种核燃料组件（2），包括根据前述权利要求中任一项所述的连接板（22）。

15.一种核燃料组件（2），包括根据权利要求13所述的上部管嘴（20）和成束的燃料棒（4），其中至少一个导向室（28）以在所述燃料棒（4）和所述导向室侧壁之间存在横向间隙的方式容纳所述燃料棒（4）。

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