CN104520937A - 用于核反应堆的定位格架 - Google Patents
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Abstract
定位格架包括相交条带，相交条带限定栅元,弹簧和凹陷被布置成保持穿过栅元的燃料棒。弹簧的方向在定位格架中并非定位格架中心的切换点处切换。相交条带可包括第一组相互平行的条带和第二组相互平行的条带，第一组相互平行的条带包括第一过渡条带，第二组相互平行的条带包括第二过渡条带，其中第二组与第一组相交。第一组相互平行的条带的弹簧背向第一过渡条带，并且第二组相互平行的条带的弹簧背向第二过渡条带。在某些实施例中，外部条带包括凹陷但不包括弹簧。
Description
本申请要求在2012年4月17日提交的美国临时申请第61/625,130号的权益。在2012年4月17日提交的美国临时申请第61/625,130号以全文引用的方式并入到本文中。
背景
下文涉及核燃料领域，核反应堆领域、核发电领域和相关领域。
核反应堆芯通常被构造为燃料组件(FA)的阵列，其中，每个FA竖直地与反应堆堆芯的高度共同延伸并且FA的阵列跨越反应堆堆芯的侧向尺寸。每个FA包括由结构骨架保持在一起的竖直定向的燃料棒阵列，结构骨架包括沿着竖直方向间隔开的一组水平定位格架，它们焊接到引导管或其它杆状竖直元件。FA的上端和下端由上端配件和下端配件(有时也被称作喷嘴)盖住，上端配件和下端配件通过紧固件、焊接等手段连接到引导管。
常规定位格架由互锁条带构成，其中每个条带由金属条，诸如镍-铬合金(例如InconelTM)条或锆合金(例如，ZircaloyTM)条机械加工(例如冲切)而成。相交条带限定开口，也被称作栅元(cells)，燃料棒穿过栅元。条带可以被机械加工或冲切成在每个栅元中限定凹陷(即，“硬”止挡件，具有高刚度的凸起)和弹簧(即，“软”止挡件，具有低刚度的凸起)以便保持穿过栅元的燃料棒。通常，两个凹陷由形成每个正方形栅元中两个相邻壁的条带形成。在每一对中的一个凹陷位于格架条带顶部附近并且另一个位于格架条带底部附近。相对的栅元壁各包含单弹簧，单弹簧可能由构成该栅元壁的条带形成或者在双金属定位格架的情况下，可能是由不同材料制成的插件，不同材料制成的插件由构成该栅元壁的条带所形成的特征机械地绑住或约束。弹簧位于定位格架的中平面处或附近并且大小使得当燃料棒插入于格架栅元内时存在干涉条件。这种干涉使得弹簧向后朝向它们所在的栅元壁偏转，在两个正交方向上在相对凹陷对上预加载燃料棒并且将燃料棒夹持就位。在弹簧的作用平面与凹陷的作用平面之间的轴向偏移形成恢复力矩，如果侧向力施加到任何两个轴向相邻的定位格架之间的燃料棒上，恢复力矩使得在定位格架处的燃料棒的局部竖直取向保持相对固定。
在常规定位格架中的条带通常被定向为使得在给定栅元中的弹簧在外侧栅元壁上并且凹陷在内侧栅元壁上。这种布置具有以下优点：提供更加刚性的基础以在搬运期间燃料组件接触相邻燃料组件或者其它相邻结构的情况下抵抗可能施加到燃料棒外行上的任何向内作用的力。然而，由于这种常规布置需要外部条带在每个格架栅元中包含弹簧，这也导致那些条带的显著减弱，这可能会不利地影响总定位格架结构的强度。在某些常规定位格架中，这种减弱至少部分地通过使用更厚的外部条带和/或经由加强肋状物或其它机械特征来补偿。然而，这种方案导致外部条带弹簧具有不同于内部条带弹簧的(通常更高的)弹簧刚度，这可能会导致燃料棒阵列的外部行中正使用的燃料棒弯曲。
下文公开了各种改进。
发明内容
在一实施例中，定位格架包括多个相交条带，相交条带具有形成于条带中的弹簧和凹陷，相交条带限定栅元，栅元具有弹簧和凹陷，弹簧和凹陷被布置成接合穿过栅元的燃料棒。弹簧的方向在格架中并非定位格架中心的切换点处切换。相交条带可包括(i)第一组相互平行的条带，其包括第一过渡条带；以及(ii)第二组相互平行的条带，其包括第二过渡条带，第二组相互平行的条带与第一组相互平行的条带相交，第一过渡条带与第二过渡条带的相交处限定定位格架中并非定位格架中心的切换点。在某些实施例中，在定位格架中的切换点与定位格架中心间隔开至少两个栅元。
根据另一方面，定位格架包括相交条带，相交条带具有形成于条带内的弹簧和凹陷，相交条带限定栅元，栅元具有弹簧和凹陷，弹簧和凹陷被布置成保持穿过栅元的燃料棒。相交条带可包括第一组相互平行条带和第二组相互平行的条带，第一组相互平行的条带包括第一过渡条带，第二组相互平行的条带包括第二过渡条带。第二组相互平行的条带与第一组相互平行的条带相交。第一过渡条带和第二过渡条带为定位格架的内部条带。在某些实施例中，形成于并非第一过渡条带的第一组相互平行的条带内的弹簧背向第一过渡条带；形成于并非所述第二过渡条带的第二组相互平行的条带内的弹簧背向第二过渡条带；形成于并非第一过渡条带的第一组相互平行的条带内的凹陷朝向第一过渡条带；以及形成于并非所述第二过渡条带的第二组相互平行的条带内的凹陷朝向第二过渡条带。在某些实施例中，弹簧形成于第一过渡条带和第二过渡条带内但凹陷并不形成于第一过渡条带和第二过渡条带内。在某些实施例中，凹陷形成于定位格架的外部条带内但弹簧并不形成于定位格架的外部条带内。第一过渡条带可包括带有朝向外的弹簧的两个背靠背的条带，并且第二过渡条带可包括带有朝向外的弹簧的两个背靠背的条带。替代地，第一过渡条带和第二过渡条带中每一个可能是单个过渡条带，单个过渡条带可包括任何其它(非过渡)条带两倍多的弹簧，其中形成到第一过渡条带内的弹簧限定朝向相反方向的两组弹簧。
根据另一方面，定位格架包括相交条带，相交条带具有形成于条带中的弹簧和凹陷，相交条带限定栅元，栅元具有弹簧和凹陷，弹簧和凹陷被布置成保持穿过栅元的燃料棒；定位格架的外部条带包括凹陷但不包括弹簧。
附图说明
本发明可以呈现各种部件和部件的布置和各种过程操作和过程操作的布置。附图只是出于说明优选实施例的目的并且不应被理解为限制本发明。
图1图解示出了带有内部蒸汽发生器的压水反应堆(PWR)类型的说明性核反应堆(一体式PWR)的立体局部剖视图。
图2图解示出了图1的核反应堆的核反应堆堆芯的燃料组件之一的立体图。
图3至图9图解示出了图2的燃料组件的定位格架之一，其中：图3示出了内部条带的侧视图；图4示出了定位格架的立体图；图5示出了外部条带的侧视图；图6和图7示出了替代弹簧接触面设计；以及图8和图9分别示出了内部条带的双悬臂弹簧/凹陷接触结构的正视图和侧视图。
图10示出了具有“S”形双悬臂弹簧构造的过渡条带的侧视图。
图11示出了对附图中用来描绘定位格架的实施例的图解俯视图所用的符号和表示进行定义的检表。
图12示出了基线定位格架实施例的图解俯视图。
图13示出了比较图12的基线格架设计与七个替代设计的表。
图14至图20示出了在图13的表中列表的七个替代定位格架实施例的图解俯视图。
图21至图24示出了包括背靠背条带的替代过渡条带设计。
图25至图27示出了包括双组凹陷的替代过渡条带设计。
图28至图30示出了采用替代弹簧构造的替代过渡条带设计。
图31至图33示出了采用替代弹簧构造的另一替代过渡条带设计。
图34至图36示出了采用替代弹簧构造的另一替代过渡条带设计。
具体实施方式
参考图1，示出了压水反应堆(PWR)型说明性核反应堆1。说明性PWR1包括安置于压力容器中的核反应堆堆芯2，压力容器在说明性实施例中包括下容器部分3和上容器部分4。下容器部分3和上容器部分4由中凸缘5连接。反应堆堆芯2安置于下容器部分3中并且包括浸没于主冷却剂水中的裂变材料(例如，235U)。圆柱形中心立管6同轴安置于圆柱形压力容器内并且降液管环形空间7限定于中心立管6与压力容器之间。说明性PWR1包括内部控制棒驱动机构(内部CRDM)8，其对控制棒的插入进行控制以控制反应性；然而，反应堆可替代地采用外部CRDM。在任一情况下，引导框架支承件9引导平移的控制棒组件(例如，每个包括一组控制棒，这组控制棒包括由三脚架配合在一起并且经由控制杆与CRDM连接的中子吸收材料)。说明性PWR1采用内部蒸汽发生器10，内部蒸汽发生器10位于压力容器内，但也设想到蒸汽发生器位于压力容器外(即，带有外部蒸汽发生器的PWR)的实施例。说明性蒸汽发生器10为带内部节能器的单程直管型并且由给水入口11供给并且将蒸汽递送到蒸汽出口12。说明性PWR1包括在上容器部段4顶部处的一体式加压器14，上容器部段4顶部限定一体式加压器体积15；然而，也设想到经由合适管路与压力容器连接的外部加压器。在说明性PWR1中的主冷却剂由反应堆冷却剂泵(RCP)循环，反应堆冷却剂泵(RCP)在说明性示例中包括外部RCP马达16，其驱动位于RCP壳体17中的叶轮，RCP壳体17安置于压力容器内。说明性PWR1还包括选配支承裙部18。应意识到PWR1只是说明性示例，所公开的定位格架和包括定位格架的燃料组件合适地用于基本上任何类型的PWR中以及用于其它类型的核反应堆中，诸如沸水反应堆(BWR)设计中。
参考图2，图解示出了代表性燃料组件20，其部分地剖开，并且立体图的前顶部拐角被切掉以显露内部部件。燃料组件20合适地用作安置于图1的压力容器中的核反应堆堆芯2的元件。燃料组件20包括竖直定向的燃料棒22的阵列，每个燃料棒包括裂变材料诸如235U。例如，每个燃料棒可能包含浓缩二氧化铀(UO2)或混合的UO2/氧化钆(UO2-Gd2O3)芯块。在燃料棒20之中散布引导管24，引导管24提供用于控制棒的管道、仪器等的管道。燃料组件20的顶部止于上端配件或喷嘴26并且燃料组件20的底部止于下端配件或喷嘴28。燃料组件20的竖直方向在图2中被表示为竖直或“高度”方向E。
燃料组件20由多个定位格架保持在一起，定位格架包括靠近燃料组件20顶部和底部安置的端部格架30和安置于燃料组件20的顶部与底部之间的间隔开的位置的一个或(通常)多个中格架32。(换言之，每个端部定位格架30比中格架32更靠近燃料棒22束的端部)。说明性图2仅示出了两个中格架22，但通常存在额外中格架，在剖视图中省略了其它中格架。中格架的数量和沿着燃料组件的高度在端部格架与中格架的间距根据燃料棒束的总长度、在束中的燃料棒总数、燃料棒的结构特征、可适用的法规要求等来确定。如在图1中图解示出，所有燃料组件的格架30、32通常彼此对准使得在相邻燃料组件之间的任何接触为格架到格架接触。(在燃料组件之中的这种均一性从制造观点而言也是有利的)。格架30、32包括利用金属板通过冲切或其它机械加工技术形成的互锁金属条带。金属可能是镍-铬合金(例如，因科镍合金(Inconel))或锆合金(例如，锆合金(Zircaloy))等。因科镍合金比锆合金更牢固；然而，锆合金具有比因科镍合金更小的中子吸收截面。因此，在某些实施例中，端部格架30由因科镍合金制成，而中格架32由锆合金制成。
参考图3至图5，示出了在本文中公开的某些说明性定位格架的某些设计特征。图4示出了说明性定位格架31的立体图(其中格架31可能总体上用作图2所示的端部格架30之一或者中格架22之一)。图3示出了格架31的内部条带40，而图5示出了格架31的外部条带42。由相交内部条带限定的每个标准栅元在顶边缘与底边缘处包括水平定向的凹陷特征(或止挡件)44，其顶边缘与底边缘围绕一对竖直定向的悬臂弹簧特征46夹住。悬臂弹簧特征46被形成为其主要表面相对于竖直栅元壁的其余部分倾斜以便与燃料棒形成显著干涉，悬臂弹簧特征46也被设计成与凹陷44相比具有较大弹性偏转范围。当在制造期间将燃料棒插入于燃料组件内时，这些双弹簧特征46往回朝向竖直栅元壁偏转，形成夹持力，夹持力将燃料棒钉在相对凹陷对44上。这种相同的夹持作用同时围绕覆层由垂直栅元壁中的弹簧和凹陷特征以90度致动。在说明性定位格架31上的外部条带42仅包含凹陷特征44。这种配置具有优于在外部条带上具有弹簧特征的格架设计的优点，因为在外部条带上的材料切口最小，增强了外部条带的结构强度。
在引导管栅元中弹簧和凹陷特征被鞍状特征替换，鞍状特征将控制棒引导管精确定位而不会产生任何明显的夹持力。然而，引导管焊接到格架31上以形成(可选地与喷嘴26、28一起)燃料组件20的结构骨架。在这些特殊栅元(未图示)中内部格架条带顶边缘和底边缘上的选配一体式凸片用于在燃料组件制造期间将中格架32永久地附连到控制棒引导管。
参考图6和图7，内部条带40的弹簧46的接触表面可以具有各种形状。在选择接触表面的形状时，合适地考虑诸如燃料棒引入、材料的延展性或脆性等因素。例如，如果端部格架30由因科镍合金制成，其相对易延展，接触表面可以被成形为平顶拱顶50以提供弹簧的良好引入/燃料棒接合表面。另一方面，如果中格架32由更脆性锆合金制成，那么接触表面可以被成形为更易于制造的钩52，钩52通过使弹簧的自由端弯曲以便包括平坦杆接合部和便于引入的远端“向后弯曲”部而形成。
为了避免在外部条带42中具有弹簧，在这种格架设计中的所有弹簧46从格架中心朝向外。因此，在格架中存在一个或多个过渡点，弹簧方向在过渡点处反向。在基线格架设计中，这个弹簧方向转变在格架中心附近发生。
参考图8和图9，分别以前轮廓和侧轮廓示出了单个燃料棒接合部，示出凹陷44和弹簧46。应当指出的是图8和图9所示的凹陷44接合一个栅元(即，在图8中“后方”或者在图9中“右边”的栅元)，而弹簧46接合另一栅元(即，在图8中“前方”或在图9中“左边”的栅元)。
在一实施例中，定位格架31(图4)包括多个相交条带40、42，在条带内形成图8和/或图9的弹簧46和凹陷44。相交条带40、42限定栅元，栅元带有弹簧和凹陷，弹簧和凹陷被配置成接合(即，保持)穿过栅元的燃料棒。相交条带40、42包括(i)第一组相互平行的条带，其包括第一过渡条带；和(ii)第二组相互平行的条带，其包括第二过渡条带，第二组相互平行的条带与第一组相互平行的条带相交。形成到第一组相互平行的条带的内部条带40(并非第一过渡条带)内的弹簧46背向第一过渡条带，并且形成到第二组互相平行的条带的内部条带40(并非第二过渡条带)内的弹簧46背向第二过渡条带。同样，形成到第一组相互平行的条带的条带(并非第一过渡条带)内的凹陷44朝向第一过渡条带并且形成于第二组相互平行的条带的条带(并非第二过渡条带)的凹陷44朝向第二过渡条带。
参考图10，为了利用两个格架过渡条带来构成过渡部(在彼此正交的每一个方向中一个，即前述第一过渡条带和第二过渡条带)，图8和图9的双接触悬臂弹簧在过渡条带中被图10所示的“S”形单接触弹簧构造替换，其中，上弹簧和下弹簧46的方向反向。此外，在图10的格架条带上不需要凹陷44，因为在过渡部，两侧经由弹簧46接合附近的燃料棒。在图10的过渡条带中，弹簧的一半朝向一个方向，而弹簧的另一半朝向相反方向。
参考图11，本文所描述的格架设计示例在图12中示出并且下面为图解俯视图，使用线来表示从格架上方(或下方)“在边缘”上观看的条带。在11中的检表中示出的符号表示(例如，影线、栅元标记、线类型等)用于标识相关特征，诸如引导管位置、各种类型的燃料棒位置(基于弹簧数量区分)、其中弹簧从朝向一个方向转变为朝向另一个方向的过渡区域等。还标记了被指定用于引导管的栅元(在适当的情况下)以使用字母“T”来指示过渡以及双头箭头指示过渡方向，如在图11中所定义。本文所描述的格架设计示例中的任一个可以用作图3至图5的格架31并且可以更具体地用作图2的端部格架30或中格架32的设计。在图12和后面的示例中，假定图10的条带用于过渡部使得某些栅元缺失弹簧(在栅元中缺失的弹簧数量由图11中检表中定义的符号来指示)。如在图12和下文的示例中所陈述，通过适当的格架设计，能管理沿着过渡部的任何给定栅元缺失的弹簧数量。
参考图12，示出了基线格架设计60。在此设计中，某些燃料栅单元在过渡部在一个方向上具有单接触弹簧并且在正交方向上具有双接触弹簧。由于理想的配置是在两个方向上具有双接触弹簧的燃料棒栅元，在燃料组件上相邻的格架(在图2中标注的竖直或“高度”方向E上)优选地相对于彼此旋转90度以便减小在每个格架高度具有单接触弹簧的燃料棒数量。尽管格架旋转，在燃料组件20中，在每个格架高度上，在至少一个方向上，仍将存在有限数量的具有单接触弹簧的燃料棒栅元。这些位置在图12中被标记为“O”(参看图11中的检表)。靠近基线格架60中心的四个燃料棒栅元在两个方向上具有单接触弹簧。这些位置被标记为“X”。同样，使沿着燃料组件长度相邻的格架旋转将使在两个方向上具有单接触弹簧的燃料棒的数量最小。然而，中心燃料棒栅元将沿着燃料组件的整个长度在两个方向上具有单接触弹簧。这些栅元被标记为“％”。
参考图8至图9所描述的双悬臂弹簧布置与弹簧46的作用平面与相对凹陷44的作用平面的接近对准组合使得引起的燃料棒弯曲最小化。消除在外部条带42(图5)上的弹簧切口使得在侧向冲击期间定位格架更牢固。所公开的格架设计60还最小化构成格架60所需的不同类型的条带的数量并且保持单弹簧接触的数量最小。在替代方案中，为了减小单弹簧接触的数量，可能增添额外条带类型。
参考图13和下文，公开了某些替代格架设计。图13将说明性替代格架设计列表，而图14至图20使用图11中定义的符号示意性地示出了这些替代设计。所公开的图12的基线定位格架设计60的替代方案可以被分成两个类别。被称作“类别1”的第一类别在图13中列表并且由图14至图20中的图解示例示出。其包括维持基本弹簧和凹陷设计但改变格架内的这些特征的布置的格架设计替代方案。
被称作“类别2”的替代方案的第二个别包括改变基本弹簧几何形状和改变基线定位格架结构布置，如参考图21和在下文中所描述。
替代格架设计中的某些提供优于图12的格架设计60的改进，但以增加的复杂性为代价。这种增加的复杂性对于手动成型操作而言是不合需要的。然而，设想到生产计算机数控(CNC)冲切操作用于制造格架条带，并且CNC制造将相对地不受增加的复杂性影响。
继续参考图13至图20，类别1格架设计替代方案包括其中引导管栅元用于使弹簧反转的设计替代方案。使弹簧在引导管的位置反转有利地最小化具有单接触弹簧的燃料棒栅元的数量，但也增加了构成完整格架所需的条带类型的数量。所公开的类别1替代方案还包括使单接触弹簧过渡部远离格架中心移动以利用相邻格架旋转使沿着燃料组件的整个长度具有单接触弹簧的燃料棒栅元的数量最小的设计。所公开的类别1替代方案在下文中参考图14至图20的图解格架表示展开描述并且在图13的表中彼此比较。
参考图14，图解示出格架设计62，其在本文中被称作“偏移单接触弹簧条带”设计(在图13中被称作“偏移设计”)。图14的偏移弹簧配置62采取图12的基线设计60并且将在联接条带上过渡部远离中心转移。格架设计62的优点在于其减小了在竖直相邻的格架上重复的单接触弹簧栅元位置的数量。
参考图15，图解示出了格架设计64，其在本文中被称作“偏移-2单接触弹簧条带”设计(在图13中被称作“偏移-2”设计)。偏移-2格架设计64类似于图14的偏移格架设计62，除了采用引导管位置来使得弹簧方向反转。偏移-2格架64增加了复杂性但进一步减小了具有单接触弹簧的燃料棒栅元的数量。
参考图16，图解示出了格架设计66，其在本文中被称作“风车单接触弹簧条带”设计(在图13中被称作“风车”设计)。风车格架设计66提供单接触弹簧更均匀的分布并且减小了具有单接触弹簧的燃料棒栅元的数量。风车设计66增加了在相邻格架上具有单接触弹簧的燃料棒栅元的数量。
参考图17，图解示出了格架设计68，其在本文中被称作“交错-1单接触弹簧条带”设计(在图13中被称作“交错-1”设计)。交错-1格架设计68试图在整个格架上均匀地分布单个接触燃料棒栅元。虽然这种设计减少了单接触弹簧的数量，构成格架所需的不同格架条带设计的数量增加了三个。
参考图18，图解示出了格架设计70，其在本文中被称作“交错-2单接触弹簧条带”设计(在图13中被称作“交错-2”设计)。交错-2格架设计70是图17的交错-1格架设计68的变型。虽然这种设计减少了单接触弹簧的数量，构成格架所需的不同格架条带设计的数量增加了三个。
参考图19，图解示出了格架设计72，其在本文中被称作“交错-3单接触弹簧条带”设计(在图13中被称作“交错-3”设计)。交错-3格架设计72是图17的交错-1格架设计68的另一变型。格架设计72的优点在于其减少了包含但一个接触弹簧的燃料棒栅元的数量并且仅增加了构成格架所需的一个额外格架条带设计。然而，格架设计72的缺点在于其添加了四个额外的燃料棒栅元，有两个单接触弹簧用于它们。
参考图20，图解示出了格架设计74，其在本文中被称作“交错-4单接触弹簧条带”设计(在图13中被称作“交错-4”设计)。交错-4格架设计74是图17的交错-1格架设计68的另一变型。格架设计74减小了单接触弹簧的数量并且排除了在相邻格架上的单接触弹簧位置。这种设计增加了复杂性并且将制造格架所需的格架条带数量增加一。
参考图21和下文，接下来将描述类别2格架设计替代方案。类别2格架设计包括改变在过渡部的弹簧几何形状，并且改变基线定位格架结构布置(例如，改变图12的基线设计60)。类别2替代方案在下文中描述。
参考图21至图24，描述了采用背靠背双条带设计的类别2型替代方案。在这种设计中，参考图10所描述的修改的过渡条带由“背靠背”条带设计替换，其中，两个全弹簧(无凹陷)内部条带80布置为背靠背构造。每个条带80包括常规内部条带40的弹簧46(参看图3、图8和图9)但省略了凹陷44。图21示出了过渡条带80之一的一部分的立体图，而图22示出了两个这样的条带80的背靠背布置的一部分的立体图。图23示出了图22的条带80的背靠背布置的侧视图，而图24示出了条带80的背靠背布置的俯视图(或从下方观看的视图)。这种布置向阵列的中行的燃料棒提供更好的结构支承(八个接触而非七个接触，即，无“缺失”弹簧)并且可能改进格架冲击强度。在双条带上的弹簧引入构造将通常被制成比另一内部格架条带上的标准弹簧引入构造更浅以便适应两个背靠背条带的额外厚度，因此需要独特的成型模具用于这些条带。
参考图25至图27，替换交替弹簧过渡条带构造(图10)或双过渡条带构造(图21至图24)的另一选项是具有(单个)过渡条带90，过渡条带90具有朝向相反方向的两组凹陷441、442。图25示出了过渡条带90的一部分的立体图，图26示出了过渡条带90的侧视图，并且图27示出了条带90的俯视图(或者从下方观察的视图)。因此过渡条带90包括与普通(即，非过渡)内部条带两倍多的凹陷。由于两组凹陷441、442可以由单个金属条形成并且将具有与现有内部条带40的凹陷44(参看图3、图8和图9)相同的轮廓，这种替代方案避免了对于独特模具的需要并且并不像图21至图24的双过渡条带设计那样引入相同量值的流动转向。条带90的不利方面在于其在外部条带上需要弹簧切口，这可能减弱中格架并且减小了其冲击强度。而且，在外部条带上的额外切口在燃料搬运期间提供可能的格架至格架悬吊位置。
参考图28至图30，描述了具有双水平嵌套悬臂弹簧设计的过渡条带100。条带100包括在条带100上一个布置于另一个上方的两个水平悬臂弹簧特征1461、1462。图28示出了过渡条带100的一部分的立体图，图29示出了过渡条带100的侧视图，并且图30示出了条带100的俯视图(或者从下方观看的视图)。在任何给定栅元中弹簧1461、1462的取向交替使得上弹簧1461的厚根竖直地定位于下弹簧1462上薄根上方，从而允许双弹簧“嵌套”在比原本所需要的更小的条带“占据区(real estate)”内。弹簧1461、1462的这种竖直堆叠从栅元到栅元反向以使得施加到内部格架条带上的扭转力矩平衡。因此过渡条带100包括普通(即，非过渡)内部条带两倍多的弹簧。
参考图31至图33，描述了带有并排嵌套竖直悬臂弹簧2461、2462的过渡条带200。图31示出了过渡条带200的一部分的立体图，图32示出了过渡条带200的侧视图，并且图33示出了条带200的俯视图(或从下方观看的视图)。这种设计是双竖直弹簧设计的变型，其中，两个竖直悬臂弹簧特征2461、2462在过渡条带200上并排布置。每个弹簧2461、2462为锥形并且类似于内部条带40的弹簧46形成(参看图3、图8和图9)。在任何给定栅元中两个弹簧2461、2462的取向交替使得上弹簧的厚根定位在与相邻弹簧特征上的薄根相同的高度。这同样允许双弹簧“嵌套”到比当前双竖直弹簧设计所需要的更少的条带“占据区”内，导致更窄的条带。类似于过渡条带100，过渡条带200包括普通(即，非过渡)内部条带两倍多的弹簧。
参考图34至图36，过渡条带300与图10的设计的类似，因为其省略了某些弹簧。过渡条带300具有相反取向的双竖直悬臂弹簧设计，其具有弹簧3461、3462。图34示出了过渡条带300的一部分的立体图，图35示出了过渡条带300的侧视图，并且图36示出了条带300的俯视图(或者从下方观看的视图)。在双竖直弹簧设计上的这种变型的不同之处在于弹簧3461、3462以钩到钩而非基部到基部堆叠，导致燃料棒接触几何形状更像是常规六接触栅元几何形状，其中弹簧特征靠近相对凹陷之间的中高度夹紧燃料棒。这种常规加载布置在每个定位格架处造成局部弯曲力矩，这种局部弯曲力矩造成反应堆中燃料棒弯曲。此外，钩到钩弹簧取向在内部格架条带上引起不平衡的扭转力矩，这是不合需要的。类似于图10的过渡条带，在过渡条带300中，弹簧的一半朝向一个方向，而弹簧的另一半朝向相反方向。
在前文的定位格架设计中，定位格架的弹簧46、461，462，1461、1462，2461、2462，3461、3462具有较低弹簧常数(即，刚度较小)而凹陷44、441、442具有较高的弹簧常数(即，刚度较高)。在某些实施例中，弹簧具有不大于凹陷的弹簧常数一半的弹簧常数。在某些实施例中，弹簧具有500磅/英寸的弹簧常数，而凹陷具有1000磅/英寸或更高的弹簧常数。然而，也设想到其它弹簧常数和/或弹簧常数比。
已经示出和描述了优选实施例。显然，在阅读和理解前述详细描述时其他人可想到修改和更改。本发明意图被理解为包括所有这些修改和更改，只要它们属于所附权利要求或其等效物的范围。
Claims (27)
1.一种设备包括：
定位格架，所述定位格架包括多个相交条带，所述相交条带具有形成于条带中的弹簧和凹陷，所述相交条带限定栅元，所述弹簧和凹陷被布置成接合穿过所述栅元的燃料棒；
其中所述弹簧的方向在定位格架中并非所述定位格架中心的切换点处切换。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述相交条带包括：(i)第一组相互平行的条带，所述第一组相互平行的条带包括第一过渡条带；以及(ii)第二组相互平行的条带，所述第二组相互平行的条带包括第二过渡条带；所述第二组相互平行的条带与所述第一组相互平行的条带相交，所述第一过渡条带与所述第二过渡条带的相交处限定所述定位格架中并非所述定位格架中心的所述切换点。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，形成于所述第一组相互平行的条带中并非所述第一过渡条带的条带内的所述弹簧背向所述第一过渡条带，并且形成于所述第二组相互平行的条带中并非所述第二过渡条带的条带内的所述弹簧背向所述第二过渡条带。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，形成于所述第一组相互平行的条带中并非所述第一过渡条带的条带内的所述凹陷朝向所述第一过渡条带，并且形成于所述第二组相互平行的条带中并非所述第二过渡条带的条带内的所述凹陷朝向所述第二过渡条带。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述第一过渡条带并不包括凹陷并且所述第二过渡条带并不包括凹陷。
6.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述多个相交条带的所述外部条带包括凹陷但并不包括弹簧。
7.根据权利要求4所述的设备，其特征在于：
所述第一过渡条带的所述弹簧的一半朝向一个方向并且所述第一过渡条带的所述弹簧的另一半朝向相反方向；以及
所述第二过渡条带的所述弹簧的一半朝向一个方向并且所述第二过渡条带的所述弹簧的另一半朝向相反方向。
8.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述第一过渡条带包括带有朝向外的弹簧的两个背靠背的条带，并且所述第二过渡条带包括带有朝向外的弹簧的两个背靠背的条带。
9.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，在所述定位格架中的所述切换点与所述定位格架的中心间隔开至少两个栅元。
10.一种燃料组件，其包括燃料棒，所述燃料棒包括裂变材料，所述裂变材料由权利要求1所述的定位格架保持在间隔开的布置。
11.一种核反应堆，所述核反应堆包括压力容器，所述压力容器包括核反应堆堆芯，其中所述核反应堆堆芯包括燃料棒，所述燃料棒包括裂变材料，所述裂变材料由权利要求1所述的定位格架保持在间隔开的布置。
12.一种设备，包括：
定位格架，所述定位格架包括相交条带，所述相交条带具有形成于条带中的弹簧和凹陷，所述相交条带限定栅元，所述弹簧和凹陷被布置成保持穿过所述栅元的燃料棒；所述相交条带包括：
第一组相互平行的条带，所述第一组相互平行的条带包括第一过渡条带；以及
第二组相互平行的条带，所述第二组相互平行的条带包括第二过渡条带；
所述第二组相互平行的条带与所述第一组相互平行的条带相交，所述第一过渡条带和所述第二过渡条带为所述定位格架的内部条带，形成于所述第一组相互平行的条带中并非所述第一过渡条带的条带内的所述弹簧背向所述第一过渡条带；形成于所述第二组相互平行的条带中并非所述第二过渡条带的条带内的所述弹簧背向所述第二过渡条带；形成于所述第一组相互平行的条带中并非所述第一过渡条带的条带内的所述凹陷朝向所述第一过渡条带；形成于所述第二组相互平行的条带中并非所述第二过渡条带的条带内的所述凹陷朝向所述第二过渡条带。
13.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，
弹簧形成于所述第一过渡条带内；
弹簧形成于所述第二过渡条带内；
凹陷并不形成于所述第一过渡条带内；以及
凹陷并不形成于所述第二过渡条带内。
14.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，
弹簧并不形成于所述定位格架的所述外部条带内；以及
凹陷形成于所述定位格架的外部条带内。
15.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，
弹簧并不形成于所述定位格架的所述外部条带内；以及
凹陷形成于所述定位格架的外部条带内。
16.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，
形成于所述第一过渡条带内的所述弹簧的一半朝向一个方向并且形成于所述第一过渡条带的所述弹簧的另一半朝向相反方向；以及
形成于所述第二过渡条带内的所述弹簧的一半朝向一个方向并且形成于所述第二过渡条带内的所述弹簧的另一半朝向相反方向。
17.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，
所述第一过渡条带包括第一两个背靠背条带，其中形成于所述第一两个背靠背条带内的弹簧从所述第一两个背靠背条带朝向外；以及
所述第二过渡条带包括第二两个背靠背条带，其中形成于所述第二两个背靠背条带内的弹簧从所述第二两个背靠背条带朝向外。
18.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，
所述第一过渡条带包括所述第一组相互平行的条带中的任何其它条带两倍多的弹簧，其中形成于所述第一过渡条带内的弹簧限定朝向相反方向的两组弹簧；以及
所述第二过渡条带包括所述第二组相互平行的条带中的任何其它条带两倍多的弹簧，其中形成于所述第二过渡条带内的弹簧限定朝向相反方向的两组弹簧。
19.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，
弹簧不形成于所述第一过渡条带内；
弹簧不形成于所述第二过渡条带内；
凹陷形成于所述第一过渡条带内；以及
凹陷形成于所述第二过渡条带内。
20.根据权利要求19所述的设备，其特征在于，
所述第一过渡条带包括所述第一组相互平行的条带中的任何其它条带两倍多的凹陷，其中形成于所述第一过渡条带内的凹陷限定朝向相反方向的两组凹陷；以及
所述第二过渡条带包括与所述第二组相互平行的条带中的任何其它条带两倍多的凹陷，其中形成于所述第二过渡条带内的凹陷限定朝向相反方向的两组弹簧。
21.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，在所述第一过渡条带与所述第二过渡条带之间的相交处与所述定位格架的中心间隔开至少两个栅元。
22.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述弹簧具有不大于所述凹陷的所述弹簧常数的一半的弹簧常数。
23.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述弹簧为悬臂弹簧。
24.一种燃料组件，其包括燃料棒，所述燃料棒包括裂变材料，所述裂变材料由权利要求12所述的定位格架保持在间隔开的布置。
25.一种设备，包括：
定位格架，所述定位格架包括相交条带，所述相交条带具有形成于条带中的弹簧和凹陷，所述相交条带限定栅元，所述弹簧和凹陷被布置成保持穿过所述栅元的燃料棒；所述定位格架的所述外部条带包括凹陷但不包括弹簧。
26.根据权利要求25所述的设备，其特征在于，所述相交条带包括：
第一组相互平行的条带，所述第一组相互平行的条带包括第一过渡条带；以及
第二组相互平行的条带，所述第二组相互平行的条带包括第二过渡条带，所述第二组相互平行的条带与所述第一组相互平行的条带相交；
其中第一过渡条带和所述第二过渡条带为所述定位格架的内部条带；
所述第一组相互平行中并非所述第一过渡条带的条带的所述弹簧背向所述第一过渡条带；以及
所述第二组相互平行中并非所述第二过渡条带的条带的所述弹簧背向所述第二过渡条带。
27.根据权利要求26所述的设备，其特征在于，所述第一过渡条带包括弹簧但并不包括凹陷，并且所述第二过渡条带包括弹簧但并不包括凹陷。
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| PB01 | Publication | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20150415 |