CN1053703A - 轻水冷却核反应堆燃料组件的下部连接器 - Google Patents

Abstract

下部连接器(10)包括一个具有箱形结构的横梁 构件(12)，该横梁构件(12)包括一抗弯曲的格状结构 (13)，其外缘由一框架(14)加以限制，该框架的横截 面大体上相应于组件的横截面。结构(13)有一些较 大的空格。横梁构件还包括一个钻有若干小孔的挡 板(20)。挡板(20)叠置并固定在格状结构(13)上，它 与格状结构底部平行并与之有一定间隔(b)，从而构 成连接器(10)的上部，并划分出一能够用来使反应堆 冷却水稳流和回收由水所携带的碎屑的自由空间，形 成箱形结构的中空部分。

Description

本发明涉及一种轻水冷却核反应堆，尤其是高压水冷核反应堆的燃料组件的下部连接器。

高压水冷核反应堆包括一个由并排垂直放置的棱柱形组件构成的堆芯，这些组件包括一个由纵向导管和定位格架组成的骨架，并且由连接器所封闭，在其内部布置着燃料棒。

组件的连接器之一，即下部连接器，架接在下芯板上，其上对应于组件的区域钻有通孔以使冷却水能够从下向上流过堆芯。

该连接器包括架接在下芯板上的支座，和一个相对于固定到支座上的燃料棒束的方向横向设置的构件，该横梁构件包括一架板，组件的导管下端固定在架板上，并从中延伸出来，使得反应堆的冷却水能够通过下部连接器，沿垂直方向循环并与组件燃料棒外表面接触，而且要确保冷却水流向分布合理。

因此，水冷反应堆燃料组件下部连接器的架板应提高组件骨架的稳定性，保证承受施加在下部连接器上的力，特别是能承受骨架和由导管传送的燃料棒束的重量，而且还必须使组件的冷却水能够流通并合理分布，

架板主要是在很高压力下工作，易弯曲，尤其是它的上、下表面部分。如将架板制成片状就必须使其具有很大的厚度才能保证下部连接器有高的坚固性。

架板还必须保证能挡住组件的燃料棒，在事故发生时，定位格架的夹持元件不再能有效地将某些燃料棒夹住，这时燃料棒在其自身重量作用下就会在其成束的方向上滑动。

因为穿过架板的水流通道孔直径通常大于燃料棒，因此在架板上设置的孔洞网络就需要相对于燃料棒的横向位置有一些偏斜，以使每根燃料棒与架板的实心部分垂直成一线。

即使当穿过架板的所有或部分孔洞直径较小，甚至显著小于燃料棒的直径，也需要避免把燃料棒垂直地对着这些小直径的孔洞放置，以免万一这些棒在事故中落下，将水路的通道的一个或多个堵住，从而降低或局部消除了使燃料棒冷却的水循环而发生危险。

然而，从架板的厚度来看，需要设置这样的水通道孔洞，使得通过下部连接器的冷却水的水压损失尽可能地少。

要设计出一个能满足上述的各种机械上和水力学上要求的架板是极端困难的。

这样的架板的加工是极困难的，它要求高精密度加工。

此外，材料的碎屑可能出现在反应堆的主环路中并被循环的高压水携带，如果碎屑的尺寸较小（例如小于10mm），由于架板的水通道孔径通常大于10mm，碎屑就会通过下部连接器的架板，并挤塞在燃料棒和第一栅板区域内的夹持元件之间，所说第一格板就是被安装在组件最下面的用规则网状结构固定燃料棒的定位格架。这些碎屑易受到在这一区域的极高的轴向和横向的水流压力而可能磨穿燃料棒的包壳，这是危险的，因为它将导致燃料棒铠装的丧失从而增加了反应堆主回路的放射本底。

为了防止这些碎屑被带到组件内部，有人提出，在下部连接器的架板区域对冷却液流进行过滤，在架板上钻出许多直径足够小的孔，以阻止易于夹在组件第一格板上的碎屑。

但是为了确保冷却液通过架板流出时，只有适量的水压损失，就必须设置很密集的水道孔洞网络，这样使架板的加工就更加复杂了。

燃料组件的下部连接器可以由铸模部件加工成一片，或者相反，可以用焊接方式将几个铸模和机械部件焊在一起而成。在这种情况下，用电子束来进行焊接可能是特别有利的，

组件的连接器可以由，例如由一框架所限定的格状结构构成，框架的横断面实质上与组件的断面相对应，其内有互相连接着并与框架连在一起的壁，由此分隔而成的大的空腔使得反应堆冷却水在循环过程中只有很小的水压损失。将一片可硬模冲压的薄板固定（但可以拆卸地）在格状结构的某一面上，为了调节通过连接器的冷却水流，该板上钻有许多孔洞，这些孔洞的形状，孔径和排列使其有可能调节通过连接器的水流分布及水压损失。

这样的连接器主要用作组件的上部连接器而不适宜作为下部连接器，在下部连接器中，即必须保证能承受燃料棒，还要保证能调节进入组件的冷却水流的分布。而且，这样的连接器无法保证能将反应堆冷却水所携带的碎屑阻止住。

因此，由贴接部件来制造燃料组件的下部连接器的方法，不可能完全满意地解决有关架板的机械稳定性和水力学性能以及阻止并挡住冷却水所携带的碎屑的可能性问题。

因此，本发明的目的在于提供一种用轻水冷却的核反应堆燃料组件的下部连接器，它由包括纵向导管，定位格架和端部连接器的骨架和一束平行的由定位格架区中的夹持元件夹持在骨架中的燃料棒组成，连接器之一或下部连接器，紧靠在反应堆芯的支撑座上，它包括一横梁构件以承受压力并挡住燃料棒，该横梁构件包括一由一框架限制的格状结构一以抗弯曲，该框架的截面实际上与组件横截面基本对应，还包括分隔出这些大空格的壁;这个下部连接器具有最佳的机械强度性能和水力学性能，能借助通常的机加工以简单方法制造，还能使反应堆冷却水中循环的碎屑被挡住。

为此，将横梁构件制成一箱状形式，它包括一相对于格状结构很薄的挡板，其上钻有规则的孔洞网络，孔洞的直径比燃料棒和将这些棒夹持在定位格架中的元件之间所留的最大间隔要小，将其与隔状结构表面平行，并与该表面有一与该结构厚度相同数量级的一定间隔（b）迭置并紧固到格状结构上，从而在箱体之内，格状结构和防碎屑挡板之间，提供能够使反应堆却水稳流并回收碎屑的自由空间。

为了使本发明容易理解，以下通过实施例参照附图对本发明的高压水冷核反应堆燃料组件的下部连接器进行说明。

图1是高压水冷核反应堆燃料组件的正面图，

图2是组件下部连接器沿图3中2-2线剖面图。

图3是沿图2的3-3线水平方向的局部剖图。

图4是本发明下部连接器挡板的另一实施例的局部剖面图。

图5是本发明连接器的局部透视图，其中格状结构是由铸造方式制成的。

图6与图2类似，是本发明连接器的剖面图，其中格状结构浇铸而成。

图7是本发明另一实施例的透视图，其中连接器格状结构由铸造而成。

如图1所示，由符号1标示的燃料组件，它包括一束装在由纵向导管4组成的骨架中的平行的燃料棒2，横置的隔离板3和端部连接器5与6，隔离板3由栅格板构成，其每一格各容纳一根燃料棒。栅格网络的某些部分由导管4占有，导管的长度比燃料棒2长。每根导管被紧固在沿组件长度方向均匀分隔开的隔离栅板中。

导管的一端连接到构成组件上部连接器的连接器5上，另一端连接到构成下部连接器的第二连接器6上。

处于工作状态时，组件垂直放置，如图1所示，下部连接器6通过支座7放置在核反应堆下芯板8的上表面上。

下芯板8上，在相应于反应堆堆芯的各燃料组件区域，下部连接器的下方，朝外开有四个水流通道孔。

支撑座7上部被固定于一横梁支撑构件9上，导管4的下端也紧固到横梁支撑构件上。

反应堆的冷却水通过下芯板8经由在连接器6下面开出的孔洞，流过穿透横梁构件9的孔洞网络。

这样，使冷却水沿垂直方向从底部向上，在与燃料棒2接触的状态下循环，从而使燃料棒冷却。

在已有投术中，横梁构件由一个具有穿透的孔洞网络以使冷却水通过的架板或由一格状结构构成-其上可拆卸地安装了一块上有许多孔以引导和调节进入组件的冷却水流的板。

图2所示为本发明的燃料组件下部连接器，作为整体由参照符号10标出。

连接器10包括与图1所示组件的支座7类似的，支撑在核反应堆的下芯板上的支座11，下芯板负载着连接有下部连接器的燃料组件。

在支座11上部，将支座11固定到与图1所示元件9相似的，具有通常架板所具有的能承受压力和组件燃料棒功能的横梁构件12上。

构件12取成“三明治”形状，将若干叠置的部分牢固地连接在一起而形成一内部有部分空腔的箱状结构。

安在构件12下部的第一部件包括一格状结构13，其水平剖面局部如图3所示。

格状结构13包括一平行六面体形状的外框架14，其矩形断面实际上与燃料组件的断面相对应。

在与高压水冷核反应堆的燃料组件对应之处，按照本设计框架14呈矩形断面，其边框大体上等于20cm，框架14的内壁厚约为10mm。或稍大一点。

支撑座11被焊接在结构13的每个拐角处从而紧固到其下表面上，在安装组件时，可通过与柱头螺栓配合的孔11′，将两个支撑座11固定安装在反应堆下芯板的上表面上。

格状结构13包括并与框架14相结合的内壁15和带有弧形角的四边形状的隔开的空格16，这些四边形大多是排列整齐与框架14的边平行的矩形。

空格的壁15，其厚度大致等于10mm，相交成节点17、在节点区域处，结构13的金属厚度稍微超出壁15的厚度。在各个节点17处，格状结构13上钻有透过其整个厚度的孔18以固定组件导管的下端。

为了保持高压水冷反应堆的燃料组件导管的传统排列方式，局部采用非矩形的空格16是有利的。

如图3所示，呈四边形状的空格16的断面是较大的，即使是较小尺寸的空格断面也至少与十支或更多根燃料棒在组件中所占的截面相当或更大。因此格状结构13在冷却水的循环中只会引起很小的水压损失，对该循环的影响是极小的。

如在图2中所看到的，框架14的外边缘14a相对于格状结构13的内部的上表面向上延伸，而且，在每个节点17处，在与导管吻合的相应孔洞18周围部分，同样相对于格状结构的上表面向上延伸出来17a。

突出的边缘14a和格状结构13在节点17处的各个凸出部17a的上端处在同一平面内，该平面位于格状结构13的上表面之上高度b处、而这个高度可以相当于格状结构的空格壁的高度的数量级。

本发明的下部连接器10包括一挡板叠置在格状结构13上，并用焊接固定在边框14边缘14a的上表面和凸出部17a上，于是，板20，其矩形形状和尺寸都与格状结构13的断面尺寸相似，被精确地叠置在该格状结构13上，从而形成一箱体，该箱体的中空内部高度为b，一面为格状结构13的上表面，另一面为挡板20。

挡板20的厚度a实际上比格状结构的厚度c小，例如厚度a可能比厚度C小5至10倍。

挡板20钻有孔21，孔的直径实际上比燃料棒的直径小。该直径可约为5毫米左右，比定位格架区域中夹持元件与燃料棒之间所出现的空隙的最大尺寸小。孔21稠密而有规则地排成网络，因为挡板20厚度a远小于已有技术中连接器架板的厚度，因此对连接器的制造和使用没有任何不利之处。

通过挡板20的孔21的尺寸和排列的确定，是要保证在各种情况下燃料棒都保持在组件中，并且防止万一燃料棒落下时通过组件的冷却液的流动有明显减小。而且，也使可能被反应堆冷却水所携带的其大小很容易被挤塞在第一定位格架区域中燃料棒和夹持器件之间空隙的碎屑被挡板20所挡住。

挡板和格状结构各自的厚度a和c，以及它们之间的空隔b和横梁构件12的总厚度是经过确定的，以使横梁构件12在负载情况下仍具有非常高的机械稳定性，同时把通过构件12的冷却液的水压损失降到一个低的水平。构件12箱形结构的空心内部形成一个可以使流经下部连接器的冷却水稳流，并回收被冷却水所携带的碎屑的空间。

构件12主要是承受一个扭曲力，这个力主要由格状结构13支承着，其高度和刚性是关键的具有许多较大空格16的格状结构13只会引起循环冷却水水压的微小的损失。

而且挡板20厚度较小，上有密集的小孔，因而挡板所造成的水压损失也同样很小，而且冷却水的压力在组件的断面上分布均匀。

这种挡板与已有技术中所用的用于分配和调节通过组件连接器的冷却液压力的挡板是十分不同的，它使阻挡住可能被冷却水所携带的碎屑成为可能。而且，它将连接器的内部空间分隔成若干小空间，使其中的冷却水的水力学条件得到了调节。

格状结构13可以由铸造，和用一单片坯材或用具有所需厚度的焊接在一起的多层坯材通过机加工而制成。

边缘14a和凸起部17a可以和结构13一起加工，通过对该结构机加工一起获得或将其附加到结构13的上面而制成。

挡板20由带有规则孔洞网络的单一金属片或带钢构成。

连接器的各种部件可通过焊接技术，特别是电子束焊接技术接合在一起。

图4所示为本发明下部连接器挡板的另一实施例。挡板20′的孔21′，各由两个相交在一点形成彼此成一定角度并与板20′的表面成倾斜方向的孔组成。因此，孔21′在20′的断面上成V型形状。

因此，即使孔的直径等于或大于燃料棒的直径，板20′也保证能将燃料棒有效地保持住。

在某些情况下，成交角形状的孔使水压损失得到限制并使通过下部连接器冷却液的压力分布更加均匀。

图5所示是本发明下部连接器能承受力的横梁构件22的局部，它由格状结构23和一附加在格状结构23上的碎屑挡板30构成。

格状结构23，总的形状与图2和图3所示的格状结构13相同，由合金钢或镍合金铸造加工成一片，最好采用精密的铸造方法，以使尽可能减少在铸件上的切削加工。

所焊接的钢或合金，最好会有以下成份之一：

-钢A286：（ASTM〔美国材料试验学会〕A638）：碳＜0.08，镍24至27，铬13.5至16，钼1.00至1.50，钛1.90-2.35，铝＜0.35，铀0.10至0.5，锰＜2.00，硅＜1.00，其余成份为铁。

-钢NFA32-0.56（Z2CN18-10M）：碳＜0.03，硅＜1.20，钼＜1.50，铬17至20，镍8至12。

-铬镍铁合金718。

格状结构23由一方形框架24，壁25及其在框架24内分隔出的比组件燃料棒横截面要大的空格26。

壁25相交形成相对于壁25上表面凸起的节点27。

在格状结构23的每个节点27上钻有孔28，以使之能够固定住组件的导管下端。

挡板30固定在框架24的上部和结构23的节点27上。

组件横梁构件的整个结构，如图5所示，实际上与图2和3中所示结构13是相同的，但是，如在图5和图6中可以看到的，铸造结构23具有加强筋31，31′，沿着其侧边，将壁25和框架24连结起来，从而增强了连接器的机械强度，加强筋或大或小，视连接器的使用情况而定。

如图6看到的，组件的支撑座29可以和结构23铸成一体。

支撑座29也可以通过焊接固定连接到结构23上。

无论如何，从减少连接器的切削加工考虑，格状结构的制造最好采用铸造而不采用机加工焊接。

燃料组件可以直接架设在堆芯支撑板上，没有采用支撑座，而简化了下部连接器的构造。

应该注意到，因为横梁构件主要承受扭曲力，该构件的中央部分或芯部仅仅承受很小甚至不承受压力，因此中央部分可掏空，而不会明显增加横梁构件其它部分的压力。所以，与箱状结构空心部的高度相当的间隔b可以很大。

本发明可用于任何用轻水冷却的核反应堆燃料组件的下部连接器。

Claims (11)

1、一种轻水冷却的核反应堆燃料组件下部连接器，由一包括有纵向导管(4)，横向定位格架(3)和端部连接器(5)(6)的骨架，以及一束由定位格架区中的夹持元件夹持住的平行燃料棒(2)组成，连接器之一或下部连接器，安装在堆芯支撑板(8)之上，它包括一用于承受压力并保持住燃料棒的横梁构件，该构件(9)包括，一抗弯曲的带有外框(14)的格状结构，其横截面基本上与组件横截面对应，其内有许多壁将其分隔成若干大的空格(16)，其特征在于：横梁构件(13)制成箱体形状，它包括一挡板(20)，挡板厚度比格状结构(13)小，挡板上钻有成规则排列的孔(21)，孔的直径小于棒(2)和将这些棒支持在定位格架(3)的元件之间的最大间隙，挡板与格状结构(13)的表面平行并与格状结构有与格状结构厚度相同数量级的一定间隙b，挡板叠置并固定到格状结构上，从而在箱体内，格状结构(13)和碎屑挡板(20)之间，提供一稳定反应堆冷却水流和回收碎屑的空间。

2、根据权利要求1的下部连接器，其特征在于格状结构（13）的壁（15）互相连接以形成节点（17），在节点处，格状结构（13）钻有为了紧固燃料组件导管（4）的孔（18）。

3、根据权利要求1和2两者之一的下部连接器其特征在于：格状结构（13）的空格（16）为带圆弧角的四边形。

4、根据权利要求1到3的任何一种下部连接器，其特征在于：格状结构（13）包括有相对其上表面凸起的部分（14a，17a），通过焊接将凸起的端部焊到挡板（20）上，凸起部（14a，17a）限定了格状结构（13）和挡板（20）之间的间隔。

5、根据权利要求1至4的任一种下部连接器，其特征在于，挡板（20）上有穿透其厚度的孔（21），每个孔由两个互成角度交接在一起的，与板（20）的表面成倾斜方向的孔构成。

6、根据权利要求1至5的任何一种下部连接器其特征在于：格状结构（23，33）是用铸造方法制成一整体片。

7、根据权利要求6的下部连接器，其特征在于：格状结构（23，33）是由含少于0.08%的碳，24%至27%的镍，13.5%至16%的铬，100%至1.50%的钼，1.90%至2.5%的钛，低于0.35%的铝和0.10%至0.50%的铀的合金钢铸造而成。

8、根据权利要求6的下部连接器，其特征在于格状结构（23，33），是由含低于0.03%的碳，低于1.20%的硅，低于1.50%的钼，17%至20%的铬和8%至12%的镍的钢经铸造制成。

9、根据权利要求6的下部连接器，其特征在于格状结构（23，33），是由镍合金铸造而成的，

10、根据权利要求6至9的任一种下部连接器，其特征在于格状结构（23）包括一框架（24），划分框架（24）内的空格（26）的壁（25）和在其周边处沿框架（24）的侧边的加强筋（31，31′）

11、根据权利要求6的下部连接器，其特征在于：它包括框架（34），将框架（34）内划分成在其周边的封闭空格（36）和中央孔格（36′）的壁（35′），孔格（36′）由实际上与框架（34）的侧边垂直的壁（35a）分开的开放相连的空格组成。

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