CN105682821A - 定心销在堆芯栅板上的连接布置及连接定心销与堆芯栅板的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于对燃料元件(2)进行定心的定心销(10)在压水反应堆的反应堆压力容器(1)的堆芯栅板(3)上的连接布置，在所述连接布置中，通过从容纳孔(16)中突出来的、被扩展的突出部(19)在构成形状配合的情况下将定心销(10)固定在存在于堆芯栅板(3)上的板(4)的容纳孔(16)中。在尚不存在所述形状配合的预组装状态下，固定部分(18)为空心筒体，所述空心筒体在其整个长度上具有在外径(26)一致的圆筒侧面上延伸的外周表面(27)。在最终组装状态下，在形成所述形状配合时，由于借助扩展工具进行扩展使得所述突出部(19)得以扩展。
Description
本发明涉及一种用于对燃料元件进行定心的定心销在压水反应堆的压力容器堆芯栅板上的连接布置以及一种用于连接定心销与堆芯栅板的方法。上述类型的反应堆包括堆芯上栅板和堆芯下栅板，反应堆的燃料元件被夹紧在其之间。堆芯下栅板例如包括多个水平延伸的板，即所谓的支承板，燃料元件支承在其上并且通常有两个定心销固定在其上。
定心销分别固定在所述板的容纳孔中，其中用于对燃料元件进行定心的定心销的第一轴向部分垂直地从在水平方向上延伸并且面向反应堆压力容器中心的板内侧突出来。所述轴向部分在最终组装状态下，即例如在反应堆准备运行时，伸入在燃料元件底部或燃料元件顶部的开口中。定心销的第二轴向部分被用于将其固定在板上并且为此目的置入板的容纳孔中。第二轴向部分在其自由端过渡到可径向向外变形的固定部分中，该固定部分在最终组装状态下借助于从孔突出来的被扩展的突出部在构成形状配合的情况下在指向反应堆压力容器中心的轴向方向上在后面啮合板的背离内侧的外侧。
在US5089215公开的堆芯栅板中存在定心销，为了将所述定心销安装在堆芯栅板上所述定心销被与其中心纵轴同轴地延伸的孔贯穿，所述孔在固定部分区域中具有狭窄部。为了扩大固定部分，从第一轴向部分的一侧开始将心轴(Dorn)引入孔中，所述心轴在通过狭窄部时扩大固定部分的突出部，从而使得定心销轴向固定在容纳孔中。为了可以借助于心轴产生径向向外的变形，设置了从狭窄的孔区域径向延伸出去的槽形形式的材料弱化部分和从固定区域外表面径向向内延伸的槽形形式的材料弱化部分。因此总而言之，已知的定心销具有非常复杂的，只有用很高的制造成本才可以实现的成形。另一个缺点在于，必须用很大的力才能将心轴插入定心销的狭窄部以便扩大固定部分。这通常会导致心轴卡在定心销中或者甚至会折断。
在已知的堆芯栅板中定心销的固定区域具有在圆周方向延伸的槽。所述槽定位在固定部分的所述轴向位置，使得在扩大固定部分时所述槽指向容纳孔的壁根据钩的类型在后面啮合容纳孔的边缘并且在这种情况下压在孔的边缘上。所述方法的缺点是，槽壁的轴向位置必须与支承板的厚度匹配，从而使得当板的厚度不同时必须制造相应设计的定心销。
已知的堆芯栅板的另一缺点是，定心销在更换时由于以钩状形式在后面啮合容纳孔边缘的固定部分，因此只能被艰难地从容纳孔中移除。
本发明的任务在于，提出一种用于对燃料元件进行定心的定心销在压水反应堆的反应堆压力容器的堆芯栅板上的连接布置以及一种用于连接定心销与堆芯栅板的方法，所述连接布置就上述缺点进行了改进。
所述任务在连接布置方面通过权利要求1所述的连接布置并且在方法方面通过权利要求12所述的方法得以实现。
在根据本发明所述的连接布置中，在预组装状态下(在该预组装状态下尚不存在轴向有效的形状配合)固定部分为空心筒体，所述空心筒体在其整个长度上具有在外径一致的圆筒包络面上延伸的外周表面。在最终组装状态下，在形成轴向有效的形状配合时，由于借助扩展工具进行了扩展，因此突出部得以扩大。
首先要固守的是，被空心筒状地构造的固定部分的壁厚可被选择成，使得一方面用很小的力就有可能进行径向扩展，但在这种情况下定心销可靠地保持在板的容纳孔中。壁厚极小是由于未通过定心销的中心孔将扩展工具引至固定部分造成的，结果使得固定部分不必是被高成本制造的、具有中心通道狭窄部和材料弱化槽的形式。在本发明中仅将前端侧的轴向孔引入定心销的第二轴向部分以制造固定部分，这用很少的制造成本就可实现。
固定部分在其整个长度上具有在外径一致的圆筒包络面上延伸的外周表面或至少相应的圆周部分，通过这种方式可以将定心销毫无问题地固定在不同厚度的支承板上。当板的厚度增大时，只有突出部的尺寸或由其通过扩大构成的锥体的尺寸会减少。
所述结构形式的另一优点在于，用简单的方式就可将有缺陷的定心销从容纳孔移除，方式是借助冲压向突出部施加指向第一轴向部分方向的力。由于该力的施加，突起的锥体在收缩到其原来的、处于预组装状态下的形状时被压入容纳孔中并最终从容纳孔中压出来。所述方式在定心销与板之间已知的连接形式中几乎是不可能的。
上述优点也可从权利要求12所述的方法中获悉。
现在将参考附图对本发明进行更加详细的说明。图中显示：
图1示出了压水反应堆下部的示意性横截面，其中布置了堆芯下栅板，
图2以透视图示出了从上方斜看的图1所示部分II，
图3示出了对应于图2中的线III-III的剖面图，
图4以纵向截面图示出了图3所示部分IV，所述纵向截面图示出了在容纳孔中被轴向固定在板上的定心销，
图5示出了对应于图4的图，但是此图涉及预组装状态，在此预组装状态下定心销尚未轴向固定在容纳孔中，
图6示出了具有可变固定部分的定心销的侧视图，
图7为示意性的局部剖视图，其示出了定心销在板的容纳孔中的固定，
图8示出了固定在板中的定心销在图5所示箭头VIII方向上看去的底视图。
压水反应堆的反应堆包括反应堆压力容器1，其中布置了多个垂直延伸且相互平行布置的燃料元件2(图1)。燃料元件2通过其下端或其底部支承在堆芯下栅板3上并且通过其上端或其顶部支承在堆芯上栅板(未示出)上。进一步的描述将参考堆芯下栅板3。
正如可特别从图2和3中看出的，在面向反应堆压力容器1中心的堆芯下栅板3的内侧上布置有多个支承板，在下文中简称板4。板4被布置成与由相互垂直延伸的栅板壁5a、5b构成的支承栅板6相隔垂直间距9。栅板壁5a、5b分别包围室或流通道7，其中每个流通道7分配有一燃料元件2。基本为正方形的板4分别定位在栅板壁5a、5b的交叉点上并借助于脚8固定在其上。在板4上固定有两个定心销10。
定心销10被分成第一轴向部分13和第二轴向部分14，其中在这两个部分之间的过渡通过指向第二部分的径向肩15构成。第一轴向部分13从面向反应堆压力容器1中心的板4的内侧11突出来，并且被用于固定或定心燃料元件2。为此目的，其啮合进在燃料元件底部处的孔(未示出)中。在堆芯上栅板(未示出)中也存在可比较的情况。第二轴向部分被插入垂直贯通板4的容纳孔16中。其自由端17由可径向向外变形的固定部分18构成。
第二轴向部分14的长度比板4的厚度大。因此，当定心销10完全插入容纳孔16中时，轴向部分14或固定部分18以突出部19从容纳孔16中或从远离反应堆压力容器1中心的板4的外侧20突出来。在最终组装状态下，突出部19径向向外扩展，这样一来其形成了类似截头锥的形状并由此通过轴向形状配合将定心销10保持在容纳孔16中。在这种情况下，所述形状配合在指向反应堆压力容器1中心的轴向方向23(图4)上有效。定心销10由于紧靠板4的内侧11的径向肩15被形状配合地保持在轴向方向的反方向24。
在预组装状态下(在该预组装状态下固定部分18尚未径向向外扩展(图5))，固定部分18为空心筒体21，该空心筒体21在其整个长度上具有在外径26一致的圆筒侧面上延伸的外周表面27。这优选适用于整个第二轴向部分14。外径26略小于容纳孔16的直径28，从而使得第二轴向部分14优选没有间隙地贯通容纳孔16。
突出部19的扩展(如下文更详细阐述的那样)借助构造成圆锥体29的扩展工具从板4的外侧20开始进行，方式是将扩展工具压入空心筒体21中或压入由该空心筒体21围住的插入开口32中。这时在扩展工具进给方向上所需的力因空心筒体21的壁22的厚度较小而同样很小。为了调节扩张力或因扩展产生的锥体的强度可改变壁厚。另一种可能性在于，将轴向延伸的槽31引入壁22中，所述槽如有必要贯通所述壁22。
定心销10具有孔34，该孔34一方面通向固定部分18的内部空间33而另一方面通向第一轴向部分13的表面。孔34优选相对于定心销10的中心纵轴30同轴地延伸，并致使垂直向上流动的反应堆冷却剂流经内部空间33，即内部空间33不形成死角。但孔34对固定部分18的突出部19的扩展没有任何意义。这是因为孔34的直径41明显小于径向向外变形的固定部分18或空心筒体21的内直径42。
突出部19'的扩展也可以这样进行，即定心销10的突出部19'在至少一个周向位置U扩展并由此产生在定心销10与板4之间的形状配合。在这种情况下，突出部具有偏离圆形的横截面形状，如图8所示。在所述实施例中，最初的圆形突起19'在侧面被挤压在一起，其中，其(至少近似地)具有椭圆形的横截面形状。
为了建立所述连接布置或为了将定心销10固定在板4上，例如借助于操纵器将定心销事先通过其第二轴向部分14引入板4的容纳孔16中。固定部分18的扩展或从板4的外侧20突出来的突出部19的扩展例如借助于在图7中大大简化示出的装置35来进行。所述装置35包括可垂直移动的升降件36，例如液压缸，在其下端固定有水平延伸的悬臂(Ausleger)37。移动升降件36使得悬臂37在支承所述板4的两个脚8之间延伸出去。然后，在位于板4下方的悬臂37的自由端上侧布置有扩展工具，即布置有上面提到的圆锥体29。若将升降件36向上移动(箭头38)，则将圆锥体29引入固定部分18的插入开口32中并以锥体形状扩展突出部19。在该扩展过程中，定心销10从上方借助支撑架39保持在板4的容纳孔16中。为了径向引导定心销10，将板状模板(Schablone)40置于板4的内侧11上，所述模板40由垂直延伸的孔43贯通。确定孔43的直径的尺寸，使得定心销10的第一轴向部分13基本上没有间隙地保持在其中。
定心销10的第一轴向部分13具有锥形逐渐变尖细的端部44，所述端部在固定部分18扩展的同时被插入支撑架39互补设计的、垂直向下开口的支座45中。确定模板40的厚度的尺寸，使得定心销10的第一轴向部分13完全地或至少部分地位于孔43以内。支撑架39的、支撑支座45的部分46被设计成使得基本上可将其没有间隙地插入孔43中。由于将定心销10安装在中心框架3上已知是在水下进行的，则应注意的是，将支撑架39置于定心销10的锥形端部上时，位于支座45中的水不会妨碍该过程。因此，支撑架39中存在通向支座45的排水孔47。
在图8所示实施例中也可使用上述方法。但扩展工具并不构造成圆锥体，而是例如构造成钳具(未示出)，借助其将处于预组装状态下的圆形的突出部19'在侧面压在一起。然后，在最终组装状态下，突出部19'形成至少近似椭圆的横截面形状，其中所述突出部在两个直径相对的圆周位置U1、U2处扩展。在所述位置，突出部19'在后面啮合贯通板4的开口16的边缘。在这种情况下，定心销10形状配合地固定在板4上或固定在开口16中。
Claims (17)
1.一种用于对燃料元件(2)进行定心的定心销(10)在压水反应堆的反应堆压力容器(1)的堆芯栅板(3)上的连接布置，在所述连接布置中，所述定心销(10)固定在存在于所述堆芯栅板(3)上的板(4)的容纳孔(16)中，用于对所述燃料元件(2)进行定心的、所述定心销(10)的第一轴向部分(13)从水平延伸并且面向所述反应堆压力容器(1)中心的板(4)的内侧(11)垂直地突出来，并且所述定心销(10)的第二轴向部分(14)插入所述容纳孔(16)中，其中所述第二轴向部分(14)的自由端(17)由能够径向向外变形的固定部分(18)构成，借助于从所述容纳孔(16)突出来的、被扩展的突出部(19)在构成形状配合的情况下所述固定部分(18)在指向所述反应堆压力容器(1)中心的轴向方向(23)上在后面啮合所述板(4)的背离所述内侧(11)的外侧(20)，所述连接布置的特征在于具有以下进一步的设计：
-在尚不存在所述形状配合的预组装状态下，所述固定部分(18)为空心筒体，所述空心筒体在其整个长度上具有在外径(26)一致的圆筒包络面上延伸的外周表面(27)，
-在最终组装状态下，在形成所述形状配合时，由于借助扩展工具进行扩展使得所述突出部(19)得以扩展。
2.如权利要求1所述的连接布置，其特征在于，所述空心筒体(21)的壁(22)在预组装状态下包围用于扩展工具的插入开口(32)，其中所述突出部(19)被锥状地扩展。
3.如权利要求1所述的连接布置，其特征在于，在所述最终组装状态下，所述突出部(19)发生变形，使得所述突出部(19)在至少一个圆周位置()处被扩展。
4.如权利要求3所述的连接布置，其特征在于，在所述最终组装状态下，所述突出部(19)具有偏离圆形的横截面形状。
5.如权利要求4所述的连接布置，其特征在于，在所述最终组装状态下，所述突出部(19)具有椭圆的横截面形状。
6.如前述权利要求中任一项所述的连接布置，其特征在于，所述空心筒体(21)的壁(22)具有轴向延伸的、至少在其部分长度上延伸的槽(31)。
7.如权利要求6所述的连接布置，其特征在于，所述槽(31)贯通所述壁(22)。
8.如前述权利要求中任一项所述的连接布置，其特征在于，所述定心销(10)通过径向向外延伸的径向肩(15)紧靠所述板(4)的内侧(11)。
9.如前述权利要求中任一项所述的连接布置，其特征在于，所述定心销(10)具有孔(34)，所述孔(34)一方面通向所述空心筒体(21)的内部空间(33)而另一方面通向所述第一轴向部分(13)的表面。
10.如权利要求9所述的连接布置，其特征在于，所述孔(34)与所述定心销(10)的中心纵轴(30)同轴地延伸。
11.如权利要求9或10所述的连接布置，其特征在于，所述孔(34)的直径(41)小于所述空心筒体(21)的内直径(42)。
12.一种用于将定心销(10)与压水反应堆的反应堆压力容器(1)的堆芯栅板(3)进行连接的方法，在所述方法中，所述定心销(10)固定在存在于所述堆芯栅板(3)上的板(4)的容纳孔(16)中，所述方法具有以下步骤：
a)提供具有第一轴向部分(13)和第二轴向部分(14)的定心销(10)，其中
-所述第一轴向部分(13)被用于对燃料元件(2)进行定心，
-所述第二轴向部分(14)在其自由端(17)过渡到能够径向向外变形的固定部分(18)，
-所述第二轴向部分(14)的长度大于所述板(4)的厚度，
b)通过所述定心销(10)的第二轴向部分(14)将所述定心销(10)插入容纳孔(16)中，使得所述第一轴向部分(13)从水平延伸并且面向所述反应堆压力容器(1)中心的板(4)的内侧(11)垂直地突出来，并且所述固定部分(18)以突出部(19)从所述板(4)的背离所述内侧(11)的外侧(20)突出来，
c)将扩展工具从所述板(4)的外侧(20)开始靠近所述突出部(19)并借助所述扩展工具对所述突出部(19)进行扩展，使得在形成形状配合的情况下所述突出部(19)在朝向所述反应堆压力容器(1)中心的轴向方向(23)上在后面啮合所述板(4)的外侧(20)，
d)在扩展所述固定部分(18)的突出部(19)的过程中，借助于支撑架(39)将所述定心销(10)保持在所述容纳孔(16)中。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，使用其固定部分(18)被构造成空心筒体(21)的定心销(10)。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，壁(22)包围插入开口(32)，为了径向扩展所述突出部(19)将扩展工具引入所述插入开口(32)中。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，将圆锥体(29)作为扩展工具压入所述插入开口(32)中。
16.如权利要求13所述的方法，其特征在于，借助于所述扩展工具在至少一个圆周位置处扩展所述突出部(19)。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，借助于所述扩展工具将所述突出部(19)在侧面压在一起。
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