CN1125470C - 具有顶座的核燃料组件 - Google Patents

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Abstract

燃料组件的顶座(6)包括一个横向的，被紧固导向套管(4)用的孔道(8)和通水孔道(9)穿透的配板(6a)。布置在配板(6a)的中央部分的顶座(6)配板(6a)中的通水孔道(9a)具有带圆角的三角形形状，并至少在一些紧固导向套管(4)用的孔道(8)的周围规则地分布。

Description

具有顶座的核燃料组件
技术领域
本发明涉及一种具有用改进方法产生的顶座的核燃料组件。
背景技术
核燃料组件，特别是用于压水核反应堆的燃料组件，具有一束燃料棒，它们由刚性框架使其平行排列并彼此均匀分隔。
具体地说，燃料组件的框架包括沿燃料组件长度方向分布的定位格架，它们限定了用于接收和维持棒束中燃料棒的一些栅元。
代替束中一些燃料棒的导向套管，穿过格架的一些栅元并可能被固定在一些沿燃料组件长度方向安装和分布的格架上。
导向套管比燃料棒长，并在燃料组件的端部从燃料棒束的端部伸出来。燃料组件的框架由固定在框架的导向套管伸出端部上的管座闭合。
具有直棱柱形状，通常为方形截面的燃料组件被放置在核反应堆堆芯内的的工作位置上，使它们的长轴为垂直的。
位于燃料组件的下部的燃料组件端管座，被称为底座，燃料组件放置在其上面，该底座具有一些支撑腿和一个配板，有一些用来固定导向套管的孔道和用来通水的孔道穿透配板。
位于燃料组件的另一端即组件上端的燃料组件的顶座，尤其包括一个横向的配板，有一些容纳和固定导向套管的孔道和通水的孔道穿透该配板。
为了改进核燃料组件的工作性能，需要尽可能提高组件中所含燃料的燃烧比，并改进其中冷却水在反应堆堆芯内从下部流到上部的组件的水力工作性能。
特别地，为了改善燃料组件的水力工作性能，需要通过试图得到尽可能大的透明度(transparency)，即孔道面积与配板上实板部分的面积之比，来尽可能地减少冷却水穿过管座横配板时的水头损失。
管座的配板上用来通水的孔道的形状和分布被规定为这样一种形式，它使得可能将组件的导向套管(例如24个导向套管)固定在管座的配板上，并通过采用孔道和限制孔道的孔带的一种分布来限制组件燃料棒(例如264个燃料棒)的轴向移位，以使得组件的每个燃料棒都面对着孔带。
特别地，就燃料组件顶座的配板而论，通水孔为长方形状并插在导向套管的通孔之间。这些长方形孔具有的长度适应插入导向套管通孔之间的配板部分的尺寸。
这样不同尺寸的长方形孔构成的网络不能使配板获得很高的透明度和通冷却水孔道的均匀分布。
而且，在燃料组件顶座的出口，冷却水流入反应堆的上端，该反应堆包括用来引导控制反应堆堆芯反应性的棒的元件，该元件由相互平行的在燃料组件的导向套管中接合的中子吸收棒组成。在燃料组件顶座的出口处形成的冷却水流或薄层，当被上端的导向套管分散时，会产生横向水流，并干扰控制棒的工作。尤其是，由燃料组件配板的长方形孔产生的水薄层会使吸收棒紧压在上端引导元件上。目前人们还没有找到这样一些燃料组件顶座：其配板包括一些孔道，这些孔道的形状和它们围绕组件的导向套管的分布有可能以尽可能小的干扰控制棒的运行的方式引导组件出口处的冷却水流，尤其是当其落入到核反应堆中时更是如此。
在FR-2,171,279中，人们描述了一种燃料组件底座，该底座配板包括一些在配板的整个表面上以规则的点阵分布的方形孔道。在固定在配板上的导向套管周围，方形孔道被切去以形成紧固导向套管的圆形区域，并为有圆角的略微三角形形状。这种形状的底座不可能解决涉及顶座出口处冷却水流和控制棒的运行问题，因为在FR-2171279中描述的顶座具有不规则形状的加长的孔，这会引起水流干扰的形成。
发明内容
因此本发明的目的是提供一种包括一束燃料棒的核燃料组件，这些燃料棒维持在框架中，该框架包括：一些沿束的长度方向分布并为燃烧棒的通过确定栅元的定位格架；一些代替束中的某些燃料棒并比燃料棒长的导向套管；固定导向套管一端的底座和固定导向套管另一端的顶座；以及由固定导向套管的孔道和通水的孔道穿透的横向配板；该燃料组件通过提高顶座配板的透明度，使得有可能减少通过组件的核反应堆冷却水的水头损失。
为此，顶座配板中的通水孔道被布置在配板的中央部分，它具有带圆角的三角形形状，并至少均匀分布在一些通入导向套管的孔道周围。
附图说明
为了更清楚的解释本发明，现在通过根据本发明的核燃料组件的非限制性的实施例，与根据现有技术的核燃料组件顶座配板相对比，来进一步描述。
图1所示为用于压水核反应堆的核燃料组件的正视图。
图2所示为燃料组件顶座的轴向剖视图。
图3A所示为根据现有技术的燃料组件顶座配板沿图2中3-3线所作的平面图。
图3B所示为类似于图3A的，本发明的燃料组件顶座配板的平面图。
具体实施方式
图1示出压水核反应堆燃料组件，整个被表示为标号1。
燃料组件包括一束燃料棒2，它们彼此平行排列，并通过沿束长度方向分布的定位格架3在束的横截面上保持有规则的间隔。
导向套管4占据了由定位格架3的栅元限定的某些位置，导向套管4比燃料棒2长。
导向套管4的端部从燃料棒2束的端部伸出来。
燃料组件的定位格架3有多种类型，端部的格架3a和3b表现为能够固定在导向套管上的形式，而中部的格架则形成冷却剂的搅混格架。
燃料组件的框架包括导向套管4和定位格架3，3a和3b，在其端部由管座5和6闭合。当燃料组件处于工作位置时，端管座5，或底座，放置在燃料组件的下部，该管座包括一些腿—用于支撑燃料组件和横向的配板5a。
顶座6包括一个配板6a和上支架，尤其在上支架上安装有将燃料组件保持在核反应堆堆芯上隔板下方的弹簧7。
如在图2中所能见到的，燃料组件的顶座6包括一个有孔道贯穿其中的横向板6a，它被称为配板；一个基座6b；和一个接合配板6a与基座6b的侧缘6c。
配板6a，侧缘6c和基座6b具有方形截面，该截面对应于燃料组件的截面，该组件由于方基座而呈棱柱形。
顶座6的基座6b包括一些用来紧固保持燃料组件的弹簧的定位凸体，以及一些用来使装卸装置接合和抓住燃料组件的孔道和定位销。
图3A所示为根据现有技术的燃料组件顶座6′的配板6′a的配板6′a的平面图。
侧缘6′c被固定于其上的配板6′a被一系列圆形孔道8′穿透，导向套管4′的端部被固定于各个圆形孔道中。导向套管4′由内螺纹管嵌入件固定或锁紧在孔道8′中，随后内螺纹管嵌入件通过压接在接通孔道8′的凹槽中而旋转固定在配板上。
配板6′a具有正方形状，并且用来紧固燃料组件的24个导向套管的孔道8′被分布在平行配板侧面的几个列中。而且，一个容纳测量仪表管端部的孔道被布置在配板6′a的正中央。
为了确保流过配板6′a的冷却燃料组件的水的水头损失尽可能小，提供了一系列通水的圆形和长方形的孔道，这些孔道插在紧固导向套管4′的孔道8′之间。
有必要将通水的长方形孔道9′平行于配板的一个侧面的方向排列，并具有四种不同的长度。选择这样的方式规定长方形通水孔道9′的排列和长度，是为了提高配板6′a的透明度，即通水孔道9′的总表面积与配板表面之间的比率。
对具有四种不同尺寸的孔道和复杂分布的配板6′a进行钻孔操作，是困难而且费时的。
而且，由于一些导向套管紧固孔道周围的区域不能被钻孔，并且有必要通过这样排列配板上的孔道使得每个燃料棒面对着一个孔带从而来限制组件燃料棒的轴向移动，故配板的透明度仍然较低。另外，为了使配板有足够的机械强度，不能将配板厚度减小到超过一定的界限。
图3B所示为根据本发明的燃料组件顶座6的配板6a。
具有正方形状的配板6a固定在管座的侧缘6c上。
用来固定导向套管4端部的24个孔道8具有同现有技术中固定导向套管4′端部的24个孔道8′相同的排列。
通过配板6a的冷却水的孔道9具有不同的形状。
在配板6a的中央部分，通水孔道9a全部是相同的并具有带圆角的三角形形状。带有圆角的三角形形状的孔道9a有规则地分布在孔道8的周围，用来固定燃料组件的8个导向套管4和中心的测量仪表管。
配板6a中央部分的用于固定导向套管4的孔道的8个位置和燃料组件的测量仪表管的中心位置由满满排列的圆角三角形孔9a包围。
另外的16个接近配板6a的外围的用于固定燃料组件导向套管4的孔道8只由圆角三角形孔道9a部分包围。
沿着4个固定有环状物6c的外边缘的配板6a周边部分，被有两种长度的长方形孔道9b和9c穿透。
在配板6a的每个角，配板被圆形孔道9d和9e所贯通，它们也构成通水孔道。
以大多数位于配板中央部分的圆角三角形孔道9a、附加的长方形孔道9b和9c，和圆孔道9d和9e的形式来贯通配板6a，能够获得比现有技术中只具有长方形通水孔道的配板透明度有更大改进的冷却水透明度。
以这种方式贯通配板可以在当冷却液穿过配板时产生的水头损失的减少和使配板获得足够的机械强度之间得到最好的兼顾。
尤其是，配板上的孔道阵列是相对于正方形板的对角线而完全对称的，从而获得应力的均匀分配。
这样有可能增加配板的透明度，即通水的总面积，并且在保持满意的机械强度情况下减小配板的厚度。
这样有可能增加5％的配板水通道总表面积，并减小配板的厚度，从而限制了水头损失。
由于通水孔道的更合理的分布和更合适的形状以及配板厚度的减小，故当冷却水流过配板时，配板对冷却水的水力阻力减少7％。
从图2和3B中可见到，在配板6a的中心准备了一个穴或锪窝10，配板的整个这个区域被中央测量仪表管和该管周围的孔道9a占据。这样可以稍微减低管座的高度，同时适合燃料棒束插入到组件中。
根据本发明的燃料组件比现有技术的燃料组件表现出较好的水力性能，并能够在其使用寿命期间获得更好的燃烧比。
本发明并不局限于已描述的实施例。
因此，可以考虑燃料组件的顶座配板的形状和分布不同于已描述的形状和分布。
为了确保最大透明度，可以根据配板的位于导向套管固定孔道周围的部分的尺寸来优化圆角三角形孔道的大小。
在所描述和说明的实施例中，位于配板中央部分的用于固定导向套管的每个孔道被8个具有圆角的三角形孔道包围，当然可以考虑不同的三角形孔道的数目和分布。
而且，可以将由顶座配板新的贯穿方式获得的优越性与由减小配板厚度和管座新的尺寸获得的优越性结合起来。
本发明适用于任何包括一个由含有被通水孔道穿过的配板的顶座封闭的框架的核燃料组件。

Claims (6)

1.一种包括由一个框架固定的一束燃料棒(2)的核燃料组件，该框架包括一些沿束的长度方向分布并为燃料棒(2)的路径划定栅元的定位格架(3，3a，3b)，一些代替束中的某些燃料棒(2)并比该棒长的导向套管(4)，固定在导向套管(4)一端的底座(5)和固定在导向套管(4)另一端的顶座(6)，并包括一个由固定导向套管(4)的孔道(8)和通水孔道(9)穿透的横向配板(6a)，其特征在于布置在配板(6a)中央部分的顶座(6)的配板(6a)中的通水孔道(9a)具有带圆角的三角形形状，并至少在一些用于固定导向套管(4)的孔道(8)的周围规则地分布。
2.根据权利要求1所述的燃料组件，其特征在于布置在配板(6a)外围部分的通水孔道(9b，9c)为具有两种不同长度的长方形孔道。
3.根据权利要求1所述的燃料组件，其特征在于通水孔道(9)还包括布置在方形顶座配板(6a)的角处的圆形孔道(9d，9e)。
4.根据权利要求1，2和3中任一项所述的燃料组件，包括其固定孔道(8)分布在顶座(6)配板(6a)的横截面上的24个导向套管(4)和一个中心测量仪表管，其特征在于具有圆角的三角形形状的通水孔道(9a)是围绕着位于配板(6a)中央部分的8个导向套管固定孔道(8)和中心测量仪表管规则地分布的。
5.根据权利要求4所述的燃料组件，其特征在于位于顶座(6)配板(6a)中央部分的每个导向套管固定孔道(8)的周围和中心测量仪表管周围，布置并规则地分布着8个具有圆角的三角形形状的通水孔道(9a)。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的燃料组件，其特征在于与已知类型的燃料组件顶座配板(6′a)的厚度相比，该组件顶座(6)的配板(6a)的厚度减小了。
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