CN113012828A - 一种控制棒吸收体组件、控制棒及控制棒组件 - Google Patents

一种控制棒吸收体组件、控制棒及控制棒组件 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种控制棒吸收体组件、控制棒及控制棒组件。该控制棒吸收体组件包括第一吸收体、与所述第一吸收体分立设置的第二吸收体以及应力传递组件；所述第二吸收体、所述第一吸收体可轴向安装于所述包壳管内，所述应力传递组件包设于所述第二吸收体的四周上，与所述第一吸收体抵接接触，所述应力传递组件上设有供所述第二吸收体发生径向膨胀的让位空间。通过应力传递组件包设于第二吸收体的四周上，应力传递组件与第一吸收体抵触接触；当第二压紧弹簧压紧第一吸收体时，应力传递组件承受第一吸收体的重力和压缩应力并将该力进行传递，使得第二吸收体不承受第一吸收体的重力和压缩应力的作用，从而减小第二吸收体的压缩蠕变。

Description

一种控制棒吸收体组件、控制棒及控制棒组件
技术领域
本发明涉及控制棒吸收体技术领域，更具体地说，涉及一种控制棒吸收体组件、控制棒及控制棒组件。
背景技术
现有压水堆控制棒由吸收体、包壳管、第一端塞、第二端塞、第二压紧弹簧等结构组成，控制棒在使用时，具有高中子流密度的区域，尤其是控制棒的下部区域，由于吸收体吸收中子会造成吸收体体积增大。同时，由于控制棒内第二压紧弹簧对吸收体的压力，会造成吸收体的压缩蠕变。在上述两种作用下，吸收体和包壳管之间的间隙会逐渐缩小，可能会造成包壳管膨胀，严重的情况会影响控制棒顺利下插或造成包壳管损坏。
为解决上述问题，申请号为200680026862.5的发明专利申请公开了一种用于压水堆反应堆的控制棒，该控制棒具有一个吸收棒，该吸收棒设置在一个套管中，并且吸收棒至少在一个下部的区段中最多在其圆周面一部分上配有至少一个凹部，使得在包围吸收棒的套管内有一自由空间。可见，该现有技术中，是通过在吸收棒下端开有凹部，使得有更多的自由空间来容纳吸收体膨胀产生的变形。
但吸收体上没有设置凹部的区域仍然会吸收中子，因此，在吸收体的轴向上间隔分布的凹槽并不能很好地减小凹部以外的吸收体膨胀甚至容纳凹槽以外吸收体的膨胀，且该凹部的设置无法减小在第二压紧弹簧压紧力的作用下，下部吸收体承受的上部吸收体的重力和压缩应力，因此，吸收体下部仍存在由于吸收中子膨胀和压缩蠕变而产生的吸收体与包壳间隙闭合进而使包壳管发生膨胀，并影响控制棒顺利落棒的可能。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述在吸收体的部分圆周面上设有凹部并不能减小吸收体的压缩蠕变的缺陷，提供一种控制棒吸收体组件、控制棒及控制棒组件。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种控制棒吸收体组件，包括第一吸收体、与所述第一吸收体分立设置的第二吸收体以及应力传递组件；
所述第二吸收体、所述第一吸收体可轴向安装于控制棒的包壳管内，所述应力传递组件包设于所述第二吸收体的四周上，与所述第一吸收体抵接接触，所述应力传递组件上设有供所述第二吸收体发生径向膨胀的让位空间。
优选的，所述应力传递组件包括分别与所述第二吸收体的两端对应的第一应力件、第二应力件以及连接部，所述连接部的第二端与所述第二应力件连接，形成容置所述第二吸收体的容置腔，所述第一应力件与所述连接部的第一端连接，封闭所述容置腔的开口。
优选的，所述容置腔的轴向长度与所述第二吸收体的轴向长度相等，所述第二吸收体的两端分别与所述第一应力件、所述第二应力件相抵接。
优选的，所述容置腔的轴向长度大于所述第二吸收体的轴向长度，所述容置腔内设有第一压紧弹簧，所述第一压紧弹簧设于所述第一应力件与所述第二吸收体之间，用于压紧所述第二吸收体，并形成供所述第二吸收体发生轴向膨胀的膨胀空间。
优选的，所述连接部呈中空的筒状结构设置，所述连接部的内径大于所述第二吸收体的径向尺寸，两者之间形成所述让位空间。
优选的，所述连接部包括多根连接杆，所述多根连接杆间隔设置，形成所述让位空间。
优选的，所述多根连接杆与所述第二吸收体间隔设置。
优选的，所述多根连接杆相互平行，所述多根连接杆与所述第一应力件、所述第二应力件垂直或成其它角度设置。
优选的，所述多根连接杆呈网格状设置。
优选的，所述多根连接杆以相同的间距布置。
优选的，所述第一应力件、所述第二应力件、所述连接部的至少一者上设有容纳气体和/或容纳所述第二吸收体的膨胀部分的容纳部。
优选的，所述第一应力件、所述第二应力件的至少一者上设有容纳气体和/或容纳所述第二吸收体的膨胀部分的容纳部。
优选的，所述容纳部包括一个或多个开口，所述第一应力件、所述第二应力件上的所述开口的尺寸小于所述第二吸收体的径向尺寸。
优选的，所述多个开口均匀间隔布置。
优选的，所述第一应力件、所述第二应力件、所述连接部由不锈钢材质制成，所述连接部分别与所述第一应力件、所述第二应力件焊接连接。
优选的，所述第一吸收体、所述第二吸收体分别为一连续设置的吸收棒，或由若干分棒轴向设置组成的吸收棒，或由若干芯块轴向堆叠组成的吸收柱。
本发明还提供一种控制棒，包括包壳管、第一端塞、第二端塞、第二压紧弹簧以及上述的控制棒吸收体组件；
所述控制棒吸收体组件设于所述包壳管内，并所述第一吸收体在径向方向上与所述包壳管之间设有一膨胀间隙，所述第一端塞、所述第二端塞分别密闭设于所述包壳管的两端，所述第二压紧弹簧设于所述第一端塞与所述第一吸收体之间，以使所述第一吸收体与所述应力传递组件抵接接触，并所述应力传递组件与所述第二端塞相接触。
优选的，所述应力传递组件与所述第二端塞贴合设置。
本发明还提供一种控制棒组件，包括多个控制棒，所述多个控制棒中的至少一个控制棒采用上述的控制棒。
实施本发明的控制棒吸收体组件、控制棒及控制棒组件，具有以下有益效果：
通过应力传递组件包设于第二吸收体的四周上，应力传递组件与第一吸收体抵触接触；当第二压紧弹簧压紧第一吸收体时，应力传递组件承受第一吸收体的重力和压缩应力并将该力进行传递，使得第二吸收体不承受第一吸收体的重力和压缩应力的作用，从而减小第二吸收体的压缩蠕变。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明第一实施例的控制棒吸收体组件的结构示意图；
图2是本发明第二实施例的控制棒吸收体组件的结构示意图；
图3是本发明第一实施例的控制棒的结构示意图；
图4是本发明第二实施例的控制棒的结构示意图；
图5是图1中A区域的局部放大图；
图6是图3中B区域的局部放大图。
附图中，1.控制棒吸收体组件，11.第一吸收体，12.第二吸收体，131.第一应力件，132.第二应力件，133.连接部，1331.连接杆，14.开口，2.让位空间，3.控制棒，31.包壳管，32.第一端塞，33.第二端塞，34.第二压紧弹簧，35.膨胀间隙。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的控制棒吸收体组件1，可安装于控制棒3的包壳管31中，用于吸收核反应堆中的中子，通过控制参与裂变反应的中子的数量，从而控制核反应堆的反应速度。由现有技术可知，由于吸收体下段部分所受到的上部吸收体的重力和/或压缩应力大于吸收体上段部分，因此在吸收体吸收中子时，吸收体下段部分的膨胀更为明显。本发明中，通过减少吸收体下段部分受到的上部吸收体重力和压缩应力，来减少吸收体下段部分的压缩蠕变，从而减少吸收体下段部分的膨胀。
在本发明中，控制棒吸收体组件1包括第一吸收体11、与第一吸收体11分立设置的第二吸收体12、以及可包设于第二吸收体12的应力传递组件。在具体实施时，第一吸收体11、第二吸收体12可轴向安装于包壳管31内，并分别位于包壳管31的上部位置、下部位置，应力传递组件包设于第二吸收体12的四周上，与第一吸收体11抵接接触，从而通过应力传递组件承受第一吸收体11的重力和压缩应力，使得第二吸收体12不承受第一吸收体11的重力和压缩应力的作用，进而达到减少第二吸收体12的压缩蠕变和膨胀的目的。
其中，第一吸收体11、第二吸收体12可分别为一连续设置的吸收棒，或由若干分棒轴向设置组成的吸收棒，或由若干芯块轴向堆叠组成的吸收柱。
图1是本发明的第一实施例的控制棒吸收体组件1的结构示意图，如图1所示，应力传递组件包括第一应力件131、第二应力件132以及连接部133，该第一应力件131、第二应力件132分别与第二吸收体12的两端对应，连接部133用于围设在第二吸收体12的外周上，并连接部133两端分别与第一应力件131、第二应力件132连接，形成应力传递组件整体。
在具体实施时，连接部133的第二端与第二应力件132连接，形成容置腔，通过将第二吸收体12安装于该容置腔内，再通过第一应力件131与连接部133的第一端连接，封闭该容置腔的开口，从而实现从第二吸收体12的四周上包围整个第二吸收体12。
其中，第一应力件131、第二应力件132呈板状或半包围结构设置，为便于应力传递组件的安装，第一应力件131、第二应力件132优选呈板状结构设置，并呈与第二吸收体12的横截面相适配的形状设置，即呈圆板状设置；连接部133呈中空的筒状结构设置。可选地，第一应力件131、第二应力件132、连接部133可采用不锈钢材质制成，之间通过焊接的方式实现连接；可以理解地，三者也可采用其它强度高且有助于传热的材料制成。
为防止第二吸收体12在包壳管31中发生窜动，连接部133的轴向长度与第二吸收体12的轴向长度相等，当应力传递组件包设在第二吸收体12的四周上时，第二吸收体12的两端分别与第一应力件131、第二应力件132相抵接。可以理解地，第一吸收体11可与应力传递组件的第一应力件131或第一应力件131抵接接触，为便于描述，以第一吸收体11与第一应力件131抵接接触进行说明。
或者，连接部133的轴向长度大于第二吸收体12的轴向长度，应力传递组件内设有第一压紧弹簧，具体地，当第二吸收体12安装于应力传递组件内时，第一压紧弹簧设于第一应力件131与第二吸收体12之间，用于压紧第二吸收体12，从而防止第二吸收体12发生窜动。同时，第一压紧弹簧设于第一应力件131与第二吸收体12之间，形成膨胀空间，供容纳第二吸收体12吸收中子后发生的轴向膨胀。可以理解地，第一压紧弹簧也可设于第二应力件132与第二吸收体12之间。
可以理解地，在本实施例中，第一压紧弹簧设于应力传递组件内，第二吸收体12受到的力只包括来自第一压紧弹簧的压紧力；而现有技术中吸收体下段部分所受到的力包括吸收体上段部分的重力和压缩应力，因此本发明中的第二吸收体12受到的力小于现有技术中吸收体下段部分所受到的力，从而达到减少所受到的力的目的。
为容纳第二吸收体12吸收中子后发生径向膨胀的膨胀部分，以防止包壳管31损坏，应力传递组件上设有让位空间2。具体地，如图1、图5所示，连接部133呈中空的筒状结构设置，连接部133的内径大于第二吸收体12的径向尺寸，使得两者之间形成该让位空间2，当第二吸收体12发生径向膨胀时，膨胀部分可容纳至该让位空间2中。
可以理解地，第二吸收体12在吸收中子时，会产生气体，本实施例中，第一应力件131、第二应力件132、连接部133的至少一者上设有容纳部，用于容纳气体，以增大气体的容纳面积。其中，该容纳部包括一个或多个开口14，该开口14贯通开设在相应的部件上。优选地，当容纳部包括多个开口14时，该多个开口14均匀间隔布置。可以理解地，第一应力件131、第二应力件132上的开口14的尺寸小于第二吸收体12的径向尺寸。
其中，开口14可呈孔状、条状等任意形状设置，开口14可呈大尺寸或小尺寸设置。可以理解地，当开口14呈大尺寸设置时，该开口14可容纳第二吸收体12的膨胀部分，或可同时容纳气体以及第二吸收体12的膨胀部分；当开口14呈小尺寸设置时，该开口14可容纳气体。可以理解地，开口14的大尺寸与小尺寸是相对而言的，大尺寸、小尺寸的取值或取值范围为本领域技术人员的公知常识，在此不详述。
进一步地，当容纳部包括多个开口14时，该多个开口14可同时包括大尺寸开口与小尺寸开口，该大尺寸开口、小尺寸开口可相间布置。
可选地，在一具体实施例中，如图1所示，连接部133的轴向长度与第二吸收体12的轴向长度相等，容纳部同时设置在第一应力件131、第二应力件132、连接部133上；其中，第一应力件131、第二应力件132上的容纳部包括一个开口14，该开口14呈大尺寸设置，并位于第一应力件131、第二应力件132的中央位置，实现供第二吸收体12发生轴向膨胀的同时容纳气体；连接部133上的容纳部包括多个开口14，该多个开口14呈小尺寸设置，并均匀间隔布置，实现通过让位空间2供第二吸收体12发生径向膨胀，并通过多个开口14容纳气体。可以理解地，连接部133上的开口14呈小尺寸设置，保证了应力传递组件的强度。
图2是本发明的第二实施例的控制棒吸收体组件1的结构示意图，如图2所示，该实施例与上述第一实施例的区别在于，连接部133包括多根连接杆1331，该多根连接杆1331间隔设置，形成让位空间2，第二吸收体12发生径向膨胀的膨胀部分可容纳至该让位空间2中。
进一步地，连接杆1331与第二吸收体12间隔设置。具体地，第一应力件131、第二应力件132的尺寸大于第二吸收体12的径向尺寸，当第二吸收体12安装至应力传递组件内时，连接杆1331与第二吸收体12之间间隔一距离，起到增大让位空间2的作用。
其中，该多根连接杆1331相互平行设置，并该多根连接杆1331与第一应力件131、第二应力件132垂直或成其它角度设置，优选地，该多根连接杆1331与第一应力件131、第二应力件132垂直设置，利于容纳第二吸收体12的膨胀部分；或者，该多根连接杆1331呈网格状设置，利于增强应力传递组件的整体强度。
优选地，该多根连接杆1331以相同的间距布置，以容纳周向上各处的膨胀部分。
可选地，在一具体实施例中，如图2所示，连接部133包括四根连接杆1331，连接杆1331的长度与第二吸收体12的轴向长度相等，该四根连接杆1331均匀间隔布置，保证应力传递组件的强度的同时节省材料；容纳部同时设置在第一应力件131、第二应力件132上，容纳部包括一个开口14，该开口14呈大尺寸设置，并位于第一应力件131、第二应力件132的中央位置，实现供第二吸收体12发生轴向膨胀的同时容纳气体。
本发明第一实施例、第二实施例的控制棒吸收体组件1中，通过应力传递组件包设在第二吸收体12的四周上，由应力传递组件承受第一吸收体11的重力和压缩应力，使得第二吸收体12不承受该力的作用，从而减小第二吸收体12的压缩蠕变，进而达到减小第二吸收体的膨胀的目的；且应力传递组件上设有让位空间2、容纳部，可容纳第二吸收体12的膨胀部分，避免损坏包壳管31。
本发明还提供一种控制棒3，本发明第一实施例的控制棒3中，该控制棒3包括包壳管31、第一端塞32、第二端塞33、第二压紧弹簧34以及控制棒吸收体组件1，其中，该控制棒吸收体组件1采用上述第一实施例的控制棒吸收体组件1。
具体地，如图3、图6所示，控制棒吸收体组件1设于包壳管31内，并第一吸收体11在径向方向上与包壳管31之间设有一膨胀间隙35，供第一吸收体11发生径向膨胀，第一端塞32、第二端塞33分别密闭设于所述包壳管31的两端，其中，第一端塞32、第二端塞33分别与控制棒吸收体组件1的第一吸收体11、应力传递组件端对应，第二压紧弹簧34设于第一端塞32与第一吸收体11之间，使得第一吸收体11与应力传递组件抵接接触，并应力传递组件与第二端塞33相接触。
其中，第一应力件131、第二应力件132的外径与包壳管31的内径相等，可以理解地，当控制棒吸收体组件1安装于包壳管31内时，应力传递组件与包壳管31相抵接，第二吸收体12位于包壳管31的下部位置。为描述方便，以第一吸收体11与应力传递组件的第一应力件131抵接接触，应力传递组件的第二应力件132与第二端塞33相接触进行说明。优选地，应力传递组件通过第二应力件132与第二端塞33贴合设置。
可以理解地，当应力传递组件的第一应力件131承受第一吸收体11的重力和压缩应力时，通过连接部133将该力传递到第二应力件132，进而传递到第二端塞33。通过应力传递组件将第一吸收体11的重力和压缩应力传递出去，使得第二吸收体12不承受该力的作用，进而达到减小第二吸收体12的压缩蠕变的目的。
本发明第二实施例的控制棒3中，如图4所示，与上述第一实施例的控制棒3的区别在于，控制棒吸收体组件1采用上述第二实施例的控制棒吸收体组件1。
本发明第一实施例、第二实施例的控制棒3中，通过应力传递组件将压缩应力传递至第二端塞33，使得第二吸收体12不承受第一吸收体11的重力和压缩应力的作用，从而减小第二吸收体12的压缩蠕变，进而减小第二吸收体12的膨胀，最终达到避免损坏包壳管31的目的。
本发明还提供一种控制棒组件，该控制棒组件多个控制棒，该多个控制棒中的至少一个控制棒采用上述第一实施例或第二实施例的控制棒3。
可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (19)

1.一种控制棒吸收体组件，其特征在于，包括第一吸收体(11)、与所述第一吸收体(11)分立设置的第二吸收体(12)以及应力传递组件；
所述第二吸收体(12)、所述第一吸收体(11)可轴向安装于控制棒的包壳管(31)内，所述应力传递组件包设于所述第二吸收体(12)的四周上，与所述第一吸收体(11)抵接接触，所述应力传递组件上设有供所述第二吸收体(12)发生径向膨胀的让位空间(2)。
2.根据权利要求1所述的控制棒吸收体组件，其特征在于，所述应力传递组件包括分别与所述第二吸收体(12)的两端对应的第一应力件(131)、第二应力件(132)以及连接部(133)，所述连接部(133)的第二端与所述第二应力件(132)连接，形成容置所述第二吸收体(12)的容置腔，所述第一应力件(131)与所述连接部(133)的第一端连接，封闭所述容置腔的开口。
3.根据权利要求2所述的控制棒吸收体组件，其特征在于，所述容置腔的轴向长度与所述第二吸收体(12)的轴向长度相等，所述第二吸收体(12)的两端分别与所述第一应力件(131)、所述第二应力件(132)相抵接。
4.根据权利要求2所述的控制棒吸收体组件，其特征在于，所述容置腔的轴向长度大于所述第二吸收体(12)的轴向长度，所述容置腔内设有第一压紧弹簧，所述第一压紧弹簧设于所述第一应力件(131)与所述第二吸收体(12)之间，用于压紧所述第二吸收体(12)，并形成供所述第二吸收体(12)发生轴向膨胀的膨胀空间。
5.根据权利要求2-4任一项所述的控制棒吸收体组件，其特征在于，所述连接部(133)呈中空的筒状结构设置，所述连接部(133)的内径大于所述第二吸收体(12)的径向尺寸，两者之间形成所述让位空间(2)。
6.根据权利要求2-4任一项所述的控制棒吸收体组件，其特征在于，所述连接部(133)包括多根连接杆(1331)，所述多根连接杆(1331)间隔设置，形成所述让位空间(2)。
7.根据权利要求6所述的控制棒吸收体组件，其特征在于，所述多根连接杆(1331)与所述第二吸收体(12)间隔设置。
8.根据权利要求6所述的控制棒吸收体组件，其特征在于，所述多根连接杆(1331)相互平行，所述多根连接杆(1331)与所述第一应力件(131)、所述第二应力件(132)垂直或成其它角度设置。
9.根据权利要求6所述的控制棒吸收体组件，其特征在于，所述多根连接杆(1331)呈网格状设置。
10.根据权利要求8或9所述的控制棒吸收体组件，其特征在于，所述多根连接杆(1331)以相同的间距布置。
11.根据权利要求5所述的控制棒吸收体组件，其特征在于，所述第一应力件(131)、所述第二应力件(132)、所述连接部(133)的至少一者上设有容纳气体和/或容纳所述第二吸收体(12)的膨胀部分的容纳部。
12.根据权利要求6所述的控制棒吸收体组件，其特征在于，所述第一应力件(131)、所述第二应力件(132)的至少一者上设有容纳气体和/或容纳所述第二吸收体(12)的膨胀部分的容纳部。
13.根据权利要求11或12所述的控制棒吸收体组件，其特征在于，所述容纳部包括一个或多个开口(14)，所述第一应力件(131)、所述第二应力件(132)上的所述开口(14)的尺寸小于所述第二吸收体(12)的径向尺寸。
14.根据权利要求13所述的控制棒吸收体组件，其特征在于，所述多个开口(14)均匀间隔布置。
15.根据权利要求2所述的控制棒吸收体组件，其特征在于，所述第一应力件(131)、所述第二应力件(132)、所述连接部(133)由不锈钢材质制成，所述连接部(133)分别与所述第一应力件(131)、所述第二应力件(132)焊接连接。
16.根据权利要求1所述的控制棒吸收体组件，其特征在于，所述第一吸收体(11)、所述第二吸收体(12)分别为一连续设置的吸收棒，或由若干分棒轴向设置组成的吸收棒，或由若干芯块轴向堆叠组成的吸收柱。
17.一种控制棒，其特征在于，包括包壳管(31)、第一端塞(32)、第二端塞(33)、第二压紧弹簧(34)以及上述权利要求1-16任一项所述的控制棒吸收体组件(1)；
所述控制棒吸收体组件(1)设于所述包壳管(31)内，并所述第一吸收体(11)在径向方向上与所述包壳管(31)之间设有一膨胀间隙(35)，所述第一端塞(32)、所述第二端塞(33)分别密闭设于所述包壳管(31)的两端，所述第二压紧弹簧(34)设于所述第一端塞(32)与所述第一吸收体(11)之间，以使所述第一吸收体(11)与所述应力传递组件抵接接触，并所述应力传递组件与所述第二端塞(33)相接触。
18.根据权利要求17所述的控制棒，其特征在于，所述应力传递组件与所述第二端塞(33)贴合设置。
19.一种控制棒组件，其特征在于，包括多个控制棒，所述多个控制棒中的至少一个控制棒采用上述权利要求17或18所述的控制棒(3)。
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