CN1914691A - 具有使冷却剂流动定向的鼻端的端部管座及燃料组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种管座，管座包括沿着燃料组件中相邻的燃料棒(3)的纵向末端(19)的长度使反应堆冷却剂流体定向的管嘴(39)。根据本发明，管嘴(39)被布置在与燃料棒(3)相同的网格的节点上，以便被定位在至少一些所述燃料棒(3)和/或支持骨架的至少一些连接构件(11)的纵向延伸部分上。

Description

具有使冷却剂流动定向的鼻端的端部管座及燃料组件
技术领域
本发明涉及一种用于核反应堆燃料组件的端部管座，燃料组件包括燃料棒和支撑燃料棒的骨架，燃料棒纵向延伸并布置在基本上规则的网格节点上，支撑骨架包括两个端部管座和连接端部管座的构件，燃料棒纵向布置在端部管座之间。
本发明特别用于构成压水反应堆(PWR)燃料组件的下管座。
背景技术
EP-537044描述了一种用于这样一种组件的下管座。该下管座包括水平壁，水平壁设置有支撑在核反应堆下堆芯板上的支腿。将下管座连接到上管座的构件由导向管构成。导向管固定在管座的水平壁上。水平壁包括其下表面下的加强肋。限定在加强肋之间的水平壁的每个区域中设有用于使冷却水通过的孔，从而水平壁构成了防碎片过滤器。
冷却水竖直向上流入反应堆芯。更准确地，冷却水经过下堆芯板被导入堆芯，然后经由上述孔经过下管座，然后与燃料棒的外表面接触。
水以非常高的上升速度流入堆芯。
已经发现，在堆芯的运行过程中，燃料棒尤其是其下端会受到容易使其损坏的振动。
更详细地，特别是在支撑骨架下部格栅和燃料棒外包壳之间容易发生包括摩擦或“磨损”的现象。
这些摩擦现象可能导致外包壳的损坏，可能造成裂变气体或裂变产物在一回路水中的释放。
发明内容
本发明的一个目的是通过限制核反应堆组件的燃料棒的振动来克服这个问题。
为此，本发明涉及一种用于核反应堆燃料组件的端部管座，该组件包括燃料棒和支撑燃料棒的骨架，燃料棒纵向延伸并布置在基本规则的网格的节点上，支撑骨架包括两个端部管座和连接端部管座的构件，燃料棒纵向布置在端部管座之间，其特征在于管座包括用于使反应堆的冷却剂流体的流动沿着相邻的燃料棒的纵向末端定向的鼻端，鼻端布置在基本上规则的网格的节点上，以便被定位在至少一些燃料棒和/或支撑骨架的至少一些连接构件的纵向延伸部分上。
根据特定的实施例，管座可能包括一个或多个单独加以考虑或根据任何技术上可能组合的下列特征：
—鼻端收敛于一个方向，收敛方向朝向燃料组件的外侧定向，
—至少一些鼻端属于将端部管座固定到支撑骨架的连接构件或燃料棒的固定构件，
—固定构件是螺栓，
—管座包括用于侧向支持相邻的燃料棒的纵向末端的支持装置，所述支持装置布置在基本规则的网格的节点上，
—支持装置包括容纳相邻的燃料棒的纵向末端的外壳，
—支持装置构成相对于端部管座纵向紧固相邻的燃料棒的纵向末端的紧固装置，
—管座包括将相邻的燃料棒的纵向末端夹在其间的两个部件，
—管座包括防碎片过滤器，
—所述部件之一构成防碎片过滤器，
—管座构成下管座，以及
—管座包括支撑在核反应堆下堆芯板上的支腿。
本发明还涉及核反应堆的燃料组件，该组件包括燃料棒和支撑燃料棒的骨架，燃料棒纵向延伸并布置在基本规则的网格的节点上，支撑骨架包括两个端部管座和连接所述端部管座的构件，燃料棒纵向布置在端部管座之间，其特征在于至少一个管座是上面定义的管座。
根据特定的实施例，组件可能包括一个或多个单独加以考虑或根据任何技术上可能的组合的下列特征：
—管座包括侧向支持相邻的燃料棒的纵向末端的支持装置，支持装置布置在基本上规则的网格的节点上，
—支持装置包括容纳相邻的燃料棒的纵向末端的外壳，
—支持装置构成相对于端部管座纵向紧固相邻的燃料棒的纵向末端的紧固装置，
—管座包括将相邻的燃料棒的纵向末端夹在其间的两个部件，
—纵向紧固装置包括设在管座上的凸块和设在相邻的燃料棒的纵向末端上并装配到那些凸块上的环，
—环包括邻靠在所述部件之一上的突起部分，
—相邻的燃料棒的纵向末端包括夹持在两个部件之间的扩大底板，
—相邻的燃料棒的纵向末端被鼓包支承(expansion-rolled)在管座上，
—纵向紧固装置包括邻靠着管座并接合到相邻的燃料棒的纵向末端的螺栓，并且
—纵向紧固装置是通过卡扣接头(snap-fitting)装置紧固的装置。
附图说明
通过阅读下列由实例并参照附图给出的说明将能够更好地理解本发明，其中：
—图1是根据现有技术的燃料组件的示意性侧视图，
—图2是表示图1的组件中燃料棒的分布的示意性顶视图，
—图3是根据本发明第一实施例第一变型的燃料组件下管座的示意性底视图，
—图4是图3的管座的示意性透视图，
—图5是表示图3的下管座与燃料棒和导向管之间的连接的示意性局部透视分解图，
—图6是说明下管座、导向管和燃料棒之间的连接，沿图5的VI-VI平面剖视的局部示意图，
—图7是说明支腿与图3的下管座其余部分之间的连接的局部示意性顶视图，
—图8是说明本发明第一实施例第二变型的示意性局部透视图，
—图9是表示根据本发明第二实施例的下管座的第一变型的示意性局部断面侧视图，以及
—图10至13是类似于图9，说明本发明第二实施例的其他变型的视图。
具体实施方式
为了说明本发明的背景，图1示意性地说明了压水反应堆的核燃料组件1。因此，在该情况下，水实现了冷却剂和慢化即使核燃料产生的中子速度减慢的作用。
组件1竖直并以直线的形式沿纵向A延伸。
通常，组件1主要包括核燃料棒3和用于支撑棒3的结构或骨架5。
支撑骨架5通常包括：
—布置在组件1纵向末端的下管座7和上管座9，
—用来容纳组件(未示出)的控制棒以控制和停止核反应堆的导向管11，以及
—用于支持棒3的格架13。
管座7和9固定在导向管11的纵向末端。
棒3在管座7和9之间竖直延伸。棒3布置在具有正方形底部的基本上规则的网格的节点上，此处棒由格架13支持。网格的某些节点被导向管11以及可选地由在图2的中心处可以见到的仪表管14占据。在图2中，棒3用虚线表示，导向管11用实线表示，而仪表管14用实心黑圈表示。
格架13通常包括数套交叉板15，它们—起限定以规则网格的节点为中心的栅元。大部分栅元用来容纳燃料棒3。有24个栅元容纳导向管11而中心栅元容纳仪表管14。
在图1和2的例子中，支持格架13的每一边包括17个栅元，而规则网格每一边包括同样数量的节点。
在其他的变型中，每边的栅元和节点数量可能不同，例如按14×14或15×15排列。
每个棒3通常包括由下端塞19和上端塞21封闭并包含核燃料的外包壳17。这些核燃料例如是堆叠式燃料片，燃料片支撑在下端塞19上。
一个螺旋形支持弹簧(未示出)可以布置在外包壳17中，位于顶部燃料片和上端塞21之间。
图3至7说明了本发明的可以装配到参照图1和2所述的组件1的下管座7。优选地，支持格架13是如US-6542567和EP-925589中所述的格架。在某些变型中，管座7还可以装配到与上述描述不同和/或包括不同支持格架的组件上。
管座7包括水平壁23和支腿25，支腿25从壁23向下延伸以便支撑在核反应堆下堆芯板上。
壁23—般是平面的平行六面体形状，而支腿25分别布置在壁23的角上。壁23包括下构件29和覆盖构件29的顶板31。
下构件29包括多个与燃料棒3、导向管11和仪表管14布置在相同网格节点上的单元33。
这样，如图3中可见，构件29包括17×17个圆柱形的单元33。
因此，如果组件1包括燃料棒3、导向管11或仪表管14，则每个单元33被纵向定位于其下方。
单元33通过在下构件29周围形成格栅状方格的加强肋37相互连接。
布置在燃料棒3下的单元33，也就是说，大部分单元33的直径与棒3的外径基本上相应，并通过鼻端39向下延伸。那些鼻端39基本上是向下收敛的拱形(ogive-like form)。那些鼻端39与相应的单元33形成一体。
如在图3和6中看到的，布置在导向管11和仪表管14下方的单元33不包括一体的鼻端39，而是被竖直孔41贯通。对于布置在导向管11下的每个单元33，孔41是用于容纳将管座7固定到相关导向管11上的螺栓43栓杆的孔。应理解的是，螺栓43栓头45基本上是拱形的并同样构成布置在相应单元33下的鼻端39。应注意的是，螺栓43没有在图3中示出。
布置在仪表管14下的中心单元33的孔41是空的(left free)，以允许仪表管14探头的导入。
这样，管座7的下构件29具有与燃料棒3和导向管11的网格类似的鼻端39的网格。
该网格仅在仪表管14的区域被断开。在某些变型中，该网格也可能在管14的区域以一种更有效的(more significant)方式被局部地断开。
然而，在那些变型中，大部分棒3仍被布置在鼻端39的上方。
布置在燃料棒3下方的单元33还具有在下构件29的顶面开口的盲孔47。那些盲孔47具有向上发散的上部49。
如图5和6中所说明的，顶板31包括环51，环51如同单元33一样布置在基本规则的网格节点上。布置在燃料棒3下方的环51的内部通道52具有向上发散的上部53以及与盲孔47的上部扩散段49呈连续布置且基本上为圆柱形的下部55。那些环51的外径基本上与棒3的外径相等。
布置在导向管11和仪表管14下方的环51的内部通道52例如是圆柱形的。那些环51的外径基本上与导向管11和仪表管14的外径相等。
环51通过加强肋57而被相互连接，加强筋57例如被布置成与下构件29的肋37的形状类似的格栅状。
如在图5和6中可见的那样，当顶板31覆盖管座7的下构件29时，肋57布置在构件29的肋37的上方，环51布置在单元33的上方。因此，在构件29和板31之间具有纵向连续性。
比肋57更细的板59在环51和肋57之间延伸，以在板31中限定用于冷却剂水通过和过滤的孔61。在被说明的例子中，板59被布置成格栅状。
这样，顶板31形成一个防碎片过滤器。
如在图5和6中被更详细说明的，固定导向管11的螺栓43的栓杆62延伸通过相应的孔41，并接合在与导向管11固定连接的下端塞63中。下端塞63然后支撑在顶板31上，而螺栓43的栓头45邻靠在下构件29的下面。
顶板31和下构件29相互邻接，而管座7固定连接到支撑骨架5的其余部分。
如在图7中可见的，支腿25例如依靠固定螺栓65固定到下构件29的角上。
应理解的是在图7中，单元网格33仅被部分说明而其结构并没有被详细显示。
布置在燃料棒3下面的环51的通道52和布置在下面的单元33的盲孔47形成容纳燃料棒3下端塞19的外壳67。
在图3至7中所说明的例子中，下端塞19借助于互补形状的区域支撑在那些通道67的上扩散段53上。棒3因而借助于其下端相对于下管座7被完全侧向支持。棒3上端例如同现有技术中一样是自由的而不被上管座9支持。
位于棒3和导向管11延长部分的鼻端39的存在，允许流动路径沿棒3下端被基本上竖直地定向并且因此减少了水流的侧向流量。
从而减小了反应堆运行过程中棒3下端的振动。
因为棒3的下端被管座7自己侧向支持，棒3振动的风险被进一步减小。这样，棒3的振动被限制到这样一个点以致其可以不需要下支持格架13。
由于燃料棒3外包壳17的磨损而引起损害的风险因此被限制了。
应理解的是，管座7相对于水流还具有良好的透过性，因此不会引起任何大的压力下降。
一般地说，对于使棒3下端区域内的水流轴向定向的鼻端39可以实现除了拱形之外的形状。
这样，这些形状具体可能是收敛于底部的形状，例如圆锥形。
此外，鼻端39的密度可以比上述的例子中少，只要大部分棒3被布置在鼻端39上方。
一般地，下管座7可以由不锈钢或锆合金构成。
其可通过任何常规方法构成。
这样，构件29和板31可通过模制方法制成或通过高压(几千巴)水研磨射流的方法制成，其中水能够携带磨料颗粒。
如图8的变型所示，下管座7的水平壁23不一定由两部分组成。
因此，在那个变型中，防碎片过滤器一体地形成在构件29中，也就是说板59在加强肋37之间延伸。
同样应理解的是，在图8的变型中支腿25与板59类似是与构件29整体形成的。
下管座7是由一个工件构成。
同样应理解的是，布置在与棒3的网格基本上对应的网格上的鼻端39可以在管座7上不论是否存在支持棒3下端的装置的情况下使用。
相反地，棒3被下管座7的支持方法可以更广泛并可包括纵向固定，如本发明第二实施例所说明的那样。
在图9中示出的该实施例的第一变型，与图1至7的实施例主要区别在于纵向布置在燃料棒3下的单元33通过由圆槽73限定边缘的凸块71向上延伸。
棒3的下端塞19通过基本上圆柱形的环75向下延伸。那些环75是裂口的以便得到能弹性变形的舌片77(deformable tongue)。
每个环75变形以便得到构成圆形扩大部分79的弧形凸起。
环75的内径比凸块71的外径稍小。
为了将燃料棒3装配在下管座7上，需要按照图9左边部分所示出的进行。
通过将燃料棒3的上端穿过环51的内部通道52而预先将顶板31装配到燃料棒3上。
随后，如图9左边部分中的箭头81所示将环75装配到凸块71上。
在装配过程中，舌片77侧向向外轻微地弹性变形。
接着，如图9右边部分所示，将顶板31降下，直到它邻靠在下构件29上。
环51的通道52的下部83然后移到邻靠在扩大部分79上。下部83例如是朝底部扩散的形状。
通过上述的螺栓43将下管座7固定到导向管11上来完成支撑骨架5的安装。
顶板31然后保持在纵向紧靠下构件29的状态，并因而通过扩大部分79使棒3下端纵向夹紧在构件29上。
所有的燃料棒3然后相对于下管座7被纵向和侧向紧固，因此使棒3相对于管座7侧向紧固，进一步减小了燃料棒3振动的风险以及因磨损而产生的损坏。
图10说明了该实施例的第二种变型。
在这个变型中，环75的外径被进一步减小，并因此小于燃料棒3包壳17的外径。环75通过台肩85连接到下端塞19的侧面。环51的中心通道52，除下扩散部分83外，具有朝顶部扩散的上部87。
凸块71的外径相比图9中的第一变型进一步减小。
为了将燃料棒3装配到下管座7上，如图10左边部分的箭头88所示首先将环75插入到格栅31的环51的通道52中。在该插入过程中，舌片77开始朝内侧侧向弹性变形，直到扩大部分79被定位于截头圆锥部分83的下方，且台肩85紧靠防碎片格栅31的顶面。棒3的下端塞19然后通过与上部格栅31卡扣接合而被装配。
然后，将上部格栅31移动邻靠在下部单元29上以便将凸块71插入环75。凸块71防止了板77的变形并因而防止了下端塞19从顶板31脱离。
通过螺栓43将下管座7固定到导向管11完成了支撑骨架5的构成。
在该第二变型中，燃料棒3的下端同样相对于管座7被纵向和侧向紧固。
在图11的第三变型中，燃料棒3的下端塞19包括扩大下部底板89，例如以直径大于外包壳17外径的圆盘形式。
在通过燃料棒3的上端将燃料棒3装配到格栅31的环51中之后，底板89接合到设在环51中的下埋头孔91中。因此，底板89以及燃料棒3的下端，通过用于固定到导向管11上的螺栓43，被纵向紧固在管座7的下构件29和顶板31之间。
在图12的变型中，燃料棒3的下端塞19还包括没有裂口的环75。那些环75被插入环51的通道52并通过鼓包支承(expansion rolling)固定到环51上。
燃料棒3的下端因此被纵向和侧向紧固到下管座7的顶板31上，下管座7自身通过螺栓43固定到下管座7的构件29上。
图13说明了另外一种变型，其中燃料棒3与管座7之间的紧固通过与固定到导向管11上的螺栓类似的螺栓43而实现。
这样，每个布置在棒3下的鼻端39通过螺栓43的栓头45形成，螺栓43的栓杆穿过相应的单元33延伸并被拧入相应棒3的下端塞19。
在上述的每个实施例和每个变型中，管座7可能不包括防碎片过滤器。
还应理解的是，支持装置或更优选的用于侧向和/或纵向紧固所有棒3的装置在管座7中的出现，可以使用不同于使冷却剂水流沿着棒3定向的鼻端39，因为它们独立地使燃料棒3振动的风险得以限制。
在某些变型中，某些棒可能不被管座7支持，但是大多数棒仍保持支持状态。
一般地说，上述的原理可以不仅仅用于供压水反应堆使用的组件，同样可用于供沸水反应堆(BWR)使用的组件。

Claims (23)

1.一种用于压水核反应堆的燃料组件(1)的端部管座(7)，组件(1)包括燃料棒(3)和支撑燃料棒(3)的骨架(5)，燃料棒(3)纵向(A)延伸并布置在基本上规则的网格的节点上，支撑骨架(5)包括两个端部管座(7、9)和连接所述端部管座的导向管(11)，燃料棒(3)纵向布置在端部管座(7、9)之间，
其特征在于：所述管座包括使反应堆的冷却剂流体的流动沿相邻的燃料棒(3)的纵向末端(19)定向的鼻端(39)，鼻端(39)布置在基本上规则的网格的节点上，以便定位在至少一些燃料棒(3)和/或支撑骨架(5)的至少一些导向管(11)的纵向延伸部分上。
2.如权利要求1所述的管座，其特征在于：鼻端(39)收敛于一个方向，收敛方向朝着燃料组件(1)的外侧定向。
3.如权利要求1或2所述的管座，其特征在于：至少一些鼻端(39)属于将端部管座(7)固定到支撑骨架(5)的导向管(11)或燃料棒(3)的固定构件(43)。
4.如权利要求3所述的管座，其特征在于：固定构件是螺栓(43)。
5.如前述任一权利要求所述的管座，其特征在于：它包括用于侧向支持相邻的燃料棒(3)的纵向末端(19)的支持装置(67；71、83；91；51；43)，所述支持装置布置在基本上规则的网格的节点上。
6.如权利要求5所述的管座，其特征在于：所述支持装置包括容纳相邻的燃料棒(3)的纵向末端(19)的外壳(67)。
7.如权利要求5或6所述的管座，其特征在于：所述支持装置构成相对于端部管座(7)纵向紧固相邻的燃料棒(3)的纵向末端(19)的紧固装置。
8.如权利要求7所述的管座，其特征在于：所述管座包括将相邻的燃料棒(3)的纵向末端(19)夹在其间的两个部件(29、31)。
9.如前述任一权利要求所述的管座，其特征在于：它包括防碎片过滤器(31)。
10.如权利要求8和9合起来所述的管座，其特征在于：所述部件之一构成防碎片过滤器(31)。
11.如前述任一权利要求所述的管座，其特征在于：它构成下管座。
12.如权利要求11所述的管座，其特征在于：它包括支撑在核反应堆下堆芯板上的支腿(25)。
13.一种用于压水核反应堆的燃料组件(1)，组件(1)包括燃料棒(3)和支撑燃料棒(3)的骨架(5)，燃料棒(3)纵向(A)延伸并布置在基本上规则的网格的节点上，支撑骨架(5)包括两个端部管座(7、9)和连接所述端部管座的导向管(11)，燃料棒(3)纵向布置在端部管座(7、9)之间，其特征在于：至少一个管座(7)是如前述任一权利要求所述的管座。
14.如权利要求13所述的组件，其特征在于：所述管座(7)包括用于侧向支持相邻的燃料棒(3)的纵向末端(19)的支持装置(67；71、83；51；43)，所述支持装置布置在基本上规则的网格的节点上。
15.如权利要求14所述的组件，其特征在于：所述支持装置包括容纳燃料棒(3)相邻的纵向末端(19)的外壳(67)。
16.如权利要求14或15所述的组件，其特征在于：所述支持装置构成相对于端部管座(7)纵向紧固相邻的燃料棒(3)的纵向末端(19)的紧固装置。
17.如权利要求16所述的组件，其特征在于：所述管座(7)包括将相邻的燃料棒(3)的纵向末端(19)夹在其间的两个部件(29、31)。
18.如权利要求17所述的组件，其特征在于：所述纵向紧固装置包括设在管座(7)上的凸块(71)和设在相邻的燃料棒(3)的纵向末端(19)上并装配到那些凸块(71)上的环(75)。
19.如权利要求17和18合起来所述的组件，其特征在于：环(75)包括邻靠在部件(29、31)之一上的突起部分(79)。
20.如权利要求17所述的组件，其特征在于：相邻的燃料棒(3)的纵向末端(19)包括夹持在两个部件(29、31)之间的扩大底板(89)。
21.如权利要求16所述的组件，其特征在于：相邻的燃料棒(3)的纵向末端(19)被鼓包支承在管座(7)上。
22.如权利要求16至20中任意一项所述的组件，其特征在于：所述纵向紧固装置包括邻靠管座(7)并接合到相邻的燃料棒(3)的纵向末端(19)内的螺栓(43)。
23.如权利要求16至20中任意一项所述的组件，其特征在于：所述纵向紧固装置是通过卡扣接头装置紧固的装置(图10)。
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