CN86102042A - 将燃料元件棒装入燃料组件格架用的装置 - Google Patents

Abstract

一种便于将燃料元件棒装入燃料组件中的装置，该燃料组件有许多燃料元件棒，并至少有一个由装有弹簧的交织条带构成的格架，这些弹簧用于夹持和支撑上述燃料元件棒。该装置内的第一个部件可以插入上述格架中，以使上述弹簧移动到脱开位置；第二个部件可在取出上述第一个部件之前同时插入上述格架中，用来将上述弹簧保持在其脱开位置，以便于将燃料棒插入到燃料组件中。

Description

本装置用来将燃料元件棒装入燃料组件格架，而不会对燃料元件棒的外表面引起刮伤。

核燃料组件的结构骨架由上管咀、下管咀和一些导向管组成，这些导向管在上管咀和下管咀之间纵向延伸并将上、下管咀刚性连接起来。除了它们共同担负燃料组件的刚性骨架作用之外，每一种部件还起到其它方面的作用。下管咀控制向上流进燃料组件的冷却剂的流量分配，导向管为控制棒插入燃料组件中提供以通道，上管咀为安装控制棒的星形部件提供一个局部的支撑平台，上管咀也带有一些开孔，可使向上的冷却剂流流过去。此外，上、下管咀相应地还起到阻止燃料元件棒从燃料组件中向上或向下弹出的作用。

格架和燃料元件棒并不是燃料组件的结构部件，而是各自由导向管直接地和间接地进行支撑的。格架安装到沿着导向管的一些轴向间隔开的位置上，使得由相应格架的交织条带所限定的大量栅元按纵向直线排列。燃料元件棒依靠装在条带上伸进栅元中的弹簧和微凹、按照横向彼此间隔开的有规则的阵列形式支撑在横向格架的垂直对准的栅元中。

必须将燃料元件棒插入到格架中，而在这一过程中这些燃料元件棒可能会被刮伤，这可能造成燃料元件棒的损伤。

本发明的主要目的是提供一种装置，该装置便于将燃料元件棒插入到支撑格架中而不会使燃料元件棒刮伤或弯曲。

由此目的出发，本发明归结为一种便于将燃料元件棒装入燃料组件的装置。上述燃料组件包括有许多燃料元件棒，并至少有一个由装有许多可变形弹簧的交织条带形成的格架，上述交织条带限定了许多用来安装上述燃料元件棒的中空栅元，在上述的每一个栅元中至少布置有一个弹簧用来夹持和支撑燃料元件棒。该装置的第一个部件可以插入到上述格架的栅元中，使得上述弹簧从其能对上述格架栅元中布置的上述燃料元件棒起夹持作用的第一个对应位置移动到它与上述格架栅元中布置的燃料元件棒相脱开的第二个位置;该装置的第二个部件可同时插入到上述格架的栅元中，以使上述弹簧保持在其第二个位置。因此，在取出上述第一个部件并在上述燃料元件棒装入上述格架栅元中以后，便可将上述第二个部件移走，以使弹簧松开并使之能夹持燃料元件棒。

通过对附图中作为例子表示的最佳实施例的下述说明，将会更好地理解本发明。

在进行下述详细说明时，将要参考一些附图，其中有：

图1是核反应堆燃料组件局部取剖面的正视图;

图2是沿着图1中2-2线切取的上管咀的放大剖面图;

图3是沿着图1中3-3线所看到的燃料组件的燃料元件棒和最上部格架的放大顶视图;

图4是图3中格架的一个包含有右下侧管柱的栅元放大后的不完全的顶视图;

图5是沿着图4中的5-5线所取的表示管柱和一个格架栅元的局部剖面图;

图6是沿着图4的6-6线所取的表示管柱和一个格架栅元的局部剖面图;

图7是沿着图1中7-7线看到的燃料组件的上管咀和棒束组件板的放大顶视图;

图7a是沿着图7中7a-7a线切取的棒束组件板和上管咀的经放大的局部剖面图;

图7b是沿着图7中7b-7b线切取的棒束组件板和上管咀的经放大的另一个局部剖面图;

图8是沿着图7中8-8线切取的棒束组件的剖面图;

图9是另一个棒束组件的剖面图，该组件有一块棒束组件板，上面装有许多燃料元件棒和一根仪表测量管道;

图10是沿着图1中10-10线看到的燃料组件最下部格架的经放大的局部顶视图;

图11是沿着图10中11-11线切取的格架的局部剖面图;

图12是沿着图10中12-12线切取的格架的另一个局部剖面图;

图13是与图10中格架相似的一个格架的局部顶视图;

图14是沿着图13中14-14线切取的格架的局部剖面图;

图15是沿着图13中15-15线切取的格架的另一个局部剖面图;

图16是反应堆四分之一堆芯的图形表示;

图17是导向定位器的局部正视图，该定位器中装有一些用来使格架栅元中的弹簧移动到其脱开位置上的导向杆。

应用于压水反应堆（RWR）的燃料组件20包括有采用上管咀22形式的上端部结构、采用下管咀24形式的下端部结构，以及采用管柱26形式的许多细长部件，这些细长部件在上管咀22和下管咀24之间纵向延伸，并将上、下管咀刚性连接起来。

除图1外再参考图2和图7，可以看到，四个管柱26在其带有内螺纹上端部和下端部处通过呈螺栓28形式和螺纹紧固件可拆式地连接到上管咀22和下管咀24的对应拐角区。用这样一种相互连接的结构，上管咀22、下管咀24和细长的管柱26一起组成了改进型燃料组件20的刚性结构骨架，由此，燃料组件可作为一个整体部件装到压水反应堆PWR（图中未表示）的堆芯30（图16）中，和从中取出来，并可以固定到反应堆堆芯30的上部和下部堆芯支撑板（图中未表示）之间。换句话说，由于采用这样一种相互连接的结构，可以看出，上管咀22、下管咀24和管柱26是容易拆开的，这样不仅便于对改进型燃料组件20的这些结构部件全部进行维修，而且更重要的还可对下面将予以说明的不作结构材料用的部件进行维修。

除了上面说明的结构部件以外，改进型燃料组件20还包括有一些不作结构材料用的部件，也就是一些横向格架32、大量的燃料元件棒34、以及数种棒束组件36（图1和图8）或38（图9）之一种。这里只对图中表示的两种不同的棒束组件予以说明，但应清楚，还可能有其它的棒束组件。横向格架32以下面将要介绍的方式在沿着上管咀22和下管咀24之间一些轴向间隔开的位置处支撑在细长的管柱26上。燃料元件棒34穿过上管咀22和下管咀24之间的格架32并靠这些格架进行支撑，结果使燃料元件棒34与其它燃料元件棒及管柱26之间通常形成一种并排的彼此间隔开的排列关系。格架32的结构，以及将燃料元件棒插入格架和从格架中取出而不使燃料元件棒外表面受到刮伤所采用的装置和方法（这正是本发明的特点），将在后面予以详细介绍。

每一根燃料元件棒34内部包括有核燃料芯块（图中未表示），燃料元件棒的两端由上部和下部端塞40、42封闭起来。由裂变材料制成的燃料芯块用来产生压水反应堆的功率。在给定的堆芯循环期间通过对新燃料和烧过燃料的位置更换和重新布置会导致反应堆功率的提高（这涉及到上面相互参照的第二个发明申请中所要求的特征），这将在以后详细进行解释。液体慢化剂/冷却剂（例如水或含硼水）用水泵抽吸向上流过反应堆堆芯30的改进型燃料组件20，以便将组件内产生的热量排出去产生有用的功。

通过参看图3可以见到，在改进型燃料组件20的燃料元件34阵列内的某些特定位置处，燃料元件棒34的某些小组彼此横向间隔的距离比其余的燃料元件棒要大（实际上，在这些小组内没有中心燃料元件棒），从而形成了一些在上、下管咀22和24之间的细长通道44。每一个棒束组件36、38包括有一块棒束组件板46、48以及数据不同类型的细长棒50、52、54，这些细长棒在其上端连接到它们对应的棒束组件板上，并可插入改进型燃料组件20的格架32和通道44中。

再来参看图1、图8和图9，具体地说，细长棒50是导向管，细长棒52是燃料元件棒，而细长棒54是仪表测量管道。棒束组件38的每一根燃料元件棒52在尺寸上（长度和直径两方面）比格架32支撑的燃料元件棒34要大一些。棒束组件板46、48上有许多分别对应的开孔56、58，这些开孔按照与通道44的型式相符的图形来确定。在相应的棒束组件板46、48中开孔56、58里位于中心的孔安装仪表测量管道54的上端部，用一个做在上面的法兰60连接（例如用焊接方法）到相应的棒束组件板上。棒束组件板46上的其余开孔56用来安装导向管50的上端部，每一个开孔的内部有一个在板46中成形的环形凹槽62，将每一个导向管的上端胀接到凹槽内，以便在导向管与棒束组件板之间形成刚性连接。棒束组件板48中的其余开孔58用来将成形的紧固件64安装到大尺寸燃料棒52的上端部，以便在燃料元件棒和棒束组件板之间形成刚性连接。

如上所述，每一种棒束组件36、38适合于插入到改进的燃料组件20中。更详细地说，上管咀适合于可拆式地支撑相应的棒束组件36、38的棒束组件板46、48，使得相应的细长棒50、52、54从上管咀22通过细长通道44伸向下管咀24。下管咀24适合于可拆式地支撑相应的棒束组件36、38的细长棒的下端。

为了支撑任一种棒束组件36、38并使之保持在上管咀上面，上管咀包括有一块下部的横向连接板66和一个围绕并连接到连接板边缘的直立侧壁70。连接板66上有许多孔68，这些孔按照同细长通道44及棒束组件的细长棒的型式相等的图形来确定。当棒束组件36、38的棒束组件板46、48支撑到处在安装位置（如图1和图7中所见到的）和在图7a与图7b中实线形式表示的连接板66上时，棒束组件相应的细长棒50、52、54向下通过连接板66中的孔68、再通过通道44伸向下管咀24。又如图1中所示，在下管咀24的横向板74中形成许多按照对应图形布置的孔72，它们用来可拆式地安装和支撑棒束组件36、38的相应的细长棒50、52、54。

将一对片状弹簧76形式的压紧装置安装到靠近两个对角拐角处上管咀22直立侧壁70的向内的上部法兰78上，用来将相应棒束组件36、38的对应的棒束组件板46、48卡住在连接板66上的安装位置。例如，如图1、图7和图7a所示，片状弹簧76通常有一个锁紧位置，处于这一位置时弹簧向下伸展并同棒束组件板46的上表面相啮合。通过使用一个适当的工具（图中未表示），可使片状弹簧横向偏移到一个未锁紧位置，如图7a中用虚轮廓线形式表示的那样，图中的弹簧不再同棒束组件板46上表面相啮合。处于未锁紧位置时，可以操作一个带有一串卡钩80的适当工具（图中未表示），使这些卡钩同数个（例如四个）下部切开的凹槽82（位于棒束组件板46相对的对角拐角附近）相啮合，这样，当提起这一工具时就能使棒束组件板46从其在连接板66上的安装位置向上提升，如图76中以虚轮廓线形式表示。

在图2中清楚地看到管柱26上端的位置，这里管柱是用同连接板66连接的螺栓28来代表的，而在图7中清楚地表明了当棒束组件板46处于连接板上的安装位置时用螺栓28代表的管柱26的位置，刚好在超出棒束组件板46周界的连接板66的拐角区中。在图2和图7中，我们可以看到在连接板66和棒束组件板46中对应的冷却剂流动孔（未由棒50、52所占用的剩下的多种形状的孔），且可看到，当棒束组件板46装在连接板上时它们的流动孔之间大体上是对准的。

现在转到图3至图6，我们可以看到，每一个格架32（在这些图中表示了一个代表性的格架）是由许多个相互交织的条带84组成的，这些条带排列成蛋篮形匀称格栅，从而形成了许多中空栅元86。虽然在图示的具体装置中沿着格架的每一侧有17排，总共有289个栅元，但在改进型的燃料组件中也可以采用其它的阵列尺寸，因而图3中管柱26和细长棒50、52在格架32的栅元86中的位置也可以有变化。每一个栅元86中布置有一根燃料元件棒34，每个栅元包含有一对分别位于该栅元相邻的两个侧壁90上的可变形弹簧88，并包括有一对分别位于另两个侧壁94上的微凹92。但是，装有管柱26或装有细长棒50、52、54的栅元86不包含有任何的弹簧88或微凹92。后一类栅元86的数目有29个，它同燃料组件20的细长通道44排成一条直线，并且装有直径比燃料元件棒34更大的管状部件。

虽然各种类型的棒（导向管50、大尺寸的燃料元件棒52以及仪表测量管道54）不要求在格架栅元86中有任何部件去支撑它们，但是格架依靠管柱26来进行支撑，为了起到这一作用，必须提供某些部件。如图4至图6所示，每一个管柱26都有一些由四对向外凸出并可调整的调整片96形式组成的相互配合部件，使这些调整片伸入到该管柱所在栅元86的侧壁90、94中由微凹92或孔98形式组成的辅助配合部件内。这些微凹92并不伸入到该管柱所在的相应栅元86中，但却伸入到相邻的栅元中，这从图4中可以清楚地看到。

为了管柱26上配置格架32，首先将管柱转到一个如图4中虚轮廓线所示的径向位置，在这个位置上，它们的调整片96同栅元86的拐角相对准，并当格架沿着管柱纵轴移动时不会同任何的结构件发生冲突。然后，将管柱26径向旋转45度而使调整片96在一个园周平面内同微凹92和孔98对准时，就可使格架32保持在管柱26上的一个固定位置上。如图4、图5和图6的实线图形所示，在这一位置时的调整片96同格架侧壁的微凹92和孔98在一个轴向平面内对准并相互配合。

如前所述，由于管柱26的上端和下端可拆式地固定到上管咀22和下管咀24上，由于采用管柱26可拆式地支撑格架32的方式，由于棒束组件36或38可拆式地支撑在上管咀22的连接板66上，现在应当很容易看出，为了进行修理或任何其它目的，改进型燃料组件20是可以非常方便地拆开的。

如上所述，改进型燃料组件的结构便于在不同的燃料组件中使用不同的棒束组件。在图示的具体装置中，表示了两种不同的棒束组件。一种棒束组件36包含有导向管50，因而使用于布置在反应堆堆芯30内控制棒位置上的那些燃料组件中。然而，在那些燃料组件不布置在控制棒位置上的情况下，不是把每个燃料组件中的孔道44空着，而是可以使用含有大尺寸燃料元件棒52的另一种棒束组件38。

根据上面相互参照的第二个申请的发明所具有的其它改进特点，不仅是含有大尺寸燃料元件棒52的棒束组件38可以使用于堆芯30的非控制棒位置，而且在一个给定的棒束组件38中所用的燃料浓度可与其它组件不同。特别是，如图16所示，画出了包含有一个新燃料阵列的第一类燃料组件100，这些燃料就是在正常的燃料元件棒，例如在图1改进型燃料组件20中由格架32支撑的燃料元件棒34中包含的燃料。另外，在第二类燃料组件102中的每一个燃料组件包含有一个烧过燃料的阵列。而且，在正常的燃料元件棒，例如象图1的燃料组件20中的燃料元件棒34中，也包含有烧过的燃料。顺便说一句，大量的燃料组件102、104中的每一个燃料组件都具有本发明的改进结构。现在，使用很容易从燃料组件上管咀取出的燃料元件棒棒束组件，可便于在反应堆堆芯30换料时重新安排棒束组件。因此，可以将含有烧过燃料的棒束组件104从同样含有烧过燃料的燃料组件102转移到装有新燃料的燃料组件100中去。同样地，可将装有新燃料的棒束组件106装到含有烧过燃料的燃料组件102中去。

因此，代替通常采用的将全部带有新燃料棒的燃料组件或全部带有烧过的燃料棒的燃料组件装入反应堆堆芯的作法，现在采用新的含合理的燃料装载方案，这就是，将带有新燃料的棒束组件使用到烧过的燃料组件中，而将带有烧过燃料的棒束组件使用到新燃料组件中。这一新的燃料装载方案提高了生产能力，它是用燃料循环成本的降低、烧过的燃料组件寿命的延长以及增加更长循环的能力等来表示的。

在将大量的燃料元件棒34中的一根棒正常插入格架32的栅元86中时，栅元侧壁90、94上的弹簧88和微凹92会摩擦燃料元件棒的表面，常常会引起燃料元件棒的刮伤。不只是燃料元件棒34的外观受到不利的影响，更重要的是，可能会在刮伤处产生加速腐蚀，并且材料由于刮伤而形成的碎屑会释放到通过燃料组件20的反应堆冷却剂中。

图10、图15和图17中表示的构成本发明的其它改进部件，在将燃料元件棒34装入格架之前使改进型燃料组件20的格架32中的可变形弹簧88压低到脱开位置。由于弹簧88保持压低后的状态，就有足够的空隙使燃料元件棒34进入到栅元86中，而不会同伸到栅元中的不压低的微凹92相接触。

为了在开始将可变形弹簧88从其夹持位置（如图10至图12中所示）压低到其脱开位置（如图13至图15中所示），使用了一个通常由图17中108表示的导向定位器。导向定位器108有一块底板110和许多个支撑在底板上的导向杆112，这样，在格架32相对于底板110移动时，导向杆112将同时进入格架栅元86之中，使弹簧88从其夹持位置弯曲或压低到脱开位置。

为了使可变形弹簧88保持在其脱开位置（如图13至图15所示），应用了一对通常由图13中114所示的梳形装置。每个梳形装置114有一个把手116和许多个装在把手上的弹簧锁紧杆118，这样，当把手116在导向杆112取出之前对于格架32作相对运动时，锁紧杆118将同时进入格架栅元86，并且对于对应弹簧88呈锁紧位置，在这一位置时，弹簧88将在导向杆112取出时保持在其脱开位置。因此，在取出导向杆112后，就可以将燃料元件棒34插入到格架栅元86之中而不会同压低的弹簧88或未压低的微凹92相啮合。在燃料元件棒34插进以后，移动梳形装置114使锁紧杆118取出来，从而使弹簧88返回到其正常的不偏移位置即夹持位置。这时，弹簧88会同燃料元件棒34相接触并把燃料元件棒34压到微凹92上，以使燃料元件棒34保持在它们之间，从而使燃料元件棒34保持在格架栅元86内的相对固定的位置上。

在导向定位器108和梳形装置114同时工作的情况下，对应的导向杆112和锁紧杆118对于格架栅元86的运动方向是直线型的，虽然它们各自的运动路径通常是彼此垂直并在轴向上是彼此偏离的。特别是，导向杆112对于每一个栅元86的轴线方向作平行运动，而锁紧杆118则对于该轴线作横向运动。

为了使锁紧杆118能这样地穿过栅元86，交织条带84上装有弹簧88的两个相邻的栅元侧壁90在靠近其拐角处有许多小孔120，它使相邻的栅元连通起来。由图2、图10和图13可见，栅元86是按行和列排列的。基于这种观点，弹簧88和栅元侧壁90中形成的孔120一样也是按对应的行和列排列的。当各行和各列中的弹簧88被导向杆112压低到其脱开位置时，相应行和列中的小孔120同弹簧88对准，从而确定在对应的行和列中插入一对梳形装置114的锁紧杆118的路径。这样，每一个栅元86中的每一对弹簧88均保持在其脱开位置。

应当说明，燃料元件棒34通常在安装管柱26或棒束组件36、38之前装入到相应的格架32中。然而，如图5和图6可见，在管柱26上设有环形凹槽122，使得锁紧杆118可以插入装有管柱26的栅元86中，假如管柱原已装到格架32中的话。

Claims (4)

1、便于将燃料元件棒(34)装入燃料组件(20)的装置，上述燃料组件(20)内有许多燃料元件棒(34)和至少有一个由装有许多可变形弹簧(88)的交织条带(84)构成的格架(32)，上述交织条带(84)限定了许多用来安装上述燃料元件棒(34)的中空栅元(86)，上述的每一个栅元(86)至少布置有一个弹簧(88)用于夹持和支撑，本装置的特征在于，第一个部件(108)可插入上述格架(32)的栅元(86)中，以便当燃料棒(34)位于格架栅元(86)中时，将上述弹簧(88)从它夹持燃料元件棒(34)的第一个位置移动到同上述燃料元件棒(34)相脱开的第二个位置；第二个部件(114)可同时插入上述格架栅元(86)中，以便将上述弹簧(88)保持在其第二个位置，这样，在提出上述第一个部件(108)，并将上述燃料元件棒(34)装入上述格架栅元(86)之后，可移出上述第二个部件(114)，以使上述弹簧(88)松开，并能夹持住上述燃料元件棒(34)。

2、根据权利要求1的装置，其特征在于，上述第一个部件（108）包含有一个底板（110）和数个支撑在上面的导向杆（112），上述导向杆具有这样的直径，使得在插入到上述格架（32）中时，上述弹簧（88）从其第一个位置偏斜到第二个位置;上述第二部件（114）包含有一个把手（116），上面装有许多弹簧锁紧杆（118），当在取出上述导向杆（112）之前将这第二个部件插进上述格架（32）时，上述的锁紧杆（118）便进入到上述的格架栅元（86）中，并对上述弹簧（88）呈锁紧位置，这时，当取出上述导向杆（112）时，上述弹簧（88）便保持在其第二个位置。

3、根据权利要求1或2的装置，其特征在于，上述的交织条带（84）内包含有许多小孔（120），这些孔使得上述条带限定的上述栅元（86）中相邻的栅元之间连通起来，当上述弹簧（88）处于其相应的第二个位置时，对应的那些孔组（120）以及对应的那些弹簧组相互对准成直线，以便形成将上述第二个部件插入上述栅元（86）的路径，使上述弹簧保持在其相应的第二个位置。

4、根据权利要求1、2或3的装置，该装置在上述的每一个栅元（86）中装有一对弹簧（88），在一个给定栅元（86）中的第一个弹簧（88）和同一行中的其它栅元（86）中的第一个弹簧（88）排成一行，而上述给定栅元（86）中的第二个弹簧（88）和同一列中的其它栅元（86）中的第二个弹簧排成一列，该装置的特征在于，当上述第一个和第二个弹簧（88）处于各自的第二个位置时，上述第一个和第二个弹簧（88）对应的行和列与第一个和第二个孔（120）对应的行和列是相互按直线对准的，从而在栅元（86）对应的行和列中形成了用来将上述第二种部件（114）对应插入栅元（86）的上述行和列的路径，以便将上述第一个和第二个弹簧（88）保持在其对应的第二个位置上。

Images