CN86102206A - 燃料组件用的碎屑贮留阱 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种捕获和贮留在液体冷却剂中夹带的通过燃料组件端部管嘴，配接板中流动孔流入该燃料组件的碎屑的碎屑阱。碎屑阱包括一个空心包封体(46)、一个碎屑贮留机构(76)和一个液流分配机构(84)。包封体由可以透过冷却剂而不能透过碎屑的材料构成，使用时置于配接板(34)的上游近处，其上游壁(50)上至少有一个大到足以流入碎屑的入口开孔(74)。碎屑贮留机构围绕入口开孔防止碎屑流出。液流分配机构位于碎屑贮留机构下游，使流出的冷却剂大致均匀分配地流过配接板。

Description

本发明一般涉及核反应堆，更详细地说，涉及一种安装在燃料组件的底部管嘴中用来捕获和贮留在组装、修理或替换操作后留在反应堆中的碎屑的碎屑阱。

在制造和随后安装、修理组成核反应堆冷却剂循环系统的部件的期间，工作人员作出辛勤的努力，使得能确信从在各种工作条件下使冷却剂循环于其间的反应堆容器及其有关系统中清除了所有的碎屑。虽然采取了细致复杂的手续以有助于肯定清除了碎屑，但经验表明，尽管使用了各种安全措施来实现这种清除，仍然在系统中遗留隐藏了一些碎片和金属碎粒。

特别是，近年来在若干个反应堆中已经注意到了由于捕集在底部格架中的碎屑而造成的燃料组件损坏。这种损坏包括由于碎屑接触磨损燃料棒管外部而造成的燃料棒管穿孔。这些碎屑往往是相当薄的长方形碎块，而不是球形的碎块。明确地说，大多数碎屑属于金属切屑，它们很可能是在修理或替换蒸汽发生器之后留在主系统中的。碎屑堆积在最下层格架的区域，在格架的“蛋篮”形状的栅元壁和燃料棒管的下端部分之间的空间内。几乎所有的碎屑都刚巧沉积在下堆芯支承板中四个冷却剂流动孔道的上方。

在美国专利№4，096，032中，讨论了几种从核反应堆中清除碎屑的方法，这些方法运用得相当好。通常在它们为之而设计的工作条件范围内达到了它们的目的。本发明的主要目的是为清除碎屑问题提供一种新的方法，它适合于反应堆部件的现有构造和运转状况，在反应堆的整个运转周期中都是有效的，它提供的总效益超过它给反应堆增加的费用。

因此本发明属于一种捕获和贮留在液体冷却剂中夹带的通过燃料组件端部管嘴配接板中流动孔流入核燃料组件的碎屑的碎屑阱，这种燃料组件包括一个间隔安置在上述端部管嘴下游的支承燃料棒的格架，碎屑阱考虑到上述液体冷却剂的流动方向，其特征在于：（a）有一个放置在上述配接板上游附近的空心包封体，它由一种可以透过液体冷却剂而不能透过冷却剂夹带的碎屑的材料构成，该空心包封体有一对壁，这对壁横切冷却剂流的通路而设置，互相之间沿冷却剂流动方向间隔一段距离，这对壁的周缘互相连接，在包封体内形成一个碎屑捕获和贮留室;（b）有至少形成一个通过包封体的上流壁进入贮留室的开孔的机构，该开孔大到足以允许液体冷却剂夹带的碎屑进入上述贮留室;（c）有设置在上述贮留室内围绕上述开孔的碎屑贮留机构，该机构的外形可以阻止由液体冷却剂带入贮留室的碎屑通过上述开孔流出;（d）有设置在上述贮留室内的液流分配机构，它间隔安置在上述碎屑贮留机构和上述开孔的下游，其外形能使液体冷却剂在流出上述包封体时大体上均匀分配地流过上述配接板。

在一个最佳实施例中，碎屑贮留机构由一个喇叭形环组成，它连接到包封体的上流壁上，围住壁上的入口开孔。该环有一个通常垂直的环形外壁和一个通常向上向外弯曲的环形内壁，内壁和外壁在各自的上部边缘处会合。液流分配机构由一个通常向上和向外张开的扩散环构成，扩散环相对的底部边缘和顶部边缘的直径分别小于和大于开孔的直径，由此通过开孔进入贮留室的冷却剂的一部分可以向上流动在扩散环的外边，而冷却剂的其余部分可以向上通过扩散环流动。同时，空心包封体至少包括一个位置邻近包封体下壁中开孔的角构件，扩散环连接在角构件上，以便安装在喇叭环形和开孔的上方，与它们准直。此外，角构件有一个形成于其上的可以弯曲的调节片，用来将空心包封体锁定在端部管嘴内的位置上。

在另一个实施例中，碎屑贮留机构包括一个圆筒形环，它连接在包封体的上游壁上并围住壁上的入口开孔，以形成围绕开孔的唇缘。液流分配机构由一个倒锥组成，它连接在空心包封体的下游壁上。最好是，倒锥的最大直径小于入口开孔的直径。

体现本发明的碎屑阱被设计成适合现有燃料组件的底部管嘴而不需要改变管嘴。碎屑阱被配接成位于底部管嘴配接板和下堆芯支承板的上表面之间，使得碎屑阱的最好在数目和相对位置方面与下堆芯板中的冷却剂流动开孔相对应的入口开孔与堆芯板开孔相准直。虽然碎屑阱将贮留碎屑直到载带碎屑的阱能够在下一次换装燃料的操作期间被拆除，但是当阱使用时穿过阱的压降将保持在最小值。

现在参考附图描述本发明的最佳实施例，仅仅作为例子，附图中：

图1是体现本发明的一种燃料组件的立视图，组件以部分剖面的方式表示，采取沿垂直方向缩短的形式;

图2是沿图1中2-2线所见的碎屑阱最佳实施例的顶视放大平面图;

图3是沿图2中3-3线截取的碎屑阱一部分的局部视图;

图4是沿图2中4-4线所见的碎屑阱另一部分的局部视图;

图5是碎屑阱另一个实施例的顶视平面图，仅仅图解说明碎屑阱的部分上壁和下壁，以及液流扩散器锥体和碎屑贮留器唇缘;

图6是沿图5中6-6线截取的部分剖面的立视图。

在下列描述中，相同的参考号标示所有附图中相同的或对应的部件，而诸如“向前”、“向后”、“向左”、“向右”、“向上”、“向下”之类用语，是为方便而采用的，不应当解释为限制性的用语。

现在参考附图，特别是图1，图中表示的通常用编号10标示的燃料组件，是压水反应堆中所使用的那种类型。基本上，它包括一个将燃料组件支承在反应堆堆芯区域（未图示）中的下堆芯支承板14上的下端部构造或底部管嘴12，控制棒导向管16，沿导向套管16轴向间隔安置的横向格架18，一个由格架18支承的横向间隔安置的排列有序的细长燃料棒20阵列，一根仪表管22，以及一个固定在导向套管16上端部上的上端部构造或顶部管嘴24。燃料组件10构成一个整体，能够进行常规的装卸而不损伤组件中的部件。

每一根燃料棒20包含核燃料芯块（未图示），棒的相对两端用端塞26、28密封。当处在使用中的时候，一种诸如水或含硼水之类的液体慢化剂一冷却剂被向上泵入，通过下堆芯板14中的流通开孔30，通过底部管嘴12的配接板34中的流通孔32，通过导向套管16和沿着燃料组件的燃料棒20，通过顶部管嘴24中的流动通道（未图示）流出。

裂变过程利用控制棒（未图示）控制，控制棒可以利用一个棒束控制机构36在导向套管16中往复移动，棒束控制机构36有一个内攻螺纹的圆柱形管38，带有径向伸出的锚爪40，控制棒就支承在锚爪上，所有这些在反应堆技术中都是熟知的。

如上所述，可能出现由于捕集在最下一个格架18上的碎屑而引起的燃料组件的损坏。因此，非常希望在这种碎屑到达最下层的格架18之前就把它们捕集起来。

为此目的，本发明提供一种碎屑贮留阱，通常用编号42标示，如图1所示，这种碎屑阱装在底部管嘴12的内部，在底部管嘴的上部中央配接板34的上游即下方邻近处，在底部管嘴的角部支柱44之间。碎屑阱42的位置横切冷却剂流从下堆芯板开孔30到配接板孔32的通路，以便从流动的冷却剂中捕获诸如小零件或小碎块之类的碎屑，从而防止碎屑进入燃料组件10。碎屑被贮留在碎屑阱42中，留待下次换装燃料的操作中与燃料组件10一起拆除。

现在转到图2至图4，图中说明了一个碎屑阱42的最佳实施例，碎屑阱包括一个空心包封体46，包封体具有上壁（下游）48和下壁（上游）50和若干个最好是四个侧壁52，侧壁在中间连接上下壁相应的周缘，将上下壁隔开，使得在包封体46内部形成一个碎屑捕获和贮留室，通常用54标示。侧壁52从下壁50到上壁48向上向内倾斜，以便形成增大的通过包封体46的冷却剂流。空心包封体46的壁48、50、52由可以透过液体冷却剂而不能透过由冷却剂携带的碎屑的任何合适材料构成。例如，如图解表示的，这些壁可以由穿孔薄板材料构成;但是，它们也可以非常容易地由金属丝筛网或薄层材料或穿孔薄板和金属丝筛网材料的结合来构成。例如，下壁50可以由穿孔薄板材料制成，而其余的壁48、52由金属丝筛网材料制成。

如从图1和图2中所见，碎屑阱包封体46的总截面积大小要使得它可以安装在底部管嘴12的角部支柱44之间的周边裙板58之内，碎屑阱包封体46通常与管嘴的配接板34共平面。在包封体46的四角加工成凹陷60，以容纳四个角部支柱44和两个准直销62，准直销从下堆芯板14延伸通过对角的一对角部支柱44的法兰盘66中的开孔64。在由包封体46的角部形成的每一个凹陷上，有一个角构件68连接相邻的两个侧壁52。虽然只在两个角构件68上图示了，但是每个角构件都有一个形式为可弯曲的调节片70的锁定机构，用来在安装碎屑阱42时卡住底部管嘴12的法兰盘66。最好是，在碎屑阱42的安装位置中，其包封体46的上壁48在配接板34下方间隔一小段距离，使得通过配接板孔32的水流不受到阻碍。

碎屑阱42是在燃料组件10已经从反应堆堆芯中拆下后从组件的底部安装上去的。在碎屑阱42被安装到燃料组件10之内后，调节片70被向外弯曲到法兰盘66上面，使碎屑阱锁定在位置上。为了拆卸碎屑阱42，在每个角构件68和法兰盘66之间插入一个楔状物，以迫使调节片70充分地弯向内部，使得能够撤出碎屑阱42。

碎屑阱42的空心包封体46还有一个安装在上壁48和下壁50之间而搁置在下堆芯板14上的中央套筒72的作用是给空心包封体46增加强度，同时它提供一个接近仪表管22下端的方便的通路，仪表管22的下端连接到底部管嘴配接板34上。

在图2至图4中表示的碎屑阱42，还有许多个穿过包封体46的下壁或上游壁50通入包封体46的碎屑捕获和贮留室54中的入口开孔74。开孔74的数目和准直方向与下堆芯板14中的冷却剂流动开孔30相匹配，使得从堆芯板开孔30流入的液体冷却剂中夹带的碎屑，将通过开孔74进入包封体46的碎屑贮留室54中。

碎屑阱42还包括碎屑贮留机构，其形式为喇叭形环76，置于碎屑贮留室54内，围住相应的开孔74。每个环有一个下法兰盘78和一个外部通常垂直的环形壁80，当环被安置和连接到上游壁50的内面上时，下法兰盘78紧贴地固定到一个开孔74中，环形壁80阻止由冷却剂通过开孔74和环76带入上述碎屑贮留室的碎屑再通过开孔74流出。环76还有一个入口通常向外向上弯曲的环形壁82，它与外壁80在各自的上边缘处会合。

最后，碎屑阱42包括液流分配机构，其形式为通常向外和向上张开的扩散环84，位于包封体贮留室54内，通常设置在相应的入口开孔74和喇叭形环76的下游并与后两者准直。每个扩散环84具有上游边缘86和下游边缘88，其直径分别小于和大于相应的喇叭形环76的最小直径。扩散环84的曲率与碎屑贮留环76的内壁82的曲率相近。这些下（上游）环76上（下游）环84的外形和相互之间的空间位置关系，使得一部分通过下环76和开孔74进入贮留室54的冷却剂可以向上流动在扩散环84的外边并通过扩散环84和喇叭形环76之间的空间，同时使得其余部分的冷却剂直接通过扩散环84流动。环76、84就以这种方式相互配合，以成比例地分配和引导流入的冷却剂，保证冷却剂大体上均匀分配地流过底部管嘴12。由于这种液流分配是通过起叶片型液流导向器作用的环而实现的，转动损坏是最小的。

每个扩散环87在其相对的内面和外面处被支承在一个角构件68和一个径向托架80上，这个角构件68的位置邻近下壁50中的一个开孔74，这个径向托架80连接和架设在中央套筒72上。因此，扩散环84横向架设在相应的角构件68和中央套筒72之间，与相应的开孔74和下环76轴向准直。

然后，一般说来，碎屑通过在开孔74上起唇缘作用的下环即上游环76被贮留在碎屑阱42中。但是，在直接通过上环即下游环流动的冷却剂中夹带的一部分碎屑被阻挡在上壁即下游壁48上，可能在减流的状况中通过开孔74退回，在关闭主冷却剂泵的期间会存在这种状况。即使发生了这种状况，这样从碎屑阱逸脱的碎屑不会进入燃料组件，而在反应堆下一次起动时会冲回到碎屑阱42中。在一个燃料组件的碎屑阱被部分堵塞因而减小了冷却剂流量这种不大可能发生的事件中，体现本发明的配置允许在底部管嘴12下面从邻近的燃料组件中自由地相互交叉流动的冷却剂，以补偿局部的流量减小。

总结起来，体现本发明的碎屑阱42比起从前的设计来给出下列优点。第一，它产生的压力至少减小到三分之一。第二，液流分配部件的加入减小了通过底部管嘴的压力损失。第三，通过底部管嘴下面改善的液流分配，底部管嘴上面的混合紊流大大减少，这减小了在第一格架处及其下面所出现的压力损失。第四，某一个碎屑阱的部分堵塞，可以由底部管嘴下面从邻近的燃料组件来的冷却剂的交叉流动来弥补。第五，各种改善的结合使由于插入碎屑阱而引起的损失有可能明显地接近于零。这一点对于并非所有反应堆堆芯中的燃料组件都安装了碎屑阱的场合来说是特别希望具备的，并使得可以将这种碎屑阱有计划地引入到现有的正在运行的反应堆中去。

图5和图6中说明了本发明的另一个实施例，图中显示了一种碎屑阱92，它除了两个方面外，与刚才参考图1至图4所描述的一种碎屑阱相似。

第一个不同的方面是，碎屑阱92的碎屑贮留机构采取圆筒形环94的形式，它连接到下壁即上游壁50′上，并围住贮留室54′的相应入口74′。每个圆筒形环94的外形形成一个围绕相应开孔74′的唇缘，它的作用是防止由冷却剂带入贮留室54′的碎屑通过开孔74′重新流出。第二个不同的方面是，液流分配机构采取倒锥96的形式，它位于相应的圆筒形环94和开孔74′的下游并与之准直，倒锥96连接在空心包封体46′的上壁即下游壁48′上。每个倒锥96的特定外形也导致从贮留室54′来的冷却剂大体上均匀分配地流过底部管嘴12。每个倒锥96的最大直径小于相应开孔74′的直径，倒锥96由与包封体46′相同的材料构成。虽然这种设计比本文先前描述的那种最佳实施例要稍微简单些，但是看来它产生稍许大一些的压降，尽管不一定是不能接受的。

Claims (14)

1、一种捕获和贮留在液体冷却剂中夹带的通过燃料组件端部管嘴配接板中流动孔流入核燃料组件的碎屑阱，这种燃料组件包括一个间隔安置在上述端部管嘴下游的支承燃料棒的格架，碎屑阱考虑到上述液体冷却剂的流动方向，其特征在于：

(a)有一个放置在上述配接板(34)上游附近的空心包封体(46；46′)，它由一种可以透过液体冷却剂而不能透过冷却剂夹带的碎屑的材料构成，该空心包封体有一对壁(48，50；48′，50′)，这对壁横切冷却剂流的通路而设置，互相之间沿冷却剂流动方向间隔一般距离，这对壁的周缘互相连接，在包封体内形成一个碎屑捕获和贮留室(54；50′)；

(b)有至少形成一个通过包封体的上游壁(50；50′)进入贮留室(54；54′)的开孔(74；74′)的机构，该开孔(74；74′)大到足以允许液体冷却剂夹带的碎屑进入上述贮留室(54；54′)；

(c)有设置在上述贮留室(54；54′)内围绕上述开孔(74；74′)的碎屑贮留机构(76；94)，该机构的外形可以阻止由液体冷却剂带入贮留室的碎屑通过上述开孔(74；74′)流出；

(d)有设置在上述贮留室(54；54′)内的液流分配机构(84；96)，它间隔安置在上述碎屑贮留机构(76；76′)和上述开孔(74；74′)的下游，其外形能使液体冷却剂在流出上述包封体(46；46′)时大体上均匀分配地流过上述配接板(34)。

2、一种根据权利要求1所述的碎屑阱，其特征在于：上述构成空心包封体（46）的材料，为穿孔板材料。

3、一种根据权利要求1或2所述的碎屑阱，其特征在于：上述空心包封体（46）的下游壁（48）和上游壁（50）之间安装了一个起增强作用的中央套管（72）。

4、一种根据权利要求1、2或3所述的碎屑阱，其特征在于：上述空心包封体（46）的截面大小可以装入上述端部管嘴（12）内，而包封体包括将包封体可以解脱地锁定在端部管嘴内的位置中的锁定机构（70）。

5、一种根据权利要求4所述的碎屑阱，其特征在于：上述锁定机构（70）由一对可弯曲的调节片（70）组成，置于上述包封体（46）的相对两侧面上，可以在包封体（46）装入上述端部管嘴（12）中之后与后者啮合，从而将包封体可以解脱地锁定在位置上。

6、一种根据上面的权利要求中任何一项所述的碎屑阱，其特征在于：上述碎屑贮留机构由一个喇叭形环（76）组成，它连接到包封体（46）的上游壁（50）上，围绕其中的上述开孔（74）而伸出。

7、一种根据权利要求6所述的碎屑阱，其特征在于：上述喇叭形环（76）有一个大体上为圆筒形的外周面（80），和一个沿上述流动方向向外弯曲而与该外周面（80）在其下游端会合的内周面（82）。

8、一种根据上面的权利要求中任何一项所述的碎屑阱，其特征在于：上述液流分配机构由一个扩散环（84）组成，它间隔安置在上述开孔（74）的下游，沿上述流动方向向外张开，上述扩散环（84）大体上与上述开孔（74）轴向准直，而其上游端的直径小于开孔（74）的直径。

9、一种根据权利要求8所述的碎屑阱，其特征在于：上述空心包封体（46）至少包括一个位置邻近上述开孔（74）的角构件（68），而使上述扩散环（84）固定在其上面。

10、一种根据权利要求1至5中任意一项所述的碎屑阱，其特征在于：上述碎屑贮留机构由一个圆筒形环（94）组成，它连接到上述上游壁（50′）上，围绕上述开孔（74′）并形成围绕后者的唇缘。

11、一种根据权利要求10所述的碎屑阱，其特征在于：上述液流分配机构（84，96）包括一个倒锥（96），它连接到上述空心包封体（46′）的下游壁（48′）上，与包封体上游壁（50′）中的上述开孔（74′）相对。

12、一种根据权利要求11所述的碎屑阱，其特征在于：上述倒锥（96）的最大直径小于上述开孔（74′）的直径。

13、一种根据权利要求10或11所述的碎屑阱，其特征在于：上述倒锥（96）是由与上述包封体（46′）相同的材料构成的。

14、一种根据上面的权利要求中任意一项所述的碎屑阱，其特征在于：上述包封体（46;46′）的壁（48，50;48′，50′）的周缘由沿上述流动方向向内倾斜的侧壁（52;52′）互相连接。

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