CN86102274A - 可以重新组装的燃料组件中的可以重新使用的锁定管 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种其顶部管嘴可拆卸地固定于导向套管上端部(42)上的可以重新组装的核燃料组件，上端部(42)构成内插口(54)，伸入顶部管嘴配接板(40)的外插口(50)中。内外插口之间存在凸胀配合的连接，利用可以拆卸的锁定管(48)来保持。本发明所述的锁定管(48)可以重新使用，它包括一个管体(70)和一对在管体外表面上径向相对的凸尖(72)，在插入时凸尖使内插口和锁定管之间形成压配合。凸尖(72)在锁定管上预先成型，其外形可在插入和移出锁定管时不产生形变。

Description

本发明一般涉及核反应堆用的燃料组件，更详细地说，涉及在燃料组件的控制棒导向套管的上端部分位置上可以解脱地锁定这种燃料组件的顶部管嘴用的可以重新使用的锁定管。

在大多数的核反应堆中，反应堆堆芯是由数目众多的细长的燃料组件组成的，每个燃料组件包括许多根燃料棒和控制棒导向套管以及顶部和底部管嘴，燃料棒和控制棒导向套管利用沿燃料组件间隔设置并固定在控制棒导向套管上的格架保持在一个排列有序的阵列中，而顶部和底部管嘴被紧固在稍微伸出燃料棒两端的导向套管的相对两端端部上。在燃料组件的顶端，导向套管伸入在顶部管嘴的配接板上形成的通道中，而导向套管固定在配接板上。每根导向套管可以包括一根固定到顶部管嘴上的上套管。

在核反应堆中的燃料组件的运行期间，一些燃料棒可能主要由于内应力而偶然地发生裂纹，在这种事故中存在放射性裂变产物在反应堆运行期间渗入主冷却剂的危险，也存在放射性裂变产物在换料期间逸入水淹的反应堆腔或逸入通过贮存用过的燃料组件的水池而循环的冷却剂的危险。为了消除这种危险，工作人员希望能检测、拆卸和替换出故障的燃料棒。如果涉及的燃料组件的导向套管被焊接在顶部管嘴和底部管嘴上，由此需要从核反应堆堆芯上拆卸燃料组件并断开焊缝以接近燃料棒的话，则检测、拆卸和替换出故障的燃料棒将是一件困难而费用很大的任务。

因此，人们对于为燃料组件装备可以拆卸的顶部管嘴而使它们成为可以重新组装的燃料组件，产生了很大的兴趣。在1985年5月8日出版的欧洲专利公报№0140588中说明和描述了一种这样的可以重新组装的燃料组件，该专利公开了一种将顶部管嘴可以拆卸地安装在控制棒导向套管的上端部上的连接构造。这种连接构造包括许多个在顶部管嘴的配接板上形成的外插口，许多个在相应的导向套管的上端部分上形成的内插口，以及许多个插入内插口以使其与外插口锁定啮合的可以拆卸的锁定管。每个外插口为穿过配接板的通道形状，它有一个形成于其壁中的环形槽。每个内插口为导向套管的空心上端部形状，它有一个环形凸部，当导向套管端部插入配接板通道中时，该凸部就嵌入环形槽中。导向套管上端部有形成于其上的细长轴向槽，开槽部分可以在内部弹性地压扁，以便使凸部可以与配接板通道中的环形槽相啮合和从槽中脱出。导向套管的内插口就以此种方式被引入和撤出与外插口的锁定啮合。

锁定管被从顶部管嘴的上方插入形成内插口的导向套管空心上端部的锁定位置内。当锁定管被插入其锁定位置时，锁定管使内插口的凸部保持在其膨胀的与环形槽锁定啮合的状态，从而防止内插口变到能够从外插口退出的压缩的解脱位置。锁定管以这种方式将内插口保持在与外插口的锁定啮合状态，并从而将顶部管嘴固定在导向套管的上端。

为了防止由于振动等原因而造成的偶然脱出，在锁定管插入它在内插口中的锁定位置内以后，通过使每根锁定管的上部产生变形形成凸部而嵌入导向套管上端部的环形凸部中并由此产生压配合的办法，将锁定管固定在至今为止已经达到的锁定位置上。

法国专利№2，529，704中公开了将锁定管固定在导向套管上端和配接板通道内的锁定位置上的另一种配置机构，在这种配置机构中，在锁定环或锁定管上部与通过端部构件或配接板的孔的壁之间，形成了许多波纹。每道波纹包括锁定环或锁定管的壁上的“扁平点”和位置面对扁平点并与扁平点互相配合的环形槽。环形槽形成在通过端部构件或配接板的孔的壁中。波纹位于配接板通道中另一个较大的环形凹槽的上方，配接板通道通入导向套管的周缘扩大的开槽的上端部。据信波纹是在锁定管被插入端部构件或配接板内的锁定位置中以后通过锁定管壁的塑性形变而形成的。

而后，当开始进行燃料组件的重新组装时，首先必须通过施加轴向的力以克服压配合的办法撤回这些锁定管。当从导向套管上端部和配接板通道中拆卸锁定管时，这一步骤会部分地压扁早先通过塑性形变而形成的锁定管凸部和“扁平点”。在拆卸和替换出故障的燃料棒之后，在重新安装顶部管嘴后，通常的做法是弃去带有部分压扁的凸部和“扁平点”的旧锁定管，在导向套管上端部上安装一整套新的锁定管，通过塑性形变的办法把它们固定住。

这种做法有许多不利之处。第一，必须保持大量的锁定管。第二，必须为了处置被废弃的受过辐照的锁定管而采取措施。第三，在插入每一根锁定管之后，必须遥控完成形变操作，以在每根锁定管中产生凸部。第四，必须遥控检查凸部，以确定凸部是否制备成准确的尺寸。

本发明的主要目的是消除这些缺点，因此本发明属于一种将可以重新组装的核燃料组件的顶部管嘴可解脱地固定到导向套管上端部分上的配置机构，该配置机构包括一个外插口、一个管状内插口和一个锁定管，外插口穿过顶部管嘴的配接板而延伸，其周围的壁中有一圈环形槽，管状内插口由上述导向套管的上端部分构成，同轴地位于上述外插口中，该管状内插口的外表面上有一圈环形凸部，它嵌入上述环形槽中，管状内插口至少有一个细长槽，该细长槽从导向套管端部的上端纵向延伸并穿过上述凸部，以使上述管状内插口可以压扁，从而从环形槽中移出凸部，锁定管可以插入上述管状内插口中的锁定位置内，以锁定凸部使其不从环形槽中脱出，该凸部在管状内插口的里面形成一个环状凹部，而上述锁定管包括可以与该凹部配合以防止锁定管从其锁定位置中发生偶然的轴向位移的机构，该配置机构的特征在于：上述锁定管是一种可以重新使用的锁定管，它包括一个管体和至少两个凸尖，管体有一个使管体可以滑动地装入上述内插口中的外径，两个凸尖突出在上述管体外表面上径向相对的两个位置上，以便当锁定管位于其锁定位置上时凸尖伸入上述凹部中，从而防止上述锁定管的偶然的轴向位移，上述凸尖是在将锁定管最初插入上述内插口之前预先成型的预成型凸尖，其外形采取这样的形状，使得在锁定管分别插入和移出上述内插口时，凸尖的材料能抵抗屈服和尺寸变化。

使用如上面说明的一种可以重新使用的锁定管，在若干方面改进了重新组装的操作。第一，由于免去了先前在重新安装顶部管嘴之后所需的锁定管形变操作，并由于免去了检查局部形变或凸部的要求，缩短了重新组装燃料组件所需的时间。第二，因为锁定管可以重新使用，所以不需要为了处置替换下来的受过辐照的锁定管而采取措施。第三，不再需要锁定管变形工具、凸部检查设备、大量的替换锁定管和在装卸用过的锁定管的过程中所需的容器和有关工具。第四，在制造期间，由于免去了锁定管插入后的变形手续和减去了凸部尺寸检查手续，装配时间可以缩短。第五，在制造的现场，因为偶尔在安装之后必须拆卸的顶部管嘴现在可以利用原先插入的锁定管，所以也可能减少锁定管的量。总结起来，通过由本发明仔细考虑的锁定管设计原理的简单变化，可以重新组装的燃料组件的制造过程简化和变容易了，在重新组装期间顶部管嘴的拆卸和重新安装减少了麻烦，结果是，重新组装的操作就整体来说可以进行得效率更高和更加可靠。本发明的可以重新使用的锁定管也可以做到与现有的可以重新组装的燃料组件相符合。

现在参考附图描述本发明的一个最佳实施例，仅仅作为例子，附图中：

图1是一个可以重新组装的燃料组件的侧面立视图，为清楚起见，有些部件采取部分的剖面，有些部分被舍去;

图2是与可以重新组装的燃料组件的顶部管嘴和导向套管相连结并包括一根体现本发明的可以重新使用的锁定管的连接构造的部件分解剖面图;

图3是控制棒导向套管上端沿图2中3-3线所见的顶视平面图;

图4是可以重新使用的锁定管的侧面立视图;

图5是沿图4中5-5线所见的顶视平面图;

图6是显示图2中可以重新使用的锁定管邻近其上端部处向外扩张的局部放大图;

图7是图2中连接构造的部件在其组合状态的剖面图。

在下面的描述中，所有附图中相同的参考号表示相同的或相对应的部件，而诸如“向前”、“向后”、“向左”、“向右”、“向上”、“向下”之类用语是为方便而使用的，不应被解释为限制性的用语。

现在参考附图，特别是图1，图中以垂直缩短形式表示的通常用编号10标示的可以重新组装的核反应堆燃料组件，包括一个将组件支承在反应堆堆芯区域（未图示）中下堆芯板（未图示）上用的下端部构造或底部管嘴12，若干根从底部管嘴12向上延伸的控制棒导向管或套管14，沿导向套管14轴向间隔安置的横向格架16，一个由格架16支承的横向间隔放置的排列有序的燃料棒18阵列，一根仪表管20，以及一个可以拆卸地固定在导向套管14上端的上端部构造或顶部管嘴22。

每根燃料棒18包含核燃料芯块24，其相对的两端用端塞26、28密封。放置在上端塞26和芯块24之间的增压弹簧30使芯块稳固地叠放。

顶部管嘴22包括一个带有内攻螺纹圆柱形构件36的控制棒束的控制机构34，该机构具有径向向外延伸并带有控制棒32的锚爪或支臂38，控制棒32伸入导向套管14，可在套管中移动，以控制裂变过程，如核反应堆技术中熟知的。

如图1中图解说明的，顶部管嘴22有一个下部配接板40，板上有许多个穿过配接板而形成的通道42（只图示了一个）和位于各自的通道内的导向套管14的上端部分44。为了可以接近燃料棒18，顶部管嘴22通过一个通常用46标示的连接构造可以移动地连接到导向套管14的上端部44上。

特别参考图2至图7，与每个导向套管14连结的顶部管嘴连接构造46包括一个外插口50、一个内插口54和一个可以移动的锁定管48，外插口50通过其带有的通道42限定于顶部管嘴配接板40中，它有一个形成于通道周围的壁中的环形槽52，内插口54形成于相应的导向套管14的上端部44上，锁定管48插入在内插口54中，使内插口保持在与外插口50的锁定啮合状态中。

每个内插口54由一个环形凸部56确定界限，环形凸部56环形地形成于导向套管14的空心上端部44中，仅仅在导向套管上部边缘58的下方一段很短的距离。在导向套管14的上端部44中形成了许多个（比如说四个）细长的轴向槽60，以使得开槽端部的向内弹性压扁或压缩能够使其上的环形凸部56与环形槽52啮合，或从其脱开。

配接板40中每个确定外插口50界限的通道42包括一个上孔62和一个下孔64。下孔64的轴向长度要比上孔62大得多，下孔的壁中形成了一道环形槽52，在上孔62和下孔64之间的突缘66下方一段很短的距离处。下孔64的直径比上孔62大，因此突缘66面朝下。如图7所见，突缘66主要起止动作用，与导向套管端部44的上端58相啮合，此时内插口54上的凸部56与外插口50中的环形槽52互相重合。

如图7中同样见到的，一旦顶部管嘴22被安装到导向套管端部44上而内插口54上的凸部56嵌入外插口50的环形槽52中，就从顶部管嘴上方将锁定管48插入到相应的内插口54中，以便锁定凸部56，防止它从环形槽中脱开，并因此而锁定内插口54，防止它从外插口50中退出来。

至今为止用来固定插入的锁定管以防止它们从内插口中的锁定位置上偶然地脱出的一种方法，是一开始就使锁定管具有向外扩张的上端，如图6中所示。当这种锁定管插入内插口时，锁定管的向外扩张的端部将与内插口的壁形成牢固的摩擦配合，由此阻止锁定管发生相对于内插口的轴向位移。另一种由于可靠而至今为止更愿意采用的固定插入的锁定管以防止偶然脱出的方法，是在锁定管插入一个内插口后使每根锁定管产生塑性形变，从而使锁定管的一圈周缘区凸胀入相应内插口54上环形凸部56里面的环形凹部上。这导致锁定管被可靠地固定，这样的固定肯定能防止锁定管在工作中产生松动，并防止锁定管的锁定位置在振动或撞击下发生位移。但是，将锁定管凸胀固定在内插口上也存在一个缺点，当想要拆卸顶部管嘴时，这个缺点就被感觉到了，从而必须从内插口中的锁定位置上拆卸锁定管。锁定管的这种拆卸当然需要从内插口里面的环形凹部上移动锁定管的凸出部分，而通过施加必要的一定量的力到锁定管上来移动凸出部分，通常会造成凸出部分的永久性变形，即使不使它除掉的话，这使得锁定管不适合于重新使用;这种永久性变形的锁定管必须被废弃和替换。

现在参考图2和图4至图7，本发明提供一种可以重新使用的锁定管48来减轻上述缺点。锁定管48包括一个细长的管状金属体70，它至少有两个在制造时也就是在将锁定管48插入其锁定位置之前预先成型于其上的向外突出的凸尖72。凸尖72是利用任何合适的方法如利用模锻或模压的方法来预先成型的，它们通常为角锥形，使得不管管状金属体70多么频繁地移入和退出其锁定位置，形成凸尖的金属也大体上能抵抗屈服和尺寸变化。另一种方法是，凸尖72通过在管上添加物料如通过点焊的办法来形成，在此种情况下，添加物料的密实集中将使凸尖能够抵抗产生形变的力而不屈服。因此，与先前讨论的在插入锁定管之后形成的锁定凸部相反，按照本发明所述的预先成型的凸尖72将不会屈服于在锁定管48从它的锁定位置移出期间产生的形变力;相反，锁定管48的整个管状金属体70将暂时地屈服，而后弹回到原来的形状，它可以充分地弹性变形来做到这一点。

在管体70外表面上的凸尖72互相之间正好间隔一个管体直径的长度，它们的外顶尖78相隔的距离超过内插口54的内径和由配接板通道42的上下孔62、64之间形成的突缘66的内径。因此，当锁定管48如图7中所示位于其锁定位置时，其凸尖72将伸入内插口54的环形凸部56里面的环形凹部中，形成与后者的压配合，或者是，如果凸尖72碰巧与内插口54的两个细长槽60相准直，凸尖72将仍然位于外插口50的突缘66的下面，从而与之相配合，防止锁定管从其锁定位置发生偶然的位移。如果锁定管48如图6所示在邻近其上端处向外扩张，那么凸尖72最好预先成型于管体70上向外扩张的上端部68和管体70的其余部分即主要部分之间的接合处上。

作为说明预先成型的凸尖的微小尺寸的一个例子，一根其管体70的外径为13.8毫米的锁定管48的径向相对的凸尖72的顶尖78之间相隔14.1毫米，换言之，每个凸尖72的高度为0.15毫米。这样小的凸尖将足以牢固地固定锁定管48，不让它从其锁定位置上发生偶然的轴向位移，同时却使锁定管可以被使用、拆卸和重新使用，即使重复多次，而不损伤凸尖或锁定管的构造。

Claims (4)

1、一种将可以重新组装的核燃料组件的顶部管嘴可解脱地固定到导向套管上端部分的配置机构，该配置机构包括一个外插口、一个管状内插口和一个锁定管，外插口穿过顶部管嘴的配接板而延伸，其周围的壁中有一圈环形槽，管状内插口由上述导向套管的上端部分构成，同轴地位于上述外插口中，该管状内插口的外表面上有一圈环形凸部，它嵌入上部环形槽中，管状内插口至少有一个细长槽，该细长槽从导向套管端部的上端纵向延伸并穿过上述凸部，以使上述管状内插口可以压扁，从而从环形槽中移出凸部，锁定管可以插入上述管状内插口中的锁定位置内，以锁定凸部使其不从环形槽中脱出，该凸部在管状内插口的里面形成一个环状凹部，而上述锁定管包括可以与该凹部配合以防止锁定管从其锁定位置中发生偶然的轴向位移的机构，上述配置机构的特征在于：上述锁定管是一种可以重新使用的锁定管(48)，它包括一个管体(70)和至少两个凸尖(72)，管体(70)有一个使管体可以滑动地装入上述内插口(54)中的外径，两个凸尖(72)突出在上述管体(70)外表面上径向相对的两个位置上，以便当锁定管位于其锁定位置上时凸尖伸入上述凹部中，从而防止上述锁定管的偶然的轴向位移，上述凸尖(72)是在将锁定管最初插入上述内插口之前预先成型的预成型凸尖，其外形采取这样的形状，使得在锁定管分别插入和移出上述内插口时，凸尖的材料能抵抗屈服和尺寸变化。

2、一种根据权利要求1所述的配置机构，其特征在于：每个上述凸尖（72）大体上为角锥形状。

3、一种根据权利要求1或2所述的配置机构，其特征在于：上述外插口（50）是由一个上孔（62）和一个下孔（64）构成的，上孔（62）的直径刚巧足够地大于上述管体（70）的外径，使后者能够可以滑动地装在上孔中，下孔（64）的直径大于上述上孔，因而在两孔的接合处形成一个突缘（66），下孔（64）具有上述环形槽（52）和装入下孔中的上述内插口（54），上述两个凸尖（72）每个有一个外顶尖（78），一个外顶尖与另一个凸尖（72）的外顶尖（78）相隔的距离大于上述突缘（66）的内径。

4、一种根据权利要求1、2或3所述的配置机构，其特征在于：上述锁定管（48）的管体在其插入上述外插口（50）的尾端端部的邻近处有一个向外扩张的部分（68），上述凸尖（72）预先成型在该向外扩张的部分与上述管体（70）的其余部分的接合处。

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