KR101216980B1 - 원자로의 연료 조립체에 적용되는 유지부하들을 제한하는 방법 및 연료 조립체 - Google Patents

Abstract

연료 조립체의 센터링 핀의 탄성 마찰 결합 부싱(15)은 연료 조립체(1)의 횡단부편(7)중 적어도 하나의 관통공(18)의 각각에 고정된다. 탄성 부싱(15)은 횡단부편(7)의 개구(18)에 있는 고정부(15a)를 가지는 환형체와, 슬롯(17)들에 의해 분리되는 탄성 분지부(16)를 포함한다. 탄성 부싱(15)의 가요성 분지부(16)는 각 자유 단부 부분에 부싱의 내부 방향으로 방사상으로 돌출하는 지지면(19)을 포함하고, 그 직경은 연료 조립체의 센터링 핀의 직경 보다 작다.

원자로, 연료 조립체, 탄성 부시, 유지 부하

Description

원자로의 연료 조립체에 적용되는 유지부하들을 제한하는 방법 및 연료 조립체{METHOD FOR LIMITING THE MAINTENANCE LOADS APPLIED TO A FUEL ASSEMBLY OF A NUCLEAR-REACTOR AND FUEL ASSEMBLY}

본 발명은 원자로에서의 작업 동안 연료 조립체를 통과하는 냉각수의 유압 추력(hydraulic thrust)을 보상하기 위하여 원자로의 연료 조립체에 적용되는 유지 부하들(maintenance loads)을 제한하는 방법 및 장치에 관한 것이다.

물에 의해 냉각되는 원자로용, 특히 가압수에 의해 냉각되고 서로 나란하고 뼈대(framework)에 유지되는 연료봉 다발들을 포함하는 원자로용 연료 조립체들이 공지되어 있으며, 뼈대는 그 단부에서 연료 조립체의 길이 방향 축선에 대해 교차하는 방향을 가지는 횡단부편들에 의해 밀폐된다.

가압수 원자로의 경우에, 연료 조립체들은 긴 길이의 정사각형 베이스를 갖는 평행육면체 형상이며, 축선 방향으로 예를 들어 4m 이상의 길이와 측면이 0.20m 길이를 갖는다. 연료 조립체의 횡단부편들은 정사각형 형태이며, 작업 동안 원자로 내에 있는 연료 조립체의 하부 부분으로 되며 연료 조립체의 제 1 단부에 위치된 횡단부편들중 하나는 하부 횡단부편을 구성하고, 그 각각의 모서리들에, 코어 지지판 또는 하부 코어판에 대해 인접하도록 의도된 발(foot)을 포함한다. 하부 횡단부편의 대각선을 따라서 위치된 2개의 발들은 구멍이 천공되어 있으며, 구멍은 각각 하부 코어판에서 수직 상향으로 돌출하는 연료 조립체의 센터링 핀을 수용하도록 되어 있다. 연료 조립체가 하부 코어판에 위치될 때, 하부 횡단부편의 2개의 관통공들은 하부 코어판의 2개의 핀들에 결합되고, 판들은 하부 코어판을 통하여 연장하는 물 통로를 위해 관통공들에 대해 수직으로 연료 조립체의 위치를 선정하도록 되어 있다. 횡단부편은, 연료 조립체의 제 2 단부에 고정되고, 연료 조립체가 원자로 코어에 위치될 때 상부 부분에 위치되도록 의도되고, 상부 횡단부편으로서 언급되며, 횡단부편은 특히 그 상부면에 있는 지지 겹판 스프링들과, 상부 횡단부편의 정사각 단면의 2개의 모서리들에 두 개의 센터링 관통공들을 포함한다. 연료 조립체의 상부 횡단부편의 센터링 관통공들은 상부 코어판 아래에 돌출하는 센터링 핀들을 수용하기 위하여 제공되고, 상부 코어판은 지지 겹판 스프링들을 포함하는 코어의 연료 조립체들의 상부 부분에 머물도록 의도된다. 원자로의 상부판은, 연료 조립체들이 원자로의 챔버 내로 도입된 후에, 코어의 연료 조립체들이 유지 되도록, 코어 바로 위에 위치된 원자로 설비의 상부 내부편들의 하부 부분을 구성한다. 상부 코어판이 원자로의 코어에 배열된 연료 조립체들 위에 위치될 때, 각각의 연료 조립체들의 영역에 배열된 코어의 상부판의 센터링 핀들은 연료 조립체의 상부 횡단부편의 센터링 관통공들에 결합된다.

하부 코어판 및 상부 코어판의 센터링 핀들은 절두 원추체 형태의 결합 부분과, 그 직경이 센터링 관통공의 직경보다 약간 작은 원통형 부재를 가진다. 그러므로, 중심핀은 길이 방향 축선에 수직인 횡방향으로 그리고 길이 방향으로 연료 조립체를 유지하게 되고, 동시에 작업 동안 원자로에서의 상이한 팽창들을 흡수하기 위하여 길이 방향 변위를 허용하고, 연료 조립체들은 만곡(flexion)에 의하여 변형될 수 있는 겹판 스프링들에 의하여 축선 방향으로 유지된다. 작업 동안 원자로에서, 원자로의 가압 냉각수는 그 축선 길이 방향으로 연료 조립체들을 통과하고, 결과적으로 조립체들은 상향 수직 방향으로 유압 추력을 받으며, 이는 연료 조립체의 구조에 적용되는 부하들 및 축선 방향으로의 연료 조립체들의 약간의 변위와 측면 진동들에 의하여 명백해진다. 유압 추력을 보상하고 유압 추력의 작용 하에 연료 조립체의 과도하게 큰 변위를 방지하기 위하여, 강력한 특징들을 가지는 겹판 스프링들을 제공하는 것이 필요하다. 이러한 겹판 스프링들은 연료 조립체의 구조에 큰 압축 부하들을 적용하여서, 극히 강한 조립체 뼈대들을 제공하는 것이 필요하고, 이러한 뼈대들은 작업 동안 원자로에서 매우 큰 부하들을 받는다.

냉각수의 유량이 시간이 지나면서 매우 급속하게 변화되는 과도(transient) 상태의 경우에, 연료 조립체는 더욱 진동을 수행하고, 연료 조립체가 겹판 스프링들의 추력의 작용하에 하강될 때 그 하부 횡단부편은 하부 코어판에 충돌할 수 있으며, 이는 연료 조립체들이 장기간 동안 원자로에서 사용될 때 마모 및 손상을 초래할 수 있다.

그러므로, 연료 조립체를 통과하는 냉각수의 유압 추력을 보상하기 위하여 연료 조립체에 적용되는 유지 부하들을 가능한 제한하는 것이 필요하다.

FR-A-2,479,535는 연료 조립체들의 상부 부분에서의 금속 지지 스프링들을 배제하고 과도 상태 동안 연료 조립체의 관련 기계적 충격과 급속한 변위를 제한할 수 있도록 원자로의 연료 조립체들 상에서의 축선 방향 유압 추력의 효과들을 제한하기 위한 장치를 제안하였다. 이러한 목적을 위해, 관형 하우징들이 연료 조립체들의 횡단부편들에 고정되고, 관형 하우징들은 횡단부편에 대해 축선 방향으로 돌출하며, 횡단부편에 고정된 축선 방향 단부에서 폐쇄되고, 밀착 또는 실제적으로 밀착 방식으로 하우징 내측에서 결합하는 센터링 핀을 수용하기 위하여 그 다른 단부에서 개방한다. 하우징은 부가적으로 횡단부편의 영역에 교정된 관통공을 포함하여서, 작업 동안 원자로에서의 연료 조립체의 축선 방향 변위 동안, 이러한 변위들은 교정된 관통공에서 흐르는 물에 의하여 제동되어 약화된다. 부가적으로, 하우징의 내측에, 내경이 센터링 핑거의 직경보다 약간 작은 가요성 아암들을 포함하는 분할 부시를 제공하는 것이 가능하다.

이러한 장치는 복잡하고 연료 조립체의 횡단부편들의 상당한 변경을 요구한다. 특히, 작업동안 연료 조립체상에서의 유압 추력을 보상하기 위하여 연료 조립체의 구조에 적용되는 압축 효과들을 제한하기 위하여 존재하는 연료 조립체를 변경하는 것은 매우 어렵다.

그러므로, 본 발명의 목적은 원자로에서 작업동안 연료 조립체를 통과하는 냉각수의 유압 추력을 보상하기 위하여 원자로의 연료 조립체에 적용되는 유지 부하들을 제한하기 위한 방법을 제공하는 것이고, 연료 조립체는 서로 나란한 연료봉 들의 다발을 수용하고 횡단부편들에 의하여 그 단부들에서 밀폐되는 뼈대들 포함하며, 횡단부편들은 냉각수가 흐르는 연료 조립체의 길이 방향 축선에 수직이고, 각각의 횡단부편들은 하부 코어 지지판 또는 상부 코어판의 센터링 핀을 수용하도록 의도된 2개의 축선 방향 관통공들을 포함하고, 상기 방법은 새로운 연료 조립체들에서 또는 사용된 연료 조립체들에서 실시될 수 있으며, 연료 조립체에 가한 압축이 작은 약한 특성을 가진 겹판 스프링을 사용할 수 있으며, 작업 동안 원자로에서 연료 조립체의 변위들 또는 충격들을 제한할 수 있다.

이를 위하여, 적어도 하나의 센터링 관통공을 위해 연료 조립체의 적어도 하나의 횡단부편의 센터링 핀을 마찰 결합하기 위한 탄성 부시가 구성 및 제공되며, 탄성 부시는, 그 외경이 최대이고 그 외경이 또한 그 축선 방향 길이의 일부분에 걸쳐서 횡단부편의 센터링 관통공의 직경과 적어도 동일한 고정부를 가지는 환형 부재와, 고정부와 부시의 축선 방향 자유 단부 사이에서 부시의 전체 길이에 걸쳐서 축선 방향의 적어도 2개의 개구부들(apertures)에 의하여 서로 분리되는 적어도 2개의 가요성 아암들을 포함하며, 부시는 부시의 자유 단부에서 센터링 관통공의 직경보다 작은 외경과, 가요성 아암들의 자유 단부 부분에서 부시의 내측으로 반경 방향으로 돌출하고 그 내경이 센터링 핀들의 직경보다 작은 환형 지지면을 가지며,

- 연료 조립체의 적어도 하나의 횡단부편의 관통공들은 탄성 부시의 고정부의 외경과 실질적으로 같은 직경을 가지도록 구성되고,

- 탄성 부시는 연료 조립체의 횡단부편의 관통공에 고정된다.

특정 실시예에 따라서;

- 탄성 부시는 다음의 방법들 중 적어도 하나에 의하여 연료 조립체의 횡단부편의 관통공에 고정되고: 크림핑(crimping), 팽창-롤링, 용접, 나사 결합;

- 탄성 부시들은 연료 조립체의 횡단부편들중 단지 하나의 관통공들에, 그리고, 바람직하게 하부 횡단부편의 관통공들에 고정되고;

- 탄성 부시들은 연료 조립체의 상부 및 하부 횡단부편들의 각각의 관통공들에 고정되고;

- 탄성 부시들은 센터링 핀의 원통형 결합 부분의 직경 및 연료 조립체의 횡단부편에 결합되도록 의도된 센터링 핀들 사이의 간격에 대한 공차들을 고려하기 위하여 센터링 핀들의 원통형 결합 부분의 직경보다 그 내경이 크도록 구성되고;

- 유압 추력의 작용 하에서 수직 방향으로 연료 조립체의 변위 동안 탄성 부시의 지지 부분과 센터링 핀의 접촉 및 마찰을 최적화하기 위하여, 타원 형태의 지지표면들 및 원 형태의 지지면들이 부시 내측의 환형 지지 표면에 있는 센터링 핀과 접촉하기 위하여 제공된다.

본 발명은 또한, 서로 나란한 연료봉들의 다발을 수용하고 냉각수가 흐르는 연료 조립체의 길이 방향에 수직인 횡단부편들에 의하여 그 단부들에서 폐쇄되는 뼈대를 포함하고, 각각의 횡단부편들은 각각 하부 코어판 또는 상부 코어판의 센터링 핀을 수용하도록 의도된 적어도 2개의 축선 방향 관통공들을 포함하는 원자로의 연료 조립체에 있어서, 연료 조립체의 횡단부편들중 적어도 하나의 횡단부편의 적어도 하나의 관통공의 내측에 탄성 부시가 고정되고, 탄성 부시는, 그 외경이 최대이고 그 축선 길이의 일부분에 걸쳐서 관통공의 직경과 같은 고정부를 가지는 환형 부재와, 고정부와 부시의 자유 단부 사이에서 부시의 전체 길이에 걸쳐서 축선 방향의 적어도 2개의 개구부들에 의하여 서로 분리되는 적어도 2개의 가요성 아암들을 포함하며, 고정부의 직경 보다 작은 외경을 가지며, 가요성 아암들의 자유 단부 부분에 부시의 내측으로 반경 방향으로 돌출하고 그 내경이 횡단부편의 관통공들에 도입되도록 의도된 센터링 핀들의 직경보다 작은 환형 지지면을 가지는 것을 특징으로 하는 연료 조립체에 관한 것이다.

바람직하게:

- 탄성 부시가 고정되는 연료 조립체의 횡단부편의 관통공들은 센터링 핀들의 직경보다 상당히 큰 직경을 가지며, 관통공들의 직경은 다음의 방정식에 의하여 결정되고: DD = DB + DI - DC, 여기에서, DD는 횡단부편의 관통공의 직경이고, DI는 탄성 부시의 유동 부분의 내경이고, DB는 부시의 가요성 아암들의 외경이고, DC는 부시의 탄성 아암들의 내부 지지 부분의 직경이며,

- 탄성 부시의 유동 부분의 내경은 센터링 핀들의 직경과 연료 조립체의 횡단부편에 도입되도록 의도된 센터링 핀들의 간격에 대한 공차를 고려하기 위하여 센터링 핀의 직경보다 크다.

본 발명을 명확하게 이해하기 위하여, 본 발명에 따른 방법의 하나의 실시예 및 방법을 수행하기 위하여 사용되는 탄성 부시는 예로서 설명된다.

도 1은 하부 코어판과 상부 코어판 사이의 원자로의 코어에서의 작업 위치에서의 압축수 원자로의 연료 조립체의 사시도.

도 2는 본 발명에 따른 방법이 수행될 때 연료 조립체의 횡단부편에 장착된 탄성 부시의 축선 방향 단면도.

도 3은 도 2의 3-3을 따라서 취한 단면도.

도 4a 및 도 4b는 원자로의 하부 코어판의 센터링 핀들로, 핀들이 연료 조립체의 하부 횡단부편의 2개의 탄성 부시들에 도입된 평면도.

도 4a는 제 1 구조 변형예의 도면이고, 도 4b는 제 2 구조 변형예의 도면.

도 5는 원자로의 코어의 하부 지지판의 센터링 핀의 부분 단면 정면도.

도 1은 하부 코어판(2)과 상부 코어판(3) 사이의 원자로의 코어에서의 작업 위치에서, 가압수에 의해 냉각되는 원자로의 연료 조립체(1)를 나타내고 있다.

연료 조립체(1)는 주로 스페이서 그리드들(4a,4b)에 의해 구성된 뼈대를 구비하며, 그리드들은 다발의 형태로 연료 조립체의 연료봉(5)을 유지하며, 연료봉들은 모두 서로에 대해 나란하며, 스페이서 그리드의 셀들 내측에서 횡방향으로 유지되고, 그리드들은 정사각형 메쉬들을 가지는 규칙적인 네트워크에 따라서 배열된다. 연료 조립체의 뼈대는 또한 봉(5)의 길이보다 큰 길이를 가지는 안내 튜브(6), 봉(5)의 다발의 단부들에 대해 축선 방향으로 돌출하는 안내 튜브(6)의 단부들에 고정되는 하부 횡단부편(7) 및 상부 횡단부편(8)을 포함한다.

연료 조립체의 하부 횡단부편(7)은 가로 정사각형 판과 그 모서리들의 각각의 영역에서 플레이트에 고정 연결되는 발(9)들을 포함한다. 도 1에 도시된 바와 같이 연료 조립체(1)는 발(9)에 의하여 하부 코어판(2)에 위치된다. 정사각형 횡단부편(7)의 대각선을 따라서 배열되는 두개의 발(9)은 관통공(10)들에 의해 관통되고, 각각의 관통공에, 코어 지지판(2)의 상부면에서 돌출하는 센터링 핀(11)이 도입되고, 그 위에 연료 조립체가 위치되고, 연료 조립체의 2개의 발들의 관통공(10)에 결합되는 핀(11)은 연료 조립체의 위치선정 및 센터링이 하부 코어판(2)에서 실행되는 것을 허용한다. 물의 흐름을 위한 관통공들은 하부 코어판(2)을 통하여 연장된다. 4개의 물 흐름 관통공들은 대체로 원자로의 코어의 연료 조립체(1)들의 각각에 대해 수직으로 배열되고, 하부 횡단부편의 가로판 아래로 개방하고, 이를 통하여 교정된 물 흐름 관통공들이 연료 조립체의 다발의 연료봉(5) 사이로 연장하여 원자로의 냉각수를 분배하게 된다.

원자로의 코어가 적재될 때, 정사각형 베이스를 구비한 평행육면체 형태의 연료 조립체(1)의 경계를 정하는 평면의 수직면들은 인접한 위치들에 배치되고, 연료 조립체들의 스페이서 그리드들의 외주변 표면들은 실질적으로 접촉하고 있다.

연료 조립체(1)의 뼈대는 또한 안내 튜브(6)의 상부 단부 부분들에 고정되는 상부 횡단부편(8)을 포함한다. 도 1에 도시된 연료 조립체의 상부 횡단부편(8)은 정사각형 단면의 프레임(8a)과 프레임(8a)에 고정 연결되는 가로판을 포함하고, 연료 조립체의 냉각수의 흐름을 위한 관통공들이 가로판을 통하여 연장한다.

횡단부편의 대각선을 따라서 배열되는 정사각형(8a)의 2개의 모서리들에, 상부 코어판(3)이 코어에 적재된 연료 조립체들에 위치될 때, 원자로의 상부 코어판(3) 아래로 돌출하는 센터링 핀(13)을 수용하도록 각각 의도된 2개의 관통공(12)들이 배열된다.

프레임(8a)의 각각의 측부들에, 상부 코어판(3) 밑에서 연료 조립체를 유지할 수 있도록 의도된 한 세트의 겹판 스프링(14)들이 위치된다. 각각의 세트들의 겹판 스프링(14)들은 프레임(8a)의 모서리의 영역에서 횡단부편의 프레임(8a)에 고정되고, 네 세트의 겹판 스프링들의 고정은 프레임의 2개의 모서리들의 영역에서 이루어지고, 프레임의 2개의 모서리들은 상부 코어판의 핀(13)을 위한 결합 관통공(12)들이 배열되는 대각선에 수직인 프레임(8a)의 제 2 대각선을 따라서 배열된다.

원자로의 코어가 적재된 후에, 원자로의 챔버 내측에 있는 각각의 연료 조립체들이 하부 코어판의 사전 결정된 위치에 머물고, 원자로의 설비의 상부 내부편들은 코어 바로 위에 다시 위치되고, 그 하부 부분에서, 그 안내 핀들이 연료 조립체들의 상부 횡단부편들의 관통공들에 결합하는 상부 코어판을 포함한다. 겹판 스프링(14)들은 설비의 상부 내부편들의 중량에 의하여 그리고 챔버의 커버를 폐쇄하는 것에 의하여 초래되는 클램핑 힘에 의하여 압축되고, 압축력은 뼈대와 연료봉들의 다발을 포함하는 연료 조립체의 구조로 전달된다.

원자로에서의 온도가 작업온도까지 상승할 때, 원자로의 구조물들과 연료 조립체들 사이에서 상이한 팽창들이 발생하기 때문에, 연료 조립체 상의 상부 코어판의 지지를 위하여 겹판 스프링들을 사용하는 것이 필요하다. 상이한 팽창들은 연료 조립체들의 압축 스프링(14)들에 흡수된다.

원자로의 작업동안, 냉각수는 연료 조립체들에서 매우 높은 유량으로 흘러서, 연료 조립체들은 상향 수직 방향으로, 즉 냉각수의 흐름 방향에 따라서 유압 추력을 받는다. 유압 추력의 작용하에서, 특히 원자로의 과도한 작업 단계들에서 연료 조립체들의 변위를 가능한 억제 또는 제한하기 위하여, 우수한 특징들을 가지는 겹판 스프링(14)들이 사용되고, 즉, 겹판 스프링에 의하여 큰 압축력이 연료 조립체들의 구조물에 전달된다. 우수한 특징들을 가지는 겹판 스프링들을 사용하는 것은 연료 조립체들의 수직 변위 및 측방향 진동이 제한 또는 억제되도록 하고, 이는 특히 연료 조립체가 유압 추력의 작용하에서 상승된 후에, 하부코어 판상의 연료 조립체들의 하부 횡단부편들에 대해 격렬한 충격이 가해지는 것을 방지한다.

원자로의 코어의 연료 조립체에 적용되는 압축력을 제한하는 관점으로, 유지 스프링들을 보충하기 위하여, 유압 추력의 작용하에서 연료 조립체들의 수직 변위를 제거하는 힘들을 발생하는 것이 예견되었다.

본 발명에 따라서, 유압 추력을 제거하도록 작용하는 압축 부하의 제한은 연료 조립체들의 횡단부편들중 적어도 하나의 관통공들 내측에서 코어의 하부 및 상부 판들중 적어도 하나의 센터링 핀들 사이의 기계적인 마찰을 발생시키게 된다.

본 발명에 따른 방법은 새로운 조립체들, 또는 심지어 사용된 조립체들이 유압 추력의 작용하에서 원자로의 코어에 있는 연료 조립체들의 수직 변위 및 측방향 진동들의 상당한 감소 또는 억제를 위하여 그리고 동시에, 연료 조립체에 적용되는 유지 부하를 상당히 제한하기 위하여 구성되거나 또는 변경되는 것을 허용한다.

도 2 및 도 3은 그 하부 횡단부편의 영역에서 연료 조립체를 제동하는 것에 의하여 본 발명에 따른 방법을 수행하는 것에 관한 것이다.

도 2는 원자로의 하부 코어판 상에 머물도록 의도된 연료 조립체의 하부 횡단부편의 발(9)의 일부를 도시한다.

본 발명에 따른 제한 방법은 하부 횡단부편의 발(9)을 통하여 연장하는 관통공의 내측에 탄성 부시(15)를 도입하여 고정하며 그 내부 관통공에서 원자로의 하부 코어판의 센터링 핀을 수용하도록 의도되었다.

탄성 부시(15)는 가요성 부시의 길이의 일부에 걸쳐서 연장하는 축선 방향을 가지는 4개의 개구부들(17)에 의하여 서로 분리되는 4개의 가요성 아암(16)들을 포함하는 분할 부시로서 구성된다.

가요성 부시는 연료 조립체의 하부 횡단부편의 발(9)을 통하여 연장하는 관통공(18)의 내측의 고정부(15a)를 포함한다. 탄성 부시의 고정부(15a)는 부시(15)의 축선 방향 단부들 중 하나에 배열되고, 예를 들어 탄성 부시의 전체 축선 방향 길이의 대략 10% 내지 20%일 수 있는 축선 방향 길이에 걸쳐서 연장된다. 부시의 탄성 아암(16)들과 개구부들(17)은 고정부(15a)와 가요성 아암(16)의 자유 단부 사이의 부시의 나머지 부분에 걸쳐서 연장된다.

그 고정부(15a)에 있는 관형 부시의 외경은 실질적으로 횡단부편의 발(9)의 상부 부분에 있는 관통공(18)의 직경(DA)과 실질적으로 동일하다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 부시는 횡단부편의 관통공(18) 내측에 고정된다. 부시(15)는 억지 끼움(force-fitting) 또는 크림핑(crimping)에 의하여, 또는 횡단부편의 발(9) 및 탄성 부시(15)를 구성하는 재료가 금속학적으로 호환 가능한 경우에 용접에 의하여 횡단부편의 발(9)의 관통공(18)에 고정될 수 있다.

연료 조립체(9)의 구성의 경우에, 관통공(18)의 직경(DA), 그러므로 탄성 부시(15)의 고정부(15a)의 외경은 하부 코어판의 안내핀들의 직경들을 고려하여 소정의 벽 두께를 가지는 부시(15)를 위치시킬 수 있도록 선택될 수 있다. 모든 경우에, 자연적으로, 관통공(18)의 직경은 하부 횡단부편의 발(9)의 관통공(18)에 고정되는 탄성 부시(15)의 내측으로 도입되어야만 되는 안내핀들의 직경보다 크다.

존재하는 연료 조립체, 예를 들어, 종래 형태의 새로운 연료 조립체 또는 사용된 연료 조립체의 경우에, 연료 조립체의 하부 횡단부편의 발(9)들은 하부 코어판의 안내핀들의 직경보다 단지 약간 큰 직경을 가지는 관통공들에 의하여 천공된다. 이 경우에, 최적화된 치수들을 가지는 부시(15)를 위치시키기 위하여, 횡단부편의 발의 관통공의 재-보링(re-boring)이 그 고정부(15a)에 의하여 부시(15)를 고정하는 것을 가능하게 하는 관통공(18)을 얻기 위하여 실시된다.

부시(15)는 탄성 아암(16)을 부시의 고정부(15a)에 연결하기 위한 부분으로부터 멀리 있는 그 탄성 아암(16)의 각각의 자유 단부에, 부시의 내측을 향하여 방사상으로 돌출하는 림을 포함하고, 4개의 탄성 아암(16)들로부터 돌출하는 4개의 림들은 불연속성의 실질적으로 환형인 지지 부분(19)을 구성한다.

클램핑, 그러므로 부시에 결합되는 클램핑 핑거 상에서 마찰력을 한정하는 부시의 기하학적 특징들은 특히 부시의 탄성 아암들의 외경(DB), 탄성 부시(15)에 도입되는 센터링 핀에 대하여 환형 형태의 지지면(19)의 영역에서의 부시의 탄성 아암들의 내경(DC), 부시(15)의 탄성 아암(16)들의 자유 단부 부분과 마주하는 관통공(18) 부분의 직경(DD)을 포함한다.

대체로, 직경(DD)은 직경(DA)과 같고, 횡단부편의 발을 통하여 연장하는 관통공(18)은 일정한 직경을 가진다. 그러나, 부시의 고정부에 그리고 탄성 아암(16)들을 수용하는 부분에 상이한 직경을 가진 관통공(18)을 제공하는 것도 가능하다.

탄성 아암들의 내부 지지 직경(DC)은 센터링 핀과 가요성 부시 사이의 수직 방향으로 필요한 마찰 부하에 따라 계산될 수 있는 그립핑 값보다 작은 하부 코어판의 센터링 핀의 외경과 같아야만 된다. 그립핑 계산은 가요성 아암들의 길이 및 반경들과 연료 조립체가 받는 측방향 진동 부하를 고려하여야만 한다.

지지 부분(19)의 외측에 있는 탄성 부시(15)의 내경(DI)은 연료 조립체의 센터링 핀들의 부분에 대한 알려지지 않은 변수들을 고려하도록 하부 코어판의 센터링 핀들의 직경보다 커야만 된다.

우발적인 상황에서 하부 코어판의 센터링 핀과 부시 사이의 이동을 제한하기 위하여, 다음의 식에 의하여 가요성 아암들의 외경 및 내경에 따라서 가요성 아암들과 마주하여 위치된 관통공(18)의 부분의 직경(DD)을 계산하는 것이 가능하다:

DD = DB + DI - DC

이러한 방식에 있어서, 부시(15)의 가요성 아암(16)들 주위의 직경방향 유격은 센터링 핀이 부시(15)로 도입될 때 만곡에 의하여 변형되었던 아암(16)의 최대 변위와 같다. 지지면(19)의 영역에서 이루어지는 부시(15)와 센터링 핀 사이의 지지는 가요성 아암(16)의 자유단에 인접하며, 하부 코어판 상의 발(9)의 지지면 바로 옆에 위치되며, 센터링 핀 상의 만곡에 의하여 응력의 발생 방지를 더욱 허용한다. 우발적인 상태들 하에서의 가로 응력의 경우에, 직경(DD)의 상기 계산에 의해 선택된 값으로 인하여, 가요성 아암(16)은 관통공(18)의 내면에 인접하고, 센터링 핀은 하부 코어판에 인접한 그 표면의 일부에 의해 유지되기 때문에 만곡에 의해 강제되지(urged) 않는다.

직경(DD)의 계산 및 설정은 연료 조립체의 하부 횡단부편의 발들을 가공 또는 재가공하는 것에 의하여 관통공(18)의 구성을 허용한다.

그 유지를 보장하기 위하여 연료 조립체에 적용되는 압축력들의 실질적인 제한을 얻기 위하여, 연료 조립체의 하부 횡단부편의 관통공들에 그리고 상부 횡단부편의 관통공들에 탄성 부시들을 위치시키는 것이 필요할 수 있다. 이 경우에, 제동은 하부 코어판의 안내핀들의 표면에서 그리고 상부 코어판의 핀들의 표면에서 초래된다.

연료 조립체의 상부 횡단부편의 프레임(8a)의 관통공(12)들에 위치될 수 있는 탄성 부시들의 구성 및 장착은 기술되지 않을 것이며, 상부 횡단부편의 관통공들에서의 탄성 제동 부시들의 장착은 연료 조립체의 하부 횡단부편의 발의 관통공들에서의 탄성 부시들의 장착과 유사한 방식으로 초래된다.

탄성 부시(15)는, 높은 탄성 한계를 가지고 소성 흐름에 약간 민감한 재료로 구성될 수 있다. 특히, 합금 750 또는 합금 718 같은 니켈합금, 강 Z12CN13과 같은 마르텐사이트 스테인리스 강, 또는 티타늄 또는 그 합금들 중 하나와 같은 것을 이용하는 것이 가능하다. 연료 조립체들의 횡단부편들이 오오스테나이트 스테인리스강으로 구성되기 때문에, 횡단부편 들의 관통공들에서의 수축 끼움에 의하여 탄성 부시들의 고정은 부시들에 대해 계획된 탄성 재료들이 오오스테나이트 강들의 팽창계수보다 작은 팽창 계수를 가지기 때문에 일부 문제점들이 존재할 수 있다. 일부의 경우에, 용접에 의하여 탄성 부시와 횡단부편 사이의 연결을 수행하는 것이 가능하고 바람직하다. 다른 경우에, 탄성 부시와 횡단부편 사이의 나사 결합형 조립을 사용하는 것이 필요할 수 있으며, 나사 결합된 조립체의 고정은 나사 결합될 수 있는 탄성 부시를 만들기 위하여 제공된다.

상기된 바와 같은 부시들과 같은 탄성 부시들을 사용하는 것은 횡단부편 당 얻어지는 수백의 daN, 예를 들어 조립체 당 300 내지 400 daN의 마찰 부하들을 허용한다.

연료 조립체와 조립체의 센터링 핀들 사이에서 이러한 축선 방향 마찰 부하들을 얻는 것은 연료 조립체에 적용되는 압축 부하에서의 상당한 감소를 허용한다. 얻어진 압축 부하에서의 감소는 50%이상일 수 있으며, 이는 연료 조립체에 대해 보다 경량의 구조를 허용한다.

도 5는 센터링 핀(11)의 나사 부분에 나사 결합되는 너트(11＇)에 의해 하부 코어판(2)에 고정되는 핀(11)을 도시하며, 센터링 핀은 하부 코어판(2)을 통하여 연장하는 관통공에 결합된다.

도 4a에서 볼 수 있는 바와 같이, 2개의 핀(11)들은 이것들이 연료 조립체의 하부 횡단부편의 2개의 관통공들에 결합되는 것을 허용하는 배열로 연료 조립체의 각각에 대해 수직으로 하부 코어판(2)에 고정된다.

핀(11)들은 하부 코어판 상에서 한 측부에 배치되고, 그외의 2개의 물 흐름 관통공(20)은 연료 조립체에 물을 공급하여 흐를 수 있게 한 것이다.

도 4a는 도 4a에 도시된 위치에서 하부 코어판에 머물도록 의도된 연료 조립체의 하부 횡단부편에 이전에 결합되었던 본 발명에 따른 2개의 탄성 부시(15)들을 도시하고, 탄성 부시(15)는 상술한 바와 같이 핀(11)들과 결합하는 횡단부편의 관통공들 내측에 고정된다. 만족한 상태 하에서, 즉 핀(11)에 대한 과잉의 만곡 부하를 적용함이 없이 핀(11)들과 탄성 부시(15)의 결합을 초래하기 위하여, 탄성 부시들이 연료 조립체의 횡단부편에 구성되고 고정될 때, 센터링 핀(11)의 원통 부분의 직경(DS, 도 5 참조)과 센터링 핀들의 원통 표면에 가장 가까운 선과 원통 표면에 멀리 떨어진 선들 사이의 거리(L1,L2)에 대하여 허용된 공차들을 고려하는 것이 필요하다.

원자로의 하부 코어판의 모든 핀의 패턴이 만들어졌고, 변수(DS,L1,L2)들의 최대 편차 분포가 설정되었다.

탄성 부시들을 제공하는데 필요한 내경(DI)은 이로부터 계산되었다.

상술된 바와 같이, 횡단부편을 통하여 연장되고 부시(15)를 장착하기 위하여 제공 또는 재가공되어야만 되는 관통공의 직경(DD)은 이로부터 계산된다.

탄성 부시(15)들은 또한 연료 조립체들의 각각에 대해, 하부 코어판(2)의 핀(11)들에 대해 초래되는 부시의 센터링 준비와, 연료 조립체에 적용되는 압축력이 상당히 감소되는 것을 허용하는 마찰력을 초래하는 부시들의 양호한 클램핑을 허용하는 방향으로 장착되어야만 된다.

2개의 상반된 목적들은, 도 4b에 도시된 바와 같이, 탄성 부시(15)가 배열되는 대각선에 대해 수직인 방향으로 보다 강력한 클램핑을 초래하기 위하여 부시들을 배향하고 타원형 지지 표면들을 가지는 부시들을 사용하여 조화될 수 있다.

그러므로, 본 발명은 필요한 유지력, 즉 연료 조립체의 구조상에 작용하는 압축력은 간단하고 효과적으로 감소되는 것을 허용하며, 이는 보다 가벼운 연료 조립체 구조들이 사용되는 것을 허용한다.

본 발명은 기술된 실시예들에 한정되지 않는다.

그러므로, 탄성 부시들은 상술된 것과 다른 형상의 것일 수도 있으며, 탄성 부시들은 연료 조립체의 수직 변위를 제동하기 위한 임의의 다른 수단들과 연관될 수도 있다.

본 발명은 물에 의해 냉각되는 임의 형태의 원자로에 적용될 수 있다.

Claims (10)

1. 원자로에서 작업 동안 연료 조립체(1)를 통과하는 냉각수의 유압 추력을 보상하기 위하여 원자로의 연료 조립체(1)에 적용되는 유지 부하들을 제한하는 방법으로서, 상기 연료 조립체는 서로 나란한 연료봉들(5)의 다발을 수용하고 냉각수가 흐르는 연료 조립체(1)의 길이 방향에 수직인 횡단부편들(7,8)에 의하여 그 단부들에서 폐쇄되는 뼈대를 포함하고, 각각의 상기 횡단부편들(7,8)은 하부 코어 지지판(2) 또는 상부 코어판(3)의 센터링 핀(11,13)을 각각 수용하도록 의도된 적어도 2개의 축선 방향 센터링 관통공들(10,12)을 포함하는, 상기 원자로의 연료 조립체(1)에 적용되는 유지 부하들을 제한하는 방법에 있어서,

   적어도 하나의 센터링 관통공에 대해 연료 조립체(1)의 적어도 하나의 횡단부편들(7,8)의 센터링 핀(11,13)과 마찰 결합하기 위한 탄성 부시(15)가 구성되고, 상기 탄성 부시는, 그 외경이 최대이고 또한 그 외경이 그 축선 길이의 일부분에 걸쳐서 횡단부편들(7,8)의 센터링 관통공(10,12,18)의 직경과 적어도 동일한 고정부(15a)를 가지는 환형 부재와, 탄성 부시(15)의 고정부(15a)와 탄성 부시(15)의 자유 단부 사이에서 탄성 부시(15)의 전체 길이에 걸쳐서 축선 방향의 적어도 2개의 개구들(17)에 의하여 서로 분리되는 적어도 2개의 가요성 아암들(16)을 포함하고, 탄성 부시의 일부분은 센터링 관통공의 직경보다 작은 외경을 가지는 가요성 아암들(16)과 가요성 아암들(16)의 자유 단부 부분에서 탄성 부시(15)의 내측에 방사상으로 돌출하고 그 내경이 센터링 핀들(11,13)의 직경보다 작은 환형 지지면(19)을 가지며, 연료 조립체(1)의 적어도 하나의 횡단부편(7,8)의 센터링 관통공(10,12,18)은 탄성 부시의 고정부(15a)의 외경과 동일한 직경을 가지도록 구성되며, 탄성 부시(15)는 적어도 하나의 횡단부편(7,8)의 센터링 관통공에 고정되는 것을 특징으로 하는 원자로의 연료 조립체에 적용되는 유지 부하들을 제한하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 탄성 부시(15)는 크림핑(crimping), 팽창-롤링(expansion-rolling), 용접, 나사 결합(screwing)의 방법들 중 적어도 하나에 의하여 연료 조립체의 횡단부편(7,8)의 센터링 관통공(10,12)에 고정되는 것을 특징으로 하는 원자로의 연료 조립체에 적용되는 유지 부하들을 제한하는 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 탄성 부시(15)는 연료 조립체의 횡단부편들(7,8) 중 단지 하나의 횡단부편의 센터링 관통공들(10,12,18)에 고정되는 것을 특징으로 하는 원자로의 연료 조립체에 적용되는 유지 부하들을 제한하는 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 탄성 부시(15)는 하부 횡단부편(7)의 센터링 관통공들(10,18)에 고정되는 것을 특징으로 하는 원자로의 연료 조립체에 적용되는 유지 부하들을 제한하는 방법.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 탄성 부시(15)는 연료 조립체의 상부 횡단부편(8) 및 하부 횡단부편(9) 각각의 센터링 관통공들에 고정되는 것을 특징으로 하는 원자로의 연료 조립체에 적용되는 유지 부하들을 제한하는 방법.
6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 탄성 부시들은 연료 조립체의 횡단부편에 결합되도록 의도된 센터링 핀들 사이의 간격과 센터링 핀의 원통 결합 부분의 직경에 대한 공차들을 고려하기 위하여 센터링 핀들(11,13)의 원통형 결합 부분의 직경보다 큰 내경(DI)을 갖도록 구성되는 것을 특징으로 하는 원자로의 연료 조립체에 적용되는 유지 부하들을 제한하는 방법.
7. 서로 나란한 연료봉들(5)의 다발을 수용하고 냉각수가 흐르는 연료 조립체(1)의 길이 방향에 수직인 횡단부편들(7,8)에 의하여 그 단부들에서 폐쇄되는 뼈대를 포함하고, 각각의 상기 횡단부편(7,8)들은 하부 코어판(2) 또는 상부 코어판(3)의 센터링 핀(11,13)을 각각 수용하도록 의도된 적어도 2개의 축선 방향 센터링 관통공들(10,12,18)을 포함하는, 원자로의 연료 조립체에 있어서,

   연료 조립체(1)의 횡단부편들(7,8)중 적어도 하나의 횡단부편의 적어도 하나의 센터링 관통공(10,12)의 내측에 탄성 부시(15)가 고정되고, 상기 탄성 부시(15)는 그 외경이 최대이고 또한 그 외경이 그 축선 길이의 일부분에 걸쳐 센터링 관통공(10,12)의 직경과 적어도 동일한 고정부(15a)를 가지는 환형 부재와, 탄성 부시(15)의 자유 단부와 고정부(15a) 사이에서 탄성 부시(15)의 전체 길이에 걸쳐서 축선 방향의 적어도 2개의 개구부들(17)에 의하여 서로 분리되는 적어도 2개의 가요성 아암들(16)을 포함하고, 고정부(15a)의 직경보다 작은 외경과 가요성 아암들(16)의 자유 단부 부분에 탄성 부시(15)의 내측에 방사상으로 돌출하고 횡단부편의 센터링 관통공들에 도입되도록 의도된 센터링 핀들(11,13)의 직경보다 작은 내경을 갖는 환형 지지면(19)을 가지는 것을 특징으로 하는 원자로의 연료 조립체.
8. 제 7 항에 있어서, 탄성 부시(15)가 고정되는 연료 조립체의 횡단부편의 센터링 관통공들(10,12,18)은 센터링 핀들(11,13)의 직경보다 큰 직경을 가지며, 센터링 관통공들의 직경은 다음의 방정식에 의하여 결정되며; DD = DB + DI - DC, 여기에서 DD는 횡단부편(7)의 센터링 관통공(18)의 직경이고, DI는 탄성 부시(15)의 유동 부분의 내경이고, DB는 탄성 부시(15)의 가요성 아암(16)들의 외경이며, DC는 탄성 부시(15)의 탄성 아암들(16)의 내부 지지 부분의 직경인 것을 특징으로 하는 원자로의 연료 조립체.
9. 제 7 항에 있어서, 탄성 부시(15)의 유동 부분의 내경(DI)은, 연료 조립체의 횡단부편(7,8)에 도입되도록 의도된 센터링 핀(11,13)들의 간격과 센터링 핀들의 직경에 대한 공차들을 고려하기 위하여 센터링 핀(11,13)의 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 원자로의 연료 조립체.
10. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 유압 추력의 작용하에서 수직 방향으로 연료 조립체의 변위 동안 탄성 부시(15)의 환형 지지면(19)과 센터링 핀(11,13)의 접촉 및 마찰을 최적화하기 위하여, 탄성 부시(15) 내측의 환형 지지면(19)에서 센터링 핀(11,13)과의 접촉을 위한 타원 형태의 지지면들 및 원형 형태의 지지면들이 제공되는 것을 특징으로 하는 원자로의 연료 조립체에 적용되는 유지 부하들을 제한하는 방법.

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