專利名稱：核燃料棒的包殼管及制造包殼管的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬制造的用于核燃料棒的包殼管。
背景技術(shù)：
在某些類型的核反應(yīng)堆中，如包括沸水反應(yīng)堆(BWR)和壓水反應(yīng)堆(PWR)的輕水反應(yīng)堆(LWR)，包括那些俄羅斯設(shè)計(jì)的VVER (英文為Water Water Energy Reactor)，核燃料包裝在核燃料組件中，每個(gè)組件包括一束核燃料棒，每個(gè)燃料棒包括容納核燃料的柱形包殼管和焊接在包殼管端部的封閉塞。在工作時(shí)，熱傳遞流體(BWR中的沸水或者PWR中的加壓水)沿燃料棒流動(dòng)，以便提取核燃料產(chǎn)生的熱量。然后，被加熱的流體用于把這些熱量轉(zhuǎn)換為電能。人們希望核燃料的包殼管具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，以便足以抵抗由管內(nèi)接納的核燃料施加的內(nèi)應(yīng)力和在核反應(yīng)堆內(nèi)遇到的外應(yīng)力，同時(shí)有利于核燃料與熱傳遞流體之間的熱交換。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出有利于管的內(nèi)部和外部之間的熱交換同時(shí)又很結(jié)實(shí)的核燃料包殼管。為此，本發(fā)明提出一種用于核燃料棒的包殼管，由金屬制造，在其外表面包括凹坑。根據(jù)其它實(shí)施例，該包殼管包括以下可單獨(dú)考慮或進(jìn)行任何可能的技術(shù)組合的特征中的一個(gè)或多個(gè)-包殼管具有光滑的內(nèi)表面；-包殼管的外徑在6-20毫米之間；-包殼管的壁厚在0.4-1. 5毫米之間；-每個(gè)凹坑的深度為包殼管壁厚的10%-60% ；-每個(gè)凹坑具有橢圓形或圓形的輪廓；-每個(gè)凹坑的輪廓具有大于0.8毫米的最大尺寸；-包殼管由以鋯基合金制成；以及-凹坑通過(guò)沖壓得到。本發(fā)明還涉及包括核燃料棒束的核燃料組件，每個(gè)核燃料棒包括充填有堆疊的核燃料芯塊的包殼管，其中至少一個(gè)燃料棒的包殼管是如上定義的包殼管。本發(fā)明還涉及通過(guò)周期式軋管法從管狀坯件制造金屬包殼管的方法，在該方法中，通過(guò)在插入坯件內(nèi)的芯軸與置于芯軸旁且沿芯軸往復(fù)運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)壓模之間的軋制、以及通過(guò)使坯件在壓模的往復(fù)運(yùn)動(dòng)之間沿芯軸前進(jìn)而使坯件逐漸變形，在該方法中，在坯件的軋制過(guò)程中在坯件的外表面上形成凹坑。根據(jù)其它實(shí)施例，該方法包括以下可單獨(dú)考慮或進(jìn)行任何可能的技術(shù)組合的特征中的一個(gè)或多個(gè)-借助置于其中一個(gè)壓模上的至少一個(gè)沖頭形成凹坑；-坯件的直徑在周期式軋管的過(guò)程中減??；-在周期式軋管法的過(guò)程中，凹坑在相對(duì)于使坯件沿芯軸前進(jìn)的方向的芯軸的前端形成；-坯件在壓模的往復(fù)運(yùn)動(dòng)之間圍繞芯軸的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)；以及-金屬管具有光滑的內(nèi)表面。本發(fā)明還涉及用于從管狀坯件制造金屬管的周期式軋管設(shè)備，該設(shè)備包括至少兩個(gè)壓模和一個(gè)接納在壓模之間的芯軸，壓模安裝成沿芯軸進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，用于在芯軸與壓模之間軋制裝在芯軸上的坯件，其中至少一個(gè)壓模具有至少一個(gè)沖頭，以在壓模的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，在裝在芯軸上的坯件的外表面上形成凹坑。根據(jù)其它實(shí)施例，該設(shè)備包括以下可單獨(dú)考慮或進(jìn)行任何可能的技術(shù)組合的特征中的一個(gè)或多個(gè)-每個(gè)壓模包括外周凹槽，壓模的凹槽形成芯軸在壓模之間的通道，每個(gè)沖頭置于相應(yīng)壓模的凹槽的底部；-芯軸的形狀沿其軸線收斂，所述沖頭或每個(gè)沖頭置于相應(yīng)壓模的凹槽的標(biāo)定區(qū)， 當(dāng)壓模前進(jìn)并包圍芯軸的直徑較小的端部時(shí)，該壓模限定芯軸的通道；-每個(gè)壓模包括至少一個(gè)沖頭。


通過(guò)閱讀下面只作為例子給出的描述并參照附圖可以更好地了解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，附圖中-圖1和2示出根據(jù)本發(fā)明的周期式軋管設(shè)備的示意側(cè)視圖；-圖3和4分別示出沿圖1和2中的III-III和IV-IV的剖視圖；-圖5和6分別示出用圖1-4的設(shè)備得到的核燃料包殼管的側(cè)視圖和截面圖；-圖7和8分別示出包括一束從圖5和6的包殼管形成的燃料棒的核燃料組件的側(cè)視和截面示意圖；-圖9示出在模擬冷卻劑喪失事故的試驗(yàn)后的根據(jù)本發(fā)明的包殼管和傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的
包殼管。
具體實(shí)施例方式圖1和2所示的周期式軋管設(shè)備2使得可以從管狀的金屬坯件4開(kāi)始無(wú)需焊接來(lái)制造核燃料棒的包殼管，管狀坯件4初始為圓柱形，直徑大于希望得到的管的直徑，長(zhǎng)度小于希望得到的管的長(zhǎng)度。設(shè)備2以常規(guī)的方式包括一個(gè)芯軸6和兩個(gè)位于芯軸6的每一側(cè)的壓模10，壓模 10用于沿芯軸6進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，以便軋制裝在芯軸6上的坯件4。芯軸6沿縱向軸線L延長(zhǎng)。芯軸6圍繞它的軸線L呈旋轉(zhuǎn)對(duì)稱，它具有從芯軸6 的直徑較大的后端向芯軸6的直徑較小的前端的收斂形狀。更準(zhǔn)確地，芯軸6具有向前收斂的截錐形的中央部分14、使中央部分14向后延伸的入口部分16、和使中央部分14向前延伸的標(biāo)定部分18(圖1和2)。入口部分16的外徑基本等于坯件4的初始內(nèi)徑。入口部分16基本為圓柱形。標(biāo)定部分18的截面基本對(duì)應(yīng)希望制造的管的內(nèi)表面。標(biāo)定部分18以已知的方式具有很小的錐度，并且向前收斂，以便于在芯軸6的前端取出坯件4。每個(gè)壓模10的形狀為以A為軸線的圓筒，具有在其外周表面22上延伸的圓周凹槽20。每個(gè)壓模10的凹槽20具有半圓形的橫截面，并且直徑從凹槽20的入口區(qū)M到凹槽20的標(biāo)定區(qū)沈連續(xù)地減小。壓模10置于芯軸6的每一側(cè)，使得它們的凹槽20互相面對(duì)，并在壓模10之間限定芯軸6的通道。壓模10的軸線A與軸線L垂直，并且互相平行。壓模10以已知的方式安裝，以便圍繞它們的軸線A反向旋轉(zhuǎn)，并且可沿軸線L平移，使得能夠沿芯軸6移動(dòng)，同時(shí)圍繞它們的軸線A轉(zhuǎn)動(dòng)，并進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)。在退回位置(圖1)，入口部分16接納在入口區(qū)M中。壓模10與芯軸6 —起限定基本具有坯件4初始狀態(tài)的尺寸的環(huán)形通道(圖3)。在前移位置(圖幻，標(biāo)定部分18接納在標(biāo)定區(qū)26。壓模10與芯軸6 —起限定基本具有所希望得到的管的尺寸的環(huán)形通道(圖4)。壓模10通過(guò)沿箭頭Rl方向的旋轉(zhuǎn)和沿箭頭Fl方向的前進(jìn)從退回位置向前移位置“向前”移動(dòng)(圖1)。反過(guò)來(lái)，壓模10通過(guò)沿箭頭R2方向的旋轉(zhuǎn)和沿箭頭F2的向后運(yùn)動(dòng)從前移位置向退回位置“返回”移動(dòng)(圖2)。以已知的方式，設(shè)備2包括用于使裝在芯軸6上的坯件4沿芯軸移動(dòng)并使芯軸6 圍繞軸線L樞轉(zhuǎn)的部件(未示出)，以便使坯件4圍繞軸線L轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖4所示，每個(gè)壓模10包括從它的凹槽20底部突起的沖頭30，以便在壓模10 的往復(fù)運(yùn)動(dòng)中在坯件4的外表面12上印上凹坑48。在本發(fā)明中，凹坑48 —般指在表面上的空心的凹痕或凹陷。每個(gè)壓模10的沖頭30置于該壓模10的凹槽20的標(biāo)定區(qū)26，以便在壓模10處在芯軸6前端的前移位置時(shí)形成凹坑48。為了安裝沖頭30，壓模10具有接納沖頭30的鏜孔32，鏜孔相對(duì)其軸線A徑向穿過(guò)壓模10延伸，并開(kāi)通到其凹槽20的標(biāo)定區(qū)沈的底部。鏜孔32為階梯狀，并且包括一些直徑從壓模10的內(nèi)部向外部減小的同軸的圓柱形縱向部分，這些部分由相對(duì)鏜孔32的軸線為徑向的凸肩分開(kāi)。沖頭30具有盤形足部34和柱形桿40，足部接納在鏜孔32內(nèi)并通過(guò)環(huán)形間隔件 38頂靠凸肩36，柱形桿從足部34穿過(guò)鏜孔32延伸到向凹槽20開(kāi)放的鏜孔32的端部。桿40的自由端突出到凹槽20內(nèi)，并形成沖頭30的尖端42。在所示的例子中，尖端42的形狀為球截體。每個(gè)壓模10包括定位螺絲44，該螺絲旋擰在鏜孔32的縱向螺紋部分中并頂靠足部34的與桿40相對(duì)的一側(cè)。定位螺絲44擰緊，以便使沖頭30通過(guò)間隔件38保持頂靠凸肩36。間隔件38的厚度的選擇使得可以調(diào)節(jié)尖端42突出到凹槽20中的高度，因此調(diào)節(jié)尖端42形成的凹坑48的尺寸。
本發(fā)明不限于所示的軋制設(shè)備2。軋制設(shè)備2的其它實(shí)施例可以具有不同的壓模 10數(shù)量和安裝方式、以及沖頭30的數(shù)量和/或位置。例如作為變型，至少其中一個(gè)壓模10 沒(méi)有沖頭30。作為變型或選項(xiàng)，至少一個(gè)壓模10包括多個(gè)沖頭30.沖頭30不一定位于凹槽20的標(biāo)定區(qū)26。作為變型或選項(xiàng)，一個(gè)壓模10在標(biāo)定區(qū) 26上游的凹槽20的區(qū)域包括一個(gè)或多個(gè)沖頭30，以便在與芯軸6的錐形中央部分14相對(duì)的坯件4上形成凹坑48。根據(jù)由沖頭30留在坯件4上的凹坑48所被希望賦予的形狀來(lái)選擇尖端42?？梢栽O(shè)置沖頭30位置的調(diào)節(jié)部件，可以與示例中的不同。圖1至4的設(shè)備2可以實(shí)施周期式軋管法，以便從圓柱形的管狀金屬坯件4得到具有光滑的圓柱形內(nèi)表面8和帶有凹陷的凹坑48的圓柱形外表面12的圓柱形管，而不損壞內(nèi)徑d或內(nèi)表面8。在周期式軋管法中，借助通過(guò)在退回位置(圖1)與前移位置(圖幻之間沿芯軸 6的往復(fù)運(yùn)動(dòng)而聯(lián)合移動(dòng)的壓模10，并使坯件4在往復(fù)運(yùn)動(dòng)之間沿軸線L向前運(yùn)動(dòng)，而使坯件4通過(guò)在芯軸6上的軋制逐漸變形。為此，芯軸6插入管狀坯件4的內(nèi)部，坯件初始時(shí)具有在其整個(gè)長(zhǎng)度上恒定的橫截面，并且具有光滑的內(nèi)表面8和光滑的外表面12。然后，壓模10通過(guò)重復(fù)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)在退回位置(圖1)和前移位置(圖2~)之間移動(dòng)，并且坯件4在往復(fù)運(yùn)動(dòng)之間沿芯軸6向前移動(dòng)。當(dāng)坯件4已經(jīng)相對(duì)芯軸6前進(jìn)時(shí)，它的形狀不再與芯軸6的形狀一致。在壓模10 隨后的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，坯件4通過(guò)在壓模10與芯軸6之間的軋制而變形。當(dāng)坯件4沿芯軸6足夠前移時(shí)，在壓模10向前行程的終端，每個(gè)沖頭30在坯件4 的位于芯軸6前端的部分50上形成一個(gè)凹坑48。坯件4的延伸到芯軸6之外的長(zhǎng)度部分52具有圓柱形的管狀形狀，并且它的外表面12上具有凹坑48，內(nèi)表面8保持光滑。長(zhǎng)度部分52對(duì)應(yīng)于希望得到的用于作為核燃料棒的包殼管討的管。由于壓模10的重復(fù)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)和坯件4沿芯軸6的移動(dòng)，坯件4通過(guò)相繼的步驟沿芯軸6前進(jìn)，并逐漸形成所希望的形狀。因此，坯件4被伸長(zhǎng)，并且它的直徑減小。為了形成分布在坯件4外表面12的整個(gè)圓周上的凹坑48，壓模10的往復(fù)運(yùn)動(dòng)和坯件4沿芯軸6的軸向移動(dòng)與坯件4圍繞軸線L的轉(zhuǎn)動(dòng)移動(dòng)相結(jié)合。這樣，在壓模10的兩個(gè)相繼的往復(fù)運(yùn)動(dòng)之間，坯件4沿芯軸6移動(dòng)，并且/或者坯件4圍繞軸線L轉(zhuǎn)動(dòng)移動(dòng)。圖5和6示出借助圖1至4的設(shè)備2通過(guò)本發(fā)明的周期式軋管法得到的包殼管M 的長(zhǎng)度的一部分。該包殼管M是具有軸線L的圓柱形管狀，它具有光滑的圓柱形內(nèi)表面8和圓柱形外表面12，外表面具有周期式軋管法過(guò)程中在外表面12、在包殼管M的壁厚內(nèi)形成的凹坑 48。凹坑48按照沿包殼管M重復(fù)的圖案分布。在圖5和6的例子中，凹坑48包括系列的位于同一徑向平面且圍繞軸線L以角度 β分布的凹坑48。兩個(gè)相鄰系列的凹坑48軸向錯(cuò)開(kāi)一個(gè)間距P，并且圍繞軸線L角度上錯(cuò)開(kāi)一個(gè)角度α。
為了得到這樣的圖案，在周期式軋管法的過(guò)程中，通過(guò)使坯件4在每個(gè)往復(fù)運(yùn)動(dòng)之間圍繞軸線L轉(zhuǎn)動(dòng)角度β而坯件4不前進(jìn)來(lái)實(shí)施多個(gè)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。然后坯件4轉(zhuǎn)動(dòng)角度 α，并前進(jìn)步長(zhǎng)P。然后重新開(kāi)始這些操作。凹坑48的分布不限于圖5和6中所示的例子。通過(guò)改變坯件4的轉(zhuǎn)動(dòng)幅度、坯件4在壓模10的往復(fù)運(yùn)動(dòng)之間前進(jìn)的步長(zhǎng)、壓模 10的數(shù)量、每個(gè)壓模10裝載的沖頭30的數(shù)量、以及/或者沖頭30在壓模10上的位置，可以得到其它的圖案。例如，可以在壓模10的每次往復(fù)運(yùn)動(dòng)之間轉(zhuǎn)動(dòng)坯件4并使其前進(jìn)。這樣的結(jié)果是， 當(dāng)每個(gè)壓模10包括一個(gè)沖頭30時(shí)，得到呈圍繞包殼管M的雙螺旋布置的凹坑48。有利的是，凹坑48在外表面上規(guī)則地分布，并且/或者在外表面上按照規(guī)則的重復(fù)圖案分布。凹坑48的形狀由深度為e的沖頭30的尖端42確定(圖6)。在所示的例子中，凹坑48的形狀為半徑為W的球截體(圖5)。因此凹坑48底部的曲率半徑為W。凹坑48的輪廓基本為圓形。凹坑48的形狀不限于該實(shí)施例。凹坑48的形狀取決于沖頭30的形狀。在一變型中，凹坑48的輪廓例如為橢圓形。在這種情況下，橢圓的主軸方向?yàn)榭v向。在一變型中，主軸與軸線L形成一角度。每個(gè)壓模10的一個(gè)或多個(gè)沖頭30最好位于凹槽20的標(biāo)定區(qū)沈，使得在壓模10 最后一次在部分50上通過(guò)的過(guò)程中在坯件4的部分50中形成凹坑48。這樣能夠控制凹坑 48的形狀，因?yàn)槭窃诓糠?0基本處于其最終變形狀態(tài)的最后階段形成凹坑。圖7示出PWR型輕水核反應(yīng)堆的核燃料組件56的示意圖。在此類反應(yīng)堆中，工作時(shí)，輕水作為核反應(yīng)的慢化劑，并且作為熱交換的熱傳遞流體。組件56沿縱向方向B延伸，當(dāng)組件56置于核反應(yīng)堆堆芯中時(shí)，組件為豎直方向。 該方向是水的主要流動(dòng)方向。組件56以已知方式包括一束含有裂變材料的核燃料棒58和支撐并保持燃料棒58 的結(jié)構(gòu)60。結(jié)構(gòu)60通常包括下管嘴62、上管嘴64、導(dǎo)向管66和用于保持燃料棒58的格柵 68。下管嘴62和上管嘴64位于組件56的縱向端部。導(dǎo)向管66在管嘴62和64之間縱向延伸，并且在它們的縱向端固定在管嘴62、64 上。這樣，導(dǎo)向管66使管嘴62和64互相連接。以傳統(tǒng)的方式，導(dǎo)向管66用于通過(guò)它們的開(kāi)放上端接納不合有裂變材料的桿束 (未示出)，并且當(dāng)這些桿束存在或者或多或少地插入時(shí)，基本可以控制核反應(yīng)。在一變型中，至少一個(gè)導(dǎo)向管66被儀器管取代，該儀器管用于通過(guò)它的開(kāi)放下端插入反應(yīng)堆的檢測(cè)
直ο格柵68固定在導(dǎo)向管66上，并且在管嘴63和64之間沿導(dǎo)向管66分布。燃料棒58縱向地置于一束中，并穿過(guò)格柵68延伸。格柵68保證燃料棒58保持在結(jié)構(gòu)60中。燃料棒58的末端距離管嘴62、64 —定距離。每個(gè)燃料棒58由根據(jù)圖5和6的包殼管M形成，包殼管充填有在包殼管M內(nèi)堆疊的圓柱形的核燃料芯塊70 (圖8)，并且由位于包殼管M端部的兩個(gè)塞子72封閉。燃料芯塊70的堆疊一般稱為“裂變柱”。如圖8所示，燃料棒58和導(dǎo)向管66位于具有方形基礎(chǔ)的柵網(wǎng)中。燃料棒58和導(dǎo)向管66通過(guò)格柵68保持分開(kāi)，使水在它們之間沿方向B(與圖8的平面垂直)通過(guò)。圖7和8示出用于PWR的具有方形點(diǎn)陣的典型的燃料組件56。用于VVER的燃料組件56 —般具有六邊形的點(diǎn)陣。BWR的燃料組件的結(jié)構(gòu)也不同，但是燃料芯塊和燃料棒是類似的，其尺寸與每個(gè)特定的設(shè)計(jì)相適應(yīng)。在所有情況下，包殼管討例如由鋯基合金制成。壓水反應(yīng)堆(PWR)的燃料組件的常規(guī)格柵限定帶有方形基礎(chǔ)的柵網(wǎng)，例如它的每一側(cè)包括14至19個(gè)格間，多個(gè)格間接納分布在柵網(wǎng)中的導(dǎo)向管，并且作為選項(xiàng)，一個(gè)中心格間用于接納儀器管。沸水反應(yīng)堆(BWR)的燃料組件的常規(guī)格柵限定帶有方形基礎(chǔ)的柵網(wǎng)，例如它的每一側(cè)包括6至13個(gè)格間，并且至少一個(gè)格間用于例如接納水桿或水道，該水桿或水道取代 1至5X5個(gè)燃料棒，并且在結(jié)構(gòu)中可以具有不同的形式和位置。在核反應(yīng)堆的工作過(guò)程中，水沿包殼管M流動(dòng)，以便與容納在包殼管M中的核燃料進(jìn)行熱交換。凹坑48增加了通過(guò)包殼管M的壁進(jìn)行的熱交換，因此改進(jìn)了組件56的工作和性能。事實(shí)上，每個(gè)凹坑48在包殼管M的外表面12上局部地產(chǎn)生有利于流體與包殼管 M之間的熱交換的渦流。更具體地，渦流以形成在凹坑48底部的漩渦的形式產(chǎn)生。漩渦引起水朝向凹坑48 的底部流動(dòng)，及蒸氣泡朝向凹坑48的外部流動(dòng)。此類渦流可對(duì)通過(guò)包殼管M壁的熱交換具有正面或負(fù)面的影響。盡管如此，本發(fā)明人進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)表明，這種影響在輕水核反應(yīng)堆(BWR或PWR)的使用條件下主要是正面的。在核反應(yīng)堆中遇到的一個(gè)現(xiàn)象是包殼管M外表面12上的氧化物顆粒層的沉積， 通常稱為“CRUD”(Chalk River UnidentifiedDeposit) 0該層限制了通過(guò)管壁的熱交換。 其結(jié)果是效率損失，并增加事故風(fēng)險(xiǎn)。本發(fā)明人進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)表明，凹坑48可以限制“CRUD”的形成。這可能是由于渦流漩渦防止了 CRUD的沉積。由于凹坑48在外表面12上形成空腔，因此水穿過(guò)組件56在燃料棒58之間的流動(dòng)間隙不受影響。這樣，相對(duì)于那些傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以保留包殼管M的外徑，并保持組件56 中用于水通過(guò)的自由橫截面?？梢韵嘈牛ㄟ^(guò)壓縮變形而得到凹坑48使得可以保留材料的均質(zhì)性，并且避免由材料去除方法(化學(xué)的、機(jī)械的等)所會(huì)產(chǎn)生的顆粒結(jié)構(gòu)的局部切割。本發(fā)明人進(jìn)行的測(cè)試表明，凹坑48在LOCA (冷卻劑喪失事故)事件中具有額外的有益作用，在冷卻劑喪失事故中，管的局部加熱導(dǎo)致隆起的形成，直到該隆起爆裂，從而容納在管中的燃料散失。圖9示出在LOCA試驗(yàn)后，第一個(gè)光滑外表面12的傳統(tǒng)管73 (左邊)和第二個(gè)根據(jù)本發(fā)明的包殼管54(右邊)。在假設(shè)的冷卻劑喪失事故中，燃料溫度在幾分鐘內(nèi)增加，直至堆芯緊急冷卻系統(tǒng)(ECCS)恢復(fù)堆芯的冷卻能力。已經(jīng)對(duì)各種溫度條件和持續(xù)時(shí)間進(jìn)行了多次常規(guī)試驗(yàn)，總是產(chǎn)生相同的表現(xiàn)。試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，第一個(gè)管73具有帶開(kāi)口 76的隆起74。第二個(gè)包殼管M具有尺寸較小但是在更大長(zhǎng)度上延伸的隆起78。這可能是由于隆起通常在壁厚減小(例如由于撞擊或刮擦)的區(qū)域附近并且在管的熱的區(qū)域開(kāi)始產(chǎn)生。凹坑48通過(guò)增加熱交換而改善了溫度均勻性，并且提供了在厚度中的分布變化，因此這可能是在更大長(zhǎng)度上延伸的強(qiáng)度較小變形的原因。因此，在LOCA的情況下，包殼管M可以堅(jiān)持更長(zhǎng)的時(shí)間。通過(guò)周期式軋管法的制造方法使得可以得到直徑小并且長(zhǎng)度大的無(wú)焊接的包殼管M。凹坑48在該過(guò)程中直接得到，而無(wú)需附加的制造階段。凹坑48在包殼管M的外表面12上得到，而不影響內(nèi)表面8，內(nèi)表面仍保持光滑， 并且它的直徑只取決于芯軸6。凹坑48在包殼管M的外表面12上的分布的調(diào)整很容易通過(guò)控制在壓模10的每次往復(fù)運(yùn)動(dòng)之間的坯件4的前進(jìn)和轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。借助沖頭30，很容易選擇凹坑48的形狀，并且很容易通過(guò)調(diào)節(jié)沖頭30來(lái)調(diào)節(jié)凹坑的深度e。在任何情況下，凹坑都是不穿透的凹穴，因此凹坑48的深度e小于包殼管M的壁厚。在通過(guò)機(jī)械、機(jī)電、化學(xué)或激光方式對(duì)管進(jìn)行加工而形成凹穴的制造方法中，是無(wú)法得到上述的優(yōu)點(diǎn)的。為制造包殼管M，特別可以選擇下面的因素-包殼管M的外徑D；-包殼管M的內(nèi)徑d;-包殼管M的壁厚；-每個(gè)凹坑48的形狀；-每個(gè)凹坑48底部的曲率半徑W;-凹坑48輪廓的較大尺寸(圓形輪廓的直徑或橢圓形輪廓的長(zhǎng)軸長(zhǎng)度)；-每個(gè)凹坑的深度e;-凹坑48在包殼管M的外表面12上的密度；-凹坑48在包殼管M的外表面12上的分布圖案。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，包殼管M的外徑D為6-20毫米之間，壁厚為0. 4_1. 5毫米之間。每個(gè)凹坑48底部的曲率半徑W為0.5-50毫米之間。每個(gè)凹坑48的深度e在包殼管討壁厚的10% -60%之間。凹坑48覆蓋包殼管M的外表面12的10% -60%。這些尺寸使得可以得到作為核燃料包殼管的包殼管M，該包殼管具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，同時(shí)允許令人滿意的通過(guò)包殼管M的熱交換。包殼管M例如由鋯基合金或由鋼制造。本發(fā)明特別應(yīng)用于輕水反應(yīng)堆核燃料的包殼管M的制造，并且更廣泛地用于制造管。在核燃料包殼管的不同應(yīng)用中，可以提供內(nèi)表面不光滑而是帶有縱向突起的管。 為此目的，芯軸6的標(biāo)定區(qū)沈的橫截面被進(jìn)行調(diào)整。
權(quán)利要求
1.用于核燃料棒(58)的包殼管64)，其由金屬制造，其特征在于，所述包殼管在其外表面(12)上包括凹坑(48)。
2.如權(quán)利要求1所述的包殼管，其具有光滑的內(nèi)表面(8)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的包殼管，其外徑(D)在6-20毫米之間。
4.如上述權(quán)利要求之一所述的包殼管，其壁厚在0.4-1. 5毫米之間。
5.如上述權(quán)利要求之一所述的包殼管，其中，每個(gè)凹坑G8)的深度為包殼管(54)的壁厚的 10% -60%。
6.如上述權(quán)利要求之一所述的包殼管，其中，每個(gè)凹坑G8)具有橢圓形或圓形的輪廓。
7.如權(quán)利要求6所述的包殼管，其中，每個(gè)凹坑08)的輪廓具有大于0.8毫米的最大尺寸。
8.如上述權(quán)利要求之一所述的包殼管，其由鋯基合金制成。
9.如上述權(quán)利要求之一所述的包殼管，其中，凹坑G8)通過(guò)沖壓得到。
10.核燃料組件(56)，包括一束核燃料棒(58)，每個(gè)燃料棒(58)包括充填有堆疊的核燃料芯塊(70)的包殼管(M)，其特征在于，至少一個(gè)燃料棒(58)的包殼管(54)是根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的包殼管(54)。
11.通過(guò)周期式軋管法從管狀坯件(4)制造金屬包殼管(54)的方法，其中，通過(guò)在插入坯件內(nèi)的芯軸(6)與置于芯軸(6)旁且沿芯軸(6)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)壓模(10)之間的軋制、以及通過(guò)使坯件(4)在壓模(10)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)之間沿芯軸(6)前進(jìn)而使坯件(4)逐漸變形，其特征在于，在坯件⑷的軋制過(guò)程中，在坯件⑷的外表面(12)上形成凹坑08)。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，借助置于其中一個(gè)壓模(10)上的至少一個(gè)沖頭 (30)形成凹坑(48)。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中，坯件的直徑在周期式軋管的過(guò)程中減小。
14.如權(quán)利要求11-13之一所述的方法，其中，在周期式軋管的過(guò)程中，凹坑08)相對(duì)于使坯件(4)沿芯軸(6)前進(jìn)的方向在芯軸㈩)的前端形成。
15.如權(quán)利要求11-14之一所述的方法，其中，坯件(4)在壓模(10)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)之間圍繞芯軸(6)的軸線(L)轉(zhuǎn)動(dòng)。
16.如權(quán)利要求11-15之一所述的方法，其中，金屬管具有光滑的內(nèi)表面(8)。
17.用于從管狀坯件(4)制造金屬管的周期式軋管設(shè)備O)，該設(shè)備包括至少兩個(gè)壓模 (10)和一個(gè)接納在壓模(10)之間的芯軸(6)，壓模(10)安裝成沿芯軸(6)進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)， 用于在芯軸(6)與壓模(10)之間軋制裝在芯軸(6)上的坯件G)，其特征在于，至少一個(gè)壓模(10)具有至少一個(gè)沖頭(30)，以便在壓模(10)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，在裝在芯軸(6) 上的坯件的外表面(12)上形成凹坑08)。
18.如權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中，每個(gè)壓模(10)包括外周凹槽(20)，壓模(10)的凹槽00)形成芯軸(6)在壓模(10)之間的通道，每個(gè)沖頭(30)置于相應(yīng)壓模(10)的凹槽00)的底部。
19.如權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其中，芯軸(6)的形狀沿其軸線(L)收斂，所述沖頭或每個(gè)沖頭(30)置于相應(yīng)壓模(10)的凹槽00)的標(biāo)定區(qū)06)，當(dāng)壓模(10)前進(jìn)并包圍芯軸(6)的直徑較小的端部時(shí)，壓模(10)限定芯軸(6)的通道。
20.如權(quán)利要求17-19之一所述的設(shè)備，其中，每個(gè)壓模(10)包括至少一個(gè)沖頭(30)。
全文摘要
金屬制造的用于核燃料的包殼管(54)，其外表面(12)包括凹陷的凹坑(48)。核燃料組件包括至少多個(gè)配有這種包殼管的核燃料棒。包殼管有利地通過(guò)周期式軋管法制造，凹坑在周期式軋管法的過(guò)程中形成。
文檔編號(hào)B29C59/00GK102239525SQ200980145823
公開(kāi)日2011年11月9日 申請(qǐng)日期2009年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月30日
發(fā)明者E·加爾邦, H·施密特, J·P·西莫努, J·布森, J·波伊克, J-L·杜杜, K·L·尼森, M·蓬斯, Y·沙博尼耶 申請(qǐng)人:阿?，m核能公司