專利名稱:具有一個(gè)自由端格架的核燃料組件的制作方法
本發(fā)明論述了核反應(yīng)堆的一種燃料組件。這種型式的燃料組件包括一個(gè)骨架或構(gòu)架，它有兩個(gè)端件并用一些細(xì)長(zhǎng)的構(gòu)件或拉桿(如導(dǎo)向管)連接在一起。組件還包括一些定位格架，它們由一個(gè)上端格架、一個(gè)下端格架和幾個(gè)中間格架組成。上述定位格架構(gòu)成了用來夾持燃料元件束使燃料元件固定在正方形網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)上的柵元。上述每根燃料元件有一個(gè)金屬外殼，其兩端用液密的塞子封閉，這些塞子將與相應(yīng)的端格架相嚙合。
本發(fā)明特別適用于(雖然不僅僅適用于)通常稱之為PWR的壓水核反應(yīng)堆。這種反應(yīng)堆中，沿組件配置的中間格架是用稱之為“鋯錫合金”(Zircolloy)的鋯基合金構(gòu)成，它具有低的中子吸收截面并在輻射下有軟的機(jī)械特性。
在上述型式的燃料組件中，定位格架完成幾種功能。它們確保在結(jié)構(gòu)上保護(hù)組件不受橫向沖擊，它們使冷卻劑流能夠混合，以及它們?cè)趥?cè)面支撐并固定含有裂變材料的燃料元件。
考慮到定位格架必須允許在組件構(gòu)架的細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件和燃料元件之間有不同的位移，可能有二種型式的定位格架。格架要么連接在燃料元件上，要么連接在屬于構(gòu)架或骨架的細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件上。
文件FR-A-2，088，009說明了一種由兩個(gè)平行的端件構(gòu)成的并由有規(guī)則地分布在正方網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上的拉桿所固定的剛性骨架。拉桿的直徑大體上等于燃料棒的直徑。定位格架是可滑動(dòng)地而不是固定地被連接在拉桿上。燃料元件的數(shù)量比拉桿多，定位格架與燃料元件一起移動(dòng)。并且由于在反應(yīng)堆運(yùn)行期間內(nèi)燃料元件的膨脹與拉桿的膨脹不同，所以定位格架在拉桿上滑動(dòng)。所述組件在不同的定位格架之間設(shè)有與拉桿同軸的支座套管，用來限制它們的移動(dòng)使之不超出予定極限。這種型式的組件具有一些缺點(diǎn)-如果燃料元件的伸長(zhǎng)達(dá)到相當(dāng)數(shù)值的話，上格架在拉桿上的滑動(dòng)可能過大，則有危及燃料元件束的導(dǎo)向和支撐的危險(xiǎn)，并且拉桿的磨損將很大。
-不可能采用(軟機(jī)械特性的)鋯合金作為組件中間部分的定位格架的材料。
-燃料元件支靠在組件下端件上，下端件構(gòu)成了上述燃料元件的支座支撐，但任何情況下都不可能具有足夠的夾緊使得能實(shí)現(xiàn)燃料元件的軸向支撐。
本發(fā)明的目的是要提供一種改進(jìn)的核反應(yīng)堆燃料組件，本發(fā)明的一個(gè)較特殊的目的是要提供一種組件，這種組件允許組件中間部分配置的中間格架采用一種具有低的中子吸收截面，同時(shí)在燃料棒由于溫度膨脹而伸長(zhǎng)時(shí)又可顯著地降低作用在燃料棒上的壓力的合金。從而降低了燃料棒和組件骨架的變形程度。
為此目的，本發(fā)明提供一種核反應(yīng)堆，它有一個(gè)包容冷卻劑的容器和一個(gè)放置在容器內(nèi)流過上述冷卻劑并包含許多相互靠近的直立核燃料組件的堆芯。
一個(gè)核燃料組件包括-一個(gè)由許多燃料元件組成的元件束，每根燃料元件有一個(gè)金屬外殼，在其二端用端塞封閉，端塞包括上端塞和下端塞。
一個(gè)用來夾持和支撐上述成平行關(guān)系的燃料元件束的構(gòu)架，上述構(gòu)架有一個(gè)上端件和一個(gè)下端件，用拉桿將它們剛性地連接在一起。還有許多沿拉桿間隔配置的定位格架，這些格架組成了排列在正方網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上的柵元，用來夾緊上述燃料元件。
上述定位格架包括二個(gè)端格架，包括一個(gè)上端格架和一個(gè)下端格架。上述上端格架和下端格架中的一個(gè)連接到所有燃料元件的相應(yīng)上端塞或下端塞上，并固定到拉桿上;而上述另一個(gè)端格架連接到每個(gè)燃料元件的另一個(gè)端塞上，并與拉桿可滑動(dòng)地連接。
許多固定在拉桿上并與燃料元件可滑動(dòng)地連接的中間格架。
從而燃料元件束可以從上述固定在拉桿上的一個(gè)端格架中伸長(zhǎng)和收縮，而同時(shí)又被構(gòu)架夾持和支撐。
本發(fā)明還提供了一種核反應(yīng)堆燃料組件，在這種組件中，上述上端格架和下端格架中至少有一個(gè)格架中用來夾持燃料元件的柵元包含有彈性葉片裝置，并且所有上述燃料元件每個(gè)相應(yīng)的上端塞或下端塞都做有凹槽，用于與上述彈性葉片裝置嚙合。
本發(fā)明還提供一種燃料組件，在這種組件中，彈性葉片裝置包括二個(gè)對(duì)稱地配置在相應(yīng)柵元內(nèi)的彈性葉片。
本發(fā)明還有一個(gè)目的是要提供一種組件，在這種組件中上端格架和下端格架中至少有一個(gè)是用緊配合方法連接到上述所有燃料元件的相應(yīng)上端塞或下端塞上，從而上述燃料元件之間可以有不同的膨脹或收縮。
此外，本發(fā)明提供一種具有下述特點(diǎn)的組件夾緊在燃料元件束一端的端塞上并固定在拉桿或細(xì)長(zhǎng)構(gòu)件上的端格架可以是下端格架或上端格架，但用下端格架比較好。
中間格架可以用稱之謂“鋯錫合金”(Zircalloy)的鋯基合金構(gòu)成，固定在拉桿上的端格架是用具有高機(jī)械性能的含有鐵、鉻和鎳的合金構(gòu)成，例如所熟悉的“因科鎳”類合金。
自由的端格架用“鋯錫合金”構(gòu)成更好，但也可用“因科鎳”或是用這二種材料制成。
通過下述作為一個(gè)非限制性例子所給出的具體裝置的描述，將能更好地理解本發(fā)明，說明參照了附圖，其中圖1是本發(fā)明燃料組件的局部正視圖;
圖2表示圖1組件的示意等軸視圖;
圖3是固定在相應(yīng)端格架上的一個(gè)端塞的放大局部視圖。
圖1和圖2表示了一個(gè)燃料組件1，該組件包括一個(gè)構(gòu)架，它有一個(gè)上端件2和一個(gè)下端件3，用在圖2中以點(diǎn)劃線表示的拉桿將它們連接在一起。組件1有一個(gè)上端格架5，一個(gè)下端格架6和一些中間格架7。格架構(gòu)成了處在正方網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上的燃料元件9的支持柵元8，對(duì)于輕水壓水堆的燃料組件來說，采用的正方網(wǎng)絡(luò)一般是正方形節(jié)距，17×17節(jié)點(diǎn)的柵格。每個(gè)燃料元件9有一個(gè)金屬外殼，在其二端用液密的上端塞和下端塞封閉，這些端塞與端格架5和6相連接。
上端格架和下端格架被連接到所有燃料元件的相應(yīng)的上端塞和下端塞上。參看圖2，圖上表示了一種摩擦固定連接方式，它是由上端格架和下端格架的支撐柵元直徑的局部減小而形成的。但其它方式的連接也是可以的。
參看圖2，導(dǎo)向管4被固定在端件2和3、下端格架6以及中間格架7上。相反，上端格架5是可以自由地在導(dǎo)向管上滑動(dòng)的，導(dǎo)向管與上述上端格架中的柵元12可滑動(dòng)地連接。
燃料元件9連接在下端格架6和上端格架5上，它們與中間格架7的柵元8可滑動(dòng)地配合。下端格架6一方面固定在導(dǎo)向管上，另一方面又固定在燃料元件9上，構(gòu)成了燃料元件的一個(gè)固定點(diǎn)。固定在上端格架5上的燃料元件束可以通過中間格架的柵元伸長(zhǎng)和收縮。上端格架本身適應(yīng)于沿構(gòu)架的導(dǎo)向管自由地滑動(dòng)。
燃料元件可利用摩擦件13連接到一個(gè)端格架上，從而允許燃料元件相對(duì)其它元件有不同的膨脹。盡管上端格架及連接的燃料元件束可整個(gè)移動(dòng)，但當(dāng)一個(gè)或多個(gè)元件受到的縱向局部應(yīng)力(相對(duì)于燃料元件束的其余元件來說)變得過大并超過予定值時(shí)，這種摩擦可使燃料元件能夠移動(dòng)。
顯然，將下端格架和上端格架所起的作用倒換一下，也可以獲得相同的結(jié)果。
在燃料棒伸長(zhǎng)和收縮以及輻射過程中，由于允許燃料元件束從一固定點(diǎn)整體地移動(dòng)，所以在端部不產(chǎn)生反抗力，從而消除了燃料棒彎曲的現(xiàn)象，而同時(shí)又使燃料棒在一個(gè)由于反應(yīng)堆一次流體的流動(dòng)從而應(yīng)力是十分嚴(yán)重的區(qū)域中得到很好的側(cè)面支撐。因此，這種自由的端格架(上端格架)就可提供一種改進(jìn)的組件，在這種組件中，由于燃料元件的伸長(zhǎng)和收縮產(chǎn)生的應(yīng)力，在燃料元件本身上的應(yīng)力以及在組件的構(gòu)架上的應(yīng)力在很大程度上被消除了。這樣減少了組件整體彎曲的危險(xiǎn)。
因此，組件的構(gòu)架不會(huì)顯著地變形，而這種變形可能會(huì)在裝卸輻射后的組件時(shí)發(fā)生問題。下部或上部固定的端格架用“因科鎳”構(gòu)成較好，這種材料可在燃料的整個(gè)壽期內(nèi)能保證裂變?nèi)剂显谐浞值膴A緊。沿組件配置的中間格架和固定的端格架可以用具有低中子吸收截面的“鋯合金”制成。在輻照下鋯合金的低機(jī)械性能不成為問題，因?yàn)椴灰笾虚g隔架和固定的端格架橫向支撐燃料元件。
圖3表示了一種將本發(fā)明組件的燃料元件9的一個(gè)端塞10固定到下端格架6上去的固定方式。端塞10在柵元8中通過格架6，柵元8包含有彈性葉片14，這種葉片可由適當(dāng)?shù)臋M截葉片的切面構(gòu)成，它們以已知的方法構(gòu)成格架。在端塞上做有凹槽15。柔性彈性葉片與凹槽15嚙合，并在橫向和軸向夾持燃料元件。這種葉片裝置使得燃料元件有足夠的支撐，以致不需要在二個(gè)端格架上都使用這種葉片裝置。與包含有固定在格架上的柔性的或彈性的葉片或彈簧來將燃料元件壓在格架中設(shè)置的支撐或凸臺(tái)上的熟知的燃料元件支撐裝置相比，這兒觀察不到松弛。
在運(yùn)行過程中，葉片的軸向剛度使它們能夠承受由重量、阿基米德壓力和水壓力所產(chǎn)生的軸向應(yīng)力，由彈性葉片施加的力與此應(yīng)力相適應(yīng)。因而，由于防松弛而施加在元件上的反向予應(yīng)力可以較低。葉片彈簧可以配置在軸向偏離的平面上，從而保證端塞更好地嵌入并減少了燃料元件的振動(dòng)。
權(quán)利要求
1.在一個(gè)核反應(yīng)堆中，該反應(yīng)堆有一個(gè)用來盛裝冷卻劑的容器和一個(gè)放置在上述容器中流過冷卻劑并包括許多互相靠近的直立燃料組件的堆芯，其中燃料組件包括一個(gè)由許多燃料元件組成的元件束，每根燃料元件有一個(gè)金屬外殼，在其兩端用端塞封閉，端塞包括上端塞和下端塞，一個(gè)用來夾持和支撐上述成平行關(guān)系的燃料元件束的構(gòu)架，該構(gòu)架有一個(gè)上端件和一個(gè)下端件，用拉桿將它們剛性地連接在一起，還有許多沿拉桿間隔配置的定位格架，這些格架構(gòu)成了排列在正方網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上的柵元，用來夾緊燃料元件，上述定位格架又包括兩個(gè)端格架，包括一個(gè)上端格架和一個(gè)下端格架，上述上端格架和下端格架中的一個(gè)連接到所有燃料元件的相應(yīng)上端塞或下端塞上，并固定到拉桿上，而上述另一個(gè)格架連接到每個(gè)燃料元件的另一個(gè)端塞上，并與拉桿可滑動(dòng)地連接，許多固定在拉桿上并與燃料元件可滑動(dòng)地連接的中間格架，使燃料元件束可以從固定在拉桿上的上述端格架中伸長(zhǎng)和收縮，而同時(shí)又被構(gòu)架夾持和支撐。
2.按照權(quán)利要求
1所述的組件，其特征在于上述上端格架和下端格架中至少有一個(gè)格架的每個(gè)用來夾持燃料元件的柵元包含有彈性葉片裝置，并且所有上述燃料元件每個(gè)相應(yīng)的上端塞和下端塞都作有凹槽，用于與上述彈性葉片裝置嚙合。
3.按照權(quán)利要求
1所述的組件，其特征在于所述上端格架和下端格架中至少有一個(gè)是用緊配合的方法連接到上述所有燃料元件的相應(yīng)上端塞或下端塞上，從而當(dāng)上述燃料元件上施加的局部應(yīng)力超過予定值時(shí)，在上述燃料元件之間可以有不同的膨脹和收縮。
4.按照權(quán)利要求
2所述的組件，其特征在于柵元的彈性葉片裝置包括兩個(gè)對(duì)稱地配置在上述柵元內(nèi)的彈性葉片。
5.按照權(quán)利要求
1所述的組件，其特征在于下端格架連接在所有燃料元件的下端塞上，并被固定在拉桿上。
6.按照權(quán)利要求
1所述的組件，其特征在于中間格架以及上端格架和下端格架中與拉桿可滑動(dòng)地連接的那個(gè)格架是用鋯基合金，例如鋯錫合金制成的;而上端格架和下端格架中另一個(gè)固定在拉桿上的格架是用因科鎳制成的。
專利摘要
一種包括許多燃料元件的核燃料組件，其結(jié)構(gòu)是 具有一個(gè)上端件和一個(gè)下端件并用拉桿剛性地連接 在一起的構(gòu)架以及許多定位格架。這些定位格架包 括兩個(gè)端格架，其中一個(gè)格架連接到燃料元件上，并 固定在拉桿上；另一個(gè)格架連接到燃料元件上并與拉 桿可滑動(dòng)地連接。該結(jié)構(gòu)還包括許多固定在拉桿上 并與燃料元件可滑動(dòng)連接的中間格架。燃料元件束 可從固定在拉桿上的端格架中伸長(zhǎng)和收縮，而同時(shí)又 被構(gòu)架夾持和支撐。
文檔編號(hào)G21C3/34GK87105868SQ87105868
公開日1988年3月16日 申請(qǐng)日期1987年8月28日
發(fā)明者簡(jiǎn)·諾爾·卡納特, 約爾·普拉 申請(qǐng)人:法瑪通, 核材料總公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan