CN1012924B - 轻水反应堆的燃料组件栅格 - Google Patents

Abstract

轻水反应堆燃料棒的栅格。该栅格由具有多边形截面的圆柱段(11、13、31、41、51)构成，圆柱段上有切口部分(12、32、42、52、33、43、53)，将邻近固定燃料棒(1)的圆柱段的凸起部分(15、35、45、55)按迭瓦状排列在切口(12、32、42、52、33、43、53)中，随后使圆柱段相连接。

Description

本发明涉及一种燃料组件栅格，用于固定轻水反应堆的燃料棒。在已知的实例中，用来对燃烧棒进行侧面和轴向固定栅格，一般都由按照限定的网格组合的小板构成。这些通过焊接相联接的小板组成了一些栅元（cells），而燃料棒或者导向管可以在这些栅元中伸展。这些小板具有弹簧和夹持器，以保证燃料棒的侧面和轴向固位。欧洲专利EP0033263介绍了上述这种栅格。

本发明阐述了由一些柱体部分形成的栅元，这些柱体部分在其高度的一个部位上预先制成一些切口或开孔，将这些柱体部分按迭瓦状排列，以便使其截面部分地相互覆盖;燃料棒在栅元中的固定是由相邻插入到相关的栅格中的部分来保证。特别是通过焊接形成的各个柱体部分的组合可以获得很刚性的连接。

这种栅格虽然在可看作是与本发明最接近的现有技术的瑞士专利483695中公开，但本发明中的柱体部分具有多边形截面，且进入到栅元的部分是凸起的，凸起末端呈扁平面，用于支撑燃料棒。不算扁平面的话，柱体部分截面的一般形状是正方形网格内的正方形。或在六方形网格中的三角形。

本发明的栅格与上述欧洲专利的栅格相比有很多优点。这种栅格可适宜地由象锆合金这样的材料组成，因为尽管其机械性能一般，但由于它具有较低的捕获中子的特性而被优选采用。尤其对于弯曲而言，栅格的刚性主要地由栅元迭瓦状排列导致的几何图形侧面的微小自由长度来保证，因此可以选用薄金属来制造栅元，这能起到降低栅格的液压阻力的作用。本发明的另一优点是提供了一种简单的栅元组合，它只有少许变型，这一点与欧洲专利的情况相反，该欧洲专利介绍的组合中，小板具有大量变型。据本发明的栅格制造简单，成本低。

上述瑞士专利还公开了一种方法，就是将燃料棒固定在交错的圆环的外部表面之间，此外，一些燃料棒由另一个框围住。这种方法被用于气体冷却反应堆，其中的燃料棒是短的，并由圆环在其端头接点上压紧。

当然，本发明还有其他优于上述瑞士专利的一些优点。例如扁平面的宽度可根据燃料棒的间隔来选择，以避免各柱体部分距离它们所围绕的燃料棒太近或者太远，太近的话，由于导致过热点的产生而降低冷却功效，如果太远，又致使冷却流体对燃料棒的不利导向。

扁平面的存在导致能够容易地支撑住燃料棒，因为，甚至在柱体部分是偏心的情况下，燃料棒也还是倚靠在扁平面表面的线上，并且如此端正地保持在原位上。

简单多边形的选择最终可以限制支点数量，特别对于图7中描述的结构来讲，每个燃料棒都有三个支撑点。这样，降低了总的超静稳定性，这一点在燃料棒长达数米的情况下是很有利的。

现在，我们借助于附图更具体地叙述一下本发 明，下面列举图形并做图面说明，但本发明并不局限于这些例子：

图1描述了一个借助于栅格的核燃料棒的装配透视图，

图2表示的是用于构成本发明的栅格的一个柱体部分，

图3是由图2所示的柱体部分构成的一个栅格的正视图，

图4、5及6表示三个柱体部分，它们可用于配合成作为实施例的本发明的栅格，

图7是用图4-6的元件构成的栅格的正视图，

图8是一个可用于本发明栅格的框元件的透视图，

图9显示出可实施于本发明柱体部分的构思细节，

图10所示的是一个变型，它具有两个重叠的、有间距的、由一个框围住的栅格。

图1概括地描述了如何配置三个栅格101，以便将一束核燃料棒1维持在原位，图中只部分显示出这样的核燃料棒1。长度约四米的燃料棒的末端之一固定在下部端件103或者上部端件104上。导向管102在下部端件103和上部端件104之间起连接作用。

目前，人们尤其对本发明的栅格更感兴趣。在第一个较佳实施例中，这种栅格是由其断面近乎方形的柱体部分（如图2的11和13所示）连接构成，最好在这些柱体部分11和13的高度的过半部位上，有位于角15的切口12。

通过将柱体部分按叠瓦状排列以使其切口交替地处于高的部分（柱体部分11）或低的部分（柱体部分13），由此实现柱体部分的组合;然后，将柱体部分13的一个角15插入邻近柱体部分11的一个切口12中。最终的组合通过焊接交点18而完成。

角15具有扁平面16，而扁平面16作为燃料棒1的支撑物，这一点正如我们在图3的栅格22上看到的一样，每个燃料棒1都由柱体部分11或13的四个侧面21围绕，并由其他的四个柱体部分11和13支撑着。

如图3所示柱体部分11和13是按照重叠的、移位的两个梅花形而安置的。燃料棒1倚靠在扁平面16上。

迄今，我们考虑的柱体部分11或13都是类似的。如果组件包括管道102，那么，邻近这些导管的柱体部分将有一个适应的形状。这个栅格的刚度通过在由四个侧面21形成的正方形23的对角线上加入加强肋20而得到提高，这四个侧面21属于相邻的四个柱体部分11和13。

通过改变扁平面16的宽度，可以使正方形23的面积如主要由侧面21和燃料棒1限定的曲线矩形24的面积变化，即通过沿燃料棒1疏通液体和调整由于经过栅格22时的载量损耗，使燃料棒1的冷却液的流动特性相适应。

首先，对于燃料棒1的间距p和其半径r的某些值来说，扁平面16可以使被其围绕着的燃料棒1的侧面21解脱。其次，这些扁平面16可使燃料棒1易于装配在栅格22中，因为，即使扁平面16所在的柱体部分11或者13向旁边偏离，或者由于不正确的制造形成扭曲的话，它们也保证在一个支撑面上的稳固支撑。

柱体部分11和13可通过任何相应方法生产，尤其可通过形成最初柱体载面的柱体部分，成形之后，再割切口12，然后焊接基本栅元盖或者再进行直接挤压。柱体部分11和13可以是同样的，13被简单地翻制。然而，可以将一些柱体部分11位于切口12之间的侧面21的末端轧制成叶片19，以利于冷却液的搅拌。这里的叶片19是向柱体部分11的内部弯曲的，具有可变宽度。

由于图4、5和6描述的机械零件在很大程度上具有相似特征，对其所做的说明可以同时进行。

在发明的这个特别实施例中，用于制造一个栅格的柱体部分31、41和51具有一个近乎三角形的截面，三角形的角分别折为扁平面36、46和56。角隅35、45和55的高度由于存在起自柱体部分31、41和54的两端的切口而被降低：即存在着上部位的切口32、42和52及下部的切口33、43和53，这些切口在柱体部分31、41和51上分别相对。图4中，上部切口32是深的，下部切口33是浅的，而图6的切口52和53与图4情况相反，图5中的切口42和43具有几乎同样深度。由此得出，在这些图中，角隅35在柱体部分31的下部，角隅45在柱体部分41的中部，角隅55在柱体部分51的顶部。

柱体部分31、41和51还分别装配有矩形开孔37、47和57，同样分别位于不同高度上。柱体部分31的开孔37与柱体部分41的角隅45在同一高度上;柱体部分41的开孔47与柱体部分51的角隅55在同一高度上;柱体部分51的开孔57和柱体部分31的角隅35在同一高度上。另外，为使其他柱体部分在其高度上的角隅能部分地进入，开孔的尺寸是足够大的通过在各个柱体部分的交点38、48和58上进行焊接而制得栅格。

此外，在柱体部分31、41、51的上部切口32、42、52之间侧面末端，可被制成叶片39、49、59，这些叶片是用来搅拌液体。

图7显示了一个这样的栅格60。与图3中的栅格22相似，各柱体部分31、41和51形成规则的、迭瓦交错的网状系统。只要不是被置于栅格60的边上，一种类别的每个柱体部分都被其他两种类型的各自三个柱体部分所围绕，这些柱体部分被交错安装，具有60°的倾斜角。如图3所示，扁平面36、46和56作为燃料棒的支撑物;同样，可以考虑一些具有稍微不同形状的柱体部分，以便能够适应于直径不同于燃料棒1的导管102。

与图3的主要区别是，燃料棒1是按照一个六边形而不是正方形的网状系统安装的，如果每个燃料棒1由单个柱体部分31、41或51围绕，那么它便只由其他三个柱体部分所支撑，这会降低安装的超静稳定性。

与现有技术的构思相比，尤其关于整体强度，调节冷却液流动的性能及扁平面36、46和56的益处方面，这种方法的优点与在图3的说明中所列举的相同。

在栅格22和60的周围是有框65（图8），该框围绕着栅元，并具有下部切口68和上部切口71，以及带扁平面67的上部凸起部分66和带扁平面70的下部凸起部分69，以上是在方形截面的柱体部分11和13的情况下。对于具有其他截面的柱体部分可容易地推论出来，下部切口68同下部凸起部分69交错;同样，上部切口71和上部凸起部分66交错。而只在下部切口68的上面，具有上部凸起部分66。也只在下部凸起部分69的上面存在上部切口71。

框65和柱体部分11之间的接触确立在下部分切口68和上部凸起部分66的部位，柱体部分13和框65之间的接触确定在上部切口71和下部凸起部分69的部位。通过焊接连接框65和柱体部分11及13，使凸起部分66和69分别进入管段11和13，并能够作为这些邻近框65的柱体部分11和13中的燃料棒1的支撑物。

根据此构思，任一柱体部分都不会空着。下如图8中介绍的那样，还可以使适合于切口68和71的角隅15变形，以便在组合之后，它们成为框65的延长部分。

本发明的栅格不具有燃料棒的轴向固定功能。这一功能可以通过已知的固定系统，在组件上部或者下部的端头部件的位置得到保证，例如象法国专利FR2577343中描述的那样。

不仅可以给燃料棒1提供一个支撑物，而且还可以保证一个实际的固定。为此，必须增加与燃料棒1接触的角隅15，35，45或55的回弹性，即要进行调节，使得栅格22或者60中这些角隅之间的距离稍小于燃料棒1的直径。这样，就得到了一个稍有负间隙的组件。提高角隅弹性的一个良好方法是在这些角隅上设置纵向切口73，而这势必会减弱其强度（图9）。

另一方面，为了减少摩擦时液压头的损耗，可以在保持燃料组件具有足够的导向长度的同时，缩小栅元的高度。为此我们借助于具有足够宽度的外围框76，更好地连接已被缩短了高度的两个重叠栅格G₁和G₂，G₁和G₂各自与前面所描述的实施例（图10）相符。其高度取决于外围框76的高度的整体组件就构成了栅格77。两个被隔开的栅格的存在干扰了冷却剂流经栅格时的规律性：因而获得“混合”功能。栅元截面可以是正方形的或者三角形的。如同前面的框65一样，框76上也具有切口和开孔，通过这些切口和开孔将栅格G₁和G₂定位，并且这些切口和开孔具有与框65中同样的标准编码。

如果搅拌不够充分，可以将除切口之外的柱体部分的两端做成叶片19、39、49、59，以便更多地干扰冷却剂流动。根据燃料棒的网状系统性能、能量分布及周围的热水力学条件而定出最适宜的叶片数量，以避免蒸汽层的出现。

Claims (6)

1、一种用于组装燃料棒的栅格(22、69)，它是由柱体部分(11、13、31、41、51)构成，在柱体部分的高度某一部位上制成切口或开孔，将其连接起来，以便使其截面部分地重叠，在柱体部分的不同高度形成有切口或开孔部分(12、32、33、42、43、52、53)，以便邻接的柱体部分的凸起部分(15、39、45、55)插入于其中，并设有围绕所说柱体部分的框(65)，其特征在于，所述柱体部分具有多边形的截面，所述凸起部分具有扁平面(16、36、46、56)，被用来支承燃料棒，所说框具有切口和/或开孔以容纳邻接柱体部分的凸起部分，该凸起部分被用来支承位于栅格周边部分的燃料棒。

2、根据权利要求1所述的栅格，其特征在于所说多边形是正方形。

3、根据权利要求1所述的栅格，其特征在于所说多边形是三角形。

4、根据权利要求1至3任何一项所述的栅格，其特征在于框（76）围绕着第二个栅格（G）的柱体部分，该栅格（G）重叠于第一个栅格（G）。

5、根据权利要求1至3任何一项所述的栅格，其特征在于，除切口之外，所说外柱体部分的端头被制成叶片（19、39、49、59），以便干扰通过栅格液体的流动。

6、根据权利要求1至3任何一项所述的栅格，其特征在于，所说柱体部分还包括在穿过切口或开孔的凸起部分（15、35、45、55）上的一些纵向切口（73）。

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