CN1047753A - 包括保留核反应堆冷却液中粒子装置的燃料组件 - Google Patents

Abstract

粒子保留装置包括多个与燃料组件的然料棒(14)平行的管道(18)，这些管道位于所有相邻燃料棒(14)之间的间隙内占据底端口(2)的上部与靠底端口(2)最近的第一隔栅(9)的下部之间区域内的整个长度。

Description

本发明涉及一种核反应堆的燃料组件，该组件包括用于保留核反应堆冷却液中所含粒子的装置。

水冷却核反应堆，特别是压水冷却的核反应堆，包括一个由并列竖置的棱形组件构成的堆芯。每个燃料组件均由一束并列在一个框架内的燃料棒构成。

燃料组件的框架由多个沿该组件长度方向相互隔开的横隔栅构成，它使该束燃料棒在其横截面内保持成一规则的网络。横隔栅通过纵向导管相互连接，该导管在横隔栅的某些栅格内代替了燃料棒并与之固定。

该组件的框架还包括与长度超过燃料棒的各导管末端相连的两套端口（nozzle）。

该组件的端口之一，称为底端口，设在反应堆堆芯的底板上，该底板在每一组件区域内设有多个孔，以便于反应堆的冷却水沿垂直向上地流过堆芯。

燃料棒的冷却液通过称为水通道的开口流过底端口的接板，上述开口的形状可以为圆形（直径大约为7-10mm）或者为长方形（宽约10mm，长约15-50mm），在反应堆初次循环中可能出现的碎块有可能被带压力的循环水带走，并且，当其尺寸较小时（例如小于10mm），这些碎块则可能穿过水通道具有较大截面的底端口的连接板。这些碎块在燃料棒与第一栅（即把燃料棒保持成规则网络的与底端口最近的一个隔栅）的栅络之间可能成为楔形物。

受到在该区域内较高的纵向及横向液力作用的这些碎块会磨损燃料棒的保护层。因此，就有降低该保护层液密性并增加反应堆初次循环放射率的危险。

因此，曾提出过，在热条件下试验期间或在反应堆工作期间过滤反应堆冷却液的装置。

在第一种情况下，在装上堆芯之前过滤元件可以与底芯板相连并置于燃料组件位置中的底芯板之上。

在第二种情况下，过滤元件与燃料组件相连并位于其下部。这些过滤元件可以由置于组件底端口的金属片结构或金属线构成，以阻止尺寸超过一个燃料棒与一个栅格之间通道截面的最大尺寸的碎块。

这样的装置是比较复杂的并在冷却液通过燃料组件循环时产生相对大的压降。

另外，这些置于组件底端口的装置相对体积庞大，并且当进行装拆堆芯部件的操作以及当连接或拆开导管和底端口时成为障碍。

因此，本发明的目的之一就是提供一种水冷却核反应堆的燃料组件，它包括：由多个沿组件长度方向隔开的横隔栅构成的长形框架;固定到隔栅及与两个横向端口相连的纵向导管;一束纵向并由隔栅保持平行的燃料棒，从而在与隔栅平行与导管垂直的横截面上构成一个规则的网络;以及一个用于保留反应堆冷却水中所含粒子的装置，它位于组件的下部，也即与端口最近的部分，该端口工作时置于反应堆堆的底板上，被称为底端口，一种有效的反应堆冷却水过滤由上述保留装置完成，而不会在冷却液循环时产生过度压降，无须在其底端口区域内增加燃料组件的尺寸，并且允许对上述端口作可能的拆卸。

为此，该粒子保留装置包括在所有相邻燃料之间间隙内以及整个区域长向上，与组件燃料棒平行设置的多个管道，上述区域位于组件底端口的上部与第一隔栅，即与底端最相邻的隔栅的下部之间。

为了说明本发明，作为非限定性的例子，下面将参照附图描述几个不同的根据本发明设置有粒子保留装置的燃料组件实施例。

图1为根据本发明包括粒子保留装置的燃料组件下部的竖向剖面图;

图2是图1所示燃料组件的第一隔栅的部分平面图;

图3为根据本发明燃料组件下部的部分立剖面图，表明在第一实施例中，保留装置的管道与第一隔栅固定的方式;

图4是根据本发明燃料组件下部的部分立剖面图，表明在第二实施例中，保留装置的管道被固定的方式;

图5是根据本发明，在一个与图1至图4所示不同的实施例中，一个燃料组件下部的部分立剖视图;

图6是沿图5中线6-6截取的一个平面图;

图7是沿图6中线7-7截取的剖面图。

图1显示了本发明的燃料组件下部，它通过其底端口2置于核反应堆芯底板1之上。

堆芯底板1具有在燃料组件底端口2下面开口向外扩展的水通道口3。该底端口2有一个连接板5以及下部置于堆芯底板1上的支撑脚6，两个位于正方形端口的对角线上的支撑脚6包括有通道7，以配合堆芯底板1上端固定的定位柱8。

燃料组件的框架包括一组隔栅，如图1所示隔栅9，它们与沿纵向延伸的导管10相连。

各隔栅沿组件纵向，相应于导管10的纵向，均匀地间隔开。

图1所示仅为底部或第一隔栅9，即与底端口2最近的隔栅，燃料组件即通过该端口2支撑在堆芯底板上。

如图2组示，隔栅由相互垂直安装的小平板12构成，它们限定出具有正方形网孔的网络栅格13，燃料棒14即被置于栅格中，并由元件15使之保持在栅格内，所述元件相对于界限栅格的平板凸出，并且形成止挡或抑制弹簧（springs）。

隔栅网络的某些栅格13内放置导管10而非燃料棒14，导管10的直径大于棒14的直径，并且通常被焊接到限定相应栅格的平板上。

导管10的长度也大于棒14的长度，并且其两端固定到燃料组件的端口上，更确切地说，导管10的下端固定到底端口2的连接板5上。

燃料棒14的两端与端口连接板有一定的距离。根据本发明，管道18被固定在组件的4个相邻棒14之间的所有间隙内。

管道18在底端口的连接板5的上侧面与底隔栅9的下侧面之间的区域内沿其整个长度延伸。

管道18′置于三个相邻燃料棒14和一个导管10之间的间隙内，其直径小于位于四个相邻燃料棒14之间间隙的其它管道18的直径。

管道18被定中在隔栅的十字形结构17处，该处为放置四个相邻燃料棒14的四个栅格13的公共点。

管道18′相对偏离于相应隔栅十字形结构17′的中心，略偏向于与栅格13对角线上导管10相对设置的燃料棒14。

管道18和18′把组件的四个燃料棒之间的间隙或者三个燃料棒与一个导管之间的间隙分割成这样，从而能阻碍某种尺寸的粒子在燃料棒14与栅格13的壁之间的流通。

因此，在通过连接板5流过堆芯底板和底端口2的冷却水中所含粒子被留在连接板的区域内，且不会进入燃料组件中，因此不会堵在燃料棒与第一隔栅格13的壁之间成为楔形物。

图3表示插在燃料组件端口的连接板5与第一隔栅9之间的粒子保留装置的一个管道18。该管道18插在相邻的燃料棒14之间，并且其上端与限定隔栅9的栅格13的小平板12相固定。为此，在管道18沿四个母面的上部开有槽沟，这些槽沟即与隔栅9的平板12啮合，在管道18被定位的区域内形成一个十字形结构。

然后，管道18焊接到隔栅9的平板上，焊接可藉电子束或激光束完成。构成隔栅及保留装置的管道的材烧可以是相同的，或者至少应当能够互相焊接。管道18的隔栅啮合槽沟的长度约为3到5mm。

管道18不易与隔栅9的下部焊接，在管道18的上部提供长度基本上等于隔栅9的高度的槽沟是有益的。在这种情况下，如图4所示，管道18可以啮合在隔栅9内直至其上部。在栅9的上侧区域内对管道18的焊接亦可在其上部由电子束或激光束进行。

根据其中安装有保留装置的燃料组件的类型，以及根据固定管道的方式，管道18或18′的长度约为50至80mm。

当这些管道仅在其一端与组件的底隔栅固定时，它们在由组件内循环的冷却液造成的水压的影响下，易开始振动。

由于管道18与隔栅9的十字形结构之间的焊接疲劳，可能会产生裂缝。

图5，6和7表示一个燃料组件的下部的实施例，该组件包括一个由管道构成的保留装置，它能防止管道在水压的影响下产生振动。

燃料组件通过其底端口20支撑在堆芯底板21上，水通道口22即通过它延伸在燃料组件区域内。

燃料组件中导管23的下端与端口20的连接板相连，并被沿组件长方向设置的各隔栅所固定。图5仅表示底隔栅24以及燃料棒25的底端由该隔栅维持成一个规则网络的情况，如图6所示。

隔栅的某些栅格内放置导管23来代替燃料棒25。

如图5所示，燃料组件的下部还包括一个支撑板26，它平行于隔栅24以及组件端口20的连接板，并且设置在与连接板上侧面和隔栅下侧面大致等距离的位置上。

该板26由间隔管道27把持住，管道27的一端固定到端口20的连接板上，另一端固定到隔栅24的下部。

该支撑板26在穿过间隔管道27的开口处与间隔管道27焊接而固定。

该板26还包括一个开口网络，用于导管23及燃料棒25的下部通过。

最后，该板26还包括定中在隔栅的各十字形结构纵轴处的许多开口，并且构成燃料组件的粒子保留装置的管道28即啮合在该开口中。

管道28通过在支撑板26上的直通开口区域内进行焊接而固定。

管道28的长度略小关间隔管道27的长度，这些管道28的下端略高于端口20的连接板上侧面，其上端基本上与隔栅24的下侧面在同一平面内。

如图6所示，每根管道28都把组件的四个邻近燃料棒25之间或三个邻近燃料棒25和一个导管23之间的间隙分割成这种样子，即在燃料棒之间不留有大尺寸的自由通道。

由反应堆冷却液携带的粒子尺寸大于某一限定尺寸时，就会被阻止在端口20的连接板区域内。因此这些粒子就不会停留在隔栅24内的燃料棒周围。

另外，在其中部与支撑板26焊接的管道28比在其一端与隔栅固定的管道18（如图3和4所示），远不易振动。

如图7所示，管道28可以包括一个台肩29，它对着支撑板26的下面支撑着，并且沿着它在管道28与板26之间进行焊接。通过这种方法固定的管道比没有台肩并与板26的下面焊接固定的管道28更加牢固。

此外，在本实施例中，也可以用与底隔栅24不同的材料制作管道28。唯一的需要是管道28与板26可采用同样的材料或者可以互相焊接的材料制作。

管道28与板26之间的连接亦可通过钎接来完成。

第一步，可以组装管道28并将之与板26焊接或钎接。然后将所得到的单元置于组件下部中端口与底隔栅之间。

为了防止由支撑板26与管道28构成的单元在轴向的任何移动，支撑板可与插入端口和燃料组件偶角处底隔栅之间的间隔管道27固定。

在制造粒子保留装置的管道及支撑板时，可以采用具有良好的承受核反应堆周围条件的材料，如，结构硬化镍合金或马氏体钢。

本发明的范围并不局限于上述实施例。

还可以有其它方式将保留装置的管道与底隔栅固定，或与端口的连接板固定，或与一个或几个中间板固定，或与其它支撑装置固定。

本发明适用于任何水冷核反应堆的燃料组件。

Claims (12)

1、一种水冷却核反应堆的燃料组件，它包括：一个由沿组件长度方向上相互间隔的多个横隔栅构成的长形框架；固定到隔栅上的纵向导管，以及两个横向端口；一束平行燃料棒，沿纵向延伸并由隔栅保持，从而在与隔栅平行与导管垂直的横截面上形成规则网络；以及用于保留位于组件下部，即端口附近部分的反应堆冷却水所含粒子的一个装置；上述端口在使用时被支撑在一个反应堆的堆芯底板上被称之为底端口；

其特征在于：该粒子保留装置由多个管道构成，该管道与组件的燃料棒平行并且设置在各相邻燃料棒之间的所有间隙内，以及位于组件底端口上部与靠底端口最近的底隔栅的下部之间的全长区域中。

2、根据权利要求1的燃料组件，其特征在于：上述保留装置的管道在该管道末端区域内包括四个槽沟，以便于啮合在其下侧面附近的底隔栅的十字形结构，该管道与在其下侧面附近的底隔栅焊接。

3、根据权利要求1的燃料组件，其特征在于：保留装置的每一个管道都在该管道母面上，且该管道上部包括四个槽沟，该槽沟的长度至少等于底隔栅的纵向尺寸，该管道的末端区域与隔栅的十字形结构啮合并与该隔栅在其上侧面附近焊接。

4、根据权利要求2或3的燃料组件，其特征在于：上述管道通过电子束与隔栅焊接。

5、根据权利要求2或3的燃料组件，其特征在于：上述管道通过激光束与隔栅焊接。

6、根据权利要求1的燃料组件，其特征在于：上述保留装置由一个横向支撑板构成，该支撑板固定在底端口连接板与隔栅下侧面之间的中间位置，保留装置的各管道即在管道的中部固定到该板上。

7、根据权利要求6的燃料组件，其特征在于：上述管道通过电子束焊接而固定到横向支撑板上。

8、根据权利要求6的燃料组件，其特征在于：上述管道通过激光束焊接而固定到横向支撑板上。

9、根据权利要求6的燃料组件，其特征在于：上述管道通过钎接与横向支撑板固定。

10、根据权利要求6的燃料组件，其特征在于：比所述第一管道长度长的第二管道与横向支撑板的圆周部分固定，从而构成间隔元件，使保留装置保持在底端口与底隔栅之间。

11、根据权利要求1的燃料组件，其特征在于：上述粒子保留装置由结构硬化的镍合金制成。

12、根据权利要求1的燃料组件，其特征在于：上述粒子保留装置由马氏体钢制成。

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