專利名稱:具有使冷卻劑流動定向的鼻端的端部管座及燃料組件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于核反應堆燃料組件的端部管座，燃料組件包括燃料棒和支撐燃料棒的骨架，燃料棒縱向延伸并布置在基本上規(guī)則的網(wǎng)格節(jié)點上，支撐骨架包括兩個端部管座和連接端部管座的構件，燃料棒縱向布置在端部管座之間。
本發(fā)明特別用于構成壓水反應堆(PWR)燃料組件的下管座。
背景技術：
EP-537044描述了一種用于這樣一種組件的下管座。該下管座包括水平壁，水平壁設置有支撐在核反應堆下堆芯板上的支腿。將下管座連接到上管座的構件由導向管構成。導向管固定在管座的水平壁上。水平壁包括其下表面下的加強肋。限定在加強肋之間的水平壁的每個區(qū)域中設有用于使冷卻水通過的孔，從而水平壁構成了防碎片過濾器。
冷卻水豎直向上流入反應堆芯。更準確地，冷卻水經(jīng)過下堆芯板被導入堆芯，然后經(jīng)由上述孔經(jīng)過下管座，然后與燃料棒的外表面接觸。
水以非常高的上升速度流入堆芯。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在堆芯的運行過程中，燃料棒尤其是其下端會受到容易使其損壞的振動。
更詳細地，特別是在支撐骨架下部格柵和燃料棒外包殼之間容易發(fā)生包括摩擦或“磨損”的現(xiàn)象。
這些摩擦現(xiàn)象可能導致外包殼的損壞，可能造成裂變氣體或裂變產(chǎn)物在一回路水中的釋放。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一個目的是通過限制核反應堆組件的燃料棒的振動來克服這個問題。
為此，本發(fā)明涉及一種用于核反應堆燃料組件的端部管座，該組件包括燃料棒和支撐燃料棒的骨架，燃料棒縱向延伸并布置在基本規(guī)則的網(wǎng)格的節(jié)點上，支撐骨架包括兩個端部管座和連接端部管座的構件，燃料棒縱向布置在端部管座之間，其特征在于管座包括用于使反應堆的冷卻劑流體的流動沿著相鄰的燃料棒的縱向末端定向的鼻端，鼻端布置在基本上規(guī)則的網(wǎng)格的節(jié)點上，以便被定位在至少一些燃料棒和/或支撐骨架的至少一些連接構件的縱向延伸部分上。
根據(jù)特定的實施例，管座可能包括一個或多個單獨加以考慮或根據(jù)任何技術上可能組合的下列特征—鼻端收斂于一個方向，收斂方向朝向燃料組件的外側定向，—至少一些鼻端屬于將端部管座固定到支撐骨架的連接構件或燃料棒的固定構件，—固定構件是螺栓，—管座包括用于側向支持相鄰的燃料棒的縱向末端的支持裝置，所述支持裝置布置在基本規(guī)則的網(wǎng)格的節(jié)點上，—支持裝置包括容納相鄰的燃料棒的縱向末端的外殼，—支持裝置構成相對于端部管座縱向緊固相鄰的燃料棒的縱向末端的緊固裝置，—管座包括將相鄰的燃料棒的縱向末端夾在其間的兩個部件，—管座包括防碎片過濾器，—所述部件之一構成防碎片過濾器，—管座構成下管座，以及—管座包括支撐在核反應堆下堆芯板上的支腿。
本發(fā)明還涉及核反應堆的燃料組件，該組件包括燃料棒和支撐燃料棒的骨架，燃料棒縱向延伸并布置在基本規(guī)則的網(wǎng)格的節(jié)點上，支撐骨架包括兩個端部管座和連接所述端部管座的構件，燃料棒縱向布置在端部管座之間，其特征在于至少一個管座是上面定義的管座。
根據(jù)特定的實施例，組件可能包括一個或多個單獨加以考慮或根據(jù)任何技術上可能的組合的下列特征
—管座包括側向支持相鄰的燃料棒的縱向末端的支持裝置，支持裝置布置在基本上規(guī)則的網(wǎng)格的節(jié)點上，—支持裝置包括容納相鄰的燃料棒的縱向末端的外殼，—支持裝置構成相對于端部管座縱向緊固相鄰的燃料棒的縱向末端的緊固裝置，—管座包括將相鄰的燃料棒的縱向末端夾在其間的兩個部件，—縱向緊固裝置包括設在管座上的凸塊和設在相鄰的燃料棒的縱向末端上并裝配到那些凸塊上的環(huán)，—環(huán)包括鄰靠在所述部件之一上的突起部分，—相鄰的燃料棒的縱向末端包括夾持在兩個部件之間的擴大底板，—相鄰的燃料棒的縱向末端被鼓包支承(expansion-rolled)在管座上，—縱向緊固裝置包括鄰靠著管座并接合到相鄰的燃料棒的縱向末端的螺栓，并且—縱向緊固裝置是通過卡扣接頭(snap-fitting)裝置緊固的裝置。



通過閱讀下列由實例并參照附圖給出的說明將能夠更好地理解本發(fā)明，其中—圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術的燃料組件的示意性側視圖，—圖2是表示圖1的組件中燃料棒的分布的示意性頂視圖，—圖3是根據(jù)本發(fā)明第一實施例第一變型的燃料組件下管座的示意性底視圖，—圖4是圖3的管座的示意性透視圖，—圖5是表示圖3的下管座與燃料棒和導向管之間的連接的示意性局部透視分解圖，—圖6是說明下管座、導向管和燃料棒之間的連接，沿圖5的VI-VI平面剖視的局部示意圖，—圖7是說明支腿與圖3的下管座其余部分之間的連接的局部示意性頂視圖，—圖8是說明本發(fā)明第一實施例第二變型的示意性局部透視圖，—圖9是表示根據(jù)本發(fā)明第二實施例的下管座的第一變型的示意性局部斷面?zhèn)纫晥D，以及—圖10至13是類似于圖9，說明本發(fā)明第二實施例的其他變型的視圖。
具體實施方式
為了說明本發(fā)明的背景，圖1示意性地說明了壓水反應堆的核燃料組件1。因此，在該情況下，水實現(xiàn)了冷卻劑和慢化即使核燃料產(chǎn)生的中子速度減慢的作用。
組件1豎直并以直線的形式沿縱向A延伸。
通常，組件1主要包括核燃料棒3和用于支撐棒3的結構或骨架5。
支撐骨架5通常包括—布置在組件1縱向末端的下管座7和上管座9，—用來容納組件(未示出)的控制棒以控制和停止核反應堆的導向管11，以及—用于支持棒3的格架13。
管座7和9固定在導向管11的縱向末端。
棒3在管座7和9之間豎直延伸。棒3布置在具有正方形底部的基本上規(guī)則的網(wǎng)格的節(jié)點上，此處棒由格架13支持。網(wǎng)格的某些節(jié)點被導向管11以及可選地由在圖2的中心處可以見到的儀表管14占據(jù)。在圖2中，棒3用虛線表示，導向管11用實線表示，而儀表管14用實心黑圈表示。
格架13通常包括數(shù)套交叉板15，它們—起限定以規(guī)則網(wǎng)格的節(jié)點為中心的柵元。大部分柵元用來容納燃料棒3。有24個柵元容納導向管11而中心柵元容納儀表管14。
在圖1和2的例子中，支持格架13的每一邊包括17個柵元，而規(guī)則網(wǎng)格每一邊包括同樣數(shù)量的節(jié)點。
在其他的變型中，每邊的柵元和節(jié)點數(shù)量可能不同，例如按14×14或15×15排列。
每個棒3通常包括由下端塞19和上端塞21封閉并包含核燃料的外包殼17。這些核燃料例如是堆疊式燃料片，燃料片支撐在下端塞19上。
一個螺旋形支持彈簧(未示出)可以布置在外包殼17中，位于頂部燃料片和上端塞21之間。
圖3至7說明了本發(fā)明的可以裝配到參照圖1和2所述的組件1的下管座7。優(yōu)選地，支持格架13是如US-6542567和EP-925589中所述的格架。在某些變型中，管座7還可以裝配到與上述描述不同和/或包括不同支持格架的組件上。
管座7包括水平壁23和支腿25，支腿25從壁23向下延伸以便支撐在核反應堆下堆芯板上。
壁23—般是平面的平行六面體形狀，而支腿25分別布置在壁23的角上。壁23包括下構件29和覆蓋構件29的頂板31。
下構件29包括多個與燃料棒3、導向管11和儀表管14布置在相同網(wǎng)格節(jié)點上的單元33。
這樣，如圖3中可見，構件29包括17×17個圓柱形的單元33。
因此，如果組件1包括燃料棒3、導向管11或儀表管14，則每個單元33被縱向定位于其下方。
單元33通過在下構件29周圍形成格柵狀方格的加強肋37相互連接。
布置在燃料棒3下的單元33，也就是說，大部分單元33的直徑與棒3的外徑基本上相應，并通過鼻端39向下延伸。那些鼻端39基本上是向下收斂的拱形(ogive-like form)。那些鼻端39與相應的單元33形成一體。
如在圖3和6中看到的，布置在導向管11和儀表管14下方的單元33不包括一體的鼻端39，而是被豎直孔41貫通。對于布置在導向管11下的每個單元33，孔41是用于容納將管座7固定到相關導向管11上的螺栓43栓桿的孔。應理解的是，螺栓43栓頭45基本上是拱形的并同樣構成布置在相應單元33下的鼻端39。應注意的是，螺栓43沒有在圖3中示出。
布置在儀表管14下的中心單元33的孔41是空的(left free)，以允許儀表管14探頭的導入。
這樣，管座7的下構件29具有與燃料棒3和導向管11的網(wǎng)格類似的鼻端39的網(wǎng)格。
該網(wǎng)格僅在儀表管14的區(qū)域被斷開。在某些變型中，該網(wǎng)格也可能在管14的區(qū)域以一種更有效的(more significant)方式被局部地斷開。
然而，在那些變型中，大部分棒3仍被布置在鼻端39的上方。
布置在燃料棒3下方的單元33還具有在下構件29的頂面開口的盲孔47。那些盲孔47具有向上發(fā)散的上部49。
如圖5和6中所說明的，頂板31包括環(huán)51，環(huán)51如同單元33一樣布置在基本規(guī)則的網(wǎng)格節(jié)點上。布置在燃料棒3下方的環(huán)51的內部通道52具有向上發(fā)散的上部53以及與盲孔47的上部擴散段49呈連續(xù)布置且基本上為圓柱形的下部55。那些環(huán)51的外徑基本上與棒3的外徑相等。
布置在導向管11和儀表管14下方的環(huán)51的內部通道52例如是圓柱形的。那些環(huán)51的外徑基本上與導向管11和儀表管14的外徑相等。
環(huán)51通過加強肋57而被相互連接，加強筋57例如被布置成與下構件29的肋37的形狀類似的格柵狀。
如在圖5和6中可見的那樣，當頂板31覆蓋管座7的下構件29時，肋57布置在構件29的肋37的上方，環(huán)51布置在單元33的上方。因此，在構件29和板31之間具有縱向連續(xù)性。
比肋57更細的板59在環(huán)51和肋57之間延伸，以在板31中限定用于冷卻劑水通過和過濾的孔61。在被說明的例子中，板59被布置成格柵狀。
這樣，頂板31形成一個防碎片過濾器。
如在圖5和6中被更詳細說明的，固定導向管11的螺栓43的栓桿62延伸通過相應的孔41，并接合在與導向管11固定連接的下端塞63中。下端塞63然后支撐在頂板31上，而螺栓43的栓頭45鄰靠在下構件29的下面。
頂板31和下構件29相互鄰接，而管座7固定連接到支撐骨架5的其余部分。
如在圖7中可見的，支腿25例如依靠固定螺栓65固定到下構件29的角上。
應理解的是在圖7中，單元網(wǎng)格33僅被部分說明而其結構并沒有被詳細顯示。
布置在燃料棒3下面的環(huán)51的通道52和布置在下面的單元33的盲孔47形成容納燃料棒3下端塞19的外殼67。
在圖3至7中所說明的例子中，下端塞19借助于互補形狀的區(qū)域支撐在那些通道67的上擴散段53上。棒3因而借助于其下端相對于下管座7被完全側向支持。棒3上端例如同現(xiàn)有技術中一樣是自由的而不被上管座9支持。
位于棒3和導向管11延長部分的鼻端39的存在，允許流動路徑沿棒3下端被基本上豎直地定向并且因此減少了水流的側向流量。
從而減小了反應堆運行過程中棒3下端的振動。
因為棒3的下端被管座7自己側向支持，棒3振動的風險被進一步減小。這樣，棒3的振動被限制到這樣一個點以致其可以不需要下支持格架13。
由于燃料棒3外包殼17的磨損而引起損害的風險因此被限制了。
應理解的是，管座7相對于水流還具有良好的透過性，因此不會引起任何大的壓力下降。
一般地說，對于使棒3下端區(qū)域內的水流軸向定向的鼻端39可以實現(xiàn)除了拱形之外的形狀。
這樣，這些形狀具體可能是收斂于底部的形狀，例如圓錐形。
此外，鼻端39的密度可以比上述的例子中少，只要大部分棒3被布置在鼻端39上方。
一般地，下管座7可以由不銹鋼或鋯合金構成。
其可通過任何常規(guī)方法構成。
這樣，構件29和板31可通過模制方法制成或通過高壓(幾千巴)水研磨射流的方法制成，其中水能夠攜帶磨料顆粒。
如圖8的變型所示，下管座7的水平壁23不一定由兩部分組成。
因此，在那個變型中，防碎片過濾器一體地形成在構件29中，也就是說板59在加強肋37之間延伸。
同樣應理解的是，在圖8的變型中支腿25與板59類似是與構件29整體形成的。
下管座7是由一個工件構成。
同樣應理解的是，布置在與棒3的網(wǎng)格基本上對應的網(wǎng)格上的鼻端39可以在管座7上不論是否存在支持棒3下端的裝置的情況下使用。
相反地，棒3被下管座7的支持方法可以更廣泛并可包括縱向固定，如本發(fā)明第二實施例所說明的那樣。
在圖9中示出的該實施例的第一變型，與圖1至7的實施例主要區(qū)別在于縱向布置在燃料棒3下的單元33通過由圓槽73限定邊緣的凸塊71向上延伸。
棒3的下端塞19通過基本上圓柱形的環(huán)75向下延伸。那些環(huán)75是裂口的以便得到能彈性變形的舌片77(deformable tongue)。
每個環(huán)75變形以便得到構成圓形擴大部分79的弧形凸起。
環(huán)75的內徑比凸塊71的外徑稍小。
為了將燃料棒3裝配在下管座7上，需要按照圖9左邊部分所示出的進行。
通過將燃料棒3的上端穿過環(huán)51的內部通道52而預先將頂板31裝配到燃料棒3上。
隨后，如圖9左邊部分中的箭頭81所示將環(huán)75裝配到凸塊71上。
在裝配過程中，舌片77側向向外輕微地彈性變形。
接著，如圖9右邊部分所示，將頂板31降下，直到它鄰靠在下構件29上。
環(huán)51的通道52的下部83然后移到鄰靠在擴大部分79上。下部83例如是朝底部擴散的形狀。
通過上述的螺栓43將下管座7固定到導向管11上來完成支撐骨架5的安裝。
頂板31然后保持在縱向緊靠下構件29的狀態(tài)，并因而通過擴大部分79使棒3下端縱向夾緊在構件29上。
所有的燃料棒3然后相對于下管座7被縱向和側向緊固，因此使棒3相對于管座7側向緊固，進一步減小了燃料棒3振動的風險以及因磨損而產(chǎn)生的損壞。
圖10說明了該實施例的第二種變型。
在這個變型中，環(huán)75的外徑被進一步減小，并因此小于燃料棒3包殼17的外徑。環(huán)75通過臺肩85連接到下端塞19的側面。環(huán)51的中心通道52，除下擴散部分83外，具有朝頂部擴散的上部87。
凸塊71的外徑相比圖9中的第一變型進一步減小。
為了將燃料棒3裝配到下管座7上，如圖10左邊部分的箭頭88所示首先將環(huán)75插入到格柵31的環(huán)51的通道52中。在該插入過程中，舌片77開始朝內側側向彈性變形，直到擴大部分79被定位于截頭圓錐部分83的下方，且臺肩85緊靠防碎片格柵31的頂面。棒3的下端塞19然后通過與上部格柵31卡扣接合而被裝配。
然后，將上部格柵31移動鄰靠在下部單元29上以便將凸塊71插入環(huán)75。凸塊71防止了板77的變形并因而防止了下端塞19從頂板31脫離。
通過螺栓43將下管座7固定到導向管11完成了支撐骨架5的構成。
在該第二變型中，燃料棒3的下端同樣相對于管座7被縱向和側向緊固。
在圖11的第三變型中，燃料棒3的下端塞19包括擴大下部底板89，例如以直徑大于外包殼17外徑的圓盤形式。
在通過燃料棒3的上端將燃料棒3裝配到格柵31的環(huán)51中之后，底板89接合到設在環(huán)51中的下埋頭孔91中。因此，底板89以及燃料棒3的下端，通過用于固定到導向管11上的螺栓43，被縱向緊固在管座7的下構件29和頂板31之間。
在圖12的變型中，燃料棒3的下端塞19還包括沒有裂口的環(huán)75。那些環(huán)75被插入環(huán)51的通道52并通過鼓包支承(expansion rolling)固定到環(huán)51上。
燃料棒3的下端因此被縱向和側向緊固到下管座7的頂板31上，下管座7自身通過螺栓43固定到下管座7的構件29上。
圖13說明了另外一種變型，其中燃料棒3與管座7之間的緊固通過與固定到導向管11上的螺栓類似的螺栓43而實現(xiàn)。
這樣，每個布置在棒3下的鼻端39通過螺栓43的栓頭45形成，螺栓43的栓桿穿過相應的單元33延伸并被擰入相應棒3的下端塞19。
在上述的每個實施例和每個變型中，管座7可能不包括防碎片過濾器。
還應理解的是，支持裝置或更優(yōu)選的用于側向和/或縱向緊固所有棒3的裝置在管座7中的出現(xiàn)，可以使用不同于使冷卻劑水流沿著棒3定向的鼻端39，因為它們獨立地使燃料棒3振動的風險得以限制。
在某些變型中，某些棒可能不被管座7支持，但是大多數(shù)棒仍保持支持狀態(tài)。
一般地說，上述的原理可以不僅僅用于供壓水反應堆使用的組件，同樣可用于供沸水反應堆(BWR)使用的組件。
權利要求
1.一種用于壓水核反應堆的燃料組件(1)的端部管座(7)，組件(1)包括燃料棒(3)和支撐燃料棒(3)的骨架(5)，燃料棒(3)縱向(A)延伸并布置在基本上規(guī)則的網(wǎng)格的節(jié)點上，支撐骨架(5)包括兩個端部管座(7、9)和連接所述端部管座的導向管(11)，燃料棒(3)縱向布置在端部管座(7、9)之間，其特征在于所述管座包括使反應堆的冷卻劑流體的流動沿相鄰的燃料棒(3)的縱向末端(19)定向的鼻端(39)，鼻端(39)布置在基本上規(guī)則的網(wǎng)格的節(jié)點上，以便定位在至少一些燃料棒(3)和/或支撐骨架(5)的至少一些導向管(11)的縱向延伸部分上。
2.如權利要求
1所述的管座，其特征在于鼻端(39)收斂于一個方向，收斂方向朝著燃料組件(1)的外側定向。
3.如權利要求
1或2所述的管座，其特征在于至少一些鼻端(39)屬于將端部管座(7)固定到支撐骨架(5)的導向管(11)或燃料棒(3)的固定構件(43)。
4.如權利要求
3所述的管座，其特征在于固定構件是螺栓(43)。
5.如前述任一權利要求
所述的管座，其特征在于它包括用于側向支持相鄰的燃料棒(3)的縱向末端(19)的支持裝置(67；71、83；91；51；43)，所述支持裝置布置在基本上規(guī)則的網(wǎng)格的節(jié)點上。
6.如權利要求
5所述的管座，其特征在于所述支持裝置包括容納相鄰的燃料棒(3)的縱向末端(19)的外殼(67)。
7.如權利要求
5或6所述的管座，其特征在于所述支持裝置構成相對于端部管座(7)縱向緊固相鄰的燃料棒(3)的縱向末端(19)的緊固裝置。
8.如權利要求
7所述的管座，其特征在于所述管座包括將相鄰的燃料棒(3)的縱向末端(19)夾在其間的兩個部件(29、31)。
9.如前述任一權利要求
所述的管座，其特征在于它包括防碎片過濾器(31)。
10.如權利要求
8和9合起來所述的管座，其特征在于所述部件之一構成防碎片過濾器(31)。
11.如前述任一權利要求
所述的管座，其特征在于它構成下管座。
12.如權利要求
11所述的管座，其特征在于它包括支撐在核反應堆下堆芯板上的支腿(25)。
13.一種用于壓水核反應堆的燃料組件(1)，組件(1)包括燃料棒(3)和支撐燃料棒(3)的骨架(5)，燃料棒(3)縱向(A)延伸并布置在基本上規(guī)則的網(wǎng)格的節(jié)點上，支撐骨架(5)包括兩個端部管座(7、9)和連接所述端部管座的導向管(11)，燃料棒(3)縱向布置在端部管座(7、9)之間，其特征在于至少一個管座(7)是如前述任一權利要求
所述的管座。
14.如權利要求
13所述的組件，其特征在于所述管座(7)包括用于側向支持相鄰的燃料棒(3)的縱向末端(19)的支持裝置(67；71、83；51；43)，所述支持裝置布置在基本上規(guī)則的網(wǎng)格的節(jié)點上。
15.如權利要求
14所述的組件，其特征在于所述支持裝置包括容納燃料棒(3)相鄰的縱向末端(19)的外殼(67)。
16.如權利要求
14或15所述的組件，其特征在于所述支持裝置構成相對于端部管座(7)縱向緊固相鄰的燃料棒(3)的縱向末端(19)的緊固裝置。
17.如權利要求
16所述的組件，其特征在于所述管座(7)包括將相鄰的燃料棒(3)的縱向末端(19)夾在其間的兩個部件(29、31)。
18.如權利要求
17所述的組件，其特征在于所述縱向緊固裝置包括設在管座(7)上的凸塊(71)和設在相鄰的燃料棒(3)的縱向末端(19)上并裝配到那些凸塊(71)上的環(huán)(75)。
19.如權利要求
17和18合起來所述的組件，其特征在于環(huán)(75)包括鄰靠在部件(29、31)之一上的突起部分(79)。
20.如權利要求
17所述的組件，其特征在于相鄰的燃料棒(3)的縱向末端(19)包括夾持在兩個部件(29、31)之間的擴大底板(89)。
21.如權利要求
16所述的組件，其特征在于相鄰的燃料棒(3)的縱向末端(19)被鼓包支承在管座(7)上。
22.如權利要求
16至20中任意一項所述的組件，其特征在于所述縱向緊固裝置包括鄰靠管座(7)并接合到相鄰的燃料棒(3)的縱向末端(19)內的螺栓(43)。
23.如權利要求
16至20中任意一項所述的組件，其特征在于所述縱向緊固裝置是通過卡扣接頭裝置緊固的裝置(圖10)。
專利摘要
本發(fā)明涉及一種管座，管座包括沿著燃料組件中相鄰的燃料棒(3)的縱向末端(19)的長度使反應堆冷卻劑流體定向的管嘴(39)。根據(jù)本發(fā)明，管嘴(39)被布置在與燃料棒(3)相同的網(wǎng)格的節(jié)點上，以便被定位在至少一些所述燃料棒(3)和/或支持骨架的至少一些連接構件(11)的縱向延伸部分上。
文檔編號G21C3/322GKCN1914691SQ200480041456
公開日2007年2月14日 申請日期2004年12月17日
發(fā)明者E·拉巴里埃, 安熱洛·貝亞蒂, M·博納穆爾 申請人:阿?，m核能公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan