具有固定穩(wěn)定性改良的彈簧插孔的核燃料組件頂噴嘴及其制造方法
【專利說明】具有固定穩(wěn)定性改良的彈簧插孔的核燃料組件頂噴嘴及其制造方法
[0001 ] 本申請是申請日為2010年4月27日，申請?zhí)枮?01010165544.5，發(fā)明名稱為“具有固定穩(wěn)定性改良的彈簧插孔的核燃料組件頂噴嘴及其制造方法”的專利申請的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種具有彈簧插孔的核燃料組件頂噴嘴。
【背景技術(shù)】
[0003]本領(lǐng)域技術(shù)人員眾所周知的是，核反應(yīng)堆是這樣的一種裝置，即為了產(chǎn)生熱、生產(chǎn)放射性同位素和钚，或者形成輻射場，可裂變材料的鏈?zhǔn)搅炎兎磻?yīng)在其中受控發(fā)生。
[0004]—般地，在輕水反應(yīng)堆核電站中，使用鈾-235的豐度增加至2%到5%的濃縮鈾。為了將濃縮鈾處理成核燃料以在核反應(yīng)堆中使用，采用了將鈾形成為重量約5g的圓柱狀顆粒的形成工藝。在真空條件下，將數(shù)百個這樣的顆粒形成(retain into)束，并插入錯管。在管中設(shè)置彈簧并充入氦氣，并且在管上焊接端蓋并密封，這樣就完成了燃料棒。多個燃料棒組成了核燃料組件，并在核反應(yīng)堆中發(fā)生核反應(yīng)而燃燒。
[0005]圖1為顯示典型的核燃料組件的正視圖。圖2是根據(jù)常規(guī)技術(shù)(US5，213，757)設(shè)有彈簧夾具(spring clamp)31的頂噴嘴30的透視圖，該彈簧夾具帶有利用銑削形成的彈簧插孔 31a。
[0006]如圖1所示，核燃料組件包括其中插有燃料棒(未圖示)的多個支撐格柵10和與支撐格柵10連接的多個導(dǎo)向套管20。核燃料組件還包括與導(dǎo)向套管20的上端連接的頂噴嘴30，與導(dǎo)向套管20的下端連接的底噴嘴16，以及由彈簧和形成于支撐格柵10上的凹窩(dimple)支撐的燃料棒(未圖示)。
[0007]如圖2所示，頂噴嘴30包括固定件15、彈簧夾具31和壓緊彈簧單元32。固定件15起使頂噴嘴30連接于上堆芯板中的定位銷的作用。每個彈簧夾具31都具有形成于其中的彈簧插孔31a。每一個壓緊彈簧單元32的端部插入相應(yīng)的彈簧插孔31a中。貫穿相關(guān)彈簧插孔31a上方每個彈簧夾具31的上表面形成固定銷孔33'3型槽14形成于每個彈簧夾具31中，且分別與固定銷孔33'連通。壓緊彈簧單元32插入相應(yīng)彈簧插孔31a中，并固定于相應(yīng)彈簧夾具31。每個彈簧插孔31a按如下方式通過銑削形成，即以使銑刀末端(milling tip)(未圖示)插入形成于彈簧夾具31的上表面的T型槽14中。
[0008]每個壓緊彈簧單元32包括具有第一頸部32a'的第一彈簧32a，以及與第一頸部32a'連接的第二彈簧32b和第三彈簧32c。壓緊彈簧單元32構(gòu)造成使得第一、第二和第三彈簧32a、32b、32c—個疊加在另一個頂上。為了將壓緊彈簧單元32連接到頂噴嘴30，與第一頸部32a'相對的壓緊彈簧單元32的彈簧連接端沿水平方向插入相應(yīng)的彈簧插孔31a。此后，固定銷33沿垂直方向插入彈簧夾具31的相應(yīng)固定銷孔33'和壓緊彈簧單元32的固定銷孔32a"中。從而，壓緊彈簧單元32連接于頂噴嘴30。這里，為了防止固定銷33被移除，固定銷33的上端通過點焊固定于彈簧夾具31。在圖2中，附圖標(biāo)記40表示上板，附圖標(biāo)記41表示上板槽。
[0009]如圖1所示，具有前述構(gòu)造的頂噴嘴30與核燃料組件的元件裝配。隨后，如眾所周知的那樣，核燃料組件裝入堆芯并位于上堆芯板(未圖示)和下堆芯板之間，以使壓緊彈簧單元32由上堆芯板的下表面支撐。如此，核燃料組件裝入在其中引起核裂變的核反應(yīng)堆堆芯，并用作核能產(chǎn)生的燃料。
[0010]當(dāng)裝入核反應(yīng)堆的核燃料組件用作核燃料時，頂噴嘴30的壓緊彈簧單元32針對由核反應(yīng)堆運行期間冷卻劑流動所引起的水壓上升力、因溫度上升而引起的熱膨脹、因中子長時間輻照而引起的核燃料管的輻照量增加或者因蠕變而產(chǎn)生的軸向長度變化所產(chǎn)生的振動的沖擊行使吸收功能。從而確保核燃料組件的機械-結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
[0011]然而，在根據(jù)常規(guī)技術(shù)的頂噴嘴30中，當(dāng)上升力施加于為形成每個彈簧插孔31a而在插入彈簧插孔31a的壓緊彈簧單元32的端部設(shè)置的T型槽14時，T型槽14變寬，導(dǎo)致固定于彈簧夾具31的壓緊彈簧單元32變松。從而，支撐核燃料組件的力顯著下降。
[0012]而且，在彈簧插孔31a沿壓緊彈簧單元32插入彈簧插孔31a的方向通過銑削形成于頂噴嘴30、但未形成T型槽14的情況下，銑削操作受到位于與彈簧夾具31相對位置的、從頂噴嘴30的上表面突出的固定件15的阻礙。因此，很難精確地機械加工每個彈簧夾具31使得彈簧插孔31a的內(nèi)部具有相應(yīng)于壓緊彈簧單元32的端部的形狀。
[0013]因此，壓緊彈簧單元32的端部不能達到與彈簧插孔31a的內(nèi)表面緊密接觸。結(jié)果，在核反應(yīng)堆運行時，壓緊彈簧單元32不能可靠地吸收核燃料組件的振動。
[0014]此外，在極端情況下，常規(guī)技術(shù)中的上述問題可能導(dǎo)致核燃料組件的變形或斷裂。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]因此，針對現(xiàn)有技術(shù)中所產(chǎn)生的上述問題，本發(fā)明的一個目的是提供一種在未形成T型槽的彈簧夾具中形成彈簧插孔的核燃料組件的頂噴嘴，從而提高了握持壓緊彈簧單元的彈簧夾具的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
[0016]本發(fā)明的另一目的是提供一種核燃料組件的頂噴嘴，彈簧插孔能容易且精確地形成于其中，使得壓緊彈簧單元的端部達到與彈簧插孔的內(nèi)表面緊密接觸，從而提高制造效率。
[0017]本發(fā)明的又一目的是提供一種制造核燃料組件的頂噴嘴的方法，該方法使精確的機加工成為可能，從而提高了具有彈簧插孔的彈簧夾具的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，因而提高了固定于彈簧夾具的壓緊彈簧單元的穩(wěn)定性。
[0018]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種核燃料組件的頂噴嘴，包括:連接板，連接于核燃料組件的導(dǎo)向套管；圍墻，從所述連接板的周邊向上伸出且?guī)в性O(shè)置于所述圍墻上表面的彈簧夾具；以及壓緊彈簧單元，安裝于所述圍墻的上表面，以將所述壓緊彈簧單元的相應(yīng)端部連接到所述彈簧夾具。貫穿所述彈簧夾具的上表面而垂直地形成固定銷孔，以及沿所述壓緊彈簧的插入方向通過放電加工形成彈簧插孔，使得所述壓緊彈簧單元連接到所述彈簧夾具的彈簧插孔中。
[0019]優(yōu)選地，在執(zhí)行放電加工工藝前，所述連接板和圍墻通過鑄造成單個體而一體地形成。
[0020]固定銷孔可具有限定了所述彈簧插孔的、形成于所述夾具的上表面中的橢圓形銷頭座。
[0021]所述彈簧插孔可在不具有T型槽的情況下通過放電加工形成。
[0022]所述彈簧插孔的形成采用的方式是使形成其橫截面小于所述彈簧插孔的橫截面的預(yù)制孔并執(zhí)行放電加工工藝。
[0023]所述頂噴嘴還可包括固定銷，其設(shè)有一個與所述橢圓形銷頭座相應(yīng)形狀的頭部，所述固定銷插入到固定銷孔以握持所述壓緊彈簧單元。
[0024]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種制造核燃料組件的頂噴嘴的方法，包括:沿垂直方向貫穿所述頂噴嘴上所設(shè)置的彈簧夾具的上表面形成固定銷孔;使用放電加工工藝，沿壓緊彈簧的插入方向形成其中插入壓緊彈簧單元的彈簧插孔；以及以使所述壓緊彈簧單元的端部插入所述彈簧插孔的方式將所述壓緊彈簧單元連接于所述彈簧夾具。
[0025]所述放電加工工藝可在未形成T型槽的情況下執(zhí)行。
[0026]所述固定銷孔的形成可包括以使所述固定銷孔的上端部形成橢圓形狀的方式形成橢圓形銷頭座。
[0027]通過放電加工工藝形成所述彈簧插孔可包括在執(zhí)行所述放電加工工藝前，貫穿所述橢圓形銷頭座形成預(yù)制孔。
[0028]所述方法還可包括在所述固定銷孔形成前，鑄造所述頂噴嘴的主體，所述主體包括連接于核燃料組件的導(dǎo)向套管的連接板，和從所述連接板的周邊向上伸出的圍墻，其帶有設(shè)置于所述圍墻上表面的彈簧夾具。
【附圖說明】
[0029]以下結(jié)合附圖的詳細說明，本發(fā)明上述和其它目的、特征和優(yōu)點將會被更清晰地理解，其中:
[0030]圖1是顯示典型的核燃料組件的正視圖；
[0031 ]圖2是根據(jù)常規(guī)技術(shù)的核燃料組件的頂噴嘴的透視圖；
[0032]圖3是根據(jù)本發(fā)明一個【具體實施方式】的頂噴嘴的透視圖；
[0033]圖4是圖3的頂噴嘴的制造方法流程圖；
[0034]圖5A和5B是顯示形成于圖3的頂噴嘴彈簧夾具中的圓形固定銷孔的視圖；
[0035]圖6是根據(jù)本發(fā)明另一個【具體實施方式】、具有其中容納有橢圓形固定銷的橢圓形頭部的橢圓形銷頭座的頂噴嘴的制造方法流程圖；以及
[0036]圖7A和7B是顯示根據(jù)圖6的方法制造的頂噴嘴的彈簧夾具中形成的橢圓形銷頭座的視圖。
【具體實施方式】
[0037]下面，將參考附圖更詳細地描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。
[0038]圖3是根據(jù)本發(fā)明一個【具體實施方式】的頂噴嘴3(T的透視圖。
[0039]如圖3所示，頂噴嘴30'包括連接板25，圍墻20和多個壓緊彈簧單元100。連接板25連接于核燃料組件的導(dǎo)向套管(未圖示)。