燃料組件用的碎屑貯留阱的製作方法
2023-05-31 12:05:46
專利名稱:燃料組件用的碎屑貯留阱的製作方法
本發明一般涉及核反應堆，更詳細地說，涉及一種安裝在燃料組件的底部管嘴中用來捕獲和貯留在組裝、修理或替換操作後留在反應堆中的碎屑的碎屑阱。
在製造和隨後安裝、修理組成核反應堆冷卻劑循環系統的部件的期間，工作人員作出辛勤的努力，使得能確信從在各種工作條件下使冷卻劑循環於其間的反應堆容器及其有關系統中清除了所有的碎屑。雖然採取了細緻複雜的手續以有助於肯定清除了碎屑，但經驗表明，儘管使用了各種安全措施來實現這種清除，仍然在系統中遺留隱藏了一些碎片和金屬碎粒。
特別是，近年來在若干個反應堆中已經注意到了由於捕集在底部格架中的碎屑而造成的燃料組件損壞。這種損壞包括由於碎屑接觸磨損燃料棒管外部而造成的燃料棒管穿孔。這些碎屑往往是相當薄的長方形碎塊，而不是球形的碎塊。明確地說，大多數碎屑屬於金屬切屑，它們很可能是在修理或替換蒸汽發生器之後留在主系統中的。碎屑堆積在最下層格架的區域，在格架的「蛋籃」形狀的柵元壁和燃料棒管的下端部分之間的空間內。幾乎所有的碎屑都剛巧沉積在下堆芯支承板中四個冷卻劑流動孔道的上方。
在美國專利№4，096，032中，討論了幾種從核反應堆中清除碎屑的方法，這些方法運用得相當好。通常在它們為之而設計的工作條件範圍內達到了它們的目的。本發明的主要目的是為清除碎屑問題提供一種新的方法，它適合於反應堆部件的現有構造和運轉狀況，在反應堆的整個運轉周期中都是有效的，它提供的總效益超過它給反應堆增加的費用。
因此本發明屬於一種捕獲和貯留在液體冷卻劑中夾帶的通過燃料組件端部管嘴配接板中流動孔流入核燃料組件的碎屑的碎屑阱，這種燃料組件包括一個間隔安置在上述端部管嘴下遊的支承燃料棒的格架，碎屑阱考慮到上述液體冷卻劑的流動方向，其特徵在於(a)有一個放置在上述配接板上遊附近的空心包封體，它由一種可以透過液體冷卻劑而不能透過冷卻劑夾帶的碎屑的材料構成，該空心包封體有一對壁，這對壁橫切冷卻劑流的通路而設置，互相之間沿冷卻劑流動方向間隔一段距離，這對壁的周緣互相連接，在包封體內形成一個碎屑捕獲和貯留室;(b)有至少形成一個通過包封體的上流壁進入貯留室的開孔的機構，該開孔大到足以允許液體冷卻劑夾帶的碎屑進入上述貯留室;(c)有設置在上述貯留室內圍繞上述開孔的碎屑貯留機構，該機構的外形可以阻止由液體冷卻劑帶入貯留室的碎屑通過上述開孔流出;(d)有設置在上述貯留室內的液流分配機構，它間隔安置在上述碎屑貯留機構和上述開孔的下遊，其外形能使液體冷卻劑在流出上述包封體時大體上均勻分配地流過上述配接板。
在一個最佳實施例中，碎屑貯留機構由一個喇叭形環組成，它連接到包封體的上流壁上，圍住壁上的入口開孔。該環有一個通常垂直的環形外壁和一個通常向上向外彎曲的環形內壁，內壁和外壁在各自的上部邊緣處會合。液流分配機構由一個通常向上和向外張開的擴散環構成，擴散環相對的底部邊緣和頂部邊緣的直徑分別小於和大於開孔的直徑，由此通過開孔進入貯留室的冷卻劑的一部分可以向上流動在擴散環的外邊，而冷卻劑的其餘部分可以向上通過擴散環流動。同時，空心包封體至少包括一個位置鄰近包封體下壁中開孔的角構件，擴散環連接在角構件上，以便安裝在喇叭環形和開孔的上方，與它們準直。此外，角構件有一個形成於其上的可以彎曲的調節片，用來將空心包封體鎖定在端部管嘴內的位置上。
在另一個實施例中，碎屑貯留機構包括一個圓筒形環，它連接在包封體的上遊壁上並圍住壁上的入口開孔，以形成圍繞開孔的唇緣。液流分配機構由一個倒錐組成，它連接在空心包封體的下遊壁上。最好是，倒錐的最大直徑小於入口開孔的直徑。
體現本發明的碎屑阱被設計成適合現有燃料組件的底部管嘴而不需要改變管嘴。碎屑阱被配接成位於底部管嘴配接板和下堆芯支承板的上表面之間，使得碎屑阱的最好在數目和相對位置方面與下堆芯板中的冷卻劑流動開孔相對應的入口開孔與堆芯板開孔相準直。雖然碎屑阱將貯留碎屑直到載帶碎屑的阱能夠在下一次換裝燃料的操作期間被拆除，但是當阱使用時穿過阱的壓降將保持在最小值。
現在參考附圖描述本發明的最佳實施例，僅僅作為例子，附圖中
圖1是體現本發明的一種燃料組件的立視圖，組件以部分剖面的方式表示，採取沿垂直方向縮短的形式;
圖2是沿圖1中2-2線所見的碎屑阱最佳實施例的頂視放大平面圖;
圖3是沿圖2中3-3線截取的碎屑阱一部分的局部視圖;
圖4是沿圖2中4-4線所見的碎屑阱另一部分的局部視圖;
圖5是碎屑阱另一個實施例的頂視平面圖，僅僅圖解說明碎屑阱的部分上壁和下壁，以及液流擴散器錐體和碎屑貯留器唇緣;
圖6是沿圖5中6-6線截取的部分剖面的立視圖。
在下列描述中，相同的參考號標示所有附圖中相同的或對應的部件，而諸如「向前」、「向後」、「向左」、「向右」、「向上」、「向下」之類用語，是為方便而採用的，不應當解釋為限制性的用語。
現在參考附圖，特別是圖1，圖中表示的通常用編號10標示的燃料組件，是壓水反應堆中所使用的那種類型。基本上，它包括一個將燃料組件支承在反應堆堆芯區域(未圖示)中的下堆芯支承板14上的下端部構造或底部管嘴12，控制棒導向管16，沿導向套管16軸向間隔安置的橫向格架18，一個由格架18支承的橫向間隔安置的排列有序的細長燃料棒20陣列，一根儀表管22，以及一個固定在導向套管16上端部上的上端部構造或頂部管嘴24。燃料組件10構成一個整體，能夠進行常規的裝卸而不損傷組件中的部件。
每一根燃料棒20包含核燃料芯塊(未圖示)，棒的相對兩端用端塞26、28密封。當處在使用中的時候，一種諸如水或含硼水之類的液體慢化劑一冷卻劑被向上泵入，通過下堆芯板14中的流通開孔30，通過底部管嘴12的配接板34中的流通孔32，通過導向套管16和沿著燃料組件的燃料棒20，通過頂部管嘴24中的流動通道(未圖示)流出。
裂變過程利用控制棒(未圖示)控制，控制棒可以利用一個棒束控制機構36在導向套管16中往復移動，棒束控制機構36有一個內攻螺紋的圓柱形管38，帶有徑向伸出的錨爪40，控制棒就支承在錨爪上，所有這些在反應堆技術中都是熟知的。
如上所述，可能出現由於捕集在最下一個格架18上的碎屑而引起的燃料組件的損壞。因此，非常希望在這種碎屑到達最下層的格架18之前就把它們捕集起來。
為此目的，本發明提供一種碎屑貯留阱，通常用編號42標示，如圖1所示，這種碎屑阱裝在底部管嘴12的內部，在底部管嘴的上部中央配接板34的上遊即下方鄰近處，在底部管嘴的角部支柱44之間。碎屑阱42的位置橫切冷卻劑流從下堆芯板開孔30到配接板孔32的通路，以便從流動的冷卻劑中捕獲諸如小零件或小碎塊之類的碎屑，從而防止碎屑進入燃料組件10。碎屑被貯留在碎屑阱42中，留待下次換裝燃料的操作中與燃料組件10一起拆除。
現在轉到圖2至圖4，圖中說明了一個碎屑阱42的最佳實施例，碎屑阱包括一個空心包封體46，包封體具有上壁(下遊)48和下壁(上遊)50和若干個最好是四個側壁52，側壁在中間連接上下壁相應的周緣，將上下壁隔開，使得在包封體46內部形成一個碎屑捕獲和貯留室，通常用54標示。側壁52從下壁50到上壁48向上向內傾斜，以便形成增大的通過包封體46的冷卻劑流。空心包封體46的壁48、50、52由可以透過液體冷卻劑而不能透過由冷卻劑攜帶的碎屑的任何合適材料構成。例如，如圖解表示的，這些壁可以由穿孔薄板材料構成;但是，它們也可以非常容易地由金屬絲篩網或薄層材料或穿孔薄板和金屬絲篩網材料的結合來構成。例如，下壁50可以由穿孔薄板材料製成，而其餘的壁48、52由金屬絲篩網材料製成。
如從圖1和圖2中所見，碎屑阱包封體46的總截面積大小要使得它可以安裝在底部管嘴12的角部支柱44之間的周邊裙板58之內，碎屑阱包封體46通常與管嘴的配接板34共平面。在包封體46的四角加工成凹陷60，以容納四個角部支柱44和兩個準直銷62，準直銷從下堆芯板14延伸通過對角的一對角部支柱44的法蘭盤66中的開孔64。在由包封體46的角部形成的每一個凹陷上，有一個角構件68連接相鄰的兩個側壁52。雖然只在兩個角構件68上圖示了，但是每個角構件都有一個形式為可彎曲的調節片70的鎖定機構，用來在安裝碎屑阱42時卡住底部管嘴12的法蘭盤66。最好是，在碎屑阱42的安裝位置中，其包封體46的上壁48在配接板34下方間隔一小段距離，使得通過配接板孔32的水流不受到阻礙。
碎屑阱42是在燃料組件10已經從反應堆堆芯中拆下後從組件的底部安裝上去的。在碎屑阱42被安裝到燃料組件10之內後，調節片70被向外彎曲到法蘭盤66上面，使碎屑阱鎖定在位置上。為了拆卸碎屑阱42，在每個角構件68和法蘭盤66之間插入一個楔狀物，以迫使調節片70充分地彎向內部，使得能夠撤出碎屑阱42。
碎屑阱42的空心包封體46還有一個安裝在上壁48和下壁50之間而擱置在下堆芯板14上的中央套筒72的作用是給空心包封體46增加強度，同時它提供一個接近儀表管22下端的方便的通路，儀表管22的下端連接到底部管嘴配接板34上。
在圖2至圖4中表示的碎屑阱42，還有許多個穿過包封體46的下壁或上遊壁50通入包封體46的碎屑捕獲和貯留室54中的入口開孔74。開孔74的數目和準直方向與下堆芯板14中的冷卻劑流動開孔30相匹配，使得從堆芯板開孔30流入的液體冷卻劑中夾帶的碎屑，將通過開孔74進入包封體46的碎屑貯留室54中。
碎屑阱42還包括碎屑貯留機構，其形式為喇叭形環76，置於碎屑貯留室54內，圍住相應的開孔74。每個環有一個下法蘭盤78和一個外部通常垂直的環形壁80，當環被安置和連接到上遊壁50的內面上時，下法蘭盤78緊貼地固定到一個開孔74中，環形壁80阻止由冷卻劑通過開孔74和環76帶入上述碎屑貯留室的碎屑再通過開孔74流出。環76還有一個入口通常向外向上彎曲的環形壁82，它與外壁80在各自的上邊緣處會合。
最後，碎屑阱42包括液流分配機構，其形式為通常向外和向上張開的擴散環84，位於包封體貯留室54內，通常設置在相應的入口開孔74和喇叭形環76的下遊並與後兩者準直。每個擴散環84具有上遊邊緣86和下遊邊緣88，其直徑分別小於和大於相應的喇叭形環76的最小直徑。擴散環84的曲率與碎屑貯留環76的內壁82的曲率相近。這些下(上遊)環76上(下遊)環84的外形和相互之間的空間位置關係，使得一部分通過下環76和開孔74進入貯留室54的冷卻劑可以向上流動在擴散環84的外邊並通過擴散環84和喇叭形環76之間的空間，同時使得其餘部分的冷卻劑直接通過擴散環84流動。環76、84就以這種方式相互配合，以成比例地分配和引導流入的冷卻劑，保證冷卻劑大體上均勻分配地流過底部管嘴12。由於這種液流分配是通過起葉片型液流導向器作用的環而實現的，轉動損壞是最小的。
每個擴散環87在其相對的內面和外面處被支承在一個角構件68和一個徑向託架80上，這個角構件68的位置鄰近下壁50中的一個開孔74，這個徑向託架80連接和架設在中央套筒72上。因此，擴散環84橫向架設在相應的角構件68和中央套筒72之間，與相應的開孔74和下環76軸向準直。
然後，一般說來，碎屑通過在開孔74上起唇緣作用的下環即上遊環76被貯留在碎屑阱42中。但是，在直接通過上環即下遊環流動的冷卻劑中夾帶的一部分碎屑被阻擋在上壁即下遊壁48上，可能在減流的狀況中通過開孔74退回，在關閉主冷卻劑泵的期間會存在這種狀況。即使發生了這種狀況，這樣從碎屑阱逸脫的碎屑不會進入燃料組件，而在反應堆下一次起動時會衝回到碎屑阱42中。在一個燃料組件的碎屑阱被部分堵塞因而減小了冷卻劑流量這種不大可能發生的事件中，體現本發明的配置允許在底部管嘴12下面從鄰近的燃料組件中自由地相互交叉流動的冷卻劑，以補償局部的流量減小。
總結起來，體現本發明的碎屑阱42比起從前的設計來給出下列優點。第一，它產生的壓力至少減小到三分之一。第二，液流分配部件的加入減小了通過底部管嘴的壓力損失。第三，通過底部管嘴下面改善的液流分配，底部管嘴上面的混合紊流大大減少，這減小了在第一格架處及其下面所出現的壓力損失。第四，某一個碎屑阱的部分堵塞，可以由底部管嘴下面從鄰近的燃料組件來的冷卻劑的交叉流動來彌補。第五，各種改善的結合使由於插入碎屑阱而引起的損失有可能明顯地接近於零。這一點對於並非所有反應堆堆芯中的燃料組件都安裝了碎屑阱的場合來說是特別希望具備的，並使得可以將這種碎屑阱有計劃地引入到現有的正在運行的反應堆中去。
圖5和圖6中說明了本發明的另一個實施例，圖中顯示了一種碎屑阱92，它除了兩個方面外，與剛才參考圖1至圖4所描述的一種碎屑阱相似。
第一個不同的方面是，碎屑阱92的碎屑貯留機構採取圓筒形環94的形式，它連接到下壁即上遊壁50′上，並圍住貯留室54′的相應入口74′。每個圓筒形環94的外形形成一個圍繞相應開孔74′的唇緣，它的作用是防止由冷卻劑帶入貯留室54′的碎屑通過開孔74′重新流出。第二個不同的方面是，液流分配機構採取倒錐96的形式，它位於相應的圓筒形環94和開孔74′的下遊並與之準直，倒錐96連接在空心包封體46′的上壁即下遊壁48′上。每個倒錐96的特定外形也導致從貯留室54′來的冷卻劑大體上均勻分配地流過底部管嘴12。每個倒錐96的最大直徑小於相應開孔74′的直徑，倒錐96由與包封體46′相同的材料構成。雖然這種設計比本文先前描述的那種最佳實施例要稍微簡單些，但是看來它產生稍許大一些的壓降，儘管不一定是不能接受的。
權利要求
1、一種捕獲和貯留在液體冷卻劑中夾帶的通過燃料組件端部管嘴配接板中流動孔流入核燃料組件的碎屑阱，這種燃料組件包括一個間隔安置在上述端部管嘴下遊的支承燃料棒的格架，碎屑阱考慮到上述液體冷卻劑的流動方向，其特徵在於
(a)有一個放置在上述配接板(34)上遊附近的空心包封體(46；46′)，它由一種可以透過液體冷卻劑而不能透過冷卻劑夾帶的碎屑的材料構成，該空心包封體有一對壁(48，50；48′，50′)，這對壁橫切冷卻劑流的通路而設置，互相之間沿冷卻劑流動方向間隔一般距離，這對壁的周緣互相連接，在包封體內形成一個碎屑捕獲和貯留室(54；50′)；
(b)有至少形成一個通過包封體的上遊壁(50；50′)進入貯留室(54；54′)的開孔(74；74′)的機構，該開孔(74；74′)大到足以允許液體冷卻劑夾帶的碎屑進入上述貯留室(54；54′)；
(c)有設置在上述貯留室(54；54′)內圍繞上述開孔(74；74′)的碎屑貯留機構(76；94)，該機構的外形可以阻止由液體冷卻劑帶入貯留室的碎屑通過上述開孔(74；74′)流出；
(d)有設置在上述貯留室(54；54′)內的液流分配機構(84；96)，它間隔安置在上述碎屑貯留機構(76；76′)和上述開孔(74；74′)的下遊，其外形能使液體冷卻劑在流出上述包封體(46；46′)時大體上均勻分配地流過上述配接板(34)。
2、一種根據權利要求
1所述的碎屑阱，其特徵在於上述構成空心包封體(46)的材料，為穿孔板材料。
3、一種根據權利要求
1或2所述的碎屑阱，其特徵在於上述空心包封體(46)的下遊壁(48)和上遊壁(50)之間安裝了一個起增強作用的中央套管(72)。
4、一種根據權利要求
1、2或3所述的碎屑阱，其特徵在於上述空心包封體(46)的截面大小可以裝入上述端部管嘴(12)內，而包封體包括將包封體可以解脫地鎖定在端部管嘴內的位置中的鎖定機構(70)。
5、一種根據權利要求
4所述的碎屑阱，其特徵在於上述鎖定機構(70)由一對可彎曲的調節片(70)組成，置於上述包封體(46)的相對兩側面上，可以在包封體(46)裝入上述端部管嘴(12)中之後與後者嚙合，從而將包封體可以解脫地鎖定在位置上。
6、一種根據上面的權利要求
中任何一項所述的碎屑阱，其特徵在於上述碎屑貯留機構由一個喇叭形環(76)組成，它連接到包封體(46)的上遊壁(50)上，圍繞其中的上述開孔(74)而伸出。
7、一種根據權利要求
6所述的碎屑阱，其特徵在於上述喇叭形環(76)有一個大體上為圓筒形的外周面(80)，和一個沿上述流動方向向外彎曲而與該外周面(80)在其下遊端會合的內周面(82)。
8、一種根據上面的權利要求
中任何一項所述的碎屑阱，其特徵在於上述液流分配機構由一個擴散環(84)組成，它間隔安置在上述開孔(74)的下遊，沿上述流動方向向外張開，上述擴散環(84)大體上與上述開孔(74)軸向準直，而其上遊端的直徑小於開孔(74)的直徑。
9、一種根據權利要求
8所述的碎屑阱，其特徵在於上述空心包封體(46)至少包括一個位置鄰近上述開孔(74)的角構件(68)，而使上述擴散環(84)固定在其上面。
10、一種根據權利要求
1至5中任意一項所述的碎屑阱，其特徵在於上述碎屑貯留機構由一個圓筒形環(94)組成，它連接到上述上遊壁(50′)上，圍繞上述開孔(74′)並形成圍繞後者的唇緣。
11、一種根據權利要求
10所述的碎屑阱，其特徵在於上述液流分配機構(84，96)包括一個倒錐(96)，它連接到上述空心包封體(46′)的下遊壁(48′)上，與包封體上遊壁(50′)中的上述開孔(74′)相對。
12、一種根據權利要求
11所述的碎屑阱，其特徵在於上述倒錐(96)的最大直徑小於上述開孔(74′)的直徑。
13、一種根據權利要求
10或11所述的碎屑阱，其特徵在於上述倒錐(96)是由與上述包封體(46′)相同的材料構成的。
14、一種根據上面的權利要求
中任意一項所述的碎屑阱，其特徵在於上述包封體(46;46′)的壁(48，50;48′，50′)的周緣由沿上述流動方向向內傾斜的側壁(52;52′)互相連接。
專利摘要
本發明涉及一種捕獲和貯留在液體冷卻劑中夾帶的通過燃料組件端部管嘴，配接板中流動孔流入該燃料組件的碎屑的碎屑阱。碎屑阱包括一個空心包封體(46)、一個碎屑貯留機構(76)和一個液流分配機構(84)。包封體由可以透過冷卻劑而不能透過碎屑的材料構成，使用時置於配接板(34)的上遊近處，其上遊壁(50)上至少有一個大到足以流入碎屑的入口開孔(74)。碎屑貯留機構圍繞入口開孔防止碎屑流出。液流分配機構位於碎屑貯留機構下遊，使流出的冷卻劑大致均勻分配地流過配接板。
文檔編號G21C3/32GK86102206SQ86102206
公開日1986年10月22日 申請日期1986年4月1日
發明者約翰·安東尼·裡拉特 申請人:西屋電力公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan