核燃料組件用的間隔柵架的製作方法

2023-07-28 17:46:26 1

專利名稱:核燃料組件用的間隔柵架的製作方法
本發明涉及各種核燃料組件，尤其是涉及使核燃料組件中的燃料棒保持適當間隔的柵架，所述的柵架至少包括二組板，每組由端部固定到一個由閉合帶條所形成的多邊形的帶狀件上的互相平行的若干塊板所組成，至少沿著所述的閉合帶條的一個邊緣上有肋片。
目前大部分運轉中的輕水冷卻反應堆使用正方形橫截面的燃料組件，它包括一個由用導管連接在一起的兩個端件構成的構架和焊接到至少一些導管上的許多柵架。燃料棒分布成一種正方形的列陣，在列陣的某些節點處，用導管替代燃料棒。
在把燃料裝入堆芯，或在移出一個燃料組件時，使後者相對於其它組件沿垂直方向運動。在進行這種相對運動時，正在移動的組件的柵架會鉤到一個相鄰組件的柵架上，並出現擱置。一般來說，這種卡住現象發生在柵架的拐角處。
作為例子，圖1是一個頂視圖，表示向下放到堆芯中的組件柵架(10)可能會怎樣鉤到一個已經位於堆芯內的組件柵架(10a)上的情形。通常是利用安置在至少某些柵架上部的導向肋片(12)來防止正在往下放的組件柵架在重迭時產生橫向滑動。擱置可能發生在兩個斜對放置的組件之間，或者發生在兩個互相相鄰組件的柵架的平側面之間。不管組件的外部形狀怎樣，即在具有一個六邊形橫截面的組件之間，以及具有一個方形橫截面的組件之間，均可發生擱置現象。
為了減少擱置的危險，人們曾作過很多嘗試，因這種擱置可能無可挽回地損壞柵架，或者甚至於能扯裂柵架的某些部件，使其嵌入主冷卻劑管路之中。為此目的的各種裝置已經在EP059924(Lar Son)和EP141208(Steinke)的專利文獻中作過描述。
已經較具體地提出了幾種可用到柵架上的結構，這些柵架的帶狀件是由一個具有限定靠彈性壓在棒上的彎曲凸榫的寬切口的帶條所構成。FR2337918中所述方法的要點是在這個柵架上安裝伸出帶狀件的翼肋，這種解決方案並不能減少在拐角處擱置的危險。在FR2163482中建議在帶狀件的高度小於板高的柵架內，使板的端部傾斜，並在帶狀件的拐角上形成一個斜面，在EP052924中指出了這種結構的缺點和局限性，並提議使柵架拐角具有某種形狀，以便在每個拐角的頂部和底部確定一個一直延伸到被加工成與柵架的較大的側面平行的彎曲或摺疊處的傾斜角板，該文獻還詳細敘述了支撐在燃料棒上的並一直伸到帶狀件拐角處的開口兩端的榫舌，該開口在燃料棒的方向延長。
本發明的目的是提供一個減少擱置危險的經改進的柵架。為此目的，在上述形式的柵架內，在每個帶狀件的拐角處沒有開口，每個帶狀件的拐角相對於帶狀件平側面的想像的延伸部分被截去，並用向內形成的角板，把拐角連接到帶狀件的邊緣上。
截斷每個拐角時可把屬於帶狀件的一段帶條加工成圓弧形的彎曲形狀。通過在帶狀件側面內的某位置上進行焊接，把該段帶條固定到其帶狀件的其它部分上。目前，焊接還是沿著拐角的脊部進行的。
在一個具體的實施例中，角板被加工成一種傾斜面或球形殼帽形式的護罩，這種護罩可以在燃料棒的方向上延伸，超出包括肋片在內的帶狀物的剩餘部分，並在延伸方向逐漸變窄，以包圍每個拐角的燃料棒。因此，將提供冷卻劑通道以便確保在正常的冷卻劑流動受到護罩阻礙的區域內的棒的冷卻。
支承棒的元件可以用向內衝壓的方法在帶狀件的帶條上形成凸起，不用切開帶條，這些元件在棒的長度方向排列成二排平行的行，一行位於另一行上方。帶狀件還可以包括相鄰組件柵架之間的間隔凸起，它是把帶狀件的平表面向外衝壓而形成的，其結構類似於支承棒的凸起結構。因為不存在切口或縫隙，所以在作相對的軸向運動時，間隔凸起本身不可能發生鉤住的現象，它是通過使相鄰組件柵架保持一定的距離來克服擱置危險的。從下述的本發明的實施例的描述，可以更清楚地了解本發明。
附圖簡述已經提到過的附圖1，是在與已經就位的組件相鄰的組件，作垂直運動期間多半會引起擱置的二個組件的相對布置的頂視圖;
圖2是表示根據本發明的一個實施例的一個柵架的局部透視圖。
圖3A和圖3B是從上面看下去的表示為了構成一個圖2所示的那種柵架，而使帶條連接起來所可能採用的不同焊接位置的示意圖;
圖4A和圖4B是表明一個按圖3A所示結構焊接的帶狀件的部分的局部放大視圖，圖4A是從側面看的，圖4B是從頂部看的;
圖5類似於圖2，表示一種改進了的包括間隔凸起的結構，在圖的左側和右側，表示兩種不同的可能的凸起布置;
圖6是示意圖的頂視圖，表示一種在兩個相鄰元件的柵架上可能的間隔凸起布置;
圖7是經放大的透視示意圖，表示根據發明的另一改進而提出的一種柵架的拐角護罩的可能結構;
圖8和圖9，類似於圖7，表示兩種其它的護罩結構。
實施例說明參見圖1，柵架拐角易於引起擱置，用傾斜的肋片(14)使柵架進入促進相互滑動的相對位置是一種非常不充分的緩解措施。下面將描述的本發明不同實施例的目的在於在柵架的拐角處設置一些表面或邊緣，以利於互相相鄰的柵架作相對的滑動，並使柵架上可能造成擱置的區域互相間隔開。
在圖2所示的實施例中，柵架的帶狀件(16)在每個拐角有兩個衝壓出的角板，每個板與柵架的軸向(即安裝在柵架內的燃料棒的方向)約構成45°角。限定每個角板的褶痕(18)與帶狀件(16)兩個相毗鄰的側面最末端部位上所形成的一個逐漸縮小的截斷部分(20)的根部端接。在每個面上，該截斷部分，與沿著該面的相應邊緣設置的第1導向肋片(12)的根部端接。由此，截斷部分(20)的尖銳邊緣長度趨於最小。
此外，兩個在拐角相連的平的帶狀件表面用一個基本上是1/4圓形的彎曲件(21)連接，它將進一步減少擱置的危險。該1/4圓的半徑應根據能保證在帶狀件和放置在由帶狀件和板(22)、(24)所限定的拐角槽中的燃料棒之間提供一個供冷卻劑通過的環形間隙來確定。可以採用任何適宜的公知的方法把每個板牢固地固定到帶狀件(16)上，例如，將板最末端的榫頭伸進帶狀件的縫隙(26)內，並在榫接處焊接。這些板帶有彈簧(圖中未表示)，彈簧使燃料棒以波紋或乳狀凸起形式形成在帶狀件上的支承凸起相接觸。
最常用的帶狀件一般由焊在帶狀件的四個拐角處的四個帶條構成。在使用由圖2所示的結構時，最好是先把一段帶條沿縱向長度彎成1/4圓(21)，然後再依次把這些帶條焊在帶狀件的一側或多側的連接部分上。
圖3A和圖3B表示焊縫(28)的兩種可能位置，焊縫(28)的位置選擇在兼顧帶條段的最容易衝壓和帶狀件最容易組裝的位置。如圖3B所示，利用一條帶條，製成四個90°彎曲，帶條的端部在一個面的中間位置(28)處焊接在一起。如圖3A所示，利用衝壓和彎曲平板帶條而製成四條帶條，然後在直線部分將它們焊接住，焊縫(28)的設置可以象圖4A和4B所示的那樣。
對圖2所示的結構做許多改進是可能的。角板(17)不一定要有平坦的形狀，例如可以是凸的和近似於一種球形硬殼帽狀。當在帶狀件的拐角處採用焊接時，角板可以通過兩個彎曲區域連接起來加工，每一個區域屬於打算形成該帶狀件的兩個相連的側面的兩條帶條中的一條。
在通過彎曲一條帶條來形成帶狀件的拐角時，提供接觸燃料棒的支承手段典型地是採用通過使帶狀件變形而不切斷帶狀件所形成的凸起或乳頭狀凸起，而不是採用在帶條上打孔的方法。這樣一種結構可以增加外部的帶狀件的機械強度。如圖2所示，凸起30是截頭錐形扣狀物或乳頭狀凸起，它們是使形成帶條的金屬板向內變形而構成的，這些凸起排成並行的兩排，被安排在該帶條上各行窄縫(26)之間的區域裡，並排在這些窄縫的兩側，這些窄縫(26)供安裝固定板(22)和(24)的榫頭用。凸起構成燃料棒的支承面，靠板上裝有的或在板上形成的彈性元件(圖中未表示)對燃料棒加給偏置力。
至目前為止，所描述裝置的目的主要是在柵架進行接觸時促進它們的相互滑動，並且不使柵架更難製造。
在帶狀件上採用機械的手段，使柵架拐角處進行接觸之前，就使相鄰的柵架彼此保持一定的距離，這一點是有用的，特別在將包括目前描述過的這類結構的組件和已有技術中的組件同時應用時更是如此。現在將描述用於避免兩個疊起來的柵架在如圖1所示的相對位置進行接觸的危險或至少使這種危險減到最低限度的這樣一種裝置的例子。
參見圖5的右邊部分(與圖2相似的部件用相同的代號數字表示)，在帶狀件(16)的每一側在每個拐角處附近有一縱行排列的兩個向外凸出的間隔凸起(32)。兩個軸向對準的凸起可以設置在同一塊板的窄縫之間(圖5的右邊部分)，它們也可以安排在肋片(12)的根部(圖5的左邊部分)。間隔凸起可以如同支承凸起(30)一樣，在製造過程中加工出來，是向外凸出的。其凸出量可以與凸起(30)是相同的數量極，即從十分之幾毫米(典型數量為0.5毫米)到約為1.5毫米。
凸起(32)除了有防止組件在拐角處卡住的優點外還能限制燃料組件彎曲並保證在堆芯內的各組件有較為合適的間隔。由於這是很普通的事情，所以將不對此作一般的描述。
在柵架採用某種可能經輻照呈現膨脹的材料，如鋯基合金材料時，在布置凸起(32)時最好是使兩個互相毗鄰組件上的凸起不彼此對著。為此，在帶狀件的一個側面上的凸起(32)可以距拐角有不同的距離L0和L1。此外，在加工凸起時可以用相當小的向內指向的力使其壓皺。
為減少卡住的危險，而把帶狀件的拐角附近的冷卻劑導流和/或混流肋片的尖銳邊緣倒圓加工，倒圓可以採用機械加工或熱加工來實現。
目前可用於構成燃料組件柵架的材料已有很多種，尤其可採用以鋯基合金和鐵鉻鎳合金。在選擇一個柵架帶狀件的材料時，要滿足一個優先條件，即最小的中子吸收以及優良的機械特性。某些可以採用的材料能成型加工成具有相當複雜形狀的帶狀件拐角。因此，儘可能地使角板向上延伸是有優越性的，角板可以延伸到拐角燃料棒的位置。
在由圖7所示的發明實施例中，已描述過的元件也用相同的代號數字來表示。角板(17a)向上凸起超過肋片(12)的基面，並有一個和1/4圓21相合併的凸起的形狀，這種安排留下一個暢通的空隙，以供冷卻劑在柵架的帶狀件和拐角處的棒(34)的外圓之間進行流動。另一方面，如圖8和9所示，護罩形狀的角板(17b)和(17c)一直延伸到棒(34)，並與棒的外表面相接觸。一般對於這種情況，角板的形狀從其根部向外凸起，而後逐漸向外凹。實際上，對於角板來說，其高度h為5～6毫米就足夠了，該高度至少等於相鄰肋片(12)的高度。可以在位置(36)處把角板焊到構成帶狀件的帶條上，如果角板相當短，如圖7所示那樣，則它們可以直接通過彎曲和衝壓帶狀件來形成。為了對沿著在拐角放置的棒(34)的流動冷卻劑通道的變窄或甚至閉合進行補償，可以在帶狀件(圖9)上的支承凸起(32)之間設置冷卻劑流動孔(38)。
此外，可以把加強區(40)固接到護罩的邊緣(圖8)，並且通常在與第一板(22)及(24)成直線的位置終止。
權利要求
1.用於將核燃料組件中縱向延伸的燃料棒隔開的間隔柵架包括至少兩組互相交錯的板，每組板由互相平行的板組成，兩組板為限定所述的燃料棒的通道而互成一個角度，一個由一個具有平行邊緣的帶條形成的外部帶狀件，至少在帶條上的一個邊緣上安裝有肋片，該帶狀件具有平表面，並在所述的平表面中的相鄰表面之間有拐角，所有的拐角處沒有開口，所述的板的端部牢固地與所述的帶狀件相連接，其特徵是在所述的拐角中至少有二個被截去，以使該兩個拐角限定在拐角之間的帶狀件上的所述的平表面的想像的延伸部分之內，用向該帶狀件內側傾斜的角板把所述的至少二個拐角中的每一個連接到所述的邊緣。
2.按權利要求
1所述的間隔柵架，其特徵是每個拐角由在一條帶條上形成的圓形部分組成，所述的帶狀件由多條互相固接的所述帶條組成。
3.按權利要求
1所述的間隔柵架，其特徵是所述的帶條只包括一條，它的兩端互相焊接在所述帶狀件的一個平表面內。
4.按權利要求
1所述的間隔柵架，其特徵是每一個所述的角板構成一種傾斜的護罩，該護罩一直延伸到一個拐角處燃料棒的位置。
5.按權利要求
1所述的間隔柵架，其特徵是每個所述的角板形成一種近似於球形帽狀的護罩，該護罩一直延伸到一個拐角處燃料棒的位置。
6.按權利要求
5所述的間隔柵架，其特徵是護罩沿燃料棒的縱向延伸，並延伸超出包括肋片的帶狀件的餘下部分，護罩用於包圍所述燃料棒中有關的拐角處的燃料棒。
7.按權利要求
6所述的間隔柵架，其特徵是在所述的帶狀件中形成冷卻劑液流開孔，以便為在由所述的護罩之一阻礙冷卻劑沿著有關拐角處的燃料棒流動的每一個區域提供冷卻劑流。
8.按權利要求
1所述的間隔柵架，其特徵是在所述的帶狀件內形成支撐結構，如衝壓凸起，以便安裝所述的燃料棒，不用切斷帶狀件，支撐結構指向內部，並以二排平行的方式分布，沿棒的縱向方向上一排位於另一排之上。
9.按權利要求
8所述的間隔柵架，其特徵是還包括在相鄰組件柵架之間的間隔凸起，該凸起利用在帶狀件的平表面上的向外衝壓形成。
專利摘要
一個核燃料組件用的間隔柵架，尤其是一種水冷卻組件。它包括兩組間隔的板，每組板由若干塊平行的板組成。它們的端部固定到一個呈帶條狀的多邊形的帶狀件上，至少沿著該帶條上的縱向邊緣上有肋片。帶狀件的每個拐角上沒有開孔，至少有兩個拐角是圓形的，並被限定在帶狀件的平側面的想像延伸部分之內，用沿半徑方向向內傾斜的角板把拐角連接到側面的邊緣。
文檔編號G21C3/356GK87103424SQ87103424
公開日1987年11月18日 申請日期1987年4月1日
發明者讓-比爾·德尼佐, 布魯諾·默埃斯卡 申請人:法瑪通公司, 核物質總公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan