具有网格加强装置的核燃料组件和该装置在核燃料组件中的使用

摘要

本发明涉及核燃料组件，其包括核燃料棒(3)、一具有两接头(7，9)的支承架(5)、连接所述接头的导向套管(11)、以及固定在导向套管上的燃料棒保持格栅(13)。本发明还包括用于加强支承架的至少一网格加强装置(21)。网格加强装置(21)布置在两保持格栅(13)之间，且固定到导向套管(11)上。本发明适用于压水反应堆用的组件。

说明书

技术领域

[01]本发明涉及核燃料组件。

[02]它例如被称为压水核反应堆用的组件。

背景技术

[03]一般来说，核燃料组件包括核燃料棒、一具有两接头的支承架、 连接所述接头的导向套管、以及燃料棒保持格栅。

[04]保持格栅每个都包括两组交错布置的的板条和一外部护带，从而 限定多个隔间，一些隔间由导向套管穿过，另一些隔间由燃料棒穿过。板 条配有使燃料棒保持在一基本上规则的网阵的节点上的保持部件，并且板 条固定到至少一些导向套管上。

[05]保持格栅中至少一个还确保燃料棒的支承。为此，其通常配有弹 簧，所述弹簧在板条上切削而成或嵌装在板条上，并用于使燃料棒压靠弯 曲弹簧(bossette)上，所述弯曲弹簧冲制在板条中并形成隔间的其它面。

[06]其它格栅的作用仅为使燃料棒保持在网阵的节点上。为此，它们 在由一燃料棒穿过的每个隔间的每一面上具有燃料棒的支承弯曲弹簧。

[07]公知的是，专利文献FR-2 665 291也提出附加的搅混格栅，用于 间置在保持格栅之间，所述搅混格栅具有叶片，用于提高循环流经组件的 流体冷却剂的混合效果。

[08]制造结束后，这种组件沿一名义轴向方向垂直且笔直地延伸。一 旦在反应堆中就位，这些组件由于辐照而变形，并可能达到C、S或W形 状。

[09]这种变形存在许多问题。从运行方面看，它使控制与止动束更难 插入导向套管。

[10]在装卸时，例如在对反应堆堆芯进行装载和卸载操作时，所述变 形增大组件之间钩住的危险性。

发明内容

[11]本发明的一目的是，通过限制核燃料组件在辐照下的变形，解决 这个问题。

[12]为此，本发明的目标涉及核燃料组件，其包括核燃料棒和一支承 架，所述支承架具有两接头、连接所述接头的导向套管、以及固定在所述 导向套管上的燃料棒保持格栅，其特征在于，所述组件还包括所述支承架 的至少一网格(maillé)加强装置，所述网格加强装置布置在两保持格栅 之间，且固定到所述导向套管上。根据具体实施例，单独地或根据所有技 术上可能的组合，组件可具有如下一或多个特征：

[14]-所述核燃料棒布置成一基本上规则的网阵；并且，所述网格加 强装置不在周边燃料棒之间延伸；

[15]-所述网格加强装置不在周边燃料棒层和邻接的燃料棒层之间延 伸；

[16]-所述网格加强装置不配有用于流经核燃料组件的流体冷却剂的 搅混部件；

[17]-所述网格加强装置不配有核燃料棒的保持部件；

[18]-所述网格加强装置包括两组交错布置的且相互固定的板条，所 述板条其间限定接纳导向套管的隔间和接纳核燃料棒的隔间；以及

[19]-所述接纳核燃料棒的隔间的尺寸大于燃料棒的尺寸，以便具有一 间隙地接纳燃料棒。

[20]本发明还涉及所述网格加强装置在具有核燃料棒和一支承架的核 燃料组件中的使用，所述支承架具有：

[21]-两接头，

[22]-连接所述接头的导向套管，以及

[23]-燃料棒保持格栅，

[24]至少一网格加强装置用于所述加强支承架，该网格加强装置布置 在两保持格栅之间，且固定到所述导向套管上。

[25]根据具体实施例：

[26]-所述网格加强装置不配有用于流经核燃料组件的流体冷却剂的 搅混部件；

[27]-所述网格加强装置不配有核燃料棒保持部件；

[28]-所述网格加强装置包括两组交错布置的且相互固定的板条，所 述板条其间限定接纳导向套管的隔间和接纳核燃料棒的隔间；

[29]-所述接纳核燃料棒的隔间的尺寸大于燃料棒的尺寸，以便具有 一间隙地接纳燃料棒。

附图说明

[30]参照附图，阅读以下作为非限制性实施例给出的描述，本发明将 得到更好的理解，其中，附图如下：

[31]图1是本发明核燃料组件的正视示意图；

[32]图2是图1所示组件的中间加强装置的局部透视示意图；

[33]图3是相对于核燃料棒网阵和图1所示组件的保持格栅的、图2 所示的中间加强装置的结构及布局的平面示意图；

[34]图4是局部剖面示意图，其示出在图2所示中间加强装置的另一 变型与导向套管的连接；

[35]图5是在辐照之前传统组件与图1所示组件的刚度的比较曲线图；

[36]图6类似于图5，示出辐照后的情况；以及

[37]图7类似于图3，示出图2所示中间加强装置的另一变型。

具体实施方式

[38]图1示出用于压水反应堆的核燃料组件1。组件1沿一纵向方向A 垂直且笔直地延伸。

[39]组件1主要包括核燃料棒3和所述燃料棒3的一支承结构或支承 架5。

[40]通常，燃料棒3垂直延伸，且布置成一具有方形基部的基本上规 则的网阵，如图3所示，其中，燃料棒3用虚线示出。

[41]在所示的实施例中，组件1包括一组264根燃料棒3，且从俯视图 看，网阵形成一边长为17根燃料棒的方形。因此，燃料棒组3具有四侧 面6，每个侧面具有17根燃料棒。

[42]支承架5通常包括：

[43]-一下接头7和一上接头9，

[44]-导向套管11，用于接纳一控制或止动束(未示出)的燃料棒，以 及

[45]-保持格栅13，其使燃料棒3保持在网阵的节点上。

[46]接头7和9固定在导向套管11的纵向端部。

[47]如图3所示，其中，保持格栅13用虚线示出，每个保持格栅13 例如包括两组交错布置的板条15以及一环绕燃料棒3的周边层19的周边 护带17。

[48]格栅13限定隔间20，其大多数每个都接纳一燃料棒3。未示出的 弯曲弹簧布置在板条15上，用于为燃料棒3提供支承，且使之保持在网阵 的节点上。其它隔间20每个都接纳一导向套管11。

[49]通常，保持格栅13固定在导向套管11上，且根据燃料棒3的高 度予以布置。

[50]燃料棒3的轴向保持由一单个保持格栅13例如上格栅13加以确 保，为此，所述保持格栅13配有使燃料棒3压靠在弯曲弹簧上的推力弹簧， 所述推力弹簧在板条15上切割而成或嵌装在板条15上。

[51]根据本发明，组件1在保持格栅13之间包括支承架5的中间加强 装置21。

[52]由于此后要加以描述的原因，加强装置21从组件1的外部看不到， 因此，图1中用虚线示出。

[53]在所示的实施例中，一中间加强装置21布置在每对保持格栅13 之间。

[54]因为中间加强装置21的结构是类似的，所以参照图2和3描述单 个中间加强装置21。应当指出，图2仅示出导向套管11的管段。图3上， 导向套管11和中间加强装置21用粗虚线示出。

[55]中间加强装置21包括两组交错布置的板条23，在其交点例如通过 焊接彼此固定在一起。板条23的厚度例如约为0.425毫米，高度约为18 至28毫米。它们最好用锆合金制成。

[56]板条23其间限定每个接纳一导向套管11的隔间25以及接纳燃料 棒3的隔间27。如图3所示，某些隔间27是供单根燃料棒3用的隔间， 仅接纳一根燃料棒3，而其它隔间接纳两或四根燃料棒3。

[57]中间加强装置21的板条23形成一仅在导向套管11之间延伸的网 格结构。因此，该网格结构是通风的。

[58]因此，板条23和由此的加强装置21的横向布局是受限制的。特 别是，板条23不在燃料棒3外部周边层19的燃料棒3之间延伸，也不在 该层19和邻接层29之间延伸，在所示的实施例中，所述邻接层29每边包 括15根燃料棒。实际上，中间加强装置21终止于该层29附近。

[59]板条23不配有燃料棒3的保持部件，因此，隔间27的尺寸大于 燃料棒3的尺寸，并且以一定间隙围绕燃料棒3。

[60]此外，中间加强装置21不配有流经燃料组件1的流体冷却剂的搅 混部件，例如叶片。

[61]中间加强装置21例如通过板条23的略微鼓起的区域31(图2) 的焊接固定在导向套管11上。这种焊接可在板条23的顶部和/或底部进行。

[62]在图4所示的一变型中，板条23可借助于相对于板条23例如朝 上突起的焊爪33，焊接在导向套管11上。

[63]如果组件1包括一工具管，以代替中央导向套管11，那么，中间 加强装置21可焊接在其上。

[64]由于中间加强装置21的存在，支承架5和由此的组件1更具刚性。

[65]这由图5得到证实，其示出辐照之前核燃料组件侧向变形的模拟 结果。如该图所示，横坐标为侧向移动距离D(mm)，纵座标为获得这 种变形所需的作用力E(daN)。

[66]曲线35相应于制造结束后即辐照之前的已有技术组件。曲线37 相应于制造结束后的图1所示的组件。因此，中间加强装置21的存在在使 用期限开始时使组件1的硬度或侧向刚度相对于传统组件增大约60％。

[67]图6相应于辐照之后进行的模拟情况。曲线39相应于传统组件， 曲线41相应于图1所示的组件1。因此，组件1侧向刚度的增大在辐照后 是永久性的，始终约为60％。

[68]因此，组件1在使用期限结束时的刚度等于传统组件在使用期限 开始时的刚度。中间加强装置21用于加强支承架5，可补偿辐照作用。

[69]实际上，传统组件在辐照之后刚度的减小，是由导向套管的蠕变 和支承架5支承燃料棒3的支承条件的改变引起的，因而，燃料棒3在辐 照前贡献约65％的组件刚度，而在辐照后贡献不超过该刚度的约40％。

[70]因此，支承架5的、因中间加强装置21带来的刚性增大侧向刚度， 且在辐照后也一样。因此，还具有小横向尺度的加强装置21的通风结构减 少流体冷却剂的负载损失。

[71]根据图7所示的实施例，加强装置21可形成一更密的网格结构， 以致所有隔间27是供单根燃料棒3用的隔间。

[72]该变型也可增大组件1的侧向刚度，但却增大流经组件1的流体 冷却剂的负载损失。

[73]根据未示出的其它变型，中间加强装置21可在侧面延伸超过导向 套管11——可选地直至燃料棒3的周边层19，并且还具有一外部护带。因 此，中间加强装置21形成类似于一保持格栅13的网格结构。外部护带可 在装卸时和发生意外情况时提高组件1的抗冲击强度。在上述实例中，中 间加强装置21的板条数量为36。

[74]一般来说，除了焊接到导向套管上外，中间加强装置21还可用其 它方法加以固定，例如用扩管法紧装、套管式连接等。

[75]同样，组件1不必在每对保持格栅13之间具有一中间加强装置21。

[76]在其它一些变型中，中间加强装置21还可具有燃料棒3的保持部 件和/或流经组件1的流体冷却剂的搅混部件。

[77]显然，中间加强装置21可单独地投入商品生产。