用于压力水核反应堆的燃料组件

摘要

一种用于压水核反应堆的燃料组件，它具有许多燃料棒，所述燃料棒在许多轴向间隔开的定位格架(4)中导引，所述定位格架分别形成一个由格栅隔板(14

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于压力水核反应堆的燃料组件，如其例如由DE103 34 380 B3已知的那样。

背景技术

在图6中示例示出用于压力水核反应堆的燃料组件的原理结构。在这种燃料组件中许多燃料棒2在棒方向上(轴向)相互平行地通过多个相互轴向间隔开的定位格架4导引，它们分别形成具有许多单元格6的两维格栅，这些单元格按行8和列10设置。支承管穿过这个格栅的单元格6在燃料棒2以外也在所选择的位置上导引，该支承管不含燃料并且设置用于容纳和导引控制棒(所谓的控制棒导管12)。此外还可以设有支承管，它们同样不含燃料并且仅用于提高稳定性(仪器管或结构管，在示例示出的燃料组件2中既未设有仪器管也未设有结构管)。这些支承管与燃料棒不同，在单元格6中与定位格架4焊接，由此保证其在燃料组件2整个使用寿命上的稳定作用。

在假设的外部事故的情况下，例如在地震时或者在大泄漏的损失冷却剂(LOCA-Loss of Coolant Accident:冷却剂丧失事故)时定位格架可能由于相邻的燃料组件经历明显的冲击负荷。此时产生的持久变形(它们通常作为各个行或列的横向挠曲引起注意)不允许超过许用的最高值，以保证控制棒还可以导入控制棒导引管中，从而由此能够使设备可靠地继续运行或者可靠地断开。而在有限的范围中原则上允许塑性变形，因此必需避免较大的膨胀，它导致在燃料组件中设置的控制棒导引管的显著错位。

因此这样设计定位格架，使得要期待的冲击负荷不会导致定位格架的较大膨胀或横向挠曲。在实践中作为研究目的致力于对于新的、未辐射的定位格架的约20kN的屈曲强度(BOL(使用寿命起点)-定位格架)。因此，对于BOL定位格架，可以承受在事故范围内(地震、LOCA)产生的冲击负荷(面状作用的横向力)，只要这个负荷小于20kN。

但是，尤其对于已经使用较长时间并且达到其使用寿命终点(EOL＝End Of Life)的定位格架，在最不利的状况中产生大于其屈曲强度的作用力，因为这个屈曲强度与新的定位格架相比明显减小。在此，屈曲强度的这种减小取决于相应的定位格架类型并可为大于50至60％。

因此，为了改善事故安全性，在DE 103 34 580 B3中建议，在结构上这样设计定位格架，使得在超过侧面作用于定位格架上的极限力时变形仅仅在定位格架的一个区域中开始，该区域的单元格位于含有控制棒导引管的内部区域以外。这个变形特性可以由此实现，即，把定位格架设计在这个内部区域以外在机械上更弱。

发明内容

因此本发明的目的是，给出一种用于压力水核反应堆的燃料组件，它具有高的事故安全性和良好的热液力特性。

这个目的按照本发明通过具有权利要求1特征的燃料组件得以实现。按照这些特征，从由DE 103 34 580 B3已知的燃料组件出发，其中至少一个定位格架在第一分区域中在机械上设计得比在第二分区域中更强，在第二分区域中配有至少一个伸进在燃料棒之间形成的流动子通道中且提高流动阻力的阻力体，它抵消伴随机械上更弱的设计而来的在第二分区域中的流动阻力减小。本发明涉及这样的认识，即，定位格架在边缘区域中的较弱设计例如通过减小边缘区域中的格栅隔板的厚度或者通过减小格栅相互焊接的焊接节点的数量或长度来实现，由此使定位格架的流动阻力在这些弱化的外区域内小于在内区域内。换言之:为了改善EOL特性而加入的定位格架的机械不均匀性可能引起液力不均匀性，即由冷却剂通过定位格架在燃料棒轴向上流动产生的压力损失的非均匀分布。

按照本发明通过有针对地提高在机械较弱设计的第二分区域中流动阻力，局部提高那里的压力损失，由此减小由于第一和第二分区域的不同机械设计产生的液力不均匀性。换言之:通过按照本发明的措施，尽管定位格架机械设计的不均匀性，也达到在定位格架上产生的压力损失在很大程度上均匀化。在此最好致力于，至少接近补偿伴随机械较弱设计而来的在第二分区域中的流动阻力减小。

所述阻力体最好设置在格栅隔板的交叉位置上，即设置在通过四个相邻的燃料棒形成的流动子通道的中心。通过这种居中的、尤其在格栅隔板棱边区域中实现的阻力体布置，可以以特别简单的方式产生局部流动剖面，它们旋转对称地围绕流动子通道的中心延伸，由此使阻力体不产生流动图案，其引起横向于冷却剂流动方向作用在燃料组件上的力。

所述阻力体可以是与至少一个格栅隔板焊接的独立的结构部件。对此也可以选择且在加工技术上特别简单地使阻力体通过加工到格栅隔板中的成形部构成。

定位格架的单元格最好通过在边缘上设置的格栅边缘隔板和位于内部的格栅内部隔板构成，其中在下面格栅隔板的概念可以不仅表示格栅边缘隔板而且表示格栅内部隔板。在其中实现这种机械弱化的边缘区或第二分区域由位于内部区域以外的格栅内部隔板、穿过内部区域的格栅内部隔板的突出于内部区域的端部和格栅边缘隔板构成。

格栅隔板最好通过焊接连接相互连接，其中在第一分区域以外的格栅内部隔板的至少一部分焊接连接与第一分区域以内的格栅内部隔板的焊接连接相比具有更小的强度。

在本发明的有利扩展结构中，在一个位于第一分区域以外的隔板区域中的至少一部分格栅内部隔板与设置在内部区域以内的隔板区域相比具有材料弱化，其中尤其通过这些格栅内部隔板的更小壁厚(隔板厚度)实现这种材料弱化。

附图说明

为了进一步解释本发明，请参阅附图的实施例。附图中:

图1以示意俯视图示出按照本发明的定位格架，

图2-5分别以立体图示出在边缘区域中定位格架的交叉位置，其中分别示出本发明的用于提高局部流动阻力的不同实施例，

图6示出用于压力水核反应堆的燃料组件，如其由现有技术已知的那样。

具体实施方式

按照图1，定位格架4由格栅隔板14₁-14₁₇、16₁-16₁₇构成，它们在各交叉位置相互焊接。格栅隔板14₁、14₁₇、16₁、16₁₇构成格栅的边缘并且在下面称为格栅边缘隔板。格栅隔板14₂-14₁₆、16₂-16₁₆分布在格栅的内部并且在下面称为格栅内部隔板。交叉的格栅隔板14₁-14₁₇、16₁-16₁₇形成正方形的具有许多(例如16 x 16)个单元格6的格栅，在不被支承管穿过的单元格6中燃料棒2穿过单元格导引，其中在附图中为了清晰起见只示出几个燃料棒。各四个相互相邻的燃料棒2确定一个流动子通道17，冷却剂通过该流动子通道平行于燃料棒2(轴向)并因此垂直于图纸平面流动。

在实施例中所有支承管是控制棒导引管12。在这个实施例中不存在其它结构管。

控制棒导引管12确定通过阴影线突出的第一分区域18，它在实施例中通过由格栅内部隔板14₃、14₁₅、16₃和16₁₅限定的正方形内部区域构成，该内部区域包括这些格栅内部隔板14₃、14₁₅、16₃和16₁₅。这个第一分区域18由第二分区域19(在附图的示例中是由两个列8和行10组成的边缘区域)包围。现在按照DE 103 34 580 B3，定位格架4在其第一分区域18内比在第二分区域19中机械上更强地设计。对于这种第一分区域18的加强设计或者以相反的观察方式为较弱的第二分区域19设计所需要的技术措施-改变厚度或焊接节点数量、加大或减小格栅隔板壁厚、加入材料弱化、例如以在第二分区域19的隔板区域中切口的形式-将导致，定位格架4的流动阻力在第一分区域18内大于在第二分区域19内，由此将使由定位格架4在平行于燃料棒2轴向、即垂直于格栅平面流动的冷却剂内产生的压力损失不均匀。由此将在垂直于燃料棒轴向延伸的格栅平面中产生压力梯度，它们将导致不期望的横流。

因此为了避免这种不均匀性，按照本发明在第二分区域18中设有措施，通过它们尽可能补偿流动阻力的减小。

在附图中这一点借助于一些用黑色圆标识的位置表示，通过它们表明，位于这个第一分区域18以外的流动子通道17在那里交叉的格栅内部隔板16₂-16₁₆或14₂-14₁₆区域中配有阻力体20，它在这些流动子通道17中提高流动阻力，而在此不必取消所述有意识地按照DE103 34 580 B3加入到在第二分区域19中延伸的格栅内部隔板14_2-16和16_2-16上的机械弱化。

在按照图2的实施例中，在一个位于第二分区域19中的交叉位置上的这种流动阻力提高，对于由双壁的格栅隔板14_i、16_i构成的定位格架4由此实现，使格栅内部隔板16_i的每个薄板条在其上棱边上(在燃料组件垂直安装在堆芯中的情况下)在交叉位置区域中具有一弯曲部或成形部20a，它倾斜到附属于这个交叉位置的流动子通道17或各相邻单元格6的内部。这些成形部20a具有接近三角形的形状。与格栅内部隔板16_i交叉的格栅内部隔板14₂或14₁₆在这个区域内具有接近V形的缺口24并且在其基底上与格栅内部隔板16_i焊接。这个焊接连接根据在DE 103 34 580 B3中建议的工作方式，比在第一分区域18中出现的焊接连接更弱化地设计。这一点在附图中通过焊接节点26表示，它比在第一分区域18中出现的焊接节点(Schweissknoten)27具有更小的直径(夸大且示意地在附图中表示在相邻的交叉位置)，从而以这种方式在第二分区域19中产生有针对的机械稳定性弱化。也在与上棱边对置的下棱边上，在格栅内部隔板14₂或14₁₆上安置成形部20a，在其中只能看到一个成形部20a，并且格栅内部隔板16i配有V形缺口24。在这里，在V形缺口24的基底上也有一个小焊接节点26，它与交叉的格栅隔板16_i和14₂、₁₆相互焊接。

在箭头方向30(轴向)上流动的冷却剂K在成形部20a处偏转，由此产生平行于格栅平面定向的流动分量，如这在附图中通过箭头32表示的那样。在此，偏转成对地反向取向，因此由于流动偏转到定位格架上和因此偏转到燃料组件上而产生的横向力消失。

在按照图3的实施例中，对于由单壁的格栅隔板14₂₍₁₆₎、16_i构成的定位格架4，不仅在格栅隔板14₂₍₁₆₎、16_i的上棱边上而且在下棱边上在交叉位置区域中设有同样三角形的成形部20b，它们引起流动的冷却剂在流出侧围绕流动子通道17中心轴线的涡旋。格栅内部隔板14₂₍₁₆₎和16_i通过焊接节点27在上棱边区域中相互焊接，其长度和与此相关的焊接连接机械强度可以与在第一分区域中使用的焊接节点比较。在这个实施例中，在第二分区域中有针对的机械弱化由此实现，使焊接节点27的数量和与此相关的焊接连接强度减小。这一点通过在下棱边上缺少焊接节点表示，在附图中通过虚线标出。

在按照图4和5的实施例中，阻力体通过独立地与格栅内部隔板14₂₍₁₆₎和16_i地分别通过四个焊接节点焊接的片状结构部件20c或20d构成，它们在按照图4的实施例中具有接近十字形的形状并且在按照图5的实施例中具有圆片形的形状。格栅内部隔板14₂₍₁₆₎和16_i在这种情况下在交叉位置上设有缺口，在其中插入结构部件20c、d，由此使其背离支承面的扁平侧位于与格栅隔板14_2、16或16_i的上棱边或下棱边相同的平面中。

在按照图4的实施例中，第二分区域的有针对的弱化通过由切口36引起的材料弱化实现，而在按照图5的实施例中规定，完全在第二分区域中分布的格栅内部隔板14₂和14₁₆(和类似地格栅内部隔板16₂和16₁₆)具有比其它格栅隔板更小的壁厚。

本发明不局限于具有在实施例中所示的正方形16 x 16的定位格架的燃料组件中应用，而是也可以在具有其它定位格架几何形状的燃料组件中应用。