核反应堆用万能燃料组件结构制造技术

本发明专利技术涉及核燃料组件，组件中主要的结构支承由联结上下管座（２２、２４）并支承横向格架（３２）的角杆（２６）提供．布置燃料棒时要空出纵向通道的位置，纵向通道的排列方式与可能的控制棒的位置一致．一个棒簇组件（３６）由一块支承板（４６）及与其联结的一簇棒（５０）组成．组件可拆卸地支承在上管座的连接板（６６）上，而组件中的棒则伸进相应的通道中．依据燃料棒在堆芯中所放的位置、簇形组件中的棒可能是控制棒导向机构和燃料棒或其他棒．（*该技术在2006年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术一般地涉及核反应堆，特别是堆用的燃料组件。典型的压水堆堆芯中含有大量的燃料组件。除燃料浓度外，各燃料组件彼此之间基本上是一样的。为了选择最佳燃耗並展平整个堆芯中径向的中子通量分布，通常采用一种分区的浓度分布，即堆芯边缘区的组件中的燃料浓度要比堆芯中心区组件中的燃料浓度高一些。在给定的一次堆芯循环(例如一年)以后，在较高浓度堆芯区中的燃料组件要倒换到较低浓度区中，同时把新的燃料组件装到最高浓度区，把耗尽的或烧完的组件从最低浓度区卸出。除了燃料浓度有所不同之外，堆芯内燃料组件都有相同的结构，每个燃料组件基本上是由一个下管座、一个上管座、一根仪表管以及许多根控制棒导向套管、燃料棒和格架组成。例如，在一个典型的燃料组件中，燃料棒可以排成一个正方形的点阵，各条边有17个棒的位置。每个燃料组件总共有289个棒的位置，其中264个放燃料棒，24个放导向套管，一个放仪表管。燃料组件的结构骨架由其下管座、上管座和导向套管组成，导向套管纵向延伸在下管座和上管座之间，並对它们起刚性连接作用。这些部件除了共同配合以组成刚性骨架以外，每个部件还有其自己的其他功能。下管座引导堆冷却剂向上流入燃料组件，导向套管为控制棒插入和穿过燃料组件提供通道，而上管座为支撑控制棒的星形组件提供台座。上管座还有一个开孔，供冷却剂从中流过，同时下管座和上管座一起防止燃料棒从燃料组件中向上和向下顶出。在传统的燃料组件中，格架和燃料棒不是燃料组件骨架的结构性部件，它们分别直接地和间接地由导向套管来支承。格架连接到导向套管上，格架之间在轴向位置上彼此间隔开。而燃料棒由横向格架以一定的排列方式在侧向支承，这在技术上是熟知的。燃料组件的导向套管的直径比燃料棒的直径大，而且，如上所述导向套管提供的通道可接受各种类型的用来控制核燃料反应性的控制棒。然而，当燃料组件装到没有控制棒的那些堆芯位置上时，组件中的导向套管一般是不能用来装燃料棒的，因为插在这些导向套管内的燃料棒周围余下的空间太小，从其中流过的冷却剂不足以防止燃料棒的过热。因此，传统的燃料组件中有相当数量的棒的位置(在上述的例子中约为10%)不装燃料。此外，由于并非堆芯内所有的燃料组件都需要控制棒(在典型的堆芯中大约三分之二的燃料组件不需要)，在堆芯许多区域中不装燃料的棒的位置闲置无用，这就降低了功率输出，增加了燃料循环价格，缩短了燃料组件寿命，并使燃料装载方式次优化。传统的燃料组件靠导向套管与上、下管座连结在一起而形成一个有高度结构完整性的刚性骨架。这种燃料组件还有一个不利因素，即当需要重新组装燃料组件时，对大量的组件来说，要拆卸和重新安装上管座就显得相当困难。本专利技术的基本目的是提供一种改进的燃料组件的设计，这可使上述问题得到缓和而又不会影响结构的完整性，而且，它具有较大的灵活性，使燃料组件中燃料含量满足燃料组件所在的堆芯内特定位置的需要。因此，本专利技术属于一种核燃料组件，它包括一个上端部构件，一个下端部构件以及把上、下端部构件联在一起并与它们共同组成一个刚性结构骨架的相互联结机构，组件还包括许多个横向格架和许多根燃料棒，格架支承在上述骨架上，以一定的纵向间距放置在上、下端部构件之间，燃料棒从格架中穿过并由格架支承，燃料棒之间相互平行并彼此隔开，该组件的特征在于a)上述相互联结机构包括若干个细长部件，它们延伸在上述上、下端部构件之间，其两个端头部分与上、下端部构件相连;b)布置上述燃料棒时，要留出一定数量的纵向通道，这些通道在两个端部构件之间延伸并且以一定形式分布在燃料棒中间;以及c)该燃料组件包括由一个支承件和许多个细长元件组成的一个簇形组件，每个细长元件的一端联结到上述支承件上并由此延伸，细长元件相互平行并彼此隔开，它们的横截面尺寸与相应的纵向通道相适应，其排列方式也与上述纵向通道的排列形式相一致，上述支承件与上述上端部构件的一部分配合，以便从那里可拆卸地支承该簇形组件，支承时，上述各细长元件伸到上述各通道内并在那里向上述下端部构件纵向延伸。如果燃料组件放在堆芯内使用控制棒的部位，则簇形组件的细长元件至少有一部分是控制棒导向套管，其数量相当于需要装的控制棒的数目。另一方面，如果燃料组件放在堆芯内不含控制棒的部件，则簇形组件的细长元件可以是燃料棒，这些燃料装在因为不装控制棒而空出来的那些通道中。因此，体现本专利技术的燃料组件使用细长部件(最好是空心的杆)它代替依靠控制棒导向套管保持骨架刚性的那种结构，这种细长部件不需要作导向管;这种燃料组件使用簇形组件，簇形组件包括控制棒导向套管和(或)燃料棒，视燃料组件所在的堆芯位置而定，而且，簇形组件可拆卸地支承在上端部件上，以便能容易装上和卸下。显然，这种布置方式具有相当的灵活性，能使燃料组件中燃料含量满足燃料组件所在的堆芯内的特定位置的需要。此外，燃料组件的骨架结构是由便于组装和拆卸的零件组成的，因为其主要的结构支承由可与上、下管座拆开的细长的部件，最好是四个角杆提供。这样就可更换损坏的燃料棒和格架而无须过早地卸出燃料组件。当组件中燃料最终耗尽时，把燃料组件彻底卸开，可在废燃料池中密集贮存。再者，由于导向套管不再是结构件，因而，当不需要为控制棒导向时，可以方便地取下导向套管，换上燃料棒或类似的棒。用这种替换方法可降低燃料循环价格，延长烧过的燃料组件的寿命，优化装料方式(降低峰值因子)，并根据分析结果来调整循环后期的周期长短，并由于周期较长而增加输出功率。现参考附图，仅以举例方式来说明本专利技术的最佳实施例。其中图1是体现本专利技术的一个核反应堆燃料组件的立视图，部分以剖面表示，还有一个传统的控制棒星形组件的立视图，星形组件用虚线表示;图2是燃料组件上管座的放大剖面图，这是沿图1的2-2线切取的;图3是燃料棒和燃料组件最上面的格架的放大顶视图，这是在图1的3-3线上，沿箭头方向往下看;图4是图3上包括右侧下部的角杆在内的格架栅格的一个放大的局部平面图;图5是角杆以及相应格架栅格的部分剖面图，沿图4的5-5线切取的;图6是类似图5的剖面图，但它是沿图4的6-6线切取的;图7是燃料组件上管座和簇板的放大顶视图，它是沿图1上7-7线的箭头方向朝下看的;图7a是簇板和上管座的放大的部分剖面图，它是沿图7的7a-7a切取的;图7b是另一个簇板和上管座的放大的部分剖面图，它是沿图7的7b-7b切取的;图8是沿图7上8-8线切取的簇形组件的剖面图;图9是另一个簇形组件的剖面图，它带有一块支承许多燃料棒的和一根仪表管的簇板;图10是燃料组件最下面的格架的部分顶视图，它是沿图1的10-10线切取的，但燃料棒导向套管及角杆被省掉了;以及图11是四分之一个堆芯的示意图，表示把新燃料装在烧过的燃料组件中的簇形组件以及把烧过的燃料装在新燃料组件中的簇形组件。在以下说明中，几张图中的同一个参考数字表示相同的或相应的部件，而“向前”、“向后”、“左”、“右”、“向上”、“向下”这一类词仅为方便而使用，不得视为限制性词。现在参考附图，特别是图1，图示的用在压水堆(PWR)上的燃料组件在垂直方向上是按透视法缩短了的，整个组件用数字20来代表。它基本上是由一个上端部构件(上管座22)，一个下端部构件(下管座24)和许多细长部件(空心杆26)组成，细长部件纵向延伸在上、下管座22、24之间，并本文档来自技高网...

【技术保护点】
核燃料组件包括一个上端部构件，一个下端部构件以及把上、下端部构件联在一起并与它们共同组成一个刚性结构骨架的相互联结机构，组件还包括许多个横向格架和燃料棒，格架支承在上述骨架上，以一定的纵向间距放置在上、下端部构件之间，燃料棒从格架中穿过并由格架支承，燃料棒之间相互平行并彼此隔开，该组件的特征在于：（ａ）上述相互联结机构包括若干个细长部件（２６），它们延伸在上述上、下端部构件（２２、２４）之间，而且细长部件的两端分别与上、下端部构件相连；（ｂ）布置上述燃料棒（３４）时， 要留出一定数量的纵向通道（４４），这些通道在上、下端部构件之间延伸，并以一定的形式分布在燃料棒中间；以及（ｃ）该燃料组件包括由一个支承件（４６或４８）和许多个细长元件（５０、５４或５２、５４）组成的一个簇形组件（３６或３８），每个细长元 件的一端联结到上述支承件上并由此延伸，细长元件相互平行并彼此隔开，它们的横截面尺寸与相应的纵向通道（４４）相适应，其排列形式也与上述纵向通道的排列形式相一致，上述支承件（４６或４８）与上端部构件（２２）的一部分（６６）配合，以便从那里可拆卸地支承簇形组件（３６或３８），支承时，上述每个细长元件伸到上述多通道（４４）内并在那里向上述下端部结构（２４）纵向延伸。...

【技术特征摘要】
US 1985-3-4 708,190;US 1985-3-26 716,2821.核燃料组件包括一个上端部构件，一个下端部构件以及把上、下端部构件联在一起并与它们共同组成一个刚性结构骨架的相互联结机构，组件还包括许多个横向格架和燃料棒，格架支承在上述骨架上，以一定的纵向间距放置在上、下端部构件之间，燃料棒从格架中穿过并由格架支承，燃料棒之间相互平行并彼此隔开，该组件的特征在于(a)上述相互联结机构包括若干个细长部件(26)，它们延伸在上述上、下端部构件(22、24)之间，而且细长部件的两端分别与上、下端部构件相连；(b)布置上述燃料棒(34)时，要留出一定数量的纵向通道(44)，这些通道在上、下端部构件之间延伸，并以一定的形式分布在燃料棒中间；以及(c)该燃料组件包括由一个支承件(46或48)和许多个细长元件(50、54或52、54)组成的一个簇形组件(36或38)，每个细长元件的一端联结到上述支承件上并由此延伸，细长元件相互平行并彼此隔开，它们的横截面尺寸与相应的纵向通道(44)相适应，其排列形式也与上述纵向通道的排列形式相一致，上述支承件(46或48)与上端部构件(22)的一部分(66)配合，以便从那里可拆卸地支承簇形组件(36或38)，支承时，上述每个细长元件伸到上述多通道(44)内并在那里向上述下端部结构(24)纵向延伸。2.根据权利要求1所述的燃料组件，用在堆芯中控制棒位置上的燃料组件的特征在于上述细长元件中至少有一部分元件由控制棒导向套管(50)组成。3.根据权利要求1所述的燃料组件，用在堆芯中没有控制棒位置的核燃料组件的特征在于上述细长元件中至少一部分元件由燃料棒(52)组成。4.根据权利要求3所述的核燃料组件的特征在于上述燃料棒(52)中至少一部分棒含有烧过的核燃料。5.根据权利要求3所述的核燃料组件的特征在于，上述燃料棒(52)中至少一部分棒含有新的核燃料。6.根据权利要求3、4或5，所述的核燃料组件的特征在于构成燃料棒(52)的上述每个细长元件的尺寸都比由上述横向格架支承的燃料棒(34)大。7.根据前述权利要求中的任意一项，核燃料组件的特征在于上述细长元件包括一根仪表管(54)。8.根据前述权利要求中的任意一项，核燃料组件的特性在于上述上端部构件(22)包括闭锁机构(76)，它与上述簇形组件(36或38)的支承件(46或48)配合，以便把簇形组件以可松开的方式固定在上端部构件的适当位置...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰弗里罗伯特塞克，
申请(专利权)人：西屋电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]