CN101903957A - 核燃料棒保持栅格和框架以及包括这种栅格的组件 - Google Patents

Abstract

此栅格的类型为包括至少两个沿一纵向方向(L)叠置的网状的栅格部(16，18)，每个栅格部(16，18)沿一横向平面延伸，并且所述栅格部(16，18)在开放构型和封闭构型之间沿至少一个横向方向可彼此相对移动，该开放构型用于核燃料棒(4)沿所述纵向方向(L)穿过栅格部(16，18)插入，该封闭构型允许将每个穿过栅格部(16，18)插入的核燃料棒横向夹紧在所述栅格部(16，18)中。根据本发明的一个方面，栅格部(16，18)包括将栅格部(16，18)横向固定在封闭构型中的元件(32，34)，所述元件设置成通过使叠置的栅格部(16，18)沿纵向方向(L)相互接近而接合。

Description

核燃料棒保持栅格和框架以及包括这种栅格的组件

技术领域

本发明涉及一种用于燃料组件的核燃料棒保持栅格，该栅格包括至少两个沿一纵向方向叠置的网状的栅格部，每个栅格部沿一横向平面延伸，所述栅格部在开放构型和封闭构型之间沿至少一个横向方向可彼此相对移动，该开放构型用于核燃料棒沿所述纵向方向穿过栅格部插入，该封闭构型允许将每个穿过栅格部插入的核燃料棒横向夹紧在所述栅格部之间。

背景技术

FR 2 639 139A1描述了一种用于轻水反应堆的核燃料棒保持栅格，该保持栅格包括两个带有凸出部的栅格部和一个带有弹簧的栅格部，该栅格部能够偏移以穿过栅格纵向地插入棒，或者对齐以将棒锁闭在栅格部之间。栅格包括由两个部分制成的外部框架以将栅格部保持在棒的锁闭构型中。

这种栅格的使用需要一种特定的工具，该工具用于将栅格部保持在棒的插入构型中以及棒的锁闭构型中，以及用于固定所述框架。

发明内容

本发明的目的在于提出一易于使用的核燃料棒保持栅格。

为此，本发明提出一种前述类型的核燃料棒保持栅格，其特征在于，所述保持栅格包括将栅格部横向固定在封闭构型中的元件，所述元件设置成通过使叠置的栅格部沿纵向方向相互接近而接合。

根据另一个实施方式，核燃料棒保持栅格包括一个或多个以下特征，以下特征单独地实施或根据技术上可行的任何组合实施：

-栅格部具有将栅格部纵向锁闭在封闭构型中的锁闭部件；

-锁闭部件固定在一栅格部上，并且当所述栅格部沿纵向方向相互接近时能够扣合在另一栅格部上；

-固定元件包括外周壁，所述外周壁固定在一栅格部上并且在所述外周壁之间和与该栅格部一起限定出一用于接纳另一栅格部的空间，所述另一栅格部能嵌合在所述空间中；

-沿纵向方向看栅格部具有多边形的外周轮廓，所述外周壁包括至少一对固定在一栅格部并沿与该栅格部相对的侧边延伸的外周壁；

-至少一个固定在一栅格部上的外周壁，载有用于将栅格部锁闭在封闭构型中的齿，所述齿能够当栅格部接近时扣合在另一栅格部上；

-所述栅格部限定出至少一个用于引导管的通道，该引导管用于接纳栅棒，至少一个栅格部能够沿至少一个将棒夹紧在所述栅格部之间的横向方向以一横向间隙接纳所述或每个引导管；

-每个栅格部由第一板和与所述第一板交叉的第二板；

-所述栅格包括用于沿第一横向方向夹紧棒的第一对栅格部，和用于沿不同于所述第一横向方向的第二横向方向夹紧这些棒的第二对栅格部；

-第一对栅格部的一个栅格部固定在第二对栅格部的一个栅格部上；

本发明还涉及一种用于核燃料组件的核燃料棒保持框架，其包括多个用于一簇棒的棒保持栅格，保持栅格用于沿棒彼此相距一定距离分布，其特征在于，至少一个保持栅格是如上所限定的一种保持栅格。

本发明也涉及一种核燃料组件，其包括一簇核燃料棒和如上所限定的棒保持框架。

附图说明

通过阅读以下仅作为实例给出的说明并参考附图，将更好地理解本发明和其优点，在附图中：

-图1是用于一个加压水核反应堆的一个核燃料组件的侧正视图；；

-图2和图3是根据本发明的呈开放和封闭构型的一个核燃料棒栅格的立体图；

-图4是图2和图3的栅格的栅格部的放大立体图；

-图5是图2和图3的栅格的另一栅格部的立体图；

-图6和图7是呈开放和封闭构型的图2和图3的栅格的仰视图；

-图8是呈封闭构型的图2和图3的栅格和核燃料棒的立体图；

-图9和图10是呈栅格的开放和封闭构型的两个核燃料棒保持栅格的立体图；

-图11和图12是根据实施变型的呈开放和封闭构型的核燃料棒保持栅格的立体图；

-图13是根据实施变型的呈开放构型的核燃料棒保持栅格的立体图；以及，

-图14至图18是根据实施变型的核燃料棒保持栅格的局部俯视图。

具体实施方式

为了说明本发明的背景，图1示意性地示出用于压水反应堆的核燃料组件2。

在这种类型的反应堆中，在运行期间，轻水作为供给核反应的缓和剂和作为热交换的载热流体。

组件2沿着一纵向方向L延伸，当组件2布置在一个核反应堆的中心时，该纵向方向是垂直的。该方向是水的流动的主要方向。

已知地，组件2包括包含可裂变的材料的一簇核燃料棒4，和一个用于支承和保持棒4的框架6。

框架6一般包括下部接头8，上部接头10，引导管12，和用于保持棒4的栅格14。

下部接头8和上部接头10布置在组件2的纵向端部。

引导管12在接头8、10之间纵向延伸，并在它们的纵向端部固定在接头8、10。因此，引导管12将接头8和10彼此相连。

一般地，引导管12用于由它们开放的上端部接纳不包含可裂变的材料栅棒(crayon de grappe)(未示出)，该栅棒的存在或者插入较大或较少地允许控制核反应。

在实施变型中，至少引导管之一被仪器管替换，该仪器管允许通过其开放的下端部插入一个反应堆的仪器装置。

栅格14固定在引导管12上并且沿着引导管12分布在接头8、10之间。栅格14具有类似的结构，并且能够根据它们的纵向位置，存在或者缺乏混和叶片，引导叶片，外部板等等

棒4纵向地布置成一簇并穿过栅格14。栅格14确保将棒4保持在框架6上。棒4终止于距接头8、10一定距离处。

栅格14保持棒4和引导管12分开以便允许压水在棒4之间沿方向L流动穿过组件。

限定了方形基网络(réseau àbase carré)的常用于压水反应堆可燃组件的栅格包括例如在其每个侧边上为14至19个栅元，多个用于接纳分布在网络中的引导管的栅元，以及可选地，一个用于接纳仪器管的中心栅元。

限定了方形基网络的常用于沸腾水反应堆可燃组件的栅格包括例如在其每个侧边上为6至13个栅元，和至少一个用于接纳水道的栅元，该至少一个用于接纳水道的栅元由1个开始直至5×5个燃料棒替换，并通常以相对居中的方式布置。

现将通过参考图2至图8描述本发明，示出了与图1的栅格相类似的一个栅格，但为了附图的清楚起见，该栅格限于设计用于接纳相对于常用栅格数量较少的棒的网络。

如图2和图3中所示，栅格14包括分开的第一栅格部16和第二栅格部18。

栅格部16、18在一个开放构型(图2)和一个封闭构型(图3)之间沿方向L可彼此相对移动，该开放构型用于核燃料棒沿方向L插入穿过栅格14，该封闭构型用于将核燃料棒夹紧在栅格部16、18之间。

如图2中所示，每个栅格部16、18是网状类型的，并且限定了栅元网络，该栅元网络包括用于接纳核燃料棒(未示出)的栅元20，和用于接纳引导管12的栅元22。

在所示实例中，每个栅格部16、18限定了每个侧边都具有五个栅元的方形基网络。用于接纳引导管12的栅元22是中心栅元，而其它栅元20是用于接纳核燃料棒(未示出)的栅元。

在开放构型中，棒4能够穿过每个栅元20并基本上不会被夹紧。

在开放构型(图2)中，栅格部16和18横向于方向L延伸，并且沿方向L叠置，以便一个栅格部的每个栅元20与另一栅格部的一栅元20叠置，以允许核燃料棒沿方向L插入，穿过叠置的每对栅元20。

每个栅格部16、18都包括与第二内部支承板26交叉的第一内部保持板24，所述板在彼此相互限定了栅元网络。

保持板24基本上是平坦的并且沿第一横向方向T1延伸。支承板26为波浪形状并通常沿垂直于方向T1的第一横向方向T2延伸。

在所示的实例中，每个支承板26包括多个基本为半圆柱形的支承部28，该支承部的轴线平行于方向L。

每个支承部28包括一个支承面，该支承面部地限定了栅元20的壁，并用于支承在一棒上以夹紧该棒。支持部28的支持面在这里是它们的凹形面。

支承板26的支承部28的支承面从板26的相同侧定向，并且相同栅格部16、18的支承板26的支承部28的支承面沿相同的横向方向定向。

保持板24在支承部28之间与支承板26相交，并且在支承板26中间保持隔开。

如图4中所示，图4是第二栅格部18的分解立体图，支承板26和保持板24设有使得支承板和保持板嵌合的互补槽30。

第二栅格部18的栅元22尤其沿方向T1比引导管12大，从而第二栅格部18可以在引导管12上以一横向间隙穿过。

如图5中所示，第一栅格部16包括两个舌片31，该两个舌片31在两个第一板24上界定栅元22。舌片31呈圆柱状部的形式，其轴线平行于方向L。

舌片31与板24制成一体。在变型中，舌片31连接并固定在板24上。

舌片31用于接纳在它们之间的引导管12，基本上没有横向间隙，从而第一栅格部16相对于引导管12横向地固定。

如图2中所示，栅格14包括用于当栅格部16、18呈封闭构型时横向地固定栅格部16、18的部件。

在所示实例中，横向固定部件包括外周板32、34，该外周板围绕第一栅格部16的内部板24、26并固定于在内部板上。外周板32、34固定在内部板24、26的端部。每个外周板32、34在第一栅格部16的一侧边上延伸。

外周板32、24彼此相距一定距离终止，在第一栅格部16的角部处不直接相连。除了侧向开放(图2中的右侧)的两个角部栅元20之外，第一栅格部16的外周栅元20由外周板32、34侧向封闭

在变型中，外周板32、34相接并彼此相连(例如通过焊接)，四个角部栅元封闭。因此，接纳在角部栅元中的棒件在处理操作期间将得到保护。

外周板32、34沿着以开放构型布置的第二栅格部18的方向延伸到第一栅格部16的内板24、26之外。外周板在它们之间并与第一栅格部16的内板24、26的顶缘一起限定出用于接纳第二栅格部18的空间36。空间36与第二栅格部18的外部轮廓互补。

在封闭构型中(图3)，第二栅格部18沿方向L插入空间36中，并借助外周板32、34而不能相对于第一栅格部16横向移动。

在所示实例中，外周板32、34在第一栅格部16和第二栅格部18的内板24、26的整个高度上延伸。

栅格14包括能够使栅格部16、18相对于彼此固定并在栅格14处于封闭构型时被激活的锁闭部件。

在所示实例中，锁闭部件包括设置成在封闭构型中(图3)扣合到第二栅格部18的内板24、26的上边缘上的锁闭齿38。

齿38布置在沿第一栅格部16的相对两侧延伸的一对外周板32的顶缘上。外周板32伸出一定高度(沿方向L)，该高度略大于第二栅格部18的板24、26的高度。

第二栅格部18不具有外周壁。因此，第二栅格部18的外周栅元在开放构型中(图2)侧向开放。一些外周栅元20在封闭构型中(图3)由第一栅格部16的外周壁32、34封闭。在外周板32、34在第一栅格部16的四个角部处相接的变型中，第二栅格部18的外周栅元20全都侧向封闭。

任选地，以本身公知的方式，外周板32、34包括引导叶片，这些引导叶片从其底缘和/或顶缘伸出并朝向栅格的中心倾斜，从而在处理操作期间借助周边物体实现对栅格的引导。

以下参照图2、图3和图6至图8描述燃料棒插入穿过栅格14。

为了结合两个栅格部16、18并插入棒4，第一栅格部16和第二栅格部18在引导管12上穿过并布置成开放构型(图2)。

栅格部16和18关于方向L定向成栅格部沿方向L叠置的每对栅元20以及界定所述栅元对的栅元的支持部28的支撑面相对。

将舌片31焊接到引导管12上。因此，第一栅格部16在纵向和横向上相对于引导管12不动。第二栅格部18纵向滑动并可至少沿方向T1相对于引导管12横向活动。

接着，使第二栅格部18沿方向T1横向偏移，从而使每对叠置栅元20的栅元20的支撑部28的支撑面沿方向T1移开，以允许棒4插入，而不会被夹紧在支撑部28的支撑面之间(图6)。为此，支撑面之间的间距大于棒4的直径。各棒4沿方向L插入穿过一对叠置的栅元20。

然后，栅格部16、18沿方向L连接，直至第二栅格部18插入第一栅格部16的对应空间36中(图8)。

在插入期间，外周壁32、34引导第二栅格部18，从而每对叠置的栅元20的栅元的支撑部28的相对支撑面沿方向T1连接，并将穿过这两个栅元20的棒4夹紧在其间(图7)。

在插入期间外周壁32弹性变形而移开，从而允许齿38沿第二栅格部18滑动，直至齿38扣合到第二栅格部18上，对抗栅格部16和18的反向移开运动。

应当指出，在图6和图7中支撑部28在其支撑面侧具有曲率半径，该曲率半径大于棒4的外表面40的曲率半径。这确保棒4在支撑部28连接时对中。

图8示出处于封闭构型的栅格14，棒4穿过该栅格14。

在图2至图8的实施方式中，各棒4在横向(方向T1)上被夹紧在栅格部16、18其中之一的支撑板26与另一栅格部的支撑板26之间。

棒4不经夹紧而插入栅格部16、18的开放构型中避免了棒4相对于栅格部16、18的摩擦，并避免在棒4的外表面上形成会削弱棒4的强度和寿命的凹形缺口(copeau)。

在封闭构型下运动期间，第二栅格部18沿棒4纵向运动并逐渐将其夹紧住。不过，这在减小的长度上实现，该长度基本上等于第二栅格部18的高度。

因为仅通过使栅格部16、18在纵向上连接，致使棒4被夹紧并致使用于在封闭夹紧构型中使栅格部16、18不能横向运动的部件(外周壁32、34)接合而使栅格部16、18结合，所以栅格14易于安装。

使栅格部16、18连接还致使用于在封闭夹紧构型中锁闭栅格部16、18的部件(例如，齿38)接合。在变型中或者任选地，通过将栅格部16、18固定在一起使得栅格不能分开而实现栅格部16、18的锁闭，例如通过将第一栅格部16的外周板32、34在多个位置焊接到第二栅格部18的一个或多个内板。

如图9和图10所示，其中保留与图1至图8中的元件类似的元件的附图标记，与图2至图8的栅格14相同的两个栅格44、42叠置，并关于方向L偏移90°角，从而在两个不同的横向方向上夹紧棒4。

如图10所示，在组装中，栅格42、44沿方向L隔开。进而使栅格44回转从而从顶部将栅格42的第二栅格部18装配到对应的第一栅格部16中。这在栅格42、44之间的纵向间距较小时利于夹紧构型中第二栅格部18的运动。

如图11和图12所示，栅格46与图9和图10的栅格42、44的结合相对应。

相应地得到具有两段48、50的栅格46，每一段均由能够协作以在横向上夹紧每个棒的第一栅格部16和第二栅格部18形成，这两段能够沿不同方向(这里为垂直方向)夹紧棒。

任选地并如图11和图12所示，栅格46具有用于混合在棒4之间流动的冷却剂的叶片52，这些叶片52从栅格46向上伸出。

更确切地说，叶片52固定至上段48的第二栅格部18、间隔板24的顶缘以及基本平坦的辅助叶片支撑板54的顶缘，并向间隔板24垂直延伸。

混合叶片的设置不局限于具有两个段的栅格。具有单个段的栅格(如图8的栅格)上也可任选地设置叶片。

图2至图8的实例对应的支撑部28的形状允许在限制栅格14的压力损失(即，限制其对穿过栅格14的液体流的阻力)的同时获得大的支撑面。

然而，支撑部28的形状不局限于图2至图8的实例。支撑部28可具有不同形状。栅格的两个栅格部的支撑部28可以是不同的。这在图13至图18中示出。

如图13中所示，其中保留与图2至图8中的元件类似的元件的附图标记，在栅格部16、18的支撑部28的形状上栅格14不同于图2至图8的栅格。

如在图14中更清楚可见，在沿方向L的视图中，各支撑部28具有倒圆W形的总体形状。支撑面包括被两个凸出区域58环绕的凹形支撑区56。

当将棒4插入栅格部16、18的对齐栅元20中并且栅格部16、18处于封闭构型时，栅格14在两个径向相对的区域60中支靠在棒4上。

在图15中所示的变型中，支撑部28不同。当沿方向L观看时，第一栅格部16的各支撑部28在其支撑面上具有两个隔开的凹形支撑区域62，第二栅格部18的各支撑部28在其支撑面上具有凹形支撑区域64。

当将棒4插入栅格部16、18的对齐栅元20并且栅格部16、18处于封闭构型时，栅格14在周向隔开的三个区域66中靠在棒4上。

图16示出与图11和图12的类似的具有两段式栅格，其栅格部16、18具有与图14的相同的支撑部28。

图17示出这样的两段式栅格，该栅格具有设有与图14的相同的在棒4的径向上具有一定程度的弹性并形成弹簧的支撑部28的两个第二栅格部18，并具有设有均具有与凸出部类似的单个平坦支撑区域68的支撑部(比弹簧更具刚性)的两个第一栅格部18。

图18示出了两段式栅格，其栅格部具有支撑部28，每一支撑部在其支撑面上均具有设有沿方向L(垂直于图18的平面)延伸的槽72的凹形支撑区域70。槽72的存在使得能调节支撑部28的弹性。

栅格部由任何合适的材料制成，尤其是由金属制成，例如锆合金、镍合金等。

本发明不局限于所述实例。具体地说，限定凸出部和弹簧的壁或支撑区域可具有任何合适形状。

此外，栅格的栅格部在封闭构型中由任何合适的部件锁闭，例如通过扣入的突起部(齿38)或焊接。

本发明可应用于压水反应堆(PWR)以及沸腾水反应堆(BWR)之类的轻水核反应堆的核燃料组件的栅格。在沸腾水反应堆的情况下，例如通过更换PWR型组件的栅格的引导管，各栅格限定水流道的至少一个纵向通道。

Claims (12)

1.用于燃料组件的核燃料棒保持栅格，该栅格包括至少两个沿一纵向方向(L)叠置的网状的栅格部(16，18)，每个栅格部(16，18)在一横向平面内延伸，所述栅格部(16，18)在开放构型和封闭构型之间沿至少一个横向方向可彼此相对移动，该开放构型用于核燃料棒(4)沿所述纵向方向(L)穿过栅格部(16，18)的插入，该封闭构型允许将每个穿过栅格部(16，18)插入的核燃料棒横向夹紧在所述栅格部(16，18)之间，

其特征在于，所述栅格包括用于将所述栅格部(16，18)横向固定在封闭构型中的元件(32，34)，所述固定元件设置成通过使叠置的栅格部(16，18)沿纵向方向(L)相互接近而接合。

2.根据权利要求1所述的保持栅格，其特征在于，所述栅格部(16，18)具有将所述栅格部(16，18)纵向锁闭在所述封闭构型中的部件(38)。

3.根据权利要求2所述的保持栅格，其特征在于，所述锁闭部件(38)固定在一栅格部(16)上，并且当所述栅格部(16，18)沿着所述纵向方向(L)相互接近时，能够扣合在另一栅格部上。

4.根据前述权利要求中任一项所述的保持栅格，其特征在于，所述固定元件(32，34)包括外周壁(32，34)，所述外周壁固定在一栅格部(16)上并且在所述外周壁之间与该栅格部(18)一起限定出用于接纳另一栅格部(18)的空间(36)，所述另一栅格部(18)能嵌合在所述空间中。

5.根据权利要求4所述的保持栅格，其特征在于，沿纵向方向(L)看，所述栅格部(16，18)具有多边形的外周轮廓，所述外周壁(32，34)包括至少一对固定在一栅格部(16)上并沿与该栅格部(16)相对的侧边延伸的外周壁。

6.根据权利要求4或5所述的保持栅格，其特征在于，至少一个固定在一栅格部上的外周壁(32)载有用于将栅格部(16，18)锁闭在封闭构型中的齿(38)，所述齿能够当栅格部相互接近时扣合在另一栅格部上。

7.根据前述权利要求中任一项所述的保持栅格，其特征在于，所述栅格部(16，18)限定出至少一个用于引导管(12)的通道，该引导管用于接纳栅棒，至少栅格部(16，18)之一能够沿至少一个将棒(4)夹紧在所述栅格部(16，18)之间的横向方向(T1)以一横向间隙接纳所述或每个引导管(12)。

8.根据前述权利要求中任一项所述的保持栅格，其特征在于，每个栅格部(16，18)由第一板(24)和与所述第一板(24)交叉的第二板(26)形成。

9.根据前述权利要求中任一项所述的保持栅格，其特征在于，所述保持栅格包括用于沿第一横向方向(T1)夹紧棒(4)的第一对栅格部(16，18)，和用于沿不同于所述第一横向方向(T1)的第二横向方向(T2)夹紧这些棒(4)的第二对栅格部(16，18)。

10.根据权利要求9所述的保持栅格，其特征在于，第一对栅格部(16，18)的一个栅格部(16)固定在第二对栅格部(16，18)的一个栅格部(16)上。

11.用于核燃料组件的核燃料棒保持框架，其包括多个用于一簇棒的棒保持栅格(14)，所述保持栅格(14)用于沿棒(4)彼此相距一定距离分布，其特征在于，至少一个保持栅格(14)是根据前述权利要求中任一项所述的保持栅格。

12.核燃料组件，其包括一簇核燃料棒(4)和用于棒的保持框架(6)，其特征在于，所述框架是根据权利要求11所述的框架。

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