專利名稱:用于壓力水核反應堆的燃料組件的制作方法
技術領域：

本發(fā)明涉及一種用于壓力水核反應堆的燃料組件，如其例如由DE10334380B3已知的那樣。
背景技術：
在圖6中示例示出用于壓力水核反應堆的燃料組件的原理結構。在這種燃料組件中許多燃料棒2在棒方向上(軸向)相互平行地通過多個相互軸向間隔開的定位格架4導弓丨，它們分別形成具有許多單元格6的兩維格柵，這些單元格按行8和列10設置。支承管穿過這個格柵的單元格6在燃料棒2以外也在所選擇的位置上導引，該支承管不含燃料并且設置用于容納和導引控制棒(所謂的控制棒導管12)。此外還可以設有支承管，它們同樣不含燃料并且僅用于提高穩(wěn)定性(儀器管或結構管，在示例示出的燃料組件2中既未設有儀器管也未設有結構管)。這些支承管與燃料棒不同，在單元格6中與定位格架4焊接，由此保證其在燃料組件2整個使用壽命上的穩(wěn)定作用。
在假設的外部事故的情況下，例如在地震時或者在大泄漏的損失冷卻劑 (LOCA-Loss of Coolant Accident 冷卻劑喪失事故)時定位格架可能由于相鄰的燃料組件經(jīng)歷明顯的沖擊負荷。此時產(chǎn)生的持久變形(它們通常作為各個行或列的橫向撓曲引起注意)不允許超過許用的最高值，以保證控制棒還可以導入控制棒導引管中，從而由此能夠使設備可靠地繼續(xù)運行或者可靠地斷開。而在有限的范圍中原則上允許塑性變形，因此必需避免較大的膨脹，它導致在燃料組件中設置的控制棒導引管的顯著錯位。
因此這樣設計定位格架，使得要期待的沖擊負荷不會導致定位格架的較大膨脹或橫向撓曲。在實踐中作為研究目的致力于對于新的、未輻射的定位格架的約20kN的屈曲強度(B0L(使用壽命起點)-定位格架)。因此，對于BOL定位格架，可以承受在事故范圍內(nèi) (地震、L0CA)產(chǎn)生的沖擊負荷(面狀作用的橫向力)，只要這個負荷小于20kN。
但是，尤其對于已經(jīng)使用較長時間并且達到其使用壽命終點(EOL = End Of Life) 的定位格架，在最不利的狀況中產(chǎn)生大于其屈曲強度的作用力，因為這個屈曲強度與新的定位格架相比明顯減小。在此，屈曲強度的這種減小取決于相應的定位格架類型并可為大于50至60%。
因此，為了改善事故安全性，在DE 10334580B3中建議，在結構上這樣設計定位格架，使得在超過側(cè)面作用于定位格架上的極限力時變形僅僅在定位格架的一個區(qū)域中開始，該區(qū)域的單元格位于含有控制棒導引管的內(nèi)部區(qū)域以外。這個變形特性可以由此實現(xiàn)， 艮口，把定位格架設計在這個內(nèi)部區(qū)域以外在機械上更弱。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的是，給出一種用于壓力水核反應堆的燃料組件，它具有高的事故安全性和良好的熱液力特性。
按本發(fā)明的用于壓水核反應堆的燃料組件，它包括許多燃料棒，所述燃料棒在許多軸向間隔開的定位格架中導引，所述定位格架分別形成一個由格柵隔板構成的、具有許多單元格的正方形格柵，所述單元格按行和列設置，并且其中，分別有一個控制棒導引管穿過許多這種單元格導引，其中，所述控制棒導引管確定第一分區(qū)域，該第一分區(qū)域由第二分區(qū)域包圍，至少一個定位格架在第一分區(qū)域中在機械上設計成比在第二分區(qū)域中更強，并且在第二分區(qū)域中設有至少一個伸進一在燃料棒之間形成的流動子通道中且提高流動阻力的阻力體，該阻力體抵消在第二分區(qū)域中的伴隨機械上更弱設計而來的流動阻力減小。
這個目的按照本發(fā)明通過具有以下特征的燃料組件得以實現(xiàn)。按照這些特征，從由DE 10334580B3已知的燃料組件出發(fā)，其中至少一個定位格架在第一分區(qū)域中在機械上設計得比在第二分區(qū)域中更強，在第二分區(qū)域中配有至少一個伸進在燃料棒之間形成的流動子通道中且提高流動阻力的阻力體，它抵消伴隨機械上更弱的設計而來的在第二分區(qū)域中的流動阻力減小。本發(fā)明涉及這樣的認識，即，定位格架在邊緣區(qū)域中的較弱設計例如通過減小邊緣區(qū)域中的格柵隔板的厚度或者通過減小格柵相互焊接的焊接節(jié)點的數(shù)量或長度來實現(xiàn)，由此使定位格架的流動阻力在這些弱化的外區(qū)域內(nèi)小于在內(nèi)區(qū)域內(nèi)。換言之為了改善EOL特性而加入的定位格架的機械不均勻性可能引起液力不均勻性，即由冷卻劑通過定位格架在燃料棒軸向上流動產(chǎn)生的壓力損失的非均勻分布。
按照本發(fā)明通過有針對地提高在機械較弱設計的第二分區(qū)域中流動阻力，局部提高那里的壓力損失，由此減小由于第一和第二分區(qū)域的不同機械設計產(chǎn)生的液力不均勻性。換言之通過按照本發(fā)明的措施，盡管定位格架機械設計的不均勻性，也達到在定位格架上產(chǎn)生的壓力損失在很大程度上均勻化。在此最好致力于，至少接近補償伴隨機械較弱設計而來的在第二分區(qū)域中的流動阻力減小。
所述阻力體最好設置在格柵隔板的交叉位置上，即設置在通過四個相鄰的燃料棒形成的流動子通道的中心。通過這種居中的、尤其在格柵隔板棱邊區(qū)域中實現(xiàn)的阻力體布置，可以以特別簡單的方式產(chǎn)生局部流動剖面，它們旋轉(zhuǎn)對稱地圍繞流動子通道的中心延伸，由此使阻力體不產(chǎn)生流動圖案，其引起橫向于冷卻劑流動方向作用在燃料組件上的力。
所述阻力體可以是與至少一個格柵隔板焊接的獨立的結構部件。對此也可以選擇且在加工技術上特別簡單地使阻力體通過加工到格柵隔板中的成形部構成。
定位格架的單元格最好通過在邊緣上設置的格柵邊緣隔板和位于內(nèi)部的格柵內(nèi)部隔板構成，其中在下面格柵隔板的概念可以不僅表示格柵邊緣隔板而且表示格柵內(nèi)部隔板。在其中實現(xiàn)這種機械弱化的邊緣區(qū)或第二分區(qū)域由位于內(nèi)部區(qū)域以外的格柵內(nèi)部隔板、穿過內(nèi)部區(qū)域的格柵內(nèi)部隔板的突出于內(nèi)部區(qū)域的端部和格柵邊緣隔板構成。
格柵隔板最好通過焊接連接相互連接，其中在第一分區(qū)域以外的格柵內(nèi)部隔板的至少一部分焊接連接與第一分區(qū)域以內(nèi)的格柵內(nèi)部隔板的焊接連接相比具有更小的強度。
在本發(fā)明的有利擴展結構中，在一個位于第一分區(qū)域以外的隔板區(qū)域中的至少一部分格柵內(nèi)部隔板與設置在內(nèi)部區(qū)域以內(nèi)的隔板區(qū)域相比具有材料弱化，其中尤其通過這些格柵內(nèi)部隔板的更小壁厚(隔板厚度)實現(xiàn)這種材料弱化。


為了進一步解釋本發(fā)明，請參閱附圖的實施例。附圖中
圖1以示意俯視圖示出按照本發(fā)明的定位格架，
圖2-5分別以立體圖示出在邊緣區(qū)域中定位格架的交叉位置，其中分別示出本發(fā)明的用于提高局部流動阻力的不同實施例，[0021]圖6示出用于壓力水核反應堆的燃料組件，如其由現(xiàn)有技術已知的那樣。
具體實施方式
按照圖1，定位格架4由格柵隔板Ii-H17Ue1-Ie1J^成，它們在各交叉位置相互焊接。格柵隔板HpH17Ue1Ue17構成格柵的邊緣并且在下面稱為格柵邊緣隔板。格柵隔板142-1416、162-1616分布在格柵的內(nèi)部并且在下面稱為格柵內(nèi)部隔板。交叉的格柵隔板 H1-H1P Ie1-Ie17B成正方形的具有許多(例如16Χ 16)個單元格6的格柵，在不被支承管穿過的單元格6中燃料棒2穿過單元格導引，其中在附圖中為了清晰起見只示出幾個燃料棒。各四個相互相鄰的燃料棒2確定一個流動子通道17，冷卻劑通過該流動子通道平行于燃料棒2(軸向)并因此垂直于圖紙平面流動。
在實施例中所有支承管是控制棒導引管12。在這個實施例中不存在其它結構管。
控制棒導引管12確定通過陰影線突出的第一分區(qū)域18，它在實施例中通過由格柵內(nèi)部隔板143、1415、163和1615限定的正方形內(nèi)部區(qū)域構成，該內(nèi)部區(qū)域包括這些格柵內(nèi)部隔板143、1415、163和1615。這個第一分區(qū)域18由第二分區(qū)域19 (在附圖的示例中是由兩個列8和行10組成的邊緣區(qū)域)包圍?，F(xiàn)在按照DE 103 34 580 Β3，定位格架4在其第一分區(qū)域18內(nèi)比在第二分區(qū)域19中機械上更強地設計。對于這種第一分區(qū)域18的加強設計或者以相反的觀察方式為較弱的第二分區(qū)域19設計所需要的技術措施_改變厚度或焊接節(jié)點數(shù)量、加大或減小格柵隔板壁厚、加入材料弱化、例如以在第二分區(qū)域19的隔板區(qū)域中切口的形式_將導致，定位格架4的流動阻力在第一分區(qū)域18內(nèi)大于在第二分區(qū)域19 內(nèi)，由此將使由定位格架4在平行于燃料棒2軸向、即垂直于格柵平面流動的冷卻劑內(nèi)產(chǎn)生的壓力損失不均勻。由此將在垂直于燃料棒軸向延伸的格柵平面中產(chǎn)生壓力梯度，它們將導致不期望的橫流。
因此為了避免這種不均勻性，按照本發(fā)明在第二分區(qū)域18中設有措施，通過它們盡可能補償流動阻力的減小。
在附圖中這一點借助于一些用黑色圓標識的位置表示，通過它們表明，位于這個第一分區(qū)域18以外的流動子通道17在那里交叉的格柵內(nèi)部隔板162-1616或142-1416區(qū)域中配有阻力體20，它在這些流動子通道17中提高流動阻力，而在此不必取消所述有意識地按照DE103 34 580 Β3加入到在第二分區(qū)域19中延伸的格柵內(nèi)部隔板142_16和162_16上的機械弱化。
在按照圖2的實施例中，在一個位于第二分區(qū)域19中的交叉位置上的這種流動阻力提高，對于由雙壁的格柵隔板I4i、Iei構成的定位格架4由此實現(xiàn)，使格柵內(nèi)部隔板Iei的每個薄板條在其上棱邊上(在燃料組件垂直安裝在堆芯中的情況下)在交叉位置區(qū)域中具有一彎曲部或成形部20a，它傾斜到附屬于這個交叉位置的流動子通道17或各相鄰單元格 6的內(nèi)部。這些成形部20a具有接近三角形的形狀。與格柵內(nèi)部隔板Iei交叉的格柵內(nèi)部隔板142或1416在這個區(qū)域內(nèi)具有接近V形的缺口 24并且在其基底上與格柵內(nèi)部隔板Iei 焊接。這個焊接連接根據(jù)在DE 103 34 580 B3中建議的工作方式，比在第一分區(qū)域18中出現(xiàn)的焊接連接更弱化地設計。這一點在附圖中通過焊接節(jié)點26表示，它比在第一分區(qū)域 18中出現(xiàn)的焊接節(jié)點(SchweiSSknoten)27具有更小的直徑(夸大且示意地在附圖中表示在相鄰的交叉位置)，從而以這種方式在第二分區(qū)域19中產(chǎn)生有針對的機械穩(wěn)定性弱化。也在與上棱邊對置的下棱邊上，在格柵內(nèi)部隔板142或1416上安置成形部20a，在其中只能看到一個成形部20a，并且格柵內(nèi)部隔板Iei配有V形缺口 24。在這里，在V形缺口 24的基底上也有一個小焊接節(jié)點26，它與交叉的格柵隔板Iei和142、16相互焊接。
在箭頭方向30 (軸向)上流動的冷卻劑K在成形部20a處偏轉(zhuǎn)，由此產(chǎn)生平行于格柵平面定向的流動分量，如這在附圖中通過箭頭32表示的那樣。在此，偏轉(zhuǎn)成對地反向取向，因此由于流動偏轉(zhuǎn)到定位格架上和因此偏轉(zhuǎn)到燃料組件上而產(chǎn)生的橫向力消失。
在按照圖3的實施例中，對于由單壁的格柵隔板H2af^iei構成的定位格架4，不僅在格柵隔板H2af^iei的上棱邊上而且在下棱邊上在交叉位置區(qū)域中設有同樣三角形的成形部20b，它們引起流動的冷卻劑在流出側(cè)圍繞流動子通道17中心軸線的渦旋。格柵內(nèi)部隔板142(16)和Iei通過焊接節(jié)點27在上棱邊區(qū)域中相互焊接，其長度和與此相關的焊接連接機械強度可以與在第一分區(qū)域中使用的焊接節(jié)點比較。在這個實施例中，在第二分區(qū)域中有針對的機械弱化由此實現(xiàn)，使焊接節(jié)點27的數(shù)量和與此相關的焊接連接強度減小。 這一點通過在下棱邊上缺少焊接節(jié)點表示，在附圖中通過虛線標出。
在按照圖4和5的實施例中，阻力體通過獨立地與格柵內(nèi)部隔板142(16)和Iei地分別通過四個焊接節(jié)點焊接的片狀結構部件20c或20d構成，它們在按照圖4的實施例中具有接近十字形的形狀并且在按照圖5的實施例中具有圓片形的形狀。格柵內(nèi)部隔板142(16) 和Iei在這種情況下在交叉位置上設有缺口，在其中插入結構部件20c、 ，由此使其背離支承面的扁平側(cè)位于與格柵隔板142、16或Iei的上棱邊或下棱邊相同的平面中。
在按照圖4的實施例中，第二分區(qū)域的有針對的弱化通過由切口 36引起的材料弱化實現(xiàn)，而在按照圖5的實施例中規(guī)定，完全在第二分區(qū)域中分布的格柵內(nèi)部隔板142和 1416(和類似地格柵內(nèi)部隔板162和1616)具有比其它格柵隔板更小的壁厚。
本發(fā)明不局限于具有在實施例中所示的正方形16X16的定位格架的燃料組件中應用，而是也可以在具有其它定位格架幾何形狀的燃料組件中應用。
權利要求
1.一種用于壓水核反應堆的燃料組件，它包括許多燃料棒，所述燃料棒在許多軸向間隔開的定位格架⑷中分別導弓丨，所述定位格架分別形成一個由格柵隔板(HH7Ue1M) 構成的、具有許多單元格(6)的正方形格柵，所述單元格按行(10)和列(8)設置，并且其中，分別有一個控制棒導引管(12)穿過許多這種單元格(6)導弓丨，其中，所述控制棒導引管(12)確定第一分區(qū)域(18)，該第一分區(qū)域由第二分區(qū)域(19)包圍，至少一個定位格架 (4)在第一分區(qū)域(18)中在機械上設計成比在第二分區(qū)域(19)中更強，并且在第二分區(qū)域 (19)中設有至少一個伸進一在燃料棒(2)之間形成的流動子通道(17)中且提高流動阻力的阻力體(20)，該阻力體抵消在第二分區(qū)域(19)中的伴隨機械上更弱設計而來的流動阻力減小。
2.如權利要求
1所述的燃料組件，其中，所述阻力體(20)至少接近補償所述在第二分區(qū)域(19)中的伴隨機械上更弱設計而來的流動阻力減小。
3.如權利要求
1或2所述的燃料組件，其中，所述阻力體(20)設置在格柵隔板(14” Iei)的交叉位置上。
4.如權利要求
1或2所述的燃料組件，其中，所述阻力體(20)設置在格柵隔板(14i、 Iei)的棱邊區(qū)域中。
5.如權利要求
1或2所述的燃料組件，其中，所述阻力體(20)是一與至少一個格柵隔板(HiUei)焊接的結構部件(20c、d)。
6.如權利要求
1或2所述的燃料組件，其中所述阻力體(20)是一加工到格柵隔板 (IUi)中的成形部(20a，b)。
7.如權利要求
1或2所述的燃料組件，其中，這樣設有許多阻力體(20)，使其至少接近補償由它們通過流動的冷卻劑(K)在燃料組件上分別橫向于冷卻劑(K)的流動方向(30) 施加到燃料組件上的作用力。
8.如權利要求
1所述的燃料組件，其中，所述第一分區(qū)域(18)是一個包括控制棒導引管(12)的內(nèi)部區(qū)域，并且第二分區(qū)域(19)通過位于這個第一分區(qū)域(18)以外的單元格 (16)構成。
9.如權利要求
8所述的燃料組件，其中，所述定位格架(4)的單元格(6)通過在邊緣上設置的格柵邊緣隔板(Hlil7Uelil7)和位于內(nèi)部的格柵內(nèi)部隔板(142_16、162_16)構成，并且其中格柵隔板(Hw7Uew7)通過焊接連接(26)相互連接，其中在第一分區(qū)域(18)以外的格柵隔板(142_16、162_16)的至少一部分焊接連接與位于第一分區(qū)域(18)以內(nèi)的焊接連接相比具有更小的強度。
10.如權利要求
8或9所述的燃料組件，其中，在一位于第一分區(qū)域(18)以外的隔板區(qū)域中的至少一部分格柵內(nèi)部隔板(142_16、162_16)具有材料弱化。
11.如權利要求
10所述的燃料組件，其中，設置在內(nèi)部區(qū)域以外的格柵內(nèi)部隔板(142、 1416、162、1616)比穿過第一分區(qū)域(18)的格柵內(nèi)部隔板(143_15、163_15)具有更小的壁厚。
專利摘要
一種用于壓力水核反應堆的燃料組件，它具有許多燃料棒，所述燃料棒在許多軸向間隔開的定位格架(4)中導引，所述定位格架分別形成一個由格柵隔板(141-17、161-17)構成的、具有許多單元格(6)的正方形格柵，所述單元格按行(10)和列(8)設置，并且其中，分別一個控制棒導引管(12)穿過許多這種單元格(16)導引，其中，所述控制棒導引管(12)確定第一分區(qū)域(18)，該第一分區(qū)域由第二分區(qū)域(19)包圍，至少一個定位格架(4)在第一分區(qū)域(18)中在機械上設計得比在第二分區(qū)域(19)中更強并且在第二分區(qū)域(19)中設有至少一個伸進一在燃料棒(2)之間形成的流動子通道(17)中且提高流動阻力的阻力體(20)，該阻力體抵消在第二分區(qū)域(19)中的伴隨機械上更較弱設計而來的流動阻力減小。
文檔編號G21C3/322GKCN101385090 B發(fā)布類型授權 專利申請?zhí)朇N 200780005801
公開日2012年2月8日 申請日期2007年2月8日
發(fā)明者J·施塔貝爾, U·博爾斯多爾夫 申請人:阿利發(fā)Np有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (4), 非專利引用 (1),