[发明专利]优化的花形管及优化的先进栅格的构型

说明书

相关申请的交叉引用

本文是部分接续申请，根据35USC§119（e）要求2005年1月11日提交的名称为“螺旋形凹槽管状燃料棒支承件”的美国专利申请序列No.11/033,434的优先权。

技术领域

本发明涉及核反应堆燃料组件，并且更具体地涉及用于支承燃料棒的阵列，其中所述阵列或支承组件包括形成栅格状框架组件的大致平坦构件和多个螺旋形凹槽管状构件的矩阵，其中所述螺旋形部分可以具有可变螺距。

背景技术

在典型的压水反应堆（PWR）中，反应堆堆芯包括大量大致竖直的、细长的燃料组件。燃料组件包括构造为支承多根燃料棒的支承栅格。燃料组件包括顶部喷嘴、底部喷嘴、多个支承栅格和居中流动混合栅格、以及多个套管。支承栅格附接到在顶部喷嘴与底部喷嘴之间竖直延伸的多个细长套管上。套管通常在其中接收控制棒、堵漏装置（plugging devices）、或仪器仪表。燃料棒包括通常包覆在圆筒形金属管中的核燃料。一般来说，水通过底部喷嘴进入燃料组件内，并且向上竖直穿过燃料组件。当水经过燃料棒时，水被加热直到水以很高的温度离开顶部喷嘴为止。

支承栅格用来将燃料棒设置在反应堆堆芯中，抵抗燃料棒振动，向燃料棒提供侧向支承，并且在一定程度上竖直地抑制燃料棒抵抗纵向运动。一种常规类型的支承栅格设计包括多个交织的条带，这些条带一起形成具有多个大致方形单元的蛋箱构型，所述方形单元在其中单独地接收燃料棒。取决于套管的构型，套管能够被接收在尺寸和在其中接收燃料棒的单元相同的单元中，或者能够被接收在于交织条带中限定的较大套管单元中。

条带通常为平坦的、细长构件，具有多个较柔顺的弹簧和从平坦构件的任意侧垂直延伸的较刚性凹部。位于条带中的狭槽用来实现与相邻条带的互锁接合，从而生成形成大致方形单元的“竖直”和“水平”条带的栅格。弹簧和凹部的位置配置为使得每个单元通常具有位于两个相邻侧部中的每一个上的弹簧。在单元的与弹簧相对的侧部中的每一个上，通常设有两个凹部。弹簧必须与凹部相对地设置，使得燃料棒由弹簧偏置抵靠凹部。每个单元的弹簧和凹部与延伸穿过单元的相应燃料棒相接合，从而在单元中的六个位置（两个弹簧和四个凹部）支承燃料棒。优选地，每个弹簧和/或凹部包括弧形的、凹平台，该平台具有与燃料棒基本相同的半径。该凹平台有助于将径向载荷分布到燃料棒的侧部上。周缘条带具有从一侧延伸的弹簧或凹部且周向包封栅格的内部条带以向栅格赋予强度和刚度。在组装期间，条带必须以特定构型进行组装以确保每个单元具有位于适当位置中的弹簧和凹部。由此，现有框架组件的组装是耗时的过程。有利的是具有更容易构造的支承组件。

条带可以包括在其上形成的一个或多个混合叶片，这些叶片有利于水在反应堆内的混合以促进在燃料棒与水之间的对流热交换。这种运动连同反应堆堆芯内的升高的温度、压力和其他流体速度一起趋于导致在栅格与燃料棒之间的振动。就条带的正确定位而言，必须小心以确保混合叶片设置在正确的位置。另外，水流撞击在混合叶片上的动作导致压力容器中的压力降低并且生成在框架组件中的扭矩，这些都不是期望的。

由于栅格将燃料棒支承在燃料单元内，因此在它们之间的这种振动可能导致燃料棒的微振（fretting）。这种微振如果足够严重可能导致燃料棒包覆层的破损，从而导致对反应堆内的水的核污染。

期望的是提供一种改进的栅格，其设计用于最大限度地减小在栅格与燃料棒之间的微动磨损，同时维持水通过反应堆堆芯的混合流动。还期望的是具有易于组装的支承组件。

发明内容

这些需求和其他由本发明满足，本发明提供了一种用于核燃料组件的支承栅格，其中，所述燃料棒为具有一定直径的大致圆筒形燃料棒，而所述支承栅格包括具有多个大致均匀单元的框架组件以及至少一个大致圆筒形管状构件或螺旋形框架构件，每个单元具有至少一个侧壁和宽度。所述管状构件/螺旋框架构件具有为较大直径的单元接触部分和为较小直径的至少一个凹槽螺旋形燃料棒接触部分。如本文所用，“燃料棒接触部分”通常为但不限于至少部分地绕圆筒延伸的弧形线，所述圆筒为燃料棒。所述单元接触部分通过过渡部分与所述燃料棒接触部分相结合。所述较大直径基本等于所述单元宽度，而所述较小直径基本等于所述燃料棒直径。以该构型，设置在所述管状构件中的燃料棒将与所述内径相接合。所述管状构件设置在所述多个大致方形单元中的一个单元中，使得所述单元接触部分与所述至少一个单元侧壁相接合。以该方式，所述燃料棒由所述螺旋形燃料棒接触部分保持，而所述管状构件由所述框架组件保持。