[发明专利]核反应堆用燃料组件

说明书

本发明论述了用于核反应堆的一种类型的燃料组件，这种类型的燃料组件包含有一个骨架，该骨架具有由一些细长部件（如导向管）连接在一起的两个管嘴以及沿着导向管间隔布置的一些格架，这些格架形成一些栅元，用来将一束燃料元件固定就位在规则栅格的节点上。这种燃料组件特别适合应用于能谱偏移的轻水反应堆中，这种堆中的初始剩余反应性通过使反应堆欠慢化和硬化中子能谱的办法来加以补偿，中子的增加部分由可转换材料吸收掉。在这种反应堆中，对于预定的燃料燃耗有可能通过将含有对中子透明的材料或可转换材料（例如贫铀）的棒从内部充水的导向管中移出来增加慢化率。

在上面规定的这种类型的燃料组件中，格架完成许多独立的功能。它们对含有裂变材料的燃料元件起到导向和支撑作用;它们对于燃料组件在操作、事故和可能的地震过程中可能遭受的横向冲击具有抗冲击的能力;在许多情况下，这些格架对冷却剂流产生扰动，并使组件内的冷却剂流发生偏移，以便使温度均匀化并防止形成会导致局部沸腾和包壳损坏的热点。这些燃料组件的说明可在许多参考文献中找到，例如European（欧洲）54，236（西屋公司）和U.S（美国）4，059，483（Anthony公司）。

完成所有这些功能所需的格架对于组件中的冷却剂流造成一个压力降，这个压力降应尽可能地小。而同时，为进一步提高核反应堆的热性能进行了研究工作，由这些工作引导到增加冷却剂的流速，从而增加了由冷却剂加在燃料组件各部件上的力。在能谱偏移的反应堆中这一问题变得更为尖锐，因为部分的截面积应专留给与水置换棒有关的导向管，而且为了将相同数量的裂变材料放进燃料组件中应减小栅距，其结果，可用于冷却剂流的截面积减少了，由此造成压力降增加，并使燃料组件上部（即下游部分）产生泡核沸腾之前的保护盈余度减少。

本发明的目的是提供上面规定的那种类型的燃料组件，这种燃料组件与通常的组件相比，压力降减小，但具有类似的机械强度，为此，提供了一种燃料组件，在此组件中的格架具有数种不同的型式，可以认为包括有中间格架、下格架和上格架，中间格架用来承受横向冲击，并装有尾翼，用以在沿着燃料组件的冷却剂流中产生扰动作用;下格架不装有尾翼，用作燃料元件的横向支撑;上格架装有尾翼并具有燃料元件的横向支撑作用;上格架和下格架对冷却剂造成的压力降比中间格架产生的要小。

这种布置显著地减小了同样流速条件下的总压力降，因为单就中间格架而言，它必须具有很强的刚度，它所造成的压力降同通常在以前燃料组件中使用的格架所造成的压力降不相上下（如果省去常见的燃料元件支撑弹簧，则略为低一些），而上格架和下格架则可比中间格架造成小得多的压力损失。

实际上，中间格架的高度一般比上格架和下格架要大，中间格架栅元的每一个壁由两个凸台，用来支承相应的燃料元件，而上述凸台的位置沿液流方向是有偏移的，上格架和下格架的每一个壁可能有一个凸台。

为了增加中间格架的刚度，中间格架可以用纵向有弯曲的并起加强肋作用的舌片向逆流方向（即向下）延伸。

已经提出过一些燃料组件，在这些组件中，燃烧元件只通过两个靠近上管嘴、下管嘴的端部格架进行轴向支撑（French（法国）2，496，316），这两个端部格架可以用不同于其它格架的，具有较大中子吸收能力的材料（例如“因科镍”镍-铬基合金）来制成，而不采用锆基合金，因为这两个端部格架位于堆芯的端部区域。而其目的只是为了在堆芯中尽可能少用中子吸收截面很大的材料来改善中子平衡。在依照本发明设计的一种燃料组件中，在上面提到的但用中子吸收截面低的材料制成的顶部夹持格架的上方设置一个支撑燃料元件的附加格架，可以达到类似的结果。

由于减小了对流经每一个格架的液流所造成的压力降，燃料组件中的格架总数可以增加;此外，通常还具有不以相等的间隔配置格架的优点，而是沿着流动方向逐渐地减少间隔，以便在下游部分增加扰动，从而防止出现泡核沸腾。

通过对举例给出的特定具体装置进行的下述说明，将会更好地理解本发明。

图1是以正视图形式表示的可能应用本发明的一个燃料组件的骨架或构架的简图;

图2是以放大的比例尺表示了限定一个栅元的栅格板交叉布置的的顶视简图;

图3是表示图1中燃料组件下格架的两个壁上所形成的凸台的透视图，图中未按规定的比例尺表示;

图4是沿图3Ⅳ-Ⅳ线切取的剖视图;

图5和图6类似于图3和图4，但表示的是中间格架;

图7用沿着与中间格架的一块板相平行的垂直平面切取的剖面图比图5和图6更加逼真地表示了组成中间格架的各块板的可能形式;