[其他]燃料组件支承格架

说明书

本发明涉及核反应堆用的燃料组件支承格架，特别涉及由具有预定晶粒取向的锆合金金属材料制成的支承格架，这种材料对辐照起反应，从而抵消保持组件燃料棒的格架构件的辐照诱生应力松弛的效应。

在大多数核反应堆中，堆芯是由许多细长的燃料组件构成的。这些燃料组件的常规设计包括许多根燃料棒，它们用许多个沿燃料组件长度轴向地间隔放置的格架保持成排列有序的阵列，并附着在燃料组件的许多个细长的控制棒导向套管上。燃料组件两端的顶部管座和底部管座被紧固在导向套管上，导管在燃料棒的上方和下方稍许伸出。

先有技术中熟知的格架被用来精确地保持堆芯中燃料棒之间的距离，防止燃料棒振动，为燃料棒提供横向支承。并在一定程度上利用摩擦力阻止燃料棒产生纵向移动。格架的常规设计包括许多根成蛋架形状的交叉板条，这种形状被设计形成许多单独容放燃料棒和控制棒导向套管的格孔。每个格架的在沿燃料棒轴向给定位置上容放和支承燃料棒的格孔，一般使用具有相当弹性的弹簧和形成于交叉板条金属内的相当坚硬的凸块（称为定位件）。每个格架孔的弹簧和定位件利用摩擦力啮合或接触相应的穿过格孔延伸的燃料棒。此外，外层板条附着在一起，从四周包围格架板条，使格架产生强度和刚性。

鉴于反应堆堆芯的运行包括燃料棒的辐照和格架与它们所支承的燃料棒一起被辐照，结果格架不可避免地随时间而稍许恶化。特别是，尽管如美国专利说明书No.4，474，730（Hellman等人）中所说明和指出的那样，尽管格架的构造比起燃料组件寿命来有了改善，但形成格架交叉板条的金属材料以及进而形成于其中的弹簧和定位件都由于辐照而遭受应力松弛。这一效应在由锆合金金属材料制成的格架的情况下特别显著。格架中弹簧、定位件和交叉板条的应力松驰的出现，造成保持燃料棒定位的格架的普遍松动，在燃料棒和格架之间产生间隙，降低了格架施加在燃料棒上的支承力。此种松动造成燃料棒随时间而过度磨损和纵向畸变或弯曲。

因而，需要一种技术来补偿格架金属材料的辐照诱生应力松弛，特别是对于那些用锆合金金属材料制成的格架。这种技术必须能减小或消除应力松弛对由格架保持定位的燃料棒的有害影响。

因此，本发明属于一种包括用完全重结晶的材料制成的交叉板条并形成许多格孔的燃料组件支承格架，这种材料在辐照时随材料织构的不同而沿不同方向有差别地生长，而每一个格孔适合于容放一根通常沿该格孔的轴向穿过的燃料棒，并沿该格孔截面方向对上述燃料棒施加一个预定的弹力，这种力足以把上述燃料棒保持在预定的位置上，这种支承格架的特征在于，上述格架板条的上述完全重结晶的材料沿上述格架孔截面的方向和沿上述格架孔的轴向具有各自预定的“f因子”值，使得在辐照上述格架时，格架的沿每个上述格架孔轴向的任何应力松驰将大体上被上述格架板条材料沿每个上述格架孔截面方向的收缩所抵消，从而在每根上述燃料棒上保持上述预定的弹力。

本发明也属于一种包括交叉板条和许多个弹性件的燃料组件支承格架，这种交叉板条用完全重结晶的锆合金金属材料制成，并沿通常正交的纵向延伸，从而形成许多格孔，每个格孔适合于容放一根通常沿上述板条高度方向穿过格孔的燃料棒，这许多个弹性件被限定在每个格孔中的上述板条上，沿上述板条高度的方向延伸入上述每个格孔，以便在上述燃料棒上施加一个预定的弹力，这个弹力足以将上述燃料棒保持在预定的位置上，这种支承格架的特征在于，上述格架板条上的上述完全重结晶的材料沿上述板条的纵向和沿上述板条的高度方向具有各自的预定的“f因子”值，使得在辐照上述格架时，格架的任何应力松弛将被上述格架材料沿上述板条纵向的收缩和上述格架板条材料与上述弹性材料沿上述高度方向的伸长所抵消，从而在每根上述燃料棒上保持上述预定的弹力。

作为本发明基础的是这样一种认识，即一种锆合金金属格架的设计可以由于利用锆合金随材料织构（或晶粒方向）的不同而沿不同方向有差别地生长这样一个事实而最优化。因此，本发明的目的是设计和制造一种锆合金金属基的格架，这种格架具有适当的织构（晶粒取向），具有适当的弹簧和定位件的设计和取向，使得在辐照期间格架孔尺寸的生长被减小，最好是接近于零或稍许缩小。因此，格孔中互相对置的弹簧和定位件随时间而移动到更加接近，从而抵消弹簧正常产生的应力松驰和燃料棒管壳的变形。以这种方式，在燃料组件的整个寿命期间将对燃料棒保持一个充分大的正弹力。由于保持一个充分大的弹力，就可以避免在格架和燃料棒之间形成小的弹力和间隙，否则后者会造成磨损和燃料棒弯曲问题。