用于核反应堆的定位格架的制作方法
【专利说明】用于核反应堆的定位格架
[0001]本申请要求在2012年4月17日提交的美国临时申请第61/625，130号的权益。在2012年4月17日提交的美国临时申请第61/625，130号以全文引用的方式并入到本文中。
[0002]背景
[0003]下文涉及核燃料领域，核反应堆领域、核发电领域和相关领域。
[0004]核反应堆芯通常被构造为燃料组件(FA)的阵列，其中，每个FA竖直地与反应堆堆芯的高度共同延伸并且FA的阵列跨越反应堆堆芯的侧向尺寸。每个FA包括由结构骨架保持在一起的竖直定向的燃料棒阵列，结构骨架包括沿着竖直方向间隔开的一组水平定位格架，它们焊接到引导管或其它杆状竖直元件。FA的上端和下端由上端配件和下端配件(有时也被称作喷嘴)盖住，上端配件和下端配件通过紧固件、焊接等手段连接到引导管。
[0005]常规定位格架由互锁条带构成，其中每个条带由金属条，诸如镍-铬合金(例如Inconel?)条或错合金(例如，Zircaloy?)条机械加工(例如冲切)而成。相交条带限定开口，也被称作栅元(cells)，燃料棒穿过栅元。条带可以被机械加工或冲切成在每个栅元中限定凹陷(即，“硬”止挡件，具有高刚度的凸起)和弹簧(即，“软”止挡件，具有低刚度的凸起)以便保持穿过栅元的燃料棒。通常，两个凹陷由形成每个正方形栅元中两个相邻壁的条带形成。在每一对中的一个凹陷位于格架条带顶部附近并且另一个位于格架条带底部附近。相对的栅元壁各包含单弹簧，单弹簧可能由构成该栅元壁的条带形成或者在双金属定位格架的情况下，可能是由不同材料制成的插件，不同材料制成的插件由构成该栅元壁的条带所形成的特征机械地绑住或约束。弹簧位于定位格架的中平面处或附近并且大小使得当燃料棒插入于格架栅元内时存在干涉条件。这种干涉使得弹簧向后朝向它们所在的栅元壁偏转，在两个正交方向上在相对凹陷对上预加载燃料棒并且将燃料棒夹持就位。在弹簧的作用平面与凹陷的作用平面之间的轴向偏移形成恢复力矩，如果侧向力施加到任何两个轴向相邻的定位格架之间的燃料棒上，恢复力矩使得在定位格架处的燃料棒的局部竖直取向保持相对固定。
[0006]在常规定位格架中的条带通常被定向为使得在给定栅元中的弹簧在外侧栅元壁上并且凹陷在内侧栅元壁上。这种布置具有以下优点:提供更加刚性的基础以在搬运期间燃料组件接触相邻燃料组件或者其它相邻结构的情况下抵抗可能施加到燃料棒外行上的任何向内作用的力。然而，由于这种常规布置需要外部条带在每个格架栅元中包含弹簧，这也导致那些条带的显著减弱，这可能会不利地影响总定位格架结构的强度。在某些常规定位格架中，这种减弱至少部分地通过使用更厚的外部条带和/或经由加强肋状物或其它机械特征来补偿。然而，这种方案导致外部条带弹簧具有不同于内部条带弹簧的(通常更高的)弹簧刚度，这可能会导致燃料棒阵列的外部行中正使用的燃料棒弯曲。
[0007]下文公开了各种改进。
【发明内容】
[0008]在一实施例中，定位格架包括多个相交条带，相交条带具有形成于条带中的弹簧和凹陷，相交条带限定栅元，栅元具有弹簧和凹陷，弹簧和凹陷被布置成接合穿过栅元的燃料棒。弹簧的方向在格架中并非定位格架中心的切换点处切换。相交条带可包括(i)第一组相互平行的条带，其包括第一过渡条带；以及(ii)第二组相互平行的条带，其包括第二过渡条带，第二组相互平行的条带与第一组相互平行的条带相交，第一过渡条带与第二过渡条带的相交处限定定位格架中并非定位格架中心的切换点。在某些实施例中，在定位格架中的切换点与定位格架中心间隔开至少两个栅元。
[0009]根据另一方面，定位格架包括相交条带，相交条带具有形成于条带内的弹簧和凹陷，相交条带限定栅元，栅元具有弹簧和凹陷，弹簧和凹陷被布置成保持穿过栅元的燃料棒。相交条带可包括第一组相互平行条带和第二组相互平行的条带，第一组相互平行的条带包括第一过渡条带，第二组相互平行的条带包括第二过渡条带。第二组相互平行的条带与第一组相互平行的条带相交。第一过渡条带和第二过渡条带为定位格架的内部条带。在某些实施例中，形成于并非第一过渡条带的第一组相互平行的条带内的弹簧背向第一过渡条带；形成于并非所述第二过渡条带的第二组相互平行的条带内的弹簧背向第二过渡条带；形成于并非第一过渡条带的第一组相互平行的条带内的凹陷朝向第一过渡条带；以及形成于并非所述第二过渡条带的第二组相互平行的条带内的凹陷朝向第二过渡条带。在某些实施例中，弹簧形成于第一过渡条带和第二过渡条带内但凹陷并不形成于第一过渡条带和第二过渡条带内。在某些实施例中，凹陷形成于定位格架的外部条带内但弹簧并不形成于定位格架的外部条带内。第一过渡条带可包括带有朝向外的弹簧的两个背靠背的条带，并且第二过渡条带可包括带有朝向外的弹簧的两个背靠背的条带。替代地，第一过渡条带和第二过渡条带中每一个可能是单个过渡条带，单个过渡条带可包括任何其它(非过渡)条带两倍多的弹簧，其中形成到第一过渡条带内的弹簧限定朝向相反方向的两组弹簧。
[0010]根据另一方面，定位格架包括相交条带，相交条带具有形成于条带中的弹簧和凹陷，相交条带限定栅元，栅元具有弹簧和凹陷，弹簧和凹陷被布置成保持穿过栅元的燃料棒；定位格架的外部条带包括凹陷但不包括弹簧。
【附图说明】
[0011]本发明可以呈现各种部件和部件的布置和各种过程操作和过程操作的布置。附图只是出于说明优选实施例的目的并且不应被理解为限制本发明。
[0012]图1图解示出了带有内部蒸汽发生器的压水反应堆(PWR)类型的说明性核反应堆(一体式PWR)的立体局部剖视图。
[0013]图2图解示出了图1的核反应堆的核反应堆堆芯的燃料组件之一的立体图。
[0014]图3至图9图解示出了图2的燃料组件的定位格架之一，其中:图3示出了内部条带的侧视图；图4示出了定位格架的立体图；图5示出了外部条带的侧视图；图6和图7示出了替代弹簧接触面设计；以及图8和图9分别示出了内部条带的双悬臂弹簧/凹陷接触结构的正视图和侧视图。
[0015]图10示出了具有“S”形双悬臂弹簧构造的过渡条带的侧视图。
[0016]图11示出了对附图中用来描绘定位格架的实施例的图解俯视图所用的符号和表示进行定义的检表。
[0017]图12示出了基线定位格架实施例的图解俯视图。
[0018]图13示出了比较图12的基线格架设计与七个替代设计的表。
[0019]图14至图20示出了在图13的表中列表的七个替代定位格架实施例的图解俯视图。
[0020]图21至图24示出了包括背靠背条带的替代过渡条带设计。
[0021]图25至图27示出了包括双组凹陷的替代过渡条带设计。
[0022]图28至图30示出了采用替代弹簧构造的替代过渡条带设计。
[0023]图31至图33示出了采用替代弹簧构造的另一替代过渡条带设计。
[0024]图34至图36示出了采用替代弹簧构造的另一替代过渡条带设计。
【具体实施方式】
[0025]参考图1，示出了压水反应堆(PWR)型说明性核反应堆I。说明性PWRl包括安置于压力容器中的核反应堆堆芯2，压力容器在说明性实施例中包括下容器部分3和上容器部分4。下容器部分3和上容器部分4由中凸缘5连接。反应堆堆芯2安置于下容器部分3中并且包括浸没于主冷却剂水中的裂变材料(例如，235U)。圆柱形中心立管6同轴安置于圆柱形压力容器内并且降液管环形空间7限定于中心立管6与压力容器之间。说明性PWRl包括内部控制棒驱动机构(内部CRDM)8，其对控制棒的插入进行控制以控制反应性；然而，反应堆可替代地采用外部CRDM。在任一情况下，引导框架支承件9引导平移的控制棒组件(例如，每个包括一组控制棒，这组控制棒包括由三脚架配合在一起并且经由控制杆与CRDM连接的中子吸收材料)。说明性PWRl采用内部蒸汽发生器10，内部蒸汽发生器10位于压力容器内，但也设想到蒸汽发生器位于压力容器外(即，带有外部蒸汽发生器的PWR)的实施例。说明性蒸汽发生器10为带内部节能器的单程直管型并且由给水入口 11供给并且将蒸汽递送到蒸汽出口 12。说明性PWRl包括在上容器部段4顶部处的一体式加压器14，上容器部段4顶部限定一体式加压器体积15 ;然而，也设想到经由合适管路与压力容器连接的外部加压器。在说明性PWRl中的主冷却剂由反应堆冷却剂泵(RCP)循环，反应堆冷却剂泵(RCP)在说明性示例中包括外部RCP马达16，其驱动位于RCP壳体17中的叶轮，RCP壳体17安置于压力容器内。说明性PWRl还包括选配支承裙部18。应意识到PWRl只是说明性示例，所公开的定位格架和包括定位格架的燃料组件合适地用于基本上任何类型的PW