具有固定稳定性改良的弹簧插孔的核燃料组件顶喷嘴及其制造方法
【专利说明】具有固定稳定性改良的弹簧插孔的核燃料组件顶喷嘴及其制造方法
[0001 ] 本申请是申请日为2010年4月27日，申请号为201010165544.5，发明名称为“具有固定稳定性改良的弹簧插孔的核燃料组件顶喷嘴及其制造方法”的专利申请的分案申请。
技术领域
[0002]本发明涉及一种具有弹簧插孔的核燃料组件顶喷嘴。
【背景技术】
[0003]本领域技术人员众所周知的是，核反应堆是这样的一种装置，即为了产生热、生产放射性同位素和钚，或者形成辐射场，可裂变材料的链式裂变反应在其中受控发生。
[0004]—般地，在轻水反应堆核电站中，使用铀-235的丰度增加至2%到5%的浓缩铀。为了将浓缩铀处理成核燃料以在核反应堆中使用，采用了将铀形成为重量约5g的圆柱状颗粒的形成工艺。在真空条件下，将数百个这样的颗粒形成(retain into)束，并插入错管。在管中设置弹簧并充入氦气，并且在管上焊接端盖并密封，这样就完成了燃料棒。多个燃料棒组成了核燃料组件，并在核反应堆中发生核反应而燃烧。
[0005]图1为显示典型的核燃料组件的正视图。图2是根据常规技术(US5，213，757)设有弹簧夹具(spring clamp)31的顶喷嘴30的透视图，该弹簧夹具带有利用铣削形成的弹簧插孔 31a。
[0006]如图1所示，核燃料组件包括其中插有燃料棒(未图示)的多个支撑格栅10和与支撑格栅10连接的多个导向套管20。核燃料组件还包括与导向套管20的上端连接的顶喷嘴30，与导向套管20的下端连接的底喷嘴16，以及由弹簧和形成于支撑格栅10上的凹窝(dimple)支撑的燃料棒(未图示)。
[0007]如图2所示，顶喷嘴30包括固定件15、弹簧夹具31和压紧弹簧单元32。固定件15起使顶喷嘴30连接于上堆芯板中的定位销的作用。每个弹簧夹具31都具有形成于其中的弹簧插孔31a。每一个压紧弹簧单元32的端部插入相应的弹簧插孔31a中。贯穿相关弹簧插孔31a上方每个弹簧夹具31的上表面形成固定销孔33'3型槽14形成于每个弹簧夹具31中，且分别与固定销孔33'连通。压紧弹簧单元32插入相应弹簧插孔31a中，并固定于相应弹簧夹具31。每个弹簧插孔31a按如下方式通过铣削形成，即以使铣刀末端(milling tip)(未图示)插入形成于弹簧夹具31的上表面的T型槽14中。
[0008]每个压紧弹簧单元32包括具有第一颈部32a'的第一弹簧32a，以及与第一颈部32a'连接的第二弹簧32b和第三弹簧32c。压紧弹簧单元32构造成使得第一、第二和第三弹簧32a、32b、32c—个叠加在另一个顶上。为了将压紧弹簧单元32连接到顶喷嘴30，与第一颈部32a'相对的压紧弹簧单元32的弹簧连接端沿水平方向插入相应的弹簧插孔31a。此后，固定销33沿垂直方向插入弹簧夹具31的相应固定销孔33'和压紧弹簧单元32的固定销孔32a"中。从而，压紧弹簧单元32连接于顶喷嘴30。这里，为了防止固定销33被移除，固定销33的上端通过点焊固定于弹簧夹具31。在图2中，附图标记40表示上板，附图标记41表示上板槽。
[0009]如图1所示，具有前述构造的顶喷嘴30与核燃料组件的元件装配。随后，如众所周知的那样，核燃料组件装入堆芯并位于上堆芯板(未图示)和下堆芯板之间，以使压紧弹簧单元32由上堆芯板的下表面支撑。如此，核燃料组件装入在其中引起核裂变的核反应堆堆芯，并用作核能产生的燃料。
[0010]当装入核反应堆的核燃料组件用作核燃料时，顶喷嘴30的压紧弹簧单元32针对由核反应堆运行期间冷却剂流动所引起的水压上升力、因温度上升而引起的热膨胀、因中子长时间辐照而引起的核燃料管的辐照量增加或者因蠕变而产生的轴向长度变化所产生的振动的冲击行使吸收功能。从而确保核燃料组件的机械-结构稳定性。
[0011]然而，在根据常规技术的顶喷嘴30中，当上升力施加于为形成每个弹簧插孔31a而在插入弹簧插孔31a的压紧弹簧单元32的端部设置的T型槽14时，T型槽14变宽，导致固定于弹簧夹具31的压紧弹簧单元32变松。从而，支撑核燃料组件的力显著下降。
[0012]而且，在弹簧插孔31a沿压紧弹簧单元32插入弹簧插孔31a的方向通过铣削形成于顶喷嘴30、但未形成T型槽14的情况下，铣削操作受到位于与弹簧夹具31相对位置的、从顶喷嘴30的上表面突出的固定件15的阻碍。因此，很难精确地机械加工每个弹簧夹具31使得弹簧插孔31a的内部具有相应于压紧弹簧单元32的端部的形状。
[0013]因此，压紧弹簧单元32的端部不能达到与弹簧插孔31a的内表面紧密接触。结果，在核反应堆运行时，压紧弹簧单元32不能可靠地吸收核燃料组件的振动。
[0014]此外，在极端情况下，常规技术中的上述问题可能导致核燃料组件的变形或断裂。
【发明内容】
[0015]因此，针对现有技术中所产生的上述问题，本发明的一个目的是提供一种在未形成T型槽的弹簧夹具中形成弹簧插孔的核燃料组件的顶喷嘴，从而提高了握持压紧弹簧单元的弹簧夹具的结构稳定性。
[0016]本发明的另一目的是提供一种核燃料组件的顶喷嘴，弹簧插孔能容易且精确地形成于其中，使得压紧弹簧单元的端部达到与弹簧插孔的内表面紧密接触，从而提高制造效率。
[0017]本发明的又一目的是提供一种制造核燃料组件的顶喷嘴的方法，该方法使精确的机加工成为可能，从而提高了具有弹簧插孔的弹簧夹具的结构稳定性，因而提高了固定于弹簧夹具的压紧弹簧单元的稳定性。
[0018]为了实现上述目的，本发明提供了一种核燃料组件的顶喷嘴，包括:连接板，连接于核燃料组件的导向套管；围墙，从所述连接板的周边向上伸出且带有设置于所述围墙上表面的弹簧夹具；以及压紧弹簧单元，安装于所述围墙的上表面，以将所述压紧弹簧单元的相应端部连接到所述弹簧夹具。贯穿所述弹簧夹具的上表面而垂直地形成固定销孔，以及沿所述压紧弹簧的插入方向通过放电加工形成弹簧插孔，使得所述压紧弹簧单元连接到所述弹簧夹具的弹簧插孔中。
[0019]优选地，在执行放电加工工艺前，所述连接板和围墙通过铸造成单个体而一体地形成。
[0020]固定销孔可具有限定了所述弹簧插孔的、形成于所述夹具的上表面中的椭圆形销头座。
[0021]所述弹簧插孔可在不具有T型槽的情况下通过放电加工形成。
[0022]所述弹簧插孔的形成采用的方式是使形成其横截面小于所述弹簧插孔的横截面的预制孔并执行放电加工工艺。
[0023]所述顶喷嘴还可包括固定销，其设有一个与所述椭圆形销头座相应形状的头部，所述固定销插入到固定销孔以握持所述压紧弹簧单元。
[0024]为了实现上述目的，本发明提供了一种制造核燃料组件的顶喷嘴的方法，包括:沿垂直方向贯穿所述顶喷嘴上所设置的弹簧夹具的上表面形成固定销孔;使用放电加工工艺，沿压紧弹簧的插入方向形成其中插入压紧弹簧单元的弹簧插孔；以及以使所述压紧弹簧单元的端部插入所述弹簧插孔的方式将所述压紧弹簧单元连接于所述弹簧夹具。
[0025]所述放电加工工艺可在未形成T型槽的情况下执行。
[0026]所述固定销孔的形成可包括以使所述固定销孔的上端部形成椭圆形状的方式形成椭圆形销头座。
[0027]通过放电加工工艺形成所述弹簧插孔可包括在执行所述放电加工工艺前，贯穿所述椭圆形销头座形成预制孔。
[0028]所述方法还可包括在所述固定销孔形成前，铸造所述顶喷嘴的主体，所述主体包括连接于核燃料组件的导向套管的连接板，和从所述连接板的周边向上伸出的围墙，其带有设置于所述围墙上表面的弹簧夹具。
【附图说明】
[0029]以下结合附图的详细说明，本发明上述和其它目的、特征和优点将会被更清晰地理解，其中:
[0030]图1是显示典型的核燃料组件的正视图；
[0031 ]图2是根据常规技术的核燃料组件的顶喷嘴的透视图；
[0032]图3是根据本发明一个【具体实施方式】的顶喷嘴的透视图；
[0033]图4是图3的顶喷嘴的制造方法流程图；
[0034]图5A和5B是显示形成于图3的顶喷嘴弹簧夹具中的圆形固定销孔的视图；
[0035]图6是根据本发明另一个【具体实施方式】、具有其中容纳有椭圆形固定销的椭圆形头部的椭圆形销头座的顶喷嘴的制造方法流程图；以及
[0036]图7A和7B是显示根据图6的方法制造的顶喷嘴的弹簧夹具中形成的椭圆形销头座的视图。
【具体实施方式】
[0037]下面，将参考附图更详细地描述本发明的优选实施方式。
[0038]图3是根据本发明一个【具体实施方式】的顶喷嘴3(T的透视图。
[0039]如图3所示，顶喷嘴30'包括连接板25，围墙20和多个压紧弹簧单元100。连接板25连接于核燃料组件的导向套管(未图示)。