[发明专利]压紧性能改良的核燃料组件顶喷嘴压紧弹簧单元以及具有该单元的核燃料组件顶喷嘴

说明书

技术领域

本发明涉及一种核反应堆中使用的核燃料组件顶喷嘴的压紧弹簧单元，以及具有该压紧弹簧单元的核燃料组件顶喷嘴，该压紧弹簧单元具有改良的压紧性能以防止核燃料组件上升。

背景技术

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。

一般地，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，并插入锆管。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。

图1为显示了常规核燃料组件的主视图。

如图1所示，核燃料组件包括燃料棒(未图示)插入其中的多个支撑格栅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(dimples)支撑的燃料棒(未图示)。

为了装配具有前述构造的核燃料组件，在燃料棒的表面施用清漆(lacquer)以防止燃料棒受到擦伤且防止支撑格栅10中所设置的弹- 簧受到损伤。此后，燃料棒贯穿插入支撑格栅10，接着顶、底喷嘴30和16与燃料棒连接，这样就完成了核燃料组件的装配。在清漆移除后，对所组装的核燃料组件的燃料棒间距离、变形、包括长度的尺寸等进行检测。如第5,213,757号的美国专利所公开的，当检测结果正常时，将核燃料组件装入在其中引起核裂变的核反应堆芯。

在装入堆芯的核燃料组件中，在核反应运行期间由冷却剂的流动产生的液压上升力施加于顶、底喷嘴30和16。因此，核燃料组件上升或振动。而且，可能导致由温度升高所引起的热膨胀、由于长时间的中子辐照所引起的核燃料管的辐照增加、或者因蠕变而产生的轴向长度变化。因此，顶喷嘴30构造成确保关于核燃料组件的轴向运动或轴向长度变化的核燃料组件的机械和结构稳定性。

图2是根据常规技术的顶喷嘴30的立体图。

如图2所示，顶喷嘴30包括支撑压紧弹簧单元32的多个弹簧夹具31。在每个弹簧夹具31上形成弹簧插孔31a。压紧弹簧单元32的端部插入相应的弹簧插孔31a中。穿过插入相应弹簧插孔31a的每个压紧弹簧单元32的端部垂直地形成固定销孔32a”。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一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固定于顶喷嘴30。这里，为了防止固定销33被移除，固定销33焊接于弹簧夹具31的上表面。

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，从而由上堆芯板的下表面支撑压紧弹簧单元32。

设置在顶喷嘴30上的压紧弹簧单元32向核燃料组件提供弹性力以响应核燃料组件的轴向运动或长度变化从而确保核燃料组件的机械-结构稳定性。第一弹簧32a的第一颈部32a’插入到形成于顶喷嘴30的相应上板(upper plate)40的插槽41中，以便当第一、第二或第三弹簧32a、32b或32c受损时，引导压紧弹簧单元32的操作并防止元件的损耗。

图3为示出了根据常规技术的压紧弹簧单元32的特性曲线的曲线图。