[发明专利]用于核反应堆的定位格架

说明书

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。

背景

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。

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。

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^TM)条或锆合金(例如，Zircaloy^TM)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。

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。

下文公开了各种改进。

发明内容

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。