[發明專利]低壓降核燃料組件底部噴嘴

有效

• 申請號: 201580015375.8
• 申請日: 2015-02-12
• 公開（公告）號: CN106104700B
• 公開（公告）日: 2017-07-18
• 發明（設計）人: K·D·布羅奇;M·L·里維斯;M·W·彼得森;D·S·休格爾;P·M·弗利克
• 申請（專利權）人: 西屋電氣有限責任公司
• 主分類號: G21C3/33
• 分類號: G21C3/33
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所11038
• 代理人: 胡海滔

背景

1.技術領域

本發明總體上涉及核反應堆，更具體地，涉及減少穿過核燃料組件的底部噴嘴的壓降。

2.相關技術

以加壓水冷卻的核反應堆發電系統的一次側包括：與用于產生有用功的二次回路隔開但處于熱交換關系的閉合回路。一次側包括包圍了支撐多個含有可裂變物質的燃料組件的芯內結構的反應堆容器、換熱式蒸汽發生器內的一次回路、穩壓器的內側容積、用于循環加壓水的泵和管道；管道將蒸汽發生器和泵的每一個獨立地連接到反應堆容器。包括蒸汽發生器、泵、和被連接到壓力容器的管道系統在內的一次側的每個部件構成一次側環路。

為了展示，圖1畫出了簡化的核一次側系統，包括具有包封核反應堆芯14的頂蓋12的大致圓柱形反應堆壓力容器10。液體反應堆冷卻劑(比如水)通過泵16被泵入容器10，然后穿過堆芯14，熱能在堆芯處被吸收，然后排出到通常被稱為蒸汽發生器的換熱器18，在換熱器中熱量被傳遞給利用回路(未畫出)，比如蒸汽驅動的渦輪發電機。然后，反應堆冷卻劑返回泵16，完成一次側環路。典型地，多個上述的環路通過反應堆冷卻劑管系20被連接到一個反應堆容器10。

示范性常規反應堆方案在圖2中被更詳細地畫出。除了由多個平行豎直且共同延伸的燃料組件22構成的堆芯14之外，為了便于描述，其他的容器內部結構被分成下堆內構件22和上堆內構件26。在常規的設計中，下堆內構件的功能是對堆芯部件和儀表進行支撐、對準和引導，并引導容器內的流動。上堆內構件約束或者輔助約束燃料組件22(圖2中為了簡明只畫出了兩個)，以及支撐和引導儀表與各部件，比如控制棒28。在圖2中所示的示范反應堆中，冷卻劑經一個或多個入口噴嘴30進入反應堆容器10，向下流過反應堆容器和堆芯筒32之間的環形空間，然后在下增壓室34中調轉180°，向上流過下支撐板37和燃料組件所在的下堆芯板36，然后穿過和包圍燃料組件。在部分設計中，下支撐板37和下堆芯板36被一種單體結構(具有如37的水平高度的下堆芯支撐板)所取代。經堆芯和周圍區域38流過的冷卻劑通常是大約20英尺每秒的速度，4000000加侖每分鐘大的量級。所生成的壓力降和摩擦力在燃料組件上產生向上的作用力，燃料組件的位移受到上堆內構件(包括圓形上堆芯板40)的約束。離開堆芯14的冷卻劑沿上堆芯板40的底側流動并向上流過多個孔42。然后，冷卻劑向上且徑向地流到一個或多個出口噴嘴44。

上堆內構件26得到容器或容器蓋的支撐，并包括上支撐組件46。負載主要通過多個支撐柱48在上支撐組件46和上堆芯板40之間傳遞。支撐柱在指定的燃料組件22和上堆芯板40中的孔42的上方對齊。

可直線移動的控制棒28(通常包括驅動軸50和中子毒物棒的連接柄組件52(關于圖3被更完整地畫出和描述))被引導穿過上堆內構件26并通過控制棒引導管54與燃料組件22對準。引導管被固定地連接到上支撐組件46和上堆芯板40的頂部。支撐柱48裝置在意外條件下幫助延緩對控制棒的插入性有不利影響的引導管變形。

圖3是以垂直減縮的形式所呈現的燃料組件的正視圖，燃料組件大致用附圖標記22表示。燃料組件22是在壓水反應堆中使用的類型，并具有在其下端包括底部噴嘴58的結構骨架。底部噴嘴58支撐核反應堆的堆芯區域內的下堆芯板36上的燃料組件22。除了底部噴嘴58之外，燃料組件22的結構骨架還包括在其上端的頂部噴嘴62以及多個引導管或與上堆內構件中的引導管54對準的套筒84。引導管或套筒84在底部噴嘴58和頂部噴嘴62之間縱向延伸并在相對的端部處被剛性地連接到底部噴嘴和頂部噴嘴。

燃料組件22還包括沿引導套筒84軸向隔開且被安裝到引導套筒84的多個橫向柵格64，以及由柵格64橫向隔開并支撐的細長燃料棒66的有組織陣列。同樣地，如圖3所示，組件22具有被定位在組件的中央、在底部噴嘴58和頂部噴嘴62之間延伸并被底部噴嘴和頂部噴嘴捕獲的儀表管68。通過這些部件的設置，燃料組件22形成一種能在不破壞所述部件的裝配的前提下被便利地掌控的整體設備。

如之前所述，組件22的燃料棒陣列中的燃料棒66以被沿燃料組件長度隔開的柵格64彼此分隔的關系進行保持。每個燃料棒66包括多個核燃料芯塊70、并在相對端被上端塞72和下端塞74閉合。芯塊70以堆疊的形式通過設置在上端塞72和芯塊堆頂部之間的增壓室彈簧進行保持。由可裂變物質構成的燃料芯塊70負責產生反應堆的反應動力。包圍芯塊的包殼作為防止裂變副產物進入冷卻劑和污染反應堆系統的屏障。