[其他]具有帶密封內(nèi)腔的空心環(huán)狀支承芯塊的改進(jìn)水置換棒

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 85108291
• 申請日: 1985-11-12
• 公開（公告）號: CN85108291A
• 公開（公告）日: 1986-08-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 約翰·弗朗西斯·威爾遜;羅伯特·肯尼思·格特森;薩馬爾·科尼
• 申請（專利權(quán)）人: 西屋電氣公司
• 主分類號: G21C5/00
• 分類號: G21C5/00;G21C3/02
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進(jìn)委員會專利代理部
• 代理人: 曹廣生,辛哲生

本發(fā)明概括地論述了核反應(yīng)堆，比較詳細(xì)地論述了核反應(yīng)堆的一種改進(jìn)的水置換棒。

在壓水反應(yīng)堆堆芯的設(shè)計中，使堆芯在起動時具有一定的過剩反應(yīng)性以延長堆芯的使用壽命，這是大家都知道的通常作法。當(dāng)然，對這種過剩反應(yīng)性必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂疲环N大家知道的控制方法是產(chǎn)生初始的譜移，其作用是增加中子譜的超熱部分（低反應(yīng)性）而犧牲熱的部分（高反應(yīng)性），結(jié)果是產(chǎn)生較少的熱中子和減少裂變。然后，在持續(xù)的反應(yīng)堆運行期間，當(dāng)裂變減少時，則產(chǎn)生反向的譜移，犧牲中子譜的超熱部分而返回到熱的部分。

這種控制方法主要是通過使用慢化劑置換棒來實現(xiàn)的。正如其名稱所示，這些棒起初被放在堆芯內(nèi)以置換堆芯內(nèi)的某些慢化劑水，從而降低了反應(yīng)性。然后在燃料循環(huán)期間的某個時刻，當(dāng)反應(yīng)性耗盡時，從堆芯中除去與這些棒有關(guān)的慢化劑置換，使得堆芯內(nèi)的慢化劑量增加，從而也增加了堆芯內(nèi)的反應(yīng)性量。

在美國專利4，432，934中透露了一些水置換棒的結(jié)構(gòu)。其中一種水置換棒包含一根由不銹鋼制成的上部管和一根由鋯-4制成的下部管，這兩根管子通過一個以實心鋯-4棒形式的中間延伸部分相互連接起來。上部管在其上端用端塞密封，該端塞可以用螺紋連接到一個星形架上。下部管在其下端用端塞密封，該端塞可以是錐體形的，以有助于將棒插入到反應(yīng)堆的一個燃料組件內(nèi)的導(dǎo)向管中去。在這種置換棒的一種結(jié)構(gòu)中，下部管是薄壁的，它包含有一疊環(huán)狀芯塊，從底端塞一直延伸到中間棒延伸部分，它為管子提供了結(jié)構(gòu)支撐以防止管子在反應(yīng)堆工作壓力下塌縮。在可供比較的方案中，芯塊可以是實心的而不是空心結(jié)構(gòu)。作為另一種可供選擇的結(jié)構(gòu)，下部管可以是厚壁的，并用隋性氣體加壓，以防棒在反應(yīng)堆壓力下塌縮。在又一種結(jié)構(gòu)中，置換棒包含有一個彈簧來代替疊放的芯塊。不管怎樣，置換棒都做成一種中子吸收能力較低的棒，當(dāng)它插入到燃料組件中去時可以置換反應(yīng)堆冷卻劑-慢化劑。

雖然這些普通的水置換棒在它們予定的工作條件的特定范圍內(nèi)工作得很好，但是仍有必要改進(jìn)置換棒的設(shè)計，以便即使燃料組件處在各種輕微變形的結(jié)構(gòu)狀態(tài)下也能發(fā)揮它們的效用。

本發(fā)明的主要目的是要提供一種予定來滿足這種需要的改進(jìn)的水置換棒，因此本發(fā)明歸結(jié)于一種水置換棒，這種棒包括一個細(xì)長，空心和密封的管狀部件，和許多首尾相連地疊放在管狀部件中的芯塊。至少大部分上述芯塊都具有大體為園柱形的殼體，它是空心的并形成了一個內(nèi)腔，每個芯塊的內(nèi)腔是封閉的并與這一疊中相鄰芯塊的內(nèi)腔是隔開的。

逐漸導(dǎo)致本發(fā)明的改進(jìn)的水置換棒的設(shè)計活動揭示了某些重要的考慮事項。首先，棒應(yīng)該具有足夠的柔性，使之甚至在軸向有點變形（例如曲或彎曲）的燃料組件中也能軸向運動。其次，應(yīng)將為了從棒中排出熱量而需要的慢化中子的冷卻劑流量保持到最小。第三，為了更精確地計算堆芯中的核峰值因數(shù)，在任何棒中沒有冷卻劑的假定必須是可能做到的。

上述三個考慮構(gòu)成了本發(fā)明的水置換棒的基礎(chǔ)，并已為本發(fā)明的水置換棒滿意地實現(xiàn)了。正如將在下文說明的，提供棒的適當(dāng)柔性和抗塌縮性的問題，將為了避免棒過熱而增加冷卻劑流量的需要減至最小的問題，以及使鄰近燃料棒中核峰值減至最小的問題全都得到滿意地解決。

首先，可以通過減小棒的慣性矩來提高棒的柔性，使棒的慣量減至最小的最初實可行的方法是在棒中采用薄壁包殼或薄壁管。采用薄壁管又要求在其中設(shè)置某些裝置在防止管子由于外部壓力而產(chǎn)生塌縮。在管內(nèi)的芯塊疊將增加管子的強度而不會對其柔性產(chǎn)生有害的影響，而采用另一個內(nèi)部薄壁管將提高外管的抗塌縮性但降低了它的柔性。

其次，為了從棒中排出熱量和防止由于γ加熱引起的表面沸騰，需要一定的冷卻劑流量;為了使這部分冷卻劑流量減至最小，必須使為滿足第一項考慮（柔性和抗塌縮性）而選出的芯塊的質(zhì)量減至最小。采用空心或環(huán)狀芯塊是使芯塊質(zhì)量減至最小而又不會損害管子的柔性和抗塌縮性的切實可行的辦法。

第三，如不采取某些附加措施，采用薄壁管會增加包殼損壞從而使冷卻劑進(jìn)入置換棒中去的概率。采用空心環(huán)狀芯塊，進(jìn)一步使問題復(fù)雜化，因為空心環(huán)狀芯塊使得冷卻劑可以流到棒中所有空的空間，從而顯著地增加了峰值因數(shù)。

本發(fā)明將每個芯塊單個進(jìn)行密封，構(gòu)成了中心空腔或內(nèi)部空腔，基本上使得管內(nèi)所有空的空間即使在置換棒中薄壁管損壞的情況下也不能進(jìn)入冷卻劑。此外，在具有內(nèi)腔的芯塊中用來密封芯塊的端腹板在置換棒軸向相隔的一定間距的一些位置上提供了徑向支撐，從而增加了棒的抗塌縮性，而又不會對其柔性產(chǎn)生有害的影響或顯著地增加其整個質(zhì)量。

現(xiàn)在參閱附圖來說明所推薦的本發(fā)明的具體裝置，這僅作為例子，其中：