CN1032170C - 用于核反应堆控制棒束垂直导向的装置 - Google Patents

Abstract

一种用于导向控制棒束的装置，包括一束两排同轴分布并被悬挂在星形架上的控制棒。该装置具有一个管套，在其上部装有一块封闭板，沿着管套布置了水平导向板，在水平导向板上挖掉一部分，以便星形架穿过，并导向控制棒。在管套上开了冷却剂出口开口，套管限定了导向内排控制棒的通道，并把中心冷却剂通道，从相互连通的周边通道分开。在其中管套的下部上，开了冷却剂的出口。

Description

用于核反应堆控制棒束垂直导向的装置

本发明涉及用于核反应堆的控制棒束导向装置，它在压水反应堆中，以及在热中子和谱移反应堆中有着特别重要的应用。

在目前的压水反应堆中，主要是采用许多控制棒束来控制其反应性。每一控制棒束包括一组控制棒，它们悬挂在星形支架的一个径向臂上。棒束的垂直驱动轴可以驱动星形支架，使得棒束可在一个低位和一个高位之间移动。低位时，棒束基本上完全***反应堆堆芯中；高位时，棒束置于反应堆上部的内部构件中。

在堆芯中使用燃料组件中的导管来为控制棒导向。在堆芯之上，这些非常长而细的控制棒，必须由上部内部构件的一个装置来导向，这个装置通常包括：管套，其上部有一盖板，盖板上有孔用作驱动轴通道；许多水平板，它们沿管套分布并留有开口以使星形支架通过及为控制棒导向；在套管下部用于连续导向控制棒的器件，该器件包括用于为单个控制棒导向的管子和套管，并限定了足够宽的槽缝让星形支架的臂能够通过，这是为了保护控制棒使其免受从堆芯流出，进入管套中的冷却液湍流的影响。

迄今为止，都假设压力梯度加在倚靠在用作星形架通过的槽缝的边缘上的控制棒上并由于摩擦作用引起控制棒的磨损，为了把这些水平方向加到控制棒上的压力梯度减到最小值，已做了许多尝试。为了达到上述的平衡、在管子导向单一控制棒，套管导向控制棒对的导向器件中，压力平衡孔特别开在导向套管的壁上，而且用留有缝隙以平衡压力的外壳，代替这些套管(FR—A—2547100)，以及在槽缝的边缘控了凹槽、以提供平衡开口(FR—A—2516691)。

在这样的设计中，用于连续导向的装置给冷却剂限定了一个单一的向上通道。压力和速度的分析表明，因为大部分液体，在从非连续导向区向上被吸入管套时都偏向冷却剂出口，使得控制棒在连续导向区下部区域中偏向棒束的中心，而在连续导向区上部区域中偏向外部。

上述作用的不同，引起控制棒的严重不稳定，并且是产生振动的来源。

已经发现，至少在某些类型的反应堆中，控制棒的振动是磨损的重要原因，尤其是在导向只是由分布板断续地实现的区域中，控制棒与水平板接触的地方。

此外，还发现在套管中，在径向上最靠外的那些控制棒，强烈地偏向该装置的轴，由于摩擦加速了磨损。

本发明的目的是提供一种用于垂直导向棒束的装置，与以前已有技术相比，该装置做了改进，尤其是在由连续导向区到断续导向区的边界上，避免了加在控制棒上的反向力。

为了达到上述目的，本发明专门提供了一种装置，其特征在于：控制棒以径向上的内排和外排形式分布，套管在它们之间限定了用于导向内排控制棒的通道，并将一条中冷却剂通道从相互连通的周边通道中分开，其中在管套中构成的冷却剂出口的开口是开在构成连续导向区所说的下部。在一个实施例中，每一个套管，具有一个用于外排单个控制棒的导向通道，并开有一个径向朝外的孔，把该通孔与周边通道连通。与在套管中被导向的控制棒不同，周边排的控制棒通过位于套管之间的管子来定向，管子还带有径向狭缝，以便星形架的支臂通过。

在上述设计中，进入中心通道的冷却剂，几乎完全垂直向上流动，除了在断续导向区中，在水平导向板和管套之间有渗漏之外，离开组件的大部分冷却剂流，进入周边通道，并且通过管套下部的开口朝向管套外部流出。

因此，中心通道相对于管套外部是在过压下，从而径向内排的控制棒在此过压作用下被迫朝向外、所以就避免了在断续导向的上部水平板上，激起振动和磨损。由于在没有受到水平板保护的控制棒靠近上部顶端的水平位置上，实际上没有径向流动，所以，特别地防止了上述的激发振动。

在套管中，如果在这些套管中，构成了孔或狭缝，那么外排控制棒也是在由中心朝向外的过压作用之下。由带开缝的管子导向的控制棒、处在径向朝内的压差作用下。在管套外部，朝外的径向力可以很低。因此，在下部相反的力作用下，可以不产生任何有害的振动。

设计者在设计管套中套管和冷却剂入口的开口时所给出的大的活动余地，使得有可能调节在星形中心通道和周边通道之间的流率的分布，尤其是可调节径向朝外的迫使控制棒靠在通道壁上的作用力。

从以下给出的作为非限定实施例的描述和与导向器件已有技术的比较中，可以更好地了解本发明。描述时涉及到的附图如下：

图1表示按照本发明棒束导向装置的垂直剖面图，和与其相连的上部内部构件沿垂直面的截面图。

图2和图3分别是沿图1的II—II线和IV—IV线的水平面的截面图。

图1所示的反应堆部分，具有目前已知的一般结构。所以，在此只作简略地描述。

由并置的燃料组件构成的堆芯，被套在压力壳10之中，用盖12把它封闭。压力壳所支撑的壳14，限定了一个环形空间，以便通过没有画出的喷嘴进入的冷却剂，向下流到支撑堆芯的底板下面的空间中。然后，冷却剂通过堆芯往上升，穿过属于反应堆上部内部构件的堆芯板16中通道流出。

上部内部构件还包括压力壳所支撑的支撑板18，该支撑柱通过未画出的固定柱，及导向装置20，连接到堆芯板上，每一导向装置设计成可容纳一个控制棒束。每一个棒束是由一束含有中子吸收材料的许多细长棒，例如24根所组成。这些细长棒由星形架所悬挂，而星形架的顶端固定到驱动轴上。

每一个装置20，在板16和18之间，包括有近似方形截面的管套24，而在支撑板18之上一个延伸部分25，装设一个密闭板(没有画出)，在其上开有孔以使驱动轴可以穿过。

水平导向板26沿着管套24以等间隔设置，通过把这些水平导向板外边凸出部分，啮合到管套24的凹槽中，把水平导向板安装在管套上，然后，一般用焊接把它们固定。

位于管套24的上面部分的板26，在图1中的实施例表示为5个，把其内部挖掉，使得板可导向控制棒，并允许星形架的支臂穿过。因此，控制棒被断续地导向，其间隔相应于板26之间的间距。

以上描述的设计是通常的设计。

在该装置的上部分，这些板26对于控制棒提供了断续导向。在这个上部分、管套没有开口，因此，到达此处的冷却剂，只能通过在板的外边凸出部分和凹槽之间存在的缝隙，从侧面沿轴向流出。

在图1所示的实施例中，该装置在连续导向区中，只包括一个水平板26a，此板通过连续导向装置；连接到管套24的底脚28，同时，通过嵌入和/或焊接把此板连接到管套上。

导向装置包括套管30和带狭缝管子32，用以限定用于导向8个内排控制棒和16个径向外排控制棒的通道，这些数目不是限定的。每一个套管30上径向上离轴最远的部分中，构成一个通道34，用以导向外排中的一根控制棒，设计的径向狭缝36延长部分，是为了使星形架的支臂通过；最靠近轴的套管30部分，彼此限定通道38和40，以便导向内排的控制棒。正如图2和图3所示，内排控制棒沿着方形的侧边排列，每一个套管30装有两个不同长度的支臂。因此，套管内部之间的空间，构成一个星形中心通道，除了通过导向通道38和40之外，在径向上，该通道不和外部连通。两个相接的套管，在它们之间限定了一个三角形的周边通道44。所有这些周边通道，互相连通(图3)，其中主导压力实际上和管套外部的压力相同，这是因为它们通过管套的宽阔的开口46与外部相通的缘故。这些开口近似矩形形状。最高的一个开口，比板26a稍低。

用于导向外排控制棒的每一个管子32，放在两个相邻的套管之间，一个周边通道44的底部。它没有任何把管子内部与周边通道连通的径向孔。与此相反，在控制棒束放入导向装置中时，沿着每一个通道34外母线，等间隔分布的孔47，把控制棒的外侧，置于负压下。可以看到：

——因为相对于周边通道和管套的外部，中心通道是在过压下，所以位于最靠近轴的八根控制棒，受到朝外的径向力作用并被偏向外，因此避免了控制棒在板26上的振动和快速磨损；

——置于套管30的通道34中的周边控制棒、也受到朝外的径向压力作用；

——放入带狭缝管子32的控制棒，在它们的内侧所受的压力，低于其外侧所受的压力，这是由于冷却剂以较高的速度在周边通道流动，而其外侧对着与连续导向区入口连通的空间。因此，尽管在连续导向区由于冷却剂的流动导致径向力、而这些控制棒受内向的力作用，其径向分量是很低的。

由于消除了激发控制棒振动的危险与通常型式装置相同高度所采取的长度相比，可以减少连续导向区的长度。实际上，连续导向区的高度，可以减少到适合燃料组件震动吸收体的冲程，也就是说，在典型的反应堆中约为600毫米。

Claims (4)

1.一种用于核反应堆控制棒束垂直导向的装置，这些控制棒被悬挂在星形架的径向臂上，棒束的垂直驱动轴可带动星形支架，使得棒束可在一个低位和一个高位之间移动，低位是棒束基本上完全***反应堆堆芯中，高位是把棒束置于反应堆上方内部构件中，它包括：一管套(24)；其特征在于上述装置还有沿着管套分布的水平导向板(26)，为了让星形架穿过，挖掉部分水平板并导向控制棒，在管套下部用于连续导向控制棒的装置，其包括用于导向控制棒的管子和套管、限定足够宽的狭缝可使星形架的支臂通过并保持控制棒抵制离开堆芯进入管套(24)并通过管套上的冷却剂出口的开口(46)的冷却剂湍流作用，而且控制棒径向地分布在内排和外排上，对于内排控制棒，套管在它们之间限定了用于导向内排控制棒的通道，并且从互相连通的周边通道(44)中，分出了一条中心冷却剂通道(42)，其中在管套(24)中构成的冷却剂出口的开口(46)，是开在所说的下部。

2.按照权利要求1所述的一种装置，其特征在于：每个套管(30)的外部限定一个用于导向外排控制棒的通道(34)并用一个径向朝外的孔(47)，用于连通周边通道(44)。

3.按照权利要求2所述的一种装置，其特征在于：除了在套管中被导向的控制棒外，导向外排控制棒的管子，被放在套管之间并且具有一个径向狭缝，以便星形架的各自支臂通过。

4、按照权利要求1、2或3所述的一种装置，其特征在于：管套(24)在所说的下部以上，除了在导向板(26)和管套(24)之间的缝隙之外，没有开口。