專利名稱:用于避免對燃料棒的摩擦損傷的方法、相應的核反應堆釋熱元件、為此所采用的裝置和相 ...的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及如何避免在核反應堆的燃料棒上的摩擦損傷，核反應堆的釋熱元件用輕水冷卻，特別是涉及壓水反應堆的燃料棒的摩擦損傷的避免，通過至今安裝于釋熱元件中的裝置的改進，以便在反應堆運行時盡可能限制燃料棒的活動性，以使在冷卻水的流動中燃料棒在其支持于間隔件中的位置可以盡可能不發(fā)生橫向偏移和擺動運動并因此限制其在間隔件上的摩擦。這些裝置，借其阻止燃料棒在間隔件中的盡可能的每一活動性，然而在反應堆運行的條件下較短時間后即變?nèi)?例如由于輻射損傷)，并因此，盡可能強地限制活動性的裝置在安裝有這樣的釋熱元件的第二工作周期中已經(jīng)完全沒有使燃料借助于靜摩擦固定于間隔件中這樣大的力再施加在燃料棒上。相反，在這種情況下發(fā)生固有振動，其即使由于由冷卻水流吸收微小的能量也可能導致高的振幅和相應的摩擦。
但本申請已發(fā)現(xiàn)，另一出乎意料的效果可用來避免摩擦損傷。到目前為止這樣的效果—按本發(fā)明的見解—也可以在釋熱元件上發(fā)現(xiàn)，其中施加在釋熱元件的燃料棒上的力由于較長時期的使用(例如在輻射的第二周期中)已經(jīng)在很大程度上變?nèi)?，因此本發(fā)明涉及將該減小的力有針對性地應用于由本申請發(fā)現(xiàn)的出乎意料的效應的充分利用上。
本發(fā)明現(xiàn)在涉及加強這種出乎意料的效應，以便通過裝置的有針對性的和改進的應用避免摩擦損傷，這些裝置限制燃料棒(至少是封入絕緣管內(nèi)的由燒結的核燃料構成的燃料柱)相對于間隔件的相對活動性。此外，本發(fā)明涉及釋熱元件利用這樣的效果的操作、一相應的釋熱元件和一特別適用于該釋熱元件的間隔件。
背景技術：
在一核反應堆中，其由輕水冷卻，存在作為由燒結陶瓷的燃料片構成的燃料柱的燃料，其分別氣密地封入由金屬(一般鋯錫合金)構成的氣密的絕緣管內(nèi)。為了使燃料片裝入絕緣管內(nèi)絕緣管的內(nèi)半徑至多應該比燃料片的半徑大約100μm，并且形成的窄間隙還用惰性氣體(一般為氦)充滿，以便盡可能快地將燃料中形成的熱排入冷卻水內(nèi)。由于反應堆物理的原因應該保持水(減速劑)對燃料的某一比例和在鄰接的燃料柱之間的較小的間距。這導致在釋熱元件中的狹窄的空間關系包含僅僅很小的允差，如果冷卻劑以較高的速度沿燃料棒流動并且燃料棒因此而陷入橫向運動也必須保持該公差。
因此許多這樣的燃料棒相互平行地以彼此要求的微小間距設置并由多個以軸向間距相疊設置的間隔件導向。該間隔件的數(shù)目N一般為N＝8，借其將反應堆的燃料棒捆扎到釋熱元件上，并且可裂變的燃料的容量這樣限定，即在其必須用新的釋熱元件替換以前，該現(xiàn)有的釋熱元件可以保持至少4個工作周期。因為其已“燒毀”到使釋熱元件的中子平衡變?yōu)樨撝潭取?br> 迫使過早地替換一釋熱元件或至少高費用的修理的最頻繁的原因是在絕緣管上的各個燃料棒的損傷，其由于摩擦(“微振腐蝕”)產(chǎn)生。為了避免燃料棒在外來物質(zhì)上的摩擦(“外來物質(zhì)微振腐蝕”)，這樣的外來物質(zhì)已經(jīng)在現(xiàn)代的釋熱元件的底腳通過外來物質(zhì)過濾器從冷卻水流中被濾掉。然而特別是在發(fā)生特別強的紊流的冷卻水流的位置，雖然燃料棒更加固定，其仍由于絕緣管在間隔件的網(wǎng)格網(wǎng)眼中的固定元件上的摩擦(“固有微振腐蝕”)而被損傷，以致必須過早的替換。
當諸燃料棒分別在間隔件的網(wǎng)眼中由相應的固定元件固定成可阻止燃料棒與固定元件之間的任何相對運動時，則不可能出現(xiàn)這樣的摩擦損傷。此外，在運送新制造的釋熱元件時，燃料棒必須這樣固定，即使其基本上不可能運動和不可能受到損傷。另一方面大多提供用于固定燃料棒的彈性力，借此在燃料棒插入間隔件的網(wǎng)眼中時不會受到損傷。
關于間隔件，其由彼此靠緊固定的分別成環(huán)形包圍燃料棒的套筒構成，一般設有具有燃料棒的“5點支持”的固定元件，其在三個以大致相等的間距沿燃料棒的圓周設置的位置接觸絕緣管。在該三個位置之一上具有一彈簧或類似的彈性固定元件，其將燃料棒彈性地壓向其他兩位置。在該其他兩位置分別設有一對包括兩相疊的剛性的榫舌，其中上榫舌分別位于一上軸向水平而兩下榫舌分別位于一下軸向水平并且兩水平大致以相同的軸向間距位于彈簧的接觸點的上方和下方。為了使燃料棒擺動，因此必須在兩水平之一處至少從一榫舌中將其取出。其中彈簧施加在燃料棒上一轉矩，其抑制這樣的擺動運動，如果彈簧力本來不是足夠的，則要完全由靜摩擦克服運動。優(yōu)選時常使用間隔件，其由相互成直角穿過的各板條構成并稱之為“蛋形板條間隔件”；同樣在由此形成的正方形的網(wǎng)眼中一這樣的5點支持是可能的，只要彈簧對角線地插入一個網(wǎng)眼角中并且兩榫舌對分別固定于兩對置的彼此靠近鄰接的網(wǎng)眼側面的中點即可。但人們也可以在一“蛋形板條間隔件”中設置一6點支持。只要在兩彼此靠近鄰接的網(wǎng)眼側面的中點分別固定一個彈簧即可，其將燃料棒分別壓向在對置的側面上的一榫舌對。
因此只要彈簧力將燃料棒固定成使其中產(chǎn)生的靜摩擦可以承受全部在燃料棒上出現(xiàn)的動力，就可排除摩擦損傷，其中該動力可能導致燃料棒的相對運動。不過在時間的進程中彈性的固定元件逐漸松弛并且在反應堆中的輻射負荷作用下甚至于比較迅速，從而雖然在新的釋熱元件中所述靜摩擦用于避免摩擦損傷是足夠的，但在釋熱元件的第二工作周期中已不再能阻止燃料棒在間隔件網(wǎng)眼中的全部運動。
由于燃料棒不完全是剛性的，其即使在實際上剛性地支持于固定元件的平面上的情況下仍可能由于紊流的冷卻水流而處于振動狀態(tài)，其在該平面具有振動波節(jié)。該固有振動的頻率由固定元件沿燃料棒長度分布的間距產(chǎn)生。至今間隔件以40至60cm的軸向間距等距離地沿燃料棒的長度分布，并且由于在反應堆中相鄰的各釋熱元件支持在其間隔件上，確定了間隔件的位置并從而也確定了在新的釋熱元件中的固有頻率，后者當然在已有的釋熱元件之旁邊插入。清楚顯示的是，在固定元件上的支持的剛性越大激起的固有振動越小，并且其在要抑制的相關小的振幅的方面需要越小。
因此至今人們希望，可以使這樣的固有振動如同在固定元件與由其支持的燃料棒的部分之間的其他的相對運動一樣對燃料棒不產(chǎn)生摩擦損傷，只要人們—通過相當高的彈簧力和借助于固定元件的相應的材料選擇和成型相當高的靜摩擦—盡可能長久地抑制在間隔件的平面中的這樣的相對運動即可。隨后只是在固定元件的彈簧力松弛時人們才擔心固有微振腐蝕。
間隔件不僅可以用于燃料棒的支持，而且也用于產(chǎn)生其他的效果，這些效果對于在反應堆中的使用是值得期望的。這樣，例如在壓水反應堆中直接接觸熱燃料棒表面的水比處于離燃料棒表面較大間距的水具有較高的溫度。因此間隔件也用作各元件的支架，這些元件通過冷卻水流的轉向產(chǎn)生橫向的速度分量和/或在冷卻水流中的紊流并導致水的混合和溫度的均勻化。因此長久以來常用的間隔件是，其在間隔件板條的遠離冷卻水流的外邊緣設有用于流動轉向的導流凸起部并因此導致紊流。這至今并未詳細研究過，但也許不可避免的是，這樣的紊流激起燃料棒增強的運動。
US 4,756,878-A、US 4,726,926-A和US 4,849,161-A中建議一種間隔件，其產(chǎn)生微小的紊流，但對徹底混合和類似的熱水力特性是有利的。在這方面各相鄰的間隔件網(wǎng)格網(wǎng)眼通過雙板條彼此分開，其中雙板條的兩單壁成片狀彼此靠緊，但各雙板條按照“蛋形板條間隔件”的方式相互穿過。但一雙壁的兩單壁不是在兩網(wǎng)眼角之間的全區(qū)域內(nèi)成片狀彼此靠緊，而是在中點彼此分離地成梯形或橢圓的拱形而使其形成一從下向上延伸的中間通道，其中該中間通道的上端轉到雙板條的平面中而使離開該中間通道的冷卻劑經(jīng)歷橫向偏轉。這樣的省事的偏轉能夠避免較大的紊流的形成和相應激起的燃料棒運動。此外，通常在兩單壁的彼此靠緊的部分設有一窗口，其接通兩個由有關的雙板條分開的間隔件的網(wǎng)眼并且獲得壓力平衡，其同樣能夠抑制較大的紊流的形成和燃料棒運動。
在中間通道的直線部分，每個單壁還設置一繞一垂直于燃料棒的軸線的弧形凸面，以便形成用于燃料棒的接觸面。該弧形凸面還由一長切口平分，從而在流動通道的該側壁上形成兩個彈性的固定元件。人們談及一8點支持，因為其中在一網(wǎng)眼中形成八個“支持點”，雖然其中涉及八個縱向延伸的接觸面，但其軸向延伸取決于凸面的形狀。由至今考慮的凸面的幾何形狀可以得出的結論是，在一燃料棒插入一新制造的(未受輻射的)間隔件的網(wǎng)眼中時八個由凸面構成的弧形固定元件被壓平在約3cm的長度上并且至少以該長度的一半(即至少15mm)貼緊燃料棒。其中全部八個接觸面位于相同的軸向水平；最后借助于這些固定元件因此僅僅燃料棒的約5mm的一段彈性地支持于網(wǎng)眼中。
這樣的間隔件由于其復雜的幾何形狀是很耗費而昂貴的；其由其發(fā)明者和制造者，同時又是上述專利的申請人，預定用于具有特別高的工作溫度的反應堆并在那里顯示出有利的特性，因此稱其為“高溫性能”(“HTP”)間隔件。其即使在釋熱元件和壓水反應堆中特別受微振腐蝕危害的間隔件位置也顯示出高的對微振腐蝕的耐力。
這些特別受危害的位置是已知的并且例如出現(xiàn)在冷卻水流被較強的偏轉的各個地點。一個實例是一燃料棒的最下面的間隔件，在那里冷卻水流從釋熱元件的底腳流出并且在流入各燃料棒之間的間隙時碰到這些燃料棒的端部。但正好這些端部具有可活動性并且必須由一間隔件防止相互碰撞。因此該間隔件受較強的危害并且在現(xiàn)有技術中構成特別穩(wěn)定的(例如，由具有高的材料強度和耐輻射性的鉻鎳鐵合金制成)。在這些位置由于總是在較短的工作時間以后發(fā)現(xiàn)微振腐蝕實際上已有必要一再更換一具有5點或6點支持的間隔件。反之在具有HTP間隔件的釋熱元件中，其已使用了兩年—因此在其使用的時間間隔內(nèi)，此時另一種間隔件的支持力已降到低值—產(chǎn)生由摩擦在燃料棒上形成的痕跡，其即使幾乎不再在這些受危害的位置。
在比較HTP間隔件與另一些按現(xiàn)有技術的間隔件時，后者同樣采用彈性的彈簧力，推想可知，明顯改善的耐微振腐蝕能力歸因于固定元件增加的數(shù)目和較大的延伸，借此可達到更好的利用和彈簧力的特性以及也可能緩慢的變?nèi)?因此總的來說達到接近剛性支持的“理想情況”)。在這樣的假定下因此同樣有利的是，為了進一步改善由至今采用的鋯錫合金制成的HTP間隔件，其遭受輻射決定的材料變化，換為更耐久的鉻鎳鐵合金，后者在現(xiàn)有技術中時常用于彈性的元件或整個的間隔件。于是也有可能的是，省去包括弧形的中間通道的復雜的幾何形狀和其他的零件，它們對于HTP間隔件的高費用是有責任的。
對于耐微振腐蝕重要的機械裝置和零件的知識因此是值得期望的。以便其可以轉用在便宜的、更好的或由于其他原因變更的間隔件的開發(fā)和/或進一步開發(fā)中，關于所述的情況這樣的轉用或進一步開發(fā)的目標是，采用盡可能多的縱向延伸的固定元件，其沿燃料棒的盡可能長的軸向段延伸。
然而，不存在可靠的見解說明，哪些不同的特征，其根據(jù)高溫性能組合于所述的HTP間隔件中，可以改善有關的釋熱元件的摩擦特性和所述的接觸點的數(shù)目和長度的加大是否對摩擦特性產(chǎn)生正面的或負面的(或根本沒有)影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，盡可能可靠地避免所述的損傷，這種損傷可能因間隔件的固定元件在燃料棒上的摩擦產(chǎn)生。這導向改進的裝置的特別應用，這些裝置至今由于其他的原因設置的，并且導向一種方法，其中通過燃料棒和/或具有特別特征的間隔件的應用避免這樣的摩擦損傷，以及導向一相應的釋熱元件或一相應的間隔件。
本發(fā)明在這方面以對摩擦損傷負責的過程的更好的理解為前提，因為只有這樣的理解能夠在進一步開發(fā)中選出對摩擦損傷有決定性作用的特性，并且提供一種間隔件(更一般地說釋熱元件)，其具有與HTP間隔件同樣的或甚至于更好的耐微振腐蝕特性，而在其他的一些對耐微振腐蝕不重要的特征方面不同于這樣的現(xiàn)有技術。因此特別是關于選擇、轉換和必要時HTP間隔件的確定的特征的改善可以用于其他的實施形式中。
在以下更詳細描述的實驗中從常用的5點間隔件出發(fā)，在第一實驗中，一燃料棒插入其網(wǎng)眼中。其中燃料柱的直徑相對于絕緣管的內(nèi)徑減小成使在燃料棒振動時燃料柱可以相對移動和彼此靠緊地摩擦。但在第一實驗中這樣的移動被這樣來阻止，即將一鋼絲夾緊于燃料柱與絕緣管之間的間隙中。因此固定了燃料柱對絕緣管的相對位置，并且通過作用在絕緣管上的彈性的彈簧力也多多少少固定了絕緣管對間隔件的相對位置。在第二實驗中省去該鋼絲(因此只還固定絕緣管對間隔件的相對位置)而在第三實驗中采用具有也固定的燃料柱的相對位置的一燃料棒，但其外徑比容納燃料棒的孔的直徑小約0.05mm，該孔在間隔件中通過固定元件限定(因此彈簧力只在燃料棒強的偏轉時才作用在絕緣管上)。在全部三種情況下該燃料棒/間隔件裝置均在一實驗通道中遭受水流作用，其紊流使該裝置處于振動狀態(tài)。
在第一實驗中在燃料棒上發(fā)現(xiàn)強烈的摩擦損傷，其相同于也在各燃料棒上發(fā)現(xiàn)的摩擦損傷，其變成不能再用于反應堆內(nèi)的實際使用過程中。
但驚人的是本申請人發(fā)現(xiàn)，在兩其他的實驗中實際上沒有由于微振腐蝕產(chǎn)生的磨損。
第一實驗實際上模擬在一釋熱元件中的狀態(tài)，其處于其工作時間的起點(“壽命的起點”，BoL)。顯然為了避免微振腐蝕沒有足夠高的彈簧力與相應高的靜摩擦。釋熱元件的運動的仔細分析表明，彈簧力雖然為了控制由紊流激發(fā)產(chǎn)生的隨機的運動是足夠的，但仍發(fā)生彎曲振動形式的固有振動(“自激”振動)，此時燃料棒在其固定元件中進行擺動運動。燃料棒支持在網(wǎng)眼中的剛性越大，這樣的彎曲振動的抑制越弱。雖然剛性較大的支持也導致一施加的力使燃料棒從其靜止位置也只微小地偏轉(因此在彎曲振動時局部也只擺動一微小的角度)然而在周期性的力的情況下激起大的振幅并且固定元件因此導致相應強烈的微振腐蝕。
在第二實驗中各燃料柱相互運動并通過燃料柱內(nèi)的內(nèi)摩擦消除了動能。因此利用靜摩擦還產(chǎn)生對彎曲振動的提高的阻尼，其由于這樣的阻尼也只可以激起微小的振幅。相應地，擺動運動和相應的微振腐蝕是大大減弱的。
在第三實驗中固定元件在一個振動周期間施加在燃料棒上一微小的力，其大致相當于釋熱元件在其工作時間的終點(“壽命的終點”，EOL)時的狀態(tài)。雖然人們以前可能認為，釋熱元件已使用的時間越長并因此其固定元件的彈簧力變得越弱，釋熱元件對微振腐蝕損傷越敏感，但這里表明釋熱元件在固定元件變?nèi)鯐r對微振腐蝕變得更加不敏感。振動狀態(tài)的分析表明，在第三實驗中“自激振動”以如第二實驗中一樣的程度受到阻尼并因此只產(chǎn)生擺動運動的相應低的振幅。
因此為了避免微振腐蝕損傷，BOL狀態(tài)應該盡可能已經(jīng)相當于到目前為止的釋熱元件的EOL狀態(tài)。
因此得出，高的彈簧力和相應高的靜摩擦導致激發(fā)不受阻尼的固有振動包括促進微振腐蝕的擺動運動，因此是有害的，而一提高的阻尼將從這樣的在因流動紊流激起的固有振動中回收能量，從而限制擺動運動的振幅并防止微振腐蝕。
因此提高阻尼的適用的裝置可以通過提高燃料棒內(nèi)的內(nèi)摩擦來得到，例如其中未受輻射的燃料棒由一燃料柱制造，其外徑比絕緣管的內(nèi)徑小約30μ(至少約250μ)。因此雖然限制燃料柱的穿過間隔件的分段的活動性(相對于間隔件)，但在相對于現(xiàn)有技術提高的價值上阻尼還可以通過能量來設定，該能量可以通過全部的(或至少幾個)燃料棒在間隔件的網(wǎng)眼中提高的橫向活動性從釋熱元件上回收。例如利用具有多個固定元件的間隔件，這些固定元件為燃料棒提供一容納孔，其半徑比燃料棒的外徑大約0.05mm。
這樣的措施因此是一種裝置，其一方面間接地通過燃料柱與絕緣管之間的相互作用限制燃料柱的活動性，但相對于現(xiàn)有技術提高絕緣管和燃料柱的移動性。
特別是當將固定元件設計成使其在燃料棒相對于間隔件的偏轉角＝0.1°時施加在燃料棒上的轉矩至多為M＝10N·mm時可得到用于提高阻尼的適用的裝置。這可以例如這樣來達到，即將燃料棒這樣支持在一個網(wǎng)眼的各固定元件的接觸面上，使燃料棒接觸一個該接觸面的最高點位于該網(wǎng)眼的一個固定元件的燃料棒接觸的最低點以上至多10mm(有利的是至多5mm，特別是至多3mm)。當然每一接觸面的縱向延伸應該至少約1mm，以便避免燃料棒受點式負荷。按照這樣的實施形式燃料棒因此只在較短的分段(軸向長度至多10mm或更小)由固定元件支持，因此其彈簧力在全部的實際情況下為了阻止0.1°的燃料棒的相對擺動運動是不夠的。然而該力有效地抑制這樣的擺動振動。但由固定元件支持的燃料棒分段的軸向長度選擇得越長(即燃料棒在固定元件中的支持越剛強)，固然對于一次偏轉所需要的力越大，但彎曲振動的阻尼是微小的并因此增大其振幅。
本申請人已發(fā)現(xiàn)，在由水流激起的釋熱元件的振動中彎曲振動是決定性的，燃料棒及其在釋熱元件中的支持越剛強，增大彎曲振動的激發(fā)及其振幅，因為這樣的剛性與阻尼的減弱相關聯(lián)。因此一剛強的支持促進微振腐蝕而是有害的。因此與現(xiàn)有技術相比必須借助于適用的裝置提高活動性。
諸者可注意到，該發(fā)現(xiàn)和由其得出的用于提高阻尼的適用的裝置不是現(xiàn)有技術并且未由現(xiàn)有技術使用。
因此本發(fā)明涉及釋熱元件在一用輕水冷卻的反應堆中的應用，其中至少釋熱元件的各燃料棒的分段由冷卻劑流使之處于橫向運動狀態(tài)并且各燃料棒通過多個疊加地沿軸向間距設置的間隔件的網(wǎng)眼導向，但橫向運動由在這些網(wǎng)眼中的固定元件限制。但是，為了通過靜摩擦抑制因釋熱元件的固有振動引起的在固定元件與燃料棒之間的相對運動，固定元件至遲在釋熱元件的第二工作周期內(nèi)不再具有足夠的彈簧力。按照本發(fā)明在釋熱元件的這種應用中采用間隔件和燃料棒，其相互匹配成使通過提高的阻尼從釋熱元件的固有振動中回收能量。
如實驗還表明的，冷卻水流在釋熱元件和在燃料棒中實際上只激發(fā)這樣的振動，其稱之為自激振動并且表達為下列固有振動公式的解d2xdt2+D·ω·dxdt+ω2x=0]]>其中D表示阻尼并可以以百分數(shù)表達，而x表示橫向偏移和ω表示頻率。這里在這樣的振動中涉及具有直到第N階的彎曲振動模式的固有振動，其中N是用于釋熱元件中的間隔件的數(shù)目并且釋熱元件的該固有振動的相位相同于燃料棒的相應的固有振動。此外如還表明的，特別是第(N-2)和(N-3)階對微振腐蝕是負有重責的。對于第(N-2)階，在具有燃料棒的通常的5點支持的釋熱元件中(在空氣中)振幅50μm的振動的阻尼在0.35％以下，但本發(fā)明指明，該階受更強地阻尼。較低階對微振腐蝕行為是不大重要的，因為其就性質(zhì)上來說受很強的阻尼并因此相應的振動只能激起很小的振幅，如還顯示的。此外，提高的模式(N-2)的阻尼也包含與較低的模式的提高的阻尼，從而專注于模式(N-2)就足夠了。
所謂“提高的阻尼”在這方面理解為超過用通常的5點支持可能產(chǎn)生的值的一個阻尼。
在該方法中提高的阻尼可以這樣來設定，即被提高的能量，只要其激起燃料棒的固有振動，就通過在燃料棒中包含的燃料柱的活動性和摩擦將其從燃料棒中消除，亦即通過“內(nèi)阻尼”可以從燃料棒的固有振動中回收能量。對此的一個實例說明于上述的第二實驗中。
人們在該用于避免摩擦損傷的方法中提高的阻尼還可以這樣設定，即被改變的能量，可以通過間隔件的幾個網(wǎng)眼中的至少幾個燃料棒的提高的移動性將其從釋熱元件中消除，亦即通過燃料棒在間隔件網(wǎng)眼中的橫向運動的阻尼可以回收能量。對此的一個實例說明于上述的第三實驗中。
不過這兩種可能性要求，必須相應地匹配、亦即相對于已知的和已證明是適用的釋熱元件改變釋熱元件的整個的配置，這只有在長期的可靠性分析和試驗以后才是可能的。
優(yōu)選，在該用于避免摩擦損傷的方法中提高的阻尼通過固定元件來設定，其在燃料棒的偏轉角＝0.1°時對燃料棒施加至多一轉矩M＝10N·mm。優(yōu)選，在至少一個間隔件(特別是在高壓水的釋熱元件中的最下面的間隔件)內(nèi)在大多數(shù)容納一個燃料棒的網(wǎng)眼中(特別是在具有燃料棒的全部的網(wǎng)眼中)，各固定元件是這樣構成的。這樣的可能性也已更詳細地說明過。這自然不適用于未由燃料棒穿過的那些網(wǎng)眼，例如在壓水反應堆中具有控制棒導向管的那些網(wǎng)眼。
此外本發(fā)明還涉及一種用輕水流冷卻的核反應堆的釋熱元件，其具有多個燃料棒，各燃料棒通過多個疊加地沿軸向間距設置的間隔件的網(wǎng)眼導向并由固定元件限制其橫向活動性，各固定元件設置在各網(wǎng)眼中并對燃料棒施加支持力。在這樣的釋熱元件中，為了阻止在固定元件與燃料棒之間的相對運動，其在輕水流中由燃料棒的固有振動決定，固定元件的支持力至遲在釋熱元件的第二工作周期內(nèi)不再夠用。按照本發(fā)明在這樣的釋熱元件中至少幾個燃料棒和網(wǎng)眼相互匹配成使通過提高的阻尼從釋熱元件的固有振動中不斷地回收能量。有利地，至少各內(nèi)部的燃料棒和最下面的間隔件這樣相互匹配。(所謂“內(nèi)部的燃料棒”理解為不直接位于釋熱元件的邊緣的各個燃料棒)。
本發(fā)明還涉及一種有利的間隔件，用于多個分別穿過一間隔件的一個網(wǎng)眼的燃料棒，該間隔件為用輕水流冷卻的核反應堆的一釋熱元件而設置并且在一個這樣的用于容納一個燃料棒確定的網(wǎng)眼中總是具有多個固定元件，它們在間隔件的未受輻射的狀態(tài)下以預定的支持力將燃料棒保持在一預定的暫時位置。在這樣的間隔件中，為了阻止在間隔件與燃料棒之間的相對運動，其表現(xiàn)由輕水流引起的釋熱元件的固定振動，支持力至少在釋熱元件的第二工作周期內(nèi)已不再夠用。
按照本發(fā)明，將固定元件構成使其在插入有關的燃料棒以后以多個縱向延伸的接觸面貼緊在該燃料棒上，這些接觸面的縱向延伸各為至少1mm。燃料棒在該網(wǎng)眼中的最高接觸點位于燃料棒在同一網(wǎng)眼中的最低接觸點以上至多10mm(優(yōu)選是至多5mm，特別是3mm)；換言之如果人們將固定元件視為間隔件的部分，則燃料棒與間隔件之間的最高的和最低的接觸點在燃料棒上限定一軸向分段，該分段由間隔件支持，該定出的長度具有最大值。
支持這樣短的燃料棒分段的各固定元件雖然在運行決定的彈簧松弛的情況下也可以吸收并實際上阻止隨機出現(xiàn)的該分段的移動相對運動，但它可以不是攔截該分段即使在未受輻射的狀態(tài)下的相對擺動運動，而是使其仍然能夠微動。如果該微動由彎曲振動激發(fā)，則其產(chǎn)生一摩擦，該摩擦不導致摩擦損傷，而對該振動起抑制作用。
在全部的實施形式有利的是，在一個網(wǎng)眼的一個彈性貼緊一燃料棒的固定元件的上面和下面分別設置一剛性的安全元件。其離在靜態(tài)下的有關的燃料棒具有在0.1與0.5mm之間的間距(有利的是約0.3mm或更小)。借此預定燃料棒的一個最大偏移并且確保在間隔件的壁與燃料棒之間(而且在兩相鄰的燃料棒之間)一最小的間距，如其由于各種原因常常需要而不能降低的。
上述發(fā)現(xiàn)特別應該導向HTP間隔件的進一步開發(fā)，亦即導向不同于已知的這樣的間隔件之物件。在這方面本發(fā)明說明通過接觸面的有利的延伸的參數(shù)，使彈性的固定元件既不能由于燃料棒被過強地變形，并因而產(chǎn)生沿軸向方向的過大的接觸面，又不能具有過小的面接觸。這樣的參數(shù)可以得到滿足，只要固定元件在輻射的時間進程中變?nèi)跫纯?，但在未受輻射的間隔件的設計和制造時就已考慮到是有利的。特別是考慮具有諸權利要求
中所述特征和多個網(wǎng)眼的間隔件，各網(wǎng)眼具有少于八個的接觸面。但省去一個或另一個特征的間隔件(以及相應配置的釋熱元件)也是可能的，該特征結合HTP間隔件來說明或示于附圖19至21中。這開辟了簡化或改進結構的可能性。
優(yōu)選至少為內(nèi)部的燃料棒設置的各網(wǎng)眼構成相同的。在具有正方形網(wǎng)眼的間隔件中四個網(wǎng)眼壁各有利地設有固定元件。有利地，將全部的固定元件構成為彈性的彈簧。在六角形的網(wǎng)眼中各固定元件或各對固定元件設置成使它們以大致相同的圓周角沿燃料棒的圓周分布，其中至少三個網(wǎng)眼壁設有固定元件。有利地，將設有用于內(nèi)部燃料棒的固定元件的全部的網(wǎng)眼壁構成相同的。
至今只研究和必要地實驗了彈性的縱向延伸的固定元件，其平行于燃料棒定向。按照本發(fā)明必須限定沿軸向方向的延伸。如果阻尼也決定性取決于在各接觸面之間的微動，也可能有利的是，使縱向延伸的接觸面垂直于燃料棒定位，因為即使在符合要求的小的軸向延伸的情況下考慮到阻尼也可以加大接觸面的長度。



借助于若干附圖更詳細地說明本發(fā)明和各優(yōu)選的實施例。其中圖1高壓水釋熱元件的俯視圖；圖2和3按照本發(fā)明的間隔件的一個網(wǎng)眼的俯視圖和縱剖視圖(沿圖2中線III-III)；圖4傳統(tǒng)的5點間隔件的相應的縱剖視圖；圖5和6傳統(tǒng)的釋熱元件在BOL和EOL的狀態(tài)下的振動譜與冷卻水的流速之間的關系；圖7和8一個釋熱元件沒有和具有燃料棒的內(nèi)摩擦和相應的阻尼的振動譜；圖9釋熱元件的靜止狀態(tài)，不可能的振動狀態(tài)和可能的振動狀態(tài)的示意圖；圖10燃料棒相對于其靜止位置的偏移，其在一振動決定的偏移中作為在燃料棒上的位置的函數(shù)；圖11和12對于第1和(N-2)階模式的燃料棒作為位置的函數(shù)的偏轉角；圖13在通常的間隔件的擺動振動中彈性的固定元件和燃料棒的位置；圖14圖13的一個間隔件用于一個燃料棒的偏轉角所需要的轉矩M；圖15和16本發(fā)明相當于圖13和14的示意圖；圖17和18在傳統(tǒng)的支承中和按照本發(fā)明對于模式(N-3)和(N-2)的阻尼；圖19一個具有導向管和一燃料棒的HTP間隔件；圖20這樣的間隔件在組裝前的雙板條；圖21中間通道在這樣的間隔件的燃料棒上的作用；圖22和23按照本發(fā)明的一個間隔件的另一實施例。
具體實施方式
讀者可注意到，本發(fā)明從通常的核反應堆的運行出發(fā)，核反應堆的釋熱元件用輕水冷卻。這樣的釋熱元件的燃料棒包含由燒結的核燃料構成的層疊成柱的燃料片，并封入絕緣管內(nèi)。由于這樣的釋熱元件具有多個用于燃料棒的間隔件，每一間隔件由燃料柱的分段穿過，其中間隔件和絕緣管用作為一種裝置，以便限制該分段的活動性(并從而限制燃料柱的整個活動性)，至少相對于間隔件來說。借此，類似于圖9的狀態(tài)b(稍后詳述)的運動在相當大程度上是不可能的或只可能以極小的振幅和強的阻尼出現(xiàn)。但絕大多數(shù)仍出現(xiàn)彎曲振動，其相當于圖9的狀態(tài)c。
抑制狀態(tài)b是必需的并且所述裝置的作用越強越有效，其通過限制該相對活動性來抑制運動。至今人們認為，盡可能強的限制的裝置也可相應強地抑制狀態(tài)c。然而上述第一實驗表明相反的情況。因此本發(fā)明設定，將這些裝置設計成使它們至少對幾個燃料棒的所述分段在至少一個間隔件中—與在可比較的現(xiàn)有技術中的限制的裝置相比較—提高其活動性。于是在有關的運動中也從圖9的所述狀態(tài)c中回收能量并且增強地抑制這樣的彎曲振動。其中阻尼的微小的提高已導致在一定程度上減小絕緣管上的磨損，這完全是出乎意料的。
按照權利要求
1設定的所述裝置的應用允許這些裝置的各種改進，其說明于權利要求
2至4中或已如上述。由此得到按照權利要求
5至8的用于防止摩擦損傷的方法、具有權利要求
9至11的特征的有關釋熱元件和按照權利要求
12至19的間隔件。
由于在沸騰式反應堆中出現(xiàn)的摩擦損傷至今實際上只歸因于開頭所述的外來物質(zhì)微振腐蝕，但在壓水反應堆中對于(當然極少見的)損傷的大多數(shù)其原因在于燃料棒與固定元件之間的直接摩擦，故本發(fā)明首先確定用于壓水反應堆中的釋熱元件并對其加以描述。
這樣的高壓水釋熱元件(圖1)具有一個頭部K和一個底腳F，其通過控制棒導向管G相互連接。在這些導向管上固定多個(一般8至9個)間隔件SP，其例如由彼此靠緊焊接的多個套筒構成，但在所示情況下設計成由相互直角相交的板條構成的網(wǎng)格。導向管G和燃料棒FR插入由此形成的圓形或矩形的網(wǎng)眼中。
在一個“蛋形板條”間隔件的網(wǎng)眼的俯視圖(圖2)中，人們可看出由鋯錫合金制成的相交的板條1和2，其在該情況下以窗口構成一棱角，在棱角中插入由鉻鎳鐵合金制成的彈簧3。在對面的棱角彼此靠近連接的網(wǎng)眼壁分別具有指向同一網(wǎng)眼的凸面，其在圖3中可更清楚看出并且形成一榫舌，亦即一實際上剛性的固定元件4，由彈性的固定元件3將燃料棒壓向該固定元件4。如圖3中所示，彈性的和剛性的固定元件3、4處在同一水平，其中燃料棒5貼緊一個固定元件3、4的最高點h1離最低點h2具有一軸向距離d0，在該情況下d0為3mm。在該固定元件的構成中燃料棒5與固定元件3、4之間的接觸面幾乎是直線式的并且平行于燃料棒的軸線定向。彈性的固定元件3的彈簧力通常大于5N。
與此不同，也有利的是，拱面4同樣構成為彈性的固定元件。
圖3還示出，在絕緣管HR與封入其中的燃料柱TS之間在制造的狀態(tài)下形成一間隙SG。如果新設計釋熱元件并使其匹配于反應堆物理，則可能有利的是，設定一約150μ的間隙寬度。在上述實驗中通過減小的燃料片直徑來確定，因為對于以后的實驗絕緣管設有較小的內(nèi)徑和外徑。在第一實驗中較大的間隙內(nèi)又夾緊一鋼絲，其將燃料柱TS固定于絕緣管內(nèi)部。
不同于所述的間隔件，圖4示出傳統(tǒng)的5點支持的縱剖視圖，其中燃料棒現(xiàn)在由一彈性的固定元件壓向分別在其他各網(wǎng)眼壁上的一對相疊的榫舌4a、4b上。在該支持中距離d相當于圖3中的距離d0，其通常為至少約30mm。
具有按圖4形成5點支持的間隔件的釋熱元件，在未受輻射的狀態(tài)(BOL狀態(tài))下遭受冷卻水流的多變的流速v的作用，其中圖5示出釋熱元件的運動的振幅A，其在兩間隔件之間的中點在導向管上測定的。人們可注意到，在流速v在約5.5-6.0m/s之間的范圍內(nèi)在釋熱元件中激起特別強的振動，其頻率為約25赫茲(Hz)。為了模擬在釋熱元件的工作時間的終點狀態(tài)(EOL狀態(tài))，亦即變?nèi)醯?松弛的)彈簧力狀態(tài)，在圖6的實驗中將燃料棒絕緣管的直徑稍微減小一點，而使用具有同樣固定元件的同樣的間隔件型式。在這種情況下現(xiàn)在燃料棒與絕緣管之間的間隙雖然是較小的，但同樣搭接一鋼絲以固定燃料柱。這顯示出，借助于較小的絕緣管外徑和燃料棒在固定元件中的相應較大的活動性至少圖5中如此觸目的振幅在相當大程度上消失了。
圖7示出一釋熱元件中相當于圖5的頻譜，其中模式(N-2)具有0.3％的阻尼，而在圖8中現(xiàn)在使用多個燃料棒，其沒有鋼絲，而另外保持完全相同的。在該情況下阻尼從約0.3％提高到約0.5％，其中這樣小的只有0.2％的絕對提高量實際上驚人地導致圖7中觸目的振動的消失。
這些實驗表明，為了避免即使在BOL狀態(tài)下的頻率25Hz的高振幅的振動，通常的間隔件的彈簧力是不夠用的，甚至該高的彈簧力是有害的而彈簧力的變?nèi)醴炊鴮е螺^小的振幅。反之明顯夠用的是提高阻尼，其中對于特別觸目的25Hz的振動，0.5％的或甚至只有0.4％的一個阻尼已足夠。
為了說明一釋熱元件的固有振動，圖9中的釋熱元件通過一燃料棒FR標記，其借助于各間隔件SP設置在兩導向管之間。在狀態(tài)(a)下，通過很高的彈簧力保證釋熱元件或固定元件處于靜止狀態(tài)。使燃料棒和導向管相對間隔件不動，亦即既不發(fā)生移動又不發(fā)生擺動運動。在該情況(剛性支持)下在燃料棒與間隔件之間自然不出現(xiàn)摩擦。但如果燃料棒和導向管實際上能夠彼此獨立地發(fā)生大的移動和擺動運動，則可能是狀態(tài)(b)。但這樣的狀態(tài)是不可實現(xiàn)的，因為此時燃料棒和導向管的相對間距強烈地變化，而間隔件只允許該間距的很小的變化。因此實際上只能激起同步的運動。此外，燃料棒相對于釋熱元件發(fā)生擺動運動(偏轉角)，其同樣只在燃料棒在固定元件內(nèi)的一確定的活動性中才是可能的。
在燃料棒在間隔件中的很剛性的支持的情況下，還可能出現(xiàn)狀態(tài)(c)，其中不僅保持各燃料棒的和相對于導向管的間距實際上相同而且發(fā)生衰減的微小偏轉角。在這方面狀態(tài)(c)表現(xiàn)一特別有利的振動，因為其中在間隔件平面內(nèi)實際上總是＝0為主，亦即燃料棒不是克服固定元件的彈簧力工作，而是相對于間隔件保持其相對的靜止位置，這樣的振動對微振腐蝕來說是無害的，但意味著一高階的模式。
在較低價，情況是不同的。圖10示出在第一階彎曲振動中燃料棒相對于其靜止位置的移動偏移D的測定，其作為離燃料棒的下端的距離H的函數(shù)示出。其中可明顯看出正弦函數(shù)通過間隔件引起的失真。
如果人們由圖10求出角度，亦即在燃料棒(或?qū)蚬?與在間隔件上的垂直線之間的偏轉角，則對正弦形的偏離變得更為明顯。其中由于明顯的各鋸齒形可顯示出對正弦振動的偏離，其分別位于各間隔件的平面內(nèi)，這些間隔件位于第一(最下面的)與第八(最上面的)間隔件之間。這里振動的燃料棒克服其支持的力工作。但這樣的振動受支持的彈簧力較強地抑制，因此這樣的振動只激起弱的振動譜。
如果人們對第6階彎曲振動確定偏轉角的相應的變化，則圖12示出，現(xiàn)在這些鋸齒形雖然不是完整的，但仍在相當大程度上消失了。因此在該模式中燃料棒和釋熱元件可以幾乎正弦形地運動而不必克服其支持力工作，因為該正弦振動的振動波節(jié)實際上位于間隔件的平面內(nèi)。在間隔件的平面內(nèi)振動的阻尼是相應微小的。
當然燃料棒在間隔件中不是點式支持，而是其接觸面具有軸向延伸。
圖13說明對微振腐蝕的影響，即在有限的軸向延伸時固定元件的彈簧力對按照圖11和12的振動具有的影響。在燃料棒的靜止位置(位置P1)，燃料棒由彈性的固定元件FH的彈簧力壓向剛性的固定元件SH而使燃料棒垂直于間隔件定向。如果現(xiàn)在燃料棒向一個方向(位置P2)或向另一方向(位置P3)偏轉偏轉角，則彈性的固定元件FH克服這樣的偏轉工作并從燃料棒的運動中吸收能量，因此抑制該相應的振動，其中這樣的阻尼在低模式中是較大的，因此抵制振動的激發(fā)。低模式的較強的阻尼導致，由紊流的冷卻水流傳送的能量經(jīng)由彈簧元件導走，而不會激起相應的過高振幅的彎曲振動。
相反，在高模式中，微小的擺動運動導致較弱的阻尼；由冷卻劑的激振只受弱的阻尼?，F(xiàn)在可能出現(xiàn)很大的偏移，其由圖5中是顯而易見的。
圖13中用AF說明在所示運動中在燃料棒與兩接觸面之間發(fā)生摩擦的區(qū)域。只在這些固定元件上，其在現(xiàn)有技術中是剛性的，出現(xiàn)很大磨損的痕跡。這與這樣的發(fā)現(xiàn)相一致，即只有間隔件的剛性的固定元件在釋熱元件的燃料棒上引起相應的磨損痕跡。因此看來盡可能將全部的固定元件構成彈性的是有利的。此外，在各實驗中只以燃料棒的相當于階(N-2)和(N-3)的這樣的頻率達到這樣的磨損痕跡。
如果將為了燃料棒偏轉偏轉角所需要的轉矩M作為該角度的函數(shù)來測定，則得出圖14中所示的滯后曲線即使在微小而有限的角度(例如＝0.1°)始終需要一有限的轉矩。
但在相同的彈簧力的情況下，減小圖13中剛性的固定元件SH的最高點與最低之間的軸向間距d在一定程度上可以減小該轉矩M。如果將該間距和彈性的固定元件FH的接觸面分別集中于一點，如這在圖15所示，則即使對于大的偏轉角實際上不再需要轉矩M(圖16)?，F(xiàn)在燃料棒的行為實際上與彈簧力無關。
當然雖然仍發(fā)生微動，但其不斷地從相應的擺動運動中回收能量，其中這樣支承的燃料棒的提高的擺動活動性導致相應的模式的較高的阻尼。因此接觸面的延伸不應過小。圖17中曲線CONV(傳統(tǒng)的)表示對于實際上傳統(tǒng)的間距d＝30mm在模式(N-3)中燃料棒的偏移(振幅)的阻尼函數(shù)而曲線INV(改進的)表示對于本文預接的改進的間距d＝3mm的相應的阻尼。對于模式(N-2)得到圖18的相應的曲線。
在上述的HTP間隔件的結構原理(圖19、20、21)中，除邊緣板條30外采用雙板條31，其由兩片狀的彼此靠緊并相互固定的壁32和33構成。這些雙板條相互交叉插接使其構成正方形網(wǎng)眼35，用于容納一個燃料棒36或?qū)蚬?7。在兩雙板條31和34的交點39處每一雙板條(寬度b＝4至4.5cm)具有第一長切口38。此外，限定一個用于容納一個燃料棒規(guī)定的網(wǎng)眼的每一壁設有第二長切口41，其中該兩切口具有大致相同的長度(長度1在0.6與0.65mm之間)并且大致以離雙板的下邊緣和上邊緣的相同距離終止。在兩交點之間的中點，限定一個用于燃料棒規(guī)定的網(wǎng)眼的每一壁向由該壁限定的網(wǎng)眼的中軸線方向拱曲，從而在各壁之間構成一從下至上貫穿的中間通道40。這些中間通道在其上端45是彎曲的，借此從這些中間通道流出的冷卻水得到繞燃料棒的旋轉47。此外，壁48、49向第一切口41的每一個的兩側成弧形地繞垂直于燃料棒的軸線拱曲，而使一旦燃料棒插入網(wǎng)眼中該燃料棒就貼緊在長度d上。
發(fā)現(xiàn)對于微振腐蝕行為在中間通道的端部45的彎曲是不必要的。相反，甚至可能有利的是，利用完全直的中間通道，其中可以在各壁的上邊緣連接導流面，其將冷卻水壓入其他的流路。同樣第二切口的用作為固定件的彈性的各邊緣也可以由其他的彈性的固定元件代替，此時可以完全取消第二切口。此外，可能有利的是，將長度d設定為小于3mm。反之人們在至今的HTP間隔件的設計中從d為約15mm出發(fā)。
雖然圖2和3的實施例形成三點支持而圖19-21的實施例形成八點支持，但圖22和23示出一六點支持。在這種情況下設定，有利地將全部的固定元件構成彈性的，其中在該實施例中在一網(wǎng)眼壁上的一個彈簧50將燃料棒分別壓在對置的壁上的兩個相疊的彈簧51、52上。此外圖23還以虛線外形53示出剛性擋塊用以限制振幅。
為了檢測通過本發(fā)明達到的摩擦損傷的減少，人們總是累加壁厚的減小，該減小通過摩擦在網(wǎng)眼中的固定元件上產(chǎn)生的。下列表1和2對比對一傳統(tǒng)的間隔件在d＝30mm時通過這樣的累加得到的尺寸數(shù)字(實驗1至4)和按照本發(fā)明具有d＝3mm的間隔件的相應的尺寸數(shù)字(實驗5至7)。其中釋熱元件通過電磁激發(fā)振動模式，該模式也發(fā)現(xiàn)于反應堆中。當然，振幅設定為恒定值，這對反應堆運行不是很典型的，按這種方式在有限的時間內(nèi)就可得到比較值。
其中出現(xiàn)的差別是特別值得注意的，因為其主要歸因于模式(N-2)的不同的阻尼，然而該阻尼在兩種情況下都只是很小的。不過提高的阻尼本身歸因于明顯提高了燃料棒的活動性，其實際上被認為是在實驗5至7中明顯較小的微振腐蝕的原因。
表1


表2


附圖標記清單1、2 板條 3 彈簧(固定元件) 4、4a、4b 榫舌(固定元件)5 燃料棒 30 外板條 31、34 雙板條32、33 壁 35 網(wǎng)眼 36 燃料棒37 導向管 38 長切口 39 交點40 中間通道 41 長切口 45 中間通道的上端47 旋轉線 48、49 壁 F 底腳K 頭部 G 控制棒導向管 SP 間隔件FR 燃料棒 d、d0軸向間距 h1、h2最高/最低接觸點v 流速 A 振幅 D 相對于靜止位置的偏移H 離下端的距離 FH 彈性的固定元件 AF 摩擦面積
權利要求
1.裝置的應用，所述裝置在一個包含有輕水冷卻的釋熱元件的核反應堆的運行中分別限制多個燃料柱的穿過一間隔件的分段相對于一釋熱元件的該間隔件的相對活動性，這些燃料柱由燒結的核燃料制成并分別封入一燃料棒的絕緣管內(nèi)，并且所述裝置抑制相應的運動，以使釋熱元件在反應堆的運行中絕大多數(shù)只能被激起彎曲振動；其特征在于，為了避免在這些絕緣管上的摩擦損傷，這些裝置在至少一個間隔件中設計成它們在該間隔件的前期制造狀態(tài)下就已提高了相對活動性并且在反應堆運行過程中通過彎曲振動的提高的阻尼從釋熱元件中回收能量。
2.按照權利要求
1的所述的應用，其特征在于，其中所應用的、限制活動性的各裝置設定燃料柱的一個直徑，該直徑比絕緣管的直徑至少小250μ。
3.按照權利要求
1所述的應用，其特征在于，其中所應用的、限制活動性的各裝置為絕緣管相對于間隔件設定一提高的移動活動性。
4.按照權利要求
1所述的應用，其特征在于，其中所應用的、限制活動性的各裝置在一偏轉角＝0.1°時分別對一燃料棒施加一轉矩M≤10N·mm，其轉動軸線垂直于燃料棒在間隔件的平面內(nèi)延伸。
5.用于在包含有輕水冷卻的釋熱元件的核反應堆的運行中借助于各個裝置避免摩擦損傷的方法，所述裝置分別限制多個燃料柱的穿過一間隔件的分段相對于一釋熱元件的該間隔件的相對活動性，這些燃料柱由燒結的核燃料制成并分別封入一燃料棒的絕緣管內(nèi)。并且所述裝置抑制相應的運動，以使在反應堆的運行過程中在釋熱元件中絕大多數(shù)只能激起彎曲振動；其特征在于，為了避免在這些絕緣管上的摩擦損傷，這些裝置在至少一個間隔件中設計成它們在該間隔件的前期制造狀態(tài)下就已提高了相對活動性，并且借助于這些裝置在反應堆運行過程中通過彎曲振動的提高的阻尼從釋熱元件中回收能量。
6.按照權利要求
5所述的方法，其特征在于，其中所應用的、限制活動性的各裝置沿橫向方向提高所述分段的相對移動活動性，并因此絕大多數(shù)通過構成燃料柱的燃料片的摩擦從彎曲振動中回收能量。
7.按照權利要求
5所述的方法，其特征在于，其中所應用的、限制活動性的各裝置為絕緣管相對于間隔件設定一提高的移動活動性并因此絕大多數(shù)通過燃料棒的相應的移動運動的阻尼從彎曲振動中回收能量。
8.按照權利要求
5所述的方法，其特征在于，其中所應用的、限制活動性的各裝置在繞一轉動軸線在一偏轉角＝0.1°時借助于彈性力分別對一燃料棒施加一轉矩M≤10N·mm，其中該轉動軸線垂直于燃料棒在間隔件的平面內(nèi)延伸。
9.用于包括按照權利要求
1至4所應用的各裝置的壓水反應堆的釋熱元件。
10.用于用輕水流冷卻的核反應堆的釋熱元件，其中釋熱元件的各燃料棒分別通過多個相疊沿軸向間距設置的間隔件的各網(wǎng)眼導向并且在網(wǎng)眼中借助于各固定元件橫向支持，而使其分別限制燃料棒的穿過間隔件的分段相對于一間隔件的相對活動性并且抑制該活動性以使在核反應堆的運行過程中在釋熱元件中絕大多數(shù)只能激起彎曲振動，其特征在于，至少一個間隔件和在該間隔件的各網(wǎng)眼中的固定元件上支持的多個燃料棒在間隔件的前期制造狀態(tài)下就已相互匹配成提高了這些燃料棒的活動性并且絕大多數(shù)通過彎曲振動的阻尼從這些在間隔件上的燃料棒中回收能量。
11.按照權利要求
10所述的釋熱元件，其特征在于，至少釋熱元件的最下面的間隔件和至少多數(shù)燃料棒，特別是釋熱元件的各內(nèi)部的燃料棒是這樣相互匹配的。
12.用于對輕水流冷卻的核反應堆的一個釋熱元件的多個分別穿過間隔件的一個網(wǎng)眼的燃料棒的間隔件，其中，這些網(wǎng)眼的任一個中分別具有多個固定元件，燃料棒橫向支持在其上，以限制燃料棒相對于間隔件的相對活動性并且抑制該活動性，使得燃料棒在間隔件的平面內(nèi)被冷卻劑流絕大多數(shù)地置于擺動振動的狀態(tài)中；其特征在于，在這些網(wǎng)眼的任一個中，各固定元件具有多個縱向延伸的貼緊燃料棒的接觸面，其縱向延伸至少為1mm，并且在間隔件的未受輻射的狀態(tài)下，燃料棒在該網(wǎng)眼中的最高接觸點位于在同一網(wǎng)眼中的燃料棒的最低接觸點以上至多10mm處。
13.按照權利要求
12所述的間隔件，其特征在于，在全部的間隔件的由一個燃料棒穿過的網(wǎng)眼中，燃料棒經(jīng)由這樣的各固定元件橫向支持。
14.按照權利要求
12或13所述的間隔件，其特征在于，燃料棒的最高接觸點在同一網(wǎng)眼中的最低接觸點以上至多5mm，優(yōu)選至多3mm處。
15.按照權利要求
12至14之一項所述的間隔件，其特征在于，在任一包括這樣的接觸面的網(wǎng)眼中分別在接觸面以上或以下的一個平面內(nèi)設有擋塊，其將燃料棒相對于其靜止狀態(tài)的橫向偏移限制到0.1至0.5mm，有利的是至多0.3mm。
16.按照權利要求
15所述的間隔件，其特征在于，在任一接觸面以上和以下設有這樣的擋塊。
17.按照權利要求
12至16之一項所述的間隔件，其特征在于，這些燃料棒的每一個支持在網(wǎng)眼的固定元件上少于八個縱向延伸的接觸面上。
18.按照權利要求
12至17之一項所述的間隔件，其特征在于，各接觸面平行于燃料棒定位。
19.按照權利要求
12至18之一項所述的間隔件，其特征在于，各接觸面或各對這樣的接觸面等距地沿燃料棒的圓周分布。
專利摘要
在釋熱元件中，封入燃料棒中的燃料柱TS的橫向振動這樣來限制，即燃料棒絕緣管HR在網(wǎng)眼中由間隔件網(wǎng)格彈性地支持。已發(fā)現(xiàn)在這種情況下發(fā)生較高階的彎曲振動，其導致在絕緣管上的微振腐蝕損傷并且燃料棒的支持剛性越大，其受阻尼越弱。這樣的振動狀態(tài)在提高燃料柱的活動性的情況下易于激發(fā)并受較強的阻尼，從而從釋熱元件中回收振動能量并阻止微振腐蝕損傷。用于提高活動性的方法是增大在燃料柱與絕緣管之間的間隙SG或利用一些結構，其中，在燃料棒上的轉矩M≤10N.mm導致一偏轉角φ≥0.1°。為此一燃料棒在一網(wǎng)眼中這樣進行支持，即在所述網(wǎng)眼的一固定元件上在燃料棒的最高和最低的接觸點(h
文檔編號G21C3/28GKCN1639802SQ02803307
公開日2005年7月13日 申請日期2002年1月25日
發(fā)明者于爾根·施塔貝爾-魏因海默, 任明敏 申請人:法瑪通Anp有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan