CN102610286A - 一种可换料液态重金属反应堆的燃料组件固定装置 - Google Patents

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Abstract

一种可换料液态重金属反应堆的燃料组件固定装置，由堆芯上栅板，燃料组件和堆芯下栅板组成。所述的燃料组件主体为六边形，其上部伸入圆形堆芯上栅板的蜂窝状结构内，由蜂窝状结构内壁的双驼峰形弹簧进行上部支撑，燃料组件管脚处有活扣，勾住堆芯下栅板安装孔的环形槽形成下部约束。这种装置具有固定反应堆燃料组件和定位组件的功能，防止燃料元件在液态重金属堆中的窜动，并能够实现反应堆的在线换料。

Description

一种可换料液态重金属反应堆的燃料组件固定装置
技术领域
本发明属于一种重金属冷却核反应堆的堆芯结构构件领域，具体涉及一种可换料液态重金属反应堆的燃料组件固定装置。
背景技术
随着地球温室效应的加剧和世界气候的变化，核电得到了人们越来越多的重视。核电的大发展必然带来核废料处理的问题。加速器驱动次临界系统(ADS)具有实现嬗变处理高放核废料、生产核燃料等功能，在近年来得到了国际社会的广泛关注。
加速器驱动次临界系统(ADS)是利用加速器产生的高能质子轰击散裂靶生成的中子作为中子源，与次临界堆内的裂变材料发生持续的链式反应。ADS系统利用液态铅铋合金(PbBi)作为散裂靶兼冷却剂除了具有很好的中子学性能之外，还具有优良的抗辐照性能、传热性能和安全特性，可以提高靶系统的寿命和次临界反应堆的安全性，因此，铅铋合金已成为目前ADS设计中散裂靶兼冷却剂的首选材料，也是先进快中子反应堆冷却剂重要候选材料。
国际上大部分的液态金属冷却的快中子堆，都采用池式结构。对于池式研究堆，一回路全部浸泡在一个大的池子中。这就要求保证系统边界的完整性，即反应堆处于密封的状态，在反应堆的上部有覆盖气体(通常选择氩气)保护。所以反应堆的换料系统必须采用机械进行远程遥控操作换料，并且在换料过程中反应堆的顶盖并不打开，保证反应堆上部的屏蔽保护。
由于铅铋冷却剂固有的物理性质，其密度远远大于已有的液态金属钠快堆，对于结构件会产生较大的浮力，并且由于冷却剂在堆芯向上流动对组件产生的力也必须考虑，所以堆芯内部仅仅依靠组件的液力学自紧，来完成组件的固定，其稳定性差，一旦产生组件的窜动，对安全影响较大。
发明内容
本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种结构简单，既可以克服组件在堆芯内的浮力，为燃料组件提供轴向约束，防止燃料元件在液态重金属堆中的窜动，又可以在不拆卸堆芯上栅板的情况下完成遥操换料的组件固定装置。
本发明技术解决方案：一种可换料液态重金属反应堆的燃料组件固定装置，包括：堆芯上栅板1、堆芯下栅板9和燃料组件4。堆芯上栅板1的主体2内有蜂窝状六边形栅元6，堆芯下栅板9位于堆芯上栅板1的下部，下栅板9上开有组件安装孔15，与堆芯上栅板1的蜂窝状六边形栅元6一一对应，燃料组件4安装在上栅板和下栅板之间，上部插入上栅板的六边形栅元6内，每个六角形燃料组件4上部和堆芯上栅板1的六边形栅元6内的三个金属弹簧3侧面接触，以此来进行轴向定位，燃料组件4下部插入下栅板9的安装孔15内，随着燃料组件4的下落，管脚的金属扣10滑入环形槽11中，金属扣凸台13的上表面勾住环形槽11的上表面，提供冗余的组件位置限定，以此来提高反应堆的安全性。
在上栅板1的弹簧3或下栅板9的金属扣10出现严重失效的条件下，都可以由两者之间未损坏的固定装置，来进行定位支承，为反应堆提供了冗余保护。此外由于两者都采用滑动结构，不会产生轴向热应力。
在换料的过程中，装料时，将燃料组件4直接从上方插入所需安装的位置即可，当需要将燃料组件4取出时，以换料装置的机械结构将堆芯上栅板的金属弹簧向外顶出燃料组件区域，再将燃料组件4继续向下，金属扣10整体向内运动，组件4向下运动到某一位置时，金属扣10的上端部14滑入上方的辅助活扣12中，辅助活扣12将金属扣10完全勾住，即可将燃料组件4顺利取出。
所述的堆芯上栅板1主体2为圆形，内部为蜂窝状六角形结构，为燃料组件4提供栅元划分，形成多个六角形栅元6，每个六边形栅元的不相邻边内壁面上安装一个弹簧3，堆芯上栅板1通过边缘的连接装置16与反应堆内支承结构连接。
所述弹簧3由单一金属片构成，通过所述栅板主体2的蜂窝状六角形栅元6内壁面支承，燃料组件4在每个六角形栅元的不相邻边的三个内壁与三个弹簧3接触，由这三个弹簧3承受燃料组件4在堆内由于冷却剂流动所产生的震动，防止燃料组件4出现轴向窜动。
所述弹簧3为双驼峰状弹簧，双驼峰状弹簧3中心凹进去的部分卡在六角形栅元6内壁开的方孔中。
所述的燃料组件管脚金属扣10，为长条形，其中部凸台13滑入环形槽11之后可以起到定位支承作用，其上端部14向内的斜面可以保证整个金属扣10在燃料组件取出的过程，牢牢的卡在辅助活扣12之内。
所述的堆芯下栅板9，其栅板主体为圆形，其上有三角形分布的安装孔15，孔口为锥形，燃料组件4从上方插入其中，安装孔15内有环形槽11，环形槽11剖面为斜边向下的梯形，环形槽11与金属扣10配合。
本发明与现有技术相比的优点在于：本发明通过栅板和燃料组件的配合，既为燃料组件提供了足够的径向和轴向约束，又能够在换料时将燃料组件通过堆芯上栅板向上取出，同时由于本发明具有固定反应堆燃料组件和加强燃料组件定位的功能，有效地防止了燃料元件在液态重金属堆中的窜动，并能够实现反应堆的在线换料。此外，此种固定装置能较好的克服组件受热轴向变形引起的热应力。
附图说明
图1为本发明中燃料组件与栅板在堆芯中的结构示意图；
图2为本发明中堆芯上栅板的结构示意图；
图3为本发明中栅板弹簧局部放大视图；
图4为本发明中弹簧和栅板连接剖视图；
图5为本发明中堆芯下栅板的结构俯视图；
图6为本发明中燃料组件管脚与下栅板的配合。
具体实施方式
如图1所示，由燃料组件4与堆芯上栅板1、堆芯下栅板9之间的相对位置可知，燃料组件4上部在每个六角形栅元6内与三个弹簧3接触，在温度较高(即热膨胀变形较大)的条件下，这三个弹簧3为组件提供轴向定位，承受燃料组件4在堆内由于冷却剂流动所产生的震动，防止燃料组件4出现轴向窜动；燃料组件4下部管脚的4个金属扣10，在燃料组件4装入过程，滑入安装孔15的环形槽11中，燃料组件在膨胀变形较小的时候，由环形槽11的上环面进行支承。在换料工况下，换料操作机抓取燃料组件操作头，其余的机械结构将弹簧3向外顶出燃料组件4范围，并使燃料组件4向下移动至金属扣10滑入辅助活扣12，并锁死的位置之后，即可从上方将燃料组件4取出。
如图2所示，本发明堆芯上栅板1主要包括栅板主体2、安装弹簧3；栅板主体2为圆形，内部为蜂窝状六角形结构，为燃料组件4提供栅元划分，形成多个六角形栅元6；栅板主体2的边缘通过连接装置16的沉孔与堆内支承结构采用螺纹连接；弹簧3由单一金属片构成，通过蜂窝状六角形栅元6的内壁面支承，每个六边形栅元6的不相邻边内壁面上安装一个单一金属片弹簧3，即燃料组件4在每个六角形栅元6内与三个弹簧3接触。
如图3所示，由局部弹簧放大图可知，每个六角形栅元内壁焊接有凸缘5，弹簧3穿过凸缘5安装在六角形结构内壁的中间偏下部分。凸缘5内开有弹簧导向槽7，便于弹簧3安装固定和拆分。弹簧3为可拆分结构，易安装和更换，并且为双驼峰的形状，延展性较好，在换料工况下可以方便的将燃料组件4取出。
如图4所示，弹簧3为双驼峰状弹簧，双驼峰状弹簧中心凹进去的部分卡在六角形栅元内壁开的方孔8中。这样可以增加弹簧切应力的、受力截面，提高结构强度。
如图5所示，本发明堆芯下栅板9主体为圆形，其上开有供燃料组件4插入的安装孔15，安装孔15呈三角形分布，孔口为锥形孔，便于燃料组件4准确的滑入其中。
如图6所示，在反应堆运行状态下，燃料组件4的管脚的金属扣10，位于安装孔15中的环形槽11内，在燃料组件4放入环形槽11内的时候，中部的凸台13的梯形斜面可以顺利保证金属扣10的进入指定位置，金属扣10的中部凸台13上表面与环形槽11上环面接触，保证堆芯燃料组件4不会上浮；金属扣10上方为辅助活扣12，在反应堆运行时，辅助活扣12与金属扣10的上端部14脱开，而在需将燃料组件4取出的时候，金属扣10向内移动，直至辅助活扣12勾住金属扣10的上端部14，使金属扣10的凸台13可以脱离环形槽11，此时可将燃料组件4顺利取出。
以上内容是对本发明所做的具体说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于这些说明。对本发明所述技术领域的其他技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演和变换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种可换料液态重金属反应堆的燃料组件固定装置，其特征在于包括：堆芯上栅板(1)、堆芯下栅板(9)和燃料组件(4)；所述堆芯上栅板(1)由主体(2)和弹簧(3)组成，主体(2)为圆形，内部具有蜂窝状六边形栅元(6)，主体(2)边缘通过连接装置(16)与反应堆内支承结构连接，六边形栅元(6)内壁上安装有弹簧(3)；所述堆芯下栅板(9)主体为圆形，堆芯下栅板(9)上开有组件安装孔(15)，安装孔(15)内开有环形槽(11)，堆芯上栅板(1)的蜂窝状六边形栅元(6)与下栅板(9)的安装孔(15)一一对应；所述燃料组件(4)安装在堆芯上栅板(1)和堆芯下栅板(9)之间，燃料组件(4)的上部插入堆芯上栅板(1)的六边形栅元(6)内，与六边形栅元(6)内壁上安装的弹簧(3)下端面接触，燃料组件(4)下部插入堆芯下栅板(9)的安装孔(15)内，燃料组件(4)管脚的金属扣(10)滑入安装孔(15)中的环形槽(11)内，金属扣(9)上方为辅助活扣(12)。
2.根据权利要求1所述的可换料液态重金属反应堆的燃料组件固定装置，其特征在于：所述每个六边形栅元(6)安装有三个弹簧(3)，嵌于栅元(6)不相邻边的内壁面上，燃料组件(4)在每个栅元(6)内与三个弹簧(3)下部接触，由这三个弹簧(3)承受燃料组件(4)在堆内由于冷却剂流动所产生的震动，防止燃料组件(4)出现轴向窜动。
3.根据权利要求1或2所述的可换料液态重金属反应堆的燃料组件固定装置，其特征在于：所述弹簧(3)由单一金属片构成，形状为双驼峰状弹簧；所述弹簧(3)由六角形栅元(6)内壁焊接的凸缘(5)支承，位于六角形栅元(6)内壁的中间偏下部分，双驼峰状弹簧中心凹进去的部分卡在六角形栅元(6)内壁开的方孔中。
4.根据权利要求3所述的可换料液态重金属反应堆的燃料组件固定装置，其特征在于：所述凸缘(5)内开有弹簧导向槽(7)，便于弹簧(3)安装固定与更换。
5.根据权利要求1所述的可换料液态重金属反应堆的燃料组件固定装置，其特征在于：所述金属扣(10)为长条形，底部与管脚主体连接，在中部有一个斜边向下的梯形凸台(13)，在上端部(14)有一个向内的斜面。
6.根据权利要求1所述的可换料液态重金属反应堆的燃料组件固定装置，其特征在于：所述辅助活扣(12)为斜面向外的三角形，金属扣(9)上端部(14)可以滑入辅助活扣(12)内，每根燃料组件的管脚部位，拥有对称分布的四个金属扣(10)和辅助活扣(12)。
7.根据权利要求1所述的可换料液态重金属反应堆的燃料组件固定装置，其特征在于：所述安装孔(15)之间呈三角形分布，孔口为锥形孔。
8.根据权利要求1所述的可换料液态重金属反应堆的燃料组件固定装置，其特征在于：所述环形槽(11)剖面为梯形结构。
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