CN103177776B - 一种防燃料棒刮伤和振动磨蚀的燃料组件定位栅格 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种防燃料棒刮伤和振动磨蚀的燃料组件定位栅格，其每个栅元侧壁上均布置有上下两个刚凸；其在两个刚凸之间设有定位栅格弹簧；所述的定位栅格弹簧整体呈“I“型，包括两个上下设置的拱形第一级弹簧，以及一个条带形第二级弹簧；两个第一级弹簧均横向布置，第一级弹簧的高度低于燃料棒位于该定位栅格中心时包壳表面和定位栅格侧壁的间隙；第二级弹簧纵向布置，第二级弹簧的两端连接在第一级弹簧中间处；第二级弹簧的两端缓慢抬升形成斜坡，中间为顶部平面，该顶部平面与燃料棒表面直接接触。本发明结构能够有效防止拉棒时定位栅格弹簧对燃料棒表面产生刮伤，降低弹簧对燃料棒的振动磨蚀，提升燃料组件整体安全性。

Description

一种防燃料棒刮伤和振动磨蚀的燃料组件定位栅格
技术领域
本发明涉及燃料组件技术领域，尤其涉及一种防燃料棒刮伤和振动磨蚀的燃料组件定位栅格。
背景技术
燃料组件是核反应堆堆芯的关键部件，它产生热量并将此热能传递给冷却剂。燃料组件的性能直接影响反应堆的安全性和经济性。
燃料组件由一定数目的燃料棒在燃料组件骨架中按一定方式排列形成。每个燃料组件骨架上有若干个定位栅格，沿轴向间隔布置。定位栅格是由金属条带相互焊接构成的方形栅格结构，其藉助每个栅格中的刚性支撑和弹簧组成的六个触点来夹持燃料棒，为燃料棒定位。
燃料组件热能由燃料棒产生，燃料棒为细长棒状结构，主要由外部管状包壳包覆若干圆柱芯块构成。燃料棒沿轴向贯穿燃料组件，通过定位栅格进行轴向和横向定位。燃料组件组装时，燃料棒穿过定位栅格的栅格，压缩定位栅格侧壁弹簧和刚凸产生横向夹持力。燃料棒通过该夹持力定位在燃料组件内部。同时，定位栅格对燃料棒还具有一定的保护作用。定位栅格弹簧通常应具备以下特点：（1）具备适当的夹持力，确保运行期内燃料棒能够定位在燃料组件内部；防止燃料棒过度弯曲，造成相邻燃料棒间冷却剂流道减小，DNB（偏离泡核沸腾）裕量下降；抑制燃料棒的流致振动；（2）弹簧应和燃料棒之间具有较充分且稳定的接触，防止长期的流致振动导致弹簧对燃料棒包壳产生磨蚀；（3）弹簧及整个定位格架栅格具有足够的强度，并在燃料棒转载后保持合理的应力状态，防止出现永久性变形、断裂、疲劳失效或应力腐蚀开裂。
目前，国际上的压水堆燃料组件栅格为主要正方形栅格或六角形栅格结构。对于正方形栅格的栅格，通常每个栅格四面侧壁上共有2个弹簧和2对刚凸向内凸起，每个弹簧和对面的栅格壁上一对的刚凸对配合，弹簧提供夹紧力，刚凸提供支撑，二者夹紧燃料棒达到定为目的。不同的栅格采用了不同的弹簧设计，以西屋AP1000型燃料组件为例，栅格采用了对角线卡紧弹簧，纵向流通的结构降低了栅格整体压降。同时，斜拉对角线的结构有效的增大了弹簧和燃料棒的接触面积，而较长的弹簧长度也给刚度调整留下较大的空间。但该弹簧也有一定的缺点，虽然采用对角线结构，但依然是横向的弹簧布置方式。进行将燃料棒装入组件的拉棒操作时，弹簧切边边缘与燃料棒表面直接接触，容易刮伤燃料棒表面。
我国300MWe燃料组件定位栅格采用纵向布置的三弯弹簧，同时配合燃料棒覆膜工艺，确保拉棒时燃料棒表面不会被弹簧过度刮伤。但由于弹簧纵向布置，流通方向上遮挡面积较大，会导致栅格整体压降较大。同时其三弯结构导致燃料棒与栅格弹簧之间点接触，接触面积较小，燃料棒表面更容易因流致振动而导致磨蚀。
发明内容
本发明的目的在于提供一种燃料组件定位栅格，该栅格采用新型的低压降防刮伤弹簧，能够在保证刚度、强度、疲劳等基本功能满足需要的前提下，具备更低的阻力系数，有效防止拉棒刮伤的特性以及防止振动磨蚀的特点。
实现本发明目的的技术方案：一种防燃料棒刮伤和振动磨蚀的燃料组件定位栅格，该燃料组件定位栅格为正方形栅格，其每个栅元侧壁上均布置有上下两个刚凸；其在两个刚凸之间设有定位栅格弹簧；所述的定位栅格弹簧整体呈“I“型，包括两个上下设置的拱形第一级弹簧，以及一个条带形第二级弹簧；两个第一级弹簧均横向布置，第一级弹簧的高度低于燃料棒位于该定位栅格中心时包壳表面和定位栅格侧壁的间隙；第二级弹簧纵向布置，第二级弹簧的两端连接在第一级弹簧中间处；第二级弹簧的两端缓慢抬升形成斜坡，中间为顶部平面，该顶部平面与燃料棒表面直接接触。
如上所述的一种防燃料棒刮伤和振动磨蚀的燃料组件定位栅格，其所述的第二级弹簧的中间顶部平面与两端斜坡圆滑过渡。
如上所述的一种防燃料棒刮伤和振动磨蚀的燃料组件定位栅格，其所述的第一级弹簧向中部倾斜延伸，并且第一级弹簧的转折处圆滑过渡。
如上所述的一种防燃料棒刮伤和振动磨蚀的燃料组件定位栅格，其所述的第一级弹簧四周开有宽0.3~2mm的应力释放槽。
本发明的效果在于：
本发明所述的新型燃料组件定位栅格，采用新型呈“I”型弹簧，其同时具备低压降、防流致振动磨蚀、防拉棒刮伤的特点。第一级弹簧为拱形，横向布置，高度低于燃料棒位于栅元中心时包壳表面和栅元壁的间隙。第二级弹簧纵向布置，跨在上、下两端的第一级弹簧上，由两个倾斜面和一个与条带平行的顶平面组成。拉棒时，燃料棒压缩弹簧，沿纵向布置的第二级弹簧倾斜面导向平滑插入栅元，包壳表面不会与横向布置的第一级弹簧的切边直接接触。同时第一级弹簧的横向布置可以有效降低流通方向的遮挡面积，降低压降。第二级弹簧沿纵向即燃料棒延伸方向，有较长的平行顶平面确保与燃料棒表面充分的接触面积。
本发明结构能够有效防止拉棒时定位栅格弹簧对燃料棒表面产生刮伤；有效降低定位栅格的压降，为栅格搅混翼或其它特征提供压降设计裕量；降低弹簧对燃料棒的振动磨蚀，提升燃料组件整体安全性。
附图说明
图1为本发明所述的一种定位栅格结构示意图；
图2为图1的定位栅格俯视图；
图3为定位栅格弹簧正视图；
图4为定位栅格弹簧俯视图；
图5为定位栅格弹簧侧视图
图6为本发明所述的另一种定位栅格结构示意图。
图中：1——定位栅格弹簧；2——刚凸；3——第一级弹簧；4——第二级弹簧；5——应力释放槽；6——燃料棒。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明所述的一种防燃料棒刮伤和振动磨蚀的燃料组件定位栅格作进一步描述。
实施例1
如图1所示，本发明所述的燃料组件定位栅格为正方形栅格，其每个栅元侧壁上均布置有上下两个刚凸2，在两个刚凸2之间布置有一个定位栅格弹簧1。
如图2至图5所示，该定位栅格弹簧1整体呈“I“型，包括两个上下设置的拱形第一级弹簧3，以及一个条带形第二级弹簧4。
两个第一级弹簧3均横向布置。为了平衡两级弹簧的刚度，第一级弹簧3向中部倾斜延伸以增加弹簧的跨度。第一级弹簧3转折处圆滑过渡，同时第一级弹簧3四周开有宽约0.5mm的应力释放槽5，该应力释放槽5主要有两个作用：一是在弹簧冲制前先冲制边缘沟槽，有利于弹簧准确成型；二是防止弹簧根部或边缘转角处出现应力集中现象。第一级弹簧3的高度较高，但低于燃料棒6位于定位栅格中心时包壳表面和定位栅格侧壁的间隙，这样在拉燃料棒时横向的切边不会直接与包壳表面接触。
第二级弹簧4纵向布置，第二级弹簧4的两端连接固定在第一级弹簧3中间处。第二级弹簧4的两端缓慢抬升形成斜坡，中间为顶部平面，该顶部平面与燃料棒7表面直接接触。燃料棒6拉棒装载时，端塞沿第二级弹簧4的端部斜坡导入同时压缩两个第一级弹簧3，燃料棒6表面不与第一级弹簧3接触，直接与第二级弹簧4的中间平面接触。第二级弹簧4的中间顶部平面与两端斜坡圆滑过渡，防止拉棒刮伤。
第一级弹簧3的横向布置可以有效降低流通方向的遮挡面积，降低压降。第二级弹簧4沿纵向即燃料棒延伸方向，有较长的顶部平面确保与燃料棒表面充分的接触面积。
实施例2
如图6所示，其与实施例1的不同之处在于：第一级弹簧（3）向中部不为倾斜结构；第二级弹簧4的顶部平面宽度增加。

Claims (3)

1.一种防燃料棒刮伤和振动磨蚀的燃料组件定位栅格，该燃料组件定位栅格为正方形栅格，其每个栅元侧壁上均布置有上下两个刚凸(2)；其特征在于：在两个刚凸(2)之间设有定位栅格弹簧(1)；所述的定位栅格弹簧(1)整体呈“I“型，包括两个上下设置的拱形第一级弹簧(3)，以及一个条带形第二级弹簧(4)；
两个第一级弹簧(3)均横向布置，第一级弹簧(3)的高度低于燃料棒(6)位于该定位栅格中心时包壳表面和定位栅格侧壁的间隙；
第二级弹簧(4)纵向布置，第二级弹簧(4)的两端连接在第一级弹簧(3)中间处；第二级弹簧(4)的两端缓慢抬升形成斜坡，中间为顶部平面，该顶部平面与燃料棒(7)表面直接接触；
所述的第一级弹簧(3)四周开有宽0.3～2mm的应力释放槽(5)。
2.根据权利要求1所述的一种防燃料棒刮伤和振动磨蚀的燃料组件定位栅格，其特征在于：所述的第二级弹簧(4)的中间顶部平面与两端斜坡圆滑过渡。
3.根据权利要求1所述的一种防燃料棒刮伤和振动磨蚀的燃料组件定位栅格，其特征在于：所述的第一级弹簧(3)向中部倾斜延伸，并且第一级弹簧(3)的转折处圆滑过渡。
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