CN103400616A - 一种核电站用乏燃料棒贮存格架模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了核电装备领域的一种核电站用乏燃料棒贮存格架模块，包括一个由底板和侧板围成的模块架，底板上设有若干个排列呈阵列的，具有镂空结构的第一支承架，以及若干个排列呈阵列的，具有镂空结构的第二支承架；每个第二支承架的顶面上固定一个破损乏燃料棒贮存格架，每个第一支承架的顶面上固定一个乏燃料棒贮存格架，燃料棒贮存格架，包括由下支承板和若干块外围板围成的格架本体，格架本体内设有若干位于下支承板顶面上的乏燃料棒贮存小室；乏燃料棒贮存小室均为正六棱柱形的钢管，乏燃料棒贮存小室在下支承板顶面上呈蜂窝状排列；每个乏燃料棒贮存小室的中心为两端开口的乏燃料棒贮存腔，每个乏燃料棒贮存小室的乏燃料棒贮存腔正下方，都设有位于下支承板上的底部过流通孔。

Description

一种核电站用乏燃料棒贮存格架模块

技术领域

本发明涉及核电装备领域的一种核电站用乏燃料棒贮存格架模块。

背景技术

乏燃料棒又称辐照核燃料棒。即在反应堆内烧过的核燃料棒。核燃料棒在核反应堆内经中子轰击发生核反应，经一定时间从堆内卸出，形成乏燃料棒。乏燃料棒中含有大量未用完的可增殖材料如238U或232Th，未烧完的和新生成的易裂变材料如239Pu、235U或233U以及在辐照过程中产生的镎、镅、锔等超铀元素，另外还有裂变元素90Sr、137Cs、99Tc等。乏燃料棒从核电站反应堆内取出后，吊入到乏燃料棒贮存格架内，乏燃料棒贮存格架置于乏燃料棒贮存水池中，乏燃料棒经衰变冷却后，才能将乏燃料棒组件向后处理厂发送。乏燃料棒的存放周期为300天。

核电站用乏燃料棒贮存格架模块用于存放乏燃料棒和破损乏燃料棒。核电站用乏燃料棒贮存格架模块包括由底板和若干块侧板围成的一个模块架、所述模块架内存放若干个乏燃料棒贮存格架和若干个破损乏燃料棒贮存格架。其中破损乏燃料棒贮存格架的技术已经相当成熟，目前最需要改进的是其中的乏燃料棒贮存格架。

乏燃料棒贮存小室是在乏燃料棒贮存格架中用于存放乏燃料棒的部件，如申请号为201220337712.9专利名称为《核电站用乏燃料棒贮存格架》的专利申请中的核电站用乏燃料棒贮存小室为正四棱柱形的钢管，正四棱柱形的钢管中心为两端开口的乏燃料棒贮存腔，乏燃料棒贮存腔与乏燃料棒贮存小室同轴。这样的核电站用乏燃料棒贮存小室中子吸附能力弱，所述正四棱柱形的钢管的外侧壁上必须增设包覆板。另外一方面，所述正四棱柱形的钢管的惯性矩小，抗弯能力弱，截面模数低，由此造成乏燃料棒贮存小室力学强度低，因此乏燃料棒贮存格架中必须设有隔板将相邻的乏燃料棒贮存小室隔开。因此乏燃料棒贮存格架强度减弱，制造过程中的钢材消耗增加，成本上升，同时也不利于在单位体积的乏燃料棒贮存格架中存放更多的乏燃料棒贮存小室。以上因素都限制了核电站用乏燃料棒贮存格架模块的使用造成了种种的限制。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种核电站用乏燃料棒贮存格架模块，其第一提高其内部各个乏燃料棒贮存格架内乏燃料棒单个贮存小室惯性矩、截面模数和抗弯能力，第二，其能提高其内部各乏燃料棒贮存格架内乏燃料棒贮存的密度。

实现上述目的的一种技术方案是：一种核电站用乏燃料棒贮存格架模块，包括一个由底板和侧板围成的模块架，所述底板上设有若干个排列呈阵列的，具有镂空结构的第一支承架，以及若干个排列呈阵列的，具有镂空结构的第二支承架；每个所述第二支承架的顶面上固定一个破损乏燃料棒贮存格架，每个第一支承架的顶面上固定一个乏燃料棒贮存格架；

所述燃料棒贮存格架，包括由下支承板和若干块外围板围成的格架本体，所述格架本体内设有若干位于所述下支承板顶面上的乏燃料棒贮存小室；

所述乏燃料棒贮存小室均为正六棱柱形的钢管，所述乏燃料棒贮存小室在下支承板顶面上呈蜂窝状排列；每个所述乏燃料棒贮存小室的中心为两端开口的乏燃料棒贮存腔，每个所述乏燃料棒贮存小室的乏燃料棒贮存腔正下方，都设有位于所述下支承板上的底部过流通孔。

进一步的，每个所述燃料棒贮存格架内，每个所述的乏燃料棒贮存小室均是用硼不锈钢制成的。

进一步的，每个所述燃料棒贮存格架内，每个所述乏燃料棒贮存小室的外侧壁的每个面的底部，都固定有底部支承件，每个所述乏燃料棒贮存小室的外侧壁的每个面的顶部，都固定有顶部支承件；任意相邻的两个所述乏燃料棒贮存小室的底部支承件面接触并通过至少两根下插销固定，任意相邻的两个所述乏燃料棒贮存小室的顶部支承件面接触并通过至少两根上插销固定。

再进一步的，每个所述燃料棒贮存格架内，每个所述乏燃料棒贮存小室外侧壁的每个面的底部，所述底部支承件通过下销钉固定,每个所述乏燃料棒贮存小室外侧壁的每个面的顶部，所述顶部支承件通过上销钉固定。

更进一步的，每个所述燃料棒贮存格架内，每个所述乏燃料棒贮存小室外侧壁的每个面的底部，所述底部支承件通过三个下销钉固定，且三个所述下销钉呈三角形排列,每个所述乏燃料棒贮存小室外侧壁的每个面的顶部，所述顶部支承件通过三个上销钉固定，且三个所述上销钉呈三角形排列。

进一步的，每个所述燃料棒贮存格架内，相邻的两个所述乏燃料棒贮存小室的底部支承件焊接固定，相邻的两个所述乏燃料棒贮存小室的顶部支承件焊接固定。

进一步的，每个所述乏燃料棒贮存格架的外围板上都设有侧向过流通孔。

进一步的，每个所述第一支承架的底面上都设有一个第一可调节尺寸的支腿，每个所述第二支承架的底面上都设有一个第一可调节尺寸的支腿。

采用了本发明的一种核电站用乏燃料棒贮存格架模块的技术方案，即核电站用乏燃料棒贮存格架模块内的各个乏燃料棒贮存格架内，乏燃料棒贮存小室均为正六棱柱形的钢管，且所述乏燃料棒贮存小室在各个乏燃料棒贮存格架内呈蜂窝状排列的技术方案。其第一提高其内部各个乏燃料棒贮存格架内乏燃料棒单个贮存小室惯性矩、截面模数和抗弯能力，第二，其能提高其内部各乏燃料棒贮存格架内乏燃料棒贮存的密度。

附图说明

图1为本发明的一种核电站用乏燃料棒贮存格架模块的俯视图。

图2为本发明的一种核电站用乏燃料棒贮存格架模块的仰视图。

图3为本发明的一种核电站用乏燃料棒贮存格架模块中单个乏燃料棒贮存格架和单个破损乏燃料棒贮存格架的主视图。

图4为本发明的一种核电站用乏燃料棒贮存格架模块中单个乏燃料棒贮存格架的俯视图。

图5为本发明的一种核电站用乏燃料棒贮存格架模块中单个乏燃料棒贮存格架的仰视图。

图6为本发明的一种核电站用乏燃料棒贮存格架模块中所使用的乏燃料棒贮存小室的侧视图。

图7为本发明的一种核电站用乏燃料棒贮存格架模块中所使用的乏燃料棒贮存小室的截面视图。

图8为本发明的一种核电站用乏燃料棒贮存格架模块中相邻两个乏燃料棒贮存小室的底部连接示意图。

图9为本发明的一种核电站用乏燃料棒贮存格架模块中相邻两个乏燃料棒贮存小室的顶部连接示意图。

图10为本发明的一种核电站用乏燃料棒贮存格架模块中乏燃料棒贮存小室顶部与乏燃料棒贮存格架的外围板固定的示意图。

图11为本发明的一种核电站用乏燃料棒贮存格架模块中乏燃料棒贮存小室底部以及吊杆组件与乏燃料棒贮存格架的外围板固定的安装示意图。

图12为本发明的一种核电站用乏燃料棒贮存格架模块中第一可调节尺寸的支腿的安装示意图。

图13为本发明的一种核电站用乏燃料棒贮存格架模块中第二可调节尺寸的支腿的安装示意图。

具体实施方式

请参阅图1至图13，本发明的发明人为了能更好地对本发明的技术方案进行理解，下面通过具体地实施例，并结合附图进行详细地说明：

请参阅图1至图3，本实施例中，本发明的一种核电站用乏燃料棒贮存格架模块，包括由底板501和若干块侧板502围成的模块架500。

本实施例中，底板501上设有十个第一支承架套筒503和二个第二支承架套筒504。其中十个第一支承架套筒503在底板501的左侧，即大端，排列成为5×2的阵列，二个第二支承架套筒504在底板501的右侧，即小端，排列成为2×1的阵列。每个第一支承架套筒503内固定套接一个第一支承架3，每个第一支承架3的顶面通过螺栓固定一个乏燃料棒贮存格架100。每个第二支承架套筒504内固定套接一个第二支承架9，每个第二支承架9的顶面通过螺栓固定一个破损乏燃料棒贮存格架900。

因此十个乏燃料棒贮存格架100在模块架500的的左侧，即大端，排列成为5×2的阵列，形成乏燃料棒贮存格架组，两个破损乏燃料棒贮存格架900在模块架500的右侧，即小端排列成为2×1的阵列，形成破损乏燃料棒贮存格架组。因此可以说，乏燃料棒贮存格架100和破损乏燃料棒贮存格架900在模块架500内相互独立地排列，或者说乏燃料棒贮存格架100和破损乏燃料棒贮存格架900在模块架500内相互隔离地排列。并且在模块架500内十个乏燃料棒贮存格架100和两个破损乏燃料棒贮存格架900位于同一水平面上。

模块架500中每个第一支承架3的上都设有第一镂空结构31，每个第二支承架32上都设有第二镂空结构91。

下面先对单个乏燃料棒贮存格架100的结构进行说明。

请参阅图3至图5乏燃料棒贮存格架100包括由下支承板11和若干块外围板12围成格架本体1，格架本体1内设有若干位于下支承板11顶面上的乏燃料棒贮存小室2。本实施例中外围板12的数量为四块至五块。

请参阅图6至图11，乏燃料棒贮存小室2为一根正六棱柱形的钢管，乏燃料棒贮存小室2的中心为两端开口的乏燃料棒贮存腔21。乏燃料棒贮存腔21与乏燃料棒贮存小室2同轴。乏燃料棒贮存腔21用来贮存核电站用乏燃料棒。在格架本体1内，乏燃料棒贮存小室2在下支承板11的顶面上呈蜂窝状排列。

乏燃料棒贮存格架100，选择正六棱柱形的钢管作为乏燃料棒贮存小室2，并且乏燃料棒贮存小室2在乏燃料棒贮存格架100的格架本体1内排列成蜂窝结构的原因在于：

第一，乏燃料棒贮存小室2在乏燃料棒贮存格架100的格架本体1中的排布的密度最大，使乏燃料棒贮存格架100的格架本体1中，单位体积内乏燃料棒的存放量最大，同时也有利于乏燃料棒贮存格架100结构强度的提高；

第二，单个乏燃料棒贮存小室2的惯性矩和截面模数显著增大，抗弯能力显著增强，因此可以减少生产乏燃料棒贮存小室2的用钢量，大大减轻乏燃料棒贮存小室2的结构重量。

因此，通过采用正六棱柱形的钢管作为乏燃料棒贮存小室2，使乏燃料棒贮存小室2的结构强度、刚度等力学性能最优，使乏燃料棒贮存小室2的抗破损能力最强。经过抗震分析计算，乏燃料棒贮存小室2能承受相当于0.3倍重力加速度的抗震加速度而不损坏。

第三，采用正六棱柱形的钢管的乏燃料棒贮存小室2的中子吸附能力强于采用正四棱柱形的钢管的乏燃料棒贮存小室，满足乏燃料棒辐照过程对于中子吸附要求。

本实施例中，乏燃料棒贮存小室2是由硼不锈钢制成的，即乏燃料棒贮存小室2为正六棱柱形的硼不锈钢管，采用正六棱柱形的硼不锈钢管的目的在于进一步提高乏燃料棒贮存小室2的中子吸附能力，满足乏燃料辐照过程对于中子吸附要求。

请参阅图8和图9，为了能在格架本体1内将任意相邻的两个乏燃料棒贮存小室2固定。乏燃料棒贮存小室2外侧壁的每个面的底部，都固定有底部支承件22，乏燃料棒贮存小室2外侧壁的每个面的顶部，都固定有顶部支承件23。即每个乏燃料棒贮存小室2的外侧壁上都固定有六个顶部支承件23和六个底部支承件22。

为了能将底部支承件22固定在乏燃料棒贮存小室2的外侧壁的底部，乏燃料棒贮存小室2的外侧壁的每个面底部，都设有三个下销钉孔223，且三个下销钉孔223呈三角形排列，三个下销钉孔223内均设有下销钉224，底部支承件22通过该三个下销钉224固定在乏燃料棒贮存小室2的外侧壁的一个面的底部。

为了能将顶部支承件23固定在乏燃料棒贮存小室2的外侧壁的顶部，乏燃料棒贮存小室2的外侧壁的每个面顶部，都设有三个上销钉孔233，且三个上销钉孔233呈三角形排列，三个上销钉孔233内均设有上销钉234，顶部支承件23通过该三个上销钉234固定在乏燃料棒贮存小室2的外侧壁的一个面的顶部。

在乏燃料棒贮存小室2外侧壁的每个面上，底部支承件22通过成三个下销钉224固定，且三个下销钉224呈三角形排列。顶部支承件23通过三个上销钉234固定，且三个上销钉234呈三角形排列。这样设计的目的在于：加强底部支承件22和顶部支承件件23与乏燃料棒贮存小室2的外侧壁上的固定强度。

每个底部支承件22上都设有两个下销孔221，且两个下销孔221的位置均低于乏燃料棒贮存小室2的底面，每个顶部支承件23上都设有两个上销孔231，且两个上销孔231的位置高于乏燃料棒贮存小室2的顶面。

要将任意相邻两个的乏燃料棒贮存小室2固定时，使相邻两个乏燃料棒贮存小室2上的底部支承件22面接触，相邻两个乏燃料棒贮存小室2上的顶部支承件23面接触。然后，将两个底部支承件22上的下销孔221对齐，再插入下插销222。将两个顶部支承件23上的上销孔231对齐后，插入下插销232。从而完成相邻两个的乏燃料棒贮存小室2之间的定位和初步固定，从而确保格架本体1内，乏燃料棒贮存小室严格按照蜂窝结构排列。

此时，两个顶部支承件23之间的接触面的底部形成了上坡口，两个底部支承件22之间的接触面的顶部形成了下坡口，将所述的上坡口和所述的下坡口通过点焊焊接固定，使两个顶部支承件23之间的接触面通过点焊焊接固定，使两个底部支承件22之间的接触面通过点焊焊接固定，使相邻两个乏燃料棒贮存小室2固定。

为了加强相邻两个的乏燃料棒贮存小室2之间的结合强度，也为了防止相邻两个的乏燃料棒贮存小室2之间发生位置的偏移，在对所述下坡口进行点焊焊接前，在所述的下坡口中插接底部调整垫板225，在对所述上坡口进行点焊焊接前，在所述的上坡口中插接顶部调整垫板235。

如图9所示，顶部支承件23的上部设有一个楔形面230，对相邻两个乏燃料棒贮存小室2进行固定时，该楔形面230位于靠近乏燃料棒贮存小室2的外侧壁的一侧，这样在对两个顶部支承件23进行点焊焊接时可以减少焊料的用量，也便于在所述上坡口中插接顶部调整垫板235。

如图10和11所示，为了能将乏燃料棒贮存小室2在格架本体1内固定，与外围板12相邻的乏燃料棒贮存小室2要与外围板12固定，该乏燃料棒贮存小室2上与外围板12接触的底部支承件22和顶部支承件23均与外围板12焊接固定。位于顶部支承件23的上部的楔形面230位于远离乏燃料棒贮存小室2的外侧壁的一侧，即靠近外围板12的一侧，这样在对顶部支承件23与外围板12之间进行点焊焊接时，可以减少焊料的用量。

乏燃料棒贮存小室2的外侧壁上设置底部支承件22和顶部支承件23的另外一个作用在于：底部支承件22和顶部支承件23均由304不锈钢制成，在乏燃料棒贮存小室2为正六棱柱形的硼不锈钢管时，可以防止在对相邻的乏燃料棒贮存小室2在焊接相连过程中，在焊接处产生硼偏析现象。

为了能让乏燃料棒贮存水池内的水循环流入乏燃料棒贮存小室2的乏燃料棒贮存腔21，对乏燃料棒贮存腔21内的乏燃料棒进行冷却，每个乏燃料棒贮存小室2的乏燃料棒贮存腔21的正下方都设有一个位于下支承板11上的，并与该乏燃料棒贮存腔21连通的底部过流通孔111，如图5所示，外围板12上也设有侧向过流通孔121，如图3所示。

此外，格架本体1的顶部，即外围板12的顶面上还固有一块上支承板13，上支承板13是一块中空板，以保证格架本体1的顶面是敞开的，以让乏燃料棒贮存水池内的水从顶部流入乏燃料棒贮存小室2的乏燃料棒贮存腔21。上支承板13的内圈将乏燃料棒贮存小室2进一步固定在格架本体1内。上支承板13外圈的作用在于：通过上支承板13之间的焊接，可将多个乏燃料棒贮存格架100连接固定在一起。

为了增加格架本体1的强度，格架本体1任意相邻两块外围板12之间设有支承柱14,如图4所示。

此外，格架本体1上还设有吊杆组件122，吊杆组件122由若干根吊杆组成，吊杆组件122中的每根吊杆122都从上至下依次贯穿上支承板13、外围板12和下支承板11，每根所述吊杆从下支承板11底部穿出后，与下支承板11的底部通过吊杆套筒123固定。吊杆组件122的作用在于便于将乏燃料棒贮存格架模块吊装入乏燃料棒贮存水池。如图11所示。

同时，下支承板11的底面设有若干下螺栓孔112，使乏燃料棒贮存格架100可以与第一支承架3的顶面固定，如图5所示。

第一支承架3上设置第一镂空结构31的目的在于：让乏燃料棒贮存水池内的水，从下支承板11上的底部过流通孔111，循环流入乏燃料棒贮存100内各个乏燃料棒贮存小室2的乏燃料棒腔21内，对乏燃料棒进行衰变冷却。每个第一支承架3的底面都设有一个第一可调节尺寸的支腿32，第一可调节尺寸的支腿32包括与第一支承架3的底面固定的第一螺套321，与第一螺套321内壁螺旋套接的第一螺杆322，固定在第一螺杆322底部的第一底座323，以及第一固定套接在螺杆322套接的第一螺杆调节装置324。第一螺杆调节装置324调节第一螺杆322在第一螺套321内的升降，从而实现对第一可调节尺寸的支腿32进行尺寸调节的目的。如图12所示。

第二支承架9上设置第二镂空结构91的目的在于：让乏燃料棒贮存水池内的水，从破损乏燃料棒贮存格架900的底部循环流入破损乏燃料棒贮存格架900内，对破损乏燃料棒进行衰变冷却。同时，每个第二支承架9的底面都设有一个第二可调节尺寸的支腿92，第二可调节尺寸的支腿92包括与第二支承架9的底面固定的第二螺套921，与第二螺套921内壁螺旋套接的第二螺杆922，固定在第二螺杆922底部的第二底座923，以及第二固定套接在螺杆922套接的第二螺杆调节装置924。第二螺杆调节装置924调节第二螺杆922在第二螺套921内的升降，从而实现对第二可调节尺寸的支腿92进行尺寸调节的目的。如图13所示。

第一可调节尺寸的支腿32和第二可调节尺寸的支腿92的作用在于调节整个核电站用乏燃料棒贮存格架模块的水平。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (8)

1.一种核电站用乏燃料棒贮存格架模块，包括一个由底板（501）和侧板（502）围成的模块架（500），所述底板（501）上设有若干个排列呈阵列的，具有镂空结构的第一支承架（3），以及若干个排列呈阵列的，具有镂空结构的第二支承架（9）；每个所述第二支承架（9）的顶面上固定一个破损乏燃料棒贮存格架（900），每个第一支承架（3）的顶面上固定一个乏燃料棒贮存格架（100）；

所述燃料棒贮存格架（100），包括由下支承板（11）和若干块外围板（12）围成的格架本体（1），所述格架本体（1）内设有若干位于所述下支承板（11）顶面上的乏燃料棒贮存小室（2）；其特征在于：

所述乏燃料棒贮存小室（2）均为正六棱柱形的钢管，所述乏燃料棒贮存小室（2）在下支承板（11）顶面上呈蜂窝状排列；每个所述乏燃料棒贮存小室（2）的中心为两端开口的乏燃料棒贮存腔（21），每个所述乏燃料棒贮存小室（2）的乏燃料棒贮存腔（21）正下方，都设有位于所述下支承板（11）上的底部过流通孔（111）。

2.根据权利要求1所述的一种核电站用乏燃料棒贮存格架模块，其特征在于：每个所述燃料棒贮存格架（100）内，每个所述的乏燃料棒贮存小室（2）均是用硼不锈钢制成的。

3.根据权利要求1所述的一种核电站用乏燃料棒贮存格架模块，其特征在于：每个所述燃料棒贮存格架（100）内，每个所述乏燃料棒贮存小室（2）的外侧壁的每个面的底部，都固定有底部支承件（22），每个所述乏燃料棒贮存小室（2）的外侧壁的每个面的顶部，都固定有顶部支承件（23）；任意相邻的两个所述乏燃料棒贮存小室（2）的底部支承件（22）面接触并通过至少两根下插销（222）固定，任意相邻的两个所述乏燃料棒贮存小室（2）的顶部支承件（23）面接触并通过至少两根上插销（232）固定。

4.根据权利要求3所述的一种核电站用乏燃料棒贮存格架模块，其特征在于：每个所述燃料棒贮存格架（100）内，每个所述乏燃料棒贮存小室（2）外侧壁的每个面的底部，所述底部支承件（22）通过下销钉（224）固定,每个所述乏燃料棒贮存小室（2）外侧壁的每个面的顶部，所述顶部支承件（23）通过上销钉（234）固定。

5.根据权利要求4所述的一种核电站用乏燃料棒贮存格架模块，其特征在于：每个所述燃料棒贮存格架（100）内，每个所述乏燃料棒贮存小室（2）外侧壁的每个面的底部，所述底部支承件（22）通过三个下销钉（224）固定，且三个所述下销钉（224）呈三角形排列,每个所述乏燃料棒贮存小室（2）外侧壁的每个面的顶部，所述顶部支承件（23）通过三个上销钉（234）固定，且三个所述上销钉（234）呈三角形排列。

6.根据权利要求3或4或5所述的一种核电站用乏燃料棒贮存格架模块，其特征在于：每个所述燃料棒贮存格架（100）内，相邻的两个所述乏燃料棒贮存小室（2）的底部支承件（22）焊接固定，相邻的两个所述乏燃料棒贮存小室（2）的顶部支承件（23）焊接固定。

7.根据权利要求1所述的一种核电站乏燃料棒贮存格架模块，其特征在于：每个所述乏燃料棒贮存格架的外围板（12）上都设有侧向过流通孔（121）。

8.根据权利要求1所述的一种核电站乏燃料棒贮存格架模块，其特征在于：每个所述第一支承架（3）的底面上都设有一个第一可调节尺寸的支腿（32），每个所述第二支承架（9）的底面上都设有一个第二可调节尺寸的支腿（92）。

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