CN105023618A - 一种独立弹簧、保持格栅以及核燃料组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种独立弹簧、保持格栅以及核燃料组件。该保持格栅包括相互交叉设置形成多个栅元的多个第一条带和第二条带、以及独立弹簧。该独立弹簧包括至少两个大致位于同一平面设置的安装部，以及连接设置在相邻的安装部之间的弹簧部；弹簧部自安装部所在的平面向外突出。第一条带开设有贯穿至其边缘的第一装配槽；对应的，第二条带开设有贯穿至其边缘的第二装配槽；第一条带和第二条带上还设有凹槽。第一条带、第二条带以及独立弹簧组装后形成的栅元壁面绝大部分是封闭的，避免了穿过内部的冷却剂横向流动，减小了保持格栅的振动，降低了燃料棒微震磨蚀程度；封闭的栅元壁面避免了条带开孔边引起的额外的压力损失。

Description

一种独立弹簧、保持格栅以及核燃料组件

技术领域

本发明涉及核电领域，尤其是涉及一种可用于核燃料组件的保持格栅的独立弹簧、使用该独立弹簧的保持格栅以及核燃料组件。

背景技术

核反应堆的核燃料组件通常由细长的燃料棒或燃料棒的阵列形成，由一个骨架支承结构来保持燃料棒沿侧向隔开，骨架支承结构包括许多沿纵向隔开的保持格栅、一个下端接头和一个上端接头。核燃料组件还可以包括导管和测量套管等细长的管状件，对称地散布在各燃料棒位置之中并与燃料棒一起延伸。

一个典型的核燃料定位格架包括外条带、内条带等。外条带设置在内条带的外围形成支撑框架；内条带在外条带内侧组合形成网格状结构，燃料棒插设在网格栅元中，组成整个核燃料组件。

为了保持燃料棒在网格中，现有的一种方案如图1所示，公开了一种具有对角线弹簧28的保持格栅的条带结构，对角线弹簧28在条带壁上沿着弹簧对角线方向基本平行的两条狭缝29成型，在形成弹簧的栅元中，对角线狭缝的任一端终止在栅元壁的狭缝31中，该狭缝31沿着离开弹簧的方向基本上平行于相邻栅元壁延伸。

这种结构的保持栅格的弹簧和刚凸引起的压力损失过大，弹簧和刚凸引起的保持格栅内部横流过大，弹簧和保持格栅辐照生长和松弛过大增加弹簧、刚凸、燃料棒间隙产生和微振磨蚀风险。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种可减少内部冷却剂横向流动、避免额外压力损失的独立弹簧、保持格栅以及核燃料组件。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种独立弹簧，可用于核燃料组件的保持格栅；该独立弹簧包括至少两个大致位于同一平面设置的安装部，以及连接设置在相邻的安装部之间的弹簧部；所述弹簧部自所述安装部所在的平面向外突出。

优选的，所述安装部包括至少两个位于同一高度、平板状的第一安装部，以及设置在所述第一安装部之间、在高度方向与所述第一安装部错开的第二安装部。

优选的，所述安装部包括至少三个位于同一高度、平板状的第一安装部，以及设置在所述第一安装部之间、在高度方向与所述第一安装部错开的至少两个第二安装部。

优选的，所述第二安装部为具有平直表面的凸起；

在所述第二安装部的竖直方向上开设有贯穿至所述第二安装部一边的狭缝。

优选的，所述弹簧部在其宽度方向的中线与所述狭缝的中线成一角度，所述角度在15-75度之间。

本发明还提供一种可用于核燃料组件的保持格栅，包括相互交叉设置形成多个栅元的多个第一条带和第二条带、以及上述任一所述的独立弹簧；

所述第一条带开设有贯穿至其边缘的第一装配槽；对应的，所述第二条带开设有贯穿至其边缘的第二装配槽；所述第一装配槽、第二装配槽相配合以将所述第一条带和第二条带交叉插接形成多个所述栅元；

所述第一条带和第二条带上还设有凹槽，以供所述独立弹簧的安装部设置于其中，并使得每一所述栅元中至少有一所述独立弹簧的弹簧部。

优选的，所述凹槽包括在同一高度设置的第一凹槽、以及在高度方向上与所述第一凹槽错开的第二凹槽；

所述独立弹簧的第一安装部设置在所述第一凹槽中；所述独立弹簧的第二安装部设置在所述第二凹槽中。

优选的，所述第一条带的第二凹槽与所述第一条带的第一装配槽相连通，设置在所述第二凹槽中的所述独立弹簧的狭缝与所述第一装配槽连通；

所述第二条带的第二凹槽与所述第二条带的第二装配槽相连通，设置在所述第二凹槽中的所述独立弹簧的狭缝与所述第二装配槽连通。

优选的，所述独立弹簧的安装部的厚度小于所述第一条带、第二条带的厚度；并且，所述第一条带和第二条带装配后，所述安装部在所述第一条带和第二条带的长度方向被压制。

优选的，所述第一条带和第二条带上均设有刚凸；所述刚凸与所述独立弹簧的弹簧部相背设置；

所述第一条带和第二条带的端部均设有搅混装置。

优选的，所述第一条带和/或第二条带采用锆合金制成，而所述独立弹簧条采用因科镍制成。

本发明还提供一种核燃料组件，包括燃料棒，还包括至少一个上述任一所述的保持格栅，所述燃料棒插设在所述保持格栅的栅元中，并由所述保持格栅的独立弹簧配合限位。

实施本发明具有以下有益效果：第一条带、第二条带以及独立弹簧组装后形成的栅元壁面绝大部分是封闭的，避免了穿过内部的冷却剂横向流动，减小了保持格栅的振动，降低了燃料棒微震磨蚀程度；封闭的栅元壁面避免了条带开孔边引起的额外的压力损失。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是现有技术的一种条带的结构示意图；

图2是本发明的保持格栅的一个具体实施例的结构示意图；

图3是图2省略部分条带的结构示意图；

图4是本发明的独立弹簧的一个具体实施例的示意图；

图5是本发明的独立弹簧的一个具体实施例的正面示意图；

图6是本发明的独立弹簧的一个具体实施例的俯视示意图；

图7是本发明的保持格栅的第一条带的正面示意图；

图8是本发明的保持格栅的第二条带的正面示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图2、3所示，在本发明的保持格栅的一个具体实施例，可以用于核燃料组件中，包括相互交叉设置形成多个栅元11的多个第一条带12和第二条带13、以及独立弹簧14。该独立弹簧14可以设置于栅元11中，用于支承燃料棒于保持格栅的栅元11中。当然，该核燃料组件至少包括一个该保持格栅，还包括导管、测量套管、上端接头、下端接头等，在此不作赘述。

其中，第一条带12、第二条带13以及独立弹簧14组装后形成的栅元11壁面绝大部分是封闭的，避免了穿过内部的冷却剂横向流动，减小了保持格栅的振动，降低了燃料棒微震磨蚀程度；封闭的栅元11壁面避免了条带开孔边引起的额外的压力损失，由于避免了条带开孔，就单个结构特征（如单个弹簧、单个刚凸）来说，压力损失减小约50%。

而且，本发明采用独立弹簧14配合，独立弹簧14的厚度不大于第一条带12、第二条带13的厚度。当采用小于第一条带12、第二条带13厚度的独立弹簧14时，可进一步减小保持格栅的压力损失，例如当独立弹簧14厚度由0.457mm减小至0.425mm时，独立弹簧14本身引起的压力损失系数减小约11%。

如图4-6所示，是本发明的独立弹簧14的一个具体实施例的示意图，该独立弹簧14包括至少两个安装部、以及连接设置在相邻的安装部之间的弹簧部141。该安装部大致位于同一平面，而弹簧部141自安装部所在的平面向外突出，位于栅元11中，形成弹性的支承，进而支承设置在栅元11中的燃料棒。

在本实施例中，该安装部包括至少三个位于同一高度、平板状的第一安装部142，以及设置在第一安装部142之间、在高度方向与第一安装部142错开的至少两个第二安装部143。对应的弹簧部141为四个，连接在第一安装部142和第二安装部143之间，分别在X向及Y向波动延伸，形成“W”形（如图5所示。该第一安装部142、第二安装部143沿独立弹簧14长度方向间隔一个栅元11的距离设置，其厚度不大于第一条带12、第二条带13的厚度，并且覆盖独立弹簧14的整个高度，与第一条带12、第二条带13装配后，该第一安装部142和第二安装部143被与所在条带垂直交叉的另一条带限位，使得独立弹簧14在偏离第一条带12、第二条带13表面的运动最小，保证了保持格栅在拉入燃料棒时独立弹簧14不发生过大的扭转，避免了燃料棒表面的刮伤。

进一步的，最外侧的第一安装部142为与所在第一条带12、第二条带13凹槽边缘重叠一定长度的平整区。该平整区域使得独立弹簧14夹持燃料棒时不会因为独立弹簧14受到挤压而发生无效的独立弹簧14相对于燃料棒的整体偏离，从而能够维持独立弹簧14的有效压缩量和加持力。

可以理解的，该独立弹簧14的第一安装部142、第二安装部143的数量可以根据需要进行调整，例如：安装部包括至少两个位于同一高度、平板状的第一安装部142，以及设置在第一安装部142之间、在高度方向与第一安装部142错开的第二安装部143；对应的弹簧部141为两个，连接在第一安装部142和第二安装部143之间，分别在X向及Y向波动延伸，形成“V”形。

进一步的，该第二安装部143可以为具有平直表面的凸起；在第二安装部143的竖直方向上开设有贯穿至第二安装部143一边的狭缝144，该狭缝144用于容纳与之交叉的条带，如图2、3所示。该狭缝144沿独立弹簧14长度方向间隔一个栅元11的距离开设，其厚度不小于第一条带12、第二条带13的厚度，与对应的第一条带12或第二条带13装配后，该狭缝144的存在保证了所在栅元11的两个弹簧部141中点在同一水平面上，从而保证了所在栅元11燃料棒两个垂直方向上弹簧施加的力与力矩的平衡。

在本实施例中，该弹簧部141在其宽度方向的中线与狭缝144的中线成一角度，该角度可以在15-75度之间，进而获得夹持燃料棒的不同夹持力。

如图7、8所示，该第一条带12大致为平板状，在平板状主体上开设有贯穿至其边缘的第一装配槽121。该第一装配槽121的宽度与第二条带13的厚度相匹配，从而便于与第二条带13的插装。

该第二条带13同样大致为平板状，并在平板状主体上开设有贯穿至其边缘的第二装配槽131。该第二装配槽131的宽度与第一条带12的厚度相匹配，从而便于与第一条带12的插装。

该第一装配槽121、第二装配槽131的方向相反，从而多个第一条带12、第二条带13可以相配合插接，进而形成具有多个栅元11的“蛋篓型”结构。在本实施例中，每一条带上的第一装配槽121、第二装配槽131的数量均为三个，进而三个第一条带12和三个第二条带13相插接，形成九个栅元11。可以理解的，第一装配槽121、第二装配槽131的数量也可以为一个或多个，可以根据需要进行适当调整。

进一步的，该第一条带12和第二条带13上还设有凹槽，以供独立弹簧14的安装部设置于其中，并使得每一栅元11中至少有一独立弹簧14的弹簧部141，详后述。

在本实施例中，该凹槽包括在同一高度设置的第一凹槽122，132、以及在高度方向上与第一凹槽122，132错开的第二凹槽123，133。独立弹簧14的第一安装部142设置在第一凹槽122，132中；独立弹簧14的第二安装部143设置在第二凹槽123，133中。可以理解的，该第一凹槽122，132的数量与第一安装部142的数量对应；该第二凹槽123，133的数量与第二安装部143的数量对应。

进一步的，第一条带12的第二凹槽123与第一条带12的第一装配槽121相连通，设置在第二凹槽123中的独立弹簧14的狭缝144与第一装配槽121连通；第二条带13的第二凹槽133与第二条带13的第二装配槽131相连通，设置在第二凹槽133中的独立弹簧14的狭缝144与第二装配槽131连通，从而在组装时，可以利用相垂直交叉的第一条带12或第二条带13插设于狭缝144中限位。

进一步的，该独立弹簧14的安装部的厚度小于第一条带12、第二条带13的厚度；并且，第一条带12和第二条带13装配后，安装部在第一条带12和第二条带13的长度方向被压制，使得独立弹簧14在偏离第一条带12、第二条带13表面的运动最小，保证了保持格栅在拉入燃料棒时独立弹簧14不发生过大的扭转，避免了燃料棒表面的刮伤。

如图7、8所示，该第一条带12和第二条带13上均设有刚凸124,134；刚凸124,134与独立弹簧14的弹簧部141相背设置；第一条带12和第二条带13的端部还可以设有搅混装置，以增强搅混效果。该刚凸124,134可以为椭圆形封闭刚凸124,134，近似椭圆形的长轴大致指向搅混装置一侧，刚凸124,134凸出所在条带壁的方向与所在条带上搅混装置的折弯方向相同，其与燃料棒轴向呈一角度，该角度在15o-75 o之间。与现有技术采用的水平刚凸124,134相比，此种具有流线型封闭刚凸124,134的形状和布置使得刚凸124,134所在栅元11内冷却剂偏向搅混装置方向流动，增加了搅混装置对冷却剂的搅混，有利于提高定位格架的临界热流密度，提高了反应堆运行的热工裕量。

进一步的，独立弹簧条14与第一条带12、第二条带13可以采用不同的材料，如第一条带12、第二条带13采用锆合金，而独立弹簧条14可采用因科镍。独立弹簧条14采用因科镍合金以后可以使得辐照松弛小、夹持力更加稳定。

组装时，独立弹簧14设置在第一条带12或第二条带13上，使得弹簧部141与刚凸124,134分别位于条带的两侧。第一条带12的第一装配槽121与第二条带13的第二装配槽131匹配插接，并且，插入到独立弹簧14对应的狭缝144中；同时，独立弹簧14在相交的第一条带12和第二条带13的交叉轴线上的第一安装部142、第二安装部143，分别被限位，进而一根独立弹簧14可以固定卡设在连续的四个栅元11中，实现定位组装。

在组装后，每一栅元11的每一侧壁至少有一个弹簧部141或者刚凸124,134，进而夹持插入的燃料棒。

可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (12)

1.一种独立弹簧，可用于核燃料组件的保持格栅；其特征在于，该独立弹簧包括至少两个大致位于同一平面设置的安装部，以及连接设置在相邻的安装部之间的弹簧部（141）；所述弹簧部（141）自所述安装部所在的平面向外突出。

2.根据权利要求1所述的独立弹簧，其特征在于，所述安装部包括至少两个位于同一高度、平板状的第一安装部（142），以及设置在所述第一安装部（142）之间、在高度方向与所述第一安装部（142）错开的第二安装部（143）。

3.根据权利要求1所述的独立弹簧，其特征在于，所述安装部包括至少三个位于同一高度、平板状的第一安装部（142），以及设置在所述第一安装部（142）之间、在高度方向与所述第一安装部（142）错开的至少两个第二安装部（143）。

4.根据权利要求2或3所述的独立弹簧，其特征在于，所述第二安装部（143）为具有平直表面的凸起；

在所述第二安装部（143）的竖直方向上开设有贯穿至所述第二安装部（143）一边的狭缝（144）。

5.根据权利要求4所述的独立弹簧，其特征在于，所述弹簧部（141）在其宽度方向的中线与所述狭缝（144）的中线成一角度，所述角度在15-75度之间。

6.一种可用于核燃料组件的保持格栅，其特征在于，包括相互交叉设置形成多个栅元（11）的多个第一条带（12）和第二条带（13）、以及权利要求1-5中任一项所述的独立弹簧（14）；

所述第一条带（12）开设有贯穿至其边缘的第一装配槽（121）；对应的，所述第二条带（13）开设有贯穿至其边缘的第二装配槽（131）；所述第一装配槽（121）、第二装配槽（131）相配合以将所述第一条带（12）和第二条带（13）交叉插接形成多个所述栅元（11）；

所述第一条带（12）和第二条带（13）上还设有凹槽，以供所述独立弹簧（14）的安装部设置于其中，并使得每一所述栅元（11）中至少有一所述独立弹簧（14）的弹簧部（141）。

7.根据权利要求6所述的保持格栅，其特征在于，所述凹槽包括在同一高度设置的第一凹槽（122，132）、以及在高度方向上与所述第一凹槽（122，132）错开的第二凹槽（123，133）；

所述独立弹簧（14）的第一安装部（142）设置在所述第一凹槽（122，132）中；所述独立弹簧（14）的第二安装部（143）设置在所述第二凹槽（123，133）中。

8.根据权利要求7所述的保持格栅，其特征在于，所述第一条带（12）的第二凹槽（123，133）与所述第一条带（12）的第一装配槽（121）相连通，设置在所述第二凹槽（123，133）中的所述独立弹簧（14）的狭缝（144）与所述第一装配槽（121）连通；

所述第二条带（13）的第二凹槽（123，133）与所述第二条带（13）的第二装配槽（131）相连通，设置在所述第二凹槽（123，133）中的所述独立弹簧（14）的狭缝（144）与所述第二装配槽（131）连通。

9.根据权利要求6-9任一项所述的保持格栅，其特征在于，所述独立弹簧（14）的安装部的厚度小于所述第一条带（12）、第二条带（13）的厚度；并且，所述第一条带（12）和第二条带（13）装配后，所述安装部在所述第一条带（12）和第二条带（13）的长度方向被压制。

10.根据权利要求6-9任一项所述的保持格栅，其特征在于，所述第一条带（12）和第二条带（13）上均设有刚凸（124，134）；所述刚凸（124，134）与所述独立弹簧（14）的弹簧部（141）相背设置；

所述第一条带（12）和第二条带（13）的端部均设有搅混装置。

11.根据权利要求6-9任一项所述的保持格栅，其特征在于，所述第一条带（12）和/或第二条带（13）采用锆合金制成，而所述独立弹簧条（14）采用因科镍制成。

12.一种核燃料组件，包括燃料棒，其特征在于，还包括至少一个权利要求6-11中任一项所述的保持格栅，所述燃料棒插设在所述保持格栅的栅元（11）中，并由所述保持格栅的独立弹簧（14）配合限位。