CN107980163B - 定位格架及燃料组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种定位格架及燃料组件，定位格架包括两个格栅单元以及夹持单元；两个所述格栅单元上下相对设置，所述夹持单元插接在两个所述格栅单元之间，并可相对所述格栅单元上下移动。本发明的定位格架，在燃料组件中可降低导向管应力，降低组件生长，保证燃料组件的横向刚度，防止正常运行时燃料组件弯曲以及控制棒下插困难，提高定位格架强度与事故工况下冷却剂流通通道的稳定性。

Description

定位格架及燃料组件

技术领域

本发明涉及核反应堆技术领域，尤其涉及一种定位格架及燃料组件。

背景技术

燃料组件中，燃料棒依靠定位格架中的弹性部件夹持在骨架中。传统的定位格架通常由两个正交方向的条带交叉插入形成蛋篓式结构，蛋篓的每个栅元内具有弹性夹持部件。这些弹性夹持部件通常在条带本身上冲压成形，也有的通过焊接等其它方式固定在条带上。传统定位格架的特点是：栅元内的弹性夹持部件与条带之间无相对移动。

骨架是由定位格架与控制棒导向管连接形成。定位格架与控制棒导向管的连接主要有两大类：1)固定式连接，定位格架焊接或胀接在控制棒导向管上，定位格架与导向管之间不可相对滑动；2)浮动式连接，定位格架套在导向管上，定位格架两侧在导向管上固定有轴向限位装置，定位格架可在轴向限位装置范围内沿导向管轴向滑动。

然而，对于固定式连接的定位格架和导向管，寿期初导向管受到较大的拉应力，加快组件生长，同时燃料棒生长受到定位格架约束可能使燃料棒直线度降低。对于浮动式连接的定位格架和导向管，燃料组件的横向刚度低，在正常运行工况下容易发生燃料组件弯曲，在地震等事故工况定位格架受到较大的撞击力，威胁燃料棒的冷却。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种提高燃料组件经济性、可靠性和安全性的定位格架及使用该定位格架的燃料组件。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种定位格架，包括两个格栅单元以及夹持单元；两个所述格栅单元上下相对设置，所述夹持单元插接在两个所述格栅单元之间，并可相对所述格栅单元上下移动。

优选地，所述格栅单元包括多个平行间隔的第一条带和多个平行间隔的第二条带，所述第一条带和第二条带相互交叉形成网络状的所述格栅单元；

所述夹持单元包括数个环形的夹持子单元，数个所述夹持子单元分别容置在所述格栅单元的栅元内。

优选地，所述第一条带上设有数个沿其长度方向间隔分布的第一插槽、以及设置在所述第一插槽两侧的第一夹持槽，所述第一插槽和第一夹持槽位于所述第一条带的同一侧，且两者的开口朝向一致；

所述第二条带上设有沿其长度方向间隔分布的第二插槽、以及设置在所述第二插槽两侧的第二夹持槽；所述第二插槽和第二夹持槽位于所述第二条带的相对两侧，且两者的开口朝向相反；

所述第一插槽以其开口与所述第二插槽的开口相向配合插接；所述第一夹持槽和第二夹持槽分别夹持所述夹持子单元。

优选地，所述第一条带上设有多个间隔的凸出的第一搅混翼；所述第一搅混翼在横向上倾斜弯折伸入所述格栅单元的栅元内；

所述第二条带上设有多个间隔的凸出的第二搅混翼；所述第二搅混翼在横向上倾斜弯折伸入所述格栅单元的栅元内。

优选地，数个所述夹持子单元在同一平面上相交叉拼接形成一体化的所述夹持单元。

优选地，每一个所述夹持子单元的侧壁均开设有开口朝向一侧的拼接槽，相邻的所述夹持子单元上下颠倒以所述拼接槽开口相向插接配合。

优选地，每一个所述夹持子单元与至少两个所述夹持子单元相交叉拼接。

优选地，所述定位格架还包括设置在两个所述格栅单元外围的外框。

优选地，所述定位格架还包括用于固定导向管、设置在所述格栅单元上的连接结构。

优选地，所述连接结构包括相背凸出设置在上下两个所述格栅单元上的焊舌。

优选地，所述连接结构包括固定穿设在上下两个所述格栅单元的栅元内的连接管。

本发明还提供一种燃料组件，包括以上任一项所述的定位格架。

本发明的有益效果：格栅单元上下分层设置，夹持单元以浮动式设置在两者之间，在燃料组件中可降低导向管应力，降低组件生长，保证燃料组件的横向刚度，防止正常运行时燃料组件弯曲以及控制棒下插困难，提高定位格架强度、提高事故工况下定位格架撞击力裕量与事故工况下冷却剂流通通道的稳定性，保证控制棒导向管不会过度变形阻止控制棒下插影响停堆，保证定位格架无过大变形导致燃料棒间流通面积减小。

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是本发明一实施例的定位格架的结构示意图；

图2是本发明一实施例的定位格架的俯视结构示意图；

图3是本发明一实施例的定位格架中格栅单元和夹持单元的配合结构示意图；

图4是图3中格栅单元的结构示意图；

图5、图6分别是图4所示格栅单元中第一条带和第二条带的结构示意图；

图7是图3两个格栅单元上下对称设置的结构示意图；

图8是图3中夹持单元的结构示意图；

图9是图8中夹持子单元的结构示意图。

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1-图3所示，本发明一实施例的定位格架，包括两个格栅单元10以及夹持单元20。两个格栅单元10上下相对设置，分为上下两层；夹持单元20插接在两个格栅单元10之间，并可相对格栅单元10上下移动，在格栅单元10之间形成浮动式连接，在燃料组件中可降低导向管应力，防止燃料棒弯曲，降低组件生长。

如图3、图4所示，每一个格栅单元10可包括多个平行间隔的第一条带11和多个平行间隔的第二条带12，第一条带11和第二条带12相互交叉(如相垂直交叉)形成网络状的格栅单元10。格栅单元10中形成的数个栅元100可为正方形阵列或六边形阵列等，分别用于燃料棒、导向管等穿设，夹持单元20主要在栅元100中对燃料棒进行夹持固定。如图5所示，第一条带11上可设有数个沿其长度方向间隔分布的第一插槽111、以及设置在第一插槽111两侧的第一夹持槽112；第一插槽111用于与第二条带12配合插接，第一夹持槽112用于与夹持单元20配合插接。第一插槽111和第一夹持槽112位于第一条带11的同一侧，且两者的开口朝向一致。

如图6所示，第二条带12上设有沿其长度方向间隔分布的第二插槽121、以及设置在第二插槽121两侧的第二夹持槽122；第二插槽121用于与第一条带11配合插接，第二夹持槽122用于与夹持单元20配合插接第二插槽121和第二夹持槽122位于第二条带12的相对两侧，且两者的开口朝向相反。

第一条带11和第二条带12相互交叉时，第一插槽111以其开口与第二插槽121的开口相向配合插接；插接后在交叉处(如图5、6中所示的月牙形焊点区)进行焊接，从而将第一条带11和第二条带12固定在一起。在一个格栅单元10中，第一夹持槽112和第二夹持槽122的开口朝向相同，以供夹持单元20的插接。格栅单元10的栅元的四壁(除去最外周的栅元)分别由第一条带11和第二条带12形成，每一壁面可具有两个夹持槽以配合夹持单元20，一个壁面的两个夹持槽均为第一夹持槽112或均为第二夹持槽122。

第一条带11和第二条带12采用锆合金制成，两者的宽度一致。在相交叉形成的格栅单元10的宽度与第一条带11、第二条带12的宽度一致。

在定位格架中，两个格栅单元10上下对称设置，上下对应的栅元100相连通，如图7所示。当两个格栅单元10上下对称放置时，上方的格栅单元10的第一夹持槽112和第二夹持槽122的开口朝下，下方的格栅单元10的第一夹持槽112和第二夹持槽122的开口朝下，分别夹持在夹持单元20的上下两侧。并且，夹持单元20可沿着第一夹持槽112和第二夹持槽122在其范围内上下移动，如图3所示。

另外，在格栅单元10中，第一条带11上还可设有多个间隔的凸出的第一搅混翼(未图示)；第一搅混翼在横向上倾斜弯折伸入格栅单元10的栅元100内；第二条带12上还可设有多个间隔的凸出的第二搅混翼(未图示)；第二搅混翼在横向上倾斜弯折伸入格栅单元10的栅元100内。搅混翼的设置，提高冷却剂搅混效率，提高燃料临界热流密度。由于第一条带11和第二条带12上不存在干涉部件，因此可设置投影面积更大的搅混翼等搅混结构，提高燃料临界热流密度，提高反应堆热工裕量，提高安全性与经济性。

本发明中，夹持单元20独立于格栅单元10制成，无需在格栅单元10的条带上冲压成型，大大减少条带类型，简化制造。此外，可降低定位格架的高度，从而降低阻力。夹持单元20相较于传统的夹持部件具有更大的流通面积，使得定位格架阻力降低。

夹持单元20在栅元100内分别用于夹固燃料棒和控制棒。

如图3、图8所示，夹持单元20包括数个环形的夹持子单元21，数个夹持子单元21分别容置在格栅单元10的栅元内，第一夹持槽112和第二夹持槽122分别插接夹持子单元21以将其夹持定位。夹持子单元21用于夹持燃料棒或控制棒的内圈的直径与燃料棒或控制棒的外径相当或略小于燃料棒或控制棒的外径，以达到弹性夹持固定燃料棒或控制棒的目的。

位于上方的格栅单元10的第一夹持槽112和第二夹持槽122分别插接在夹持子单元21侧壁的上端，位于下方的格栅单元10的第一夹持槽112和第二夹持槽122分别插接在夹持子单元21侧壁的下端，如图3所示。

夹持子单元21可通过锆合金管材冲压形成，也可通过锆合金带材卷曲形成，其横向截面形状可为四边形、八边形、三角形等形状。夹持子单元21也可使用与格栅单元10不同材料如低蠕变率的镍基合金等其它材料来满足特定功能要求，保证全寿期内燃料棒都能够得到有效夹持，降低燃料棒微动磨蚀破损风险。

如图8所示，本实施例中，数个夹持子单元21在同一平面上相交叉拼接形成一体化的夹持单元20。

每一个夹持子单元21的侧壁均开设有开口朝向一侧的拼接槽211，相邻的夹持子单元21上下颠倒以拼接槽211开口相向插接配合。

每一个夹持子单元21与至少两个夹持子单元21相交叉拼接。如图2、8所示，夹持单元20外圈的夹持子单元21与相邻的两个或者三个夹持子单元21相交叉拼接，位于内圈的夹持子单元21每一侧均与一个夹持子单元21相交叉拼接，即与四个夹持子单元21相交叉拼接，依此依次相交叉拼接形成一体化的夹持单元20，可呈中国节式结构。夹持子单元21在相交叉拼接后，在交叉点上实施焊接，形成固定结构。

夹持单元20也可通过增材制造技术整体加工形成。

其中，如图2、3所示，由于夹持子单元21相交叉拼接，格栅单元10以其第一夹持槽112和第二夹持槽122插接到夹持子单元21上时，主要插接到夹持子单元21的交叉处，使得每一个第一夹持槽112和每一个第二夹持槽122可插接到相邻的两个夹持子单元21侧壁上。夹持单元20和格栅单元10的配合方式，可为定位格架栅元角部提供了额外支撑，提高定位格架冲击强度。

进一步地，又如图1、2所示，本发明的定位格架还包括设置在两个格栅单元10外围的外框30。外框30与格栅单元10的外周和夹持单元20的外周焊接固定，将格栅单元10及夹持单元20围闭在其内圈。外框30上可设有槽孔，分别供第一条带11和第二条带12的侧边配合进行焊接。

外框30可由多个围板相接围成的框体，也可由一个围板经多次弯折形成的框体。

本发明的定位格架还包括用于固定导向管、间隔设置在格栅单元10上的连接结构。通过连接结构与导向管焊接连接，保证了燃料组件的横向刚度，使得燃料组件在正常运行情况下可提高抗弯曲性能，在事故工况下提高定位格架撞击力裕量。

如图1、3所示，本实施例中，连接结构包括相背凸出设置在上下两个格栅单元10上的焊舌40。优选地，焊舌40设有四片，分别位于相邻的两个第一条带11和相邻的两个第二条带12上，相围接在格栅单元10的一个栅元100上，用于导向管的焊接固定。

在其他实施例中，连接结构也可包括固定穿设在上下两个格栅单元10的栅元100内的连接管，供导向管穿接固定。

本发明的燃料组件，包括上述的定位格架。

燃料组件还包括相对设置的上管座和下管座、数个导向管、控制棒以及数个燃料棒组。数个定位格架沿燃料组件轴向间隔设置在上管座和下管座之间，导向管穿过定位格架并安装在上管座和下管座之间，控制棒、燃料棒夹持于定位格架的栅元100之中。其中，导向管穿进定位格架时，依次穿过上方的格栅单元10、夹持单元20和下方的格栅单元10，并且与格栅单元10上的连接结构焊接固定，以保证燃料组件的横向刚度，使得燃料组件在正常运行情况下可提高抗弯曲性能，在事故工况下提高定位格架撞击力裕量。夹持单元20与格栅单元10的非固定连接方式，降低导向管应力，防止燃料棒弯曲，降低组件生长。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种定位格架，其特征在于，包括两个格栅单元（10）以及夹持单元（20）；两个所述格栅单元（10）上下相对设置，所述夹持单元（20）插接在两个所述格栅单元（10）之间，并可相对所述格栅单元（10）上下移动，在所述格栅单元（10）之间形成浮动式连接；

所述格栅单元（10）包括多个平行间隔的第一条带（11）和多个平行间隔的第二条带（12），所述第一条带（11）和第二条带（12）相互交叉形成网络状的所述格栅单元（10）；

所述夹持单元（20）包括数个环形的夹持子单元（21），数个所述夹持子单元（21）分别容置在所述格栅单元（10）的栅元（100）内，分别用于夹固燃料棒和控制棒；数个所述夹持子单元（21）在同一平面上相交叉拼接形成一体化的所述夹持单元（20）；每一个所述夹持子单元（21）的侧壁均开设有开口朝向一侧的拼接槽（211），相邻的所述夹持子单元（21）上下颠倒并以所述拼接槽（211）开口相向插接配合。

2.根据权利要求1所述的定位格架，其特征在于，所述第一条带（11）上设有数个沿其长度方向间隔分布的第一插槽（111）、以及设置在所述第一插槽（111）两侧的第一夹持槽（112），所述第一插槽（111）和第一夹持槽（112）位于所述第一条带（11）的同一侧，且两者的开口朝向一致；

所述第二条带（12）上设有沿其长度方向间隔分布的第二插槽（121）、以及设置在所述第二插槽（121）两侧的第二夹持槽（122）；所述第二插槽（121）和第二夹持槽（122）位于所述第二条带（12）的相对两侧，且两者的开口朝向相反；

所述第一插槽（111）以其开口与所述第二插槽（121）的开口相向配合插接；所述第一夹持槽（112）和第二夹持槽（122）分别夹持所述夹持子单元（21）。

3.根据权利要求2所述的定位格架，其特征在于，所述第一条带（11）上设有多个间隔的凸出的第一搅混翼；所述第一搅混翼在横向上倾斜弯折伸入所述格栅单元（10）的栅元（100）内；

所述第二条带（12）上设有多个间隔的凸出的第二搅混翼；所述第二搅混翼在横向上倾斜弯折伸入所述格栅单元（10）的栅元（100）内。

4.根据权利要求1所述的定位格架，其特征在于，每一个所述夹持子单元（21）与至少两个所述夹持子单元（21）相交叉拼接。

5.根据权利要求1-4任一项所述的定位格架，其特征在于，所述定位格架还包括设置在两个所述格栅单元（10）外围的外框（30）。

6.根据权利要求1-4任一项所述的定位格架，其特征在于，所述定位格架还包括用于固定导向管、设置在所述格栅单元（10）上的连接结构。

7.根据权利要求6所述的定位格架，其特征在于，所述连接结构包括相背凸出设置在上下两个所述格栅单元（10）上的焊舌（40）。

8.根据权利要求6所述的定位格架，其特征在于，所述连接结构包括固定穿设在上下两个所述格栅单元（10）的栅元内的连接管。

9.一种燃料组件，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的定位格架。

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