CN109074878B - 反应堆燃料组件 - Google Patents

Abstract

本发明属于核动力领域，即反应堆燃料组件结构，并以确保冷却剂有效地混合来改善燃料元件排热为方针。反应堆燃料组件包括上下尾端、导向管、位于三角网格接头的燃料元件和至少一个由相不卸开栅组成的混合格架。每个栅元都以定型管形式制成，其纵轴线与燃料元件的纵轴线重合并具有六角形截面，六角形面都由一个中间段和两个边段组成。上尾端栅元端面的边段有沿着栅元纵轴线单一变化的挠度。栅元邻面的靠近六边形公共顶点的边段挠度具有相对于栅元中心的反方向。相邻栅元的相接面的挠度方向是对各自栅元中心相反的。格架栅元之间无有间隙。

Description

反应堆燃料组件

本发明属于核动力领域，即反应堆燃料组件结构，并以确保冷却剂有效的交混以改善燃料元件排热与提高核电站反应堆燃料组件使用时的临界热流密度为方针。

增加水-水型动力反应堆发电量与核电站燃料利用率的行业任务需要引进改进型燃料循环。增加核电站运行中的动力机组发电量的最简单和最小的方法是其装机功率的提高和燃料柱工作持续时间的延长，这可正在水-水型动力反应堆动力机组上进行实施。这些任务的实施伴随着燃料组件使用的苛刻条件。(功率增加、功率密度非均匀度提高、使用持续时间延长)。这一时刻，确保可靠安全使用的要求更为严格。

沿反应堆燃料组件截面的能量释放具有显著的不均匀性。这导致冷却剂参数的不平衡分布，并因此造成燃料元件之间子通道中的偏离泡核沸腾比降低。为使冷却剂参数沿着燃料组件截面变均衡，以及为进行冷却剂流量紊流化来改善热交换过程而起见，使用冷却剂交混装置。

有一个反应堆燃料组件，其包括装在沿定位隔架组装长度布置的子通道中的六角形燃料元件束。燃料组件的头部和尾部是由一些导向管连接的，其中有带吸中子层的杆件移动。(见克拉梅罗夫阿.亚.反应堆设计问题。俄联邦部长会议原子能利用委员会出版社，1971，204页，7.1.11б图)。

该装置的缺点是因为其刚性不足而导致使用时结构变形，因此，本燃料组件结构不可能在反应堆设备增高负荷工况下使用-额定功率的107-110％之内。

技术实质和可达到结果上，与所提出的技术方案最类似物是正六边形纵截面的反应堆燃料组件，它包括上下尾端、导向管、位于三角网格接头的燃料元件和至少一个由相不卸开栅元组成的格架。该格架栅元以多面管形式制成，其纵轴与燃料元件纵轴重合。栅元六个非邻面是斜面，这是由于其面宽沿着栅元轴线的改变。斜面之间设有平行于燃料组件轴线的若干面，栅元就以其相接(见2273062号俄罗斯发明特许证，发表于2006年3月27日，9号通报)-首版。

因为不可能保证核燃料的安全利用，包括因为冷却剂绕着燃料元件一部分旋转而形成的蒸气膜，其工作性能恶化，本燃料组件结构就不可以在反应堆设备增高负荷工况下使用-额定功率的107-110％之内。

所提出的装置要解决的一个技术问题是燃料组件可靠性，反应堆安全性及交混特性提高。

使用所提出的装置时可达到的技术结果是由于燃料组件中的热工水力栅元之间的质量交换通过冷却剂流量在无扭总力矩情况下偏移而进行的确保，冷却剂参数就得以相等，而反应堆心偏离泡核沸腾比提高。

所述的技术结果达到途径：包括上下尾端、导向管、位于三角网格接头的燃料元件和至少一个由相不卸开栅元组成的格架的上述正六边形纵截面的反应堆燃料组件。格架栅元以多面管形式制成，其纵轴与燃料元件纵轴重合。栅元六个非邻面是斜面，这是由于其面宽沿着栅元轴线的改变。斜面之间设有平行于燃料组件轴线的若干面，栅元就以其相接。根据发明权申请书，本燃料组件的栅元排成平行于正六边形大对角线之一线的列。一对相对的斜面具有的上端边缘宽度小于下端边缘宽度。横穿这些面的栅元对称轴与前述的对角线形成30度角。其余斜面具有的上端边缘宽度大于下端边缘宽度。此时，每排栅元指向同样的方向，而邻排栅元的对称轴形成60度角。

技术效果还如下达到：栅元斜面的宽度沿着栅元轴线变化，而栅元横截面积则沿着其轴线保持恒定。

具有变化的边缘宽度的栅元斜面的几何形状选择，以及所提出的结构设计中实现的栅格位置提供了栅元和燃料元件之间的倾斜道形成，倾斜道使经过它们的冷却剂流量偏移，以及其与相邻的栅元冷却剂流量同时混合，这可导致温度和含汽率的相应均匀。

由于每排栅元指向同样的方向，而邻排栅元的对称轴形成60度角，管道倾斜则使冷却剂偏移并形成封闭对称回路。结果，各个燃料组件的水动力总扭矩为零。考虑到所提出的栅元横截面积沿其轴线保持恒定的条件实现，冷却剂质量沿闭式回路的移动尽可能有效地得以达到。更为加热的冷却剂质量进入能量释放较少的区域中；反之亦然。这样而来，确保冷却剂堆芯截面不均匀加热的减少，致使其温度和含汽率变均匀，反应堆堆芯偏离泡核沸腾比提高。

图1中示出燃料组件操作原理(片段)：a)-侧视图；б)-俯视图。

图2中示出混合格架(一部分)：а)-等视轴图；б)-俯视图，栅元排列。

图3中示出一个栅元(方案)：а)-正视图；б)-等视轴图。

反应堆燃料组件包括上下尾端、导向管、位于三角网格接头的燃料元件1和至少一个由相不卸开栅元3组成的混合格架2。该格架栅元以多面管4形式制成，其纵轴与燃料元件1纵轴重合。栅元3六个非邻面5是斜面，这是由于其面宽沿着栅元轴线的改变。斜面5之间设有平行于燃料组件轴线的若干面6，栅元3就以其相接。栅元3排成平行于正六边形大对角线8之一线的列7。一对相对的斜面5具有的上端边缘宽度小于下端边缘宽度。横穿这些面的栅元3对称轴9与前述的对角线8形成30度角。其余斜面5具有的上端边缘宽度大于下端边缘宽度。此时，每排7栅元3指向同样的方向，而邻排栅元3的对称轴线9形成60度角。

燃料元件1穿过格架，栅元3里。同时栅元3和燃料元件1之间形成倾斜道10.反应堆燃料组件运行期间中，冷却剂11流入燃料组件中并由于燃料元件1能量释放而被加热。燃料元件1不均匀的截面能量释放造成的冷却剂不均衡加热和冷却剂11含汽率是由于栅元3的几何形状，栅元3和燃料元件1之间形成的倾斜道10使冷却剂11流量偏移，其与相邻的栅元冷却剂流量同时混合，以及温度和含汽率的相应均匀而得以均匀。所选定的栅元3面5倾斜和相应的管道10倾斜使冷却剂11流量偏移并形成封闭对称回路。结果，各个燃料组件的水动力总扭矩为零。这样的流量偏移累积致使冷却剂11沿闭式回路移动。从而，更为加热的冷却剂11质量进入能量释放较少的区域中；反之亦然。这样而来，确保冷却剂11堆芯截面不均匀加热的减少，致使其温度和含汽率变均匀。另外，连在具有均布功率密度场的区域中，偏离泡核沸腾比是由于冷却剂11流量在经过所申请的格架结构时的紊流化引起的热交换加快而得以提高的。

反应堆燃料组件中，上述设计的混合格架对着燃料组件纵轴垂直安装并固定到纵向承力构件上，如导向管。同时，在导向管穿过格架的地方，栅元可以跳过。

本发明是工业应用的，并且可用于制造安全性升级的反应堆燃料组件。安全性增加是由于燃料组件与堆芯中的冷却剂参数的不均匀性减少而得到。

Claims (2)

1.一种反应堆燃料组件，其横截面为正六边形，包括上下尾端、导向管、位于三角形网格节点处的燃料元件和至少一个由相互不可卸开的格架栅元组成的格架的，格架栅元以多面管形式制成，其纵轴与燃料元件纵轴重合，格架栅元六个非邻面是斜面，这是由于其面宽沿着格架栅元轴线改变，斜面之间设有平行于燃料组件轴线的若干面，格架栅元就以若干面相接，该燃料组件以格架栅元排成平行于正六边形大对角线之一线的列，一对相对的斜面具有的上端边缘宽度小于下端边缘宽度，横穿所述若干面的格架栅元对称轴线与前述的对角线形成30度角，其余斜面具有的上端边缘宽度大于下端边缘宽度，此时每排格架栅元指向同样的方向，而邻排格架栅元的对称轴线形成60度角为特点。

2.根据权利要求1所述的燃料组件，其特征在于，格架栅元斜面的宽度沿着格架栅元轴线变化，而格架栅元横截面积则沿着其轴线保持恒定。

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