CN109830308A - 带有分段式燃料棒的燃料组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带有分段式燃料棒的燃料组件，燃料组件包括分段式燃料棒及若干定位格架。分段式燃料棒包括依次连接的若干燃料段，燃料段包括包壳、芯块、第一连接头、第二连接头。包壳呈管状，芯块设置在包壳内，第一连接头、第二连接头分别安装在包壳的两端，以分别和轴向两端相邻的燃料段连接。轴向相邻的两段燃料段的连接位置形成结合区段。定位格架上设有供分段式燃料棒穿设的夹持孔，若干定位格架沿分段式燃料棒轴向分布，各定位格架的夹持孔分别套设在各结合区段对分段式燃料棒定位，让定位格架夹持结合区段，在燃料棒受到冲击、晃动时，让结合区段与定位格架摩擦碰撞，不会对包壳磨损，消除燃料棒磨蚀失效风险。

Description

带有分段式燃料棒的燃料组件

技术领域

本发明涉及核电领域，更具体地说，涉及一种带有分段式燃料棒的燃料组件。

背景技术

传统的燃料组件由刚性骨架和燃料棒组成，刚性骨架包括搅混格架、上管座、下管座和导向管。搅混格架由规则排列的用于容纳和夹持燃料棒的栅元组成。

导向管比燃料棒长，其从燃料棒束的端部伸出来，并固定在上管座和下管座上。下管座位于燃料组件的下部，下管座具有一些支撑腿和一个匹配板，有一些用来固定导向管的孔道和冷却剂流道穿透该匹配板。燃料组件的另一端，即燃料组件上端的上管座，包括一个横向的匹配板，有一些容纳和固定导向管的孔道和流水孔贯穿该配板。其中燃料棒在刚性骨架中平行排列并被均匀分隔，且每根燃料棒的包壳均为一体成型。

根据最新的大型商用压水堆燃料组件失效统计数据，现有大型商用压水堆，格架-燃料棒磨蚀失效成为最主要的燃料失效原因，在所有的失效燃料组件中占比达到40％以上。格架-燃料棒磨蚀失效主要是由于定位格架对燃料棒的夹持不充分，同时反应堆堆芯内有较强的横向流，导致燃料棒发生强烈振动，此时容易发生格架-燃料棒磨蚀失效。

现有技术的燃料棒在定位格架夹持部位容易造成磨蚀失效，影响反应堆的运行安全。

作为事故容错燃料(ATF)的主要包壳技术路线之一，SiC复合材料目前在制备上存在的主要难点就是无法实现较长长度的管的制备，因此很难应用于现有技术所述的燃料组件技术中；

现有技术的燃料棒的包壳如果发生局部某个地方的破损，就会将整个燃料棒内贮存的裂变气体释放进入反应堆主回路，影响核电站安全性；

在现有技术中，如果燃料组件在反应堆内运行时发生了破损，那么可以对其进行修复，可以将破损的燃料棒替换为全新的燃料棒或者不锈钢棒；如此修复后，发生破损的整个燃料棒随即报废，会造成较多高价值可裂变材料的浪费。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种带有分段式燃料棒的燃料组件。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种带有分段式燃料棒的燃料组件，所述燃料组件包括分段式燃料棒及若干定位格架；

所述分段式燃料棒包括依次连接的若干燃料段，每一所述燃料段包括包壳、芯块、第一连接头、第二连接头；

所述包壳呈管状，所述芯块设置在所述包壳内，所述第一连接头、第二连接头分别安装在所述包壳的两端，以分别和轴向两端相邻的所述燃料段的第二连接头和第一连接头固定连接；

轴向相邻的两段所述燃料段的连接位置形成结合区段；

所述定位格架上设有供所述分段式燃料棒穿设的夹持孔，所述若干定位格架沿所述分段式燃料棒轴向分布，轴向分布的各所述定位格架的夹持孔分别套设在各所述结合区段对所述分段式燃料棒定位。

优选地，所述分段式燃料棒轴向相邻的两所述燃料段的第一连接头、第二连接头连接形成柱状实心的所述结合区段。

优选地，轴向两相邻的所述燃料段的所述第一连接头、第二连接头螺纹连接；

所述第一连接头的端面设有螺纹孔，所述第二连接头的端面上设有与所述第一连接头上的螺纹孔匹配的螺柱。

优选地，轴向两相邻的所述燃料段的所述第一连接头、第二连接头或焊接或卡合连接。

优选地，所述燃料段还包括设置在所述包壳内的弹性件，所述芯块和弹性件在所述包壳内沿轴向分布，所述弹性件与所述芯块相抵。

优选地，所述弹性件为气腔弹簧。

优选地，每一所述燃料段包括多个芯块，且各所述芯块沿所述包壳的轴向排布。

优选地，所述分段式燃料棒的上下两端分别设有上端塞、下端塞。

优选地，所述包壳的材质为SiC复合材料。

优选地，所述夹持孔套设在轴向连接的两段所述燃料段的结合区段区间内。

优选地，所述结合区段的轴向长度大于所述定位孔对所述结合区段夹持的轴向长度。

实施本发明的带有分段式燃料棒的燃料组件，具有以下有益效果：通过分段式燃料棒，使轴向相邻的两段燃料段的连接位置实体化，让定位格架夹持实体化的结合区段，在燃料棒受到冲击、晃动时，让结合区段与定位格架之间摩擦碰撞，不会对包壳磨损，从而消除格架对燃料棒磨蚀失效风险。

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是本发明实施例中燃料组件的分段式燃料棒和定位隔架组装后的结构示意图；

图2是图1中分段式燃料棒的燃料段的结构示意图。

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2所示，本发明一个优选实施例中的带有分段式燃料棒1的燃料组件包括分段式燃料棒1及若干定位格架2，燃料组件通常包括并排设置的多根分段式燃料棒1。

分段式燃料棒1包括依次连接的若干燃料段11，每一燃料段11包括包壳111、芯块112、第一连接头113、第二连接头114。

包壳111呈管状，芯块112设置在包壳111内，第一连接头113、第二连接头114分别安装在包壳111的两端，以分别和轴向两端相邻的燃料段11的第二连接头114和第一连接头113固定连接，轴向相邻的两段燃料段11的连接位置形成结合区段A。

定位格架2上设有供分段式燃料棒1穿设的夹持孔21，若干定位格架2沿分段式燃料棒1轴向分布，轴向分布的各定位格架2的夹持孔21分别套设在各结合区段A对分段式燃料棒1定位。

根据燃料组件的各定位格架2的轴向位置，设置燃料段11的长度，在燃料段11组装成为燃料棒后，应使燃料段11的实体结合区段A正好位于定位格架2的夹持位置。

通过分段式燃料棒1，轴向相邻的两段燃料段11的连接位置形成结合区段A，让定位格架2夹持结合区段A，不会对包壳111磨损，从而消除格架对燃料棒磨蚀失效风险。

轴向相邻的两燃料段11的第一连接头113、第二连接头114连接形成柱状实心的结合区段A，便于各燃料段11沿轴向依次连接，避免出错。轴向相邻的两段燃料段11的连接位置可以实体化，让定位格架2夹持实体化的结合区段A，提升强度，避免磨损失效。

本实施例中，包壳111的材质为SiC复合材料。通过多段组装式燃料棒，可将SiC复合材料等无法制成较长包壳111管的材料制备成较短的包壳111管，然后再组装成较长长度的燃料棒，克服先进包壳111材料长管制备难点。

分段式燃料棒1轴向两相邻的燃料段11的第一连接头113、第二连接头114螺接，第一连接头113的端面设有螺纹孔，第二连接头114的端面上设有与第一连接头113上的螺纹孔匹配的螺柱，一燃料段的第一连接头113的螺纹孔与轴向相邻的第二连接头114的螺柱螺接配合，实现连接。在其他实施例中，轴向两相邻的燃料段11的第一连接头113、第二连接头114也可采用焊接或卡合连接的方式。

夹持孔21套设在轴向连接的两段燃料段11的结合区段A区间内，在燃料棒受到冲击、晃动时，让结合区段A与定位格架2之间摩擦碰撞，避免包壳111与定位格架2碰撞。

优选地，结合区段A的轴向长度大于定位孔对结合区段A夹持的轴向长度。在考虑了燃料棒辐照生长、燃料棒热膨胀以及燃料棒在燃料组件的轴向滑移后，定位格架2对燃料棒的夹持区域都保持在结合区段A范围内。实体结合区段A全部由制作端塞材料所构成，因此不存在实体结合区段A与定位格架2的磨蚀失效风险。

多段组装式燃料棒，如果发生燃料棒破损，仅仅是发生破损的那段燃料段11的裂变气体释放进入主回路，而燃料段11所贮存的裂变气体的量与现有技术相比是显著减少的。因此，即使发生了局部破损，仅仅有少量的裂变气体可能进入主回路，反应堆的安全性得到了提高。

多段组装式燃料棒，如果其发生破损，可仅仅将发生破损的燃料段11进行修复或替换，而其他完整的燃料棒段可继续使用，从而大大减少可裂变材料的浪费。

在一些实施例中，每一燃料段11包括多个芯块112，且各芯块112沿包壳111的轴向排布。

燃料段11还包括设置在包壳111内的弹性件115，芯块112和弹性件115在包壳111内沿轴向分布，弹性件115与芯块112相抵，将芯块112在包壳111内抵压定位。优选地，弹性件115为气腔弹簧，提升缓冲性能，减少芯块112的晃动。

在一些实施例中，分段式燃料棒1的上下两端分别设有上端塞3、下端塞4，便于燃料组件的制造、修复等操作。

本发明的优点：

通过本发明的多段组装式燃料棒，使定位格架2夹持部位实体化，从而消除格架-燃料棒磨蚀失效风险；

通过本发明的多段组装式燃料棒，可将SiC复合材料等无法支撑较长包壳111管的材料制备成较短的包壳111管，然后通过本发明再组装成较长长度的燃料棒；

通过本发明，在燃料棒发生局部破损后，仅有少量裂变产物释放进入反应堆回路；

通过本发明，如果燃料棒发生破损，可仅仅将发生破损的燃料棒段进行修复或替换，而其他完整的燃料棒段可继续使用，从而大大减少可裂变材料的浪费。

可以理解地，上述各技术特征可以任意组合使用而不受限制。

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 (10)

1.一种带有分段式燃料棒的燃料组件，其特征在于，所述燃料组件包括分段式燃料棒（1）及若干定位格架（2）；

所述分段式燃料棒（1）包括依次连接的若干燃料段（11），每一所述燃料段（11）包括包壳（111）、芯块（112）、第一连接头（113）、第二连接头（114）；

所述包壳（111）呈管状，所述芯块（112）设置在所述包壳（111）内，所述第一连接头（113）、第二连接头（114）分别安装在所述包壳（111）的两端，以分别和轴向两端相邻的所述燃料段（11）的第二连接头（114）和第一连接头（113）固定连接；

轴向相邻的两段所述燃料段（11）的连接位置形成结合区段（A）；

所述定位格架（2）上设有供所述分段式燃料棒（1）穿设的夹持孔（21），所述若干定位格架（2）沿所述分段式燃料棒（1）轴向分布，轴向分布的各所述定位格架（2）的夹持孔（21）分别套设在各所述结合区段（A）对所述分段式燃料棒（1）定位。

2.根据权利要求1所述的带有分段式燃料棒的燃料组件，其特征在于，所述分段式燃料棒（1）轴向相邻的两所述燃料段（11）的第一连接头（113）、第二连接头（114）连接形成柱状实心的所述结合区段（A）。

3.根据权利要求2所述的带有分段式燃料棒的燃料组件，其特征在于，轴向两相邻的所述燃料段（11）的所述第一连接头（113）、第二连接头（114）螺纹连接；

所述第一连接头（113）的端面设有螺纹孔，所述第二连接头（114）的端面上设有与所述第一连接头（113）上的螺纹孔匹配的螺柱。

4.根据权利要求2所述的带有分段式燃料棒的燃料组件，其特征在于，轴向两相邻的所述燃料段（11）的所述第一连接头（113）、第二连接头（114）焊接或卡合连接。

5.根据权利要求1所述的带有分段式燃料棒的燃料组件，其特征在于，所述燃料段（11）还包括设置在所述包壳（111）内的弹性件（115），所述芯块（112）和弹性件（115）在所述包壳（111）内沿轴向分布，所述弹性件（115）与所述芯块（112）相抵。

6.根据权利要求5所述的带有分段式燃料棒的燃料组件，其特征在于，所述弹性件（115）为气腔弹簧。

7.根据权利要求1所述的带有分段式燃料棒的燃料组件，其特征在于，每一所述燃料段（11）包括多个芯块（112），且各所述芯块（112）沿所述包壳（111）的轴向排布。

8.根据权利要求1所述的带有分段式燃料棒的燃料组件，其特征在于，所述分段式燃料棒（1）的上下两端分别设有上端塞（3）、下端塞（4）。

9.根据权利要求1至8任一项所述的带有分段式燃料棒的燃料组件，其特征在于，所述夹持孔（21）套设在轴向连接的两段所述燃料段（11）的结合区段（A）区间内。

10.根据权利要求9所述的带有分段式燃料棒的燃料组件，其特征在于，所述结合区段（A）的轴向长度大于所述定位孔对所述结合区段（A）夹持的轴向长度。