CN109935348A - 一种设置有外围保护结构的双面冷却环形燃料组件 - Google Patents
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Abstract
本发明属于核燃料组件技术领域，具体涉及一种设置有外围保护结构的双面冷却环形燃料组件，目的在于解决现有棒状燃料组件在使用过程中，容易产生裂变气体释放量增大、包壳腐蚀和吸氢增加、燃料芯块肿胀、燃料元件和组件辐照生长加剧的问题。其特征在于：包括上管座、燃料棒、下管座、导向管、仪表管和绕丝；燃料棒的外围缠绕有绕丝；绕丝共有多根，沿燃料棒的外表面轴向设置；导向管和仪表管的上端与上管座固定连接，下端与下管座固定连接；燃料棒的下端插入下管座，与下管座固定连接；所述的燃料棒采用环形燃料；保护结构设置在燃料棒棒束的外部，与绕丝紧密接触；保护结构的上端与上管座固定连接，下端与下管座固定连接。
Description
技术领域
本发明属于核燃料组件技术领域，具体涉及一种设置有外围保护结构的双面冷却环形燃料组件。
背景技术
核电站反应堆运行过程中，核燃料的性能是影响反应堆安全性和经济性的重要因素。因此国际上一直将燃料元件的研究放在十分突出的地位，通过优化燃料元件设计、采用先进结构材料、改进元件制造工艺等方法，不断提高核燃料元件的各种性能，促使核电向更安全和更经济的方向发展。
全性和经济性是核电发展的基础，几乎所有的核电技术发展都以增加核电安全性和经济性为目标。燃料元件作为核电厂反应堆核心部件，其性能是核电安全性和经济性最主要影响因素之一，因此国际上一直将燃料元件的研究放在十分突出的地位，通过优化燃料元件设计、采用先进结构材料、改进元件制造工艺等方法，不断提高核燃料元件的各种性能，促使核电向更安全和更经济的方向发展。
目前压水堆核电厂普遍采用棒状燃料，可通过加深组件卸料燃耗、延长换料周期，降低电厂运营成本，提高核电经济性。压水堆燃料组件的平均设计燃耗从早期的10～15GWd/tU逐步提高，至今已达到60～70GWd/tU，换料周期也相应地从12个月延长至现在的18或24个月。燃料组件燃耗加深也带来诸如裂变气体释放量增大、包壳腐蚀和吸氢增加、燃料芯块肿胀、燃料元件和组件辐照生长加剧等一系列问题。如何解决这些问题，一直是国际压水堆燃料元件研究的重要任务，例如，研发抗腐蚀性能好的先进包壳，采用低裂变气体释放率的芯块。此外，通过改进定位格架设计，增加组件临界热流密度等途径，也提升了反应堆堆芯的整体安全性。总的来说，棒状燃料组件结构和参数是近50年发展不断优化的结果，以棒状燃料为基础的技术改进对于提升核电经济性和安全性的潜力已非常有限，因此，近些年来，采用其他几何结构的燃料元件成为一种新的发展思路。
对于新型几何结构的燃料元件至少满足以下五个基本要求：1)能提高燃料的“表面积/体积”比；2)能减小芯块厚度；3)有足够的刚度；4)能降低堆芯压降；5)组件要有开式栅格设计。美国麻省理工学院最早提出的轻水堆用环形燃料元件的概念，很好地满足了上述5个要求。所谓环形燃料是将燃料芯块制成环状，在芯块内、外表面加装包壳管，使得冷却剂可以从内、外两个流道同时对元件进行冷却与传统的实心圆柱状燃料相比，环形燃料的好处是在很高的线性密度下，燃料中心的温度仍然很低，燃料内的储能较少，裂变气体释放较少。可预期正常运行和瞬态条件下燃料性能较好。
环形燃料作为一种结构上完全革新的先进燃料元件，可大幅度提高燃料元件的传热效率，降低燃料芯块温度，能显著提升反应堆的安全性和经济性，已成为压水堆先进燃料组件的重要发展趋势之一，受到国际上业界的重点关注。美、韩等国相继进行了环形燃料的研发，研究表明环形燃料具有很好的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于研制设计一种设置有外围保护结构的双面冷却环形燃料组件，解决现有棒状燃料组件在使用过程中，容易产生裂变气体释放量增大、包壳腐蚀和吸氢增加、燃料芯块肿胀、燃料元件和组件辐照生长加剧的问题。
本发明的技术方案如下所述：
一种设置有外围保护结构的双面冷却环形燃料组件，包括上管座、燃料棒、下管座、导向管、仪表管和绕丝；燃料棒的外围缠绕有绕丝；绕丝共有多根，沿燃料棒的外表面轴向设置；导向管和仪表管的上端与上管座固定连接，下端与下管座固定连接；燃料棒的下端插入下管座，与下管座固定连接；所述的燃料棒采用环形燃料；保护结构设置在燃料棒棒束的外部，与绕丝紧密接触；保护结构的上端与上管座固定连接，下端与下管座固定连接。
如上所述的保护结构为燃料盒，所述的燃料盒中空的为多边形结构，外形与燃料棒棒束的外形相匹配。
如上所述的保护结构为框架结构，由燃料框架横板和燃料框架竖板组成；燃料框架竖板均沿轴向设置，共有多根；燃料框架横板均沿径向设置，用于连接两根相邻的燃料框架竖板；燃料框架横板和燃料框架竖板组成的框架结构外形与燃料棒棒束的外形相匹配。
如上所述的绕丝采用螺旋形缠绕方式设置在燃料棒的外围。
如上所述的燃料组件的燃料棒采用边长为2根至15根的六边形排列形式。
如上所述的燃料组件的燃料棒采用边长为2根的六边形排列形式，包括6根燃料棒和1根导向管；导向管位于中心位置，燃料棒分布在导向管的周围。
如上所述的燃料组件的燃料棒采用边长为5根的六边形排列形式，包括60根燃料棒和1根导向管；导向管位于中心位置，燃料棒分布在导向管的周围。
如上所述的燃料组件的燃料棒采用边长为5根的六边形排列形式，包括54根燃料棒、6根导向管和1根仪表管；6根导向管呈十二分之一均等布置，仪表管位于中心位置。
如上所述的燃料组件的燃料棒采用边长为7根的六边形排列形式，包括120根燃料棒、6根导向管和1根仪表管；6根导向管呈十二分之一均等布置，仪表管位于中心位置。
如上所述的燃料组件的燃料棒采用边长为7根的六边形排列形式，包括114根燃料棒、12根导向管和1根仪表管；12根导向管呈十二分之一均等布置，仪表管位于中心位置。
如上所述的燃料组件的燃料棒采用边长为7根的六边形排列形式，包括108根燃料棒、18根导向管和1根仪表管；18根导向管呈十二分之一均等布置，仪表管位于中心位置。
如上所述的燃料组件的燃料棒采用边长为9根的六边形排列形式，包括210根燃料棒、6根导向管和1根仪表管；6根导向管呈十二分之一均等布置，仪表管位于中心位置。
如上所述的燃料组件的燃料棒采用边长为9根的六边形排列形式，包括204根燃料棒、12根导向管和1根仪表管；12根导向管呈十二分之一均等布置，仪表管位于中心位置。
如上所述的燃料组件的燃料棒采用边长为9根的六边形排列形式，包括198根燃料棒、18根导向管和1根仪表管；18根导向管呈十二分之一均等布置，仪表管位于中心位置。
如上所述的燃料组件的燃料棒采用边长为11根的六边形排列形式，包括324根燃料棒、6根导向管和1根仪表管；6根导向管呈十二分之一均等布置，仪表管位于中心位置。
如上所述的燃料组件的燃料棒采用边长为11根的六边形排列形式，包括318根燃料棒、12根导向管和1根仪表管；12根导向管呈十二分之一均等布置，仪表管位于中心位置。
如上所述的燃料组件的燃料棒采用边长为11根的六边形排列形式，包括312根燃料棒、18根导向管和1根仪表管；18根导向管呈十二分之一均等布置，仪表管位于中心位置。
如上所述的燃料组件的燃料棒采用边长为11根的六边形排列形式，包括306根燃料棒、24根导向管和1根仪表管；24根导向管呈十二分之一均等布置，仪表管位于中心位置。
如上所述的燃料组件的燃料棒采用边长为15根的六边形排列形式，包括624根燃料棒、6根导向管和1根仪表管；6根导向管呈十二分之一均等布置，仪表管位于中心位置。
如上所述的燃料组件的燃料棒采用边长为15根的六边形排列形式，包括618根燃料棒、12根导向管和1根仪表管；12根导向管呈十二分之一均等布置，仪表管位于中心位置。
如上所述的燃料组件的燃料棒采用边长为15根的六边形排列形式，包括612根燃料棒、18根导向管和1根仪表管；18根导向管呈十二分之一均等布置，仪表管位于中心位置。
如上所述的燃料组件的燃料棒采用边长为15根的六边形排列形式，包括606根燃料棒、24根导向管和1根仪表管；24根导向管呈十二分之一均等布置，仪表管位于中心位置。
如上两个相邻的所述燃料棒之间的最小间隙为0.5至3mm；燃料棒2与相邻导向管7之间的中心距应与相邻两根燃料棒2之间的中心距相等。
如上所述的两个相邻的燃料棒之间的最小间隙为1.5mm。
如上所述的上管座上端设置有压紧弹簧和上管座定位销孔；压紧弹簧共有四个，分别设置在上管座顶部的四条边上，用于压紧燃料组件；上管座定位销孔共有两个，分别设置在上管座顶部的对角上，通过与销钉配合实现对燃料组件的定位。
如上所述的下管座的上端分别设置有下管座的导向管安装孔、下管座的燃料棒安装孔、下管座的仪表管安装孔和下管座流水孔；下管座的导向管安装孔的位置与导向管的位置相对应，用于固定导向管；下管座的燃料棒安装孔的位置与燃料棒的位置相对应，用于固定燃料棒；下管座的仪表管安装孔的位置仪表管的位置相对应，用于固定仪表管；下管座流水孔用于通过冷却剂。
如上所述的下管座的下端留有足够空间用于安装防异物结构或装置。
如上所述的燃料棒整体为环状结构，最外层为外包壳，最内层为内包壳，在外包壳和内包壳之间为芯块；在外包壳与芯块之间、芯块与内包壳之间均设置有间隙，方便装配；内包壳和外包壳上方连接上端塞、下方连接下端塞；绕丝呈螺旋状绕制在外包壳外表面，所述的下端塞开孔，所述的绕丝一端插入开孔内，通过焊接方式将绕丝固定在下端塞上；绕丝另一个端通过焊接方式固定在上端塞外表面。在上端塞上对称设置四个侧开孔，使得冷却剂能够通过侧开孔进入内包壳内壁构成的中空流道，对整体燃料棒进行冷却；所述的燃料棒通过管状固定件固定在下管座上；该管状固定件上端螺旋连接在下端塞的外表面；管状固定件下端螺旋连接固定在下管座上；压紧弹簧安装在芯块上端，在运输时提供推力防止芯块窜动，避免造成芯块破损。
如上所述的上管座和下管座采用不锈钢材料制成，燃料棒的包壳、绕丝、导向管、仪表管和保护结构采用锆合金材料制成。
本发明它还包括防异物组件，整体呈六边形结构，设置在下管座下表面和下管座支腿之间；所述的防异物组件包括防异物板筋、防异物框体和防异物网；
所述防异物网框体的边缘部六边向上折90°，折弯半径30mm～60mm，与下管座的侧边螺纹连接，所述防异物网框体由厚板整体加工而成，厚度3mm～8mm，所述防异物框体上设置有若干平行间隔排列在框体上的防异物板筋，防异物板筋设置有螺纹孔；
所述防异物网贴合在防异物网框体下端面上，防异物网的边缘部六边向上折90°，与防异物网框体的边缘部的四边相贴合，形成边缘部四边弯曲面；
所述防异物网上均布有与防异物板筋上螺纹孔相配合的开孔，防异物网与防异物板筋螺接；所述防异物网还包括多个过滤孔单元；所述防异物网由薄板整体加工而成，厚度0.8mm～3mm，所述过滤孔单元的边长设置为0.15～0.35mm。
所述防异物框体的六个角设置有凹槽，所述凹槽尺寸贴合下管座的六个支腿。
本发明的有益效果是：
本发明采用环形燃料，可以在保持或增进现有反应堆安全裕度的前提下，大幅提升堆芯输出功率密度，明显改善核电的经济性。正常运行工况下，环形元件整体温度远低于棒状元件；在严重事故工况下，环形燃料芯块的温度低、储能少的特点可以延缓燃料元件包壳失效的进程，为后续的事故缓解和应急响应提供宝贵的时间，提升了压水堆核电厂的固有安全性。环形燃料还可以降低组件的流动阻力，堆芯的阻力减小，可以有效降低压水堆核电厂一回路泵的输出功率，提升使用寿命。通过在燃料棒上端塞设置侧开孔，使得冷却剂能够通过这些侧开孔进入内包壳内壁构成的中空流道，对整体环形燃料棒进行冷却，大大提升了冷却效率。通过采用边长2根至15根燃料棒的六边形排列形式，燃料棒排列更为紧密，各冷却子通道的面积更为均匀，传热更为平均，不会造成燃料棒周向温度分配不均匀的情况。通过绕丝结构对于燃料棒进行径向固定，使得对于燃料棒的支撑点较多，至少为绕丝缠绕圈数的二倍，防止燃料棒的径向晃动，固定性能好，同时绕丝结构可以使得燃料棒周边的冷却剂的流场呈螺旋形，增强冷却子通道流场的扰动，冷却能力显著提升。由于在燃料棒束外围设置了保护结构，防止燃料棒的径向晃动，提升了燃料棒的稳定性，同时在运输和安装过程中对于燃料棒起到保护作用。由于燃料棒下端与下管座固定，避免了悬空式燃料棒在受到较长时间辐照时，绕丝夹持力减小，导致燃料棒下落。由于燃料棒下端塞与内包壳焊缝位于端部，燃料棒下落时焊缝处会撞击下管座，易造成焊缝失效导致燃料棒破损。采用燃料棒下端固定式结构就避免了上述问题。同时由于燃料棒下端固定，绕丝无需为燃料棒提供较大的夹持力，避免了绕丝夹持力过大造成在燃料棒组装过程中的燃料棒包壳损伤。通过在两个相邻燃料棒之间的设置最小间隙，同时使得燃料棒与相邻导向管之间的中心距与相邻两根燃料棒之间的中心距相等，可以使得冷却剂的流道更为均匀，组件内的温度分布更为平均。本发明还提供了一种流通面积大，制造难度小，制造工艺简单结构强度大的适用于环形燃料组件底部装置的防异物组件结构，流通面积比现有的带防异物网的下管座的流通面积大0.6％，有效降低了本发明下管座的压降。
附图说明
图1是本发明的一种设置有外围保护结构的双面冷却环形燃料组件的第一个实施例的主视图；
图2是本发明的一种设置有外围保护结构的双面冷却环形燃料组件的第二个实施例的主视图；
图3是本发明的一种设置有外围保护结构的双面冷却环形燃料组件的第一个实施例的横截面图；
图4是本发明的一种设置有外围保护结构的双面冷却环形燃料组件的第二个实施例的横截面图；
图5是本发明的一种设置有外围保护结构的双面冷却环形燃料组件的上管座的结构示意图；
图6是本发明的一种设置有外围保护结构的双面冷却环形燃料组件的下管座的结构示意图；
图7是本发明的一种设置有外围保护结构的双面冷却环形燃料组件的燃料棒的主视图；
图8是图7的截面视图。
其中：1.上管座，2.燃料棒，3.燃料盒，4.下管座，5.燃料框架横板，6.燃料框架竖板，7.导向管，8.绕丝，9.仪表管，10.压紧弹簧，11.上管座定位销孔，12.下管座的导向管安装孔，13.下管座的燃料棒安装孔，14.下管座的仪表管安装孔，15.下管座流水孔，16.外包壳，17.芯块，18.内包壳，19.上端塞，20.压紧弹簧，21.下端塞，22.管状固定件，23.侧开孔。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步描述。
一种设置有外围保护结构的双面冷却环形燃料组件，包括上管座1、燃料棒2、下管座4、导向管7、仪表管9和绕丝8。燃料棒2的外围缠绕有绕丝8。绕丝8共有多根，沿燃料棒2的外表面轴向设置。导向管7和仪表管9的上端与上管座1固定连接，下端与下管座4固定连接。燃料棒2的下端插入下管座4，与下管座4固定连接。当燃料棒产生辐照生长时，燃料棒向上膨胀。所述的燃料棒2采用环形燃料。保护结构设置在燃料棒2棒束的外部，与绕丝8紧密接触。保护结构的上端与上管座1固定连接，下端与下管座4固定连接。通过绕丝结构对于燃料棒进行径向固定，使得对于燃料棒的支撑点较多，至少为绕丝缠绕圈数的二倍，防止燃料棒的径向晃动，固定性能好，同时绕丝结构可以使得燃料棒周边的冷却剂的流场呈螺旋形，增强冷却子通道流场的扰动，冷却能力显著提升。由于在燃料棒束外围设置了保护结构，防止燃料棒的径向晃动，提升了燃料棒的稳定性，同时在运输和安装过程中对于燃料棒起到保护作用。
如图1所示，所述的保护结构为燃料盒4，所述的燃料盒4中空的为多边形结构，外形与燃料棒2棒束的外形相匹配。
如图2所示，所述的保护结构为框架结构，由燃料框架横板5和燃料框架竖板6组成。燃料框架竖板6均沿轴向设置，共有多根。燃料框架横板5均沿径向设置，用于连接两根相邻的燃料框架竖板6。燃料框架横板5和燃料框架竖板6组成的框架结构外形与燃料棒2棒束的外形相匹配。
如图7所示，绕丝8采用螺旋形缠绕方式设置在燃料棒2的外围，通过上述结构设置可以使得一根燃料棒2的外围的绕丝8有多个接触点，在使用最小长度的绕丝8的情况下获得最优的固定性能。
所述的燃料组件的燃料棒2可以采用边长为2根至15根的六边形排列形式。采用上述排列形式可以燃料棒排列更为紧密，各冷却子通道的面积更为均匀，传热更为平均，不会造成燃料棒周向温度分配不均匀的情况。
所述的燃料组件的燃料棒2可以采用边长为2根的六边形排列形式，包括6根燃料棒2和1根导向管7。导向管7位于中心位置，燃料棒2分布在导向管7的周围。
所述的燃料组件的燃料棒2还可以采用边长为5根的六边形排列形式，包括60根燃料棒2和1根导向管7。导向管7位于中心位置，燃料棒2分布在导向管7的周围。
所述的燃料组件的燃料棒2还可以采用边长为5根的六边形排列形式，包括54根燃料棒2、6根导向管7和1根仪表管9。6根导向管7呈十二分之一均等布置，仪表管9位于中心位置。
所述的燃料组件的燃料棒2还可以采用边长为7根的六边形排列形式，包括120根燃料棒2、6根导向管7和1根仪表管9。6根导向管7呈十二分之一均等布置，仪表管9位于中心位置。
所述的燃料组件的燃料棒2还可以采用边长为7根的六边形排列形式，包括114根燃料棒2、12根导向管7和1根仪表管9。12根导向管7呈十二分之一均等布置，仪表管9位于中心位置。
如图3和图4所示，所述的燃料组件的燃料棒2还可以采用边长为7根的六边形排列形式，包括108根燃料棒2、18根导向管7和1根仪表管9。18根导向管7呈十二分之一均等布置，仪表管9位于中心位置。
所述的燃料组件的燃料棒2还可以采用边长为9根的六边形排列形式，包括210根燃料棒2、6根导向管7和1根仪表管9。6根导向管7呈十二分之一均等布置，仪表管9位于中心位置。
所述的燃料组件的燃料棒2还可以采用边长为9根的六边形排列形式，包括204根燃料棒2、12根导向管7和1根仪表管9。12根导向管7呈十二分之一均等布置，仪表管9位于中心位置。
所述的燃料组件的燃料棒2还可以采用边长为9根的六边形排列形式，包括198根燃料棒2、18根导向管7和1根仪表管9。18根导向管7呈十二分之一均等布置，仪表管9位于中心位置。
所述的燃料组件的燃料棒2还可以采用边长为11根的六边形排列形式，包括324根燃料棒2、6根导向管7和1根仪表管9。6根导向管7呈十二分之一均等布置，仪表管9位于中心位置。
所述的燃料组件的燃料棒2还可以采用边长为11根的六边形排列形式，包括318根燃料棒2、12根导向管7和1根仪表管9。12根导向管7呈十二分之一均等布置，仪表管9位于中心位置。
所述的燃料组件的燃料棒2还可以采用边长为11根的六边形排列形式，包括312根燃料棒2、18根导向管7和1根仪表管9。18根导向管7呈十二分之一均等布置，仪表管9位于中心位置。
所述的燃料组件的燃料棒2还可以采用边长为11根的六边形排列形式，包括306根燃料棒2、24根导向管7和1根仪表管9。24根导向管7呈十二分之一均等布置，仪表管9位于中心位置。
所述的燃料组件的燃料棒2还可以采用边长为15根的六边形排列形式，包括624根燃料棒2、6根导向管7和1根仪表管9。6根导向管7呈十二分之一均等布置，仪表管9位于中心位置。
所述的燃料组件的燃料棒2还可以采用边长为15根的六边形排列形式，包括618根燃料棒2、12根导向管7和1根仪表管9。12根导向管7呈十二分之一均等布置，仪表管9位于中心位置。
所述的燃料组件的燃料棒2还可以采用边长为15根的六边形排列形式，包括612根燃料棒2、18根导向管7和1根仪表管9。18根导向管7呈十二分之一均等布置，仪表管9位于中心位置。
所述的燃料组件的燃料棒2还可以采用边长为15根的六边形排列形式，包括606根燃料棒2、24根导向管7和1根仪表管9。24根导向管7呈十二分之一均等布置，仪表管9位于中心位置。
上述各种排列形式的燃料组件中，两个相邻燃料棒2之间的最小间隙为0.5至3mm，优选采用1.5mm。燃料棒2与相邻导向管7之间的中心距应与相邻两根燃料棒2之间的中心距相等。通过上述结构设置可以使得冷却剂的流道更为均匀，组件内的温度分布更为平均。
如图5所示，上管座1上端设置有压紧弹簧10和上管座定位销孔11。压紧弹簧10共有四个，分别设置在上管座1顶部的四条边上，用于压紧燃料组件。上管座定位销孔11共有两个，分别设置在上管座1顶部的对角上，通过与销钉配合实现对燃料组件的定位。
如图6所示，下管座4的上端分别设置有下管座的导向管安装孔12、下管座的燃料棒安装孔13、下管座的仪表管安装孔14和下管座流水孔15。下管座的导向管安装孔12的位置与导向管7的位置相对应，用于固定导向管7。下管座的燃料棒安装孔13的位置与燃料棒2的位置相对应，用于固定燃料棒2。下管座的仪表管安装孔14的位置仪表管9的位置相对应，用于固定仪表管9。下管座流水孔15用于通过冷却剂。下管座4的下端留有足够空间用于安装防异物结构或装置。
如图7和图8所示，燃料棒2整体为环状结构，最外层为外包壳16，最内层为内包壳18，在外包壳16和内包壳18之间为芯块17。在外包壳16与芯块17之间、芯块17与内包壳18之间均设置有间隙，方便装配。内包壳18和外包壳16上方连接上端塞19、下方连接下端塞21；绕丝8呈螺旋状绕制在外包壳16外表面，所述的下端塞21开孔，所述的绕丝8一端插入开孔内，通过焊接方式将绕丝8固定在下端塞21上；绕丝8另一个端通过焊接方式固定在上端塞19外表面。在上端塞19上对称设置四个侧开孔23，使得冷却剂能够通过侧开孔23进入内包壳18内壁构成的中空流道，对整体燃料棒2进行冷却。所述的燃料棒2通过管状固定件22固定在下管座4上；该管状固定件22上端螺旋连接在下端塞21的外表面；管状固定件22下端螺旋连接固定在下管座4上。压紧弹簧20安装在芯块17上端，在运输时提供推力防止芯块17窜动，避免造成芯块17破损。
燃料棒2由于采用了环形结构，可以在保持或增进现有反应堆安全裕度的前提下，大幅提升堆芯输出功率密度，明显改善核电的经济性。正常运行工况下，环形元件整体温度远低于棒状元件；在严重事故工况下，环形燃料芯块的温度低、储能少的特点可以延缓燃料元件包壳失效的进程，为后续的事故缓解和应急响应提供宝贵的时间，提升了压水堆核电厂的固有安全性。环形燃料还可以降低组件的流动阻力，堆芯的阻力减小，可以有效降低压水堆核电厂一回路泵的输出功率，提升使用寿命。
在本实施例中，上管座1和下管座4采用不锈钢材料制成，燃料棒2的包壳、绕丝8、导向管7、仪表管9和保护结构采用锆合金材料制成。
优选地，本发明还包括防异物组件，整体呈六边形结构，设置在下管座4下表面和下管座4支腿之间。所述的防异物组件包括防异物板筋、防异物框体和防异物网。
所述防异物网框体的边缘部六边向上折90°，折弯半径30mm～60mm，与下管座的侧边螺纹连接，所述防异物网框体由厚板整体加工而成，厚度3mm～8mm，所述防异物框体上设置有若干平行间隔排列在框体上的防异物板筋，防异物板筋设置有螺纹孔。
所述防异物网贴合在防异物网框体下端面上，防异物网的边缘部六边向上折90°，与防异物网框体的边缘部的四边相贴合，形成边缘部四边弯曲面。
所述防异物网上均布有与防异物板筋上螺纹孔相配合的开孔，防异物网与防异物板筋螺接；所述防异物网还包括多个过滤孔单元，所述过滤孔单元孔可设置为方形、圆形或正六边形结构。所述防异物网由薄板整体加工而成，厚度0.8mm～3mm，所述过滤孔单元的边长可设置为0.15～0.35mm。
所述防异物框体的六个角设置有凹槽，所述凹槽尺寸贴合下管座4的六个支腿。所述防异物网框体的结构还可设计成多种形状，如：梯形等，且具有足够大的强度，能承受冷却剂冲击载荷。
所述防异物网的六个角也设置有凹槽，与防异物框体上的凹槽尺寸匹配。
上面结合实施例对本发明的实施方法作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明说明书中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。
Claims (30)
1.一种设置有外围保护结构的双面冷却环形燃料组件，包括上管座(1)、燃料棒(2)、下管座(4)、导向管(7)、仪表管(9)和绕丝(8)；燃料棒(2)的外围缠绕有绕丝(8)；绕丝(8)共有多根，沿燃料棒(2)的外表面轴向设置；导向管(7)和仪表管(9)的上端与上管座(1)固定连接，下端与下管座(4)固定连接；燃料棒(2)的下端插入下管座(4)，与下管座(4)固定连接；其特征在于：所述的燃料棒(2)采用环形燃料；保护结构设置在燃料棒(2)棒束的外部，与绕丝(8)紧密接触；保护结构的上端与上管座(1)固定连接，下端与下管座(4)固定连接。
2.根据权利要求1所述的设置有外围保护结构的双面冷却环形燃料组件，其特征在于：所述的保护结构为燃料盒(4)，所述的燃料盒(4)中空的为多边形结构，外形与燃料棒(2)棒束的外形相匹配。
3.根据权利要求1所述的设置有外围保护结构的双面冷却环形燃料组件，其特征在于：所述的保护结构为框架结构，由燃料框架横板(5)和燃料框架竖板(6)组成；燃料框架竖板(6)均沿轴向设置，共有多根；燃料框架横板(5)均沿径向设置，用于连接两根相邻的燃料框架竖板(6)；燃料框架横板(5)和燃料框架竖板(6)组成的框架结构外形与燃料棒(2)棒束的外形相匹配。
4.根据权利要求1所述的设置有外围保护结构的双面冷却环形燃料组件，其特征在于：所述的绕丝(8)采用螺旋形缠绕方式设置在燃料棒(2)的外围。
5.根据权利要求1所述的设置有外围保护结构的双面冷却环形燃料组件，其特征在于：所述的燃料组件的燃料棒(2)采用边长为2根至15根的六边形排列形式。
6.根据权利要求5所述的设置有外围保护结构的双面冷却环形燃料组件，其特征在于：所述的燃料组件的燃料棒(2)采用边长为2根的六边形排列形式，包括6根燃料棒(2)和1根导向管(7)；导向管(7)位于中心位置，燃料棒(2)分布在导向管(7)的周围。
7.根据权利要求5所述的设置有外围保护结构的双面冷却环形燃料组件，其特征在于：所述的燃料组件的燃料棒(2)采用边长为5根的六边形排列形式，包括60根燃料棒(2)和1根导向管(7)；导向管(7)位于中心位置，燃料棒(2)分布在导向管(7)的周围。
8.根据权利要求5所述的设置有外围保护结构的双面冷却环形燃料组件，其特征在于：所述的燃料组件的燃料棒(2)采用边长为5根的六边形排列形式，包括54根燃料棒(2)、6根导向管(7)和1根仪表管(9)；6根导向管(7)呈十二分之一均等布置，仪表管(9)位于中心位置。
9.根据权利要求5所述的设置有外围保护结构的双面冷却环形燃料组件，其特征在于：所述的燃料组件的燃料棒(2)采用边长为7根的六边形排列形式，包括120根燃料棒(2)、6根导向管(7)和1根仪表管(9)；6根导向管(7)呈十二分之一均等布置，仪表管(9)位于中心位置。
10.根据权利要求5所述的设置有外围保护结构的双面冷却环形燃料组件，其特征在于：所述的燃料组件的燃料棒(2)采用边长为7根的六边形排列形式，包括114根燃料棒(2)、12根导向管(7)和1根仪表管(9)；12根导向管(7)呈十二分之一均等布置，仪表管(9)位于中心位置。
11.根据权利要求5所述的设置有外围保护结构的双面冷却环形燃料组件，其特征在于：所述的燃料组件的燃料棒(2)采用边长为7根的六边形排列形式，包括108根燃料棒(2)、18根导向管(7)和1根仪表管(9)；18根导向管(7)呈十二分之一均等布置，仪表管(9)位于中心位置。
12.根据权利要求5所述的设置有外围保护结构的双面冷却环形燃料组件，其特征在于：所述的燃料组件的燃料棒(2)采用边长为9根的六边形排列形式，包括210根燃料棒(2)、6根导向管(7)和1根仪表管(9)；6根导向管(7)呈十二分之一均等布置，仪表管(9)位于中心位置。
13.根据权利要求5所述的设置有外围保护结构的双面冷却环形燃料组件，其特征在于：所述的燃料组件的燃料棒(2)采用边长为9根的六边形排列形式，包括204根燃料棒(2)、12根导向管(7)和1根仪表管(9)；12根导向管(7)呈十二分之一均等布置，仪表管(9)位于中心位置。
14.根据权利要求5所述的设置有外围保护结构的双面冷却环形燃料组件，其特征在于：所述的燃料组件的燃料棒(2)采用边长为9根的六边形排列形式，包括198根燃料棒(2)、18根导向管(7)和1根仪表管(9)；18根导向管(7)呈十二分之一均等布置，仪表管(9)位于中心位置。
15.根据权利要求5所述的设置有外围保护结构的双面冷却环形燃料组件，其特征在于：所述的燃料组件的燃料棒(2)采用边长为11根的六边形排列形式，包括324根燃料棒(2)、6根导向管(7)和1根仪表管(9)；6根导向管(7)呈十二分之一均等布置，仪表管(9)位于中心位置。
16.根据权利要求5所述的设置有外围保护结构的双面冷却环形燃料组件，其特征在于：所述的燃料组件的燃料棒(2)采用边长为11根的六边形排列形式，包括318根燃料棒(2)、12根导向管(7)和1根仪表管(9)；12根导向管(7)呈十二分之一均等布置，仪表管(9)位于中心位置。
17.根据权利要求5所述的设置有外围保护结构的双面冷却环形燃料组件，其特征在于：所述的燃料组件的燃料棒(2)采用边长为11根的六边形排列形式，包括312根燃料棒(2)、18根导向管(7)和1根仪表管(9)；18根导向管(7)呈十二分之一均等布置，仪表管(9)位于中心位置。
18.根据权利要求5所述的设置有外围保护结构的双面冷却环形燃料组件，其特征在于：所述的燃料组件的燃料棒(2)采用边长为11根的六边形排列形式，包括306根燃料棒(2)、24根导向管(7)和1根仪表管(9)；24根导向管(7)呈十二分之一均等布置，仪表管(9)位于中心位置。
19.根据权利要求5所述的设置有外围保护结构的双面冷却环形燃料组件，其特征在于：所述的燃料组件的燃料棒(2)采用边长为15根的六边形排列形式，包括624根燃料棒(2)、6根导向管(7)和1根仪表管(9)；6根导向管(7)呈十二分之一均等布置，仪表管(9)位于中心位置。
20.根据权利要求5所述的设置有外围保护结构的双面冷却环形燃料组件，其特征在于：所述的燃料组件的燃料棒(2)采用边长为15根的六边形排列形式，包括618根燃料棒(2)、12根导向管(7)和1根仪表管(9)；12根导向管(7)呈十二分之一均等布置，仪表管(9)位于中心位置。
21.根据权利要求5所述的设置有外围保护结构的双面冷却环形燃料组件，其特征在于：所述的燃料组件的燃料棒(2)采用边长为15根的六边形排列形式，包括612根燃料棒(2)、18根导向管(7)和1根仪表管(9)；18根导向管(7)呈十二分之一均等布置，仪表管(9)位于中心位置。
22.根据权利要求5所述的设置有外围保护结构的双面冷却环形燃料组件，其特征在于：所述的燃料组件的燃料棒(2)采用边长为15根的六边形排列形式，包括606根燃料棒(2)、24根导向管(7)和1根仪表管(9)；24根导向管(7)呈十二分之一均等布置，仪表管(9)位于中心位置。
23.根据权利要求5所述的设置有外围保护结构的双面冷却环形燃料组件，其特征在于：两个相邻的所述燃料棒(2)之间的最小间隙为0.5至3mm；燃料棒2与相邻导向管7之间的中心距应与相邻两根燃料棒2之间的中心距相等。
24.根据权利要求23所述的设置有外围保护结构的双面冷却环形燃料组件，其特征在于：所述的两个相邻的燃料棒(2)之间的最小间隙为1.5mm。
25.根据权利要求1所述的设置有外围保护结构的双面冷却环形燃料组件，其特征在于：所述的上管座(1)上端设置有压紧弹簧(10)和上管座定位销孔(11)；压紧弹簧(10)共有四个，分别设置在上管座(1)顶部的四条边上，用于压紧燃料组件；上管座定位销孔(11)共有两个，分别设置在上管座(1)顶部的对角上，通过与销钉配合实现对燃料组件的定位。
26.根据权利要求5所述的设置有外围保护结构的双面冷却环形燃料组件，其特征在于：所述的下管座(4)的上端分别设置有下管座的导向管安装孔(12)、下管座的燃料棒安装孔(13)、下管座的仪表管安装孔(14)和下管座流水孔(15)；下管座的导向管安装孔(12)的位置与导向管(7)的位置相对应，用于固定导向管(7)；下管座的燃料棒安装孔(13)的位置与燃料棒(2)的位置相对应，用于固定燃料棒(2)；下管座的仪表管安装孔(14)的位置仪表管(9)的位置相对应，用于固定仪表管(9)；下管座流水孔(15)用于通过冷却剂。
27.根据权利要求26所述的设置有外围保护结构的双面冷却环形燃料组件，其特征在于：所述的下管座(4)的下端留有足够空间用于安装防异物结构或装置。
28.根据权利要求1所述的设置有外围保护结构的双面冷却环形燃料组件，其特征在于：所述的燃料棒(2)整体为环状结构，最外层为外包壳(16)，最内层为内包壳(18)，在外包壳(16)和内包壳(18)之间为芯块(17)；在外包壳(16)与芯块(17)之间、芯块(17)与内包壳(18)之间均设置有间隙，方便装配；内包壳(18)和外包壳(16)上方连接上端塞(19)、下方连接下端塞(21)；绕丝(8)呈螺旋状绕制在外包壳(16)外表面，所述的下端塞(21)开孔，所述的绕丝(8)一端插入开孔内，通过焊接方式将绕丝(8)固定在下端塞(21)上；绕丝(8)另一个端通过焊接方式固定在上端塞(19)外表面。在上端塞(19)上对称设置四个侧开孔(23)，使得冷却剂能够通过侧开孔(23)进入内包壳(18)内壁构成的中空流道，对整体燃料棒(2)进行冷却；所述的燃料棒(2)通过管状固定件(22)固定在下管座(4)上；该管状固定件(22)上端螺旋连接在下端塞(21)的外表面；管状固定件(22)下端螺旋连接固定在下管座(4)上；压紧弹簧(20)安装在芯块(17)上端，在运输时提供推力防止芯块(17)窜动，避免造成芯块(17)破损。
29.根据权利要求1所述的设置有外围保护结构的双面冷却环形燃料组件，其特征在于：所述的上管座(1)和下管座(4)采用不锈钢材料制成，燃料棒(2)的包壳、绕丝(8)、导向管(7)、仪表管(9)和保护结构采用锆合金材料制成。
30.根据权利要求27所述的设置有外围保护结构的双面冷却环形燃料组件，其特征在于：它还包括防异物组件，整体呈六边形结构，设置在下管座(4)下表面和下管座(4)支腿之间；所述的防异物组件包括防异物板筋、防异物框体和防异物网；
所述防异物网框体的边缘部六边向上折90°，折弯半径30mm～60mm，与下管座的侧边螺纹连接，所述防异物网框体由厚板整体加工而成，厚度3mm～8mm，所述防异物框体上设置有若干平行间隔排列在框体上的防异物板筋，防异物板筋设置有螺纹孔；
所述防异物网贴合在防异物网框体下端面上，防异物网的边缘部六边向上折90°，与防异物网框体的边缘部的四边相贴合，形成边缘部四边弯曲面；
所述防异物网上均布有与防异物板筋上螺纹孔相配合的开孔，防异物网与防异物板筋螺接；所述防异物网还包括多个过滤孔单元；所述防异物网由薄板整体加工而成，厚度0.8mm～3mm，所述过滤孔单元的边长设置为0.15～0.35mm。
所述防异物框体的六个角设置有凹槽，所述凹槽尺寸贴合下管座(4)的六个支腿。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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