CN109935358A - 一种采用弹簧限定芯块轴向窜动的环形燃料棒 - Google Patents

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史宝磊
何晓军
张爱民
季松涛
韩智杰
胡立强
邹远方
高永光
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Abstract

本发明属于核燃料技术领域，具体涉及一种采用弹簧限定芯块轴向窜动的环形燃料棒。包括下端塞，上端塞，内包壳、外包壳、压紧弹簧、环形燃料芯块；所述上端塞、下端塞与内包壳、外包壳组成空腔用来容纳环形燃料芯块，上端塞与环形燃料芯块之间形成气腔；气腔内设置有压紧弹簧，压紧弹簧一端顶在环形燃料芯块上，另一端顶在上端塞上，在压紧弹簧的推力作用下，环形燃料芯块压紧在下端塞上。本发明避免环形燃料棒在运输、装配以及更换的时候，出现轴向窜动，从而防止发生环形燃料元件破损的意外事故，并且提高了压紧结构的稳定性并避免了环形燃料芯块在压力下发生碎裂的可能性。

Description

一种采用弹簧限定芯块轴向窜动的环形燃料棒
技术领域
本发明属于核燃料技术领域，具体涉及一种采用弹簧限定芯块轴向窜动的环形燃料棒。
背景技术
压水堆核电站的堆芯由多个燃料组件组成，现有的燃料组件中，燃料棒的芯块多为实心设计。对于实心芯块，热中字进入燃料棒后，首先被芯块外层的裂变材料所吸收，造成芯块内部的热中子通量密度比外层的要低，导致芯块内层的裂变材料不能充分有效的吸收热中子。也就是说，外层裂变材料对里层裂变材料起了屏蔽作用，即为自屏效应，该自屏效应会导致芯块在径向越往内部，残留的可裂变材料越多，容易造成裂变资源的浪费，降低反应堆堆芯的经济性。
如果核反应堆发生类似RIA(反应性引入事故)等事故时，实心芯块因为具有较大的径向厚度，会产生较大的芯块径向热膨胀量，从而使燃料棒更容易发生PCMI(芯块与包壳机械相互作用)失效。另外，较大的芯块半径会导致芯块中心温度过高，容易发生芯块熔化。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种采用弹簧限定芯块轴向窜动的环形燃料棒。
本发明的技术方案如下：
一种采用弹簧限定芯块轴向窜动的环形燃料棒，包括下端塞，上端塞，内包壳、外包壳、压紧弹簧、环形燃料芯块；
所述上端塞、下端塞与内包壳、外包壳组成空腔用来容纳环形燃料芯块，上端塞与环形燃料芯块之间形成气腔；
气腔内设置有压紧弹簧，压紧弹簧一端顶在环形燃料芯块上，另一端顶在上端塞上，在压紧弹簧的推力作用下，环形燃料芯块压紧在下端塞上。
一种采用弹簧限定芯块轴向窜动的环形燃料棒，所述气腔内充入氦气用来导热。
一种采用弹簧限定芯块轴向窜动的环形燃料棒，上端塞设置有和内包壳、外包壳连接的结构，使其与内包壳和外包壳紧密配合。
一种采用弹簧限定芯块轴向窜动的环形燃料棒，上端塞上设置有充气孔，用于给环形燃料棒充入氦气。
一种采用弹簧限定芯块轴向窜动的环形燃料棒，所述压紧弹簧的上下两端都做削平处理，增大了压紧弹簧与环形燃料芯块和上端塞的接触面积；
一种采用弹簧限定芯块轴向窜动的环形燃料棒，所述压紧弹簧的两端均设置有4-5圈的并圈。
一种采用弹簧限定芯块轴向窜动的环形燃料棒，所述压紧弹簧的丝径形状可以为圆形、椭圆形、方形。
一种燃料组件，包括所述的采用弹簧限定芯块轴向窜动的环形燃料棒。
一种核反应堆，包括所述的采用弹簧限定芯块轴向窜动的环形燃料棒。
一种核电站，包括所述的采用弹簧限定芯块轴向窜动的环形燃料棒。
本发明的有益效果在于：
本发明通过对气腔中压紧弹簧的设计选择，在保证压紧弹簧刚度的前提下，对环形燃料元件起到压紧定位的效果，避免环形燃料棒在运输、装配以及更换的时候，出现轴向窜动，从而防止发生环形燃料元件破损的意外事故。其中，不同于一般的压紧弹簧结构，本设计中压紧弹簧的两端削平，压紧弹簧与环形燃料芯块的接触由点接触变为面接触，增大与环形燃料芯块的接触面积，提高了压紧结构的稳定性并避免了环形燃料芯块在压力下发生碎裂的可能性。增加压紧弹簧而设置的气腔，增大了裂变气体容纳空间的同时，也降低了气腔预充气体的压力，增大了结构安全性。
附图说明
图1为本发明的环形燃料棒安装压紧弹簧部分的纵向剖面图；
图2为本发明的环形燃料棒压紧弹簧部分的横截面视图。
图中：1、上端塞；2、内包壳；3、压紧弹簧；4、外包壳；5、环形燃料芯块；6、气腔。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明的环形燃料棒由下端塞，上端塞1，内包壳2、外包壳4、压紧弹簧3、环形燃料芯块5组成。
上端塞1、下端塞与内包壳2、外包壳4组成空腔用来容纳环形燃料芯块5，上端塞1与环形燃料芯块5之间形成气腔6，气腔6内设置有压紧弹簧3，压紧弹簧3一端顶在环形燃料芯块5上，另一端顶在上端塞1上，在压紧弹簧3的推力作用下，环形燃料芯块5压紧在下端塞上；压紧弹簧3在运输燃料时提供推力，防止环形燃料芯块5窜动，避免造成环形燃料芯块5破损。
气腔6内充入氦气用来导热。
上端塞1设置有和内包壳2、外包壳4连接的结构，使其与内包壳2和外包壳4紧密配合，上端塞1上设置有充气孔，用于给环形燃料棒充入氦气。
压紧弹簧3的上下两端都做削平处理，增大了压紧弹簧3与环形燃料芯块5和上端塞1的接触面积，由一般的点接触变为面接触，这样的接触方式更加稳定，可以有效压紧环形燃料芯块5，防止环形燃料芯块5碎裂；压紧弹簧3的两端均设置有4-5圈的并圈，以增大压紧弹簧的稳定性；所述压紧弹簧3的丝径形状可以为圆形、椭圆形、方形。
一种燃料组件，采用上述采用弹簧限定芯块轴向窜动的环形燃料棒。所述环形燃料棒由下端塞，上端塞1，内包壳2、外包壳4、压紧弹簧3、环形燃料芯块5组成。上端塞1、下端塞与内包壳2、外包壳4组成空腔用来容纳环形燃料芯块5，上端塞1与环形燃料芯块5之间形成气腔6，气腔6内设置有压紧弹簧3，压紧弹簧3一端顶在环形燃料芯块5上，另一端顶在上端塞1上，在压紧弹簧3的推力作用下，环形燃料芯块5压紧在下端塞上；压紧弹簧3在运输燃料时提供推力，防止环形燃料芯块5窜动，避免造成环形燃料芯块5破损。
一种核反应堆，采用上述采用弹簧限定芯块轴向窜动的环形燃料棒。所述环形燃料棒由下端塞，上端塞1，内包壳2、外包壳4、压紧弹簧3、环形燃料芯块5组成。上端塞1、下端塞与内包壳2、外包壳4组成空腔用来容纳环形燃料芯块5，上端塞1与环形燃料芯块5之间形成气腔6，气腔6内设置有压紧弹簧3，压紧弹簧3一端顶在环形燃料芯块5上，另一端顶在上端塞1上，在压紧弹簧3的推力作用下，环形燃料芯块5压紧在下端塞上；压紧弹簧3在运输燃料时提供推力，防止环形燃料芯块5窜动，避免造成环形燃料芯块5破损。
一种核电站，采用上述采用弹簧限定芯块轴向窜动的环形燃料棒。所述环形燃料棒由下端塞，上端塞1，内包壳2、外包壳4、压紧弹簧3、环形燃料芯块5组成。上端塞1、下端塞与内包壳2、外包壳4组成空腔用来容纳环形燃料芯块5，上端塞1与环形燃料芯块5之间形成气腔6，气腔6内设置有压紧弹簧3，压紧弹簧3一端顶在环形燃料芯块5上，另一端顶在上端塞1上，在压紧弹簧3的推力作用下，环形燃料芯块5压紧在下端塞上；压紧弹簧3在运输燃料时提供推力，防止环形燃料芯块5窜动，避免造成环形燃料芯块5破损。
一种燃料棒，包括上述采用弹簧限定芯块轴向窜动的环形燃料棒，所述环形燃料棒下端与下管座固定的固定结构，包括与环形燃料棒下端塞连接部分、过渡段、与下管座连接部分，三者为中心通孔式一体结构，连接部分比过渡段的内径大，固定结构在连接部与过渡段连接处内壁形成台阶面；在连接部分和过渡段连接处，过渡段外径减小；
过渡段的外径与连接部分的外径一致，在二者连接处，连接部分的内径变小；
所述与环形燃料棒下端塞连接部分为一套筒状结构，内部设置有内螺纹，与环形燃料棒下端塞外壁的外螺纹配合；
连接部分与下管座连接端外表面设置有凸起倒钩，形成卡扣结构，与下管座稳固连接。
一种燃料组件，包括上述的燃料棒。
一种反应堆，包括上所述的燃料棒。
一种燃料棒，包括上述的采用弹簧限定芯块轴向窜动的环形燃料棒，所述环形燃料棒内包壳与端塞焊接的焊接结构，包括内包壳焊接台阶、母管和外包壳焊接台阶，三者形成中空通管结构；
内包壳焊接台阶的台阶为沿着内径方向的环形凸起，用于与环形燃料棒内包壳进行焊接；外包壳焊接台阶的台阶为沿着外径方向的环形凸起，用于与环形燃料棒外包壳进行焊接。
一种燃料组件，包括上述的燃料棒。
一种反应堆，包括上所述的燃料棒。

Claims (16)

1.一种采用弹簧限定芯块轴向窜动的环形燃料棒，包括下端塞，上端塞(1)，内包壳(2)、外包壳(4)、压紧弹簧(3)、环形燃料芯块(5)；
所述上端塞(1)、下端塞与内包壳(2)、外包壳(4)组成空腔用来容纳环形燃料芯块(5)，上端塞(1)与环形燃料芯块(5)之间形成气腔(6)；
其特征在于：气腔(6)内设置有压紧弹簧(3)，压紧弹簧(3)一端顶在环形燃料芯块(5)上，另一端顶在上端塞(1)上，在压紧弹簧(3)的推力作用下，环形燃料芯块(5)压紧在下端塞上。
2.如权利要求1所述的一种采用弹簧限定芯块轴向窜动的环形燃料棒，其特征在于：所述气腔(6)内充入氦气用来导热。
3.如权利要求1所述的一种采用弹簧限定芯块轴向窜动的环形燃料棒，其特征在于：上端塞(1)设置有和内包壳(2)、外包壳(4)连接的结构，使其与内包壳2和外包壳(4)紧密配合。
4.如权利要求3所述的一种采用弹簧限定芯块轴向窜动的环形燃料棒，其特征在于：上端塞(1)上设置有充气孔，用于给环形燃料棒充入氦气。
5.如权利要求1所述的一种采用弹簧限定芯块轴向窜动的环形燃料棒，其特征在于：所述压紧弹簧(3)的上下两端都做削平处理，增大了压紧弹簧(3)与环形燃料芯块(5)和上端塞(1)的接触面积。
6.如权利要求5所述的一种采用弹簧限定芯块轴向窜动的环形燃料棒，其特征在于：所述压紧弹簧(3)的两端均设置有4-5圈的并圈。
7.如权利要求6所述的一种采用弹簧限定芯块轴向窜动的环形燃料棒，其特征在于：所述压紧弹簧(3)的丝径形状为圆形、椭圆形或方形。
8.一种燃料组件，其特征在于：包括权利要求1-7任一项所述的采用弹簧限定芯块轴向窜动的环形燃料棒。
9.一种核反应堆，其特征在于：包括权利要求1-7任一项所述的采用弹簧限定芯块轴向窜动的环形燃料棒。
10.一种核电站，其特征在于：包括权利要求1-7任一项所述的采用弹簧限定芯块轴向窜动的环形燃料棒。
11.如权利要求1-7所述的一种采用弹簧限定芯块轴向窜动的环形燃料棒，其特征在于：所述环形燃料棒下端与下管座固定的固定结构，包括与环形燃料棒下端塞连接部分、过渡段、与下管座连接部分，三者为中心通孔式一体结构，连接部分比过渡段的内径大，固定结构在连接部与过渡段连接处内壁形成台阶面；在连接部分和过渡段连接处，过渡段外径减小；
过渡段的外径与连接部分的外径一致，在二者连接处，连接部分的内径变小；
所述与环形燃料棒下端塞连接部分为一套筒状结构，内部设置有内螺纹，与环形燃料棒下端塞外壁的外螺纹配合；
连接部分与下管座连接端外表面设置有凸起倒钩，形成卡扣结构，与下管座稳固连接。
12.一种燃料组件，其特征在于：包括权利要求11所述的燃料棒。
13.一种反应堆，其特征在于：包括权利要求11所述的燃料棒。
14.一种燃料棒，其特征在于：包括权利要求1-7任一项所述的采用弹簧限定芯块轴向窜动的环形燃料棒，所述环形燃料棒内包壳与端塞焊接的焊接结构，包括内包壳焊接台阶、母管和外包壳焊接台阶，三者形成中空通管结构；
内包壳焊接台阶的台阶为沿着内径方向的环形凸起，用于与环形燃料棒内包壳进行焊接；外包壳焊接台阶的台阶为沿着外径方向的环形凸起，用于与环形燃料棒外包壳进行焊接。
15.一种燃料组件，其特征在于：包括权利要求14所述的燃料棒。
16.一种反应堆，其特征在于：包括权利要求14所述的燃料棒。
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