CN109935368B - 一种带角插件的燃料组件定位格架和燃料组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及燃料组件技术领域，具体公开了一种带角插件的燃料组件定位格架和燃料组件，所述的定位格架由栅元两两排列组成，在栅元排列的外侧设有外条带；所述的栅元为四面筒体，包括筒角和筒壁，在筒角处加工角面；在角面上加工上插槽，用于与插件配合插接。所述的燃料组件包括上管座、环形燃料元件、下管座、导向管、仪表管以及所述的定位格架。本发明定位格架能够适用于环形燃料元件，对燃料元件提供横向定位并对冷却剂产生一定的搅混作用。本发明燃料组件采用多个轴向设置的定位格架夹持燃料元件，对燃料元件进行固定，并保持燃料元件间距，使得燃料元件在压水堆核电厂的堆芯中位于固定位置，并且能使得导向管受到横向支撑和定位。

Description

一种带角插件的燃料组件定位格架和燃料组件

技术领域

本发明属于燃料组件技术领域，具体涉及一种带角插件的燃料组件定位格架和燃料组件。

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。

在现有压水堆燃料组件设计中，燃料棒一般采用定位格架夹持悬空的方式。定位格架对燃料元件起着支撑夹持的作用，并需要抵抗燃料元件的重力作用，由于辐照的作用，夹持燃料棒的弹簧或者刚凸会松弛,对应其夹持力会急剧减小，燃料棒一般会落在下管座上，在冷却剂的流动作用下，燃料棒可能会上下窜动，这会导致燃料棒破损的风险。

若要优化燃料元件的参数，并采用通用的燃料组件外形结构设计，使得新型组件能够适用于目前的成熟的堆芯。如采用新型的环形燃料元件，其外径变大，重量增加，此时所需的定位格架的夹持力可能增大约2-4倍，能够放置如弹簧、刚凸等夹持件的空间变得十分狭小，这使得燃料元件在运行时落在下管座上的概率增大，并使得在停堆换料后再启堆的过程中燃料元件上下窜动的概率也增大。

同时，在现有的燃料组件定位格架设计制造中，定位格架基本都由内外条带组成。由于其条带的复杂性，在生产制造时需要30多种模具。在模具确定后，若要改变定位格架的特性，如定位格架能够提供的夹持力大小等等，需要改变其中几乎所有模具的形状，大大增加了工作负担。

因此，亟需设计一种新型的燃料组件定位格架，以克服现有技术的不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带角插件的燃料组件定位格架，能够夹持环形燃料元件，以及包含有上述定位格架的燃料组件。

本发明的技术方案如下：

一种带角插件的燃料组件定位格架，所述的定位格架由栅元两两排列组成，在栅元排列的外侧设有外条带；

所述的栅元为四面筒体，包括筒角和筒壁，在筒角处加工角面；

在角面上加工上插槽，用于与插件配合插接。

所述的角面为平面或曲面。

所述的插件包括单角插件和对角插件。

所述的对角插件包括连杆和两个分别设于连杆两端的弹臂。

在所述连杆的中间位置设有上插槽或下插槽，每两个对角插件配合插接，形成十字形插件。

在所述连杆的两端分别对称设有下插槽，用于与对角位置的两个栅元角面插接

所述的单角插件包括单杆和设于单杆一端的弹臂。

在所述单杆设有弹臂的一端设有下插槽，插接设于没有对角关系的栅元角面上，单杆的另一端与栅元的外侧壁焊接固定。

所述的弹臂有两个支臂，分为第一支臂和第二支臂。

所述的第一支臂和第二支臂一端相连，另一端互相成角度α弯折，α≤180°。

在所述的第一支臂和第二支臂不相连的一端分别设有凸块，凸块的一端与燃料元件成线接触，凸块的另一端作为限位端与角面相对。

所述外条带的高度与栅元的高度相同，在外条带的上边缘和下边缘均设有导向翼，防止燃料组件在装配的时候互相钩挂。

所述的栅元两两相接，通过点焊的方式固定，形成N×N的排列。

将栅元排列中的一个栅元取出，栅元空缺的位置作为导向管通道或仪表管通道。

所述的仪表管通道有一个，位于栅元以N×N排列的中心位置；导向管通道有若干个，以仪表管通道为中心，对称排列。

导向管设于导向管通道内，与栅元的筒壁外侧面焊接固定。

所述的导向管通道与上管座的导向管通道的数量、位置一致。

仪表管设于仪表管通道内，与栅元的筒壁外侧面焊接固定。

一种燃料组件，包括上管座、环形燃料元件、下管座、导向管、仪表管，还包括所述的定位格架。

所述的环形燃料元件、导向管和仪表管插设于定位格架中；定位格架有多个，依次沿轴向设置；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；

环形燃料元件的下端插入下管座，与下管座固定连接，当环形燃料元件产生辐照生长时，向上膨胀。

本发明的显著效果在于：

(1)本发明定位格架能够适用于更大外径的燃料元件，如环形燃料元件，对燃料元件提供横向定位并对冷却剂产生一定的搅混作用。

(2)本发明定位格架也可以适用常见的棒状燃料元件，且能够使冷却剂与燃料元件更加充分地接触。

(3)本发明定位格架可以利用弹臂及栅元的角面相配合，在插件结构松弛后，仍能对燃料元件的位置起到限位的作用，使得燃料元件在燃料组件中保持竖直。

(4)本发明定位格架采用的单角插件和对角插件能够避免燃料元件在装配插拔的过程中其外包壳受到磨损。

(5)本发明燃料组件采用多个轴向设置的定位格架夹持燃料元件，对燃料元件进行固定，并保持燃料元件间距，使得燃料元件在压水堆核电厂的堆芯中位于固定位置，并且能使得导向管受到横向支撑和定位。

(6)本发明燃料组件采用燃料元件下端固定式结构，避免了悬空式燃料元件在受到较长时间辐照时，定位格架夹持力减小，导致燃料元件下落。

附图说明

图1为格架轴测视图；

图2为单角插件示意图；

图3为对角插件示意图；

图4为两个对角插件装配示意图。

图中：1.栅元；2.插件；3.连杆；4.单杆；5.弹臂；6.第一支臂；7.第二支臂；8.凸块；9.外条带；10.导向翼；11.导向管通道。

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。

如图1所示，一种带角插件的燃料组件定位格架，由栅元1两两排列组成，在栅元1排列的外侧设有外条带9；

所述的栅元1为四面筒体，包括筒角和筒壁，在筒角处加工角面，角面为平面或曲面。

在角面上加工上插槽，用于与插件2配合插接。

所述的插件2包括单角插件和对角插件。

如图2所示，所述的单角插件包括单杆4和设于单杆4一端的弹臂5。在单杆4设有弹臂5的一端设有下插槽，插接设于没有对角关系的栅元1角面上，单杆4的另一端与栅元1的外侧壁焊接固定。

如图3、4所示，所述的对角插件包括连杆3和两个分别设于连杆3两端的弹臂5。在连杆3的中间位置设有上插槽或下插槽，每两个对角插件配合插接，形成十字形插件。在连杆3的两端分别对称设有下插槽，用于与对角位置的两个栅元1角面插接。

所述的弹臂5有两个支臂，分为第一支臂6和第二支臂7。第一支臂6和第二支臂7一端相连，另一端互相成角度α弯折，α≤180°。在所述的第一支臂6和第二支臂7不相连的一端分别设有凸块8，凸块8的一端与燃料元件成线接触，凸块8的另一端作为限位端与角面相对。

所述外条带9的高度与栅元1的高度相同，在外条带9的上边缘和下边缘均设有导向翼10，防止燃料组件在装配的时候互相钩挂。

所述的栅元1两两相接，通过点焊的方式固定，形成N×N的排列。

将栅元排列中的一个栅元1取出，栅元1空缺的位置作为导向管通道11或仪表管通道。

所述的仪表管通道有一个，位于栅元排列的中心位置；仪表管设于仪表管通道内，与栅元1的筒壁外侧面焊接固定。

所述的导向管通道11有若干个，以仪表管通道为中心，对称排列。导向管设于导向管通道11内，与栅元1的筒壁外侧面焊接固定。所述的导向管通道11与上管座的导向管通道的数量、位置一致。

本发明核反应堆燃料组件，包括上管座、环形燃料元件、下管座、导向管、仪表管以及上述带角插件的燃料组件定位格架。

所述的环形燃料元件、导向管和仪表管插设于定位格架中；定位格架有多个，依次沿轴向设置；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；

环形燃料元件的下端插入下管座，与下管座固定连接，当环形燃料元件产生辐照生长时，向上膨胀。

在所述上管座的上端设置有上管座压紧弹簧和上管座定位销孔。上管座压紧弹簧共有四个，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。

在下管座的上端分别设置有下管座的导向管安装孔、下管座第一流水孔和下管座第二流水孔。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，下管座第一流水孔和下管座第二流水孔用于通过冷却剂。

所述的环形燃料元件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，环形燃料元件整体温度远低于棒状燃料元件；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。环形燃料元件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。

Claims (16)

1.一种带角插件的燃料组件定位格架，其特征在于：适用于环形燃料元件、棒状燃料元件；所述的定位格架由栅元(1)两两排列组成，在栅元(1)排列的外侧设有外条带(9)；

所述的栅元(1)为四面筒体，包括筒角和筒壁，在筒角处加工角面；

在角面上加工上插槽，用于与插件(2)配合插接；

所述的插件(2)包括单角插件和对角插件；

所述的单角插件包括单杆(4)和设于单杆(4)一端的弹臂(5)；

所述的对角插件包括连杆(3)和两个分别设于连杆(3)两端的弹臂(5)；

所述的弹臂(5)有两个支臂，分为第一支臂(6)和第二支臂(7)。

2.如权利要求1所述的一种带角插件的燃料组件定位格架，其特征在于：所述的角面为平面或曲面。

3.如权利要求1所述的一种带角插件的燃料组件定位格架，其特征在于：在所述连杆(3)的中间位置设有上插槽或下插槽，每两个对角插件配合插接，形成十字形插件。

4.如权利要求3所述的一种带角插件的燃料组件定位格架，其特征在于：在所述连杆(3)的两端分别对称设有下插槽，用于与对角位置的两个栅元(1)角面插接。

5.如权利要求1所述的一种带角插件的燃料组件定位格架，其特征在于：在所述单杆(4)设有弹臂(5)的一端设有下插槽，插接设于没有对角关系的栅元(1)角面上，单杆(4)的另一端与栅元(1)的外侧壁焊接固定。

6.如权利要求1～5任一项所述的一种带角插件的燃料组件定位格架，其特征在于：所述的第一支臂(6)和第二支臂(7)一端相连，另一端互相成角度α弯折，α≤180°。

7.如权利要求6所述的一种带角插件的燃料组件定位格架，其特征在于：在所述的第一支臂(6)和第二支臂(7)不相连的一端分别设有凸块(8)，凸块(8)的一端与燃料元件成线接触，凸块(8)的另一端作为限位端与角面相对。

8.如权利要求7所述的一种带角插件的燃料组件定位格架，其特征在于：所述外条带(9)的高度与栅元(1)的高度相同，在外条带(9)的上边缘和下边缘均设有导向翼(10)，防止燃料组件在装配的时候互相钩挂。

9.如权利要求8所述的一种带角插件的燃料组件定位格架，其特征在于：所述的栅元(1)两两相接，通过点焊的方式固定，形成N×N的排列。

10.如权利要求9所述的一种带角插件的燃料组件定位格架，其特征在于：将栅元排列中的一个栅元(1)取出，栅元(1)空缺的位置作为导向管通道(11)或仪表管通道。

11.如权利要求10所述的一种带角插件的燃料组件定位格架，其特征在于：所述的仪表管通道有一个，位于栅元(1)以N×N排列的中心位置；导向管通道(11)有若干个，以仪表管通道为中心，对称排列。

12.如权利要求11所述的一种带角插件的燃料组件定位格架，其特征在于：导向管设于导向管通道(11)内，与栅元(1)的筒壁外侧面焊接固定。

13.如权利要求12所述的一种带角插件的燃料组件定位格架，其特征在于：所述的导向管通道(11)与上管座的导向管通道的数量、位置一致。

14.如权利要求13所述的一种带角插件的燃料组件定位格架，其特征在于：仪表管设于仪表管通道内，与栅元(1)的筒壁外侧面焊接固定。

15.一种燃料组件，包括上管座、环形燃料元件、下管座、导向管、仪表管，其特征在于：还包括如权利要求7～14任一项所述的定位格架。

16.如权利要求15所述的一种燃料组件，其特征在于：所述的环形燃料元件、导向管和仪表管插设于定位格架中；定位格架有多个，依次沿轴向设置；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；

环形燃料元件的下端插入下管座，与下管座固定连接，当环形燃料元件产生辐照生长时，向上膨胀。