CN112071441B - 带有螺旋状结构燃料棒的燃料组件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种带有螺旋状结构燃料棒的燃料组件,包括上管座、下管座,以及安装于所述上管座与所述下管座之间的燃料棒元件;所述燃料棒元件包括呈螺旋结构的第一燃料棒与第二燃料棒,所述第二燃料棒设于所述第一燃料棒的外周。该带有螺旋状结构燃料棒的燃料组件结构简单,加工制造方便;无结构格架,避免了吊装过程燃料组件之间的钩挂;无格架,避免燃料棒与格架间的振动磨蚀,避免了燃料棒磨蚀失效;燃料棒采用螺旋结构,提高冷却剂横向流动,加速搅混,优化传热性能。
Description
技术领域
本发明涉及核电技术领域,尤其涉及一种带有螺旋状结构燃料棒的燃料组件。
背景技术
目前商用堆采用的典型燃料组件结构稳定、发热功率大,但其部件较多,加工制造工艺复杂,特别是在堆内高温高压强辐射环境下结构部件之间存在相容性问题。这种燃料设计比较适合于大功率的商用堆,而对于特殊用途下(如深海、航天等)的小型核动力装置则不太适用。小型核动力装置注重安全性、灵活性和便捷性,这就要求核燃料结构简单、加工制造方便,便于在核动力装置中安装,同时反应性控制较为充分。
如图1-2所示,典型燃料组件由刚性骨架和燃料棒组成,刚性骨架包括上下管座、格架、导向管及连接件。导向管与格架焊接在一起,上下管座用螺钉或螺纹套筒与导向管连接起来。
该燃料组件结构复杂,加工制造难度大,较适用于大型压水堆,对于特殊用途下的小型核动力装置不太适用;
该燃料组件中的燃料棒与格架之间的接触处在冷却剂作用下存在强烈的流致振动磨蚀,容易诱发燃料棒磨蚀失效;
该燃料组件沿轴向设置多层格架,促进了冷却剂搅混,但格架下游的搅混效果随距离增加逐渐减弱,依然可能导致燃料棒局部过热;
该燃料组件沿径向布置了若干导向管,用于容纳控制棒动作,以控制反应性,但对于远离控制棒的一些燃料棒依然存在反应性控制不足的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于,提供一种带有螺旋状结构燃料棒的燃料组件。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:构造一种带有螺旋状结构燃料棒的燃料组件,包括上管座、下管座,以及安装于所述上管座与所述下管座之间的燃料棒元件;
所述燃料棒组件包括呈螺旋结构的第一燃料棒与第二燃料棒,所述第二燃料棒设于所述第一燃料棒的外周。
优选地,所述第一燃料棒与所述第二燃料棒的螺旋方向相反。
优选地,所述第一燃料棒的两端并圈后分别安装于所述上管座的下侧面与所述下管座的上侧面;
所述第二燃料棒的两端并圈后分别安装于所述上管座的下侧面与所述下管座的上侧面。
优选地,所述上管座的下侧面设有用于供所述第一燃料棒上端安装、并对所述第一燃料棒进行横向限位的第一限位槽;以及供所述第二燃料棒上端安装、并对所述第二燃料棒进行横向限位的第二限位槽;
所述下管座的上侧面设有用于供所述第一燃料棒下端安装、并对所述第一燃料棒进行横向限位的第三限位槽;以及供所述第二燃料棒下端安装、并对所述第二燃料棒进行横向限位的第四限位槽。
优选地,所述第一燃料棒与所述第二燃料棒均包括燃料棒包壳管以及设于所述燃料棒包壳管的燃料芯块,所述燃料棒包壳管的上端留存空隙以容纳裂变气体。
优选地,所述燃料棒包壳管为由锆基合金制成的管体;
所述燃料芯块为二氧化铀陶瓷芯块,其呈球形结构。
优选地,还包括设于所述第一燃料棒与所述第二燃料棒之间的间隙中、且间隔排布的多根导向管;
所述导向管在轴向上覆盖所述第一燃料棒与所述第二燃料棒。
优选地,所述上管座设有第一连接孔,所述下管座设有第二连接孔;
所述导向管的上端设有螺纹套筒,其通过胀接方式可拆卸安装于所述第一连接孔;
所述导向管的下端设有带内螺纹的端塞,其通过轴肩螺钉可拆卸安装于所述第二连接孔。
优选地,还包括设于所述第一燃料棒内圈的仪表管;
所述仪表管在轴向上覆盖所述第一燃料棒与所述第二燃料棒。
优选地,所述上管座与所述下管座均设有与堆芯上栅格板、下栅格板上的定位销相配合的定位销孔;
所述上管座上侧面还设有压紧弹簧,所述上管座安装于所述堆芯上栅格板后,所述堆芯上栅格板压紧所述压紧弹簧,以将所述第一燃料棒与所述第二燃料棒限位于所述上管座与所述下管座之间。
实施本发明具有以下有益效果:本申请的带有螺旋状结构燃料棒的燃料组件结构简单,加工制造方便;无结构格架,避免了吊装过程燃料组件之间的钩挂;无格架,避免燃料棒与格架间的振动磨蚀,避免了燃料棒磨蚀失效;燃料棒采用螺旋结构,提高冷却剂横向流动,加速搅混,优化传热性能。
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是常规燃料组件的结构示意图;
图2是常规燃料棒的结构示意图;
图3是本发明带有螺旋状结构燃料棒的燃料组件的结构示意图;
图4是图3中A部分的结构细节示意图;
图5是本发明燃料棒的结构示意图;
图6是本发明燃料棒的俯视图;
图7是本发明上管座的结构示意图;
图8是本发明上管座的俯视图;
图9是本发明上管座的剖视图;
图10是本发明上管座的仰视图;
图11是本发明下管座的俯视图;
图12是本发明下管座的剖视图;
图13是本发明下管座的仰视图。
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。以下描述中,需要理解的是,“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”、“纵”、“横”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“头”、“尾”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系、以特定的方位构造和操作,仅是为了便于描述本技术方案,而不是指示所指的装置或元件必须具有特定的方位,因此不能理解为对本发明的限制。
还需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“设置”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。当一个元件被称为在另一元件“上”或“下”时,该元件能够“直接地”或“间接地”位于另一元件之上,或者也可能存在一个或更多个居间元件。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅是为了便于描述本技术方案,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量,由此,限定有“第一”、“第二”、“第三”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下描述中,为了说明而不是为了限定,提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节,以便透彻理解本发明实施例。然而,本领域的技术人员应当清楚,在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中,省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明,以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
如图3-图13所示,是本发明的一种带有螺旋状结构燃料棒的燃料组件,包括上管座1、下管座2,以及安装于上管座1与下管座2之间的燃料棒元件,该燃料棒元件包括呈螺旋结构的第一燃料棒3与第二燃料棒4,第二燃料棒4设于第一燃料棒3的外周。可以理解的,燃料棒整体类似弹簧结构,在上、下管座间以弹簧形式维持稳定性。
进一步的,还包括设于第一燃料棒3与第二燃料棒4之间的间隙中、且间隔排布的多根导向管5,该导向管5在轴向上覆盖第一燃料棒3与第二燃料棒4。可以理解的,带有螺旋状结构燃料棒的燃料组件中心位置布置有导向管5,导向管5贯穿整个螺旋结构的燃料棒,控制棒在导向管5中动作就能灵活控制整个带有螺旋状结构燃料棒的燃料组件的反应性。
还包括设于第一燃料棒3内圈的仪表管6,该仪表管6在轴向上覆盖第一燃料棒3与第二燃料棒4。
如图7-图10所示,上管座1大致呈方形平板结构,其下侧面设有用于供第一燃料棒3上端安装、并对第一燃料棒3进行横向限位的第一限位槽11,以及供第二燃料棒4上端安装、并对第二燃料棒4进行横向限位的第二限位槽12,该第一限位槽11与第二限位槽12均为环形的限位槽。该上管座1还设有多个流水孔。
该上管座1设有与堆芯上栅格板相配合的数个定位销孔,如设于上管座1上表面对角线边角的定位销孔15,使带有螺旋状结构燃料棒的燃料组件在堆芯中按一定间距定位。
进一步的,上管座1上表面还设有压紧弹簧16,优选地,该压紧弹簧16为设于该上管座1的上表面四个边缘上,且成对角线对称布置。
可以理解的,上管座1安装于堆芯上栅格板后,堆芯上栅格板压紧压紧弹簧16,进而将第一燃料棒3与第二燃料棒4限位于上管座1与下管座2之间。
如图11-图13所示,下管座2的上表面设有用于供第一燃料棒3下端安装、并对第一燃料棒3进行横向限位的第三限位槽21,以及供第二燃料棒4下端安装、并对第二燃料棒4进行横向限位的第四限位槽22,第三限位槽21与第四限位槽22均为环形的限位槽。进一步的,该下管座2还设有数个大流水孔,并加装了防异物板。
进一步的,该下管座2设有与下栅格板上的定位销相配合的数个定位销孔,如设于下管座2底面对角线上边角的定位销孔25,使带有螺旋状结构燃料棒的燃料组件在堆芯中按一定间距定位。
进一步的,如图4所示,第一燃料棒3与第二燃料棒4的螺旋方向相反,第一燃料棒3为左旋形式,第二燃料棒4为右旋形式,当然,也可以是第一燃料棒3为右旋形式,第二燃料棒4为左旋形式。
进一步的,第一燃料棒3的两端并圈后分别安装于上管座1的下侧面与下管座2的上侧面,进一步的,该第一燃料棒3的顶端并圈后安装于上管座1的第一限位槽11,底端并圈后安装于第三限位槽21中,进一步的,并圈是指完全压紧管外璧接触,中间段管外璧间有一定间隙,由此,两端并圈后会形成螺柱结构,该第一限位槽11与第三限位槽21可以设置成螺纹孔结构,第一燃料棒3的两端分别与第一限位槽11以及第三限位槽21螺纹连接。
在一些实施例中,该第一限位槽11内腔为平整内壁,第一燃料棒3顶端安装于第一限位槽11中,并不固定死,而第三限位槽21为类似阶梯孔的槽,该第一燃料棒3底端直接焊接于该第三限位槽21内,因为带有螺旋状结构燃料棒的燃料组件在工作过程中,第一燃料棒3的管体受到辐照生长变长,因此需要给第一燃料棒3的轴向生长留空间。
第二燃料棒4的两端并圈后分别安装于上管座1的下侧面与下管座2的上侧面。
进一步的,该第二燃料棒4的顶端并圈后安装于上管座1的第二限位槽12,底端并圈后安装于第四限位槽22中,进一步的,并圈是指完全压紧管外璧接触,中间段管外璧间有一定间隙,这样子,两端并圈后会形成螺柱结构,该第一限位槽11与第三限位槽21可以设置成螺纹孔结构,第二燃料棒4的两端分别与第一限位槽11以及第三限位槽21螺纹连接。同时,燃料棒的管壁较薄,采用并圈结构形式,可以增强燃料棒的结构稳定性。
在一些实施例中,该第二限位槽12内腔为平整内壁,第二燃料棒4顶端安装于第二限位槽12中,并不固定死,而第四限位槽22为类似阶梯孔的槽,该第二燃料棒4底端直接焊接于该第四限位槽22内,因为带有螺旋状结构燃料棒的燃料组件在工作过程中,第二燃料棒4的管体受到辐照生长变长,因此需要给第二燃料棒4的轴向生长留空间。
进一步的,前述的上管座1设有第一连接孔13,下管座2设有第二连接孔23,前述的导向管5的上端设有螺纹套筒,其通过胀接方式可拆卸安装于第一连接孔13,导向管5的下端设有带内螺纹的端塞,其通过轴肩螺钉可拆卸安装于第二连接孔23。
进一步的,前述的上管座1设有第一安装孔14,下管座2设有第二安装孔24,前述的仪表管6的上端定位安装于所述第一安装孔14,下端定位安装于所述第二安装孔24中。
结合图5所示,在本实施例中,第一燃料棒3与第二燃料棒4均包括燃料棒包壳管以及设于燃料棒包壳管的燃料芯块,燃料棒包壳管的上端留存空隙以容纳裂变气体。裂变气体较为复杂,主要包括氩,氪,氙,碘等。如第一燃料棒3包括燃料棒包壳管31以及安装于燃料棒包壳管31中的燃料芯块32,第二燃料棒4包括燃料棒包壳管41以及安装于燃料棒包壳管41中的燃料芯块42。
该燃料棒包壳管为由抗辐照耐腐蚀的锆基合金制成的管体,燃料芯块为二氧化铀陶瓷芯块,其呈球形结构。使用球形燃料芯块,可以提高填装效率。
进一步的,上述的第一燃料棒3、第二燃料棒4与带有螺旋状结构燃料棒的燃料组件均可采用一体化设计,结构简单,加工制造方便。
本申请的带有螺旋状结构燃料棒的燃料组件采用无结构格架结构,避免了吊装过程燃料组件之间的钩挂;无格架,避免燃料棒与格架间的振动磨蚀,避免了燃料棒磨蚀失效;燃料棒采用螺旋结构,提高冷却剂横向流动,加速搅混,优化传热性能。
可以理解的,以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制;应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,可以对上述技术特点进行自由组合,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围;因此,凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰,均应属于本发明权利要求的涵盖范围。
Claims (10)
1.一种带有螺旋状结构燃料棒的燃料组件,其特征在于,包括上管座(1)、下管座(2),以及安装于所述上管座(1)与所述下管座(2)之间的燃料棒元件;
所述燃料棒元件包括呈螺旋结构的一个第一燃料棒(3)与一个第二燃料棒(4),所述第二燃料棒(4)设于所述第一燃料棒(3)的外周。
2.根据权利要求1所述的带有螺旋状结构燃料棒的燃料组件,其特征在于,所述第一燃料棒(3)与所述第二燃料棒(4)的螺旋方向相反。
3.根据权利要求1所述的带有螺旋状结构燃料棒的燃料组件,其特征在于,所述第一燃料棒(3)的两端并圈后分别安装于所述上管座(1)的下侧面与所述下管座(2)的上侧面;
所述第二燃料棒(4)的两端并圈后分别安装于所述上管座(1)的下侧面与所述下管座(2)的上侧面。
4.根据权利要求3所述的带有螺旋状结构燃料棒的燃料组件,其特征在于,所述上管座(1)的下侧面设有用于供所述第一燃料棒(3)上端安装、并对所述第一燃料棒(3)进行横向限位的第一限位槽(11);以及供所述第二燃料棒(4)上端安装、并对所述第二燃料棒(4)进行横向限位的第二限位槽(12);
所述下管座(2)的上侧面设有用于供所述第一燃料棒(3)下端安装、并对所述第一燃料棒(3)进行横向限位的第三限位槽(21);以及供所述第二燃料棒(4)下端安装、并对所述第二燃料棒(4)进行横向限位的第四限位槽(22)。
5.根据权利要求1所述的带有螺旋状结构燃料棒的燃料组件,其特征在于,所述第一燃料棒(3)与所述第二燃料棒(4)均包括燃料棒包壳管以及设于所述燃料棒包壳管的燃料芯块,所述燃料棒包壳管的上端留存空隙以容纳裂变气体。
6.根据权利要求5所述的带有螺旋状结构燃料棒的燃料组件,其特征在于,所述燃料棒包壳管为由锆基合金制成的管体;
所述燃料芯块为二氧化铀陶瓷芯块,其呈球形结构。
7.根据权利要求1所述的带有螺旋状结构燃料棒的燃料组件,其特征在于,还包括设于所述第一燃料棒(3)与所述第二燃料棒(4)之间的间隙中、且间隔排布的多根导向管(5);
所述导向管(5)在轴向上覆盖所述第一燃料棒(3)与所述第二燃料棒(4)。
8.根据权利要求7所述的带有螺旋状结构燃料棒的燃料组件,其特征在于,所述上管座(1)设有第一连接孔(13),所述下管座(2)设有第二连接孔(23);
所述导向管(5)的上端设有螺纹套筒,其通过胀接方式可拆卸安装于所述第一连接孔(13);
所述导向管(5)的下端设有带内螺纹的端塞,其通过轴肩螺钉可拆卸安装于所述第二连接孔(23)。
9.根据权利要求1所述的带有螺旋状结构燃料棒的燃料组件,其特征在于,还包括设于所述第一燃料棒(3)内圈的仪表管(6);
所述仪表管(6)在轴向上覆盖所述第一燃料棒(3)与所述第二燃料棒(4)。
10.根据权利要求1所述的带有螺旋状结构燃料棒的燃料组件,其特征在于,所述上管座(1)与所述下管座(2)均设有与堆芯上栅格板、下栅格板上的定位销相配合的定位销孔;
所述上管座(1)上侧面还设有压紧弹簧(16),所述上管座(1)安装于所述堆芯上栅格板后,所述堆芯上栅格板压紧所述压紧弹簧(16),以将所述第一燃料棒(3)与所述第二燃料棒(4)限位于所述上管座(1)与所述下管座(2)之间。
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CN112071441A (zh) | 2020-12-11 |
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