CN117616513A - 定位格架及燃料组件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种定位格架及燃料组件，定位格架用于燃料组件的中部位置，采用膨胀系数相同或大于反应堆堆芯板材料的膨胀系数的材料制成。本发明的定位格架，采用膨胀系数相同或大于反应堆堆芯板材料的膨胀系数的材料制成，主要用于燃料组件的中部位置，有效缩小正常运行情况下格架间的间隙，从而提高反应堆安全性能，同时减少因间隙产生的热工不确定性。
Description
本发明涉及核燃料技术领域，尤其涉及一种定位格架及燃料组件。
现有反应堆中燃料组件一般使用棒束型燃料，长宽度约为214mm，高度约4m。这种细长型结构容易在反应堆内受温度、辐照、水力等载荷，发生弯曲，典型形状为C型。考虑到吊装，燃料组件之间会预留一定宽度的间隙。
现有燃料组件中，定位格架一般都是使用锆合金制成。考虑到定位格架受辐照后会生长，燃料组件间的间隙会适当放大。这种间隙在正常运行情况下，上/下堆芯板（不锈钢）热膨胀大于定位格架（锆合金），该间隙会再次放大。在横向载荷严重的情况下，一排燃料组件的单个间隙会叠加在一起。间隙累加越长，燃料组件中间部分横向运动加速时间越长，这样燃料组件撞击在堆芯围板的力量也越大，燃料组件的定位格架越容易损坏变形，进而导致可冷却几何通道（影响反应堆安全的关键指标）变小。
本发明要解决的技术问题在于，提供一种抗横向极限冲击载荷的定位格架及燃料组件。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种燃料组件，包括相对设置的上管座和下管座、设置在所述上管座和下管座之间的格架组；所述格架组包括若干个沿燃料组件的轴向间隔分布在所述上管座和下管座之间的格架；位于所述格架组中部位置的至少一个格架为采用膨胀系数相同或大于反应堆堆芯板材料的膨胀系数的材料制成的定位格架，其余的格架为锆合金格架；
所述定位格架包括由若干个外条带围接形成的外框架；至少一所述外条带在其纵向上的至少一侧延伸设有凸出部，所述凸出部位于所在的外条带的中段位置上，增大该外条带在纵向上的宽度；
所述格架组中，上下相邻的所述定位格架之间的距离小于所述锆合金格架之间的距离；和/或，所述定位格架与所述锆合金格架之间的距离小于所述锆合金格架之间的距离。
本发明还提供另一种的定位格架，用于燃料组件的中部位置，所述定位格架采用膨胀系数相同或大于反应堆堆芯板材料的膨胀系数的材料制成。
优选地，所述定位格架采用不锈钢或镍基合金制成。
优选地，所述定位格架包括由若干个外条带围接形成的外框架；至少一所述外条带在其纵向上的至少一侧延伸设有凸出部。
优选地，所述外条带在其纵向上的相对两侧分别延伸设有所述凸出部。
优选地，在所述外条带的长度方向上，所述凸出部位于所述外条带的中段位置上，使所述外条带为中间大两端小的结构。
优选地，所述外框架的每一所述外条带均设有所述凸出部。
优选地，所述凸出部为弧形凸起或多边形凸起。
优选地，所述定位格架还包括设置在所述外框架内的多个平行间隔的第一内条带和多个平行间隔的第二内条带；所述第一内条带和第二内条带相互交叉形成网络状的格栅单元。
本发明还提供一种燃料组件，包括相对设置的上管座和下管座、设置在所述上管座和下管座之间的格架组；所述格架组包括若干个沿燃料组件的轴向间隔分布在所述上管座和下管座之间的格架；位于所述格架组中部位置的至少一个格架为以上任一项所述的定位格架。
优选地，所述格架组包括1-3个所述定位格架。
优选地，所述格架组中其余的格架为锆合金格架；
上下相邻的所述定位格架之间的距离小于所述锆合金格架之间的距离；和/或，所述定位格架与所述锆合金格架之间的距离小于所述锆合金格架之间的距离。
本发明的定位格架，采用膨胀系数相同或大于反应堆堆芯板材料的膨胀系数的材料制成，主要用于燃料组件的中部位置，避免了常规锆合金制成的定位格架受辐射后会生长导致燃料组件间的间隙放大的问题，有效缩小正常运行情况下格架间的间隙，从而提高反应堆安全性能（保证可冷却的几何形态），同时减少因间隙产生的热工不确定性（比如一排燃料组件弯向一侧，导致水隙增加，慢化材料的不均匀分布）。
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是本发明一实施例的燃料组件的结构示意图；
图2是图1中定位格架的外条带的结构示意图；
图3是本发明中相邻两个定位格架的外条带的重叠示意图。
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所示，本发明一实施例的燃料组件，包括相对设置的上管座10和下管座20、设置在上管座10和下管座20之间的格架组30以及若干个燃料棒40等。
格架组30包括若干个沿燃料组件的轴向间隔分布在上管座10和下管座20之间的格架；燃料棒40轴向穿过若干个格架，燃料棒40的上端和下端分别插接在上管座10和下管座20上。
位于格架组30中部位置的至少一个格架为抗横向极限冲击载荷的定位格架31，其余为锆合金格架32。定位格架31采用膨胀系数相同或大于反应堆堆芯板材料的膨胀系数的材料制成。例如，定位格架31采用不锈钢或镍基合金（因科镍）制成。
出于中子经济角度考虑，结合格架组30的格架的数量，格架组30中的定位格架31为1-3个，且处于格架组30的中部位置处。
在结构上，定位格架31包括由若干个外条带310围接形成的外框架、设置在外框架内的多个平行间隔的第一内条带和多个平行间隔的第二内条带。第一内条带和第二内条带相互交叉形成网络状的格栅单元。格栅单元包括多个依次相邻连接的栅元，栅元中空，分别用于燃料组件的燃料棒、导向管穿过。
为避免定位格架31材料影响中子经济性，在燃料组件中，定位格架31之间或者定位格架31与锆合金格架32之间的距离可以较于常规距离减小。例如，上下相邻的锆合金格架32之间的距离以常规燃料组件中格架之间的间距设置，将上下相邻的定位格架31之间的距离、上下相邻的定位格架31与锆合金格架32之间的距离两者中至少一者进行减小设置，使得定位格架31之间的距离和/或定位格架31与锆合金格架32之间的距离小于前述锆合金格架32之间的距离。
另外，为避免燃料组件中，相邻燃料组件生长差异以及制造差异，会导致格架发生错位，导致格架重叠区域不够而严重影响燃料组件间的横向定位（正常运行）及横向载荷的传递（事故）。如图2所示，在外框架上，至少一外条带310在其纵向上的至少一侧延伸设有凸出部311，主要作用在于增大部分外条带310在纵向上的宽度。凸出部311可以为弧形凸起或多边形凸起。
优选地，外条带310在其纵向上的相对两侧分别延伸设有凸出部311。
即使相邻燃料组件的定位格架31存在横向和轴向偏移，外条带310上的凸起部31设置仍能保证相邻燃料组件的定位格架31之间在横向上有重叠区域312，确保燃料组件间的横向定位（正常运行）及横向载荷的传递（事故）。
进一步地，在外条带310的长度方向上，凸出部311位于外条带310的中段位置上，使外条带310为中间大两端小的结构，这样的设置在于通过减少定位格架31的材料来提高中子经济性。
另外，根据反应堆中燃料组件之间相邻设置，且每一燃料组件的每一侧都有相邻的燃料组件，优选定位格架31的外框架的每一外条带310均设有凸出部311。
本发明的燃料组件，通过其中定位格架31在格架组中部位置的设置，缩小正常运行情况下格架间的间隙，从而提高反应堆安全性能（保证可冷却的几何形态），同时减少因间隙产生的热工不确定性（比如一排燃料组件弯向一侧，导致水隙增加，慢化材料的不均匀分布）；降低事故工况下燃料组件格架的横向冲击载荷。
另外，定位格架31上凸出部311的设置，解决了高度较低的定位格架31在不同燃耗下组件生长差异导致的格架错位的问题（错位容易导致载荷横向传递困难）。
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 (12)
- 一种燃料组件，其特征在于，包括相对设置的上管座和下管座、设置在所述上管座和下管座之间的格架组；所述格架组包括若干个沿燃料组件的轴向间隔分布在所述上管座和下管座之间的格架；位于所述格架组中部位置的至少一个格架为采用膨胀系数相同或大于反应堆堆芯板材料的膨胀系数的材料制成的定位格架，其余的格架为锆合金格架；所述定位格架包括由若干个外条带围接形成的外框架；至少一所述外条带在其纵向上的至少一侧延伸设有凸出部，所述凸出部位于所在的外条带的中段位置上，增大该外条带在纵向上的宽度；所述格架组中，上下相邻的所述定位格架之间的距离小于所述锆合金格架之间的距离；和/或，所述定位格架与所述锆合金格架之间的距离小于所述锆合金格架之间的距离。
- 一种定位格架，其特征在于，用于燃料组件的中部位置，所述定位格架采用膨胀系数相同或大于反应堆堆芯板材料的膨胀系数的材料制成。
- 根据权利要求2所述的定位格架，其特征在于，所述定位格架采用不锈钢或镍基合金制成。
- 根据权利要求2所述的定位格架，其特征在于，所述定位格架包括由若干个外条带围接形成的外框架；至少一所述外条带在其纵向上的至少一侧延伸设有凸出部。
- 根据权利要求4所述的定位格架，其特征在于，所述外条带在其纵向上的相对两侧分别延伸设有所述凸出部。
- 根据权利要求5所述的定位格架，其特征在于，在所述外条带的长度方向上，所述凸出部位于所述外条带的中段位置上，使所述外条带为中间大两端小的结构。
- 根据权利要求4所述的定位格架，其特征在于，所述外框架的每一所述外条带均设有所述凸出部。
- 根据权利要求4所述的定位格架，其特征在于，所述凸出部为弧形凸起或多边形凸起。
- 根据权利要求4-8任一项所述的定位格架，其特征在于，所述定位格架还包括设置在所述外框架内的多个平行间隔的第一内条带和多个平行间隔的第二内条带；所述第一内条带和第二内条带相互交叉形成网络状的格栅单元。
- 一种燃料组件，其特征在于，包括相对设置的上管座和下管座、设置在所述上管座和下管座之间的格架组；所述格架组包括若干个沿燃料组件的轴向间隔分布在所述上管座和下管座之间的格架；位于所述格架组中部位置的至少一个格架为权利要求2-9任一项所述的定位格架。
- 根据权利要求10所述的燃料组件，其特征在于，所述格架组包括1-3个所述定位格架。
- 根据权利要求11所述的燃料组件，其特征在于，所述格架组中其余的格架为锆合金格架；上下相邻的所述定位格架之间的距离小于所述锆合金格架之间的距离；和/或，所述定位格架与所述锆合金格架之间的距离小于所述锆合金格架之间的距离。
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