CN202205467U - 一种压水堆双面冷却燃料棒的管形定位格架 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种压水堆双面冷却燃料棒的管形定位格架，定位格架由准正方形的栅格单元焊接形成，每个栅格单元的四个角处向中心凸起，向中心凸起的凸面与燃料棒的外圆接触，形成对燃料棒的支撑和定位，所述的栅格单元由圆管冲压或拉拔而成。该实用新型提供了一种结构简单、制作工艺技术难度低、经济性更佳、安全性更好的便于安装的压水堆双面冷却燃料棒的管形定位格架。
Description
技术领域
本实用新型涉及核反应堆工程技术领域，特别涉及一种压水堆双面冷却燃料棒的管形定位格架。
背景技术
在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之一。在考虑功率密度、安全裕度、卸载燃耗和发电成本方面，燃料温度都是一个很重要参考指标。为了降低燃料元件破损率和提高组件寿命，人们不断的改进燃料和包壳材料的质量，如使用新锆合金、大晶粒芯块等。然而，提高功率密度的好处人们认识较少，它可以大大提高核电厂的经济效益。通常，核燃料都设计成圆柱状的，直径约9mm，水与燃料的体积比约为1.7，冷却剂从包壳外流过。第四代压水堆环形燃料有内外两个包壳，冷却剂同时从内外两侧带走燃料发出的热量。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功率密度下，燃料的运行中心温度仍很低，燃料内贮存的能量较少、裂变气体释放较少。可预期在正常运行和瞬态条件下燃料性能较好，能达到较高的燃耗。图1为实心燃料棒的结构示意图，图2为环形燃料棒的结构示意图。
虽然双面冷却的燃料棒可以改善冷却性能和燃料稳定性以及获得高燃耗和输出功率，然而，为了使双面冷却的燃料棒与现存的压水堆堆芯相适应，环形燃料组件的外形尺寸必须与现存压水堆的一致；所以双面冷却的环形燃料棒的棒径有所增加，并带来棒间距增大，这样相邻两根燃料棒之间的棒间隙变得狭窄，燃料棒和格架条带之间的间隙减小。
以百万千瓦级的压水堆核电站来说，传统的圆柱状燃料棒是以17×17-25的方式排列(如图3所示)，图3中带灰底色的、直径较小的圆代表燃料棒，燃料棒直径D为9.5mm，棒间距P为12.63mm，棒间隙为3.11mm，P/D为1.3264。 不带底色的、直径较大的圆代表控制棒导向管。组件的定位格架由薄片的条带十字交叉而成，形成289个方形格子，其中264个燃料棒格子和24个导向管格子，前者支撑燃料棒，后者内插入导向管并与导向管之间焊接连接，中心的一个是中子注量率监督管格子。一般沿组件的纵向、以一定的间隔布置有8个定位格架，由它们实现燃料棒的轴向与径向定位。每个燃料棒格子对每个燃料棒有6个支撑点，其中两个是纵向弹簧，它们分别位于燃料棒格子的两个侧面上，构成对燃料棒的2个弹性支点，有4个是凹坑，它们成对地位于两个弹簧的上下，并且分别在另外两个侧面上，构成对燃料棒的刚性支点。若使用双面冷却的燃料棒，假设按13×13-9排列(如图4所示)，图中带黑底色的圆环代表双面冷却燃料棒，不带底色的圆代表控制棒导向管，环状燃料棒的外包壳直径D为15.367mm，P为16.51mm，棒间隙为1.143mm，P/D为1.0734。若组件的定位格架仍由条带十字交叉形成，包括燃料棒格子和导向管格子，那么，由于环状燃料棒的棒间隙仅为1.143mm，假设定位格架的条带厚度均为0.3mm，那么棒与格架条带的间隙将从1.45mm减到0.42mm。
传统压水堆燃料组件定位格架条带图如图5所示，每个燃料棒插在由格架条带交叉组成的方形栅格中，其中两个侧面上有一个凸起朝向燃料棒外圆的、沿纵向的、条状的三弯弹簧，构成对燃料棒的2个弹性支点。另外两个侧面则各有两个凸起朝向燃料棒外圆的凹窝，构成对燃料棒的4个刚性支点。每个燃料棒受到两个弹簧和四个凹窝的支撑与定位。如果格架条带是由镍基合金制成，弹簧和凹窝就由条带本身冲压而成，两个凹窝位于条状的三弯弹簧的上下端，且朝向与弹簧相反，即它们分别对条带两侧的燃料棒起支撑作用，这就是通常所说的单金属格架。如果格架条带是由锆合金制成，弹簧就由另外的镍基合金窄带冲压形成之后，用点焊方法拟合到格架条带上，即通常所说的双金属格架。显然，对于双面冷却的燃料棒，由于燃料棒与格栅条带之间间隙狭窄，还不到0.5mm，无足够空间布置纵向弹簧，不可能使用现存的燃料棒支撑结构。
在美国专利公开说明书US2010/0027734A1中，公开了一种燃料棒的定位格架，该定位格架也是采用条带十字交叉形成，格架的支撑部件移至栅格的对角线处，这样虽然解决了压水堆环形燃料棒的支撑和定位的问题，但是这种定位格架结构较复杂，制造工艺难度大，其中采用的条带的弹性支点采用冲压弹簧，弹性 支点在反应堆运行过程中受到长期的冲刷作用的影响下容易造成松弛，降低弹性支撑能力，造成燃料棒的不稳定。而且这种条带制作工艺复杂，制作时间较长，安装复杂。
目前现有技术中有相关文献公开了反应堆的定位格架，例如中国专利说明书CN86102224A、CN87100909A、CN1140885A、CN1820326A等专利文献中公开了定位格架，这类定位格架均是采用条带或类似条带的板状物质以十字交叉的方式组装而成，定位格架制作比较麻烦，且针对现有核电站燃料组件设计使用。而核反应堆燃料棒的支撑和定位是反应堆安全运行的核心，为此必须寻求新的解决方法来提高环形燃料组件的燃料棒支撑和定位问题，但迄今尚未有参考资料明确指出解决问题的方向。因此研发一种高安全性的定位格架是我国压水堆环形燃料组件的迫切需求。
发明内容
本实用新型克服了现有定位格架在环形燃料组件中应用的不足，提供了一种结构简单、制作工艺技术难度低、经济性更佳、安全性更好的便于安装的压水堆双面冷却燃料棒的管形定位格架。
为了解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：
一种压水堆双面冷却燃料棒的管形定位格架，关键在于，定位格架由多个准正方形的栅格单元焊接形成，每个栅格单元的四个角处向中心凸起，向中心凸起的凸面与燃料棒的外圆面接触，形成对燃料棒的支撑和定位，所述的栅格单元由圆管冲压或拉拔而成。
本实用新型还可以：
所述的凸面为四分之一圆形或圆弧或平面形状的凸面，其中圆形或圆弧或平面与燃料棒的外圆面接触。所述的栅格单元由壁厚为0.2mm～0.3mm的圆管一次冲压或拉拔而成。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
本实用新型取消了传统的条带栅格的结构设计，打破了本领域技术人员的传统设计思想，本实用新型的结构更加简单，安全性更高。由于栅格单元由圆管冲压或拉拔而成，制造工艺技术难度降低，经济性更好；栅格单元焊接形成，使格架的组装更加容易。本实用新型将格架的支撑部件移到栅格的对角线处，同时使格架的支撑和定位结构更加牢固。
附图说明
图1实心燃料棒的截面示意图
图2环形燃料棒的截面示意图
图3传统的燃料棒排列的燃料组件截面图
图4环形燃料组件排列的截面图
图5传统的压水堆燃料组件定位格架条带图
图6圆形凸面栅格单元的轴侧图
图7圆形凸面栅格单元的俯视图
图8圆弧凸面栅格单元的轴侧图
图9圆弧凸面栅格单元的俯视图
图10平面凸面栅格单元的轴侧图
图11平面凸面栅格单元的俯视图
图12圆形凸面栅格单元组成的定位格架的结构示意图
图13圆形凸面栅格单元组成的定位格架的俯视图
图14圆弧凸面栅格单元组成的定位格架的结构示意图
图15圆弧凸面栅格单元组成的定位格架的俯视图
图16平面凸面栅格单元组成的定位格架的结构示意图
图17平面凸面栅格单元组成的定位格架的俯视图
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述：
本实用新型由很多准正方形的栅格单元焊接形成，每个栅格单元的四个角处向中心凸起，形成凸面，凸面与燃料棒的外圆面接触，形成对燃料棒的支撑和定位。本实施中的方形栅格采用圆管成型技术制造，共设计了三种形式的栅格单元，四分之一圆形凸面栅格单元如图6和图7所示，圆弧凸面栅格单元如图8 和图9所示，平面凸面栅格单元如图10和图11所示。其中每个准方形栅格由壁厚0.2mm～0.3mm的圆管一次冲压或拉拔而成。
定位格架根据反应堆内部结构的需求，由多个独立的栅格单元经焊接组成方形的栅格框架，栅格单元可以具有不同的结构尺寸，其构成的内切圆应与燃料棒的外圆直径等同。栅格单元的内曲面或平面与燃料棒外圆面相接触，从而起到支撑和定位燃料棒的作用。
实施例1
定位格架由很多的圆形凸面栅格组成，方形栅格的四个角处呈朝燃料棒外圆方向凸起的四分之一圆，它们形成燃料棒的支撑。格架形式如图12、图13所示。
实施例2
定位格架由很多的圆弧凸面栅格单元组成，栅格的四个角处呈朝燃料棒外圆方向凸起的圆弧状，它们形成燃料棒的支撑。格架形式如图14、图15所示。
实施例3
定位格架由很多的平面凸面栅格单元组成，栅格单元的四个角处呈朝燃料棒外圆方向平面状，它们形成燃料棒的支撑。格架形式如图16、图17所示。
Claims (3)
1.一种压水堆双面冷却燃料棒的管形定位格架，其特征在于，定位格架由准正方形的栅格单元焊接形成，每个栅格单元的四个角处向中心凸起，向中心凸起的凸面与燃料棒的外圆面接触，形成对燃料棒的支撑和定位，所述的栅格单元由圆管冲压或拉拔而成。
2.根据权利要求1所述的一种压水堆双面冷却燃料棒的管形定位格架，其特征在于，所述的凸面为四分之一圆形或圆弧或平面形状的凸面，其中圆形或圆弧或平面与燃料棒的外圆面接触。
3.根据权利要求1所述的一种压水堆双面冷却燃料棒的管形定位格架，其特征在于，所述的栅格单元由壁厚为0.2mm～0.3mm的圆管一次冲压或拉拔而成。
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