專利名稱:一種壓水堆雙面冷卻燃料棒的錐形定位格架的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及核反應(yīng)堆工程技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及一種壓水堆雙面冷卻燃料棒的錐形定位格架。
背景技術(shù)：
在核電站反應(yīng)堆運行過程中，核燃料的性能是影響反應(yīng)堆安全性和經(jīng)濟(jì)性的重要因素之一。在考慮功率密度、安全裕度、卸載燃耗和發(fā)電成本方面，燃料溫度都是一個很重要參考指標(biāo)。為了降低燃料元件破損率和提高組件壽命，人們不斷的改進(jìn)燃料和包殼材料的質(zhì)量，如使用新鋯合金、大晶粒芯塊等。然而，提高功率密度的好處人們認(rèn)識較少，它可以大大提高核電廠的經(jīng)濟(jì)效益。通常，核燃料都設(shè)計成圓柱狀的，直徑約9mm，水與燃料的體積比約為1.7，冷卻劑從包殼外流過。第四代壓水堆環(huán)形燃料有內(nèi)外兩個包殼，冷卻劑同時從內(nèi)外兩側(cè)帶走燃料發(fā)出的熱量。與傳統(tǒng)的實心圓柱狀燃料相比，環(huán)形燃料的好處是在很高的線功率密度下，燃料的運行中心溫度仍很低，燃料內(nèi)貯存的能量較少、裂變氣體釋放較少。可預(yù)期在正常輻照和運行瞬態(tài)下燃料性能較好，能達(dá)到較高的燃耗。圖1為實心燃料棒的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2環(huán)形燃料棒的結(jié)構(gòu)示意圖。
雖然雙面冷卻的燃料棒可以改善冷卻性能和燃料穩(wěn)定性以及獲得高燃耗和輸出功率，然而，為了使雙面冷卻的燃料棒與現(xiàn)存的壓水堆堆芯相適應(yīng)，環(huán)形燃料組件的外形尺寸必須與現(xiàn)存壓水堆的一致；所以雙面冷卻的環(huán)形燃料棒的棒徑有所增加，并帶來棒間距增大，這樣相鄰兩根燃料棒之間的棒間隙變得狹窄，燃料棒和格架條帶之間的間隙減小。
以百萬千瓦級的壓水堆核電站來說，傳統(tǒng)的圓柱狀燃料棒是以17X17-25的方式排列(如圖3所示)，圖3中帶灰底色的、直徑較小的圓代表燃料棒，燃料棒直徑D為9. 5mm, 棒間距P為12. 63mm，棒間隙為3. 11mm, P/D為1. 3264。不帶底色的、直徑較大的圓代表控制棒導(dǎo)向管。組件的定位格架由薄片的條帶十字交叉而成，形成289個方形格子，其中264 個燃料棒格子和M個導(dǎo)向管格子，前者支撐燃料棒，后者內(nèi)插入導(dǎo)向管并與導(dǎo)向管之間焊接連接，中心的一個是通量監(jiān)督管格子。一般沿組件的縱向、以一定的間隔布置有8個定位格架，由它們實現(xiàn)燃料棒的軸向與徑向定位。每個燃料棒格子對每個燃料棒有6個支撐點，其中兩個是縱向彈簧，它們分別位于燃料棒格子的兩個側(cè)面上，構(gòu)成對燃料棒的2個彈性支點，有4個是凹坑，它們成對地位于兩個彈簧的上下，并且分別在另外兩個側(cè)面上，構(gòu)成對燃料棒的剛性支點。若使用雙面冷卻的燃料棒，假設(shè)按13X13-9排列(如圖4所示)， 圖中帶黑底色的圓環(huán)代表雙面冷卻燃料棒，不帶底色的圓代表控制棒導(dǎo)向管，環(huán)狀燃料棒的外包殼直徑D為15. 367mm, P為16. 51mm，棒間隙為1. 143mm, P/D為1. 07；34。若組件的定位格架仍由條帶十字交叉形成，包括燃料棒格子和導(dǎo)向管格子，那么，由于環(huán)狀燃料棒的棒間隙僅為1. 143mm，假設(shè)定位格架的條帶厚度均為0. 3mm，那么棒與格架條帶的間隙將從 1. 45mm 減到 0. 42mm。
傳統(tǒng)壓水堆燃料組件定位格架條帶圖如圖5所示，每個燃料棒插在由格架條帶交叉組成的方形柵格中，其中兩個側(cè)面上有一個凸起朝向燃料棒外圓的、沿縱向的、條狀的三彎彈簧，構(gòu)成對燃料棒的2個彈性支點。另外兩個側(cè)面則各有兩個凸起朝向燃料棒外圓的凹窩，構(gòu)成對燃料棒的4個剛性支點。每個燃料棒受到兩個彈簧和四個凹窩的支撐與定位。 如果格架條帶是由鎳基合金制成，彈簧和凹窩就由條帶本身沖壓而成，兩個凹窩位于條狀的三彎彈簧的上下端，且朝向與彈簧相反，即它們分別對條帶兩側(cè)的燃料棒起支撐作用，這就是通常所說的單金屬格架。如果格架條帶是由鋯合金制成，彈簧就由另外的鎳基合金窄帶沖壓形成之后，用點焊方法擬合到格架條帶上，即通常所說的雙金屬格架。顯然，對于雙面冷卻的燃料棒，由于燃料棒與格柵條帶之間間隙狹窄，還不到0. 5mm，無足夠空間布置縱向彈簧，不可能使用現(xiàn)存的燃料棒支撐結(jié)構(gòu)。
在美國專利公開說明書US2010/0027734A1中，公開了一種燃料棒的定位格架，該定位格架也是采用條帶十字交叉形成，格架的支撐部件移至柵格的對角線處，這樣雖然解決了壓水堆環(huán)形燃料棒的支撐和定位的問題，但是這種定位格架結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，制造工藝難度大，其中采用的條帶的彈性支點采用沖壓彈簧，彈性支點在反應(yīng)堆運行過程中受到長期的沖刷作用的影響下容易造成松弛，降低彈性支撐能力，造成燃料棒的不穩(wěn)定。而且這種條帶制作工藝復(fù)雜，制作時間較長，安裝復(fù)雜。
目前現(xiàn)有技術(shù)中有相關(guān)文獻(xiàn)公開了反應(yīng)堆的定位格架，例如中國書 CN86102224A、CN87100909A、CN1140885A、CN1820326A 等專利文獻(xiàn)中公開了定位格架，這類定位格架均是采用條帶或類似條帶的板狀物質(zhì)以十字交叉的方式組裝而成，定位格架制作比較麻煩，且針對現(xiàn)有核電站燃料組件設(shè)計使用。而核反應(yīng)堆燃料棒的支撐和定位是反應(yīng)堆安全運行的核心，為此必須尋求新的解決方法來提高環(huán)形燃料組件的燃料棒支撐和定位問題，但迄今尚未有參考資料明確指出解決問題的方向。因此研發(fā)一種高安全性的定位格架是我國壓水堆環(huán)形燃料組件的迫切需求。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型克服了現(xiàn)有定位格架在環(huán)形燃料組件中應(yīng)用的不足，提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、制作方便、安裝簡便的壓水堆雙面冷卻燃料棒的錐形定位格架。
為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的
一種壓水堆雙面冷卻燃料棒的錐形定位格架，包括由條帶組成的柵格框架，關(guān)鍵在于，錐形支撐件安裝在柵格框架上，其中錐形支撐件的錐形部分高出柵格框架。
本實用新型還可以
所述的錐形支撐件由空心圓管和圓錐管兩部分連接組成；所述的錐形支撐件的空心圓管插入柵格框架條帶的十字交叉處，環(huán)繞著條帶的交叉點；所述的錐形支撐件的錐形部分的端部開有若干切口 ；所述的柵格框架由矩形薄片的條帶相互交叉并釬焊組成。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是
本實用新型使用的條帶由矩形薄片開槽而成，條帶上不需要再設(shè)置傳統(tǒng)復(fù)雜的支撐和定位部件，條帶的結(jié)構(gòu)更加簡化，制造起來更加方便。錐形支撐件安裝在定位格架的框架上，其錐形部分位于框架的上端，安全可靠性更高，定位格架的安裝更加容易。


圖1實心燃料棒的截面示意圖[0016]圖2環(huán)形燃料棒的截面示意圖
圖3傳統(tǒng)的燃料棒排列的燃料組件截面圖
圖4環(huán)形燃料組件排列的截面圖
圖5傳統(tǒng)的壓水堆燃料組件定位格架條帶示意圖
圖6定位格架條帶I示意圖圖7定位格架條帶II示意圖
圖8錐形支撐件示意圖
圖9定位格架條帶I與條帶II組成的柵格框架示意圖
圖10定位格架結(jié)構(gòu)示意圖
1 切口 I-B、2 切口 I-A、3 切口 I_C、4 切口 II_B、5 切口 II_C、6 切口 II_A、7 切口 III-A、8切口 III-B、9 切口 III-CUO 切口 III-DUl 切口 III-E
具體實施方式
下面結(jié)合附圖與具體實施方式
對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述
定位格架是由矩形薄片制成的如圖6所示的格架條帶I和如圖7所示的條帶II， 以十字交叉的方式構(gòu)成方形的燃料棒柵格框架，如圖9所示，以及如圖8所示的錐形(喇叭口型)的彈性支撐件，共同釬焊一起組成，如圖10所示。支撐件位于柵格的十字交叉處、環(huán)繞著交叉點，對燃料棒起支撐作用。
格架條帶I的切口 I-A2與格架條帶II上的切口 II_A6長度均為條帶寬度的一半。 在條帶I的切口 I-A 2的兩側(cè)等間距的布置切口 I-B 1和切口 I-C 3，同理，在條帶II另一側(cè)以切口 II-A 6為中心等間距布置切口 II-B 4和切口 II-C 5，其中切口 I-B 1和切口 I-A2的間距與切口 II-A6和切口 II-B 4的間距相等，條帶I和條帶II借助切口 I-A2和切口 II-A6相插，并以十字交叉的方式構(gòu)成方形的燃料棒柵格框架。切口 I-B 1、切口 I-C 3和切口 II-B 4、切口 II-C 5的開口方向一致，它們要么都在條帶的上部，要么都在條帶的下部，其間隔視錐形支撐件的形狀和尺寸而定。
錐形支撐件可以采用兩用方式制成，一種為由空心圓管和圓錐管兩部分構(gòu)成，空心圓管開有切口 III-A 7、切口 III-B 8、切口 III-C 9、切口 III-D 10與柵格切口 I-B 1、 切口 I-C 3、切口 II-B 4、切口 II-C 5擬合，圓錐管部分高出燃料組件柵格，圓錐管上面開有若干切口 III-Ell形成開口銷式的彈簧，對燃料棒起支撐作用。
錐形支撐件的另一種制成方式為由空心圓管一體式制成，空心圓管一段開有若干切口，將切口部分通過沖壓方式將其制成錐形(喇叭口型)，形成開口銷式的彈簧，對燃料棒起支撐作用。
定位格架的安裝過程如下
首先，將條帶I和條帶II相互交叉并釬焊組成一個方形的燃料棒柵格框架，然后再將錐形(喇叭口型)的支撐件插入柵格條帶的十字交叉處，最后通過釬焊將支撐件與條帶這兩個獨立的部分?jǐn)M合在一起，構(gòu)成一個完整的定位格架。通過支撐件的錐面與燃料棒外表面接觸，起到對燃料棒的支撐與定位作用。
權(quán)利要求
1.一種壓水堆雙面冷卻燃料棒的錐形定位格架，包括由條帶組成的柵格框架，其特征在于，錐形支撐件安裝在柵格框架上，其中錐形支撐件的錐形部分高出柵格框架。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的一種壓水堆雙面冷卻燃料棒的錐形定位格架，其特征在于， 所述的錐形支撐件由空心圓管和圓錐管兩部分連接組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的一種壓水堆雙面冷卻燃料棒的錐形定位格架，其特征在于， 所述的錐形支撐件的空心圓管插入柵格框架條帶的十字交叉處。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的一種壓水堆雙面冷卻燃料棒的錐形定位格架，其特征在于， 所述的錐形支撐件的錐形部分開有切口。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的一種壓水堆雙面冷卻燃料棒的錐形定位格架，其特征在于， 所述的柵格框架由矩形薄片的條帶相互交叉并釬焊組成。
專利摘要
本實用新型公開了一種壓水堆雙面冷卻燃料棒的錐形定位格架，包括由條帶組成的柵格框架，錐形支撐件安裝在柵格框架上，其中錐形支撐件的錐形部分高出柵格框架。該實用新型提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、制作方便、安裝簡便的壓水堆雙面冷卻燃料棒的錐形定位格架。
文檔編號G21C3/356GKCN202205468SQ201120252289
公開日2012年4月25日 申請日期2011年7月18日
發(fā)明者何曉軍, 刁均輝, 季松濤, 張培升, 張毅, 張汝嫻, 張愛民 申請人:中國原子能科學(xué)研究院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan