專利名稱:一種內(nèi)冷式壓水反應(yīng)堆堆芯的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種內(nèi)冷式壓水反應(yīng)堆堆芯，包括由若干盒六角形燃料組件構(gòu)成近似圓柱體，每三個六角形燃料組件構(gòu)成Y型接觸面，若干個Y型接觸面間布置有Y形板狀控制棒，將六角形燃料組件之間的接觸面之間墊隔出水隙，六角形燃料組件外表由鋯鈮合金構(gòu)成外包殼，每一個六角形燃料組件由若干個內(nèi)冷式六角形柵元構(gòu)成，六角形柵元間無包殼材料，六角形柵元由置于中心的圓形冷卻劑流道和燃料構(gòu)成，冷卻劑流道為內(nèi)包殼構(gòu)成的流道，內(nèi)包殼材料為鋯鈮合金，內(nèi)包殼與燃料之間填充錫鉛鉍合金。采用一體式內(nèi)冷式燃料組件，無橫向支撐結(jié)構(gòu)，堆芯冷卻劑流道簡單。在較大的冷卻劑流速下，堆芯形阻壓降和流致震動小，可獲得較高的輸出功率。
【專利說明】-種內(nèi)冷式壓水反應(yīng)堆堆芯

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型屬于核反應(yīng)堆【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種內(nèi)冷式壓水反應(yīng)堆堆芯。

【背景技術(shù)】
[0002] 在滿足安全限值的前提下，提高反應(yīng)堆的輸出功率有助于提升核反應(yīng)堆的經(jīng)濟性 與小型化。限制反應(yīng)堆輸出功率的主要因素是燃料包殼與燃料芯塊中也溫度。通過增加冷 卻劑流量、增大傳熱面積、減小燃料元件尺寸可實現(xiàn)在滿足安全限值前提下提升堆芯輸出 功率的目的。在減小燃料元件尺寸方面，考慮到機械加工的可行性，目前可行的最小燃料棒 直徑約6. 5mm ;在增大傳熱面積方面，采用環(huán)形雙冷燃料元件，降低了燃料元件溫度，可在 保證安全的前提下，提升堆芯功率。
[0003] 目前的壓水反應(yīng)堆提升功率密度的研究中，小直徑燃料元件與環(huán)形燃料元件的設(shè) 計均可降低燃料芯塊的中也線溫度，但減小燃料元件直徑會導(dǎo)致其機械強度的降低與流致 振顫的增大；環(huán)形燃料元件的冷卻劑流道復(fù)雜，不利于反應(yīng)堆堆芯設(shè)計，同時冷卻劑壓降也 將增大，需要更大功率的主粟維持一回路強迫循環(huán)。
[0004] 壓水反應(yīng)堆燃料元件一般為棒束結(jié)構(gòu)，堆芯的冷卻劑流量（流速）由熱工與水力 (流致振顫）共同確定，冷卻劑流量增加，將導(dǎo)致燃料元件的流致振顫增大，燃料包殼與定 位格架的摩擦增大，會對燃料包殼的完好性產(chǎn)生影響。因此，目前通過增加冷卻劑流量提升 壓水反應(yīng)堆功率密度的研究相對較少。《南華大學(xué)學(xué)報-自然科學(xué)版》2012年第26卷第3 期發(fā)表的《反轉(zhuǎn)反應(yīng)堆堆芯組件中子學(xué)問題初步研究》、《反轉(zhuǎn)壓水反應(yīng)堆熱工水力特性初 步研究》和《核動力工程》201年第5期第34卷發(fā)表的《內(nèi)冷式壓水反應(yīng)堆堆芯組件中子學(xué) 初步研究》中對內(nèi)冷式壓水反應(yīng)堆的燃料組件進行了中子學(xué)與子通道熱工水力分析，并沒 有形成實際的產(chǎn)品和堆芯設(shè)計方案。 實用新型內(nèi)容
[0005] 本實用新型的目的在于提供一種內(nèi)冷式壓水反應(yīng)堆堆芯，解決了目前的壓水反應(yīng) 堆，小直徑燃料元件與環(huán)形燃料元件的設(shè)計均可降低燃料芯塊的中也線溫度，但減小燃料 元件直徑會導(dǎo)致其機械強度的降低與流致振顫的增大的問題。
[0006] 本實用新型所采用的技術(shù)方案是包括由若干盒六角形燃料組件構(gòu)成近似圓柱體， 每H個六角形燃料組件構(gòu)成Y型接觸面，若干個Y型接觸面間布置有Y形板狀控制棒，將 六角形燃料組件之間的接觸面之間墊隔出水隙，六角形燃料組件外表由鉛魄合金構(gòu)成外包 殼，每一個六角形燃料組件由若干個內(nèi)冷式六角形柵元構(gòu)成，六角形柵元間無包殼材料，六 角形柵元由置于中也的圓形冷卻劑流道和燃料構(gòu)成，冷卻劑流道為內(nèi)包殼構(gòu)成的流道，內(nèi) 包殼材料為鉛魄合金，內(nèi)包殼與燃料之間填充錫鉛餓合金。
[0007] 進一步，所述六角形燃料組件個數(shù)為187盒；所述六角形燃料組件為長條柱體； 所述六角形燃料組件對邊距為213mm。
[0008] 進一步，所述六角形燃料組件的外包殼厚度為9. 8mm，長度為3680mm。
[0009] 進一步，所述六角形柵元為169個。
[0010] 進一步，所述燃料中鋪富集度為10%?13%。
[0011] 進一步，所述冷卻劑流道直徑為11mm，冷卻劑流道外為內(nèi)包殼，內(nèi)包殼厚度為 0. 68mm，內(nèi)包殼與燃料間隙為0. 34mm。
[0012] 進一步，Y形板狀控制棒厚度為7mm，采用B4C作為中子吸收體，長度3680mm，厚度 為 5mm。
[0013] 進一步，所述燃料材料為UTV日Zr2.2品.625。
[0014] 采用一體式內(nèi)冷式燃料組件，無橫向支撐結(jié)構(gòu)，堆芯冷卻劑流道簡單。在較大的冷 卻劑流速下，堆芯形阻壓降和流致震動小，可獲得較高的輸出功率。

【附圖說明】

[0015] 圖1是本實用新型內(nèi)冷式壓水反應(yīng)堆六角形燃料組件內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016] 圖2是本實用新型內(nèi)冷式壓水反應(yīng)堆堆芯布置圖；
[0017] 圖3是本實用新型內(nèi)冷式壓水反應(yīng)堆燃料組件六角形柵元結(jié)構(gòu)圖；
[0018] 圖4是本實用新型內(nèi)冷式壓水反應(yīng)堆燃料組件與Y形板狀控制元件示意圖；
[0019] 圖5是本實用新型堆芯有效增殖系數(shù)隨時間的變化示意圖；
[0020] 圖6是本實用新型堆芯平均通道冷卻劑出口溫度分布云圖；
[0021] 圖7是本實用新型堆芯平均通道冷卻劑出密度度分布云圖；
[0022] 圖8是本實用新型堆芯平均通道冷卻劑壓降隨軸向高度的變化圖；
[0023] 圖9是本實用新型堆芯最熱通道冷卻劑出口溫度分布云圖。
[0024] 圖中，1.六角形燃料組件，2. Y形板狀控制棒，3.外包殼，4.六角形柵元，5.冷卻劑 流道，6.燃料，7.內(nèi)包殼。

【具體實施方式】
[00巧]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型進行詳細(xì)說明。
[0026] 本實用新型的一種實施例如圖1和圖2所示，由六角形燃料組件1構(gòu)成近似圓 柱體，活性區(qū)高度3680mm，等效直徑3660mm，堆芯核功率4000MW ;如圖3所示，六角形燃料 組件1由內(nèi)冷式六角形柵元4構(gòu)成，六角形柵元4間無包殼材料，六角形柵元4對邊距為 16. 04mm，六角形燃料組件1為一體式"蜂窩煤"狀結(jié)構(gòu)，六角形燃料組件1對邊距為213mm， 燃料6中鋪富集度為10%?13%可調(diào)，滿足不同長度的堆芯壽期，六角形燃料組件1的外 包殼3為鉛魄合金，厚度為9. 8mm。燃料6采用鋪社鉛氨化物燃料，其中U、Th、Zr、H的原子 比例為1 ;〇. 5 ;2. 25點625 ;六角形燃料組件1為"蜂窩煤"狀內(nèi)冷式，即冷卻劑流道5位于 每根六角形燃料組件1中也，冷卻劑流道5直徑為11mm，冷卻劑流道5外為內(nèi)包殼7,厚度 為0. 68mm，材料為鉛魄合金，內(nèi)包殼7與燃料6間隙為0. 34mm，內(nèi)填充錫鉛餓合金，正常運 行工況，該合金為液態(tài)。每個組件含有169個內(nèi)冷式冷卻劑流道5。
[0027] 如圖4所示，本實用新型整個內(nèi)冷式壓水反應(yīng)堆堆芯優(yōu)選由187盒六角形燃料組 件1構(gòu)成，六角形燃料組件1間留有水隙，厚度為12. 24mm ;六角形燃料組件1間的水隙用 于布置Y形板狀控制棒2, Y形板狀控制棒2厚度為7mm，采用B4C作為中子吸收體，長度優(yōu) 選3680mm，厚度為5mm，Y形板狀控制棒2由不鎊鋼包裹，厚度1mm。Y形板狀控制棒2的總 數(shù)量視反應(yīng)性控制要求確定，在"卡棒"準(zhǔn)則下，可實現(xiàn)-1 % A k/k的最小停堆深度要求。
[0028] Y形板狀控制棒2共兩大類，即調(diào)節(jié)棒組與停堆棒組。通過調(diào)整燃料中鋪的富集 度、控制棒數(shù)量與排布，可使內(nèi)冷式壓水反應(yīng)堆實現(xiàn)功率控制與"卡棒"準(zhǔn)則下的最小停堆 深度要求。內(nèi)冷式壓水反應(yīng)堆的燃耗反應(yīng)性補償與傳統(tǒng)的棒束結(jié)構(gòu)壓水反應(yīng)堆類似，采用 化學(xué)補償方式（測酸）；快速的負(fù)荷調(diào)節(jié)與停堆采用控制棒實現(xiàn)。
[0029] 本例內(nèi)冷式壓水反應(yīng)堆優(yōu)選設(shè)計參數(shù)如表1所示。
[0030] 表 1
[0031]

【權(quán)利要求】
1. 一種內(nèi)冷式壓水反應(yīng)堆堆芯，其特征在于：包括由若干盒六角形燃料組件（1)構(gòu)成 近似圓柱體，每H個六角形燃料組件（1)構(gòu)成Y型接觸面，若干個Y型接觸面間布置有Y 形板狀控制棒（2)，將六角形燃料組件（1)之間的接觸面之間墊隔出水隙，六角形燃料組件 (1)外表由鉛魄合金構(gòu)成外包殼（3)，每一個六角形燃料組件（1)由若干個內(nèi)冷式六角形柵 元（4)構(gòu)成，六角形柵元（4)間無包殼材料，六角形柵元（4)由置于中也的圓形冷卻劑流道 (5)和燃料（6)構(gòu)成，冷卻劑流道（5)為內(nèi)包殼（7)構(gòu)成的流道，內(nèi)包殼（7)材料為鉛魄合 金，內(nèi)包殼（7)與燃料（6)之間填充錫鉛餓合金。2. 按照權(quán)利要求1所述一種內(nèi)冷式壓水反應(yīng)堆堆芯，其特征在于：所述六角形燃料組 件（1)個數(shù)為187盒；所述六角形燃料組件（1)為長條柱體；所述六角形燃料組件（1)對邊 距為213mm。3. 按照權(quán)利要求1所述一種內(nèi)冷式壓水反應(yīng)堆堆芯，其特征在于：所述六角形燃料組 件（1)的外包殼（3)厚度為9. 8mm，長度為3680mm。4. 按照權(quán)利要求1所述一種內(nèi)冷式壓水反應(yīng)堆堆芯，其特征在于：所述六角形柵元（4) 為169個。5. 按照權(quán)利要求1所述一種內(nèi)冷式壓水反應(yīng)堆堆芯，其特征在于；所述燃料化）中鋪 富集度為10%?13%。6. 按照權(quán)利要求1所述一種內(nèi)冷式壓水反應(yīng)堆堆芯，其特征在于；所述冷卻劑流道巧） 直徑為11mm，冷卻劑流道（5)外為內(nèi)包殼（7)，內(nèi)包殼（7)厚度為0. 68mm，內(nèi)包殼（7)與燃 料化）間隙為0. 34mm。7. 按照權(quán)利要求1所述一種內(nèi)冷式壓水反應(yīng)堆堆芯，其特征在于；Y形板狀控制棒（2) 厚度為7mm，采用B4C作為中子吸收體，長度3680mm，厚度為5mm。8. 按照權(quán)利要求1所述一種內(nèi)冷式壓水反應(yīng)堆堆芯，其特征在于：所述燃料（6)材料 為 UTh〇.日Zr2.2日H日.625。
【文檔編號】G21C3-32GK204288819SQ201420483005
【發(fā)明者】于濤, 謝金森, 李小華, 劉紫靜, 何麗華 [申請人]南華大學(xué)