一种燃料棒下端固定式方形双面冷却环形燃料组件制造技术

本实用新型专利技术属于核燃料组件技术领域，具体涉及一种燃料棒下端固定式方形双面冷却环形燃料组件，目的在于研制设计一种燃料棒下端固定式方形双面冷却环形燃料组件，解决现有棒状燃料组件在使用过程中，容易产生裂变气体释放量增大、包壳腐蚀和吸氢增加、燃料芯块肿胀、燃料元件和组件辐照生长加剧的问题。其特征在于：包括上管座、燃料棒、定位格架、下管座、导向管和仪表管；燃料棒、导向管和仪表管插设于定位格架中；定位格架共有多个，沿轴向依次设置；导向管和仪表管的上端与上管座固定连接，下端与下管座固定连接；其特征在于：所述的燃料棒的下端插入下管座，与下管座固定连接；当燃料棒产生辐照生长时，燃料棒向上膨胀。

【技术实现步骤摘要】
一种燃料棒下端固定式方形双面冷却环形燃料组件
本技术属于核燃料组件
，具体涉及一种燃料棒下端固定式方形双面冷却环形燃料组件。
技术介绍
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。因此国际上一直将燃料元件的研究放在十分突出的地位，通过优化燃料元件设计、采用先进结构材料、改进元件制造工艺等方法，不断提高核燃料元件的各种性能，促使核电向更安全和更经济的方向发展。全性和经济性是核电发展的基础，几乎所有的核电技术发展都以增加核电安全性和经济性为目标。燃料元件作为核电厂反应堆核心部件，其性能是核电安全性和经济性最主要影响因素之一，因此国际上一直将燃料元件的研究放在十分突出的地位，通过优化燃料元件设计、采用先进结构材料、改进元件制造工艺等方法，不断提高核燃料元件的各种性能，促使核电向更安全和更经济的方向发展。目前压水堆核电厂普遍采用棒状燃料，可通过加深组件卸料燃耗、延长换料周期，降低电厂运营成本，提高核电经济性。压水堆燃料组件的平均设计燃耗从早期的10～15GWd/tU逐步提高，至今已达到60～70GWd/tU，换料周期也相应地从12个月延长至现在的18或24个月。燃料组件燃耗加深也带来诸如裂变气体释放量增大、包壳腐蚀和吸氢增加、燃料芯块肿胀、燃料元件和组件辐照生长加剧等一系列问题。如何解决这些问题，一直是国际压水堆燃料元件研究的重要任务，例如，研发抗腐蚀性能好的先进包壳，采用低裂变气体释放率的芯块。此外，通过改进定位格架设计，增加组件临界热流密度等途径，也提升了反应堆堆芯的整体安全性。总的来说，棒状燃料组件结构和参数是近50年发展不断优化的结果，以棒状燃料为基础的技术改进对于提升核电经济性和安全性的潜力已非常有限，因此，近些年来，采用其他几何结构的燃料元件成为一种新的发展思路。对于新型几何结构的燃料元件至少满足以下五个基本要求：1)能提高燃料的“表面积/体积”比；2)能减小芯块厚度；3)有足够的刚度；4)能降低堆芯压降；5)组件要有开式栅格设计。美国麻省理工学院最早提出的轻水堆用环形燃料元件的概念，很好地满足了上述5个要求。所谓环形燃料是将燃料芯块制成环状，在芯块内、外表面加装包壳管，使得冷却剂可以从内、外两个流道同时对元件进行冷却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性密度下，燃料中心的温度仍然很低，燃料内的储能较少，裂变气体释放较少。可预期正常运行和瞬态条件下燃料性能较好。环形燃料作为一种结构上完全革新的先进燃料元件，可大幅度提高燃料元件的传热效率，降低燃料芯块温度，能显著提升反应堆的安全性和经济性，已成为压水堆先进燃料组件的重要发展趋势之一，受到国际上业界的重点关注。美、韩等国相继进行了环形燃料的研发，研究表明环形燃料具有很好的应用前景。
技术实现思路
本技术的目的在于研制设计一种燃料棒下端固定式方形双面冷却环形燃料组件，解决现有棒状燃料组件在使用过程中，容易产生裂变气体释放量增大、包壳腐蚀和吸氢增加、燃料芯块肿胀、燃料元件和组件辐照生长加剧的问题。本技术的技术方案如下所述：一种燃料棒下端固定式方形双面冷却环形燃料组件，包括上管座、燃料棒、定位格架、下管座、导向管和仪表管；燃料棒、导向管和仪表管插设于定位格架中；定位格架共有多个，沿轴向依次设置；导向管和仪表管的上端与上管座固定连接，下端与下管座固定连接；其特征在于：所述的燃料棒的下端插入下管座，与下管座固定连接，当燃料棒产生辐照生长时，燃料棒向上膨胀；所述的燃料棒采用环形燃料。如上所述的定位格架共有八到十三个，沿轴向依次设置。如上所述的定位格架共有十一个；定位格架用于对燃料棒进行固定，并保持燃料棒间距。如上所述的燃料组件的燃料棒采用5×5至17×17的排列形式。如上所述的燃料组件的燃料棒采用5×5－4－1的排列形式，包括二十根燃料棒、四根导向管和一根仪表管；四根导向管呈八分之一均等布置，仪表管位于中心位置。如上所述的燃料组件的燃料棒采用13×13－8－1的排列形式，包括一百六十根燃料棒、八根导向管和一根仪表管；八根导向管呈八分之一均等布置，仪表管位于中心位置。如上所述的燃料组件的燃料棒采用13×13－4－1的排列形式，包括一百六十四根燃料棒、四根导向管和一根仪表管；四根导向管呈八分之一均等布置，仪表管位于中心位置。如上所述的燃料组件的燃料棒采用13×13－12－1的排列形式，包括一百五十六根燃料棒、十二根导向管和一根仪表管；十二根导向管呈八分之一均等布置，仪表管位于中心位置。如上所述的燃料组件的燃料棒采用17×17－8－1的排列形式，包括二百八十根燃料棒、八根导向管和一根仪表管；八根导向管呈八分之一均等布置，仪表管位于中心位置。如上所述的燃料组件的燃料棒采用17×17－4－1的排列形式，包括二百八十四根燃料棒、四根导向管和一根仪表管；四根导向管呈八分之一均等布置，仪表管位于中心位置。如上所述的燃料组件的燃料棒采用17×17－12－1的排列形式，包括二百七十六根燃料棒、十二根导向管和一根仪表管；十二根导向管呈八分之一均等布置，仪表管位于中心位置。如上所述的两个相邻燃料棒之间的最小间隙为0.7至3.5mm；燃料棒与相邻导向管之间的中心距应与相邻两根燃料棒之间的中心距相等。如上所述的两个相邻燃料棒之间的最小间隙为2mm。如上所述的上管座上端设置有第一压紧弹簧和上管座定位销孔；第一压紧弹簧共有四个，分别设置在上管座顶部的四条边上，用于压紧燃料组件；上管座定位销孔共有两个，分别设置在上管座顶部的对角上，通过与销钉配合实现对燃料组件的定位。如上所述的定位格架上设置有定位格架与导向管接触面和定位格架与燃料棒接触面，分别用于对导向管和燃料棒进行定位；定位格架中的具有定位格架与导向管接触面的栅格的位置与导向管的位置相对应，具有定位格架与燃料棒接触面的栅格的位置与燃料棒的位置相对应。如上所述的下管座的上端分别设置有下管座的导向管安装孔、下管座的燃料棒安装孔、下管座第一流水孔、下管座第二流水孔和下管座第三流水孔；下管座的导向管安装孔的位置与导向管的位置相对应，用于固定导向管；下管座的料棒安装孔的位置与燃料棒的位置相对应，用于固定燃料棒；下管座第一流水孔、下管座第二流水孔和下管座第三流水孔用于通过冷却剂。如上所述的下管座的下端留有足够空间用于安装防异物结构或装置。如上所述的燃料棒整体为环状结构，最外层为外包壳，最内层为内包壳，在外包壳和内包壳之间为芯块；在外包壳与芯块之间、芯块与内包壳之间均设置有间隙，方便装配；内包壳和外包壳上方通过氩弧焊连接上端塞，内包壳和外包壳下方通过氩弧焊连接下端塞；上端塞上对称设置两个侧开孔，使得冷却剂能够通过这些侧开孔进入内包壳内壁构成的中空流道，对整体环形燃料棒进行冷却；所述的环形燃料棒通过管状固定件固定在下管座上；该管状固定件上端螺旋连接在下端塞的外表面；管状固定件下端螺旋连接固定在下管座上；第二压紧弹簧安装在芯块上端，在运输时提供推力防止芯块窜动，避免造成芯块破损；上端塞上设置一个充气孔，通过该充气孔向内包壳和外包壳嵌套形成的用于容纳芯块的空腔内冲入氦气。如上所述的上管座和下管座采用不锈钢材料制成，燃料棒的包壳、定位格架、导向管和仪表管采用锆合金材料制成。本技术还本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种燃料棒下端固定式方形双面冷却环形燃料组件，包括上管座(1)、燃料棒(2)、定位格架(3)、下管座(4)、导向管(5)和仪表管(6)；燃料棒(2)、导向管(5)和仪表管(6)插设于定位格架(3)中；定位格架(3)共有多个，沿轴向依次设置；导向管(5)和仪表管(6)的上端与上管座(1)固定连接，下端与下管座(4)固定连接；燃料棒(2)的下端插入下管座(4)，与下管座(4)固定连接，当燃料棒产生辐照生长时，燃料棒向上膨胀；其特征在于：所述的燃料棒(2)采用环形燃料。

【技术特征摘要】
1.一种燃料棒下端固定式方形双面冷却环形燃料组件，包括上管座(1)、燃料棒(2)、定位格架(3)、下管座(4)、导向管(5)和仪表管(6)；燃料棒(2)、导向管(5)和仪表管(6)插设于定位格架(3)中；定位格架(3)共有多个，沿轴向依次设置；导向管(5)和仪表管(6)的上端与上管座(1)固定连接，下端与下管座(4)固定连接；燃料棒(2)的下端插入下管座(4)，与下管座(4)固定连接，当燃料棒产生辐照生长时，燃料棒向上膨胀；其特征在于：所述的燃料棒(2)采用环形燃料。2.根据权利要求1所述的燃料棒下端固定式方形双面冷却环形燃料组件，其特征在于：所述的定位格架(3)共有八到十三个，沿轴向依次设置。3.根据权利要求2所述的燃料棒下端固定式方形双面冷却环形燃料组件，其特征在于：所述的定位格架(3)共有十一个；定位格架(3)用于对燃料棒进行固定，并保持燃料棒间距。4.根据权利要求1所述的燃料棒下端固定式方形双面冷却环形燃料组件，其特征在于：所述的燃料组件的燃料棒(2)采用5×5至17×17的排列形式。5.根据权利要求4所述的燃料棒下端固定式方形双面冷却环形燃料组件，其特征在于：所述的燃料组件的燃料棒(2)采用5×5－4－1的排列形式，包括二十根燃料棒(2)、四根导向管(5)和一根仪表管(6)；四根导向管(5)呈八分之一均等布置，仪表管(6)位于中心位置。6.根据权利要求4所述的燃料棒下端固定式方形双面冷却环形燃料组件，其特征在于：所述的燃料组件的燃料棒(2)采用13×13－8－1的排列形式，包括一百六十根燃料棒(2)、八根导向管(5)和一根仪表管(6)；八根导向管(5)呈八分之一均等布置，仪表管(6)位于中心位置。7.根据权利要求4所述的燃料棒下端固定式方形双面冷却环形燃料组件，其特征在于：所述的燃料组件的燃料棒(2)采用13×13－4－1的排列形式，包括一百六十四根燃料棒(2)、四根导向管(5)和一根仪表管(6)；四根导向管(5)呈八分之一均等布置，仪表管(6)位于中心位置。8.根据权利要求4所述的燃料棒下端固定式方形双面冷却环形燃料组件，其特征在于：所述的燃料组件的燃料棒(2)采用13×13－12－1的排列形式，包括一百五十六根燃料棒(2)、十二根导向管(5)和一根仪表管(6)；十二根导向管(5)呈八分之一均等布置，仪表管(6)位于中心位置。9.根据权利要求4所述的燃料棒下端固定式方形双面冷却环形燃料组件，其特征在于：所述的燃料组件的燃料棒(2)采用17×17－8－1的排列形式，包括二百八十根燃料棒(2)、八根导向管(5)和一根仪表管(6)；八根导向管(5)呈八分之一均等布置，仪表管(6)位于中心位置。10.根据权利要求4所述的燃料棒下端固定式方形双面冷却环形燃料组件，其特征在于：所述的燃料组件的燃料棒(2)采用17×17－4－1的排列形式，包括二百八十四根燃料棒(2)、四根导向管(5)和一根仪表管(6)；四根导向管(5)呈八分之一均等布置，仪表管(6)位于中心位置。11.根据权利要求4所述的燃料棒下端固定式方形双面冷却环形燃料组件，其特征在于：所述的燃料组件的燃料棒(2)采用17×17－12－1的排列形式，包括二百七十六根燃料棒(2)、十二根导向管(5)和一根仪表管(6)；十二根导向管(5)呈八分之一均等布置，仪表管(6)位于中心位置。12.根据权利要求4所述的燃料棒下端固定式方形双面冷却环形燃料组件，其特征在于：两个相邻所述的燃料棒(2)之间的最小间隙为0.7至3.5mm；燃料棒(2)与相邻导向管(5)之间的中心距应与相邻两根燃料棒(2)之间的中心距相等。13.根据权利要求12所述的燃料棒下端固定式方形双面冷却环形燃料组件，其特征在于：所述的两个相邻燃料棒(2)之间的最小间隙为2mm。14.根据权利要求1所述的燃料棒下端固定式方形双面冷却环形燃料组件，其特征在于：所述的上管座(1)上端设置有第一压紧弹簧(7)和上管座定位销孔(8)；第一压紧弹簧(7)共有四个，分别设置在上管座(1)顶部的四条边上，用于压紧燃料组件；上管座定位销孔(8)共有两个，分别设...

【专利技术属性】
技术研发人员：何晓军，季松涛，史宝磊，张爱民，
申请(专利权)人：中国原子能科学研究院，
类型：新型
国别省市：北京,11