本发明专利技术属于核电站核燃料组件技术领域，具体涉及一种分级缓冲的高抗震抗弯曲管中管式导向管及燃料组件。导向管由外管、内管和端塞组成，内管套装在外管内，内管和外管的底端均与端塞固定连接，外管上且位于内管上端部向上位置设置有溢流孔，外管靠近底部位置径向设置有若干旁流孔；内管径向上设置有若干缓冲孔；在内管长度上与外管通过多个连接部连接。本发明专利技术通过在外管上且位于内管上端部向上位置设置溢流孔，使落棒开始时导向管内的水快速溢出，实现快速落棒；通过内管径向上开设的若干流水孔配合端塞底部流水孔实现水力缓冲；通过外管旁流孔缓解缝隙腐蚀；通过多个连接部提高等效刚度和承载能力，提升燃料组件抗震能力和高燃耗下抗弯曲能力。高燃耗下抗弯曲能力。高燃耗下抗弯曲能力。
【技术实现步骤摘要】
一种分级缓冲的高抗震抗弯曲管中管式导向管及燃料组件
[0001]本专利技术属于核电站核燃料组件
，具体涉及一种分级缓冲的高抗震抗弯曲管中管式导向管及燃料组件。
技术介绍
[0002]核燃料组件由若干燃料棒、导向管部件、定位格架及上下管座等构成。导向管部件作为燃料组件承载结构，其基本功能如下：为燃料组件结构提供连续性；为燃料相关组件提供插入通道；为反应堆紧急停堆时控制棒下落提供水力缓冲；为燃料相关组件棒提供冷却剂流量。运行经验表明随着燃料组件燃耗的加深发生了导向管弯曲进而导致落棒不畅，同时核安全要求的提高要求燃料组件满足0.3g极限地震动的抗震要求和更高的热工安全裕量。因此在不影响燃料棒热工性能的情况下提升导向管的力学性能、同时确保落棒时间和落棒缓冲满足要求成为高燃耗高抗震燃料组件设计的瓶颈之一。
[0003]目前，压水堆燃料组件典型导向管结构主要有一体化缩径结构和管中管(或套管式)结构导向管，如图2所示，详见CN102360570B《套管式导向管及轻水堆核电站燃料组件》、US2011/0182396A1《Guide Thimble Plug for Nuclear Fuel Assembly》和CN108538410A《一种核燃料组件导向管》。一体化缩径结构简单，但缩径段部位力学性能较差，难以满足三代核电0.3g极限地震动的抗震要求，且导向管制造难度较大；管中管结构内管一端自由或仅关注管两端的连接，套管式结构的套管连接处为其力学薄弱环节，均没有充分发挥其力学性能作用；同时管中管结构和套管式结构都容易在内外管之间的缝隙形成死水区，容易造成缝隙腐蚀，进而影响导向管的承载能力。
技术实现思路
[0004]针对上述问题，本专利技术提供了一种分级缓冲的高抗震抗弯曲管中管式导向管，提升导向管的承载能力和燃料组件的抗震性能，实现高燃耗运行。
[0005]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0006]一种分级缓冲的高抗震抗弯曲管中管式导向管，由外管、内管和端塞组成，所述内管套装在所述外管内，所述内管和外管的底端均与所述端塞固定连接，所述外管上且位于所述内管上端部向上位置设置有溢流孔，所述外管靠近底部位置径向设置有若干旁流孔；所述内管径向上设置有若干缓冲孔。
[0007]本专利技术通过在外管上且位于内管上端部向上位置设置的溢流孔，使得落棒开始时(即进入外管时)导向管内的水快速溢出，实现快速落棒；通过内管径向上开设的若干流水孔配合端塞底部流水孔实现水力缓冲(进入内管过程)，在确保落棒时间的前提下降低燃料组件的落棒冲击载荷和缓冲压力，进而降低导向管应力以及燃料组件和控制棒组件的撞击应力，有利于保证导向管以及燃料组件和控制棒组件的结构完整性。
[0008]本专利技术还通过在外管靠近底部位置径向开有若干微小流水孔，与内管径向上设置的若干流水孔形成流道，避免内管和外管之间的间隙变成死水区，进减缓或消除缝隙腐蚀，
进而提高承载能力，有利于燃料组件的高燃耗运行。
[0009]本专利技术的内管与所述外管内壁通过多个连接部连接，且多个连接部沿管体轴向设置，相邻两个连接部之间的距离为d。本专利技术根据实际需要，确定内管和外管的连接间距，实现外管与内管“聚束成柱”的效果，显著增加了轴向等效刚度和横向抗弯刚度，达到了趋近一体化结构的效果，在不影响导向管周围燃料棒热工性能以及落棒性能的前提下，显著提升了导向管的承载能力和燃料组件的抗震性能，降低导向管应力水平，缓解热蠕变和辐照副边，有效避免燃料组件运行弯曲，有利于高燃耗运行。
[0010]优选的，本专利技术的相邻两个连接部之间的距离d≤Dmax，所述Dmax为最大连接间距，其满足内管和外管在承受最大轴向载荷时理论上不接触。
[0011]优选的，本专利技术采用这种等效高刚度管中管式导向管结构，减小内径以增加导向管壁厚，进一步提高导向管刚度，提升导向管的承载能力和燃料组件的抗震性能，降低导向管应力水平，缓解热蠕变和辐照蠕变，有效避免燃料组件运行弯曲，有利于高燃耗运行。
[0012]优选的，本专利技术的连接部采用胀接或焊接形成。
[0013]优选的，本专利技术的内管上端部设置有倒角。
[0014]优选的，本专利技术的内管径向上设置的缓冲孔为一层。内管的同一轴向高度上沿圆周设置多个缓冲孔。
[0015]优选的，本专利技术的内管径向上设置的缓冲孔为N层，1<N<11。缓冲孔的孔径沿轴向自上而下依次减小。内管在不同轴向高度上沿圆周设置多个缓冲孔，轴向高度相同的缓冲孔为同一层缓冲孔。N层缓冲孔使得在落棒过程中(进入内管过程中)实现多级水力缓冲，确保落棒时间的前提下进一步降低燃料组件的落棒冲击载荷和缓冲压力。
[0016]优选的，本专利技术的内管和外管通过冷装工艺装配以增加所述内管的壁厚。本专利技术通过冷装工艺减少装配间隙需求而增加内管壁厚，从而进一步提高导向管的刚度，进一步提高导向管的承载能力和燃料组件的抗震性能。
[0017]优选的，本专利技术采用焊接或旋压工艺实现内管、外管与端塞的刚性连接。
[0018]优选的，本专利技术内管采用镍基合金材料制备而成。导向管材料采用锆合金，本专利技术选用中子吸收截面较低的镍基合金等高强度材料制作内管，进而进一步提高缓冲段部位的等效刚度，提高承载能力，有利于燃料组件的高燃耗运行。
[0019]优选的，本专利技术内管上端设置为开槽翻开结构。本专利技术的外管满足抗震等力学性能要求，内管上端制成开槽翻开结构，插入外管后即可自动贴紧，无需进行焊接或胀接等额外连接，大幅度简化制造工艺，同时避免相对振动和潜在的腐蚀，提升结构可靠性。
[0020]另一方面，本专利技术还提出了一种燃料组件，包括燃料棒、定位格架，还包括如本专利技术所述的导向管。采用本专利技术所述的导向管作为燃料组件导向管，等效刚度高，缓解缝隙腐蚀和承载能力强，燃料组件抗震性能和高燃耗下抗弯曲能力强，满足高燃耗高抗震要求。
[0021]优选的，本专利技术的燃料组件中，直径和壁厚大的导向管布置在燃料组件外围。在导向管装配时，将多个需要装配的导向管中直径和壁厚大的布置在燃料组件外围，缓解导向管应力分布不均，进而降低最大导向管应力，有利于高燃耗运行。
[0022]优选的，本专利技术的燃料组件采用通过胀接或焊接凸点连接的导向管时，导向管在燃料组件中凸点对准燃料棒。在导向管装配时，采用形变突出部连接内外管的导向管时，将导向管的突出部对准燃料棒，进而在燃料组件形变过程中，燃料棒提前接触凸点进而限制
导向管的弯曲量，缓解燃料组件弯曲，降低弯曲应力。
[0023]本专利技术具有如下的优点和有益效果：
[0024]1、本专利技术通过合理设置内外管上的流水孔，从而构成多级水力缓冲机制；落棒开始时，导向管内的水可通过导向管上设置的溢流孔快速溢出，到达缓冲段(即达到内管时，内管和外管构成缓冲段)时，导向管内的水可通过内管上的缓冲孔溢出，特别是当缓冲孔为多层时，还可分层实现水力缓冲，在确保落棒时间的前提下降低燃料组件的落棒冲击载荷和缓冲压力，进而降低导向管应力以及燃料组件和本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种分级缓冲的高抗震抗弯曲管中管式导向管，其特征在于：由外管(2)、内管(3)和端塞(6)组成，所述内管(3)套装在所述外管(2)内，所述内管(3)和外管(2)的底端均与所述端塞(6)固定连接，所述外管(2)上且位于所述内管(3)上端部向上位置设置有溢流孔(21)，所述外管(2)靠近底部位置径向设置有若干旁流孔(22)；所述内管(3)径向上设置有若干缓冲孔(32)。2.根据权利要求1所述的一种分级缓冲的高抗震抗弯曲管中管式导向管，其特征在于：所述内管(3)与所述外管(2)内壁通过若干连接部(4)连接，且连接部(4)沿管体轴向设置，相邻两个连接部(4)之间的距离为d。3.根据权利要求2所述的一种分级缓冲的高抗震抗弯曲管中管式导向管，其特征在于：相邻两个连接部(4)之间的距离d≤Dmax，所述Dmax为最大连接间距，其满足内管(3)和外管(2)在承受最大轴向载荷时理论上不接触。4.根据权利要求2所述的一种分级缓冲的高抗震抗弯曲管中管式导向管，其特征在于：所述连接部(4)采用胀接或焊接形成。5.根据权利要求1所述的一种分级缓冲的高抗震抗弯曲管中管式导向管，其特征在于：所述内管(3)上端部设置有倒角(31)。6.根据权利要求1所述的一种分级缓冲的高抗震抗弯曲管中管式导向管，其特征在于：所述内管(3)径向上设置的缓冲孔(32)为一层，内管(3)同一轴向高度上沿圆周设置多个缓冲孔(...
【专利技术属性】
技术研发人员：蒲曾坪，焦拥军，茹俊，李庆，朱发文，陈平，郑美银，肖忠，李云，雷涛，吕亮亮，李垣明，任全耀，邱玺，韩元吉，
申请(专利权)人：中国核动力研究设计院，
类型：发明
国别省市：
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