燃料组件及其装配方法与流程

本发明涉及核反应堆，尤其涉及一种用于核反应堆的燃料组件及其装配方法。

背景技术：

参见图1，设于核反应堆中的燃料组件1包括上管座11、导向管12、格架13、燃料棒14、以及下管座15。格架13沿纵向设于上管座11与下管座15之间，该格架13包括多个条带，条带彼此相交配合形成多个栅格单元。导向管12沿纵向设于上管座11与下管座15之间，一端与上管座11固定相连，另一端与下管座15固定相连，导向管12之间可彼此平行，并设于栅格单元中，由此格架13可将导向管12彼此间隔开，并控制导向管12之间的间距，形成燃料组件1的支撑骨架。燃料棒14沿纵向设于上管座11与下管座15之间，并设于格架13中，一般各燃料棒14彼此平行，设于没有被导向管12占据的栅格单元中。

核反应堆中，冷却循环系统的冷却剂流经燃料组件1的燃料棒14，例如沿a方向（即纵向）流经，以将中子慢化并带走裂变能。针对上述冷却循环，通常还在条带上设置搅混翼，搅混翼伸入格栅单元内，当冷却剂流体在各燃料棒14之间流过时，将受到搅混翼16的阻挡而形成横向流动，使冷却剂流体被搅混，继而从层流态向湍流态过渡，冷却剂流体的稳定态被破坏后，燃料棒14的热量更易于导出，从而可有效提高燃料组件1的热工余量。

目前，在燃料组件1的装配过程中，搅混翼一般与条带一体成型制成，并随着条带一并装配成格架13，随后将燃料棒14装入格架13的栅格单元内。为确保燃料棒14安全装入栅格单元中，需防止装配过程中燃料棒14碰触到搅混翼，而搅混翼的外形制作要求严格，不能随意变动，然而搅混翼与条带在一体成型过程中需要考虑工艺尺寸公差和装配公差带来的影响，使得搅混翼不能占据栅格单元过多的面积，通常需在燃料棒14与搅混翼之间留有足够的间隙。

该间隙是影响冷却循环过程中热工余量的一个关键因素，若间隙过大，搅混翼产生的横向流动较弱，对冷却剂流体产生的效力过小；同时，在搅混过程中，越靠近燃料棒14的搅混翼部分越能破坏燃料棒14表面的流体层，继而对燃料棒14的影响越大，因此过大的间隙无法有效破坏燃料棒14表面的流体层，搅混效果减弱。综上，如何在确保热工余量的同时，避免燃料棒14与搅混翼发生干涉，是目前有待解决的问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对如何在确保热工余量的同时、避免燃料棒与搅混翼发生干涉，提供一种燃料组件及其装配方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种燃料组件的装配方法，包括：冲制条带并在条带上预成型搅混翼；装配条带以形成具有若干栅格单元的格架；在格架上二次成型搅混翼；以及沿纵向在栅格单元中装入燃料棒。

在根据本发明实施例的燃料组件的装配方法中，冲制条带并在条带上预成型搅混翼中，冲制条带的同时一体冲制搅混翼。

在根据本发明实施例的燃料组件的装配方法中，切割预成型的搅混翼以二次成型搅混翼。

在根据本发明实施例的燃料组件的装配方法中，切割包括激光切割。

在根据本发明实施例的燃料组件的装配方法中，采用激光切割同时二次成型多个搅混翼。

在根据本发明实施例的燃料组件的装配方法中，采用激光切割同时二次成型多个栅格单元的搅混翼；且燃料棒沿纵向依次穿过该多个栅格单元。

在根据本发明实施例的燃料组件的装配方法中，确定栅格单元中待设燃料棒的圆心，并以圆心为轴心、以大于燃料棒半径的长度为轴切割该栅格单元的条带上的预成型的搅混翼。

在根据本发明实施例的燃料组件的装配方法中，搅混翼的外轮廓包括第一段和第二段，在一个栅格单元内第一段邻近燃料棒；在预成型搅混翼中定型第二段并预定型第一段，在二次成型搅混翼中定型第一段。

本发明还提供了一种燃料组件，包括格架以及沿纵向安装于格架中的燃料棒；格架包括多个条带，条带彼此相交配合形成多个栅格单元，燃料棒对应位于栅格单元内，条带上还设有搅混翼，条带与搅混翼为一体冲制成型结构，且搅混翼还包括二次成型部分。

在根据本发明实施例的燃料组件中，搅混翼与燃料棒邻近的外轮廓与燃料棒之间的间隙不大于2mm。

在根据本发明实施例的燃料组件中，搅混翼的外轮廓包括第一段和第二段，在一个栅格单元内第一段邻近燃料棒；第一段为弧形段，并与邻近的燃料棒共圆心。

实施本发明具有以下有益效果：装配方法中，可采用常规的冲制方法在冲制条带的同时仅预成型搅混翼，随后可采用高精度的制备方法对预成型的搅混翼进行二次成型以定型搅混翼，在二次成型搅混翼的过程中，因制备精度提高，减少了尺寸公差和装配公差带来的影响，从而可在安全性能得到保障的基础上相应增大搅混翼的面积，减少搅混翼与燃料棒之间的间隙大小。搅混翼在栅格单元中的面积增大后，产生的横向流动增强，从而对冷却剂流体产生的效力提高；同时，间隙减少使得搅混翼相对更靠近燃料棒，从而可在燃料棒附近有效破坏燃料棒表面的流体层，搅混效果增强。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是现有技术中燃料组件的结构示意图；

图2是依据本发明第一实施例的燃料组件的装配方法的流程图；

图3是依据本发明实施例的一预定型的搅混翼的结构示意图；

图4是依据本发明实施例的另一预定型的搅混翼的结构示意图；

图5是依据本发明一实施例的燃料组件的局部截面结构示意图；

图6是依据本发明一具体实施方式的搅混翼的结构示意图。

具体实施方式

参见图2，依据本发明第一实施例的燃料组件的装配方法包括：步骤s100、冲制条带并在条带上预成型搅混翼；步骤s200、装配条带以形成具有若干栅格单元的格架；步骤s300、在格架上二次成型搅混翼；以及步骤s400、沿纵向在栅格单元中装入燃料棒。

在上述装配方法中，可采用常规的冲制方法在冲制条带的同时仅预成型搅混翼，随后可采用高精度的制备方法对预成型的搅混翼进行二次成型以定型搅混翼，在二次成型搅混翼的过程中，因制备精度提高，减少了尺寸公差和装配公差带来的影响，从而可在安全性能得到保障的基础上相应增大搅混翼的面积，减少搅混翼与燃料棒之间的间隙大小。搅混翼在栅格单元中的面积增大后，产生的横向流动增强，从而对冷却剂流体产生的效力提高；同时，间隙减少使得搅混翼相对更靠近燃料棒，从而可在燃料棒附近有效破坏燃料棒表面的流体层，搅混效果增强。

此处虽未详细描述步骤s200和s400，但是本领域的普通技术人员可合理使用现有技术中任意适合的方法实施步骤s200和s400，文中不再赘述。应当知晓的是，任何基于本发明的教导形成的技术方案，均在本发明的保护范围之内。

依据本发明第二实施例的燃料组件的装配方法中，对于步骤s100，冲制条带的同时一体冲制形成搅混翼，预成型的搅混翼和条带为一体结构，从而仍能保持搅混翼与条带的稳定相连，避免搅混翼从条带上脱落。

依据本发明第三实施例的燃料组件的装配方法中，对于步骤s300，可对s100中预成型的搅混翼进行切割，以二次成型搅混翼，从而最终定型搅混翼。该切割方式包括激光切割、线切割等多种非接触式切割或软接触式方式，通过设定切割路径实现搅混翼的最终成型。采用易于聚焦的切割方式进行二次成型，可提高搅混翼定型精度；另，切割路径易于调节，可实现同时切割多个搅混翼，从而提高生产效率。与此同时，切割过程中的热影响区对搅混翼的最终成型影响不大，在可接受范围内。

例如，可采用激光切割二次成型搅混翼，进一步地，还可采用激光切割同时二次成型多个搅混翼。通常，采用激光切割可同时二次成型多个栅格单元的搅混翼，燃料棒沿纵向依次穿过该多个栅格单元，即可沿纵向同时切割位于同一纵向上的多个搅混翼。

在上述第三实施例的一具体实施方式中，在步骤s300中，首先确定栅格单元中待设燃料棒的圆心位置，并以此圆心为轴心、以大于燃料棒半径的长度为轴切割该栅格单元的条带上的预成型的搅混翼。具体参见图3，条带上预定型的搅混翼160a包括第一部分161a和第二部分162a，第二部分162a相对更靠近后续将要装入的燃料棒。步骤s300中，以有待装入的燃料棒的圆心位置为轴心、以大于燃料棒半径的长度为轴，采用画圆的方式切割预定型的搅混翼160a，去除第二部分162a，从而得到最终定型的搅混翼。所画圆的半径大于待设燃料棒的半径，例如两个半径的长度差不大于2mm，切割线163a为所画圆的一个扇形段，也可称为弧形段，该切割线163a与装入后的燃料棒外表面之间的间隙即上述搅混翼与燃料棒之间的间隙，该间隙不大于2mm。由此获得的搅混翼的外轮廓包括第一段和第二段，第一段为沿切割线163a切割获得的轮廓段，第二段为除第一段之外的其他轮廓段，第一段在搅混翼所在的栅格单元内更接近燃料棒，且第一段为弧形或扇形，并与该栅格单元内相邻近的燃料棒共圆心，采用该同心结构，可显著提升搅混翼的效率。

图3示出的预定型的搅混翼160a的结构仅用作举例，并不是对本发明的限制，本领域的普通技术人员可基于本发明的教导，为方便将燃料棒装入栅格单元而选择任意适合的预定型的搅混翼的结构，此处不再一一列举。例如，参见图4，其示出了另一种预定型的搅混翼160b的结构，该预定型的搅混翼160b包括第一部分161b和第二部分162b，第二部分162b相对更靠近燃料棒，第一部分161b和第二部分162b之间的分隔线163b为步骤s300中的切割线。

依据本发明第四实施例的燃料组件的装配方法中，搅混翼的外轮廓包括第一段和第二段，在一个栅格单元内，第一段相对更靠近燃料棒，且第一段与燃料棒外表面之间的间隙为上述搅混翼与燃料棒之间的间隙。对于步骤s100，在预定型搅混翼过程中，定型搅混翼的第二段，并预定型第一段；对于步骤s300，在二次成型搅混翼的过程中，定型所述第一段，最终定型整个搅混翼。

本发明还提供了一种燃料组件，采用依据本发明任意实施例的装配方法装配而成。参见图5，依据本发明一实施例的燃料组件包括格架以及沿纵向安装于格架中的燃料棒14；其中，格架包括多个条带131，条带131彼此相交配合形成多个栅格单元130，燃料棒14对应位于栅格单元130内，条带131上还设有搅混翼16，条带与搅混翼为一体冲制成型结构，且搅混翼还包括二次成型部分。该二次成型部分的制备精度提高，减少了尺寸公差和装配公差带来的影响，从而可在安全性能得到保障的基础上相应增大搅混翼的面积，以减少搅混翼与燃料棒之间的间隙。

参见图6，在一具体实施方式中，搅混翼26包括第一部分261和第二部分262，第二部分262在栅格单元内更接近燃料棒，第一部分261与第二部分262之间的界线263并不实际存在，仅为表述方便而定义，第一部分261与第二部分262为一整体。第二部分262中靠近燃料棒的外轮廓26a为二次成型部分，其他外轮廓26b为与条带的一体成型部分。

仍参见图5，燃料组件中，搅混翼16与燃料棒14邻近的外轮廓与燃料棒14之间的间隙17不大于2mm。这个间隙17比现有的常规间隙小。通过减少间隙17大小可使得搅混翼16在栅格单元130中的面积增大后，产生的横向流动增强，从而对冷却剂流体产生的效力提高；同时，间隙17减少使得搅混翼16相对更靠近燃料棒14，从而可在燃料棒14附近有效破坏燃料棒14表面的流体层，搅混效果增强。

仍参见图5，在本发明的一示例实施方式的燃料组件中，搅混翼16的外轮廓包括第一段161和第二段162，第一段161为弧形段；在一个栅格单元130内第一段161邻近燃料棒14，并与邻近的燃料棒14共圆心，该共圆心结构可提高搅混翼16的工作效率。基于上述圆心，燃料棒14的半径小于弧形段的半径（具体可以是弧形段的拟合半径），且差值不大于2mm。

仍参见图5，在本发明的另一示例实施方式的燃料组件中，条带131上还设有刚凸构件18，刚凸构件18伸入栅格单元130内并抵靠燃料棒14的外表面。具体地，刚凸构件18包括相连的支持部181和抵靠部182，支持部181为与条带131相连的刚性部件，抵靠部182为伸入栅格单元130内并抵靠燃料棒14的弹性部件。围成同一栅格单元130的四个条带131中的至少两个上分别设有刚凸构件18，因刚凸构件18用于抵靠燃料棒14，同一栅格单元130的多个刚凸构件18配合，具有以燃料棒14的半径为半径的近似圆形拟合轮廓线（图中未示出），该近似圆形拟合轮廓线与燃料棒14的外表面轮廓线基本重合。

相应地，在步骤s300中，若格架的条带上设有刚凸构件，可以燃料棒的半径为半径对同一栅格单元内的多个刚凸构件做圆形拟合轮廓线，该圆形拟合轮廓线的圆心即可确定为带装入的燃料棒的圆心。

可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。