一种带卡扣的燃料组件定位格架和燃料组件的制作方法

本发明属于燃料组件技术领域，具体涉及一种带卡扣的燃料组件定位格架和燃料组件。

背景技术：

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。

在现有压水堆燃料组件设计中，燃料棒一般采用定位格架夹持悬空的方式。定位格架对燃料元件起着支撑夹持的作用，并需要抵抗燃料元件的重力作用，由于辐照的作用，夹持燃料棒的弹簧的夹持力会急剧减小，燃料棒一般会落在下管座上，在冷却剂的流动作用下，燃料棒可能会上下窜动，这会导致燃料棒破损的风险。

若要优化燃料元件的参数，并采用通用的燃料组件外形结构设计，使得新型组件能够适用于目前的成熟的堆芯。如采用新型的环形燃料元件，其外径变大，重量增加，此时所需的定位格架的夹持力可能增大约2-4倍，能够放置如弹簧、刚凸等夹持件的空间变小，这使得燃料元件在运行时落在下管座上的概率增大，并使得在停堆换料后再启堆的过程中燃料元件上下窜动的概率也增大。

同时，在现有的燃料组件定位格架设计制造中，定位格架基本都由内外条带组成。由于其条带的复杂性，在生产制造时需要30多种模具。在模具确定后，若要改变定位格架的特性，如流动阻力，对冷却剂在燃料组件间的分配产生更好的效果等等，需要改变其中几乎所有模具的形状，大大增加了工作负担。

因此，亟需设计一种新型的燃料组件定位格架，以克服现有技术的不足。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种带卡扣的燃料组件定位格架，能够夹持环形燃料元件，以及包含有上述定位格架的燃料组件。

本发明的技术方案如下：

一种带卡扣的燃料组件定位格架，由栅元排列组成，在栅元排列的外侧设有外条带；

所述的栅元截面为八边形，在栅元的八个面上每间隔一个面加工卡孔；

卡扣穿过卡孔，固定在栅元上，用于夹持燃料元件以及对冷却剂产生搅混的作用。

外条带的高度与栅元的高度相同，在外条带的上边缘和下边缘均设有导向翼，防止燃料组件在装配的时候互相钩挂。

所述的栅元两两相接，通过点焊的方式固定，形成m×m的排列。

所述的m的取值范围为3～17。

m的取值为5，9，13，15中的一个。

所述的卡孔设于相邻两个栅元相接的面上。

所述的卡孔设于相邻两个栅元不相接的面上。

一个面上设有n个卡孔，n≥2。

所述卡扣的形状为“b”形、工字型、糖葫芦形、三角形或五角形。

将栅元排列中的一个栅元取出，栅元空缺的位置作为导向管通道或仪表管通道。

所述的仪表管通道有一个，位于栅元以m×m排列的中心位置；导向管通道有若干个，以仪表管通道为中心，对称排列。

导向管设于导向管通道内，与栅元的筒壁外侧面焊接固定。

所述的导向管通道与上管座的导向管通道的数量、位置一致。

仪表管设于仪表管通道内，与栅元的筒壁外侧面焊接固定。

一种燃料组件，包括上管座、环形燃料元件、下管座、导向管、仪表管，还包括所述的定位格架。

所述的环形燃料元件、导向管和仪表管插设于定位格架中；定位格架有多个，依次沿轴向设置；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；

环形燃料元件的下端插入下管座，与下管座固定连接，当环形燃料元件产生辐照生长时，向上膨胀。

本发明的显著效果在于：

(1)本发明定位格架能够适用于更大外径的燃料元件，如环形燃料元件，对燃料元件提供横向定位并对冷却剂产生一定的搅混作用。

(2)本发明定位格架也可以适用常见的棒状燃料元件，且能够使冷却剂与燃料元件更加充分地接触。

(3)本发明定位格架可以利用卡扣对相邻的栅元进行固定，而不用再焊接固定，减少了制造工序，降低了成本。

(4)本发明燃料组件采用多个轴向设置的定位格架夹持燃料元件，对燃料元件进行固定，并保持燃料元件间距，使得燃料元件在压水堆核电厂的堆芯中位于固定位置，并且能使得导向管受到横向支撑和定位。

(5)本发明燃料组件采用燃料元件下端固定式结构，避免了悬空式燃料元件在受到较长时间辐照时，定位格架夹持力减小，导致燃料元件下落。

附图说明

图1为实施例一示意图；

图2为实施例二示意图；

图3为实施例三示意图；

图4为实施例四示意图。

图中：1.栅元；2.卡孔；3.卡扣；4.外条带；5.导向翼；6.导向管通道。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例一

所述的定位格架由栅元1排列组成，所述的栅元1截面为八边形，在栅元1的八个面上每间隔一个面加工卡孔2；

所述的栅元1两两相接，通过点焊的方式固定，形成15×15的排列。在栅元排列的外侧设有外条带4，外条带4的高度与栅元1的高度相同。

在外条带4的上边缘和下边缘均设有导向翼5，防止燃料组件在装配的时候互相钩挂。

将栅元排列中的一个栅元1取出，栅元1空缺的位置作为导向管通道6或仪表管通道。

所述的仪表管通道有一个，位于栅元排列的中心位置；仪表管设于仪表管通道内，与栅元1的筒壁外侧面焊接固定。

所述的导向管通道6有若干个，以仪表管通道为中心，对称排列。导向管设于导向管通道6内，与栅元1的筒壁外侧面焊接固定。所述的导向管通道6与上管座的导向管通道的数量、位置一致。

如图1所示，所述的卡孔2设于相邻两个栅元1不相接的面上，一个面上设有四个卡孔2，成2x2排列。

所述卡扣3的形状为工字型，穿过卡孔2与栅元1壁固定，卡扣3平滑的一面设于栅元1内侧，用于夹持燃料元件以及对冷却剂产生搅混的作用。

实施例二

所述的定位格架由栅元1排列组成，所述的栅元1截面为八边形，在栅元1的八个面上每间隔一个面加工卡孔2；

所述的栅元1两两相接，通过点焊的方式固定，形成17×17的排列。在栅元排列的外侧设有外条带4，外条带4的高度与栅元1的高度相同。

在外条带4的上边缘和下边缘均设有导向翼5，防止燃料组件在装配的时候互相钩挂。

将栅元排列中的一个栅元1取出，栅元1空缺的位置作为导向管通道6或仪表管通道。

所述的仪表管通道有一个，位于栅元排列的中心位置；仪表管设于仪表管通道内，与栅元1的筒壁外侧面焊接固定。

所述的导向管通道6有若干个，以仪表管通道为中心，对称排列。导向管设于导向管通道6内，与栅元1的筒壁外侧面焊接固定。所述的导向管通道6与上管座的导向管通道的数量、位置一致。

如图2所示，所述的卡孔2设于相邻两个栅元1不相接的面上，一个面上设有两个卡孔2，纵向排列。

所述卡扣3的形状为“b”形，穿过卡孔2与栅元1壁固定，卡扣3平滑的一面设于栅元1内侧，用于夹持燃料元件以及对冷却剂产生搅混的作用。

实施例三

所述的定位格架由栅元1排列组成，所述的栅元1截面为八边形，在栅元1的八个面上每间隔一个面加工卡孔2；

所述的栅元1两两相接，通过点焊的方式固定，形成9×9的排列。在栅元排列的外侧设有外条带4，外条带4的高度与栅元1的高度相同。

在外条带4的上边缘和下边缘均设有导向翼5，防止燃料组件在装配的时候互相钩挂。

将栅元排列中的一个栅元1取出，栅元1空缺的位置作为导向管通道6或仪表管通道。

所述的仪表管通道有一个，位于栅元排列的中心位置；仪表管设于仪表管通道内，与栅元1的筒壁外侧面焊接固定。

所述的导向管通道6有若干个，以仪表管通道为中心，对称排列。导向管设于导向管通道6内，与栅元1的筒壁外侧面焊接固定。所述的导向管通道6与上管座的导向管通道的数量、位置一致。

如图3所示，所述的卡孔2设于相邻两个栅元1相接的面上，一个面上设有六个卡孔2，成三行两列排列。

所述卡扣3的形状为“8”字形，有三个，分别穿过一行上的两个卡孔2与栅元1壁固定，用于夹持燃料元件以及对冷却剂产生搅混的作用。

实施例四

所述的定位格架由栅元1排列组成，所述的栅元1截面为八边形，在栅元1的八个面上每间隔一个面加工卡孔2；

所述的栅元1两两相接，通过点焊的方式固定，形成13x13的排列。在栅元排列的外侧设有外条带4，外条带4的高度与栅元1的高度相同。

在外条带4的上边缘和下边缘均设有导向翼5，防止燃料组件在装配的时候互相钩挂。

将栅元排列中的一个栅元1取出，栅元1空缺的位置作为导向管通道6或仪表管通道。

所述的仪表管通道有一个，位于栅元排列的中心位置；仪表管设于仪表管通道内，与栅元1的筒壁外侧面焊接固定。

所述的导向管通道6有若干个，以仪表管通道为中心，对称排列。导向管设于导向管通道6内，与栅元1的筒壁外侧面焊接固定。所述的导向管通道6与上管座的导向管通道的数量、位置一致。

如图4所示，所述的卡孔2设于相邻两个栅元1不相接的面上，一个面上设有三个卡孔2，排成一列。

所述卡扣3的形状为糖葫芦形，穿过卡孔2与栅元1壁固定，用于夹持燃料元件以及对冷却剂产生搅混的作用。

实施例五

所述的定位格架由栅元1排列组成，所述的栅元1截面为八边形，在栅元1的八个面上每间隔一个面加工卡孔2；

所述的栅元1两两相接，通过点焊的方式固定，形成3×3的排列。在栅元排列的外侧设有外条带4，外条带4的高度与栅元1的高度相同。

在外条带4的上边缘和下边缘均设有导向翼5，防止燃料组件在装配的时候互相钩挂。

将栅元排列中的一个栅元1取出，栅元1空缺的位置作为导向管通道6或仪表管通道。

所述的仪表管通道有一个，位于栅元排列的中心位置；仪表管设于仪表管通道内，与栅元1的筒壁外侧面焊接固定。

所述的导向管通道6有若干个，以仪表管通道为中心，对称排列。导向管设于导向管通道6内，与栅元1的筒壁外侧面焊接固定。所述的导向管通道6与上管座的导向管通道的数量、位置一致。

所述的卡孔2设于相邻两个栅元1不相接的面上，一个面上设有三个卡孔2，排列为三角形。

所述卡扣3的形状为三角形，穿过卡孔2与栅元1壁固定，卡扣3平滑的一面设于栅元1内侧，用于夹持燃料元件以及对冷却剂产生搅混的作用。

实施例六

所述的定位格架由栅元1排列组成，所述的栅元1截面为八边形，在栅元1的八个面上每间隔一个面加工卡孔2；

所述的栅元1两两相接，通过点焊的方式固定，形成5×5的排列。在栅元排列的外侧设有外条带4，外条带4的高度与栅元1的高度相同。

在外条带4的上边缘和下边缘均设有导向翼5，防止燃料组件在装配的时候互相钩挂。

将栅元排列中的一个栅元1取出，栅元1空缺的位置作为导向管通道6或仪表管通道。

所述的仪表管通道有一个，位于栅元排列的中心位置；仪表管设于仪表管通道内，与栅元1的筒壁外侧面焊接固定。

所述的导向管通道6有若干个，以仪表管通道为中心，对称排列。导向管设于导向管通道6内，与栅元1的筒壁外侧面焊接固定。所述的导向管通道6与上管座的导向管通道的数量、位置一致。

所述的卡孔2设于相邻两个栅元1不相接的面上，一个面上设有五个卡孔2，排列为五角形。

所述卡扣3的形状为五角形，穿过卡孔2与栅元1壁固定，卡扣3平滑的一面设于栅元1内侧，用于夹持燃料元件以及对冷却剂产生搅混的作用。

本发明核反应堆燃料组件，包括上管座、环形燃料元件、下管座、导向管、仪表管，以及上述任一实施例所述的定位格架。

所述的环形燃料元件、导向管和仪表管插设于定位格架中；定位格架有多个，依次沿轴向设置；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；

环形燃料元件的下端插入下管座，与下管座固定连接，当环形燃料元件产生辐照生长时，向上膨胀。

在所述上管座的上端设置有上管座压紧弹簧和上管座定位销孔。上管座压紧弹簧共有四个，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。

在下管座的上端分别设置有下管座的导向管安装孔、下管座第一流水孔和下管座第二流水孔。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，下管座第一流水孔和下管座第二流水孔用于通过冷却剂。

所述的环形燃料元件由于采用了环形结构，可以在保持或增进现有反应堆安全裕度的前提下，大幅提升堆芯输出功率密度，明显改善核电的经济性。正常运行工况下，环形燃料元件整体温度远低于棒状燃料元件；在严重事故工况下，环形燃料芯块的温度低、储能少的特点可以延缓燃料元件包壳失效的进程，为后续的事故缓解和应急响应提供宝贵的时间，提升了压水堆核电厂的固有安全性。环形燃料元件还可以降低组件的流动阻力，堆芯的阻力减小，可以有效降低压水堆核电厂一回路泵的输出功率，提升使用寿命。