一种模块化的燃料组件的制作方法

本实用新型属于燃料组件设计技术领域，具体涉及一种模块化的燃料组件。

背景技术：

燃料组件是核反应堆的能量源，是发生链式裂变反应产生能量的核心部件。上世纪50年代以来，大批核反应堆接连新建运行和并入电网，经过60多年的发展核能发电技术逐步成熟，核反应堆的建设实现了标准化和商业化，燃料组件的设计也逐步实现了标准化和系列化。目前常见的压水堆燃料组件是无元件盒型燃料组件，按照燃料棒排列可分为14×14ˉ20×20方形和六角形等类型，其中以17×17的方形燃料组件占大多数。

典型的17×17方形压水堆燃料组件由燃料棒和燃料组件骨架组成，而燃料组件骨架则由上、下管座、定位格架、导向管和仪表管组成，其中燃料棒总共264根，上、下管座各一个，定位格架8个，导向管24根，仪表管1根。燃料棒由锆合金包壳、二氧化铀芯块、气腔弹簧以及上、下端塞构成，具有产生热能并将其传递给冷却剂以及包容裂变产物的功能；上管座部件作为燃料组件的上部结构件，其功能是提供冷却剂出口空腔，并对控制棒组件和其它堆芯相关组件提供保护；下管座部件是燃料组件的底部结构件，它引导冷却剂流入燃料组件，并将燃料组件受到的横向载荷及轴向载荷传递到下堆芯板上；定位格架用于夹持燃料棒，使其保持相互间的横向间距以及与上、下管座间的轴向间距；导向管用于容纳控制棒和其它堆芯相关组件棒；仪表管位于组件中心栅元位置，它为堆内测量仪表提供通道。

燃料组件在堆内运行时，沿燃料组件高度方向的燃料线功率密度是不一样的，这必然导致最终燃料组件卸出堆芯时，燃料组件沿高度方向不同位置的燃耗是不一样的，部分位置的燃料燃耗还很低，将这些燃耗处于较低水平的燃料跟随整个组件一起卸出堆芯是对资源的一种浪费，也间接降低了核电的经济性。

燃料组件在堆内运行时，可能会发生破损等缺陷，目前通用的做法是，拆卸上管座，然后将破损的燃料棒从定位格架内拔出，替换一根新的燃料棒，但是燃料棒破损的只是一个点，因为一个点的破损，就替换掉整根燃料棒也是一种对资源的浪费。同时燃料组件在运行时也可能发生鼓包等缺陷，这种情况下燃料棒外径变大，无法从定位格架中拔出，会导致整个燃料组件的失效，也形成了对资源的浪费。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的是提出一种模块化的燃料组件设计，将能实现组件在卸料时，将燃耗较深的模块卸出，燃料较浅的模块仍可以停留在堆芯内继续运行，同时也能实现针对后续产生缺陷的燃料组件，仅需替换破损的燃料短棒或燃料组件模块的功能。

为达到以上目的，本实用新型采用的技术方案是：一种模块化的燃料组件，其中，包括由上至下依次可替换的串联在一起的一个第一燃料组件模块、若干个第二燃料组件模块、一个第三燃料组件模块；所述第一燃料组件模块的顶端设有上管座，所述第三燃料组件模块的底端设有下管座；所述第一燃料组件模块、第二燃料组件模块、第三燃料组件模块均通过定位格架设置数量和位置均相同的燃料短棒，均设有用于通过控制棒的若干根导向短管和用于通过堆内测量仪表的一根仪表短管。

进一步，所述燃料短棒成矩阵状竖直设置在所述定位格架上，所述第二燃料组件模块上的定位格架位于所述第二燃料组件模块的中部。

进一步，所述导向短管和所述仪表短管与所述燃料短棒的轴向一致，所述仪表短管位于所述定位格架的中心位置。

进一步，所述导向短管的下端能够与位于其下方的另一根所述导向短管的上端形成连接结构，并通过所述控制棒；所述仪表短管的下端能够与位于其下方的另一根所述仪表短管的上端形成连接结构，并通过所述堆内测量仪表。

更进一步，在所述第一燃料组件模块、第二燃料组件模块、第三燃料组件模块中所述导向短管和所述仪表短管的两端均超出所述燃料短棒的两端。

本实用新型的有益效果如下：

1.燃料组件由多个燃料组件模块组装而成，在燃料组件卸料时，能够根据各个燃料组件模块的燃耗情况进行选择性的卸料，即仅卸除燃耗较深的燃料组件模块，替换为新的燃料组件模块，同时保留其他燃耗较浅的燃料组件模块，而不必卸除整个燃料组件；

2.在某个或者某几个燃料短棒发生缺陷时，能够定位到发生缺陷的燃料短棒所在的燃料组件模块，将该燃料组件模块卸下，根据缺陷的类型，选择替换单根燃料短棒，或者替换整个燃料组件模块；

3.降低了在堆芯卸料时以及燃料棒发生缺陷需要替换时的资源浪费，提升了核电的经济性。

附图说明

图1是本实用新型具体实施方式中所述一种模块化的燃料组件的示意图；

图2是本实用新型具体实施方式中所述的第一燃料组件模块的示意图；

图3是本实用新型具体实施方式中所述的第二燃料组件模块的示意图；

图4是本实用新型具体实施方式中所述的第三燃料组件模块的示意图；

图中：1-第一燃料组件模块，2-第二燃料组件模块，3-第三燃料组件模块，4-上管座，5-下管座，6-定位格架，7-燃料短棒，8-导向短管，9-仪表短管、10-连接结构。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。

如图1所示，一种模块化的燃料组件，由第一燃料组件模块1、若干个第二燃料组件模块2、第三燃料组件模块3串联组成。串联的顺序是由上至下的一个第一燃料组件模块1、若干个第二燃料组件模块2、一个第三燃料组件模块3；每个燃料组件模块均可以替换。

如图2、3、4所示，第一燃料组件模块1、第二燃料组件模块2、第三燃料组件模块3均通过定位格架6设置数量和位置均相同的燃料短棒7，燃料短棒7成矩阵状竖直设置在定位格架6上；其中，第二燃料组件模块2上的定位格架位于第二燃料组件模块2的中部。第一燃料组件模块1、第二燃料组件模块2、第三燃料组件模块3均设有若干根导向短管8和一根仪表短管9，导向短管8用于通过控制棒和其他堆芯相关组件棒，仪表短管9用于通过堆内测量仪表。导向短管8和仪表短管9与燃料短棒7的轴向一致，仪表短管9位于定位格架6的中心位置。当进行组装时，每个燃料组件模块的导向短管8、仪表短管9都与其下方的另一个燃料组件模块的导向短管8、仪表短管9一一对应。

如图1、2所示，第一燃料组件模块1的顶端设有上管座4，如图1、4所示，第三燃料组件模块3的底端设有下管座5；

每个燃料组件模块的导向短管8的下端能够与位于其下方的燃料组件模块的另一根导向短管8的上端形成连接结构10，并通过控制棒；每个燃料组件模块的仪表短管9的下端能够与位于其下方的燃料组件模块的另一根仪表短管9的上端形成连接结构10，并通过堆内测量仪表。连接结构10的连接关系与现有的压水堆常规燃料组件的连接方式相同。

在第一燃料组件模块1、第二燃料组件模块2、第三燃料组件模块3中导向短管8和仪表短管9的两端均超出燃料短棒7的两端。串联在一起的模块化的燃料组件中，各个燃料组件模块中的燃料短棒7的上下两端均不与其他燃料组件模块中的燃料短棒7接触，存在空隙，保证了堆内运行时燃料短棒7的不会因为辐照生长而导致彼此直接相互接触(辐照生长是指一些材料在中子辐照下表现为定向的伸长和缩短，而密度基本不变的现象。)

本实用新型所述的装置并不限于具体实施方式中所述的实施例，本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本实用新型的技术创新范围。