燃料组件及其骨架的制作方法

1.本发明涉及燃料组件技术领域，尤其涉及一种燃料组件及其骨架。


背景技术：

2.燃料组件的基本功能是持续产生热量并为冷却剂提供适当的流道，由冷却剂将热量带出燃料组件。燃料组件的设计必须保证燃料组件能够在反应堆内高温和高中子注量环境下保持结构完整性。
3.典型的快中子反应堆燃料组件主要由燃料棒束和外套管组成。燃料棒束位于外套管内，相邻燃料棒由螺旋形金属绕丝或格架将燃料棒隔开，形成冷却剂通道，使燃料棒得到冷却。燃料组件上下两端为冷却剂提供出入口，同时用于堆芯内定位和燃料吊装等操作。
4.但是，在快中子反应堆内，受高温、高温度梯度、高中子通量和中子通量梯度的影响，燃料组件的外套管会发生肿胀和变形，燃料组件与外套管间的相互作用会加大燃料装卸时的难度和工作量。相对于单个燃料棒的破损，外套管的肿胀也是堆芯使用寿命的重要限制因素。
5.另外，外套管的存在，限制了冷却剂在相邻燃料组件之间的横向交换，在单个燃料组件发生流道堵塞的情况下不利于降低极限位置燃料温度，降低堆芯安全性。


技术实现要素：

6.本发明要解决的技术问题在于，提供一种利于冷却剂在燃料组件之间横向交换的燃料组件的骨架以及具有该骨架的燃料组件。
7.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种燃料组件的骨架，包括中心筒体、分别设置在所述中心筒体相对两端的第一端和第二端上的第一端板组件和第二端板组件；
8.所述第一端板组件上设有多个间隔排布并用于定位燃料棒上端的第一定位孔、多个间隔排布并用于冷却剂通过的第一冷却通孔；
9.所述第二端板组件上设有多个间隔排布并用于定位燃料棒下端的第二定位孔、多个间隔排布并用于冷却剂通过的第二冷却通孔；
10.所述第一定位孔和所述第二定位孔相对应设置。
11.优选地，所述中心筒体包括中部筒段、分别连接在所述中部筒段相对两端上的第一筒段和第二筒段；
12.所述第一筒段和第二筒段分别形成所述中心筒体的第一端和第二端，所述第一端板组件套设并固定在所述第一筒段上，所述第二端板组件套设并固定在所述第二筒段上。
13.优选地，所述第一筒段为圆筒，其外周侧面上设有径向凸出且呈多边形的第一台阶；
14.所述第一端板组件的中心孔包括相接连通的第一圆孔和第一多边形孔；
15.所述第一端板组件以所述第一圆孔套设在所述第一筒段的外周，所述第一多边形
孔配合在所述第一台阶外周，将所述第一端板组件周向定位在所述第一筒段上。
16.优选地，所述第二筒段为圆筒，其外周侧面上设有径向凸出且呈多边形的第二台阶；
17.所述第二端板组件的中心孔包括相接连通的第二圆孔和第二多边形孔；
18.所述第二端板组件以所述第二圆孔套设在所述第二筒段的外周，所述第二多边形孔配合在所述第二台阶外周，将所述第二端板组件周向定位在所述第二筒段上。
19.优选地，所述第一筒段通过插接和/或过盈配合的方式连接在所述中部筒段的一端；所述第二筒段通过插接和/或过盈配合的方式连接在所述中部筒段的另一端。
20.优选地，所述中部筒段为六边形筒体；所述第一筒段朝向所述中部筒段的端部形成与六边形筒体相适配的六边形端部；所述第二筒段朝向所述中部筒段的端部形成与六边形筒体相适配的六边形端部。
21.优选地，所述第一端板组件和第二端板组件的外周均呈六边形。
22.优选地，所述第一端板组件包括端板以及叠置在所述端板背向所述中心筒体的一侧上的防转板；所述第一定位孔和第一冷却通孔设置在所述端板上，所述防转板上设有多个用于与燃料棒的端部配合并限制燃料棒转动的通槽。
23.优选地，所述燃料组件的骨架还包括作为抓取结构的操作部，所述操作部配合在所述中心筒体的第一端上并抵接所述第一端板组件。
24.优选地，所述操作部为筒状结构，其轴向套设并固定在所述中心筒体的第一端上。
25.优选地，所述操作部通过螺纹连接固定在所述中心筒体的第一端上。
26.优选地，所述燃料组件的骨架还包括连接部，所述连接部配合在所述中心筒体的第二端上并抵接所述第二端板组件。
27.优选地，所述连接部为筒状结构，其轴向套设并固定在所述中心筒体的第二端上。
28.优选地，所述连接部通过螺纹连接固定在所述中心筒体的第二端上。
29.优选地，所述燃料组件的骨架还包括用于支撑并将所述第二端板组件轴向定位在所述中心筒体上的锁紧环，所述锁紧环位于所述第二端板组件和连接部之间并通过螺纹配合锁紧在所述中心筒体上。
30.本发明还提供一种燃料组件，包括以上任一项所述的骨架、多个燃料棒；
31.多个所述燃料棒相平行间隔排布在所述骨架的中心筒体外围，每一所述燃料棒的上端定位在所述骨架的第一端板组件上，下端定位所述骨架的第二端板组件上。
32.优选地，所述燃料棒的上端端部穿过所述第一端板组件上的第一定位孔，配合在所述第一端板组件的防转板的通槽内，通过所述通槽限制所述燃料棒转动。
33.本发明的燃料组件的骨架，通过中心筒体和两端上的端板组件的配合，能够实现燃料棒在其中的定位并组成燃料组件，结构简单稳固，无需外套管，从而避免外套管发生肿胀及变形造成装卸困难的问题，允许冷却剂在燃料组件之间横向交换，有利于降低极限位置燃料温度，提高堆芯安全及可靠性。
附图说明
34.下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
35.图1是本发明一实施例的燃料组件的骨架的结构示意图；
36.图2是本发明一实施例的燃料组件的骨架的轴向剖面结构示意图；
37.图3是本发明一实施例的燃料组件的骨架的爆炸图。
具体实施方式
38.为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
39.本发明的燃料组件的骨架，作为燃料组件的结构支撑主体，用于与燃料棒等组成燃料组件。
40.如图1-3所示，本发明一实施例的燃料组件的骨架，包括中心筒体10、分别设置在中心筒体10相对两端上的第一端板组件20和第二端板组件30。
41.中心筒体10作为骨架的中心主骨，其轴向长度对应燃料组件的整体轴向长度设置。中心筒体10包括相对的两端，分别为第一端和第二端，第一端板组件20设置在第一端上，第二端板组件30设置在第二端上。
42.第一端板组件20和第二端板组件30分别用于与燃料棒的两端配合，对燃料棒进行定位，对此，第一端板组件20上设有多个间隔排布的第一定位孔21，用于定位燃料棒上端，第二端板组件30上设有多个间隔排布的第二定位孔31用于定位燃料棒下端。第一定位孔21和第二定位孔31相对应设置，使得一个第一定位孔21和一个第二定位孔31正对。
43.此外，第一端板组件20上还设有多个间隔排布并用于冷却剂通过的第一冷却通孔22，第一冷却通孔22分别围绕在第一定位孔21的外周，使得冷却剂能够通过每一燃料棒表面。同理，第二端板组件30上还设有多个间隔排布并用于冷却剂通过的第二冷却通孔32，第二冷却通孔32分别围绕在第二定位孔31的外周。
44.本发明中，通过第一端板组件20、第二端板组件30和中心筒体10的设置，将燃料棒围绕中心筒体10排布并定位在第一端板组件20和第二端板组件30之间，即可形成结构稳固的燃料组件，冷却剂从第二端板组件30下方流进，通过燃料棒后从第一端板组件20流出，带走燃料棒的热量。该燃料组件无需外套管，从而避免外套管发生肿胀及变形的问题，冷却剂可在燃料组件之间横向交换。
45.具体地，如图3所示，中心筒体10可包括中部筒段11、分别连接在中部筒段11相对两端上的第一筒段12和第二筒段13。第一筒段12可以通过插接、过盈配合等方式中一种或多种轴向连接在中部筒段11的一端上，形成中心筒体10的第一端。第二筒段13可以通过插接、过盈配合等方式中一种或多种轴向连接在中部筒段11的相对另一端上，形成中心筒体10的第二端。
46.进一步地，如图3所示实施例中，中部筒段11为六边形筒体，优选正六边形筒体。第一筒段12朝向中部筒段11的端部形成与六边形筒体相适配的六边形端部，该六边形端部插接并紧密配合在中部筒段11的一端部内。第二筒段13朝向中部筒段11的端部也形成与六边形筒体相适配的六边形端部，该六边形端部插接并紧密配合在中部筒段11的另一端部内。
47.另外，第一筒段12和第二筒段13的六边形端部分别可阶梯状设置，使得一部分插接配合在中部筒段11的端部内，一部分抵接在中部筒段11的端面上，如图2所示。
48.第一端板组件20套设并固定在第一筒段12上，第二端板组件30套设并固定在第二筒段13上。
49.其中，结合图2、3，第一端板组件20通过中心孔套设在第一筒段12上。为了实现第一端板组件20在第一筒段12上的周向定位，第一端板组件20的中心孔包括相接连通的第一圆孔201和第一多边形孔202；第一筒段12为圆筒，其外周侧面上设有径向凸出且呈多边形的第一台阶122。第一台阶122和第一多边形孔202相适配，即均为六边形孔或矩形孔等。
50.第一端板组件20以第一圆孔201套设在第一筒段12的外周，第一多边形孔202配合在第一台阶122外周，形成轴肩限位，将第一端板组件20周向定位在第一筒段12上，防止第一端板组件20相对中心筒体10转动。
51.第一台阶122位于第一筒段12靠近中部筒段11的端部上，从而将第一端板组件20定位在该端部上，第一筒段12的其余部分穿过第一端板组件20凸出在第一端板组件20的上方。
52.本实施例中，如图3所示，第一端板组件20包括端板23以及叠置在端板23上的防转板24，防转板24位于端板23背向中心筒体10的一侧上。第一定位孔21和第一冷却通孔22设置在端板23上，防转板24上设有多个贯穿其相对两面的通槽241，用于燃料棒的端部配合其中，限制燃料棒的转动同时也便于冷却剂通过。每一通槽241对应在同一排的第一定位孔21上方并与第一定位孔21相连通。
53.结合图2、3，第二端板组件30通过中心孔套设在第二筒段13上。为了实现第二端板组件30在第二筒段13上的周向定位，第二端板组件30的中心孔包括相接连通的第二圆孔301和第二多边形孔302；第二筒段13为圆筒，其外周侧面上设有径向凸出且呈多边形的第二台阶132。第二台阶132和第二多边形孔302相适配，即均为六边形孔或矩形孔等。
54.第二端板组件30以第二圆孔301套设在第二筒段13的外周，第二多边形孔302配合在第二台阶132外周，形成轴肩限位，将第二端板组件30周向定位在第二筒段13上，防止第二端板组件30相对中心筒体10转动。
55.第二台阶132位于第二筒段13靠近中部筒段11的端部上，从而将第二端板组件30定位在该端部上，第二筒段13的其余部分穿过第二端板组件30凸出在第二端板组件30的下方。
56.对应中部筒段11为六边形筒体，第一端板组件20和第二端板组件30的外周也均呈六边形。
57.第一端板组件20和第二端板组件30均可通过自身的尺寸调节，增加或减少其上定位孔(第一定位孔21和第二定位孔31)的数量，从而调节燃料棒的装载量，满足灵活的核设计要求。
58.进一步地，本发明的燃料组件的骨架还包括作为抓取结构，用于燃料组件换料设备抓取的操作部40。操作部40配合在中心筒体10的一端上并抵接在第一端板组件20上，从而可位于燃料组件的顶部，方便燃料组件换料设备抓取。
59.作为选择，操作部40可为筒状结构，其轴向套设并可通过螺纹连接等方式固定在中心筒体10的第一端上。结合中心筒体10的结构组成，操作部40主要套设在第一筒段12上，并且位于第一端板组件20的上方，可抵接在第一端板组件20上，进一步对第一端板组件20的轴向进行定位，避免第一端板组件20沿第一筒段12轴向移动。
60.为了配合燃料组件换料设备的抓取，操作部40可以是等径的筒状结构，还可以在外周侧面设有凸出部。
61.又进一步地，本发明的燃料组件的骨架还包括燃料组件的骨架还包括连接部50，连接部50配合在中心筒体10的另一端上并抵接第二端板组件30，可作为燃料组件的下部接口。
62.作为选择，连接部50可为筒状结构，其轴向套设并可通过螺纹连接固定在中心筒体10的第二端上。
63.结合中心筒体10的结构组成，连接部50主要套设在第二筒段13上，抵接在第二端板组件30上，对第二端板组件30的轴向进行定位，避免第二端板组件30沿第二筒段13轴向移动。
64.根据需要，本发明的燃料组件的骨架还可包括锁紧环60，用于支撑并将第二端板组件30轴向定位在中心筒体10。当将第二端板组件30装配至中心筒体10的第二筒段13上后，将锁紧环60于第二端板组件30的下方套设并固定在第二筒段13上，可初步实现第二端板组件30在第二筒段13上的轴向定位。再将连接部50也配合固定到第二筒段13上，位于锁紧环60的下方，进一步将第二端板组件30在第二筒段13上进行轴向定位。
65.在第二筒段13上，锁紧环60位于第二端板组件30和连接部60之间。锁紧环60可通过螺纹配合锁紧在中心筒体10的第二筒段13上，方式类似于螺母。
66.本发明的燃料组件的骨架，用于燃料组件中。对应地，本发明的燃料组件包括上述的骨架，还包括多个燃料棒。
67.多个燃料棒相平行间隔排布在骨架的中心筒体10外围，每一燃料棒的上端定位在骨架的第一端板组件20上，下端定位骨架的第二端板组件30上。
68.在骨架的上部，结合第一端板组件20包括端板23及防转板，燃料棒的上端端部穿过端板23上的第一定位孔21后，进入配合在防转板24的通槽241内，通过通槽241对燃料棒起到限制转动的作用。
69.本发明的燃料组件，应用于反应堆中(包括快中子反应堆等类型)。在反应堆中，由于燃料组件无需外套管，燃料组件之间可导液连通，这样流经每一燃料组件的冷却剂还可以与相邻的燃料组件的冷却剂横向交换，还可降低堆芯压降。当单个燃料组件发生流道堵塞的情况下，还可以通过冷却剂的横向交换带走热量，降低极限位置燃料温度，保证堆芯安全。
70.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。