一种端塞包壳一体化环形燃料棒及燃料组件的制作方法

1.本发明属于燃料组件技术领域，具体涉及一种端塞包壳一体化环形燃料棒及燃料组件。


背景技术：

2.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。
3.在现有压水堆燃料组件设计中，燃料棒在外形上一般是实心的，由包壳、芯块、弹簧、上端塞、下端塞组成。包壳对燃料芯块起着包覆作用，并包容芯块在运行中产生的放射性物质，使其在正常运行情况下不至于将放射性物质释放至主回路中。环形燃料棒与实心燃料棒相比，其横截面为环形，具有内外两个冷却剂通道。目前环形燃料棒主要由内包壳、外包壳、环形芯块、弹簧、上端塞、下端塞组成。将环形芯块与弹簧组装到内包壳与外包壳之间，然后将上端塞与下端塞焊接到内外包壳上，组成一个密封的环形棒，用来包容正常运行情况下的芯块。
4.环形燃料棒组装加工工序中，容易出现返工、返修的工序为燃料棒与端塞间的焊接工序。在芯块装管完成后，若出现燃料棒与端塞焊接失效的情况，则可能要切除端塞后重新返工。也有可能需要对芯块装管等操作再次进行返工。因此尽量减少焊缝，可以从工序数量上减少批量化生产时产生的返工可能性。
5.对于辐照前带放射性的环形燃料棒或者同位素生产环形靶件棒而言，其装料前的芯块及装料后的产物可能都需要在热室中处理。若棒结构复杂组装困难，将对热室操作组装和后处理带来不便。因此对该种类型的靶件，其组装越简单，焊缝越少，在前期装配和后期处理时都将大为简便。
6.因此，设计一种新的包壳端塞一体化环形燃料棒，可以克服现有技术的不足，提高环形燃料棒组装效率及后处理时的效率。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种端塞包壳一体化环形燃料棒及燃料组件，能够包容芯块以及其在运行中产生的放射性物质。
8.为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：
9.一种端塞包壳一体化环形燃料棒，由外包壳，内包壳，芯块组成，外包壳一端有一体成型的上端塞，内包壳一端有一体成型的下端塞；外包壳的内壁与芯块的外壁接触，内包壳的外壁与芯块的内壁接触，芯块在外包壳与内包壳之间堆叠，堆叠后呈长条圆柱形，该圆柱形的上端面与外包壳的上端塞下表面接触，该圆柱形的下端面与内包壳的下端塞上表面接触，外包壳与内包壳间经过焊接后形成一个密闭的腔室。
10.上端塞为圆柱状结构。
11.外包壳为中心对称的圆管。
12.下端塞为圆柱状结构。
13.内包壳为中心对称的圆管。
14.内包壳上的下端塞内孔上有十字交叉结构。
15.外包壳上的上端塞内孔处有扰流结构。
16.内包壳上的下端塞内孔上有扰流结构。
17.一种燃料组件，由若干根端塞包壳一体化环形燃料棒、上管座、若干根导向管、定位格架、下管座组成。
18.一种生产靶件，由若干根端塞包壳一体化环形燃料棒、吊装头、上端固定件、下端固定件组成。
19.本发明所取得的有益效果为：
20.本发明能够省去环形燃料棒两端的各一道焊缝，在焊接及检验过程中都能省去一道工序，提高整体工件的可靠性。
21.本发明内包壳焊接位置可以变化，可根据需求将焊接位置设置为环焊缝，也可设置为端面焊缝。以适应不同应用条件下燃料棒设计。
22.如果燃料棒的组装需要在特定的空间内操作，比如热室中，采用这种设计能方便操作人员装入芯块。由于部件更少，在辐照后处理操作，如取出芯块等也更简便。
23.本发明结构简单，可以使用金属打印等技术完成制造。
附图说明
24.图1为实施例一示意图；
25.图2为实施例二示意图；
26.图3为实施例三示意图；
27.图中：1.外包壳；2.内包壳；3.芯块。
具体实施方式
28.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
29.采用减少两道焊缝的设计，将内包壳与上、下端塞中的一件设计为一体，将外包壳与剩余的端塞设计为一体，这将大大简化环形燃料棒的制造流程，同时对于放射性物质从焊缝处泄漏的可能性降低。
30.一种端塞包壳一体化环形燃料棒，由外包壳1、内包壳2、芯块3组成，在外包壳1及内包壳2上均有类似于燃料棒设计的端塞；
31.所述外包壳1由与芯块3适配的圆管构成，组装后其内表面与芯块接触；所述的内包壳2由与芯块3适配的圆管构成，组装后其外表面与芯块接触；所述外包壳与内包壳形成一个可以容纳芯块的空腔。
32.一种燃料组件，基本结构由若干根上述一体化环形燃料棒、上管座、若干根导向管、定位格架、下管座组成。
33.一种生产靶件，基本结构由若干根上述一体化环形燃料棒、吊装头、上端固定件、
下端固定件组成。
34.实施例一
35.所述的一种端塞包壳一体化环形燃料棒由外包壳1，内包壳2，芯块3组成。本实施例中的外包壳1包括一般意义上的上端塞与外包壳，两者结合为一个整体。一般意义上的环形燃料棒的上端塞为圆柱状结构，外包壳为中心对称的圆管；所述的内包壳2包括一般意义上的下端塞及内包壳，一般意义上的环形燃料棒的下端塞为圆柱状结构，内包壳为中心对称的圆管；外包壳1的内壁与芯块3的外壁接触，内包壳2的外壁与芯块3的内壁接触。芯块3在外包壳1与内包壳2之间堆叠，芯块堆叠后呈长条圆柱形。该圆柱形的上端面与外包壳1的上端塞下表面接触，该圆柱形的下端面与内包壳2的下端塞上表面接触。内外包壳间经过焊接后形成一个密闭的腔室，将芯块及运行过程中产生的放射性产物包容在腔室内。
36.实施例二
37.所述的一种端塞包壳一体化环形燃料棒由外包壳1，内包壳2，芯块3组成。本实施例中的外包壳1包括一般意义上的上端塞与外包壳，两者结合为一个整体。一般意义上的环形燃料棒的上端塞为圆柱状结构，外包壳为中心对称的圆管；所述的内包壳2包括一般意义上的下端塞及内包壳，一般意义上的环形燃料棒的下端塞为圆柱状结构，内包壳为中心对称的圆管；外包壳1的内壁与芯块3的外壁接触，内包壳2的外壁与芯块3的内壁接触。芯块3在外包壳1与内包壳2之间堆叠，芯块堆叠后呈长条圆柱形。该圆柱形的上端面与外包壳1的上端塞下表面接触，该圆柱形的下端面与内包壳2的下端塞上表面接触。内外包壳间经过焊接后形成一个密闭的腔室，将芯块及运行过程中产生的放射性产物包容在腔室内。
38.其中内包壳2上的下端塞内孔上有十字交叉结构，有防异物作用。可以通过该结构的设计调节内外流道的流量分配。
39.实施例三
40.所述的一种端塞包壳一体化环形燃料棒，由外包壳1，内包壳2，芯块3组成。本实施例中的外包壳1包括一般意义上的上端塞与外包壳，两者结合为一个整体。一般意义上的环形燃料棒的上端塞为圆柱状结构，外包壳为中心对称的圆管；所述的内包壳2包括一般意义上的下端塞及内包壳，一般意义上的环形燃料棒的下端塞为圆柱状结构，内包壳为中心对称的圆管；外包壳1的内壁与芯块3的外壁接触，内包壳2的外壁与芯块3的内壁接触。芯块3在外包壳1与内包壳2之间堆叠，芯块堆叠后呈长条圆柱形。该圆柱形的上端面与外包壳1的上端塞下表面接触，该圆柱形的下端面与内包壳2的下端塞上表面接触。内外包壳间经过焊接后形成一个密闭的腔室，将芯块及运行过程中产生的放射性产物包容在腔室内。
41.其中外包壳1上的上端塞内孔处及内包壳2上的下端塞内孔上有扰流结构，可以通过该结构的设计在一定程度增加内流道的换热效率。
42.实施例四
43.所述的一种燃料组件由若干根端塞包壳一体化环形燃料棒，上管座、若干根导向管、定位格架、下管座组成。本实施例中的一体化环形燃料棒由外包壳1，内包壳2，芯块3组成。外包壳1包括一般意义上的上端塞与外包壳，两者结合为一个整体。一般意义上的环形燃料棒的上端塞为圆柱状结构，外包壳为中心对称的圆管；所述的内包壳2包括一般意义上的下端塞及内包壳，一般意义上的环形燃料棒的下端塞为圆柱状结构，内包壳为中心对称的圆管；外包壳1的内壁与芯块3的外壁接触，内包壳2的外壁与芯块3的内壁接触。芯块3在
外包壳1与内包壳2之间堆叠，芯块堆叠后呈长条圆柱形。该圆柱形的上端面与外包壳1的上端塞下表面接触，该圆柱形的下端面与内包壳2的下端塞上表面接触。内外包壳间经过焊接后形成一个密闭的腔室，将芯块及运行过程中产生的放射性产物包容在腔室内。其中外包壳1上的上端塞内孔处及内包壳2上的下端塞内孔上有扰流结构，可以通过该结构的设计在一定程度增加内流道的换热效率。