一种带插件的燃料组件定位格架和燃料组件的制作方法

本实用新型属于燃料组件技术领域，具体涉及一种带插件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，夹持燃料棒的弹簧或者刚凸会松弛,对应其夹持力会急剧减小，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得十分狭小，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，如定位格架能够提供的夹持力大小等等，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：

本实用新型的目的在于提供一种带插件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。

本实用新型的技术方案如下：

一种带插件的燃料组件定位格架，所述的定位格架由栅元两两排列组成；

所述的栅元为四面筒体，在栅元的四个面上分别设有上插槽，用于与插件配合插接。

所述的插件有四种，分别为角插件、边插件、通道插件和中间插件，每种插件均包括夹持部和插接部。

所述的夹持部向栅元内侧凸起。

所述的角插件包括一个夹持部和两个插接部，其中两个插接部互相垂直，夹持部设于两个插接部之间。

所述的边插件包括两个夹持部和三个插接部，三个插接部成T字形，夹持部分别设于每两个插接部之间成直角的位置处。

所述的通道插件包括三个夹持部和四个插接部，四个插接部成十字形，夹持部设于每两个插接部之间。

所述的中间插件包括四个夹持部和四个插接部，四个插接部成十字形，夹持部设于每两个插接部之间。

所述的角插件设于由栅元两两排列所成结构的四个角上。

所述的边插件设于由栅元两两排列所成结构的四条边上。

所述的中间插件设于由栅元两两排列所成结构的内部。

在所述插接部的顶端设有下插槽，与栅元的上插槽插接，插接部的侧面与栅元的侧面之间设有间隙。

在所述插接部的顶端设有下插槽，与栅元的上插槽插接，插接部的侧面与栅元的侧面相接。

所述插接部的顶端设于栅元的上插槽内，插接部的侧面与栅元的侧面之间设有间隙。

所述插接部的顶端设于栅元的上插槽内，插接部的侧面与栅元的侧面相接。

所述的栅元两两相接，形成N×N的排列。

所述N的取值范围为3～17。

N的取值为5、9、13、15中的一个。

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；

所述的通道插件设于导向管通道周围相邻的栅元之间。

所述的仪表管通道有一个，位于栅元以N×N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。

在栅元排列的外侧设有外条带，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。

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。

本实用新型的有益效果在于：

(1)本实用新型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)本实用新型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)本实用新型定位格架采用插件对燃料元件进行夹持和支撑，整体刚度显著增强，且简化了定位格架支撑部位的加工程序，降低了加工难度。

(4)本实用新型中的插件插接部侧面与栅元侧面之间设有间隙，使得夹持部的夹持作用力取值范围增大，能够适应不同情况下的工作需求。

(5)本实用新型定位格架可以避免在栅元与插件采用不同种材料时的异种材料焊接问题。

(6)本实用新型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。

(7)本实用新型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为定位格架轴测示意图；

图2为定位格架俯视图；

图3为角插件意图；

图4为边插件示意图；

图5为中间插件示意图。

图中：1.栅元；2.插件；3.夹持部；4.插接部；5.外条带；6.导向翼；7.导向管通道；8.角插件；9.边插件；10.通道插件；11.中间插件。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。

实施例一

如图1、2所示，一种带插件的燃料组件定位格架，由栅元1两两排列组成；

所述的栅元1为四面筒体，在栅元1的四个面上分别设有上插槽，用于与插件2配合插接。

如图3～5所示，所述的插件2有四种，分别为角插件8、边插件9、通道插件10和中间插件11，每种插件2均包括夹持部3和插接部4。所述的夹持部3向栅元1内侧凸起。

所述的角插件8包括一个夹持部3和两个插接部4，其中两个插接部4互相垂直，夹持部3设于两个插接部4之间。所述的角插件8设于由栅元1两两排列所成结构的四个角上。

所述的边插件9包括两个夹持部3和三个插接部4，三个插接部4成T字形，夹持部3分别设于每两个插接部4之间成直角的位置处。所述的边插件9设于由栅元1两两排列所成结构的四条边上。

所述的通道插件10包括三个夹持部3和四个插接部4，四个插接部4成十字形，夹持部3设于每两个插接部4之间。所述的通道插件10设于导向管通道7相邻的栅元1之间。

所述的中间插件11包括四个夹持部3和四个插接部4，四个插接部4成十字形，夹持部3设于每两个插接部4之间。所述的中间插件11设于由栅元1两两排列所成结构的内部。

所述插接部4的顶端设于栅元1的上插槽内，插接部4的侧面与栅元1的侧面之间设有间隙。

所述的栅元1两两相接，形成N×N的排列，N的取值范围为3～17，优选为为5、9、13、15中的一个。

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7或仪表管通道；

所述的通道插件10设于导向管通道7周围相邻的栅元1之间。

所述的仪表管通道有一个，位于栅元1以N×N排列的中心位置；导向管通道7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7内，与栅元1的筒壁外侧面焊接固定。

所述的导向管通道7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1的筒壁外侧面焊接固定。

在栅元1排列的外侧设有外条带5，外条带5的高度与栅元1的高度相同。在外条带5的上边缘和下边缘均设有导向翼6，防止燃料组件在装配的时候互相钩挂。

实施例二

本实施例与实施例一的不同之处在于：所述插接部4的顶端设于栅元1的上插槽内，插接部4的侧面与栅元1的侧面相接。

实施例三

本实施例与实施例一的不同之处在于：在所述插接部4的顶端设有下插槽，与栅元1的上插槽插接，插接部4的侧面与栅元1的侧面之间设有间隙。

实施例四

本实施例与实施例一的不同之处在于：在所述插接部4的顶端设有下插槽，与栅元1的上插槽插接，插接部4的侧面与栅元1的侧面相接。

本实用新型核反应堆燃料组件，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。