一种燃料组件固定装置及燃料组件固定方法与流程

1.本发明涉及液态重金属反应堆燃料组件技术领域，尤其涉及一种燃料组件固定装置及燃料组件固定方法。


背景技术：

2.液态重金属反应堆主要指以铅基材料作为冷却剂的反应堆，其具有良好的中子学、热工水力学和安全特性，是第四代先进核能系统的主要候选堆型之一，应用潜力广，在能源领域、国民经济和国家能源战略等方面有很多发展前景。
3.铅基堆的冷却剂为高密度的铅基材料，如铅、铅铋合金，使燃料组件在堆芯内受到较大的浮力，仅依靠燃料组件自身的重力不能满足燃料组件固定的功能要求，必须设置相应的固定装置，维持燃料组件在堆芯内的定位，防止燃料组件上浮，保证反应堆的安全性。
4.目前，针对液态重金属反应堆，有一种燃料组件下部固定方案，该方案在装料时通过将燃料组件管脚和燃料组件定位板配合并转动一定角度来实现组件在堆内的固定，换料时则转动相反的角度。但在实际操作过程中，由于堆芯内无法直接观测到燃料组件的情况，利用换料机构将燃料组件转动一定角度的操作对燃料组件的定位要求较高，不利于换料操作。另外，不利于六边形组件进行紧密排布，因为针对六边形的燃料组件设计，燃料组件之间的排布比较紧密，燃料组件的转动易导致燃料组件之间的干涉，影响反应堆的安全性。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题在于，提供一种燃料组件固定装置。
6.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种燃料组件固定装置，用于将燃料组件可拆卸连接在下堆芯板上，包括限位件、弹性件、弹片及与燃料组件连接的管腿；
7.所述限位件设于所述管腿内部，所述限位件包括限位段管壁和外径小于所述限位段管壁的解锁段管壁；所述限位段管壁相较于所述解锁段管壁更靠近所述管腿的内底部；所述弹性件一端与所述限位段管壁接触，另一端与所述管腿内底部接触；所述弹片的第一端与所述管腿的管腿壁内侧连接；
8.当所述解锁段管壁在外力作用下移动至与所述弹片接触时，所述弹性件压缩，所述弹片的自由端向所述管腿壁内侧移动，以将所述燃料组件固定装置切换至解锁状态；当外力消失后，在所述弹性件的弹力作用下，所述限位段管壁归位至与所述弹片接触，并且挤压所述弹片的自由端向所述管腿壁外侧移动，使所述弹片的第二端伸出所述管腿并卡在所述下堆芯板底部，以将所述燃料组件固定装置切换至锁定状态。
9.优选地，在本发明所述的燃料组件固定装置中，所述限位件还包括过渡段管壁，所述过渡段管壁设于所述限位段管壁与所述解锁段管壁之间；所述过渡段管壁的外径由靠近所述限位段管壁端向靠近所述解锁段管壁端组件逐渐变小。
10.优选地，在本发明所述的燃料组件固定装置中，所述管腿包括管腿壁和支撑环；所
述支撑环设于所述管腿壁的内底部。
11.优选地，在本发明所述的燃料组件固定装置中，所述支撑环包括若干支撑筋和中间圆环；若干所述支撑筋设于所述中间圆环外周，所述支撑筋与所述管腿壁连接。
12.优选地，在本发明所述的燃料组件固定装置中，所述限位件还包括连接部；所述连接部设于所述限位件内侧并连接固定；
13.所述燃料组件固定装置还包括导杆，所述导杆设于所述连接部下方；所述导杆一端与所述连接部连接，所述导杆另一端插入所述支撑环；
14.所述弹性件套在所述导杆外周。
15.优选地，在本发明所述的燃料组件固定装置中，所述连接部包括若干流水孔；所述导杆与所述连接部的中间部分连接，若干所述流水孔环绕所述连接部的中间部分设置。
16.优选地，在本发明所述的燃料组件固定装置中，所述连接部设于所述限位段管壁的内侧。
17.优选地，在本发明所述的燃料组件固定装置中，所述弹片第二端设有钩子。
18.本发明还提供一种燃料组件固定方法，使用上述任一项所述的燃料组件固定装置；包括以下步骤：
19.s1：将燃料组件与所述管腿连接固定；
20.s2：使用外力下压所述限位件，使弹性件压缩，解锁段管壁与所述弹片接触；
21.s3：将所述燃料组件固定装置插入下堆芯板孔，当所述弹片所在位置穿过所述下堆芯板后停止移动；
22.s4：撤销外力，所述限位段管壁在弹性件的弹力下回到初始位置并接触所述弹片且挤压所述弹片向外侧凸出，所述弹片第二端卡在所述下堆芯板底部。
23.优选地，在本发明所述的燃料组件固定方法中，步骤s2还包括：使用与换料机构连接的操作杆穿过燃料组件内部下压所述限位件；
24.步骤s4还包括：所述操作杆在所述换料机构的操作下取出。
25.通过实施本发明，具有以下有益效果：
26.本发明的燃料组件固定装置，通过弹片卡在下堆芯板下可以维持燃料组件在下堆芯板上的定位，防止燃料组件上浮，且可允许堆内燃料组件紧密排布。
附图说明
27.下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
28.图1是本发明燃料组件固定装置的装配示意图；
29.图2是本发明燃料组件固定装置的整体截面示意图；
30.图3是本发明图2中管腿的结构示意图；
31.图4是本发明图3中局部示意图；
32.图5中a图和b图是本发明图2中限位件不同方位的结构示意图；
33.图6是本发明燃料组件固定方法的流程图。
具体实施方式
34.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。
35.在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
36.在发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
37.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是化学连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
38.以及，附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
39.附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
40.参见图1至图5，本发明的一个实施例公开了一种燃料组件固定装置，用于将燃料组件5可拆卸连接在下堆芯板6上，包括限位件2、弹性件3、弹片11及与燃料组件5连接的管腿1。优选地，管腿1与燃料组件5可以通过螺纹连接或焊接。
41.限位件2设于管腿1内部，限位件2包括限位段管壁21和外径小于限位段管壁21的解锁段管壁22；限位段管壁21相较于解锁段管壁22更靠近所述管腿1的内底部；弹性件3一端与限位段管壁21接触，另一端与管腿1内底部接触；弹片11的第一端111与管腿1的管腿壁12内侧连接；弹片11的自由端113设于管腿壁12内侧及受到挤压时向管腿壁12外侧移动。优选地，至少两个弹片11等距离设于管腿壁12上，例如：当设有两个弹片11时，两个弹片11相对设置；当设有三个弹片11时，三个弹片11均匀间隔设置。在其他一些实施例中，当弹片11的个数超过3个时，可以其中任意两个弹片11相对设于管腿壁12上，第三个弹片11设于管腿壁12的任意位置上。
42.当解锁段管壁22在外力作用下移动至与弹片11接触时，弹性件3压缩，弹片11的自由端113向管腿壁12内侧移动，以将燃料组件固定装置切换至解锁状态；当外力消失后，在弹性件3的在弹力作用下，限位段管壁21归位及至与接触弹片11接触，并且挤压弹片11的自由端113向管腿壁12外侧移动，使弹片11的第二端112伸出管腿并卡在下堆芯板6底部，以将燃料组件固定装置切换至锁定状态。
43.需要说明的是，弹片11的自由端113指的是可以自由活动的部分，弹片11的第二端112指的是能够与下堆芯板6接触的部分，弹片11的自由端113包含弹片11的第二端112。
44.燃料组件固定装置包括两种状态，分别是解锁状态和锁定状态，并且能在这两个状态之间切换，在锁定状态时，能够将燃料组件与下堆芯板稳定固定在一起，不会上浮；在解锁状态时，可以将下堆芯板从燃料组件固定装置上拆装。
45.本发明燃料组件固定装置可以任意角度放入下堆芯板中即可维持燃料组件在下堆芯板上的定位，防止燃料组件上浮。并且燃料组件固定装置的拆装精度低，便于在堆内密闭条件下的换料操作；不需要采用旋转方式固定，堆内燃料组件可实现紧密排布。
46.具体地：
47.为了解锁段管壁22和限位段管壁21的过渡连接，如图5中a图所示，限位件2还包括过渡段管壁23，过渡段管壁23设于限位段管壁21与解锁段管壁22之间；过渡段管壁23的外径由靠近限位段管壁21端向靠近解锁段管壁22端组件逐渐变小，有利于弹片11在解锁段管壁22和限位段管壁21之间滑动。
48.为了支撑限位件2和弹性件3，如图3所示，管腿1包括管腿壁12和支撑环13；支撑环13设于管腿壁12的内底部。优选地，管腿壁12的最大外径小于下堆芯板6孔的直径，管腿壁12的最小内径大于限位件2的最大外径。管腿壁12为筒体，管腿壁12靠近燃料组件一端的设有内螺纹，管腿壁12与燃料组件5螺纹连接或焊接。
49.进一步地，为了限制限位件2只能在轴向上移动，支撑环13包括若干支撑筋131和中间圆环132；若干支撑筋131设于中间圆环132外周，支撑筋131与管腿壁12连接。优选地，至少设置3条支撑筋131，起到较稳定的支撑作用。
50.如图5中b图所示，限位件2还包括连接部24；连接部24设于限位件2内侧并连接固定；优选地，连接部24设于限位件2的限位段管壁21内侧。在其他的一些实施例中，连接部24也可以与解锁段管壁22或过渡段管壁23连接。
51.为了实现限位件2的轴向移动，燃料组件固定装置还包括导杆4，导杆4设于连接部24下方；导杆4一端与连接部24连接，固定连接在连接部24的中心位置，导杆4另一端插入支撑环13；导杆4的外径小于支撑环13的内径，限制导杆4径向移动，维持导杆4只能进行轴向移动；优选地，导杆4为圆柱形；
52.弹性件3套在导杆4外周。优选地，弹性件3可以是螺旋弹簧，螺旋弹簧套在导杆4的外周，螺旋弹簧一端与连接部24抵接，螺旋弹簧另一端与支撑环13可拆卸连接。螺旋弹簧处于松弛状态的时候，弹片11与限位段管壁21接触，处于锁定状态；螺旋弹簧处于压缩状态的时候，弹片11与解锁段管壁22接触，处于解锁状态。
53.进一步地，连接部24包括若干流水孔；导杆4与连接部24的中间部分连接，便于操作杆下压限位件2，若干流水孔环绕连接部24的中间部分设置。优选地，连接部24由中心伸出三条连接筋与限位段管壁21内侧连接，形成三个流水孔。连接部24的中间部分与导杆4的连接方法可以是焊接、拼接或螺纹连接。
54.如图4所示，弹片11的第二端112设有钩子，钩子可为l形，弹片11可由管腿壁12冲制而成。在其他一些实施例中，可以制成弹片11的第一端111比弹片11的自由端113厚，类似压水堆燃料组件压紧板弹簧结构。
55.参见图6，本发明的一个实施例还公开了一种燃料组件固定方法，使用上述任一实施例所述的燃料组件固定装置；包括以下步骤：
56.s1：将燃料组件5与管腿1连接固定；优选地，可以使用螺纹连接或焊接；
57.s2：使用外力下压限位件2，使弹性件3压缩，解锁段管壁22与弹片11接触，而向内侧收缩，并确保弹片11的第二端112缩进管腿1的内侧；
58.s3：将燃料组件固定装置插入下堆芯板6孔，当弹片11所在位置穿过下堆芯板6孔停止移动；当弹片11所在位置穿过下堆芯板6孔后继续移动一段距离也不影响性能，对于插入下堆芯板6的距离并不需要精细的规定；
59.s4：撤销外力，限位段管壁21在弹性件3的弹力下回到初始位置并接触弹片11且挤压弹片11向外侧凸出，弹片11的第二端112凸出管腿1外侧并卡在下堆芯板6底部，从而实现燃料组件5固定。优选地，步骤s2还包括：使用与换料机构连接的操作杆穿过燃料组件5内部下压限位件2；步骤s4还包括：操作杆在换料机构的操作下取出。操作杆主要是在装料时确保燃料组件5能顺利装入，以及卸料时实现解锁燃料组件5的功能，因此仅在装卸料时固定和解锁燃料组件5使用，反应堆正常运行过程中不会出现在堆内。优选地，操作杆为一长圆杆。操作杆图中未示出。
60.优选地，本发明还包括在卸料时解锁燃料组件5的方法：操作杆下压限位件2，限位件2受力向下移动，压缩弹性件3，弹片11与解锁段管壁22接触，而向内侧收缩且确保缩进管腿1内侧，以防弹片11的第二端112刮蹭下堆芯板6的侧壁，然后使弹片11的第二端112与下堆芯板6分离，燃料组件固定装置可以自由通过下堆芯板6，从而实现燃料组件5和下堆芯板6的解锁。
61.本发明燃料组件固定方法不需要考虑燃料组件固定装置与下堆芯板之间的角度关系，只需要将燃料组件固定装置以任意角度放入下堆芯板中即可维持燃料组件在下堆芯板上的定位，防止燃料组件上浮。并且燃料组件固定装置的拆装精度低，便于在堆内密闭条件下的换料操作；不需要采用旋转方式固定，堆内燃料组件可实现紧密排布。
62.通过实施本发明，具有以下有益效果：
63.本发明的燃料组件固定装置，通过弹片卡在下堆芯板下可以维持燃料组件在下堆芯板上的定位，防止燃料组件上浮，且可允许堆内燃料组件紧密排布。
64.可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述实施例或技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围，即“在一些实施例”所描述的实施例可与上下任一实施例进行自由组合；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。