一种将核燃料棒插入核燃料组件定位栅格的装置和方法

本发明属于核工程，具体涉及一种将核燃料棒插入核燃料组件定位栅格的装置和方法。

背景技术：

1、核燃料包壳管在堆芯结构中的服役环境极为严苛，在高温高压下与冷却剂，如超临界水、铅铋等，长期直接接触。因此，需要其拥有良好的表面完整性能。

2、在现有的压水堆燃料组件的设计中，核燃料包壳管需要定位格架支撑和夹持，并辅助其进行定位。而燃料定位格架通常由若干个内条带相互插接排列组成，内部形成若干正方形的栅格单元。栅格单元左下侧是刚性凸座，右上侧是弹簧。

3、在实际插入燃料棒的过程中，燃料包壳与刚凸和弹簧磨损极为严重，破坏了包壳管的表面完整性能。若插入无涂层的锆合金包壳管，则刚凸与包壳管的磨损大于弹簧与包壳管的磨损；若插入带涂层的锆合金包壳管，则弹簧与包壳管的磨损大于刚凸与包壳管的磨损；若插入过程中采用水润滑，则磨损程度有所降低；此外，插入包壳管的速度越大，则其磨损越严重。

4、同时，在现有的燃料组件定位格架的设计制造中，生产制造的过程十分复杂，若需要改变定位格架的结构，将会大大增加工作负担。

5、因此，亟需从燃料棒的拉拔工艺方面，提出一种新的系统和方法，以克服现有的工程问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种将核燃料棒插入核燃料组件定位栅格的装置和方法，用以解决现有技术中存在的上述问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一方面，本发明提供了一种将核燃料棒插入核燃料组件定位栅格的装置，包括预组装盒、定位格架和拉棒机，燃料棒设置于预组装盒内，燃料棒的一端穿过定位格架的栅格单元并与拉棒机相连接，所述的装置还包括加湿喷头和降温制冷装置，加湿喷头设置于燃料棒附近并用以对燃料棒进行加湿，降温制冷装置设置于燃料棒附近并用对燃料棒进行降温，以使得燃料棒表面附着的水雾或水膜快速凝结成冰膜或冰霜。

4、作为本发明中一种优选的技术方案，所述加湿喷头通过第一水泵连接第一水箱。

5、作为本发明中一种优选的技术方案，所述的装置还包括位于预组装盒和定位格架之间的润滑箱，润滑箱内设置有两个由电机带动的旋转海绵润滑机构，两个旋转海绵润滑机构的表面均设置有海绵；所述燃料棒穿过两个旋转海绵润滑机构之间且与两个旋转海绵润滑机构上的海绵相接触；所述加湿喷头设置有两个且均位于润滑箱内，两个加湿喷头分别对准两个旋转海绵润滑机构，且两个加湿喷头均与第一水泵相连接。

6、作为本发明中一种优选的技术方案，所述的装置还包括位于预组装盒和定位格架之间的增湿箱，增湿箱内设置有两个加湿喷头，两个加湿喷头均对准燃料棒，两个加湿喷头均通过管道连接第一加湿器。

7、作为本发明中一种优选的技术方案，所述降温制冷装置包括降温箱，降温箱设置于润滑箱和定位格架之间或预组装盒和增湿箱之间，降温箱内设置有对准燃料棒设置的液氮喷头，液氮喷头通过管道连通设置有第一增压板的第一液氮瓶。

8、作为本发明中一种优选的技术方案，所述的装置还包括保湿箱体，预组装盒、定位格架和拉棒机均设置于保湿箱体内，加湿喷头设置有多个，且所有的加湿喷头均安装于保湿箱体的内顶面，所有的加湿喷头均通过管道连接第二加湿器；保湿箱体内设置有与第二加湿器联动的湿度传感器。

9、作为本发明中一种优选的技术方案，所述降温制冷装置包括设置有第二增压板的第二液氮瓶，第二液氮瓶通过管道连通预组装盒。

10、作为本发明中一种优选的技术方案，所述降温制冷装置包括第一冷冻库和第二冷冻库，预组装盒、定位格架和拉棒机均设置于第二冷冻库内，第一冷冻库内设置有放置燃料棒用的燃料棒支架，加湿喷头设置有多个且均安装于第一冷冻库内，所有的加湿喷头均连通第三加湿器。

11、另一方面，本发明还提供了一种将核燃料棒插入核燃料组件定位栅格的方法，具体如下：

12、在燃料棒插入定位格架的格栅单元内之前：

13、采用加湿喷头对燃料棒进行加湿处理，使得燃料棒表面形成水雾或水膜；

14、对加湿前的燃料棒、加湿中的燃料棒或加湿后的燃料棒进行制冷处理，使得加湿后的燃料棒表面形成冰膜或冰霜；

15、将表面形成冰层的燃料棒插入定位格架的格栅单元内。

16、作为本发明中一种优选的技术方案，对加湿前的燃料棒、加湿中的燃料棒或加湿后的燃料棒进行制冷处理时，采用液氮对燃料棒进行制冷处理，或者将燃料棒设置于冷冻库中进行制冷处理。

17、有益效果：本发明通过加湿喷头对燃料棒进行加湿，通过降温制冷装置对燃料棒进行降温，以使得燃料棒表面附着的水雾或水膜快速凝结成冰膜或冰霜，然后再利用拉棒机将表面形成冰膜或冰霜的燃料棒拉入定位格架的栅格单元中，以使得燃料棒的表面不会直接与栅格单元摩擦，进而更好的保护了燃料棒表面的表面完整性，进而降低燃料棒在核反应堆内破坏的风险。

技术特征：

1.一种将核燃料棒插入核燃料组件定位栅格的装置，包括预组装盒(1)、定位格架(2)和拉棒机(3)，燃料棒(4)设置于预组装盒(1)内，燃料棒(4)的一端穿过定位格架(2)的栅格单元并与拉棒机(3)相连接，其特征在于，还包括加湿喷头(5)和降温制冷装置，加湿喷头(5)设置于燃料棒(4)附近并用以对燃料棒(4)进行加湿，降温制冷装置设置于燃料棒(4)附近并用对燃料棒(4)进行降温，以使得燃料棒(4)表面附着的水雾或水膜快速凝结成冰膜或冰霜。

2.根据权利要求1所述的一种将核燃料棒插入核燃料组件定位栅格的装置，其特征在于，所述加湿喷头(5)通过第一水泵(6)连接第一水箱(7)。

3.根据权利要求2所述的一种将核燃料棒插入核燃料组件定位栅格的装置，其特征在于，所述的装置还包括位于预组装盒(1)和定位格架(2)之间的润滑箱(8)，润滑箱(8)内设置有两个由电机带动的旋转海绵润滑机构(9)，两个旋转海绵润滑机构(9)的表面均设置有海绵；所述燃料棒(4)穿过两个旋转海绵润滑机构(9)之间且与两个旋转海绵润滑机构(9)上的海绵相接触；所述加湿喷头(5)设置有两个且均位于润滑箱(8)内，两个加湿喷头(5)分别对准两个旋转海绵润滑机构(9)，且两个加湿喷头(5)均与第一水泵(6)相连接。

4.根据权利要求1所述的一种将核燃料棒插入核燃料组件定位栅格的装置，其特征在于，所述的装置还包括位于预组装盒(1)和定位格架(2)之间的增湿箱(10)，增湿箱(10)内设置有两个加湿喷头(5)，两个加湿喷头(5)均对准燃料棒(4)，两个加湿喷头(5)均通过管道连接第一加湿器(11)。

5.根据权利要求3或4所述的一种将核燃料棒插入核燃料组件定位栅格的装置，其特征在于，所述降温制冷装置包括降温箱(12)，降温箱(12)设置于润滑箱(8)和定位格架(2)之间或预组装盒(1)和增湿箱(10)之间，降温箱(12)内设置有对准燃料棒(4)设置的液氮喷头(13)，液氮喷头(13)通过管道连通设置有第一增压板(14)的第一液氮瓶(15)。

6.根据权利要求1所述的一种将核燃料棒插入核燃料组件定位栅格的装置，其特征在于，所述的装置还包括保湿箱体(16)，预组装盒(1)、定位格架(2)和拉棒机(3)均设置于保湿箱体(16)内，加湿喷头(5)设置有多个，且所有的加湿喷头(5)均安装于保湿箱体(16)的内顶面，所有的加湿喷头(5)均通过管道连接第二加湿器(17)；保湿箱体(16)内设置有与第二加湿器(17)联动的湿度传感器(18)。

7.根据权利要求6所述的一种将核燃料棒插入核燃料组件定位栅格的装置，其特征在于，所述降温制冷装置包括设置有第二增压板(19)的第二液氮瓶(20)，第二液氮瓶(20)通过管道连通预组装盒(1)。

8.根据权利要求1所述的一种将核燃料棒插入核燃料组件定位栅格的装置，其特征在于，所述降温制冷装置包括第一冷冻库(21)和第二冷冻库(22)，预组装盒(1)、定位格架(2)和拉棒机(3)均设置于第二冷冻库(22)内，第一冷冻库(21)内设置有放置燃料棒(4)用的燃料棒支架(23)，加湿喷头(5)设置有多个且均安装于第一冷冻库(21)内，所有的加湿喷头(5)均连通第三加湿器(24)。

9.一种将核燃料棒插入核燃料组件定位栅格的方法，其特征在于，具体如下：

10.根据权利要求1所述的一种将核燃料棒插入核燃料组件定位栅格的方法，其特征在于，对加湿前的燃料棒(4)、加湿中的燃料棒(4)或加湿后的燃料棒(4)进行制冷处理时，采用液氮对燃料棒(4)进行制冷处理，或者将燃料棒(4)设置于冷冻库中进行制冷处理。

技术总结
本发明公开了一种将核燃料棒插入核燃料组件定位栅格的装置，包括预组装盒、定位格架和拉棒机，燃料棒设置于预组装盒内，燃料棒的一端穿过定位格架的栅格单元并与拉棒机相连接，所述的装置还包括加湿喷头和降温制冷装置，加湿喷头设置于燃料棒附近并用以对燃料棒进行加湿，降温制冷装置设置于燃料棒附近并用对燃料棒进行降温，以使得燃料棒表面附着的水雾或水膜快速凝结成冰膜或冰霜。本发明通过加湿喷头对燃料棒进行加湿，通过降温制冷装置对燃料棒进行降温，使得燃料棒表面快速凝结成冰膜或冰霜，拉棒时燃料棒的表面不会直接与栅格单元摩擦，进而更好的保护了燃料棒表面的表面完整性，进而降低燃料棒在核反应堆内破坏的风险。

技术研发人员：蔡振兵,李思功,李珂,耿少寅,张泽伍,方修洋,周仲荣,黄恒,彭振驯,薛佳祥,廖业宏,张学粮,陈兵兵,马帅
受保护的技术使用者：西南交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15