燃料組件及其格架和支撐插入件的制作方法

本發明涉及核反應堆，尤其涉及一種用于燃料組件的格架的支撐插入件、用于燃料組件的格架以及燃料組件。

背景技術：

設于核反應堆中的燃料組件的格架包括多個條帶，條帶彼此相交配合形成多個柵格單元，燃料棒沿縱向設于一個柵格單元中。為更好地限制和支撐燃料棒，條帶上還設有支撐插入件。圖1示出了現有技術的一種條帶和插入件22的分解圖，插入件22的支撐壁30通過插入條帶的狹縫48中來實現固定于條帶上，此處需在條帶上設置用于接納插入件的狹縫，且該狹縫48的長度與插入件22的高度基本相當，僅略小于其高度，因此這將給格架的屈曲強度帶來不利影響，易在抵抗事故(如地震)發生時對燃料棒產生破壞。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題在于，針對現有技術中條帶上需設置較長狹縫而給格架的屈曲強度帶來不利影響的缺陷，提供一種用于燃料組件的格架的支撐插入件、用于燃料組件的格架以及燃料組件。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：提供了一種用于燃料組件的格架的支撐插入件，其中，支撐插入件包括管狀端部以及多個間隔開的支撐部；每個支撐部沿管狀端部的軸向延伸，且一端與管狀端部相連、另一端懸空。

在根據本發明實施例的用于燃料組件的格架的支撐插入件中，支撐部沿軸向包括相連的支撐段和固定段，支撐段與管狀端部相連，且固定段的寬度大于支撐段的寬度。

在根據本發明實施例的用于燃料組件的格架的支撐插入件中，支撐段的至少一部分凸出。

在根據本發明實施例的用于燃料組件的格架的支撐插入件中，固定段包括沿軸向的凹入曲面部分。

在根據本發明實施例的用于燃料組件的格架的支撐插入件中，管狀端部的管壁包括至少一個沿軸向的凹入曲面部分。

在根據本發明實施例的用于燃料組件的格架的支撐插入件中，支撐插入件包括個支撐部，個支撐部繞軸向均勻間隔排布。

在根據本發明實施例的用于燃料組件的格架的支撐插入件中，管狀端部的管壁上設有第一狹縫，第一狹縫從鄰近支撐部的管狀端部的端面沿軸向延伸，第一狹縫位于相鄰的兩個支撐部之間。

在根據本發明實施例的用于燃料組件的格架的支撐插入件中，支撐插入件還包括設于遠離支撐部的管狀端部的端面上的第一攪混翼。

在根據本發明實施例的用于燃料組件的格架的支撐插入件中，第一攪混翼與垂直于軸向的截面之間的夾角介于20°到70°之間。

在根據本發明實施例的用于燃料組件的格架的支撐插入件中，支撐插入件包括至少兩個第一攪混翼，鄰近的兩個第一攪混翼的輪廓線彼此配合圍成一基本閉合的幾何形狀。

本發明還提供了一種用于燃料組件的格架，包括多個條帶，條帶之間相交配合形成多個柵格單元，格架還包括上述的任一項支撐插入件，支撐插入件設于兩個條帶的交叉處，且條帶插入支撐插入件的兩個相鄰的支撐部之間的間隙中。

在根據本發明實施例的用于燃料組件的格架中，一個支撐插入件中只有一個支撐部位于同一柵格單元內。

在根據本發明實施例的用于燃料組件的格架中，管狀端部的管壁上設有第一狹縫，第一狹縫從鄰近支撐部的管狀端部的端面沿軸向延伸，第一狹縫位于相鄰的兩個支撐部之間；條帶上設有第二狹縫，一個第一狹縫與對應的一個第二狹縫嚙合。

在根據本發明實施例的用于燃料組件的格架中，支撐插入件還包括設于遠離支撐部的管狀端部的端面上的第一攪混翼，條帶在鄰近管狀端部的端部上設有第二攪混翼，鄰近的第一攪混翼和第二攪混翼的輪廓線彼此配合圍成一基本閉合的幾何形狀。

本發明又提供了一種燃料組件，包括上述的任一項格架。

實施本發明具有以下有益效果：支撐插入件自身具有間隙，且該間隙沿軸向的長度至少為整個支撐部的軸向長度，足以容納條帶以實現固定安裝，因此無需在條帶上設置較長的狹縫，只需將條帶插入上述間隙即可。該支撐插入件因利用自身的間隙與條帶配合，可大幅提高裝配后的格架的屈曲強度，以有效減弱抵抗事故(如地震)發生時對燃料棒的破壞。

附圖說明

下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中：

圖1示出了現有技術的一種條帶和插入件的分解圖；

圖2是依據本發明第一實施例的用于燃料組件的格架的支撐插入件的結構示意圖；

圖3是依據本發明第二實施例的用于燃料組件的格架的支撐插入件的結構示意圖；

圖4是依據本發明第三實施例的用于燃料組件的格架的支撐插入件的結構示意圖；

圖5是依據本發明第四實施例的用于燃料組件的格架的結構示意圖；

圖6是圖5的局部放大圖；

圖7是依據本發明第五實施例的用于燃料組件的格架的結構示意圖；

圖8是圖7的局部放大圖。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

參見圖2，依據本發明第一實施例的用于燃料組件的格架的支撐插入件10包括管狀端部11以及多個間隔開的支撐部12；每個支撐部12沿管狀端部11的軸向11a延伸，且一端與管狀端部11相連、另一端懸空。多個支撐部12間隔開排布，在相鄰的兩個支撐部12之間具有間隙12a，且該間隙12a沿軸向11a的長度至少為整個支撐部12的軸向長度，足以容納條帶以實現固定安裝，因此無需在條帶上設置較長的狹縫，只需將條帶插入上述間隙12a即可。綜上，該支撐插入件因利用自身的間隙12a與條帶配合，可大幅提高裝配后的格架的屈曲強度，以有效減弱抵抗事故(如地震)發生時對燃料棒的破壞。

圖3示出了依據本發明第二實施例的用于燃料組件的格架的支撐插入件20，與第一實施例的支撐插入件10相比，進一步地，管狀端部21為管壁圍繞形成的中空管狀結構，該管壁可圍繞形成圓柱面，也可圍繞形成四方形柱面。本實施例中管狀端部21采用具有四個側面的四方形柱面，至少一個側面包括沿軸向的凹入曲面211。此處所述的凹入指的是側面朝管狀結構的管腔內彎曲，該凹入曲面211可從管狀端部21的一個端面沿軸向延伸至另一個端面，即凹入曲面211的軸向長度可貫穿整個軸向側面。若該側面的一端與一個支撐部22相連，則該凹入曲面可從管狀端部21與支撐部22的連接端部沿軸向延伸至管狀端部21的另一個端面。

通過設置凹入曲面211，可在圓柱形的燃料棒裝入柵格單元后與燃料棒的外表面形貌契合，增大管狀端部21與燃料棒的接觸面積，從而減少支撐插入件20與燃料棒之間的磨蝕。為實現最佳表面契合，本領域的普通技術人員可根據實際燃料棒的形貌和尺寸，合理選擇凹入曲面的凹入弧度，例如可合理設置凹入寬度和凹入深度，此處不再贅述。

管狀端部21的管壁上還設有第一狹縫212，第一狹縫212從鄰近支撐部22的管狀端部21的端面沿軸向延伸，第一狹縫212位于相鄰的兩個支撐部22之間。第一狹縫212用于與條帶配合以固定支撐插入件20，且第一狹縫212的軸向長度相對整個管狀端部21的軸向長度而言較小。

仍參見圖3，支撐部22可以是扁平帶狀結構，且平行于軸向，并沿軸向包括相連的支撐段221和固定段222，支撐段221的一端與管狀端部21相連，另一端與固定段222相連，固定段222具有懸空端。可設置固定段222的寬度大于支撐段221的寬度，從而使得相鄰的兩個支撐段221之間的間隙寬度大于相鄰的兩個固定段222之間的間隙寬度。通常，還可設置所有的支撐部22具有相同軸向長度的支撐段221，具有相同軸向長度的固定段222。

具體地，支撐段221的至少一部分凸出，此處所說的凸出指的是支撐段221的一部分背朝管狀端部21的管腔內方向伸出。凸出的部分2211可位于支撐段221沿軸向的中間部分，燃料棒裝入之后，該凸出的部分2211可抵靠燃料棒，以更好地支撐燃料棒。

固定段222可包括沿軸向的凹入曲面部分2212，此處所述的凹入指的是固定段222朝管狀結構的管腔內方向彎曲，該凹入曲面2212可從固定段222與支撐段221的連接端面沿軸向延伸至另一個端面，即凹入曲面2212的軸向長度可貫穿整個軸向固定段222。通過設置凹入曲面，可在圓柱形的燃料棒裝入柵格單元后與燃料棒的外表面形貌契合，增大固定段222與燃料棒的接觸面積，從而減少支撐插入件20與燃料棒之間的磨蝕。為實現最佳表面契合，本領域的普通技術人員可根據實際燃料棒的形貌和尺寸，合理選擇凹入曲面的凹入弧度，例如可合理設置凹入寬度和凹入深度，此處不再贅述。

在第二實施例的一具體實施方式中，支撐插入件20包括4個支撐部22，4個支撐部22繞軸向21a(即中軸線)均勻間隔排布。4個支撐部22可具有完全相同的尺寸和形貌，因此相鄰的兩個支撐部22之間的間隙均彼此相同。同時，每個支撐部22分別與管狀端部21的一個側面相連，支撐段221具有最小的寬度，固定段222的寬度略小于相連的側面的寬度。

仍參見圖3，支撐插入件20還包括設于遠離支撐部22的管狀端部21的端面上的第一攪混翼23，第一攪混翼23的數量可根據實際情況選擇，例如1個，或2個等等。相比于設置在條帶上的攪混翼，第一攪混翼23更貼近燃料棒表面，不僅能增強攪混效果，還能為燃料棒的翅片進行熱傳導，以大幅降低燃料棒表面的溫度。且該第一攪混翼23位于冷卻劑的流動下游段，可進一步提高臨界熱流密度，增加反應堆運行時的熱工安全余量。且，現有技術中僅在條帶上設置攪混翼，而本發明可進一步在支撐插入件上設置攪混翼，極大提高了攪混翼對柵格單元內空間的利用率，通常可提高一倍，從而增強了攪渾效果。

參見圖4，在依據本發明第三實施例的支撐插入件30包括管狀端部31、多個間隔開的支撐部32、以及第一攪混翼33，管狀端部31設于支撐部32與第一攪混翼33之間。與第二實施例的支撐插入件20相比的差別在于，第三實施例的支撐插入件30的第一攪混翼33與垂直于軸向的截面之間的夾角b介于20°到70°之間。通過設置該夾角，可在不阻礙冷卻劑流動的前提下，增大攪混翼對冷卻劑的阻擋接觸面積，以增強攪混效果。

在本實施例的一具體實施方式中(圖中未示出)，支撐插入件30包括至少兩個第一攪混翼33，鄰近的兩個第一攪混翼33的輪廓線彼此配合圍成一基本閉合的幾何形狀。兩個攪混翼配合形成的這個基本閉合的幾何形狀可進一步提高攪混效果。

參見圖5和圖6，依據本發明第四實施例的一種用于燃料組件的格架1包括多個條帶40，條帶40之間相交配合形成多個柵格單元41，格架1還包括上述第一實施例到第三實施例中的任一種支撐插入件(10、20或30)，以下將采用支撐插入件30進行闡述。支撐插入件30設于兩個條帶40的交叉處42，且條帶40插入支撐插入件30的兩個相鄰的支撐部32之間的間隙中。應當知曉，支撐插入件30的細節已有闡述，此處可全部或部分引用以上闡述，而不再一一贅述。采用支撐插入件30進行闡述僅用作舉例，并不是對本發明的限制，本領域的普通技術人員可選用本發明保護框架下的任意適合的支撐插入件。

本發明的格架中，支撐插入件自身具有間隙，且該間隙沿軸向的長度足以容納條帶以實現固定安裝，因此無需在條帶上設置較長的狹縫，只需將條帶插入上述間隙即可。通過支撐插入件自身的間隙與條帶配合，可大幅提高裝配后的格架的屈曲強度，以有效減弱抵抗事故(如地震)發生時對燃料棒的破壞。條帶插入后，還可在支撐插入件的兩端與條帶焊接固定，以進一步提高格架的屈曲強度。

具體地，一個支撐插入件中只有一個支撐部位于同一柵格單元內，燃料棒裝入之后，該單片支撐部與燃料棒形成了單線接觸，當燃料棒產生小量磨蝕后，燃料棒磨蝕部位形成平面，單線接觸可轉變為面-面接觸，從而可有效防止磨蝕的進一步惡化。而現有技術中常采用多片支撐結構，只有在燃料棒發生較大磨蝕后，線接觸才能轉化為面-面接觸。另，與現有技術相比，該單片支撐部由于減小了流體的竄動和阻擋，壓降可進一步減小，有利于燃料組件的安全運行。

另外，條帶40上設有第二狹縫43，一個第二狹縫43與對應的一個第一狹縫嚙合。因支撐插入件30自身具有足夠長的間隙，因此第二狹縫43只需與第一狹縫212嚙合起到輔助固定作用，其軸向長度相對自身軸向長度而言非常小，從而不會給格架的屈曲強度帶來不利影響。

參見圖7和圖8示出了依據本發明第五實施例的一種用于燃料組件的格架2，與第四實施例中的格架1的不同之處在于，條帶50在鄰近管狀端部的端部上設有第二攪混翼51，鄰近的第一攪混翼33和第二攪混翼51的輪廓線彼此配合，圍成一基本閉合的幾何形狀2a，該幾何形狀2a與第三實施例的一具體實施方式中兩個第一攪混翼33圍成的幾何形狀類似。兩個攪混翼配合形成的這個基本閉合的幾何形狀可進一步提高攪混效果。

本發明還提供了一種燃料組件，包括上述的任意一種格架，應當知曉，支撐插入件的細節已有闡述，此處可全部或部分引用以上闡述，而不再一一贅述。

可以理解的，以上實施例僅表達了本發明的優選實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發明專利范圍的限制；應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，可以對上述技術特點進行自由組合，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍；因此，凡跟本發明權利要求范圍所做的等同變換與修飾，均應屬于本發明權利要求的涵蓋范圍。