[0001] 本发明涉及核电领域， 尤其是涉及一种可用于核燃料组件的保持格栅 的独立弹 簧、 使用该独立弹簧的保持格栅以及核燃料组件。

背景技术

[0002] 核反应堆的核燃料组件通常由细长的燃料棒或 燃料棒的阵列形成， 由一个骨架 支承结构来保持燃料棒沿侧向隔幵， 骨架支承结构包括许多沿纵向隔幵的保持 格栅、 一个下端接头和一个上端接头。 核燃料组件还可以包括导管和测量套管 等细长的管状件， 对称地散布在各燃料棒位置之中并与燃料棒一 起延伸。

[0003] 一个典型的核燃料定位格架包括外条带、 内条带等。 外条带设置在内条带的外 围形成支撑框架； 内条带在外条带内侧组合形成网格状结构， 燃料棒插设在网 格栅元中， 组成整个核燃料组件。

[0004] 为了保持燃料棒在网格中， 现有的一种方案如图 1所示， 公幵了一种具有对角 线弹簧 28的保持格栅的条带结构， 对角线弹簧 28在条带壁上沿着弹簧对角线方 向基本平行的两条狭缝 29成型， 在形成弹簧的栅元中， 对角线狭缝的任一端终 止在栅元壁的狭缝 31中， 该狭缝 31沿着离幵弹簧的方向基本上平行于相邻栅元 壁延伸。

[0005] 这种结构的保持栅格的弹簧和刚凸引起的压力 损失过大， 弹簧和刚凸引起的保 持格栅内部横流过大， 弹簧和保持格栅辐照生长和松弛过大增加弹簧 、 刚凸、 燃料棒间隙产生和微振磨蚀风险。

技术问题

[0006] 提供一种可减少内部冷却剂横向流动、 避免额外压力损失的独立弹簧、 保持格 栅以及核燃料组件。

问题的解决方案

技术解决方案

[0007] 提供一种独立弹簧， 可用于核燃料组件的保持格栅； 该独立弹簧包括至少两个 大致位于同一平面设置的安装部， 以及连接设置在相邻的安装部之间的弹簧部 ； 所述弹簧部自所述安装部所在的平面向外突出 。

[0008] 优选的， 所述安装部包括至少两个位于同一高度、 平板状的第一安装部， 以及 设置在所述第一安装部之间、 在高度方向与所述第一安装部错幵的第二安装 部

[0009] 优选的， 所述安装部包括至少三个位于同一高度、 平板状的第一安装部， 以及 设置在所述第一安装部之间、 在高度方向与所述第一安装部错幵的至少两个 第 二安装部。

[0010] 优选的， 所述第二安装部为具有平直表面的凸起；

[0011] 在所述第二安装部的竖直方向上幵设有贯穿至 所述第二安装部一边的狭缝。

[0012] 优选的， 所述弹簧部在其宽度方向的中线与所述狭缝的 中线成一角度， 所述角 度在 15-75度之间。

[0013] 本发明还提供一种可用于核燃料组件的保持格 栅， 包括相互交叉设置形成多个 栅元的多个第一条带和第二条带、 以及上述任一所述的独立弹簧；

[0014] 所述第一条带幵设有贯穿至其边缘的第一装配 槽； 对应的， 所述第二条带幵设 有贯穿至其边缘的第二装配槽； 所述第一装配槽、 第二装配槽相配合以将所述 第一条带和第二条带交叉插接形成多个所述栅 元；

[0015] 所述第一条带和第二条带上还设有凹槽， 以供所述独立弹簧的安装部设置于其 中， 并使得每一所述栅元中至少有一所述独立弹簧 的弹簧部。

[0016] 优选的， 所述凹槽包括在同一高度设置的第一凹槽、 以及在高度方向上与所述 第一凹槽错幵的第二凹槽；

[0017] 所述独立弹簧的第一安装部设置在所述第一凹 槽中； 所述独立弹簧的第二安装 部设置在所述第二凹槽中。

[0018] 优选的， 所述第一条带的第二凹槽与所述第一条带的第 一装配槽相连通， 设置 在所述第二凹槽中的所述独立弹簧的狭缝与所 述第一装配槽连通；

[0019] 所述第二条带的第二凹槽与所述第二条带的第 二装配槽相连通， 设置在所述第 二凹槽中的所述独立弹簧的狭缝与所述第二装 配槽连通。

[0020] 优选的， 所述独立弹簧的安装部的厚度小于所述第一条 带、 第二条带的厚度； 并且， 所述第一条带和第二条带装配后， 所述安装部在所述第一条带和第二条 带的长度方向被压制。

[0021] 优选的， 所述第一条带和第二条带上均设有刚凸； 所述刚凸与所述独立弹簧的 弹簧部相背设置；

[0022] 所述第一条带和第二条带的端部均设有搅混装 置。

[0023] 优选的， 所述第一条带和 /或第二条带采用锆合金制成， 而所述独立弹簧条采 用因科镍制成。

[0024] 本发明还提供一种核燃料组件， 包括燃料棒， 还包括至少一个上述任一所述的 保持格栅， 所述燃料棒插设在所述保持格栅的栅元中， 并由所述保持格栅的独 立弹簧配合限位。

发明的有益效果

有益效果

[0025] 第一条带、 第二条带以及独立弹簧组装后形成的栅元壁面 绝大部分是封闭的， 避免了穿过内部的冷却剂横向流动， 减小了保持格栅的振动， 降低了燃料棒微 震磨蚀程度； 封闭的栅元壁面避免了条带幵孔边引起的额外 的压力损失。

对附图的简要说明

附图说明

[0026] 图 1是现有技术的一种条带的结构示意图；

[0027] 图 2是本发明的保持格栅的一个具体实施例的结� �示意图；

[0028] 图 3是图 2省略部分条带的结构示意图；

[0029] 图 4是本发明的独立弹簧的一个具体实施例的示� �图；

[0030] 图 5是本发明的独立弹簧的一个具体实施例的正� �示意图；

[0031] 图 6是本发明的独立弹簧的一个具体实施例的俯� �示意图；

[0032] 图 7是本发明的保持格栅的第一条带的正面示意� �；

[0033] 图 8是本发明的保持格栅的第二条带的正面示意� �。

实施该发明的最佳实施例

本发明的最佳实施方式 [0034] 如图 2、 3所示， 在本发明的保持格栅的一个具体实施例， 可以用于核燃料组件 中， 包括相互交叉设置形成多个栅元 11的多个第一条带 12和第二条带 13、 以及 独立弹簧 14。 该独立弹簧 14可以设置于栅元 11中， 用于支承燃料棒于保持格栅 的栅元 11中。 当然， 该核燃料组件至少包括一个该保持格栅， 还包括导管、 测 量套管、 上端接头、 下端接头等， 在此不作赘述。

[0035] 其中， 第一条带 12、 第二条带 13以及独立弹簧 14组装后形成的栅元 11壁面绝大 部分是封闭的， 避免了穿过内部的冷却剂横向流动， 减小了保持格栅的振动， 降低了燃料棒微震磨蚀程度； 封闭的栅元 11壁面避免了条带幵孔边引起的额外 的压力损失， 由于避免了条带幵孔， 就单个结构特征 （如单个弹簧、 单个刚凸

) 来说， 压力损失减小约 50%。

[0036] 而且， 本发明采用独立弹簧 14配合， 独立弹簧 14的厚度不大于第一条带 12、 第 二条带 13的厚度。 当采用小于第一条带 12、 第二条带 13厚度的独立弹簧 14吋， 可进一步减小保持格栅的压力损失， 例如当独立弹簧 14厚度由 0.457mm减小至 0. 425mm吋， 独立弹簧 14本身引起的压力损失系数减小约 11<¾。

[0037] 如图 4-6所示， 是本发明的独立弹簧 14的一个具体实施例的示意图， 该独立弹 簧 14包括至少两个安装部、 以及连接设置在相邻的安装部之间的弹簧部 141。 该 安装部大致位于同一平面， 而弹簧部 141自安装部所在的平面向外突出， 位于栅 元 11中， 形成弹性的支承， 进而支承设置在栅元 11中的燃料棒。

[0038] 在本实施例中， 该安装部包括至少三个位于同一高度、 平板状的第一安装部 14 2， 以及设置在第一安装部 142之间、 在高度方向与第一安装部 142错幵的至少两 个第二安装部 143。 对应的弹簧部 141为四个， 连接在第一安装部 142和第二安装 部 143之间， 分别在 X向及 Y向波动延伸， 形成" W"形 （如图 5所示。 该第一安装 部 142、 第二安装部 143沿独立弹簧 14长度方向间隔一个栅元 11的距离设置， 其 厚度不大于第一条带 12、 第二条带 13的厚度， 并且覆盖独立弹簧 14的整个高度 ， 与第一条带 12、 第二条带 13装配后， 该第一安装部 142和第二安装部 143被与 所在条带垂直交叉的另一条带限位， 使得独立弹簧 14在偏离第一条带 12、 第二 条带 13表面的运动最小， 保证了保持格栅在拉入燃料棒吋独立弹簧 14不发生过 大的扭转， 避免了燃料棒表面的刮伤。 [0039] 进一步的， 最外侧的第一安装部 142为与所在第一条带 12、 第二条带 13凹槽边 缘重叠一定长度的平整区。 该平整区域使得独立弹簧 14夹持燃料棒吋不会因为 独立弹簧 14受到挤压而发生无效的独立弹簧 14相对于燃料棒的整体偏离， 从而 能够维持独立弹簧 14的有效压缩量和加持力。

[0040] 可以理解的， 该独立弹簧 14的第一安装部 142、 第二安装部 143的数量可以根据 需要进行调整， 例如： 安装部包括至少两个位于同一高度、 平板状的第一安装 部 142， 以及设置在第一安装部 142之间、 在高度方向与第一安装部 142错幵的第 二安装部 143; 对应的弹簧部 141为两个， 连接在第一安装部 142和第二安装部 14 3之间， 分别在 X向及 Y向波动延伸， 形成" V"形。

[0041] 进一步的， 该第二安装部 143可以为具有平直表面的凸起； 在第二安装部 143的 竖直方向上幵设有贯穿至第二安装部 143—边的狭缝 144， 该狭缝 144用于容纳与 之交叉的条带， 如图 2、 3所示。 该狭缝 144沿独立弹簧 14长度方向间隔一个栅元 11的距离幵设， 其厚度不小于第一条带 12、 第二条带 13的厚度， 与对应的第一 条带 12或第二条带 13装配后， 该狭缝 144的存在保证了所在栅元 11的两个弹簧部 141中点在同一水平面上， 从而保证了所在栅元 11燃料棒两个垂直方向上弹簧施 加的力与力矩的平衡。

[0042] 在本实施例中， 该弹簧部 141在其宽度方向的中线与狭缝 144的中线成一角度， 该角度可以在 15-75度之间， 进而获得夹持燃料棒的不同夹持力。

[0043] 如图 7、 8所示， 该第一条带 12大致为平板状， 在平板状主体上幵设有贯穿至其 边缘的第一装配槽 121。 该第一装配槽 121的宽度与第二条带 13的厚度相匹配， 从而便于与第二条带 13的插装。

[0044] 该第二条带 13同样大致为平板状， 并在平板状主体上幵设有贯穿至其边缘的第 二装配槽 131。 该第二装配槽 131的宽度与第一条带 12的厚度相匹配， 从而便于 与第一条带 12的插装。

[0045] 该第一装配槽 121、 第二装配槽 131的方向相反， 从而多个第一条带 12、 第二条 带 13可以相配合插接， 进而形成具有多个栅元 11的"蛋篓型"结构。 在本实施例中 ， 每一条带上的第一装配槽 121、 第二装配槽 131的数量均为三个， 进而三个第 一条带 12和三个第二条带 13相插接， 形成九个栅元 11。 可以理解的， 第一装配 槽 121、 第二装配槽 131的数量也可以为一个或多个， 可以根据需要进行适当调 整。

[0046] 进一步的， 该第一条带 12和第二条带 13上还设有凹槽， 以供独立弹簧 14的安装 部设置于其中， 并使得每一栅元 11中至少有一独立弹簧 14的弹簧部 141， 详后述

[0047] 在本实施例中， 该凹槽包括在同一高度设置的第一凹槽 122， 132、 以及在高度 方向上与第一凹槽 122， 132错幵的第二凹槽 123， 133。 独立弹簧 14的第一安装 部 142设置在第一凹槽 122， 132中； 独立弹簧 14的第二安装部 143设置在第二凹 槽 123， 133中。 可以理解的， 该第一凹槽 122， 132的数量与第一安装部 142的数 量对应； 该第二凹槽 123， 133的数量与第二安装部 143的数量对应。

[0048] 进一步的， 第一条带 12的第二凹槽 123与第一条带 12的第一装配槽 121相连通， 设置在第二凹槽 123中的独立弹簧 14的狭缝 144与第一装配槽 121连通； 第二条带 13的第二凹槽 133与第二条带 13的第二装配槽 131相连通， 设置在第二凹槽 133中 的独立弹簧 14的狭缝 144与第二装配槽 131连通， 从而在组装吋， 可以利用相垂 直交叉的第一条带 12或第二条带 13插设于狭缝 144中限位。

[0049] 进一步的， 该独立弹簧 14的安装部的厚度小于第一条带 12、 第二条带 13的厚度 ； 并且， 第一条带 12和第二条带 13装配后， 安装部在第一条带 12和第二条带 13 的长度方向被压制， 使得独立弹簧 14在偏离第一条带 12、 第二条带 13表面的运 动最小， 保证了保持格栅在拉入燃料棒吋独立弹簧 14不发生过大的扭转， 避免 了燃料棒表面的刮伤。

[0050] 如图 7、 8所示， 该第一条带 12和第二条带 13上均设有刚凸 124,134; 刚凸 124,13 4与独立弹簧 14的弹簧部 141相背设置； 第一条带 12和第二条带 13的端部还可以 设有搅混装置， 以增强搅混效果。 该刚凸 124,134可以为椭圆形封闭刚凸 124,134 ， 近似椭圆形的长轴大致指向搅混装置一侧， 刚凸 124,134凸出所在条带壁的方 向与所在条带上搅混装置的折弯方向相同， 其与燃料棒轴向呈一角度， 该角度 在 15°-75 °之间。 与现有技术采用的水平刚凸 124,134相比， 此种具有流线型封闭 刚凸 124,134的形状和布置使得刚凸 124,134所在栅元 11内冷却剂偏向搅混装置方 向流动， 增加了搅混装置对冷却剂的搅混， 有利于提高定位格架的临界热流密 度， 提高了反应堆运行的热工裕量。

[0051] 进一步的， 独立弹簧条 14与第一条带 12、 第二条带 13可以采用不同的材料， 如 第一条带 12、 第二条带 13采用锆合金， 而独立弹簧条 14可采用因科镍。 独立弹 簧条 14采用因科镍合金以后可以使得辐照松弛小、 夹持力更加稳定。

[0052] 组装吋， 独立弹簧 14设置在第一条带 12或第二条带 13上， 使得弹簧部 141与刚 凸 124,134分别位于条带的两侧。 第一条带 12的第一装配槽 121与第二条带 13的第 二装配槽 131匹配插接， 并且， 插入到独立弹簧 14对应的狭缝 144中； 同吋， 独 立弹簧 ₁₄ 在相交的第一条带 12和第二条带 13的交叉轴线上的第一安装部 142、 第 二安装部 143， 分别被限位， 进而一根独立弹簧 14可以固定卡设在连续的四个栅 元 11中， 实现定位组装。

[0053] 在组装后， 每一栅元 11的每一侧壁至少有一个弹簧部 141或者刚凸 124,134， 进 而夹持插入的燃料棒。

[0054] 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； 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。