一种可有效减小燃料组件轴向载荷的压紧系统和燃料组件
阅读说明：本技术 一种可有效减小燃料组件轴向载荷的压紧系统和燃料组件 (Compression system capable of effectively reducing axial load of fuel assembly and fuel assembly ) 是由 李云 蒲曾坪 张�林 陈平 肖忠 李华 茹俊 朱发文 谷明非 秦勉 李�权 黄 于 2021-06-17 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种可有效减小燃料组件轴向载荷的压紧系统和燃料组件,本发明的压紧系统布置在燃料组件的下部,为燃料组件提供轴向支撑及定位。本发明提供的燃料组件压紧系统可以使得燃料组件在堆内所受轴向压缩载荷显著减小,有利于缓解燃料组件弯曲,并减小各零部件所受应力水平,提高燃料组件的安全裕量。(The invention discloses a compression system capable of effectively reducing axial load of a fuel assembly and the fuel assembly. The fuel assembly compression system provided by the invention can obviously reduce the axial compression load of the fuel assembly in the stack, is beneficial to relieving the bending of the fuel assembly, reduces the stress level of each part and improves the safety allowance of the fuel assembly.)
技术领域
本发明属于燃料组件
技术领域
，具体涉及一种可有效减小燃料组件轴向载荷的压紧系统和燃料组件。背景技术
压水堆燃料组件设计中，通常需要设计一个具有弹性的压紧系统，用于补偿燃料组件的制造高度差、燃料组件之间以及燃料组件与堆内构件的不同热膨胀差和燃料组件的辐照生长，以便能轴向压紧燃料组件并维持其轴向位置。
对于冷却剂在堆芯从下往上流的情况，燃料组件设计通常在其上管座上设置压紧系统对其轴向压紧，防止其在水力载荷作用下跳起。压紧系统将对燃料组件施加轴向的压缩载荷。现有设计中为了抵抗燃料组件所受水力载荷，压紧系统的压紧载荷通常设置较高，且留有较大裕量。
通常的设计中，热态压紧系统最大压紧载荷与燃料组件所受水力载荷大致相当，而水力载荷要远大于燃料组件的重量。因此，压紧载荷远大于燃料组件重量。
燃料组件工作在在反应堆内高温高压及辐照环境下，过高轴向压缩载荷的作用趋于使燃料组件产生横向变形弯曲。燃料组件弯曲趋于使控制棒组件插入堆芯更加困难，影响控制棒落棒时间，进而影响反应堆的安全。同时，燃料组件的弯曲还会使装卸料更困难。
为减小燃料组件弯曲，有必要减小其所受轴向载荷。通常采用的手段是减小压紧系统弹簧的刚度，但是该手段可能导致燃料组件因压紧力不足而出现跳起现象，进而影响燃料组件的结构完整性。
发明内容
针对现有压紧系统存在的问题，本发明提供了一种可有效减小燃料组件轴向载荷的压紧系统。本发明既能保证燃料组件轴向压紧和定位，又能显著减小其所受轴向压紧载荷，进而减小燃料组件的横向弯曲，有利于缓解燃料组件因弯曲而导致控制棒组件不能完全插入或装卸料困难。
本发明通过下述技术方案实现：
一种可有效减小燃料组件轴向载荷的压紧系统，该压紧系统布置在燃料组件的下部，为燃料组件提供轴向支撑及定位。
优选的，本发明的压紧系统由安装在燃料组件的下管座下端的多组弹性元件组成，为燃料组件提供轴向压紧及支撑。
优选的，本发明的压紧系统采用板弹簧、螺旋弹簧、碟形弹簧中的一种或多种。
优选的，本发明的弹性元件采用板弹簧时，每组板弹簧由一片板状弹簧片组成。
优选的，本发明的弹性元件采用板弹簧时，每组板弹簧由重叠放置的若干片板状弹簧片组成，每组板弹簧中，通过最上面的一片弹簧片的尾部将其余弹簧片窜在一起，并勾到下管座内部，每组板弹簧的根部通过紧固件固定在下管座上，避免弹簧松脱或根部断裂后移动到下管座下腔影响流场分布。
优选的，本发明的每组板弹簧中的重叠放置的弹簧片端部位置厚度逐渐减薄，或端部位置宽度局部逐渐变窄。
优选的，本发明的弹性元件采用螺旋弹簧时，每组螺旋弹簧由一根或同心的若干根螺旋形弹簧组成。
优选的，本发明的弹性元件采用碟形弹簧时，每组碟形弹簧由一片或重叠放置的若干片碟形弹簧片组成。
另一方面，本发明还提出了一种燃料组件，采用如本发明所述的压紧系统。
本发明具有如下的优点和有益效果：
1、本发明提供的燃料组件压紧系统可以使得燃料组件在堆内所受轴向压缩载荷显著减小，有利于缓解燃料组件弯曲，并减小各零部件所受应力水平，提高燃料组件的安全裕量。
2、燃料组件所受热态水力载荷通常远大于其重量。燃料组件上端将由于水力载荷的作用而贴紧于堆芯上板。燃料组件不会因水力载荷过大出现跳起的现象。水力载荷越大，燃料组件作用于堆芯上板的作用力越大，燃料组件轴向定位越牢固。这为提高堆芯冷却剂流速，增加热工裕量，提升反应堆功率提供了条件。
3、本发明的燃料组件轴向压紧系统设置于燃料组件底部，对燃料组件起支撑作用。在冷态安装状态，压紧系统仅需压缩较小的变形量，产生足够的弹簧力支撑起燃料组件重量即可，堆芯上板对燃料组件不施加轴向载荷或仅施加很小的轴向载荷。随着温度的增加，压紧系统刚度减小，其压缩量也将由于燃料组件导向管与吊兰筒体之间的材料热膨胀差而减小很多。从冷态到热态压紧系统的压紧力因而将大幅减小，燃料组件所受压紧载荷要远小于燃料组件重量。并且在反应堆运行过程中，压紧系统的压紧力趋于恒定，既不会因为过大的水力载荷而危及压紧系统的完整性，也避免了传统设计中水力载荷的波动而导致压紧系统受到循环载荷引起疲劳的现象。
4、本发明的燃料组件压紧系统采用板弹簧时，由于板弹簧工作状态所受压缩量相对传统设计小很多，板弹簧可工作于弹性范围或稍微超出弹性范围，板弹簧根部断裂失效的风险更低，有利于保证板弹簧的结构完整性。
5、本发明的燃料组件压紧系统轴向压紧力较小，堆内构件所受燃料组件的轴向载荷也较小，有利于增加堆内构件的安全裕量。
6、本发明的燃料组件压紧系统置于燃料组件底部，不处在控制棒组件运动行程范围内，即使压紧系统个别弹簧断裂或松脱后也不会影响驱动线的正常动作。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明的燃料组件压紧系统布置示意图。
图2为本发明的燃料组件下管座结构示意图。
图3为本发明的燃料组件压紧弹簧结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-上管座，2-定位格架，3-燃料棒，4-导向管，5-下管座，6-压紧系统，7-弹簧螺钉，8-第一弹簧片，9-第二弹簧片，10-第三弹簧片，11-第四弹簧片。
具体实施方式
在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所发明的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本发明的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
在本发明的各种实施例中，表述“或”或“A或/和B中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“A或B”或“A或/和B中的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。
在本发明的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本发明的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。
应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。
在本发明的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本发明的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
本实施例提出了一种可有效减小燃料组件轴向载荷的压紧系统6，该压紧系统6布置在反应堆燃料组件的下部，为燃料组件提供轴向的支撑以及定位。
如图1所示，该压紧系统6由安装于燃料组件的下管座5下端的多组弹性元件组成，当燃料组件装入反应堆时，为燃料组件提供轴向压紧及支撑。
本实施例的压紧系统6可由板弹簧、螺旋弹簧、碟形弹簧、其他弹性元件或其组合来实现。
本实施例的压紧系统6的刚度和行程(变形量的范围)应与燃料组件的重量及其运行环境和参数(温度、压力、冷却剂流量、堆腔高度等)相适应，以提供合适的轴向压紧力。
本实施例的压紧系统6采用的弹性元件为板弹簧，即本实施例的压紧系统6由在下管座下端安装的数组板弹簧组成，每组板弹簧由一片或重叠放置的若干片板状弹簧组成；且每片板弹簧可让端部位置厚度逐渐减薄，或端部位置宽度局部逐渐变窄，使得弹簧组具有合适的刚度特性。每组板弹簧的根部通过螺栓或销钉固定于下管座上；每组板弹簧最上面的一片尾部将其余弹簧窜在一起，并勾到下管座内部，避免弹簧松脱或根部断裂后移动到下管座下腔影响流场分布；燃料组件装入堆芯后在燃料组件重力作用下弹簧受到压缩产生轴向力，对燃料组件底部起支撑的作用。
如图2-3所示，本实施例的压紧系统6由在燃料组件的下管座5下端四边各安装的一组板弹簧构成，即本实施例的压紧系统6由四组板弹簧构成，每组板弹簧由重叠放置的4片板状弹簧片组成。
其中，第一弹簧片8尾部将第二弹簧片9、第三弹簧片10和第四弹簧片11窜在一起形成整体，第一弹簧片8尾部勾到下管座5内部通过螺钉7将板弹簧根部固定于下管座5上，避免弹簧松脱或根部断裂后移动到下管座下腔影响流程分布。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于，本实施例的压紧系统6采用的弹性元件为螺旋弹簧，即本实施例的压紧系统6由在燃料组件的下管座5下端安装的数组螺旋弹簧构成，每组螺旋弹簧由一根或同心的若干根螺旋形弹簧组成；每组螺旋弹簧可设置导向装置，螺旋弹簧产生的压缩载荷为燃料组件底部提供支撑。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于，本实施例的压紧系统6采用的弹性元件为碟形弹簧，即本实施例的压紧系统6由安装在下管座5下端的数组碟形弹簧组成，每组碟形弹簧由一片或重叠的若干片碟形弹簧片组成；每组碟形弹簧可设置导向装置，碟形弹簧产生的压缩载荷为燃料组件底部提供支撑。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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