[发明专利]定位格架及反应堆燃料组件

说明书

技术领域

本发明涉及一种反应堆部件，尤其涉及一种反应堆燃料组件及其定位格架。

背景技术

一定数量的燃料棒按照一定间隔排列（如：15×15或17×17等）并被固定成一束，称为反应堆燃料组件，反应堆燃料组件主要由管座、上下管座、定位格架、导向管和燃料棒组成。一般反应堆燃料组件在核反应堆中使用3-5年的时间，由于其处于强中子场中，需经受高温、高压、高流速冷却剂的冲刷，同时需承受裂变产物化学作用和复杂的机械载荷，因此工作条件十分苛刻。

水是使核反应堆中产生的中子减速的最好材料之一，因此水被广泛地用于核反应堆的慢化剂和冷却剂，用轻水作为慢化剂和冷却剂的核反应堆被称为轻水反应堆（英文：Light Wate-r Reactor，简称：LWR），轻水也就是一般的水（H₂O），轻水反应堆是以水和汽水混合物作为冷却剂和慢化剂的核反应堆，是和平利用核能的一种方式，轻水反应堆就堆内载出核裂变热能的方式可分为压水堆和沸水堆两种，与重水（D₂O）相比，轻水有廉价的显著优点，此外其减速效率也很高，因此压水堆和沸水堆是目前国际上多数核电站所采用的两种堆型；沸水堆的特点是将水蒸汽不经过热交换器直接推动汽轮机发电机发电，从而防止了热效率的低下；压水堆则用高压抑制沸腾，对轻水一般加100至160个标准大气压（atm），从而热交换器把一次冷却系（取出堆芯产生的热）和二次冷却系（发生送往涡轮机的蒸汽）完全隔离开来，从而利用蒸汽推动汽轮发电机发电。

轻水反应堆其工作原理主要为，燃料棒在轻水反应堆的堆芯发生可控的链式反应，产生大量热量，这些热量通过转化直接推动汽轮发电机，从而实现核能的利用，众所周知，核反应堆内的链式反应会产生大量对人体有害的放射性物质，如碘131、铯137等，为了避免这些放射性物质泄漏，核反应堆外设置了多层防护层：第一层，锆合金外壳，为了避免燃料棒里的放射性物质与冷却水接触，在燃料棒外包裹了一层锆合金外壳，该锆合金外壳可承受1200℃的高温；第二层，反应堆压力容器，该反应堆压力容器用于收容核反应堆的堆芯，反应堆工作时会产生巨大的蒸汽压力，所以反应堆压力容器由高强度合金钢制成，其防护作用是，在燃料棒的锆合金外壳出现破损时，确保放射性物质不会大规模的泄露；第三层，混凝土安全外壳，罩于反应堆压力容器之外，其主要作用是，在反应堆压力容器爆炸或破损后，防止大量放射性物质、放射性废水泄露到外界，值得一提的是，前苏联切尔若贝利核电站的反应堆由于没有该安全外壳，因此导致反应堆爆炸后轻易将厂房炸开，从而导致大量放射性尘埃直接进入大气，造成周围环境的长时间严重核污染，形成无人区的严重后果。

由上述可知，对核反应堆设置多层防护的主要目的在于确保核反应堆发生爆炸等意外事故后，使得核反应堆内的放射性物质不会大量的泄露至外界，而确保核反应堆不发生爆炸的决定性因素，就是控制核反应堆内链式反应速度和温度，因此燃料组件内起慢化剂和冷却剂的轻水的流量控制就事关重要，故燃料组件的定位格架对于轻水的流通性就变的尤为重要；为了能够让轻水通过，因此定位格架需要形成若干水流通道，同时为了能够支撑并定位燃料棒及承受高速水流的冲刷，因此定位格架还必须具有足够的强度；另，由于燃料组件具有很高的横向柔性，所以燃料组件的吊装只能垂直进行，防止发生过大的侧向变形，在实际的燃料组件装卸料过程中，由于吊装时燃料组件之间只有很小的间距，大约为1mm，燃料组件很容易与已经就位的燃料组件发生干涉，干涉可能由于燃料组件辐照变形以及燃料组件与吊装设备的制造公差引起，所以定位格架的设计变得尤为重要，定位格架必须要有优良的导向功能，能对相邻燃料组件进行导向，使之相互通过，所以在定位格架上一般会设置导向翼，此时导向翼的形状、折弯角度、强度等参数会影响定位格架的导向功能。