环形燃料组件定位格架外条带及栅元模具设计与工艺开发

发布时间：2020-06-06 15:14

【摘要】：环形燃料组件是以轻水堆核电厂为目标电站,借鉴美国、法国和韩国等核电燃料组件的设计经验,以提高安全性和经济性为主要目标,开展了环形燃料组件的总体设计。环形燃料组件与现有压水堆堆芯机械相容,外型尺寸与17×17型燃料组件一致。定位格架是轻水堆核燃料组件的重要支撑部件,定位格架与导向管、仪表管、上管座和下管座组成燃料组件的支撑结构—骨架。定位格架的主要作用是夹持燃料棒,固定燃料棒位置,保持燃料棒的几何排列,保持燃料棒的几何间距。在反应堆运行时,要稳定地保持燃料棒之间的横向间隔,且轴向允许燃料棒有热膨胀,又不会产生足以使燃料棒变形或扭曲的约束力。同时起到搅混冷却剂的作用,使得冷却剂均匀的带走核裂变产生的热量,保证堆芯最佳热、核、机械、水力性能。在核反应堆装料和卸料过程中起导向作用,也使组件有一定的刚性。它在燃料组件中处于一种十分特殊的地位。所以定位格架的设计和制造质量对核电站的安全性、经济性具有重大意义,其设计和制造技术要求很严。15×15型排列的环形燃料组件中,相邻两根燃料棒外表面之间的距离仅为1mm,没有足够的空间使用传统定位格架设计的三弯弹簧,因此,为了保证定位格架能够提供足够的横向和轴向力,并且保证在装卸燃料元件时不损伤燃料棒外包壳和定位格架本身完整性,对定位格架进行了重新设计,将支撑部件由原来栅元条带中心移至条带交叉区域。本文通过对环形燃料组件定位格架外条带及栅元图纸及技术条件的分析研究,开展定位格架外条带及栅元冲制模具设计和工艺开发。根据外条带及栅元的尺寸特征进行了单工位冲制模具设计,并通过开展试冲实验对模具进行调整,以获得满足要求的模具。通过开展外条带和栅元冲制工艺开发,确定冲制工艺参数。研制出了小批量满足技术要求的外条带和栅元。通过开展定位格架外条带及栅元模具设计与工艺开发,掌握定位格架外条带及栅元制造关键技术,完成了定位格架外条带及栅元样件的加工,为具备自主生产能力奠定基础,为定位格架结构的完善提供了依据。
【图文】：

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（a）棒状燃料元件（b）环形燃料元件图 1.1 棒状燃料元件与环形燃料元件横截面示意图燃料组件作为一种结构上完全革新的先进燃料元件，可大幅度热效率，降低燃料芯块温度，在不改变现有轻水堆堆芯大小的燃料组件代替现有的燃料组件可使核电厂的发电功率增加 50%只有 900℃左右，能显著提升反应堆的安全性和经济性，已成组件的重要发展趋势之一，受到国际上业界的重点关注。国外燃料组件进行了研制，美国、法国、俄罗斯、韩国等国研究结组件应用前景良好，同时，国外一些国家将环形燃料组件应用行研究[2]，研究结果表明环形燃料组件作为新型燃料元件具有“环形燃料组件结构设计研究”项目已开展近 8 年，目前，已堆芯和组件的设计工作，制造出了全尺寸环形燃料原型组件，械和热工水力性能验证试验，第 2 期堆内辐照试验也已经结束

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效降低使轻水堆核电站经济运营成本。我国在美国、韩国、俄罗斯、法国环形燃料组件研制的基础上，以国内轻水堆核电站为目标电站，环形燃料组件与现有轻水堆堆芯机械相容，外型尺寸有的 17×17 型燃料组件一致，组件整体热工性能大幅提高，燃料芯块最高温超过 1000℃。环形燃料组件由燃料棒、控制棒导向管和测量仪表管组成，1量仪表管、 12 根控制棒导向管和 214 根燃料棒[6]按照 15×15 排列。环形燃料组件的外形几何尺寸可保持与现有的棒状燃料组件完全一致，以便接替代现有的燃料组件。国内外的研究结果表明，环形燃料棒按照 15×15来替代 17×17 型结构的棒状燃料组件是最佳方案[4]。参考轻水堆燃料组件的型式如图 1.2（a）。燃料棒以图 1.2（b）所示的 17×17 方式排列，图中灰色较小的圆表示燃料棒，燃料棒直径为 9.5mm，棒间距为 11.63mm，棒间隙为m，棒间距/燃料棒直径之比为 1.329；不带底色的、直径较大的圆表示导向环形燃料组件采用 15×15 型结构，，燃料棒直径为 16.467mm，棒间距为mm，棒间隙为 1mm，棒间距/燃料棒直径之比为 1.065[7]。
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM623.91

【参考文献】