一种降低燃料棒位损伤和压力损失的单金属定位格架的制作方法

1.本发明属于核电站压水堆燃料组件技术领域，具体涉及一种降低燃料棒位损伤和压力损失的单金属定位格架。


背景技术：

2.目前核电燃料组件定位格架从材料类型上区分为双金属格架(如法国afa系列组件)和单金属格架(如西屋ap1000燃料组件)。双金属格架以锆合金为条带，镍基合金为弹簧材料。镍基合金优点是强度高，但缺点是中子吸收截面大，不利于燃料组件的中子经济性。采用单金属格架有利于堆芯中子经济性，是格架的发展方向之一。西屋ap1000组件格架弹簧从栅元条带壁面冲压成型，弹簧结构类似于倾斜刚凸，解决了单金属弹簧应用，不利之处是燃料棒拉棒过程中仍遇到刚凸的棱边，不利于拉棒过程中对棒表面的保护。另外，该结果弹簧的刚度相对大，弹簧压缩行程较短，制造公差的影响较为敏感。


技术实现要素：

3.针对上述问题，本发明提供了一种降低燃料棒位损伤和压力损失的单金属定位格架。本发明通过沿格架栅元纵向布置弹簧，且弹簧从条带壁面直接冲压成型，格架整体为单金属结构，相对于双金属格架，减少了镍基弹簧材料，能够降低对热中子的吸收，提高燃料组件的中子经济性，同时弹簧直接冲压成型，简化了制造工艺。
4.本发明通过下述技术方案实现：
5.一种降低燃料棒位损伤和压力损失的单金属定位格架，为方形栅元结构，由两组条带相互垂直插配构成，每个栅元相对方向上设置有夹持结构，所述夹持结构包括弹簧和刚凸；
6.所述弹簧为由栅元条带直接冲压突出条带表面形成的拱形结构，且所述弹簧沿燃料棒轴向布置。
7.本发明的弹簧采用拱形结构，其与燃料棒的接触面为弧形面结构，防止燃料棒拉棒过程中与结构的锐边接触造成包壳表面的损伤。
8.优选的，本发明的拱形结构为单一拱形结构。
9.优选的，本发明的拱形结构为多个拱形的组合结构。
10.本发明的弹簧与燃料棒接触区域设置一定长度的区域，既可以是平面也可以是弧形面，增加与燃料棒接触面积，降低接触应力。
11.优选的，本发明的拱形结构的最高点位置设置4mm-12mm长度的区域，作为所述弹簧与所述燃料棒的接触区域。
12.优选的，本发明的接触区域为平直面。
13.优选的，本发明的接触区域为包裹所述燃料棒包壳的弧形面。
14.优选的，本发明的弹簧的两端分别开设有开孔。开孔的形状为圆形、椭圆形、等腰三角形、矩形中的一种。本发明在弹簧靠近条带的两端分别开设有通孔，允许冷却剂流动，
减小对冷却剂的阻挡面积。
15.本发明的弹簧的两端与条带连接，中间拱形部分与燃料棒接触，弹簧的侧面为弧形或直边，既可以是弹簧的上下两端宽度较大，而与燃料棒接触的弹簧的中间区域宽度较小；也可以是弹簧的上下两端宽度较小，而与燃料棒接触的弹簧的中间区域宽度较大，或者在是弹簧的上下两端宽度与弹簧的中间区域宽度相同。
16.优选的，本发明的弹簧的侧面轮廓为弧形。
17.优选的，本发明的弹簧的上下两端宽度大于所述弹簧的中间区域的宽度；或者，所述弹簧的上下两端宽度小于所述弹簧的中间区域的宽度。
18.优选的，本发明的弹簧的侧面轮廓为直边。
19.本发明具有如下的优点和有益效果：
20.1、本发明的弹簧沿燃料棒轴向布置，拉棒过程中对燃料棒表面形成连续导向，可降低对包壳表面的擦挂损伤。
21.2、本发明的弹簧沿栅元纵向布置，冷却剂流动中截面为连续变化，结构突变少，有利于降低流动的阻力。
22.3、本发明的弹簧从条带表面直接冲压成型，格架整体为单金属结构，能够降低对热中子的吸收，提高燃料组件的中子经济性。
附图说明
23.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，构成本技术的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
24.图1为本发明的燃料组件整体结构示意图。
25.图2为本发明的格架结构示意图。
26.图3为图2的俯视图。
27.图4为本发明的弹簧第一实施例的结构示意图。其中，右图为左图的侧视图。
28.图5为本发明的弹簧第二实施例的结构示意图。
29.图6为本发明的弹簧第三实施例的结构示意图。
30.图7为本发明的弹簧第四实施例的结构示意图。
31.附图中标记及对应的零部件名称：
32.1-定位格架，2-条带，3-刚凸，4-弹簧，5-拱形结构，6-接触区域，7-端部区域，8-开孔，9-弹簧侧面第一实施例，10-弹簧侧面第二实施例，11-弹簧侧面第三实施例。
具体实施方式
33.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。
34.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。
35.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。
36.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。
37.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。
38.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。
39.实施例1
40.本实施例提出了一种降低燃料棒位损伤和压力损失的单金属定位格架，格架栅元内由相互垂直的刚凸和弹簧构成夹持结构，提供对燃料棒的夹持力，本实施例通过沿燃料棒轴向布置弹簧，且弹簧从条带壁面直接冲压成型，格架整体为单金属材料，有利于其中子经济性。弹簧采用连续的弧形结构导向，降低拉棒中对包壳表面划伤，同时流线型结构有利于降低冷却剂流动阻力。
41.具体如图1-3所示，本实施例的定位格架1为方形栅元结构，由若干个条带2(位于格架内部的条带为内条带，位于格架外侧的条件为外条带)互相插配构成。
42.如图3-4所示，本实施例的定位格架中，一个栅元(栅格)相对方向上包括弹簧4和刚凸3构成的夹持结构，弹簧4从栅元条带上直接冲压突出条带表面，形成拱形结构5，且弹簧4沿燃料棒轴向布置(即沿格架纵向布置)，即本实施例的定位格架整体为单金属结构(单一金属锆合金)，相较于现有的双金属格架(采用镍基弹簧的格架)，能够降低镍基材料对热中子的不利吸收，提高燃料组件的中子经济性。同时弹簧直接冲压成型，简化了制造工艺。弹簧沿燃料棒轴向布置，整体呈现连续弧形，当燃料棒压缩弹簧时，可将相应力传递到条带部分，降低弹簧中的应力。同时轴向分布使得弹簧具有较大范围内承受力的能力，便于通过结构参数的调整改变弹簧的力学特性，降低对制造误差的敏感性。
43.燃料棒组装拉棒过程中弹簧弧形能够对棒连续导向，降低对包壳表面的损伤，本
实施例的弹簧侧面9结构为弧形，具体如图4所示，即本实施例的弹簧4的两端端部区域7的宽度大于弹簧4的中间接触区域6的宽度。
44.弹簧在中间位置与燃料棒接触，调整接触区域长度能够灵活调整接触应力。
45.具体如图4所示，本实施例在拱形结构5的最高点位置附近设置预设长度的区域，作为弹簧4与燃料棒的接触区域6，本实施例的接触区域设置一定长度，既可以是平面也可以是能够包裹燃料棒的弧形面，增加与燃料棒的接触面积，降低接触应力。
46.本实施例根据实际需要，在弹簧4靠近条带的两端端部区域7分别开设有开孔8，允许冷却剂流动，减小对冷却剂的阻挡面积。
47.实施例2
48.本实施例与实施例1的区别仅在于，本实施例的弹簧4的侧面轮廓设置为反向弧形，即如图5所示，本实施例的弹簧4的两端端部区域7的宽度小于弹簧4的中间接触区域6的宽度。
49.实施例3
50.本实施例与实施例1的区别仅在于，本实施例的弹簧4的侧面轮廓设置为直边，具体如图6所示，本实施例的弹簧4的两端端部区域7的宽度等于弹簧4的中间接触区域6的宽度。
51.实施例4
52.本实施例与实施例1的区别仅在于，本实施例的弹簧4两端端部区域7未开设开孔，以增加弹簧的刚度。
53.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。