防错插的堆芯组件及核反应堆

技术领域

本申请的实施例涉及堆芯组件，尤其是涉及一种应用在核工业领域，能够防止错插的堆芯组件及核反应堆。

背景技术

快堆堆芯组件有多种类型，需要组件连接部与栅板联箱配合，堆芯组件中有数量很多的燃料组件，每根燃料组件需要插到对应的位置，如错插到其他位置后，可能会导致燃料组件的烧毁，引发事故。

发明内容

为了解决上述或者其它方面的至少一种技术问题，本申请的实施例提供一种防错插的堆芯组件及核反应堆，能够避免燃料组件错插进而导致燃料组件的烧毁。

根据本申请一个方面的实施例，提供一种防错插的堆芯组件，包括：堆芯下格栅板，上表面阵列式设置有多个容纳槽，所述容纳槽的内缘被构造成阶梯状结构，所述阶梯状结构包括一个沿所述容纳槽径向方向的环形平面；多个燃料组件，设置在所述堆芯下格栅板上方，多个所述燃料组件分别与多个所述容纳槽一一对齐设置；连接部，设置在所述燃料组件的下端，所述连接部适用于插入所述容纳槽内，所述连接部包括：第一段，与所述燃料组件连接，所述第一段与所述容纳槽上部空间尺寸相适配；以及第二段，与所述第一段的底部连接，所述第二段与所述容纳槽下部空间尺寸相适配；其中，多个所述容纳槽中至少部分尺寸和/或结构不相同以防止所述燃料组件错插到非对应的容纳槽内。

根据本申请的一些实施例，所述堆芯下格栅板上包括多个分区，多个所述分区内冷却剂的流速不同，其中，同一分区内所述容纳槽尺寸相同，相邻的两个分区的所述容纳槽的尺寸不相同。

根据本申请另一个方面的实施例，提供一种核反应堆，所述核反应堆包括上述的防错插的堆芯组件。

根据本申请的实施例的防错插的堆芯组件，通过在堆芯下格栅板上的容纳槽内设置不同尺寸的阶梯状结构，配合燃料组件下方连接部相配合的形状，实现多个燃料组件的连接部只能插入到正确位置的容纳槽内，从而实现防错插的目的。

附图说明

图1是根据本申请的示例性实施例的堆芯组件的正视图；

图2是图1所示的堆芯组件的堆芯下格栅板的俯视图；

图3是图1所示的堆芯组件的堆芯下格栅板的剖视图；

图4是图1所示的堆芯组件的连接部的正视图；

图5是图4所示的连接部的底部结构放大示意图。

上述附图中，附图标记含义具体如下：

1-堆芯下格栅板；

2-容纳槽；

201-阶梯状结构；

202-盲孔；

203-压缩弹簧；

204-定位块；

3-燃料组件；

4-燃料组件；

401-第一段；

402-第二段；

403-凸起；

404-中间段；

405-通孔；

406-第一缓冲弹簧；

407-第二缓冲弹簧；以及

408-定位槽。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本申请作进一步的详细说明。

但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本申请的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本申请实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知技术的描述，以避免不必要地混淆本申请的概念。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本申请。在此使用的术语“包括”表明了特征、步骤、操作的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征。

在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

图1是根据本申请的示例性实施例的堆芯组件的正视图；图2是图1所示的堆芯组件的堆芯下格栅板的俯视图；图3是图1所示的堆芯组件的堆芯下格栅板的剖视图；图4是图1所示的堆芯组件的连接部的正视图。

本申请的实施例提供一种防错插的堆芯组件，如图1所示，包括堆芯下格栅板1、燃料组件3和连接部4。堆芯下格栅板1的上表面阵列式设置有多个容纳槽2，容纳槽2的内缘被构造成阶梯状结构201，阶梯状结构包括一个沿容纳槽2径向方向的环形平面，其中，容纳槽内位于环形平面上方部分的内径大于位于环形平面下方部分的内径。多个燃料组件3设置在堆芯下格栅板1上方，多个燃料组件1分别与多个容纳槽2一一对齐设置。连接部4设置在燃料组件3的下端，连接部4适用于插入容纳槽2内，连接部4包括第一段401和第二段402。第一段401与燃料组件3连接，第一段401与容纳槽2上部空间尺寸相适配；第二段402与第一段401的底部连接，第二段402与容纳槽2下部空间尺寸相适配。其中，多个容纳槽2中至少部分尺寸和/或结构不相同以防止燃料组件3错插到非对应的容纳槽2内。

在本实施例中，通过在堆芯下格栅板1上的容纳槽2内设置不同尺寸的阶梯状结构201，配合燃料组件3下方连接部4相配合的形状，实现多个燃料组件3的连接部4只能插入到正确位置的容纳槽2内，从而实现防错插的目的。

根据本申请可选的一些实施例，容纳槽2内位于阶梯状结构201环形平面上方部分的直径为m

根据本申请可选的一些实施例，堆芯下格栅板1的侧面围设有圆筒，在堆芯下格栅板1上方的空间(圆筒及堆芯下格栅板1围设的空间)内容置有冷却剂，燃料组件3浸入冷却剂后通过下端的连接部插入到对应的容纳槽内，完成定位与锁定。通过冷却剂的流动带走燃料组件的热量，实现对燃料组件的冷却。可选的，冷却剂为液态金属，包括锂、钠、钠钾合金、铅、铅铋合金、锂铅合金、汞等多种液态金属材料。

根据本申请可选的一些实施例，连接部4焊接在燃料组件3的下端。

根据本申请的一些实施例，堆芯下格栅板1上包括多个分区，多个分区内冷却剂的流速不同，其中，同一分区内容纳槽2尺寸相同，相邻的两个分区的容纳槽2的尺寸不相同。

在本实施例中，堆芯下格栅板1上方不同区域内冷却剂的流速各不相同，也即，冷却剂对燃料组件3的冷却效果不同，如果燃料组件3下端连接部4插入到非正确位置的容纳槽2内，燃料组件会处于不正常流速的冷却液区域内，可能会导致燃料组件3散热不及时，温度上升进而烧毁。将堆芯下格栅板1上方区域基于冷却剂流速的不同划分成多个区域，如图1所示，相邻的两个区域N区以及N+1区内的容纳槽2形状、尺寸不相同，容纳槽上方对齐对应的连接部形状、尺寸也不相同，基于此，可以实现防错插的目的。

根据本申请的一些实施例，第一段401和第二段402均为圆柱形，圆柱形的连接部4制作、加工、焊接难度低。

根据本申请可选的一些实施例，第一段401和第二段402的形状也可以为棱柱形。可替换的，第一段401和第二段402的形状也可以是圆柱形与棱柱形交替设置或组合设置，例如，N区的连接部4为圆柱形，N+1区的连接部4为六棱柱形；或者N区的连接部4为圆柱形，N+1区的连接部4的第一段401为圆柱形，第二段402为六棱柱形。

根据本申请可选的一些实施例，第一段401和第二段402为一体浇筑形成或者同一结构件经过削切加工制成，以防止连接部各个段之间存在焊缝、连接缝等影响连接部4结构强度。

根据本申请的一些实施例，第二段402的直径小于第一段401的直径。在连接部4插入到容纳槽2内后，第二段402的下端抵靠在容纳槽2中的阶梯状结构201上，对连接部4进行轴向的定位。

根据本申请的一些实施例，尺寸不同包括第一段401和第二段402中的至少一个的高度不同和/或直径不同。

在本实施例中，相邻两个区域中的容纳槽2及连接部4包括多个参数，例如，第一段401的高度、直径、形状以及第二段402的高度、直径、形状，分别对应容纳槽2内阶梯状结构201上方空间和下方空间形状的参数，其中，一种参数或者多种参数的不同使得连接部4不能够顺利的插入到相邻区域的容纳槽2内。

根据本申请的一些实施例，不同的分区内的燃料组件及容纳槽具有不同的编号。例如，可以按照连接部的类型、区域的划分、冷却剂的流速等对燃料组件3以及容纳槽2进行编号及管理。

根据本申请的一些实施例，第二段402的底部设置有半球形或球冠形的凸起403，凸起403被构造成在连接部4插入容纳槽2过程中对连接部4进行径向定位。

在本实施例中，在连接部4的底部设置的球面状的凸起403，能够在连接部4插入容纳槽2过程中对连接部4进行径向定位，例如，当凸起403未完全对准容纳槽2时，凸起403的弧面会与容纳槽2的顶部边缘接触，随着连接部4的持续下移，连接部4的中轴线逐渐对准容纳槽2的中轴线，从而实现径向定位。

根据本申请的一些实施例，第一段401与第二段402之间通过斜面或者弧面过渡连接，容纳槽2内对应的阶梯状结构201做适应的调整，避免连接部4在插入过程中点面接触对阶梯状结构201或者连接部4造成破坏，提高装置的使用寿命。

根据本申请的一些实施例，连接部还包括中间段404，中间段404的两端分别与第一段401和第二段402连接，中间段404的直径大于第二段402的直径且小于第一段401的直径；其中，容纳槽2内设置有与连接部4相配合的两级阶梯状结构。

通过设置中间段，配合两级阶梯状结构，能够更好的对不同区域的连接部4及容纳槽2进行区分，增大其差异性，提高防错插的效果，尤其是适用于燃料组件3数量较多的堆芯组件。

根据本申请的一些实施例，连接部4为中空结构，中间段404外侧壁上设置有通孔405，第一段401的顶部设置有连通堆芯下格栅板1上方空间的开口。

在本实施例中，容纳槽2内充斥有冷却液，在连接部4插入容纳槽2的过程中，容纳槽2内的冷却液通过通孔405进入到连接部4的中空结构中，进而再通过第一段401顶部的开口流入到堆芯下格栅板1的上方空间内，防止容纳槽内的冷却液对连接部插入的影响。反之，当连接部4从容纳槽2内拔出是，冷却液从第一段401顶部的开口流入到连接部4的中空结构中，然后再通过通孔405流回容纳槽2内。

根据本申请可替换的一些实施例，第一段401的下部包括第一缩径段，第一缩径段上套设有第一缓冲弹簧406，第一缓冲弹簧406的外径等于第一段401上部的直径。

在本实施例中，通过在第一段401的下部设置第一缓冲弹簧406，将第一段401与阶梯状结构201的刚性接触改为柔性接触，能够更好的对阶梯状结构进行保护，防止刚性接触对阶梯状结构造成破坏，进而影响到防错插的效果，延长堆芯下格栅板1的使用寿命。

根据本申请的一些实施例，中间段404的下部包括第二缩径段，第二缩径段上套设有第二缓冲弹簧407，第二缓冲弹簧407的外径等于中间段404上部的直径。

根据本申请的一些实施例，中间段404的数量为多个，多个中间段404的直径从上往下依次减小。

在本实施例中，在燃料组件3数量较多的情况下，可以设置多个尺寸不同的中间段404，进一步提高不同区域内连接部4在形态的差异性，提高防错插的效果。

根据本申请的一些实施例，燃料组件3的数量为1000～1200根，根据堆芯下格栅板1上方冷却剂流速的不同，一般分为15～20个区域。

图5是图4所示的连接部的底部结构放大示意图。

根据本申请的一些实施例，如图1、图3、图4及图5所示，第二段402的侧面向内凹陷形成定位槽408，容纳槽2的侧壁上沿径向方向设置有盲孔202，盲孔202内设置有压缩弹簧203，压缩弹簧203的外端设置有凸出容纳槽2内侧壁的定位块204，定位块204适用于配合定位槽408锁定连接部4在轴线方向上的位置。

根据本申请的一些实施例，定位块204整体为方形块，在定位块204的顶部设置有一斜面，该斜面与设置在连接部4底部的球面状的凸起403配合驱动定位块沿容纳槽2径向移动，也即，凸起403将定位块204压入到盲孔202内，待盲孔202与定位槽408对齐时，凸起403在压缩弹簧203的驱动下弹出盲孔202并卡设在定位槽408内，实现对连接部4的轴向锁定。可选的，定位块204的底部设置有另一斜面，以便于定位块204与定位槽408接触锁定。

根据本申请的一些实施例，定位槽408为环形槽。

根据本申请的一些实施例，防错插的堆芯组件还包括堆芯上格栅板，堆芯上格栅板设置在堆芯下格栅板1的上方，堆芯上格栅板上设置有与多个容纳槽2一一对齐的栅孔，栅孔的形状与燃料组件3的形状相适配。

在本实施例中，堆芯上格栅板和堆芯下格栅板1分别对燃料组件3的上下两端进行径向的定位与锁定。

根据本申请的一些实施例，燃料组件3为正六棱柱状，栅孔的截面形状为正六边形。

根据本申请的一些实施例，防错插的堆芯组件还包括连接杆和驱动装置。连接杆一端与燃料组件3的顶部连接。驱动装置与连接杆的另一端连接，驱动装置适用于带动燃料组件3在竖直方向上的移动。

通过驱动装置和连接杆驱动燃料组件3在竖直方向的移动，实现连接部4插入或拔出容纳槽2。

根据本申请另一个方面的实施例提供一种核反应堆，包括如前述的防错插的堆芯组件。

至此，已经结合附图对本申请实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各零部件的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

还需要说明的是，在本申请的具体实施例中，除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本申请的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的尺寸、范围条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到“约”的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

本领域技术人员可以理解，本申请的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合或/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本申请中。特别地，在不脱离本申请精神和教导的情况下，本申请的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合。所有这些组合和/或结合均落入本申请的范围。

以上所述的具体实施例，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本申请的具体实施例而已，并不用于限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。