燃料组件导向装置优化设计与改造

张欣

摘  要：燃料组件导向装置用于在反应堆装换料期间为变形的燃料组件进行导向，便于变形燃料组件安全的坐落至堆芯。为了解决在燃料组件变形严重时，现有燃料组件导向装置不便于为燃料组件导向的问题，根据现场实际情况自主设计开发一套燃料组件导向装置，来弥补当前燃料组件导向装置不满足实际导向要求的问题。该装置经过现场实际验证，满足现场装料要求。

关键词：燃料组件导向装置（小靴帮）;导向角度;导向高度;燃料组件干涉。

1.背景

1.1小靴帮介绍

燃料组件与堆芯下板之间通过180°对称布置的2个导向销来定位，在堆芯经过1个或多个循环后，燃料组件普遍存在一定程度的弯曲、扭曲变形，增加了装料的难度。燃料组件变形带来的影响主要体现在燃料最终就位阶段无法落销。为解决此问题，需要将燃料组件导向装置（小靴帮）放入堆芯，对需要导向的燃料组件进行导向，以实现燃料组件的顺利就位。因此国内同行均在每一步乏组件装载前，先放置小靴帮。

1.2小靴帮结构缺陷

经过现场的实际操作发现设计方供货小靴帮有以下两点缺陷：

小靴帮不宜对中及转向，偶尔出现无法将变形燃料组件导入至堆芯的问题。

小靴帮钢丝绳摆放困难，操作距离远容易在水中缠绕，且红色钢丝绳在水下不容易分辨。

2.小靴帮缺陷原因分析

2.1小靴帮导向范围不足以确保燃料组件就位

小靴帮通过2个定位销与堆芯下板流水孔实现定位，就位后，堆芯下板定位销顶部进入小靴帮基准板对应的孔。

（1）小靴帮通过两个方面进行自身定位导向：一是通过燃料组件定位销，二是堆芯下板流量孔，小靴帮定位销直径D₁=63.5mm堆芯下板流量孔径D₂=69.9mm，则小靴帮定位销与堆芯下板流量孔间隙：

S=D₁-D₂=6.4mm

所以设计上预留单边S₁=3.2mm的间隙为了避免小靴帮在堆芯下板卡死。

（2）小靴帮基准板的销孔半径r₁=12.7mm，小靴帮就位至堆芯下板时燃料定位销半径r₂=7.54mm，则小靴帮与燃料定位销之间的间隙：S₂=r₁-r₂=5.13mm。

由于S₁2

3.3.1可调顶丝装置

可调顶丝装置由M8的螺栓以及加力螺纹块组成，若燃料组件变形严重侧向力过大时，可使用调节顶丝装置進行导向角度调整，帮助燃料组件顺利装入。

3.3.2加高导向面

导向面为折叠弯曲式，考虑到机组装卸料机偏移法选择高度为356mm，为不影响燃料组件偏移法选择，将其高度由185.7mm加高至255mm，实现变形严重的燃料组件提前进入导向行程。

3.3.3钢丝绳配重棒

钢丝绳配重棒由D=20mm的棒材中间打孔制成，方便钢丝绳穿入，安装位置在距离小靴帮400mm处，便于为钢丝绳摆向，两头各加固定套防止配重棒滑落。此外，钢丝绳采用了两根外包皮为黄色的钢丝绳，方便操作者观察水下状况，节省大修装换料主线时间。

3.3.4部件连接

部件的连接主要包括定位销、基准板、加强斜撑和导向面之间的焊接。由于变形燃料组件借助小靴帮滑入过程非常缓慢，因此焊缝受变载荷时的许用应力可以忽略不计。查得焊缝受静载荷时的许用应力公式为：

式中：[σ]-焊缝的许用应力;[σ]'-母体金属许用应力;[σ_s]-母体屈服强度;n-安全系数（一般取2）;m-工作条件系数（受压元件取0.9）。

据现场实际经验可知，小靴帮受燃料组件给予的力很小，因此焊缝受到的应力也很小。故小靴帮受力固定导向面、钢丝绳连接吊耳以及加强斜撑采用氩弧满焊，其它部件均点焊以减少局部焊接所带来的变形。

4.小靴帮改造功能验证

将改造型小靴帮与模拟堆芯下板搬运至模拟体厂房，在具有足够高度落差（约10米）的位置进行远程操作，确认改造型小靴帮能顺利就位至模拟堆芯下板，并且钢丝绳很容易摆放;在反应堆堆芯装料前进行试验，小靴帮就位顺利其水下钢丝绳也看的很清晰，在装卸料机抓取下一根燃料期间能完成改造型小靴帮就位操作，不耽搁下一组燃料组件进行装料时间，满足其设计功能。

5.结论

综上所述，通过对燃料组件导向装置的改造，解决了现有燃料组件导向装置不便于为燃料组件导向的问题，是解决反应堆装换料困难的途径之一，同时也为其他工具改进提供了一种行之有效的思路。

参考文献

[1]陈征，叶红枫，熊年志. 燃料组件变形与装料辅助工具使用分析[J]. 产业与科技论坛，2017，16（15）：70-71.

[2]刘敬露，王颖，先登飞. 浅谈核燃料组件变形的评价[J]. 机电工程技术，2008，37（1）：70-72.