燃料組件導向裝置優化設計與改造

張欣

摘? 要：燃料組件導向裝置用于在反應堆裝換料期間為變形的燃料組件進行導向，便于變形燃料組件安全的坐落至堆芯。為了解決在燃料組件變形嚴重時，現有燃料組件導向裝置不便于為燃料組件導向的問題，根據現場實際情況自主設計開發一套燃料組件導向裝置，來彌補當前燃料組件導向裝置不滿足實際導向要求的問題。該裝置經過現場實際驗證，滿足現場裝料要求。

關鍵詞：燃料組件導向裝置（小靴幫）;導向角度;導向高度;燃料組件干涉。

1.背景

1.1小靴幫介紹

燃料組件與堆芯下板之間通過180°對稱布置的2個導向銷來定位，在堆芯經過1個或多個循環后，燃料組件普遍存在一定程度的彎曲、扭曲變形，增加了裝料的難度。燃料組件變形帶來的影響主要體現在燃料最終就位階段無法落銷。為解決此問題，需要將燃料組件導向裝置（小靴幫）放入堆芯，對需要導向的燃料組件進行導向，以實現燃料組件的順利就位。因此國內同行均在每一步乏組件裝載前，先放置小靴幫。

1.2小靴幫結構缺陷

經過現場的實際操作發現設計方供貨小靴幫有以下兩點缺陷：

小靴幫不宜對中及轉向，偶爾出現無法將變形燃料組件導入至堆芯的問題。

小靴幫鋼絲繩擺放困難，操作距離遠容易在水中纏繞，且紅色鋼絲繩在水下不容易分辨。

2.小靴幫缺陷原因分析

2.1小靴幫導向范圍不足以確保燃料組件就位

小靴幫通過2個定位銷與堆芯下板流水孔實現定位，就位后，堆芯下板定位銷頂部進入小靴幫基準板對應的孔。

（1）小靴幫通過兩個方面進行自身定位導向：一是通過燃料組件定位銷，二是堆芯下板流量孔，小靴幫定位銷直徑D₁=63.5mm堆芯下板流量孔徑D₂=69.9mm，則小靴幫定位銷與堆芯下板流量孔間隙：

S=D₁-D₂=6.4mm

所以設計上預留單邊S₁=3.2mm的間隙為了避免小靴幫在堆芯下板卡死。

（2）小靴幫基準板的銷孔半徑r₁=12.7mm，小靴幫就位至堆芯下板時燃料定位銷半徑r₂=7.54mm，則小靴幫與燃料定位銷之間的間隙：S₂=r₁-r₂=5.13mm。

由于S₁2

3.3.1可調頂絲裝置

可調頂絲裝置由M8的螺栓以及加力螺紋塊組成，若燃料組件變形嚴重側向力過大時，可使用調節頂絲裝置進行導向角度調整，幫助燃料組件順利裝入。

3.3.2加高導向面

導向面為折疊彎曲式，考慮到機組裝卸料機偏移法選擇高度為356mm，為不影響燃料組件偏移法選擇，將其高度由185.7mm加高至255mm，實現變形嚴重的燃料組件提前進入導向行程。

3.3.3鋼絲繩配重棒

鋼絲繩配重棒由D=20mm的棒材中間打孔制成，方便鋼絲繩穿入，安裝位置在距離小靴幫400mm處，便于為鋼絲繩擺向，兩頭各加固定套防止配重棒滑落。此外，鋼絲繩采用了兩根外包皮為黃色的鋼絲繩，方便操作者觀察水下狀況，節省大修裝換料主線時間。

3.3.4部件連接

部件的連接主要包括定位銷、基準板、加強斜撐和導向面之間的焊接。由于變形燃料組件借助小靴幫滑入過程非常緩慢，因此焊縫受變載荷時的許用應力可以忽略不計。查得焊縫受靜載荷時的許用應力公式為：

式中：[σ]-焊縫的許用應力;[σ]'-母體金屬許用應力;[σ_s]-母體屈服強度;n-安全系數（一般取2）;m-工作條件系數（受壓元件取0.9）。

據現場實際經驗可知，小靴幫受燃料組件給予的力很小，因此焊縫受到的應力也很小。故小靴幫受力固定導向面、鋼絲繩連接吊耳以及加強斜撐采用氬弧滿焊，其它部件均點焊以減少局部焊接所帶來的變形。

4.小靴幫改造功能驗證

將改造型小靴幫與模擬堆芯下板搬運至模擬體廠房，在具有足夠高度落差（約10米）的位置進行遠程操作，確認改造型小靴幫能順利就位至模擬堆芯下板，并且鋼絲繩很容易擺放;在反應堆堆芯裝料前進行試驗，小靴幫就位順利其水下鋼絲繩也看的很清晰，在裝卸料機抓取下一根燃料期間能完成改造型小靴幫就位操作，不耽擱下一組燃料組件進行裝料時間，滿足其設計功能。

5.結論

綜上所述，通過對燃料組件導向裝置的改造，解決了現有燃料組件導向裝置不便于為燃料組件導向的問題，是解決反應堆裝換料困難的途徑之一，同時也為其他工具改進提供了一種行之有效的思路。

參考文獻

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