一種用于柵格定位的三彎彈簧及其使用方法與流程

本發明涉及核反應堆堆芯燃料組件，尤其涉及一種用于燃料組件端部柵格定位的三彎彈簧及其使用方法。

背景技術：

燃料組件是核反應堆堆芯的關鍵部件，它產生熱量并將此熱能傳遞給冷卻劑。燃料組件由一定數目的燃料棒在燃料組件骨架中按一定方式排列形成。每個燃料組件骨架上有若干個定位柵格，沿軸向間隔布置。定位柵格是由金屬條帶相互焊接構成的方形柵格結構，其借助每個柵格中的剛性支撐和彈簧組成的六個觸點來夾持燃料棒，為燃料棒定位。其中，最上部和下部的定位柵格稱為端部定位柵格，端部定位柵格通常采用不銹鋼材料，主要用來為燃料棒提供夾持力。

燃料組件熱能由燃料棒產生，燃料棒為細長棒狀結構，主要由外部管狀包殼包覆若干圓柱芯塊構成。燃料棒沿軸向貫穿燃料組件，通過定位柵格進行軸向和橫向定位。燃料組件組裝時，燃料棒穿過定位柵格的柵格，壓縮定位柵格側壁彈簧和剛性支撐產生橫向夾持力。燃料棒通過該夾持力定位在燃料組件內部。同時，定位柵格對燃料棒還具有一定的保護作用。

目前，國際上的壓水堆燃料組件柵格主要為正方形柵格或六角形柵格結構。其中，對于正方形柵格的柵格，通常每個柵格四面側壁上共有兩個彈簧和兩對剛凸(剛性支撐)向內凸起，每個彈簧和對面的柵格壁上一對的剛凸對配合，彈簧提供夾緊力，剛凸提供支撐，二者夾緊燃料棒達到定位目的。不同的柵格采用了不同的彈簧設計。對于端部柵格，為減小燃料棒振動磨損，要求壽期末仍保持一定的夾持力，這就要求端部柵格壽期初有較大的夾持力。但是如果要求較大的柵格夾持力，則柵格彈簧剛度會較大，會造成柵格彈簧加工困難；同時，柵格夾持力過大會還會造成燃料棒拉棒困難，易出現燃料棒損傷、磨損現象。

因此，本領域的技術人員致力于開發一種既能滿足夾持力要求，又能減小彈簧制造加工難度，還能減少被定位物損傷、磨損可能性的用于柵格定位的彈簧。

技術實現要素：

有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明所要解決的技術問題是如何設計一種用于柵格定位的彈簧，能滿足夾持力要求、具有較低剛度而且還能減少被定位物損傷、磨損可能性。

為實現上述目的，本發明提供了一種用于柵格定位的三彎彈簧，該三彎彈簧由波浪形的三個拱組成，在柵格內被縱向布置，該三彎彈簧長度方向與被定位物長度方向平行，三個拱分為兩種高度，其中該三彎彈簧的拱與被定位物的接觸面為弧形，兩邊的第一拱(2)分別是一側與柵格相連，一側與中間的第二拱(3)相連。

在本發明的較佳實施方式中，該用于柵格定位的三彎彈簧的中間的第二拱(3)的高度大于兩邊的第一拱(2)的高度。

在本發明的較佳實施方式中，該三彎彈簧與被定位物的接觸面為中間的第二拱(3)的頂端。

其中，兩邊的第一拱(2)的弧度小于中間的第二拱(3)的弧度。其中，兩邊的第一拱(2)的弧度近似相等，大于30°小于120°，中間的第二拱(3)的弧度大于60°小于150°。

其中，兩邊的第一拱(2)的高度范圍為0.2mm～5mm，寬度范圍為2mm～6mm，中間的所述第二拱(3)的高度范圍為0.5mm～5mm，寬度范圍為2mm～6mm。

其中，該被定位物為燃料組件的燃料棒，該柵格為燃料組件骨架上的柵格。該用于柵格定位的三彎彈簧的中間的第二拱(3)的高度大于兩邊的第一拱(2)的高度。其中，兩邊的第一拱(2)分別是一側與條帶平面相連，一側與中間高度較高的拱相連。該三彎彈簧與被定位物的接觸面為中間的第二拱(3)的頂端。其中，兩邊的第一拱(2)的弧度小于中間的第二拱(3)的弧度。其中，兩邊的第一拱(2)的弧度近似相等，大于30°小于120°，中間的第二拱(3)的弧度大于60°小于150°。兩邊的第一拱(2)的高度范圍為0.2mm～5mm，寬度范圍為2mm～6mm。中間的第二拱(3)的高度范圍為0.5mm～5mm，寬度范圍為2mm～6mm。

其中，該柵格可用于燃料組件骨架上的端部柵格。該用于柵格定位的三彎彈簧的中間的第二拱(3)的高度大于兩邊的第一拱(2)的高度。其中，兩邊的第一拱(2)分別是一側與條帶平面相連，一側與中間高度較高的拱相連。該三彎彈簧與被定位物的接觸面為中間的第二拱(3)的頂端。其中，兩邊的第一拱(2)的弧度小于中間的第二拱(3)的弧度。其中，兩邊的第一拱(2)的弧度近似相等，大于30°小于120°，中間的第二拱(3)的弧度大于60°小于150°。兩邊的第一拱(2)的高度范圍為0.2mm～5mm，寬度范圍為2mm～6mm。中間的第二拱(3)的高度范圍為0.5mm～5mm，寬度范圍為2mm～6mm。

在本發明的較佳實施方式中，三彎彈簧的三個拱的弧度、高度及寬度能被調整。

該用于柵格定位的三彎彈簧采用三個拱的形式可以使得彈簧的剛度較低，在滿足夾持力要求的情況下，有利于制造公差的設計，減小彈簧制造加工難度。及，該彈簧在柵格內縱向布置，與被定位物接觸區域不存在銳邊，且與被定位物的接觸面為弧形，可以減少被定位物發生刮傷的可能性。

本發明還提供了一種用于柵格定位的三彎彈簧的使用方法，該方法包括將用于柵格定位的三彎彈簧縱向布置在柵格內，使由三個拱組成的三彎彈簧的兩邊的第一拱(2)的外側與柵格相連，使與被定位物的接觸面為弧形的拱與被定位物接觸。

在本發明的一較佳實施方式中，將該三彎彈簧的三個拱的高度調整為中間的第二拱(3)的高度大于兩邊的第一拱(2)的高度。

在本發明的較佳實施方式中，使該三彎彈簧與被定位物的接觸面為中間的第二拱(3)的頂端。

在本發明的一較佳實施方式中，將該三彎彈簧的三個拱的弧度調整為兩邊的第一拱(2)的弧度小于中間的第二拱(3)的弧度。較佳地，調整兩邊的第一拱(2)的弧度近似相等，大于30°小于120°，中間的第二拱(3)的弧度大于60°小于150°。較佳地，調整兩邊的第一拱(2)的高度范圍為0.2mm～5mm，寬度范圍為2mm～6mm。中間的第二拱(3)的高度范圍為0.5mm～5mm，寬度范圍為2mm～6mm。

在本發明的一較佳實施方式中，將該三彎彈簧的兩邊的第一拱(2)與燃料組件骨架上的柵格的條帶平面相連，使中間的第二拱(3)的弧形頂端與被插入該柵格的燃料棒接觸。將該三彎彈簧的三個拱的弧度調整為兩邊的第一拱(2)的弧度小于中間的第二拱(3)的弧度。較佳地，調整兩邊的第一拱(2)的弧度近似相等，大于30°小于120°，中間的第二拱(3)的弧度大于60°小于150°。較佳地，調整兩邊的第一拱(2)的高度范圍為0.2mm～5mm，寬度范圍為2mm～6mm。中間的第二拱(3)的高度范圍為0.5mm～5mm，寬度范圍為2mm～6mm。

在本發明的一較佳實施方式中，將該三彎彈簧的兩邊的第一拱(2)與燃料組件骨架上的端部柵格的條帶平面相連，使中間的第二拱(3)的弧形頂端與被插入該柵格的燃料棒接觸。將該三彎彈簧的三個拱的弧度調整為兩邊的第一拱(2)的弧度小于中間的第二拱(3)的弧度。較佳地，調整兩邊的第一拱(2)的弧度近似相等，大于30°小于120°，中間的第二拱(3)的弧度大于60°小于150°。較佳地，調整兩邊的第一拱(2)的高度范圍為0.2mm～5mm，寬度范圍為2mm～6mm。中間的第二拱(3)的高度范圍為0.5mm～5mm，寬度范圍為2mm～6mm。

在本發明的一較佳實施方式中，將該三彎彈簧的三個拱的高度調整為兩邊的第一拱(2)的高度大于中間的第二拱(3)的高度。

該使用方法能夠使用于柵格定位的三彎彈簧的剛度較小，但對被定位物有較好的夾持作用，縱向布置使得與被定位物區域不存在銳邊，及使該三彎彈簧的弧形接觸面與被定位物接觸，減小被定位物發生刮傷的可能性。

以下將結合附圖對本發明的構思、具體結構及產生的技術效果作進一步說明，以充分地了解本發明的目的、特征和效果。

附圖說明

圖1是本發明的一個較佳實施例的三彎彈簧示意圖；

圖2是本發明的一個較佳實施例的三彎彈簧安裝在柵格上的示意圖。

具體實施方式

圖1示出了本發明的三彎彈簧的一較佳實施例。如圖1所示，該用于柵格定位的三彎彈簧1由波浪形的三個拱組成，形似數字“3”。為了三彎彈簧能穩定工作，三個拱大致分為兩種高度和兩種弧度，其中兩邊的第一拱2的高度和弧度以及高度和寬度相等，而中間的第二拱3的高度要大于兩邊的第一拱2的高度，中間的第二拱3的弧度亦大于兩邊的第一拱2的弧度。

較佳地，兩邊的第一拱2的與中間的第二拱3的高度比約為1:2，兩邊的第一拱2的弧度相等，大于30°小于120°，中間的第二拱3的弧度大于60°小于150°。其他弧度范圍亦可，但不宜過大，否則影響三彎彈簧的夾持力。較佳地，兩邊的第一拱2的高度范圍為0.2mm～5mm，寬度范圍為2mm～6mm。中間的第二拱3的高度范圍為0.5mm～5mm，寬度范圍為2mm～6mm。同樣地，此高度和寬度不宜過大，否則三彎彈簧剛度太大，也不宜過小，否則影響三彎彈簧的夾持力。

另外，從圖1中還可以看出，該三彎彈簧兩邊的第一拱2與中間的第二拱3的連接處作了倒角處理，這種連接方式有利于兩邊的第一拱2至中間的第二拱3的順利過渡，彈簧受壓時不會發生劇烈形變。

圖1中還可以看出，三個拱的頂端都是圓弧形，這樣，與被定位物接觸時，可以減少被定位物發生刮傷的可能性。

當本發明應用到燃料組件中時，普遍而言，燃料棒會與中間高度較高的第二拱3接觸，更加要確保中間的第二拱3的頂端為圓弧形，這樣才能具有光滑導向作用，減小拉棒時燃料棒發生刮傷的可能性。

另外，采用本發明的三彎彈簧既能使得壽期末仍保持一定的夾持力，也能保證壽期初有較大的夾持力，但仍應合理調整三個拱的相對高度、弧度以及寬度，以期獲得適合的效果。當本發明應用到燃料組件中時，由于涉及核反應堆堆芯，所以在對本發明的厚度把握和材料選擇方面尤其要謹慎，務必優選適合其工作環境的厚度以及加工材質。

圖1示出的本發明的較佳實施例采用三個拱的形式可以使得彈簧的剛度較低，在滿足夾持力要求的情況下，有利于制造公差的設計，減小彈簧制造加工難度。及，該彈簧與被定位物的接觸面為弧形，可以減少被定位物發生刮傷的可能性。

圖2是本發明的用于柵格定位的三彎彈簧安裝在柵格上的示意圖，為清楚起見，僅示出三彎彈簧和柵格。以下將結合圖2，重點對本發明的用于柵格定位的三彎彈簧的使用進行說明。圖2是一正方形柵格4，示出了一個完整的本發明的用于柵格定位的三彎彈簧1以及另外一個本發明的用于柵格定位的三彎彈簧的局部。如圖2所示，用于柵格定位的三彎彈簧1縱向布置在柵格內，與被定位物接觸區域不存在銳邊。雖然圖2中未示出被定位物，但是顯而易見地，被定位物是插入柵格，三彎彈簧1對被定位物產生橫向夾持力，故使用三彎彈簧1是要使其長度方向與被定位物長度方向平行，采用這種安裝方法，能使得被定位物與三彎彈簧1之間不存在銳邊。如圖2所示，可預見，被定位物是與三彎彈簧1中較高的，即中間的第二拱3的頂端接觸，故應確保中間的第二拱3的頂端是弧形，減少被定位物發生刮傷的可能性。從圖2中還可見，要使由三個拱組成的三彎彈簧的兩邊的第一拱2的外側與柵格相連。

同時，要使其中兩邊的第一拱2的高度和弧度以及高度和寬度之比大致相等，而中間的第二拱3的高度要大于兩邊的第一拱2的高度及弧度亦大于兩邊的第一拱2的弧度。較佳地，將兩邊的第一拱2的與中間的第二拱3的高度比調整為約1:2，將兩邊的第一拱2的弧度調整為近似相等，大于30°小于120°，將中間的第二拱3的弧度調整為大于60°小于150°。其他弧度范圍亦可，但不宜過大，否則影響三彎彈簧的夾持力。較佳地，將兩邊的第一拱2的高度調整為0.2mm～5mm，寬度調整為2mm～6mm。將中間的第二拱3的高度調整為0.5mm～5mm，寬度調整為2mm～6mm。同樣地，此高度和寬度不宜過大，否則三彎彈簧剛度太大，也不宜過小，否則影響三彎彈簧的夾持力。另外，從圖1中還可以看出，要將三彎彈簧兩邊的第一拱2與中間的第二拱3的連接處作倒角處理，這種連接方式有利于兩邊的第一拱2至中間的第二拱3的順利過渡，彈簧發生形變時不會劇烈。

當本使用方法應用至燃料組件中時，被定位物是為燃料組件產生熱能的燃料棒，燃料棒為細長棒狀結構，會沿軸向貫穿燃料組件，通過定位柵格進行軸向和橫向定位。在燃料組件的應用中，燃料棒穿過柵格，壓縮定位柵格側壁的本發明的三彎彈簧和剛性支撐產生橫向夾持力。燃料棒會通過該夾持力定位在燃料組件內部。此時，使三彎彈簧兩邊的第一拱2的不與中間的第二拱3連接的外側分別會與條帶平面相連。確保與燃料棒接觸的中間的第二拱3的頂端為圓弧形，使該與燃料棒的接觸面具有光滑導向作用，減小拉棒時燃料棒發生刮傷的可能性。將本發明的三彎彈簧的三個拱調整為合適的弧度、高度，保證彈簧剛度和夾持力滿足設計要求及滿足對內使用的要求。

本使用方法特別適合將本發明的三彎彈簧應用到燃料組件骨架上的端部柵格上。

另外，使用本發明的用于柵格定位的三彎彈簧時，還要注意柵格的情況，通常情況下，柵格不止用于定位，還對被定位物，尤其是在核反應堆堆芯的關鍵部件的燃料組件中，對燃料棒有一定的保護作用，故使用本發明的用于柵格定位的三彎彈簧時，要注意與柵格的配合——一方面減小柵格夾持力緩解燃料棒拉棒的困難，降低燃料棒因此出現的損傷、磨損的概率；另一方面，與柵格較好配合使定位柵格對燃料棒產生一定的保護作用。

圖2中顯示的是一正方形柵格，本發明的用于柵格定位的三彎彈簧適合于正方形柵格，但不僅限于正方形柵格。同樣地，目前壓水堆燃料組件柵格主要為正方形柵格或六角形柵格結構。經過對本發明的用于柵格定位的三彎彈簧的三個拱的高度、弧度以及高度寬度的適當調整，同樣能適用于六角形柵格結構。尤其適用于端部柵格。

總體上，圖2示出的對本發明的用于柵格定位的三彎彈簧的該使用方法能夠使用于柵格定位的三彎彈簧的剛度較小，但對被定位物有較好的夾持作用，其長度與被定位物的長度平行的縱向布置使得與被定位物區域不存在銳邊，及使該三彎彈簧的弧形接觸面與被定位物接觸，減小被定位物發生刮傷的可能性。

以上詳細描述了本發明的較佳具體實施例。應當理解，本領域的普通技術人員無需創造性勞動就可以根據本發明的構思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術領域中技術人員依本發明的構思在現有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在由權利要求書所確定的保護范圍內。