CN104318962A - 具有流线型低压降流道的定位格架及燃料组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种具有流线型低压降流道的定位格架，包括多个内条带及外条带，多个所述内条带相互交叉呈网格状格栅结构并形成多个中空的格栅单元，所述外条带围设在所述格栅结构的外围并与所述内条带固定，所述内条带固定有向所述格栅单元内凸伸的刚凸，所述刚凸包括与燃料棒接触的平面及封闭且平滑地连接于所述平面与所述内条带之间的侧面，所述侧面的最下端形成朝下的棱角，所述格栅单元内具有至少一对相对设置的所述刚凸。本定位格架依靠刚凸的船形结构减小迎流面积及流体涡流，从而降低压降，同时可以避免划伤燃料棒。相应的，本发明还公开了一种具有所述定位格架的燃料组件。

Description

具有流线型低压降流道的定位格架及燃料组件

技术领域

本发明涉及核燃料组件技术领域，尤其涉及一种具有流线型低压降流道的定位格架及具有这种定位格架的燃料组件。

背景技术

一定数量的燃料棒按照一定间隔排列(如：15×15或16×16等)并被固定成一束，称为反应堆燃料组件，反应堆燃料组件主要由上管座、下管座、定位格架(也称搅混格架或保持格栅)、控制棒导向管和燃料棒组成。其中，定位格架用于装载并定位燃料棒且由多个内条带和外条带组成，多个内条带相互正交形成具有多个格栅单元的网格状格栅结构，而外条带固定地包围于内条带之外。除少数几个格栅单元用于设置控制棒导向管外，其余的每一格栅单元内均容置一燃料棒。

在燃料组件工作的过程中，冷却剂(水)源源不断地由下往上流经燃料组件以带走燃料棒裂变反应中产生的大量热量，冷却剂的流动会对定位格架中的燃料棒产生一定的冲击，因此，为了保持燃料棒的稳定，如图1所示，在定位格架的内条带b上另外设置有朝格栅单元内凸伸的刚凸a，利用刚凸a对燃料棒的抵顶来夹持稳固燃料棒。在现有技术中，刚凸a一般是直接在内条带b上冲压而成的，通过向内条带b的两侧分别进行两次冲压，可以形成凸向内条带b两侧的两个半圆形刚凸a，其中位于上方的刚凸a具有朝下的开口，位于下方的刚凸a具有朝上的开口。在同一个格栅单元之内，包括了四个半圆形刚凸a，其中两开口朝上的刚凸a相对，而两开口朝下的刚凸a也相对。

在内条带b上冲压形成刚凸a的工艺虽然较为简单，但是这种半圆形刚凸a的结构存在两个缺陷：一，当冷却剂由下往上流经定位格架时，位于下方的半圆形刚凸a的迎流面积较大(为四分之一球面)，对流体产生较大阻力，不利于压力保持，而位于上方的半圆形刚凸a的内部会形成一个空腔，冷却剂流入空腔后形成涡流，从而增大了流体的压力损失；二，在从上往下装载燃料棒时，格栅单元内位于下方的半圆形刚凸a的上端有断面，有可能会刮到燃料棒，使燃料棒表面产生划痕而受损。

因此，有必要提供一种流体压力损失较小且能够避免划伤燃料棒的定位格架。

发明内容

本发明的目的在于提供一种流体压力损失较小且能够避免划伤燃料棒的定位格架。

本发明的另一个目的是提供一种具有所述定位格架的燃料组件。

为了实现上述目的，本发明提供了一种具有流线型低压降流道的定位格架，包括多个内条带及外条带，多个所述内条带相互交叉呈网格状格栅结构并形成多个中空的格栅单元，所述外条带围设在所述格栅结构的外围并与所述内条带固定，所述内条带固定有向所述格栅单元内凸伸的刚凸，所述刚凸包括与燃料棒接触的平面及封闭且平滑地连接于所述平面与所述内条带之间的侧面，所述侧面的最下端形成朝下的棱角，所述格栅单元内具有至少一对相对设置的所述刚凸。

与现有技术相比，由于本发明将现有技术中的半圆形刚凸改为了包括所述平面及所述侧面的封闭整体式的结构，所述侧面平滑连接于所述平面与所述内条带之间，因此在所述格栅单元内形成的流量通道呈流线型，对冷却剂流体下流的影响小，有利于流体流过。所述刚凸是封闭结构，没有形成开口的空腔，因此不会产生流体涡流而增加压降；整体式的结构也能够避免流体在格栅单元内交叉搅混造成的格架及燃料棒的振动，稳定性高。并且，所述侧面的最下端形成有朝下的棱角，即所述刚凸下端的迎流面积更小，流体向上流经所述棱角时形变较小，压力损失比遭遇球面时的压力损失显著减小。综上，本发明定位格架能够实现低压降的目的。另外，所述侧面连续且封闭，没有断面，燃料棒在装载时，能够被顺利导向，避免燃料棒被划伤的情况出现。

较佳地，所述侧面从与所述平面连接的一端向与所述内条带连接的一端逐渐平滑扩张。所述侧面从与所述平面连接的一端向与所述内条带连接的一端逐渐平滑扩张，则在所述格栅单元内形成的流量通道呈渐缩渐扩的文丘里结构，从而能够降低阻力，使流体柔和、均匀流过。

较佳地，所述侧面的上端呈平滑的弧形。所述侧面的上端形成平滑的弧形有利于实现对燃料棒的导向并防止对燃料棒造成损伤。

较佳地，所述平面与所述内条带平行。

较佳地，所述平面呈近似椭圆且下端带有尖角的形状。将所述平面设置为近似椭圆且下端带有尖角的形状，所述平面与所述侧面连接而成的整体则呈现出船体形的结构，利用船体形的形状优势可以有效降低流体阻力及压降。

具体地，所述棱角的棱边位于竖直平面内。所述棱边位于所述竖直平面内，则所述船体形的刚凸呈头尾竖直的设置，对流体起到竖直方向上的导流左右。

更具体地，所述刚凸呈以经过所述棱边的竖直平面为中心平面的对称结构。对称的结构更有利于维持流体的稳定并减少乱流。

具体地，所述刚凸相对竖直方向呈倾斜设置。将所述刚凸倾斜，优点是能够把自下而上的冷却剂引流到格架上部的搅混翼处，可以促进冷却剂的搅混功效，提高燃料棒之间的能量搅混，使堆芯温度分布均匀，提高安全裕量。

较佳地，所述格栅单元内设置有四个分别两两相对的所述刚凸。四个所述刚凸在一个所述格栅单元里两两相对设置，则四个所述刚凸之间的空间可以形成更完整的文丘里结构的流道，有利于保持流体压力。

相应的，本发明还提供了一种燃料组件，包括上管座、下管座、多个所述定位格架、多个燃料棒及多个控制棒导向管，多个所述定位格架沿上下方向排列，多个所述燃料棒及控制棒导向管分别插设于所述定位格架，所述控制棒导向管的上端与所述上管座固定，所述控制棒导向管的下端与所述下管座固定。

与现有技术相比，由于本发明所述燃料组件中采用了具有整体式的所述刚凸的所述定位格架，因此流体压降较低，并能够防止划伤燃料棒。

附图说明

图1是现有技术的格架中半圆形刚凸的平面示意图。

图2是现有技术的格架中半圆形刚凸的剖视图。

图3是本发明第一实施例中部分定位格架的立体图。

图4是本发明第一实施例中部分定位格架的俯视图。

图5是本发明第一实施例中部分定位格架的侧视图。

图6是本发明第一实施例中燃料组件的结构组成示意图。

图7是本发明第二实施例中部分定位格架的侧视图。

具体实施方式

下面结合给出的说明书附图对本发明的较佳实施例作出描述。

如图3至5所示为本发明的第一实施例。本实施例中提供了一种具有流线型低压降流道的定位格架1，所述定位格架1包括多个内条带10及外条带11，多个所述内条带10相互交叉呈网格状格栅结构并形成多个中空的格栅单元12，所述外条带11围设在所述格栅结构的外围并与所述内条带10固定。所述内条带10固定有向所述格栅单元12内凸伸的刚凸13，所述刚凸13包括与燃料棒4接触的平面130及封闭且平滑地连接于所述平面130与所述内条带10之间的侧面131，所述侧面131的最下端形成朝下的棱角132，所述格栅单元12内具有至少一对相对设置的所述刚凸13。

具体的，所述平面130呈近似椭圆且下端带有尖角的形状并且所述平面130与所述内条带10平行，所述侧面131从与所述平面130连接的一端向与所述内条带10连接的一端逐渐平滑扩张。可见，所述平面130与所述侧面131连接而成的整体是一个船体形的结构，众所周知，船体的“尖头”形状设计是为了减小在水中受到的阻力，因此将所述刚凸13设计为船体形，也能够减小其对冷却剂流体的阻力，有利于减小压降。

本实施例中用“近似椭圆”来描述所述平面130，强调的是所述平面130由于下端具有尖角，因此并不符合标准椭圆的方程式。所述平面130是与标准椭圆类似的长条形，其上下两端间的距离(即高度)大于其左右两端间的距离(即宽度)，凡是满足这种关系的形状，均可认为是在“近似椭圆”的限定范围内，因此“近似椭圆”并非是一个模糊不清楚的限定。另外，关于所述平面130与所述内条带10间的距离，本实施例不作限定，所述平面130的作用是夹持燃料棒，因此其相对内条带10凸出的距离以实现该作用为前提根据实际情况而定。

所述侧面131下端的棱角132具有一棱边，由于所述侧面131按照以上所述方式扩张，因此所述棱边与所述平面130连接的一端位于上方，而与所述内条带10连接的一端位于下方，即所述棱边与水平面相比呈倾斜状。在竖直方向上，长条状的所述刚凸13呈竖直设置，所述棱边位于一垂直于所述刚凸13所在的内条带10的竖直平面内，而所述刚凸13呈以该竖直平面为中心平面的对称结构。所述刚凸13竖直设置，则所述格栅单元12内由所述刚凸13围成的流量通道也大致沿竖直方向延伸，因此对流体起到竖直方向上的导流左右。而将所述刚凸13设置为相对竖直平面呈对称的结构，更有利于维持流体的稳定并减少乱流。

由于所述平面130的下端形成尖角而上端没有尖角，因此所述刚凸13在上下方向并非呈对称结构。其下端具有所述棱角132，而所述侧面131的上端呈平滑的弧形，从而有利于实现对燃料棒的导向并防止对燃料棒造成损伤。

所述侧面131由所述平面130向所述内条带10延伸的方式可以是平直的，也可以是向外拱起或向内凹陷的。为了取得最佳效果，本实施例采用平直延伸方式。

在每一所述格栅单元12内，设置有四个所述刚凸13，四个所述刚凸13在所述格栅单元12内呈两两对称设置，四个所述刚凸13分别是固定于所述格栅单元12的四个侧壁上。而对于所述内条带10，其上的凸入相邻两个所述格栅单元12的两所述刚凸13的位置是重叠的，即设在所述内条带10的同一位置的不同侧。在每一所述格栅单元12里设置四个两两相对的所述刚凸13，则四个所述刚凸13之间形成的流道是渐缩渐扩的“文丘里”结构，这样流线型的流道有利于降低阻力，使流体柔和、均匀流过而保持较低压降。

至于在所述内条带10上设置所述刚凸13的方法，可以采用铸造或者焊接。采用铸造的方法时，应使所述刚凸13类似冲压而成，这样所述刚凸13为中空的设计，可以降低格架的重量。采用焊接的方法时，可以采用两条板片分别冲压形成两个不同方向的所述刚凸13，然后将两条板片焊接到一起而形成所述内条带10。

请参照图6，本发明还公开了一种燃料组件，包括上管座2、下管座3、多个所述定位格架1、多个燃料棒4及多个控制棒导向管5，多个所述定位格架1沿上下方向排列，多个所述燃料棒4及控制棒导向管5分别插设于所述定位格架1，所述控制棒导向管5的上端与所述上管座2固定，所述控制棒导向管5的下端与所述下管座3固定。所述控制棒导向管5及燃料棒4就是插设在所述格栅单元12内，具体地，少数的几个所述格栅单元12用于容纳所述控制棒导向管5，而其他多数的所述格栅单元12内分别具有一个燃料棒4。

本发明与现有技术相比，由于本发明将现有技术中的半圆形刚凸改为了包括所述平面130及所述侧面131的封闭整体式的结构，所述侧面131平滑连接于所述平面130与所述内条带10之间，因此在所述格栅单元12内形成的流量通道呈流线型，对冷却剂流体下流的影响小，有利于流体流过。所述刚凸13是封闭结构，没有形成开口的空腔，因此不会产生流体涡流而增加压降；整体式的结构也能够避免流体在格栅单元12内交叉搅混造成的格架及燃料棒4的振动，稳定性高。并且，所述侧面131的最下端形成有朝下的棱角132，即所述刚凸13下端的迎流面积更小，流体向上流经所述棱角132时形变较小，压力损失比遭遇球面时的压力损失显著减小。综上，本发明定位格架1能够实现低压降的目的。另外，所述侧面131连续且封闭，没有断面，燃料棒4在装载时，能够被顺利导向，避免燃料棒4被划伤的情况出现。

如图7所示是本发明的第二个实施例，本实施例中刚凸13′的结构与上一实施例中完全相同，而定位格架1′的整体结构与上一实施例中也基本相同，其不同之处在于本实施例中的所述刚凸13′并非沿竖直方向设置，而是相对竖直方向呈倾斜设置的，其下端相对上端偏转一定的角度(±30°以内)，具体偏向的方向以内条带10上设置的搅混翼101的位置为准，倾斜设置的优点是能够把自下而上的冷却剂引流到所述内条带10上部的搅混翼101处，可以促进冷却剂的搅混功效，提高燃料棒之间的能量搅混，使堆芯温度分布均匀，提高安全裕量。

以上所揭露的仅为本发明的较佳实例而已，其作用是方便本领域的技术人员理解并据以实施，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属于本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种具有流线型低压降流道的定位格架，包括多个内条带及外条带，多个所述内条带相互交叉呈网格状格栅结构并形成多个中空的格栅单元，所述外条带围设在所述格栅结构的外围并与所述内条带固定，其特征在于：所述内条带固定有向所述格栅单元内凸伸的刚凸，所述刚凸包括与燃料棒接触的平面及封闭且平滑地连接于所述平面与所述内条带之间的侧面，所述侧面的最下端形成朝下的棱角，所述格栅单元内具有至少一对相对设置的所述刚凸。

2.如权利要求1所述的具有流线型低压降流道的定位格架，其特征在于：所述侧面从与所述平面连接的一端向与所述内条带连接的一端逐渐平滑扩张。

3.如权利要求1所述的具有流线型低压降流道的定位格架，其特征在于：所述侧面的上端呈平滑的弧形。

4.如权利要求1所述的具有流线型低压降流道的定位格架，其特征在于：所述平面与所述内条带平行。

5.如权利要求1所述的具有流线型低压降流道的定位格架，其特征在于：所述平面呈近似椭圆且下端带有尖角的形状。

6.如权利要求5所述的具有流线型低压降流道的定位格架，其特征在于：所述棱角的棱边位于竖直平面内。

7.如权利要求6所述的具有流线型低压降流道的定位格架，其特征在于：所述刚凸呈以经过所述棱边的竖直平面为中心平面的对称结构。

8.如权利要求5所述的具有流线型低压降流道的定位格架，其特征在于：所述刚凸相对竖直方向呈倾斜设置。

9.如权利要求1所述的具有流线型低压降流道的定位格架，其特征在于：所述格栅单元内设置有四个分别两两相对的所述刚凸。

10.一种燃料组件，包括上管座、下管座、多个定位格架、多个燃料棒及多个控制棒导向管，多个所述定位格架沿上下方向排列，多个所述燃料棒及控制棒导向管分别插设于所述定位格架，所述控制棒导向管的上端与所述上管座固定，所述控制棒导向管的下端与所述下管座固定，其特征在于：所述定位格架如权利要求1-9任一项所述。