CN102105942A - 用于核反应堆的燃料组件的支撑栅格 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及核能工程，尤其是涉及一种实质上用于WCPR-440型和WCPR-100型核反应堆的燃料组装元件，用于核反应堆的燃料组件的创造性支撑栅格被设计成平板型，具有用于热载体流动的圆形开口，以及用于安装燃料元件、中心管和支撑管或引导管道的圆形开口，其中用于热载体流动的开口被规律地每6个设置在每个用于安装燃料元件、中心管和支撑管或引导管道的开口周围，用于热载体流动的开口具有两种不同直径，被设置在每个所述开口周围，以便于不同直径的开口相互交替，本发明可以使栅格的刚度、强度和可制造性增强。

Description

用于核反应堆的燃料组件的支撑栅格
技术领域
本发明涉及核能工程，尤其是涉及一种实质上用于WCPR-440型和WCPR-1000型核反应堆的燃料组件的燃料元件。
背景技术
一种支撑栅格，例如说，在现有技术中用于WCPR-440型核反应堆的栅格445.20.030-04，具有102个哑铃型的开口，用于冷冻剂流动，12个直径5.9分的开口，和24个沿着支撑栅格外围用于冷冻剂流动的半开口。每个所述哑铃型开口由通过一个5分交叉的开口连接的两个2.95分半径的开口形成。用于安装燃料元件和中心管的所述开口具有5+0.1的直径，具有7个设置在六边形支撑栅格的各边外围用于燃料元件塞的开口(见：B.D.Dementyev，“核能反应堆”Energoatomizdat，莫斯科，1990，31-35页)[1]。一部分WCPR-440核反应堆的RK-3支撑栅格的燃料元件开口被用于安装支撑管。
现有技术发明的缺陷在于，由相对于燃料元件的纵向轴的冷冻剂流动开口的形状和位置导致的支撑栅格结构的各向异性发展，致使支撑栅格的强度和刚度降低。所述冷冻剂流动开口和燃料元件束的基本单元在结构上有显著的区别，它们相对于燃料元件的轴的位置不均匀导致在出口处从支撑栅格流入燃料元件间的冷冻剂流动的紊流，以及为冷冻剂流动而制造开口的低效研磨技术的使用。
另外一种用于核反应堆的燃料组件的现有技术支撑栅格被制成一种具有圆形开口的穿孔平板型，至少一部分被设计成适合于其中的燃料元件末端，且冷冻剂流动开口为六边形，其中面对着相似的开口的三条边中的每一条与临近的圆柱形开口的中心连接的线平行，另外面向圆柱形开口的三条边中的每一条由与相邻圆形开口同轴圆周的一段弧形成，冷冻剂流动开口被等距离间隔在圆柱形开口周围(见：2007年10月20日的RU 2,308,775C1)[2]。
现有发明的缺陷在于冷冻剂流动开口的复杂形状，以及其导致的通过研磨制造栅格的巨大的劳动量需求。
最接近本发明的现有技术是一种用于燃料组件的支撑栅格，其中冷冻剂流动开口具有圆柱形状，并且相对于设置在燃料元件的底部塞和每个前述的六个一组的管道的开口周围对称地定位，六边形底部支撑栅格的每条边的外围具有11个开口，所述开口用于燃料元件的底部塞，所述11个开口以正确的角度形成在另外的用于燃料元件的底部塞的开口和被其基底网分离的成对的圆形冷冻剂流动开口的六边形底部支撑栅格平行列的相对边上(见：2005年3月10日公开的RU2,248,050C2)[3]。相对于具有显著的各向异性的参考文献[1]的栅格，所述支撑栅格具有更规则分布的压力形变。
然而，由于开口间的网格的微小厚度，栅格的强度与刚度不是最佳的。
发明内容
本发明的目的是开发一种实用的支撑栅格，由于冷冻剂流动开口的不同形状和位置，具有高强度和刚度，该栅格能够通过现有技术制成而无需影响开口直径的技术公差。
一种核反应堆的燃料组件的支撑栅格可达到本发明的目的，所述栅格为一平板，包括：圆形冷冻剂流动开口和用于安装燃料元件、中心管以及支撑管或导向管道的圆形开口，冷冻剂流动开口被等间隔地以六个开口一组的形式设置在用于安装燃料元件、中心管以及支撑管或导向管道的每个开口周围，根据本发明，通过使用两种不同直径的冷冻剂开口并且将它们定位在每个所述开口周围，以便两种直径的开口交替。
所述冷冻剂流动开口具有两种不同的直径，并且在用于安装燃料元件和中心管的开口周围交替，以达到期望的技术效果，尤其是栅格的高刚度和强度能够通过现有技术制成，无需影响开口直径的技术公差。
对比最接近参考文献[3]的相关现有技术，本发明的栅格具有厚度更大的网格(WCPR-440的燃料组件中的燃料元件的间隔为12.3mm，网格厚度增大了16％)，在适当的位置支撑燃料元件，提供更大强度并且许可其通过现有技术制成而无需影响开口直径的技术公差。
在本发明的一个实施例中，两直径中偏小的一部分冷冻剂流动开口的直径与用于安装燃料元件和中心管的开口的直径相等，用于安装燃料元件、中心管以及支撑管或导向管道的开口以及具有相同直径的冷冻剂流动开口相对于剩下的冷冻剂流动开口等间隔设置。
附图说明
本发明显示在附图中，其中：
图1是本发明栅格的一个实施例示意图。
具体实施方式
本发明的六边形栅格包括：用于安装中心管1的开口，用于安装燃料元件的开口2，具有不同直径的冷冻剂流动开口3和4。开口3和4等间隔地设置并且交替地以六个开口为一组设置在开口1和2的周围。由此，具有同一直径的三个开口3和具有另一直径的三个开口4设置在开口1周围。开口4具有与用于安装燃料元件和中心管1的开口2相等的直径，，该直径比开口3的直径小。开口2，与开口2直径相等的开口4，以及开口1相对于剩下的冷冻剂流动开口3等间隔地设置。
参考图2解释本发明的意图，其中开口3和4分别具有直径D1和D2，只设置在等边三角形的中心处，用于安装燃料元件的开口2直径为5mm
Figure BPA00001307711000041
设置在等边三角形的顶点处。开口3和4(D1和D2)形成了如下网格：
P1-处于开口D1和
Figure BPA00001307711000042
5之间；
P2-处于开口D1和D2之间；以及
P3-处于开口D2和
Figure BPA00001307711000043
5之间。
由于在现有的和所要求保护的栅格中最小流动区域的总和是Sp＝6,856.76mm2，如表1所示，考虑到开口直径的取整和误差，还有现代程序控制机器工具和切割工具的实践经验上的定位的精确性，D2、P1、P2和P3分别的值由不同的D1的值计算得出。
最接近的现有技术的栅格具有相同直径的开口3和4，即D1＝D2。下表显示出无论何种对于直径d来说D1＞D2的变形，网格P2具有更大的厚度，且作为整体的栅格的强度显著增长。
表1中的变形2至5都是根据占较大作用的网格P1或P2所实施的，并且，根据发明人的观点，变形5从设计和制造的角度看更优选。变形5中，开口4具有与开口2的实测值相等的直径。在该变形中，P1和P2具有相等的厚度。
表1
结构的动态特性根据冲击激振方法分析得出，有助于同时获得外冲击(力)的频谱和外力施加的结构点上的响应(加速度)。冲击的振动过程是一个时间很短的能量转换过程。冲击力产生一个连续频谱，该频谱的最大振幅随着频率的增长而逐步下降到0Hz。最终，该结构在满频率范围内被同时激发(通过冲击锤头的特征)。
固有动态频率和刚度比的计算结果如表2所示。
表2
Figure BPA00001307711000052

Claims (3)

1.一种平板型用于核反应堆的燃料组件的支撑栅格，包括：用于冷冻剂流动的圆形开口和用于安装燃料元件、中心管以及支撑管或导向管道的圆形开口，用于冷冻剂流动的开口被等间隔地以六个开口一组的形式设置在用于燃料元件、中心管以及支撑管或导向管道的每个开口周围，其中用于冷冻剂流动的开口具有两种不同直径，并且被设置在每个所述开口周围，以便两种直径的开口交替。
2.根据权利要求1所述的支撑栅格，其中一部分具有两种直径中较小的直径的用于冷冻剂流动的开口具有与用于安装燃料元件和中心管的开口相等的直径。
3.根据权利要求2所述的支撑栅格，其中用于安装燃料元件、中心管以及支撑管或引导管道的开口，以及具有与其直径相等的直径的用于冷冻剂流动的开口相对于剩下的用于冷冻剂流动的开口等间隔设置。
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