CN102150217A - 核反应堆的燃料组件的混合栅格 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种核反应堆元件，尤其是燃料组件的间隔和混合栅格的结构设计。混合栅格包括一个箍和一组交叉的板，该板形成用于容纳燃料组件的燃料元件和支撑元件的一组单元。用于容纳支撑元件的单元具有圆形横截面。用于容纳燃料元件的单元是六边形的，与其相邻的用于使冷冻剂通过的单元是三边形的。每个三边形单元的两面是凹的，第三面上设置有板变流装置。

Description

核反应堆的燃料组件的混合栅格
技术领域
本发明涉及核能工程，尤其是涉及核能反应堆的燃料组件的间隔和混合栅格的设计。
背景技术
一束燃料元件、一个上喷嘴以及一个下喷嘴是一个燃料组件的主要元件。
一般来说，燃料元件被固定在下喷嘴的支撑板上并且能够在温度和辐射的影响下沿着燃料组件膨胀，燃料元件通过可伸缩弹簧作用被一个个间隔开，并且被锁入沿着燃料组件的长度方向延伸的间隔栅格的单元中。
为了使在较低和较高应变下的区域间的反应堆的活动层的焓值平稳，燃料组件结构包括用于混合冷冻剂的装置，或者具有在冷冻剂流体内产生紊流的变流装置的混合栅格，所述混合栅格沿着燃料组件的长度方向延伸。
现有技术的间隔栅格具有单元，其用于将燃料元件固定在适当位置上，以便产生具有设置在其中并在整个高度上间隔开的两个或更多个转向元件的辅助通道，所述转向元件导致冷冻剂的紊流，并且使其转向燃料元件(专利WO9619811A1，G21C 3/322，1996年6月27日)。流动控制转向元件被设计成树状，具有以矩形板形式构成的茎，以及在不同高度从茎延伸出来的搅动冷冻剂流体的作为导向叶片的枝。该设计的缺点在于所述转向元件会在比辅助通道更高的高度接触燃料元件，并且还在于它们在栅格中难以制造和安装。
另一现有技术的为核反应堆的燃料组件开发的混合和间隔栅格设计具有一个冷冻剂流动控制结构，该结构包括带状元件，以及用于搅动冷冻剂流体的装置，其具有一间隔装置，包括被布置在流动控制结构内部用于固定燃料元件在适当位置的单元(专利EP0795177B1，G21C 3/322，1999年8月25日)。
流动控制结构(混合栅格)包括一系列以交叉图案形式布置的带状元件(板)，在它们的末端具有变流装置用于搅动冷冻剂流体，这些板被固定在混合栅格的箍上。一组单元位于混合栅格内部用来间隔燃料元件，并且牢固地附着在混合栅格的箍上。
这一设计的缺点在于其对于冷冻剂流体的高的流体阻力，使其不适用于使燃料组件释放更多能量。
与本发明最接近的现有技术是一种为核反应堆燃料组件开发的间隔和混合栅格设计，所述设计包括一个环状箍和三组交叉条带，每组中的条带都相互平行，这些条带的交叉点处设置有槽，所述条带固定到箍上。交叉条带形成了具有凹面并且相互交错用来间隔燃料元件的六边形单元，还有与其相邻的呈凸三角形的形状的三边形单元，以及呈整齐的等边三角形的形状的三边形单元，其中一个面具有变流装置，例如梯形叶片，其设计用来搅动冷冻剂(专利RU2,249,865C1，G21C 3/34，3/352，2003年9月9日)。
该最接近的现有技术的缺点在于其对于冷冻剂流体的高的流体阻力，使其不适用于使燃料组件释放更多热量。
发明内容
本发明的目的是设计一种改进的混合栅格，其牢固地固定在燃料组件束的支撑元件上。
通过该目的的实现，可以产生新的技术效果，例如冷冻剂有效搅动的可能性，从燃料元件包壳的表面去除热量得到改善，以及，由此产生的在高度燃料耗尽和增长的能量不规则释放的操作过程中燃料循环得到改善的可能性。
这些技术效果可由核反应堆燃料组件的混合栅格达到，所述混合栅格包括：一个箍和一组交叉的条带状板，这些板在交叉点处相互连接并与箍相连，用以确定一组单元来容纳燃料组件的燃料元件和支撑元件，至少部分单元是六边形的，与六边形单元相邻的三边形单元用于使冷冻剂通过，三边形单元的末端具有朝向三边形单元弯曲的混合板变流装置，其中，根据本发明，用于容纳支撑元件的单元的横截面为圆形，用于容纳燃料元件的单元为六边形，每个三边形单元的两面都是凹的，该混合板变流装置位于第三面的末端，并且弯曲使得与一个六边形单元相邻的三边形单元的所述变流装置围绕所述六边形单元以同一圆周方向倾斜。
进一步地，混合栅格可以具有另一组用于间隔开燃料元件的单元，这些单元互相连接并与箍相连，被布置成六边形图案，每个单元具有六边形的形状，具有用于燃料元件的三个支撑件，所述支撑件互相以120度间隔开，并由单元表面上指向其内部的凸起形成。
本发明的独特之处在于所述板变流装置——这些装置位于板上，用于搅动混合栅格出口的冷冻剂流体并且朝向与六边形单元相邻的三边形单元内部弯曲，用于燃料元件的自由通路——设置在一区域内防止它们与燃料元件接触；三边形单元的两面是凸起的以便更有效地根据变流装置来指引冷冻剂流体，独特之处还在于变流装置的系统——其由7个单元和6个与中心单元相邻的三边形单元形成六边形形状——在围绕一个片段(fragment)的中心单元的一个方向上产生循环，以增强冷冻剂混合。
混合栅格包括一组板，其在交叉点具有槽，允许这些板互相连接，出于使结构更加坚固的目的，这些板的末端区域通过在其交叉点处熔接或焊接而连接，并且，混合栅格板的末端通过熔接或焊接到箍边缘上以产生整体的结构来得到加固。
混合栅格的箍是一外壳，其容纳混合栅格板。为了使混合栅格的制造更加简便，该箍由6个单独区段构成是合理的。
出于间隔燃料单元的目的，有理由在同一箍内在混合栅格下方提供一组单元，所述单元具有例如六边形形状和3个用于燃料元件的支撑件，所述支撑件呈凸起(bilge)形，互相之间以120度间隔开，并且通过熔接或焊接互相连接并与箍连接。
附图说明
图1是混合栅格的示意图。
图2是图1中所示可移动元件A的视图。
图3是图1中所示可移动元件B的视图。
图4是图1中所示可移动元件C的视图。
图5是具有槽和变流装置的板的视图。
图6是混合栅格的视图，该栅格具有另外一组置于同一箍中并用于间隔燃料元件的单元。
图7是另外一组单元的视图。
具体实施方式
本发明的混合栅格(见图1)包括一个六边形箍1，其具有容纳在该箍内的混合栅格板2。
混合栅格板2被制成条带状，互相交叉，并且形成(见图2)一组单元，所述单元包括多个片段(fragment)，所述片段为由用于燃料元件的自由通路的7个六边形单元3，以及6个与中心六边形单元相邻的三边形单元4形成的六边形结构。单元4的两面是凹的，其第三面具有朝向单元4内部弯曲的板变流装置5。变流装置5(见图3)设计成使得与一个六边形单元3相邻的三边形单元的变流装置的圆周单向倾斜造成冷冻剂在围绕六边形单元的同一个方向上的旋转动作。
用于燃料组件结构的支撑元件的通路的单元6(见图4)为圆形。
板2(见图5)在其交叉点处具有槽7用于将板2连接在一起。板2的末端区域通过熔接或焊接在交叉点处连接。在优选实施例中，变流装置5可以是梯形。
混合栅格板2的末端通过熔接或焊接与箍1的边缘连接。
箍1为一外壳(见图1)，其具有6个面。该箍可以由6个单独的区段(sector)构成。
在同一箍1上在混合栅格板2下方提供一组间隔用的单元8用来间隔燃料元件是合理的。
单元8(见图7)可以是六边形，其具有三个用于燃料元件的凸起(bilge)形支撑件9。
燃料组件的主要的功能性设计元件是一束燃料元件，其被固定在沿着燃料组件长度方向延伸的间隔栅格的单元中，该间隔栅格通过结构元件如角铁连接，以制造框架。
混合栅格设置在间隔栅格之间的空间内，用于更有效地混合冷却剂并且改善燃料元件包壳表面的热量去除。间隔栅格通过例如将箍1与角铁焊接在一起而牢牢地固定在燃料组件框架上，以便燃料元件无阻碍地通过混合栅格的单元3。冷冻剂在单元3的自由空间内流动，用于冷却燃料元件，并且还流过三边形单元4，在其中冷冻剂通过变流装置5变流，与从相邻的单元3流出的冷冻剂在混合栅格的出口混合，并且使流经燃料组件的冷冻剂的各相邻区域之间的焓值平稳。由变流装置5导致的冷冻剂围绕每个六边形单元的附加旋转动作加强了冷冻剂的混合。
通过改变变流装置的大小和数量，以及依据混合栅格在燃料组件中的位置，本发明的混合栅格设计允许混合栅格的流体阻力被控制，并使反应堆活性区的不同区域的焓值平稳。
应用于燃料组件的本发明有利于提高反应堆的输出功率。
本发明能够采用标准技术利用现有设备实施。

Claims (2)

1.一种核反应堆燃料组件的混合栅格，包括：一个箍，和一组交叉的条带状板，这些板相互连接并与箍相连，用来生成一组单元来容纳燃料组件的燃料元件和支撑元件，至少部分单元是六边形的，与六边形单元相邻的三边形单元用于冷冻剂流动，所述六边形单元的末端具有朝向三边形单元弯曲的混合板变流装置，其中，用于容纳支撑元件的单元的横截面为圆形，用于容纳燃料元件的单元为六边形，三边形单元的两面都是凹的，该混合板变流装置位于第三面的末端，并且弯曲使得与一个单独的六边形单元相邻的三边形单元的所述变流装置围绕所述六边形单元以同一圆周方向倾斜。
2.根据权利要求1所述的混合栅格，进一步包含另一组用于间隔开燃料元件的单元，这些单元互相连接并与箍相连，所述单元被布置成六边形图案，每个单元具有六边形的形状，具有用于燃料元件的三个支撑件，并且所述支撑件互相以120度间隔开，并由单元表面上指向其内部的凸起形成。
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