CN102651242B - 轻水反应堆核燃料组件的防异物板及底部装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种轻水反应堆核燃料组件的防异物板，包括边缘部、若干管孔单元以及多数个过滤孔单元，所述若干管孔单元呈独立的阵列排列于所述边缘部内侧，所述多数个过滤孔单元呈平铺排列于所述边缘部与所述若干管孔单元之间。本发明还提供一种轻水反应堆核燃料组件的底部装置，包括上述防异物板。与相关技术相比，由于本发明的防异物板的管孔单元呈独立的阵列排列以及过滤孔单元呈平铺排列，使得防异物板上的过滤孔单元的数量在同等情况下能够达到最大化，从而增加了冷却水的流通面积，减小了冷却水通过防异物板时的阻力，能够降低压降的损失。

Description

轻水反应堆核燃料组件的防异物板及底部装置

技术领域

本发明涉及一种轻水反应堆，特别涉及一种轻水反应堆核燃料组件的防异物板及底部装置。

背景技术

轻水反应堆包括一个由一些棱柱形的燃料组件以垂直位置并排地安置所组成的堆芯。燃料组件包括一个由一些纵向导管和一些格架所组成的并由两个管座装置固定的骨架，一些燃料棒安置在该骨架内。燃料组件的两个管座装置的一个，称为底部装置，坐落在下堆芯板上，下堆芯板在每个燃料组件的位置上钻有一些孔，以允许反应堆的冷却水以垂直方向向上通过堆芯。随着长时间的运行，冷却水中容易混入一些诸如螺钉、螺帽、金属切削物等尖锐的异物，这些异物如若进入到燃料组件中，在高速冷却水的带动下容易对燃料棒造成磨蚀，为此需要在冷却水进入燃料组件之前进行过滤处理。

美国专利第5,283,812号公开一种底部装置，其包括防异物板和具有板筋结构的下管座。该防异物板包括若干纵横交织的较宽肋板、设置于肋板间的大量方形过滤孔单元以及若干设置在肋板上的管孔单元，该防异物板固定在下管座的上表面，用于过滤异物进而保护燃料棒不受异物撞击。然而，由于过滤孔单元间较宽肋板的存在，影响了过滤孔单元的排布数量，减小了防异物板的流通面积，从而导致额外的压降损失。

发明内容

本发明旨在提供一种可以降低压降损失的轻水反应堆核燃料组件的防异物板以及底部装置。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

提供一种轻水反应堆核燃料组件的防异物板，包括边缘部、若干管孔单元以及多数个过滤孔单元，所述若干管孔单元呈独立的阵列排列于所述边缘部内侧，所述多数个过滤孔单元大小均匀且呈平铺排列于所述边缘部与所述若干管孔单元之间。

优选地，所述多数个过滤孔单元呈六边形。

优选地，所述若干管孔单元包括若干等间距阵列排列的管孔单元，所述多数个过滤孔单元包括若干过滤孔单元排以及若干过滤孔单元列，所述若干过滤孔单元排与所述若干等间距阵列排列的管孔单元中的每一排管孔单元相平行，所述若干过滤孔单元列与所述若干等间距阵列排列的管孔单元中的每一列管孔单元相平行。

优选地，所述多数个过滤孔单元的横向间距与纵向间距不等；所述若干等间距排列的管孔单元的间距为所述多数个过滤孔单元的横向间距的M倍，并为所述多数个过滤孔单元的纵向间距的N倍，所述M，N均为整数。

优选地，每一个过滤孔单元排中的两相邻过滤孔单元均不相紧邻，且其间均夹有一个过滤孔单元列，而每一个过滤孔单元列中的两相邻过滤孔单元相紧邻。

优选地，任意两相紧邻的过滤孔单元之间的实体部分的宽度基本相等。

优选地，所述等间距排列的管孔单元的数量为21个；所述若干管孔单元还包括分别位于所述防异物板的四个角落上的4个管孔单元。

优选地，所述过滤孔单元呈方形。

提供一种轻水反应堆核燃料组件的底部装置，包括带有若干大小均匀的流水孔的下管座以及上述任一项中的防异物板，该防异物板设置于所述下管座的顶面，所述过滤孔单元的等效孔径小于所述下管座的流水孔的等效孔径。

优选地，所述下管座包括上下通透的边框、若干平行间隔排列的第一主筋以及若干平行间隔排列的第二主筋，所述第一主筋与所述第二主筋呈交错设置，而在所述边框内分隔出若干上下通透的区间；所述下管座还包括若干副筋，所述若干副筋分别设置于所述若干区间内，形成所述若干流水孔。

与相关技术相比，由于本发明的防异物板的管孔单元呈独立的阵列排列以及过滤孔单元呈平铺排列，使得防异物板上的过滤孔单元的数量在同等情况下能够达到最大化，从而增加了冷却水的流通面积，减小了冷却水通过防异物板时的阻力，能够降低压降的损失。

附图说明

图1是本发明一些实施例中的轻水反应堆核燃料组件的结构示意图。

图2是图1所示下管座的立体结构示意图。

图3是图2所示下管座的俯视图。

图4是图2所示下管座的仰视图。

图5是图1所示防异物板的结构示意图。

图6是图5所示防异物板的局部放大图。

图7是图1所述底部装置的局部剖面示意图。

图8是本发明另一些实施例中的防异物板的结构示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例和说明书附图对本发明做进一步详细说明。

图1示出了本发明一些实施例中的轻水反应堆核燃料组件1，该燃料组件1包括底部装置10、上部装置20、若干导向管30、若干格架40以及若干燃料棒50。导向管30呈纵向设置，且两端分别固定在底部装置10和上部装置20中，底部装置10供冷却水进入到燃料组件1，上部装置20供冷却水从燃料组件1中出来。格架40呈横向设置，并间隔地固定在导向管30的长度方向上。格架40具有若干格栅（图未示），燃料棒50分别穿设于相应的格栅中。燃料组件1在使用时是呈垂直放置的，其底部装置10靠支腿110坐落在核反应堆的下堆芯板（图未示）的上表面。底部装置10中形成有水流通道，相应地，下堆芯板上也形成水流通道，下堆芯板的水流通道正对底部装置10，令反应堆冷却水依序穿过下堆芯板以及底部装置10后，与燃料棒50接触并冷却燃料棒50，如此，形成冷却水与燃料棒50之间的热交换。在一些实施例中，底部装置10包括下管座11以及设置于下管座11上表面的防异物板12。

一同参阅图2及图3，下管座11在一些实施例大致呈方形，其包括方形连接板以及分别设置于该连接板四角落的四个支腿110。该连接板可呈1/8对称，其包括方形框体111，方形框体111内设有若干平行等间隔排列的横向主筋119和纵向主筋112，横向主筋119与方形框体111的两相对边框1112、1114相平行，纵向主筋112与方形框体111的另两相对边框1111、1113相平行。纵向主筋112与横向主筋119交错设置，在边框111内分隔出若干上下通透的区间113。这些区间113内进一步设置有若干副筋114，其中，一些与边框111相邻的较小的区间113内的副筋114呈一字形，并将相应的区间113一分为二；一些完全由横向主筋119和纵向主筋112围成的较大的区间113内的副筋114呈十字形，并将相应的区间113一分为四。区间113被副筋114分隔后形成上下通透且大小均匀的流水孔115，供冷却水由连接板的下方流至上方。方形框体111的边长在一些实施例中可为21.4cm。

在一些实施例中，流水孔115中的最大流水孔与最小流水孔的横截面积之比在1~1.3之间，优选地，所有流水孔115的横截面积在2.5cm??~3 cm??之间，如此，流水孔115可以拦截过滤体型较大（例如体积超过5cm??）的异物（如螺钉、螺帽、金属切削物），防止这些体型较大的异物直接撞击到防异物板12上，降低了防异物板12可能受到的最大冲击力，其一定的程度上为防异物板12消除现有技术中的较宽肋板提供了条件。

在一些实施例中，纵向主筋112及横向119与副筋114交错排列使得流水孔115的形状呈类矩形，类矩形的边长为1.5cm~2cm，形状规则、大小适中。经实验测得，当冷却水在标准流速下流过这种边长为1.5cm~2cm不等的类矩形孔后，测得在端部格架上游的最大轴向流速不会过高，最小轴向流速不会过低，各个位置的轴向流速都比较均匀，且在合理的范围内，流量均匀性良好。再经实验测得，当冷却水在标准流速下流过这种边长为1.5cm~2cm不等的类矩形孔后，测得在端部格架上游最大横向流速不会过高，在合理的范围内，有较好的流动扰动特性。上述这些均匀流场的结构特性，避免了管座下游因局部轴向流速过大，或/和横向流速过大而致使燃料棒发生不同程度振动的危险。再者，由于流水孔115先对冷却水中体积较大的异物进行过滤，防止体积或质量较大的物体对防异物板12造成较大的冲击，防异物板12则能够过滤掉体积较小的异物，这种二次过滤的方式能够有效防止异物进入燃料组件1对燃料棒50造成磨蚀。

在一些实施例中，副筋114还可以起到支撑纵向主筋112及横向119的作用，从而使底部装置10的整个结构更加稳定。在单个燃料组件1中，由导向管30将力传递到下管座11的主筋112、119上，同时主筋112、119可将受到的力均匀的传递到副筋114，使得下管座11中应力分布均匀，具有更高的安全性。在一些情况下，在保证下管座11的结构强度的前提下，可以适当减小副筋114的宽度，使之小于纵向主筋112及横向主筋119的宽度，如此，可以使得流水孔115的面积增大，从而增大过水面积，降低压降。另外，还可适当减少副筋114的高度，使之小于主筋112、119的高度，如此，可使流体在流动过程中与流水孔115孔壁的接触面积减少，从而使沿程阻力减小，可进一步降低压降。

在一些实施例中，每一个纵向主筋112与横向主筋119的交叉点上均设置有一个呈筒状的管件安装部，这些管件安装部中的每相邻两个管件安装部之间的间距均相等（即呈等间距排列），在该实施例中，纵向主筋112与横向主筋119均为5条，交叉点一共21个，相应地，有21个管件安装部；另外，在连接板的四角落上还各设置有1个管件安装部，于此，则总共有25个管件安装部，用以供相应的管件的下端穿设于其中。在一些实施例中，该25个管件安装部包括位于中部的1个仪表管安装部118以及位于周围的24个导向管安装部116，以分别供仪表管（未图示）以及导向管30的下端穿置于其中，图示仪表管安装部118中的仪表管孔的孔径大于导向管孔116的孔径。可以理解地，上述纵向主筋112与横向主筋119的数量并不局限于5条，其可以根据管件安装要求的变化而变化。

一同参阅图4，下管座11的四个支腿110中，位于对角处的两个支腿110上各形成有一个纵向延伸的销钉孔117，用于与堆芯底部销钉（图未示）配合，而将燃料组件1定位。销钉孔117的下孔缘形成有第一次倒角1170和第二次倒角1172，通过二次倒角，使得销钉孔117的倒角区域面积增大，如此，当燃料组件1移至反应堆内时，可以使堆芯底部销钉能够与下管座销钉孔117之间更方便地配合，降低或消除发生错位的几率，从而尽量避免堆芯底部的销钉发生弯曲。

在一些实施例中，每一支腿110中均开设有一个通孔，该通孔也可以供冷却水由下堆芯板进入到燃料组件1中，以提高整个下管座11的流通面积，并且由于这些支腿110分别位于下管座11的四角落上，冷却水流过每一支腿110的通孔时流速相对较小，异物即便经过该通孔也不容易对防异物板12造成危害，因此，这些通孔中可以不设置副肋，相应地，其横截面积可以显著大于流水孔115的最大横截面积。

如图5及图6所示，防异物板12在一些实施例中亦可呈方形，且大小与下管座11的大小相适配，防异物板12的厚度可为3mm左右，其包括方形边缘部121、若干管孔单元以及多数个过滤孔单元123，过滤孔单元123的等效孔径小于下管座11的流水孔115的等效孔径，以过滤较小尺寸的异物。每一管孔单元均包括环状实体部分以及由该环状实体部分界定出的管孔部分，这些管孔单元位于边缘部121的内侧，且呈独立的阵列排列，即管孔单元彼此之间除构成过滤孔单元123的实体部分之外并无其他实体部分相连，也即不具备现有技术中用于设置管孔单元的较宽肋板。

这些管孔单元在一些实施例中为25个，分别与下管座11中的管件安装部对应，在一些实施例中，这些管孔单元包括等间距阵列排列的21个管孔单元以及位于四角落的4个管孔单元，这些管孔单元包括位于中部的仪表管孔单元124以及位于周围的24个导向管孔单元122。仪表管孔单元124包括仪表管孔，以供仪表管贯穿；导向管孔单元122包括导向管孔，以供导向管30贯穿。可以理解地，在一些实施例中，如果燃料组件中不设置仪表管，而设置25根导向管时，则防异物板12也不设置仪表管孔单元124，而采用25个导向管孔单元。在上述等间距阵列排列的21个管孔单元中，每一排管孔单元均与边缘部121的两相对边缘1212、1214相平行，每一列管孔单元均与边缘部121的另两相对边缘1211、1213相平行。

每一过滤孔单元123均包括环状过滤孔实体部分以及由该过滤孔实体部分界定出的过滤孔，这些过滤孔单元123大小相近且呈平铺排列于边缘部121与上述管孔单元之间，即这些过滤孔单元123均匀布满防异物板12上除边缘部121以及管孔单元之外的区域，以使整个防异物板12中实体部分所占的面积最小化。由于过滤孔单元123呈平铺排列，使得过滤孔单元123的数量得到了增加，从而增加了反应堆中冷却水的流通面积，减小了冷却水通过防异物板12时的阻力。另外，过滤孔单元123的均匀分布可进一步提高冷却水的流量均匀性以及流动扰动特性，从而进一步降低了燃料棒的振动。

在一些实施例中，过滤孔单元123呈六边形，任意两相紧邻的过滤孔单元123之间的实体部分的宽度基本相等，即每一位于中间的过滤孔单元123与其周边的六个相紧邻的过滤孔单元123之间的实体部分的宽度W基本相等（如图6所示），从而使得防异物板12中实体部分所占的面积进一步减小，另外，过滤孔单元123在过水断面上的湿周比较小，这使得水流阻力及水头损失也比较小；同时，六边形的穿孔设计使得过滤孔单元123的外切角增大，从而使冷却水经过过滤孔单元123时减小了由于流体粘性引起的滞留区，增大了有效流通面积，流动截面形状也与流线更加吻合（趋近于圆），有利于进一步减小阻力，从而减小压力损失。另外，六边形过滤孔单元123的结构密合度高，其致密的结构可使各方受力大小均匀，且容易受力分散，具备较好的轴向、横向抗冲击性能及抗拉伸性能。

在一些实施例中，过滤孔单元123包括若干过滤孔单元排以及若干过滤孔单元列，其中，每一个过滤孔单元排均与上述21个等间距阵列排列的管孔单元的每一排相平行，每一个过滤孔单元列均与上述21个等间距阵列排列的管孔单元的每一列相平行；每一个过滤孔单元排中的两相邻过滤孔单元均不相紧邻，且其间均夹有一个过滤孔单元列，而每一个过滤孔单元列中的两相邻过滤孔单元相紧邻。

如图6所示，防异物板12上的每一过滤孔单元排中的两个相邻过滤孔单元123的间距（即过滤孔单元123的横向间距）a均大于每一过滤孔单元列中的两个相邻过滤孔单元123之间的间距（即过滤孔单元123的纵向间距）b。并且在上述21个等间距排列的管孔单元中，每一排管孔单元中的每两个相邻管孔单元的孔心之间的间距（管孔单元的间距）A为过滤孔单元123的横向间距a的M倍，并为过滤孔单元123的纵向间距B的N倍，M，N均为整数。如此，使得在防异物板12上布满过滤孔单元123后，相应的管孔单元（即上述21个等间距阵列排列的管孔单元）的形状比较规则，例如，近似规则的圆环状，对称性佳，从而具有较好的力学性能；同时，这种排列方法使防异物板12的实体部分占用的面积进一步减小，从而减小了冷却水的压降损失。

如图7所示，在一些实施例中，下管座11的流水孔115和防异物板12的过滤孔的冷却水流入端和/或流出端形成有倒角以降低冷却水的流动分离强度，从而降低冷却水压力损失。例如，下管座11的主筋112、119和副筋114的上侧缘及下侧缘均经过倒角处理。可以理解地，也可以在下管座11的主筋112、119和副筋114的上侧缘及下侧缘均进行圆角处理，可以达到类似的效果。

图8示出了本发明另一些实施例中的防异物板12b，该防异物板12b可以用来替换上述的防异物板12，其与防异物板12的主要区别在于，防异物板12b的过滤孔单元123b呈方形以及管孔单元122b呈方形环状。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种轻水反应堆核燃料组件的防异物板，包括边缘部、若干管孔单元以及多数个过滤孔单元，其特征在于，所述若干管孔单元呈独立的阵列排列于所述边缘部内侧，所述多数个过滤孔单元大小均匀且呈平铺排列于所述边缘部与所述若干管孔单元之间，所述多数个过滤孔单元呈六边形；所述若干管孔单元包括若干等间距阵列排列的管孔单元，所述多数个过滤孔单元包括若干过滤孔单元排以及若干过滤孔单元列，所述若干过滤孔单元排与所述若干等间距阵列排列的管孔单元中的每一排管孔单元相平行，所述若干过滤孔单元列与所述若干等间距阵列排列的管孔单元中的每一列管孔单元相平行；每一所述若干过滤孔单元排中的两相邻所述过滤孔单元的间距a大于每一所述若干过滤孔单元列中的两相邻所述过滤孔单元的间距b。

2.根据权利要求1所述的防异物板，其特征在于，所述多数个过滤孔单元的横向间距与纵向间距不等；所述若干等间距排列的管孔单元的间距为所述多数个过滤孔单元的横向间距的M倍，并为所述多数个过滤孔单元的纵向间距的N倍，所述M，N均为整数。

3.根据权利要求2所述的防异物板，其特征在于，每一个过滤孔单元排中的两相邻过滤孔单元均不相紧邻，且其间均夹有一个过滤孔单元列，而每一个过滤孔单元列中的两相邻过滤孔单元相紧邻。

4.根据权利要求2-3任一项所述的防异物板，其特征在于，任意两相紧邻的过滤孔单元之间的实体部分的宽度基本相等。

5.根据权利要求1所述的防异物板，其特征在于，所述等间距排列的管孔单元的数量为21个；所述若干管孔单元还包括4个分别位于所述防异物板的四个角落上的管孔单元。

6.根据权利要求1所述的防异物板，其特征在于，所述过滤孔单元呈方形。

7.一种轻水反应堆核燃料组件的底部装置，其特征在于，包括带有若干大小均匀的流水孔的下管座以及权利要求1-6任一项所述的防异物板，该防异物板设置于所述下管座的顶面，所述过滤孔单元的等效孔径小于所述下管座的流水孔的等效孔径；所述防异物板的大小与所述下管座的大小相适配；所述下管座包括上下通透的边框、若干平行间隔排列的第一主筋以及若干平行间隔排列的第二主筋，所述第一主筋与所述第二主筋呈交错设置，而在所述边框内分隔出若干上下通透的区间；所述下管座还包括若干副筋，所述若干副筋呈“十”字型或/和“一”字型并分别设置于所述若干区间内，形成所述若干大小均匀的流水孔。