CN102867547B - 轻水反应堆核燃料组件的下管座及底部装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种轻水反应堆核燃料组件的下管座，包括框体、若干平行间隔排列于所述框体内的第一主筋、若干平行间隔排列于所述框体内的第二主筋以及若干管件安装部，所述框体包括第一对角线以及与所述第一对角线相交的第二对角线，所述若干第一主筋和/或所述若干第二主筋与所述第一对角线和/或所述第二对角线相平行，且所述若干第二主筋与所述若干第一主筋相交，而在所述框体内分隔出若干上下通透的流水孔；所述若干管件安装部分别设置于所述若干第二主筋与所述若干第一主筋相交处。本发明还提供了带有该下管座的底部装置。由于下管座的第一主筋和/或第二主筋分别与框体的第一对角线和/或第二对角线相平行，使得下管座的性能得到了有效提升。

Description

轻水反应堆核燃料组件的下管座及底部装置

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下管座及底部装置。

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、金属切削物等尺寸较大的异物，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，该下管座仍然存在一些不足。

发明内容

本发明旨在提供一种改进的轻水反应堆核燃料组件的下管座以及带有该下管座的底部装置。

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下管座，包括框体、若干平行间隔排列于所述框体内的第一主筋、若干平行间隔排列于所述框体内的第二主筋以及若干管件安装部，所述框体包括第一对角线以及与所述第一对角线相交的第二对角线，所述若干第一主筋和/或所述若干第二主筋与所述第一对角线和/或所述第二对角线相平行，且所述若干第二主筋与所述若干第一主筋相交，而在所述框体内分隔出若干上下通透的流水孔；所述若干管件安装部分别设置于所述若干第二主筋与所述若干第一主筋相交处。

优选地，所述若干第一主筋和所述若干第二主筋呈等间距排列，所述若干第一主筋的间距与所述若干第二主筋的间距相当；所述若干第一主筋与所述若干第二主筋的高度与所述框体的高度相当。

优选地，所述下管座包括分别设置于所述框体的若干角落上的若干支腿；所述若干支腿包括位于所述第一对角线上的两个第一支腿，所述若干第一主筋包括位于所述第一对角线上的第一主筋，该位于所述第一对角线上的第一主筋的两端分别与所述两个第一支腿相连。

优选地，所述若干第一主筋中的其余第一主筋的两端均与所述框体相连。

优选地，所述若干支腿包括位于所述第二对角线上的两个第二支腿，所述若干第二主筋包括位于所述第二对角线上的第二主筋，该位于所述第二对角线上的第二主筋的两端分别与所述两个第二支腿相连。

优选地，所述若干第二主筋中的其余第二主筋的两端均与所述框体相连。

提供一种轻水反应堆核燃料组件的底部装置，包括防异物板以及上述任一项中的下管座，所述防异物板设置于所述下管座的上表面，所述防异物板包括若干管孔单元以及多数个过滤孔单元，所述过滤孔单元的等效孔径小于所述流水孔的等效孔径。

优选地，所述防异物板包括第三对角线以及与第三对角线相交的第四对角线，所述第三对角线以及所述第四对角线分别与所述下管座的第一对角线和第二对角线相平行；所述多数个过滤孔单元呈矩阵排列，且其行和列分别与所述第三对角线以及所述第四对角线相平行。

优选地，所述防异物板包括方形边缘部、若干第一加强筋以及若干第二加强筋，所述若干第一加强筋以及所述若干第二加强筋平行间隔地排布于所述方形边缘部内，且分别与第三对角线和所述第四对角线相平行。

优选地，每一第一加强筋均连接有部分管孔单元，且均有所述下管座的一个第一主筋与之对应；每一第二加强筋亦均连接有部分管孔单元，且均有所述下管座的一个第二主筋与之对应。

与相关技术相比，本发明由于下管座的第一主筋和/或第二主筋分别与框体的第一对角线和/或第二对角线相平行，使得下管座的性能得到了有效提升。

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1所示轻水反应堆核燃料组件的防异物板的结构示意图。

图5是图4所示防异物板的局部放大图。

图6是图1所示底部装置的局部剖面示意图。

图7是本发明另一些实施例中的防异物板的结构示意图。

图8是本发明再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111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在一些实施例可包括框体110、若干支腿111、若干第一主筋112以及若干第二主筋113。框体110在一些实施例中可呈正方形，其包括第一对角线X1以及与第一对角线X1垂直相交的第二对角线X2。支腿111在一些实施例中可为四个，并分别设置于该框体110的四个角落上，并与框体110所在的平面垂直。该若干第一主筋112以及该若干第二主筋113均平行间隔地设置于该方形框体110内，且高度与框体110的高度相当。该若干第一主筋112与第一对角线X1相平行，该若干第二主筋113与第二对角线X2相平行，从而在框体110内分隔出若干上下通透的流水孔114，供冷却水由下管座11的下方流至上方。可以理解地，在一些实施例中，也可以是该若干第一主筋112与第一对角线X1相平行，而该若干第二主筋113与第二对角线X2不平行；或该若干第二主筋113与第二对角线X2相平行，该若干第一主筋112与第一对角线X1不平行。再可以理解地，框体110并不局限于呈正方形，其也可以呈长方形、正五边形或正六边形等其他形状，相应地，支腿111的数量也不局限于四个。

在一些实施例中，该若干第一主筋112以及该若干第二主筋113均等间隔地设置于该方形框体110内，且该若干第一主筋112的间距与该若干第二主筋113的间距相当，以使得框体110内分隔出的流水孔114的大小分布比较均匀。在一些实施例中，流水孔114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。

在一些实施例中，框体110的边长可为21.4cm，所有流水孔114的横截面积在2.5cm²~3cm²之间，如此，流水孔114可以拦截过滤尺寸较大（例如，体积超过5cm³）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消除相关技术中的较宽肋板提供了条件。

实验表明，当冷却水在标准流速下流过上述横截面积在2.5cm²~3cm²之间的流水孔114后，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。另外，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114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，部分第一主筋112与部分第二主筋113的交叉点上设置有若干个管件安装部。在一些实施例中，管件安装部有二十五个，其包括位于中部的一个仪表管安装部115以及位于周围的二十四个导向管安装部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115中的仪表管孔的孔径大于导向管孔116的孔径。

在一些实施例中，在上述若干第一主筋112中，位于第一对角线X1上的第一主筋的两端分别与位于第一对角线X1上的两个支腿相连，其余第一主筋的两端均与框体110相连；在上述若干第二主筋113中，位于第二对角线X2上的第二主筋的两端分别与位于第二对角线X2上的两个支腿相连，其余第二主筋的两端均与框体110相连；在一些实施例中，下管座11中的流水孔114的边角被弧形过渡处理，使得部分流水孔114呈腰果形，部分流水孔114呈柠檬形，以进一步降低第一主筋112与第二主筋113连接处，以及第一主筋112和第二主筋113与框体110连接处的应力集中效应，并改善冷却水的流场。

在一些实施例中，由于位于第一对角线X1上的两个支腿被位于第一对角线X1上的第一主筋相连，位于第一对角线X1上的两个支腿与框体110的连接更加稳固，位于第一对角线X1上的两个支腿的抗折能力得到了有效提升。再者，由于其余第一主筋的两端均与框体110相连，其余第一主筋与框体110的相应边框构成三角连接关系，使得整个框体110的抗扭能力得到了显著提升。同理，由于位于第二对角线X2上的两个支腿被位于第二对角线X2上的第二主筋相连，位于第二对角线X2上的两个支腿与框体110的连接更加稳固，位于第二对角线X2上的两个支腿的抗折能力得到了有效提升。其余第二主筋与框体110的相应边框构成三角连接关系，使得整个框体110的抗扭能力进一步得到了显著提升。如此，可以降低整个下管座11的应力集中效应，提升下管座11的强度，从而能够提高下管座11的承重能力。

另外，与相关技术中的主筋与边框相平行布置的下管座（未图示）相比，由于相关技术中的下管座的主筋均直接与下管座的四个边框连接，燃料棒等部件通过导向管和/或仪表管作用在下管座上的管件安装部上，该作用力不是直接传递给四个支腿，而是先传递给四个边框，然后传递给四个支腿。这样，四个边框会因为受力，在边框与四个支腿连接处发生变形，造成应力集中，容易影响到下管座的完整性。反观本发明一些实施例中的下管座11，由于位于第一对角线X1上的两个支腿被位于第一对角线X1上的第一主筋相连，以及位于第二对角线X2上的两个支腿被位于第二对角线X2上的第二主筋相连，燃料棒50等部件对下管座11的主筋施加的作用力中的相当一部分直接传递给支腿111，框体110与支腿111连接处的应力集中效应能够得到显著减少。

在一些实施例中，每一支腿111中均开设有一个通孔1110，该通孔1110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111分别位于下管座11的四角落上，冷却水流过每一支腿111的通孔1110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1110的横截面积可以大于流水孔114的横截面积。

如图4及图5所示，防异物板12在一些实施例中亦可呈正方形，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114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中的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与其周围的六个过滤孔单元123之间的实体部分的宽度W基本相等（如图5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5所示，防异物板12上的每一过滤孔单元排中的任意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任意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6所示，在一些实施例中，下管座11的流水孔114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的第一主筋112和第二主筋113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的第一主筋112和第二主筋113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7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。

图8示出了本发明再一些实施例中的防异物板12c，该防异物板12b可以用来替换上述防异物板12b，其包括方形边缘部121c、若干管孔单元122c、多数个过滤孔单元123c、若干第一加强筋124c以及若干第二加强筋125c。方形边缘部121c包括第一对角线Y1以及与第一对角线Y1相交的第二对角线Y2，该第一对角线Y1和该第二对角线Y2分别与下管座11的第一对角线X1和第二对角线X2相平行。该若干管孔单元122c按照上述防异物板12中的若干管孔单元122同样的规则进行排布。该多数个过滤孔单元123c呈矩阵排列，且其行和列分别与第一对角线Y1以及第二对角线Y2相平行，每一过滤孔单元123c可呈方形。该若干第一加强筋124c以及该若干第二加强筋125c平行间隔地排布于方形边缘部121c内，且分别与第一对角线Y1和第二对角线Y2相平行。每一第一加强筋124c均连接若干管孔单元122c，且均有下管座11的一个第一主筋112与之对应；每一第二加强筋125c亦均连接若干管孔单元122c，且均有下管座11的一个第二主筋113与之对应；如此，可以提高整个防异物板12c的强度。

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 (10)

1.一种轻水反应堆核燃料组件的下管座，包括框体、若干平行间隔排列于所述框体内的第一主筋、若干平行间隔排列于所述框体内的第二主筋以及若干管件安装部，所述框体包括第一对角线以及与所述第一对角线相交的第二对角线，其特征在于，所述若干第一主筋或所述若干第二主筋与所述第一对角线或所述第二对角线相平行，且所述若干第二主筋与所述若干第一主筋相交，而在所述框体内分隔出若干上下通透的流水孔；所述若干管件安装部分别设置于所述若干第二主筋与所述若干第一主筋相交处。

2.根据权利要求1所述的下管座，其特征在于，所述若干第一主筋和所述若干第二主筋呈等间距排列，所述若干第一主筋的间距与所述若干第二主筋的间距相当；所述若干第一主筋与所述若干第二主筋的高度与所述框体的高度相当。

3.根据权利要求1所述的下管座，其特征在于，所述下管座包括分别设置于所述框体的若干角落上的若干支腿；所述若干支腿包括位于所述第一对角线上的两个第一支腿，所述若干第一主筋包括位于所述第一对角线上的第一主筋，该位于所述第一对角线上的第一主筋的两端分别与所述两个第一支腿相连。

4.根据权利要求3所述的下管座，其特征在于，所述若干第一主筋中，除位于第一对角线上的第一主筋外，其余第一主筋的两端均与所述框体相连。

5.根据权利要求3或4所述的下管座，其特征在于，所述若干支腿包括位于所述第二对角线上的两个第二支腿，所述若干第二主筋包括位于所述第二对角线上的第二主筋，该位于所述第二对角线上的第二主筋的两端分别与所述两个第二支腿相连。

6.根据权利要求5所述的下管座，其特征在于，所述若干第二主筋中，除位于第二对角线上的第二主筋外，其余第二主筋的两端均与所述框体相连。

7.一种轻水反应堆核燃料组件的底部装置，包括防异物板，其特征在于，还包括权利要求1-6任一项所述的下管座，所述防异物板设置于所述下管座的上表面，所述防异物板包括若干管孔单元以及多数个过滤孔单元，所述过滤孔单元的等效孔径小于所述流水孔的等效孔径。

8.根据权利要求7所述的底部装置，其特征在于，所述防异物板包括第三对角线以及与第三对角线相交的第四对角线，所述第三对角线以及所述第四对角线分别与所述下管座的第一对角线和第二对角线相平行；所述多数个过滤孔单元呈矩阵排列，且其行和列分别与所述第三对角线以及所述第四对角线相平行。

9.根据权利要求8所述的底部装置，其特征在于，所述防异物板包括方形边缘部、若干第一加强筋以及若干第二加强筋，所述若干第一加强筋以及所述若干第二加强筋平行间隔地排布于所述方形边缘部内，且分别与第三对角线和所述第四对角线相平行。

10.根据权利要求9所述的底部装置，其特征在于，每一第一加强筋均连接有部分管孔单元，且均有所述下管座的一个第一主筋与之对应；每一第二加强筋亦均连接有部分管孔单元，且均有所述下管座的一个第二主筋与之对应。