CN103021478B - 基于核燃料组件中具有流动交混协调作用的结构格架 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于核燃料组件中具有流动交混协调作用的结构格架，包括由若干条条带相互垂直交织构成的格架，所述条带相交处的顶部的两侧均设置有一对搅混翼，每条条带内凹形成半扣形的刚凸结构一。采用半扣形的刚凸结构，实现了夹持系统与搅混系统的协调性，增强了结构格架的交混性能，从而提高了燃料组件的临界热流密度；斜通道式的成对半扣形的刚凸结构，有效地对结构格架内部的流动进行整流，一定程度上减小了压力损失。

Description

基于核燃料组件中具有流动交混协调作用的结构格架
技术领域
本发明涉及基于核燃料组件中具有流动交混协调作用的结构格架，属于对压水堆核电站燃料组件结构格架的设计。
背景技术
现有压水堆核电站常用的燃料组件由若干燃料棒、导向管、定位格架及上下管座等组成。定位格架作为骨架的重要组成部分，其主要功能一是夹持燃料棒使其定位，二是搅混流体以提高燃料组件的临界热流密度。典型的结构格架设计在夹持系统的基础上增加搅混系统，从而实现定位格架上述两个功能的叠加。
通过专题和专利文件检索，与本发明较相近的是法马通的AFA系列结构格架。AFA系列格架也具有夹持系统和搅混系统，由三弯弹簧和桥形刚凸组成的夹持系统实现对燃料棒的夹持定位，由国际上普遍采用的撕裂式搅混翼形成的搅混系统实现对流体的交混作用。然而，该设计并未考虑夹持系统与搅混系统的协调性问题，夹持系统（三弯弹簧和桥形刚凸）对流场的干扰导致流动紊乱，尤其是上刚凸对下游搅混系统的交混作用形成严重干涉，导致结构格架的交混性能减弱。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供基于核燃料组件中具有流动交混协调作用的结构格架，该结构格架采用半扣形的刚凸结构，形成条带两侧横向流动的通道，对即将受下游搅混翼作用的流动进行整流，从而使得搅混翼能更有效的引导流动方向，放大搅混系统的交混作用，实现夹持系统与搅混系统对流动交混的协调性。
本发明的目的通过下述技术方案实现：基于核燃料组件中具有流动交混协调作用的结构格架，包括由若干条条带相互垂直交织构成的格架，所述条带相交处的顶部的两侧均设置有一对搅混翼，每条条带内凹形成半扣形的刚凸结构一。采用半扣形的刚凸结构，刚凸结构一和刚凸结构二以条带上的点形成对称结构，形成条带两侧横向流动的通道，从而使得搅混翼能更有效的引导流动方向，放大搅混系统的交混作用。
进一步地，所述刚凸结构一的开口端朝向对应的搅混翼的折弯方向。刚凸结构一为半扣形，冷却剂由于自身的流速在内条带构成的区域内流动，通过半扣形的刚凸结构一的开口端流出，而开口端设置为朝向对应的搅混翼的折弯方向，则开口端可引导冷却剂流向对应的搅混翼的折弯方向，在若干个刚凸结构作用下，形成条带两侧横向流动的通道，对冷却剂的流动进行整流，从而使得搅混翼能更有效的引导流动方向，放大搅混系统的交混作用，实现夹持系统与搅混系统对流动交混的协调性。
进一步地，所述设置有刚凸结构一的条带上内凹形成刚凸结构二，刚凸结构二呈半扣形，且刚凸结构二的开口方向和内凹方向分别与刚凸结构一的开口方向和内凹方向相反。
进一步地，所述刚凸结构一和刚凸结构二均设置在条带中相邻的平行条带之间。
进一步地，所述刚凸结构一远离开口端的一端设置有弹簧孔，所述弹簧孔与刚凸结构一的底端连接，且弹簧孔贯穿该对应的条带。开口向上的半扣形刚凸结构一，若受限于条带高度而与弹簧装配产生干涉，可在刚凸结构一的弧面根部开孔。
进一步地，所述每对搅混翼以对应条带的交叉点为中心对称设置。
综上所述，本发明的有益效果是：
（1）采用半扣形的刚凸结构，实现了夹持系统与搅混系统的协调性，增强了结构格架的交混性能，从而提高了燃料组件的临界热流密度；
（2）斜通道式的成对半扣形的刚凸结构，有效地对结构格架内部的流动进行整流，一定程度上减小了压力损失。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是半扣形刚凸与搅混翼的配合示意图；
图3是本发明的整体示意图。
附图中标记及相应的零部件名称：1—刚凸结构二；2—刚凸结构一；3—条带；4—弹簧孔；5—搅混翼。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不仅限于此。
实施例：
如图1、图2、图3所示，基于核燃料组件中具有流动交混协调作用的结构格架，包括由若干条条带3相互垂直交织构成的格架，所述条带3相交处的顶部的两侧均设置有一对搅混翼5，每条条带3内凹形成半扣形的刚凸结构一2，且刚凸结构一2的开口端朝向对应的搅混翼5的折弯方向。根据格架条带3顶部搅混翼5的弯折方向，在条带3上刚凸位置冲压半扣形结构，半扣形向上开口朝向搅混翼弯折方向，在条带3的交叉位置上形成交叉朝向的搅混翼。
所述设置有刚凸结构一2的条带上内凹形成刚凸结构二1，刚凸结构二1呈半扣形，且刚凸结构二1的开口方向和内凹方向分别与刚凸结构一2的开口方向和内凹方向相反。刚凸结构一2和刚凸结构二1均采用冲压的方式形成，整个冲压过程由模具保证各结构特征，实现一次性到位，避免条带多次受力，导致内部结构发生变化。在条带3上有单独设置的刚凸结构一2，将其底部弧形面开设弹簧孔4。
所述刚凸结构一2和刚凸结构二1均设置在条带3中相邻的平行条带3之间。在条带3构成的每一个单元格架中，若干个单元格架组成结构格架，刚凸结构一2和刚凸结构二1均设置在单元格架内部的条带3上。
所述刚凸结构一2远离开口端的一端设置有弹簧孔4，所述弹簧孔4与刚凸结构一2的底端连接，且弹簧孔4贯穿该对应的条带3。为了避免刚凸结构一2与其对应的弹簧在装配时发生干涉现象，需要在刚凸结构一2的根部设置弹簧孔4，弹簧为单弹簧，卡在刚凸中，根据设计的参数，选择不同强度等类型的弹簧。
所述每对搅混翼5以对应条带3的交叉点为中心对称设置。搅混翼5搅混流体的作用，提高格架及燃料组件的临界热流密度。
本发明的这种结构格架适用于各种规格，如12×12规模格架，15×15规模格架，17×17规模格架等，采用这种结构的格架后可以提升用于评价格架交混性能的涡漩因子（FSM），使得涡漩交混率（SM）提高，提升横向流交混因子（FCM）。漩涡与横向流的强度与作用距离均大于现有的结构格架。同时提升了用于评价交混效果的交混均匀度，并且提升了温度分布均匀性，格架的质量交混性能与热交混性能均有一定程度的提升。下面以17×17规模格架为例，进行计算，其提升效果如下：
在17×17规模格架中，采用上述实施例设置的定位格架与法马通AFA3G定位格架相比，用于评价格架交混性能的涡漩因子（FSM）提升了17.7%，涡漩交混率（SM）提升了29%，横向流交混因子（FCM）提升了20.82%。漩涡与横向流的强度与作用距离均大于AFA3G定位格架。用于评价交混效果的交混均匀度提升了3.5%，温度分布均匀性提升了29.2%，格架的质量交混性能与热交混性能均有一定程度的提升。
在17×17规模格架中有400余个搅混翼5，其中约一半搅混翼5上游冷却剂受刚凸形状的影响。采用实施例中所述刚凸结构一2开口端朝向对应的搅混翼5的折弯方向的方式布置，可有效减弱上游刚凸形状对搅混翼5的不利影响，引导更多的冷却剂流向搅混翼5。与法马通的AFA系列结构格架相比，实施例中采用所述刚凸结构一2与搅混翼5相匹配的布置，可较大程度提升定位格架的交混性能，从而达到强化结构格架交混作用的目的。
结构格架采用半扣形的刚凸结构，不影响原有的夹持系统的定位功能，同时对生产工艺也无附加的苛刻要求，但强化了结构格架的交混作用，减小了压力损失，从而有利于提高结构格架甚至燃料组件的热工水力性能。
采取上述方式，就能较好地实现本发明。

Claims (5)

1.基于核燃料组件中具有流动交混协调作用的结构格架，包括由若干条条带（3）相互垂直交织构成的格架，所述条带（3）相交处的顶部的两侧均设置有一对搅混翼（5），其特征在于：每条条带（3）内凹形成半扣形的刚凸结构一（2），且所述刚凸结构一（2）的开口端朝向对应的搅混翼（5）的折弯方向。
2.根据权利要求1所述基于核燃料组件中具有流动交混协调作用的结构格架，其特征在于：所述设置有刚凸结构一（2）的条带（3）上内凹形成刚凸结构二（1），刚凸结构二（1）呈半扣形，且刚凸结构二（1）的开口方向和内凹方向分别与刚凸结构一（2）的开口方向和内凹方向相反。
3.根据权利要求2所述基于核燃料组件中具有流动交混协调作用的结构格架，其特征在于：所述刚凸结构一（2）和刚凸结构二（1）均设置在条带（3）中相邻的平行条带（3）之间。
4.根据权利要求1所述基于核燃料组件中具有流动交混协调作用的结构格架，其特征在于：所述刚凸结构一（2）远离开口端的一端设置有弹簧孔（4），所述弹簧孔（4）与刚凸结构一（2）的底端连接，且弹簧孔（4）贯穿该对应的条带（3）。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述基于核燃料组件中具有流动交混协调作用的结构格架，其特征在于：所述每对搅混翼（5）以对应条带（3）的交叉点为中心对称设置。
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