CN103413576B - 燃料组件上管座 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃料组件上管座，主要由连接板、固定在连接板边缘的围板和固定在围板上的框板构成，连接板上开设有用于安装燃料组件导向管的连接孔A和用于安装仪表管的连接孔B，在所述连接板上均匀开设有多个整体上呈长条形的流水孔，流水孔包括流水孔A和流水孔B，流水孔A和流水孔B的轴线之间存在大于0°的夹角。本发明的优点和有益效果在于，本发明通过改变流水孔的形状和布置方式，使流水孔能够均匀布置，同时增大了流通面积比例，解决了上管座经济性不好和对燃料组件出口的流场分布不利的技术问题。

Description

燃料组件上管座

技术领域

本发明涉及核工业领域，具体涉及一种燃料组件上管座。

背景技术

核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，其结构示意图如图1所示。其中，上管座1作为关键部件，起到横向定位燃料组件、承受和传递压紧力、为冷却剂提供出口空腔、为燃料组件吊装提供接口、防止燃料棒弹出等作用。

现有的燃料组件上管座主要由连接板、围板和框板组成。在图2中，示出了现有上管座的连接板。连接板大体上为方形，在连接板上开设有圆形的仪表管连接孔和导向管连接孔以及若干长条形流水孔。现有的上管座存在以下问题：

1．流水孔的布置方式不佳，使流水孔的数量较少，直接导致连接板上流通面积的比例较低，连接板上下两侧的压降较大，这种情况下，需要消耗更多的主泵扬程才能使冷却水的流动性达到要求，经济性欠佳；

2．流水孔为非对称排列，对燃料组件出口的流场分布有不利影响，冷却水在通过上管座后再分布时，容易产生横向流，增加控制棒和可燃毒物棒振动磨蚀而导致失效的风险。

发明内容

本发明的目的即在于克服现有上管座经济性不好，对燃料组件出口的流场分布不利的缺陷，提供一种燃料组件上管座。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

燃料组件上管座，主要由连接板、固定在连接板边缘的围板和固定在围板上的框板构成，连接板上开设有用于安装燃料组件导向管的连接孔A和用于安装仪表管的连接孔B，在所述连接板上均匀开设有多个长条形的流水孔，流水孔包括流水孔A和流水孔B，流水孔A和流水孔B的轴线之间存在大于0°的夹角；在所述连接板上，轴向相邻的两个流水孔A和两个流水孔B之间形成连接部；在所述连接板上，径向相邻的两个流水孔A和两个流水孔B之间形成合围部；所述连接板上还开设有中心流水孔，连接孔A、连接孔B和中心流水孔分别设置于合围部上。

要克服现有技术的缺陷，其主要应解决的技术问题在于如何更加均匀的布置总面积更大的流水孔。发明人将流水孔分为不平行的流水孔A和流水孔B，并将流水孔A和流水孔B在整体上以交叉的方式进行布置。相对于现有技术中平行布置的方式，交叉布置的方式能够在兼顾连接孔A、连接孔B和中心流水孔的布置的同时，尽量多的布置流水孔，提高连接板上流通面积的比例，从而达到减小连接板上下两侧压降的目的。连接部起到维持连接板整体性的作用，在保证连接板结构强度的基础上，可以尽量减小连接部的面积，从而使连接板上流通面积的比例达到最大。另外，受限于连接孔A、连接孔B和中心流水孔的设置，现有技术中平行布置的方式在实施时，只能通过设置不同大小的流水孔来填满连接板上的剩余空间，并且流水孔的设置无法做到对称，这导致通过连接板各处的出水量并不均匀，极大的影响了燃料组件出口的流场分布。而采用交叉的方式进行布置，使围绕连接孔A和连接孔B的流水孔能够加工成大小一致，并且连接孔A和连接孔B均匀布置。在本发明中，连接板各处的出水量相同，不会影响燃料组件出口的流场分布，避免了产生横向流的问题。

作为本发明的第一种优化方案，所述流水孔为矩形。在保证连接板结构强度的基础上，矩形流水孔能够使连接孔A和连接孔B与流水孔的直线距离最近，从而提高了接板上流通面积的比例。

作为本发明的第二种优化方案，所述流水孔的侧面内凹形成圆弧面A，圆弧面A的弧度与相邻的连接孔A、连接孔B或中心流水孔的弧度相匹配。设置圆弧面A，能够使流水孔与连接孔A、连接孔B或中心流水孔之间的材料分布更加平均，没有薄弱部位，在兼顾流通面积比例的同时，也可以减小对连接板结构强度的影响。可以看到的是，在保证连接板结构强度的基础上，圆弧面A与连接孔A、连接孔B或中心流水孔之间的距离可以尽量小。

作为本发明第二种优化方案的进一步优化，所述流水孔的端面外凸形成圆弧面B，使流水孔形成中间窄两端宽且边缘平滑的结构，增加了流通面积比例，同时能够缓解流水孔边缘容易出现应力集中的情况。

作为本发明第二种优化方案的进一步优化，所述流水孔的端面外凸形成两侧为直线的凸角。该优化同样增加了流通面积比例，且该凸角在轴向上的可延伸生长度更长。需要说明的是，凸角的顶部可以为圆弧形，也可以为直夹角或其它形状。凸角顶部的形状主要根据构成连接板的材料的物理性质进行选择，对于抗应力集中性能较好的材料，可以优先选择直夹角，以获得更长的延伸长度。

进一步的，相邻的所述凸角临近的侧面平行。该优化可以使两侧面之间的材料均匀分布，在整体上使连接板上各处材料的分布更加均匀一致，提高连接板的结构强度。可以看到的是，在此情况下，能够进一步扩大流水孔的面积，使连接板的强度接近可以接受的底线，从而得到最大的流通面积比例。

作为本发明的第三种优化方案，在上述方案的基础上，所述连接孔A和所述中心流水孔交错设置，所述连接孔B开设在位于所述连接板中心位置的合围部上。该优化可以使连接板各处流出的冷却水的流量趋于一致，进一步减小了对燃料组件出口的流场分布的影响。

作为本发明的第四种优化方案，在上述方案的基础上，所述连接板上还开设有流水孔C、流水孔D和流水孔E，流水孔C是圆形孔或圆角矩形孔，流水孔C设置于所述连接板的四角并按矩形阵列排布，流水孔D和流水孔E是两端为外凸圆弧的长条孔，流水孔E的长度短于流水孔D的长度，流水孔D和流水孔E设置于连接板的边缘。连接板呈方形，在其边缘处如果还按照交叉的方式布置流水孔，则边缘处的材料分布将不均匀。而且连接板边缘处无法形成完整的合围部，也就无法开设连接孔A和中心流水孔，导致连接板面积的浪费。上述优化可以使连接板边缘处的材料分布均匀，同时也充分利用连接板边缘的面积，使流通面积比例得以扩大。

作为本发明的第五中优化方案，在上述方案的基础上，所述流水孔A和所述流水孔B的轴线垂直。在此结构下，合围部大体上呈正方形，在其上开设圆形的连接孔A、连接孔B或中心流水孔，能够使合围部的面积得到充分利用，在最大程度上减小了对连接板面积的浪费，使流通面积比例最大化。

作为本发明的第五种优化方案的进一步优化，所述连接板为正方形，所述流水孔A的轴线与所述连接板的一条对角线平行，所述流水孔B的轴线与所述连接板的另一条对角线平行。可以看到，通过这种排列方式能够在连接板上布置最多的流水孔，尤其是在靠近连接板四角的位置，能够增加流水孔的布置数量，提高了流通面积比例。

综上所述，本发明的优点和有益效果在于：

1．本发明通过改变流水孔的布置方式，使流水孔能够均匀布置，同时增大了流通面积比例，解决了上管座经济性不好，对燃料组件出口的流场分布不利的技术问题；

2．本发明通过改变流水孔的形状，进一步提高了流通面积比例，同时，保证了连接板的结构强度；

3．通过将连接孔A和中心流水孔交错设置，使连接板各处流出的冷却水的流量趋于一致，进一步减小了对燃料组件出口的流场分布的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施例，下面将对描述本发明实施例中所需要用到的附图作简单的说明。显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域的技术人员来讲，在不付出创造性劳动的情况下，还可以根据下面的附图，得到其它附图。

图1为核燃料组件的结构示意图；

图2为现有的燃料组件上管座中连接板的结构示意图；

图3为本发明的剖面结构示意图；

图4为本发明中连接板的一种开孔方式示意图；

图5为本发明中连接板的另一种开孔方式示意图；

图6为本发明的俯视图；

其中，附图标记对应的零部件名称如下：

1-上管座，2-连接板，3-围板，4-框板，5-连接孔A，6-连接孔B，7-定位销孔，8-压紧螺钉孔，9-防错位孔，10-吊装面，201-流水孔A，202-流水孔B，203-连接部，204-合围部，205-中心流水孔，206-圆弧面A，207-圆弧面B，208-凸角，209-流水孔C，210-流水孔D，211-流水孔E，212-侧面A，213-侧面B,，214-空余部。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明，下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显而易见的，下面所述的实施例仅仅是本发明实施例中的一部分，而不是全部。基于本发明记载的实施例，本领域技术人员在不付出创造性劳动的情况下得到的其它所有实施例，均在本发明保护的范围内。

流水孔的“轴线”是指穿过流水孔两端的中线，语“轴向”是指流水孔轴线的方向，用语“径向”是指垂直于流水孔轴线的方向。流水孔包括大小和形状相同的流水孔A201和流水孔B202，流水孔C209、流水孔D210和流水孔E211的大小和形状在一些情况下与流水孔A201和流水孔B202不同，因此不包括在流水孔所指范围中。

实施例1：

如图3和图4所示，燃料组件上管座，主要由连接板2、固定在连接板2边缘的围板3和固定在围板3上的框板4构成，连接板2上开设有用于安装燃料组件导向管的连接孔A5和用于安装仪表管的连接孔B6，在所述连接板2上均匀开设有多个长条形的流水孔，流水孔包括流水孔A201和流水孔B202，流水孔A201和流水孔B202的轴线之间存在大于0°的夹角；在所述连接板2上，轴向相邻的两个流水孔A201和两个流水孔B202之间形成连接部203；在所述连接板2上，径向相邻的两个流水孔A201和两个流水孔B202之间形成合围部204；所述连接板2上还开设有中心流水孔205，连接孔A5、连接孔B6和中心流水孔205分别设置于合围部204上。

流水孔用于通过冷却水。增加流水孔的面积，可以提高连接板2上的流通面积比例，从而减小连接板2两侧的压降，消耗较少的主泵扬程，提高经济性。将流水孔尽量均匀布置，防止冷却水在通过上管座后再分布时产生横向流，减少控制棒和可燃毒物棒因振动磨蚀而导致失效的风险。为了实现上述目的，采用交叉的方式设置流水孔。可以看到，采用这种方式能够在保证连接板2结构强度的基础上，尽量多的设置流水孔，从而提高流通面积比例，减小压降，提高经济性。而且，这种布置方式能够使流水孔均匀分布，使冷却水在通过上管座后再分布时不会产生横向流，从而降低了控制棒和可燃毒物棒因振动磨蚀而导致失效的风险。

以上只是本发明的一个总的构思，实际操作中，在保证连接板2结构强度的前提下，连接部203可以尽量小，以增加流通面积比例。流水孔A201和流水孔B202之间夹角的变化可以使合围部204的面积和形状改变，在保证连接板2结构强度，保证连接孔A5、连接孔B6和中心流水孔205可顺利开设的基础上，合围部204的面积也可以尽量小，以增加流通面积比例。

实施例2：

本实施例在实施例1的基础上，为了进一步提高流通面积比例，优选流水孔的形状为矩形。本领域技术人员可以理解的是，矩形流水孔能够使连接孔A5和连接孔B6与流水孔的直线距离最近，从而提高了接板2上流通面积的比例。

实施例3：

本实施例在实施例1的基础上，如图4所示，所述流水孔的侧面内凹形成圆弧面A206，圆弧面A206的弧度与相邻的连接孔A5、连接孔B6或中心流水孔205的弧度相匹配。本领域技术人员可以理解的是，设置圆弧面A206，能够使流水孔与连接孔A5、连接孔B6或中心流水孔205之间的材料分布更加平均，没有薄弱部位，在兼顾流通面积比例的同时，也可以减小对连接板2结构强度的影响。在保证连接板2结构强度的基础上，圆弧面A206与连接孔A5、连接孔B6或中心流水孔205之间的距离可以尽量小。

实施例4：

本实施例在实施例3的基础上，如图4所示，所述流水孔的端面外凸形成圆弧面B207。本领域技术人员可以理解的是，上述改进使流水孔形成中间窄两端宽且边缘平滑的结构，增加了流通面积比例，同时能够缓解流水孔边缘容易出现应力集中的情况。通过计算，本实施例的流通面积比例相对于现有上管座上升了6.5%。

实施例5：

本实施例在实施例3的基础上，如图5所示，所述流水孔的端面外凸形成两侧为直线的凸角208。可以看到，本优化同样增加了流通面积比例，且该凸角208在轴向上的可延伸生长度更长。需要说明的是，凸角208的顶部可以为圆弧形，也可以为直夹角或其它形状。凸角208顶部的形状主要根据构成连接板2的材料的物理性质进行选择，对于抗应力集中性能较好的材料，可以优先选择直夹角，以获得更长的延伸长度。

实施例6：

本实施例在实施例5的基础上，如图5所示，相邻的所述凸角208临近的侧面平行。为了更清楚的说明本优化，在图5中，选择两个相邻的流水孔，两流水孔上距离最近的侧面A212和侧面B213平行，侧面A212和侧面B213之间的材料呈长条形，分布均匀，且在整体上使连接板2上各处材料的分布更加均匀一致，提高连接板2的结构强度。可以看到的是，在此情况下，能够进一步扩大流水孔的面积，使连接板的强度接近可以接受的底线，从而得到最大的流通面积比例。

实施例7：

本实施例在上述实施例的基础上，如图4和图5所示，所述连接孔A5和所述中心流水孔205交错设置，所述连接孔B6开设在位于所述连接板2中心位置的合围部204上。交错设置表示中心流水孔205的四周为连接孔A5，同时，连接孔A5的四周为中心流水孔205。本优化可以使连接板2各处流出的冷却水的流量趋于一致，进一步减小了对燃料组件出口的流场分布的影响。

实施例8；

本实施例在上述实施例的基础上，如图4和图5所示，所述连接板2上还开设有流水孔C209、流水孔D210和流水孔E211，流水孔C209是圆形孔或圆角矩形孔，流水孔C209设置于所述连接板2的四角并按矩形阵列排布，流水孔D210和流水孔E211是两端为外凸圆弧的长条孔，流水孔E211的长度短于流水孔D210的长度，流水孔D210和流水孔E211设置于连接板2的边缘。

从图4和图5中可以看出，连接板2呈方形，在其边缘处如果还按照交叉的方式布置流水孔，则边缘处的材料分布将不均匀。而且连接板2边缘处无法形成完整的合围部204，也就无法开设连接孔A5和中心流水孔205，导致连接板2面积的浪费。上述优化可以使连接板2边缘处的材料分布均匀，同时也充分利用连接板2边缘的面积，使流通面积比例得以扩大。

流水孔D210和流水孔E211的布置方式如图4和图5所示。连接板2边缘处的连接孔A5占据较大空间，因此在靠近连接孔A5处设置较短的流水孔E211。在连接板2边缘处的两个连接孔A5之间的位置，用流水孔D210替换流水孔A201和流水孔B202，以取得最大的流通面积比例。

另外，优选为，流水孔D210和流水孔E211的轴线与连接板2的中轴线平行，流水孔D210和流水孔E211的侧边平行。

在靠近连接板2四个角的位置，取消掉流水孔A201和流水孔B202，得到空余部214，采用两个中心流水孔205和一个连接孔A5填充空余部214多出的空间，这种设置不但取得了最大的流通面积比例，也使连接板2边缘处流水孔D210和流水孔E211的布置更加容易。

实施例9：

本实施例在上述实施例的基础上，如图4和图5所示，所述流水孔A201和所述流水孔B202的轴线垂直。在此结构下，合围部204大体上呈正方形，在其上开设圆形的连接孔A5、连接孔B6或中心流水孔205，能够使合围部204的面积得到充分利用，在最大程度上减小了对连接板2面积的浪费，使流通面积比例最大化。

实施例10：

本实施例在实施例9的基础上，如图4和图5所示，所述连接板2为正方形，所述流水孔A201的轴线与所述连接板2的一条对角线平行，所述流水孔B202的轴线与所述连接板2的另一条对角线平行。可以看到，通过这种排列方式能够在连接板2上布置最多的流水孔，尤其是在靠近连接板2四角的位置，能够增加流水孔的布置数量，提高了流通面积比例。

实施例11：

燃料组件上管座，主要由正方形连接板2、固定在连接板2边缘的围板3和固定在围板3上的框板4构成，连接板2上开设有用于安装燃料组件导向管的连接孔A5和用于安装仪表管的连接孔B6，在所述连接板2上均匀开设有多个整体上呈长条形的流水孔，流水孔包括流水孔A201和流水孔B202，流水孔A201和流水孔B202的轴线之间存在大于0°的夹角；在所述连接板2上，轴向相邻的两个流水孔A201和两个流水孔B202之间形成连接部203；在所述连接板2上，径向相邻的两个流水孔A201和两个流水孔B202之间形成合围部204；所述连接板2上还开设有中心流水孔205，连接孔A5、连接孔B6和中心流水孔205分别设置于合围部204上。所述流水孔A201和所述流水孔B202的轴线垂直，所述流水孔A201的轴线与所述连接板2的一条对角线平行，所述流水孔B202的轴线与所述连接板2的另一条对角线平行。所述流水孔的侧面内凹形成圆弧面A206，圆弧面A206的弧度与相邻的连接孔A5、连接孔B6或中心流水孔205的弧度相匹配。所述流水孔的端面外凸形成两侧为直线的凸角208。相邻的所述凸角208临近的侧面平行。所述连接板2上还开设有流水孔C209、流水孔D210和流水孔E211，流水孔C209是圆形孔或圆角矩形孔，流水孔C209设置于所述连接板2的四角并按矩形阵列排布，流水孔D210和流水孔E211是两端为外凸圆弧的长条孔，流水孔E211的长度短于流水孔D210的长度，流水孔D210和流水孔E211设置于连接板2的边缘。

本实施例的流通面积相对于现有上管座上升了7.8%。

实施例12：

本实施例在上述实施例的基础上，如图3和图6所示，在所述框板4的两个对角上设置定位销孔7，使本发明能够与上堆芯板的定位销配合。在框板4上端面的另外两个对角上分别设置有压紧螺钉孔8，其用于安装板弹簧，实现燃料组件轴向压紧。框板4上端面还设置有一个防错位孔9，防错位孔9位于任意一个设置有压紧螺钉孔8的角上，其用于识别组件在堆芯的方位，并与吊装工具相容。上述定位销孔7、压紧螺钉孔8和防错位孔9的数目和设置位置均不限于此，可根据实际情况另行设计，例如：定位销孔7数目和设置位置根据上堆芯板的定位销数目和位置进行设置，只要其位置满足与定位销配合即可。所述框板4的内部设置有吊装面10，方便燃料组件的吊装。

为了使本领域技术人员更加清楚的了解本发明，现对本发明的加工工艺进行描述。

首先，分别加工连接板2、围板3和框板4；

然后，将围板3放置于连接板2的上端面，再将框板4放置于围板3的上端面，并通过工装夹具定位固定；

最后，将连接板2、围板3和框板4焊接成整体。

本领域技术人员能够意识到的是，可进一步有选择的应用上文多个示例性实施例描述的许多变化和构造来形成本发明的其它可能的实施例。考虑到本领域技术人员的能力，本文未详细提供或描述所有可能重复的内容，但以其它方式所包含的所有组合和可能实施例为本申请的一部分。

Claims (7)

1.燃料组件上管座，主要由连接板（2）、固定在连接板（2）边缘的围板（3）和固定在围板（3）上的框板（4）构成，连接板（2）上开设有用于安装燃料组件导向管的连接孔A（5）和用于安装仪表管的连接孔B（6），其特征在于：在所述连接板（2）上均匀开设有多个长条形的流水孔，流水孔包括流水孔A（201）和流水孔B（202），流水孔A（201）和流水孔B（202）的轴线之间存在大于0°的夹角；

在所述连接板（2）上，轴向相邻的两个流水孔A（201）和两个流水孔B（202）之间形成连接部（203）；在所述连接板（2）上，径向相邻的两个流水孔A（201）和两个流水孔B（202）之间形成合围部（204）；

所述连接板（2）上还开设有中心流水孔（205），连接孔A（5）、连接孔B（6）和中心流水孔（205）分别设置于合围部（204）上；

所述流水孔的侧面内凹形成圆弧面A（206），圆弧面A（206）的弧度与相邻的连接孔A（5）、连接孔B（6）或中心流水孔（205）的弧度相匹配；

所述连接孔A（5）和所述中心流水孔（205）交错设置，所述连接孔B（6）开设在位于所述连接板（2）中心位置的合围部（204）上。

2.根据权利要求1所述的燃料组件上管座，其特征在于：所述流水孔的端面外凸形成圆弧面B（207）。

3.根据权利要求1所述的燃料组件上管座，其特征在于：所述流水孔的端面外凸形成两侧为直线的凸角（208）。

4.根据权利要求3所述的燃料组件上管座，其特征在于：相邻的所述凸角（208）临近的侧面平行。

5.根据权利要求1所述的燃料组件上管座，其特征在于：所述连接板（2）上还开设有流水孔C（209）、流水孔D（210）和流水孔E（211），流水孔C（209）是圆形孔或圆角矩形孔，流水孔C（209）设置于所述连接板（2）的四角并按矩形阵列排布，流水孔D（210）和流水孔E（211）是两端为外凸圆弧的长条孔，流水孔E（211）的长度短于流水孔D（210）的长度，流水孔D（210）和流水孔E（211）设置于连接板（2）的边缘。

6.根据权利要求1~5中任意一项所述的燃料组件上管座，其特征在于：所述流水孔A（201）和所述流水孔B（202）的轴线垂直。

7.根据权利要求6所述的燃料组件上管座，其特征在于：所述连接板（2）为正方形，所述流水孔A（201）的轴线与所述连接板（2）的一条对角线平行，所述流水孔B（202）的轴线与所述连接板（2）的另一条对角线平行。