CN103680643A - 搅混格架 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种搅混格架，适用于加速燃料棒与冷却液的热交换，所述搅混格架包括外条带和内条带，所述内条带包括第一内条带和第二内条带，若干所述第一内条带相互平行且等间隔的排列，若干所述第二内条带相互平行且等间隔的排列，所述第一内条带与所述第二内条带相互交叉设置，所述外条带围绕并连接于所述第一内条带及所述第二内条带外围，并与所述第一内条带及所述第二内条带形成若干中空结构的格栅单元，所述格栅单元相对的两内侧壁向内凸伸形成定位凸起，所述定位凸起背向冷却液流向的一侧设有若干稳流凹坑或稳流凸起。与现有技术相比，本发明提供的搅混格架流阻更低，从而冷却液回流速率更高，此外强度更高。

Description

搅混格架

技术领域

本发明涉及一种核燃料组件，尤其涉及一种搅混格架。

背景技术

一定数量的燃料棒按照一定间隔排列（如：15×15或17×17等）并被固定成一束，称为反应堆燃料组件，反应堆燃料组件主要由上下管座、定位格架、搅混格架、导向管和燃料棒组成。燃料棒和导向管分别插接于定位格架和搅混格架中；定位格架用于将燃料棒以一定间隔固定于导向管，搅混格架一方面进一步定位燃料棒，另一方面加速冷却液热交换速率；导向管上下两端分别固定于上、下管座。

现有核反应堆的工作原理为：反应堆燃料组件设置在反应堆堆芯内，燃料棒发生可控的链式反应，产生大量热量，冷却液高速流经反应堆燃料组件吸收燃料棒的热能，从而实现核能的利用。

众所周知，燃料棒的链式反应会产生大量对人体有害的放射性物质。目前，一般将反应堆燃料组件固定在反应堆的压力容器内开始反应后，直至燃料棒能量耗尽后再行取出，更换新的反应堆核燃料组件，从而尽量降低核辐射泄漏事故的发生。反应堆燃料组件从放入反应堆的压力容器到能量耗尽取出，周期一般为3-5年。在该周期内，反应堆燃料组件长时间经受高流速冷却液的冲刷，承受较大冲击负荷，工作条件十分苛刻。反应堆核燃料组件一旦经受不住发生变形、坍塌，冷却液不能及时、快速的冷却燃料棒，造成局部温度过高，极有可能造成核泄漏，后果不堪设想。

中国发明专利号200580040936公开了一种燃料棒保持格栅，格栅侧壁开设有使流体侧向通过的通透孔眼，格栅侧壁向内凸伸形成阻挡。冷却液流过反应堆燃料组件时，于燃料棒保持格栅和燃料棒之间形成水流，阻挡改变水流方向，使得水流流过通透孔眼混入其他水流；格栅侧壁的金属切割和推压形成定位燃料棒的小凸台。

现有技术的燃料棒保持格栅存在以下问题：1.对格栅侧壁进行切割，及于格栅侧壁开设通透孔眼，降低了燃料棒保持格栅的强度；2.冷却液在相邻的格栅之间流通，容易形成流致振动，造成燃料棒的微振磨损，可能引起燃料棒破损；3.于格栅侧壁经金属切割和推压形成的小凸台，于格栅侧壁上形成迎流断面，对流动的水流造成较大的流动阻力，降低冷却液回流速率，造成不必要的能量耗损。因此，需要一种新型的搅混格架，以降低流阻、提高冷却液回流速率，降低核燃料棒破损概率、提高承载强度同时实现搅混功能的搅混格架。

发明内容

本发明的目的是提供一种低流阻、冷却液回流速率较高，同时实现搅混功能，降低核燃料棒磨损概率、承载强度较高的搅混格架。

为了实现上述目的，本发明提供了一种搅混格架，适用于加速燃料棒与冷却液的热交换，，所述搅混格架包括外条带和内条带，所述内条带包括第一内条带和第二内条带，若干所述第一内条带相互平行且等间隔的排列，若干所述第二内条带相互平行且等间隔的排列，所述第一内条带与所述第二内条带相互交叉设置，所述外条带围绕并连接于所述第一内条带及所述第二内条带外围，并与所述第一内条带及所述第二内条带形成若干中空结构的格栅单元，所述格栅单元相对的两内侧壁向内凸伸形成定位凸起，所述定位凸起背向冷却液流向的一侧设有若干稳流凹坑或稳流凸起。

与现有技术相比，本发明提供的搅混格架于格栅单元的内侧壁向格栅单元内凸伸形成定位凸起，定位凸起背向冷却液流向的一侧设置稳流凹坑或稳流凸起，在冷却液流过格栅单元时，于稳流凹坑或稳流凸起附近产生小的漩涡，由于旋窝的吸力，推后了冷却液流过定位凸起时的边界层分离点，降低形状阻力，使得本发明提供的搅混格架与现有技术相比，流阻流阻更低，从而冷却液回流速率更高，此外强度更高。

较佳的，所述格栅单元的内侧壁向外凸伸形成与所述栅格单元相邻的另一所述栅格单元的所述定位凸起。

较佳的，所述定位凸起面向冷却液流向的一侧设有若干稳流凹坑或稳流凸起。

较佳的，所述定位凸起的顶部设有与燃料棒相接的接触面。

较佳的，所述稳流凹坑或所述稳流凸起均匀地设置于所述定位凸起的表面；稳流凹坑或稳流凸起均匀地设置于定位凸起的表面。

较佳的，所述稳流凹坑或所述稳流凸起呈弧形、圆形、四边形、六边形，或圆形、四边形、六边形对应的斜棱柱形。

较佳的，所述格栅单元的内侧壁为封闭的；格栅单元的内侧壁呈封闭，一方面，防止相邻格栅单元内的冷却液流通，减少了燃料棒发生流致振动的可能性；另一方面，封闭的格栅单元进一步提高了搅混格架的强度。

较佳的，所述定位凸起呈半球形、椭圆形或梭形。

较佳的，所述定位凸起的长轴与短轴之比的范围为1-2之间。

较佳的，所述定位凸起的表面呈弧形；定位凸起的弧形表面使得定位凸起的形状阻力较小，同时防止在燃料棒拉棒过程中产生锆削而引起燃料棒破损。

附图说明

图1为本发明反应堆燃料组件示意图。

图2为本发明搅混格架的平面结构示意图。

图3为本发明搅混格架部分连续格栅单元的立体结构示意图。

图4为本发明搅混格架第一实施例的定位凸起的立体结构示意图。

图5为本发明搅混格架第一实施例的定位凸起的剖视图。

图6为本发明搅混格架第二实施例的定位凸起的立体结构示意图。

图7为本发明搅混格架第二实施例的定位凸起的剖视图。

图8为本发明搅混格架第三实施例的定位凸起的立体结构示意图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

如图1所示，本发明提供的反应堆燃料组件，包括上管座100、下管座200、导向管300、定位格架400、搅混格架500及燃料棒600，燃料棒600及导向管300分别插设于定位格架400和搅混格架500中，导向管300的上下两端分别固定连接于上管座100和下管座200。定位格架400用于将燃料棒600以一定间隔固定于导向管300；搅混格架500抵接于燃料棒600以定位多个燃料棒600之间的间距，导向管300仅穿过搅混格架500而与搅混格架500没有连接关系。搅混格架500一方面进一步定位燃料棒600，另一方面加速燃料棒600与冷却液的热交换速率。反应堆燃料组件置于反应堆压力容器内，冷却液流过反应堆燃料组件，吸收燃料棒600链式反应产生的热量。冷却液的流动方向U如图1所示：从反应堆燃料组件的下侧流入，从反应堆燃料组件的上侧流出，从而使得反应堆燃料组件受到的侧向冲击力较小，避免燃料棒600受侧向力发生变形。

如图2-图3所示，本发明提供的搅混格架500包括外条带510和内条带520，内条带520包括第一内条带521和第二内条带522，若干第一内条带521相互平行且等间隔的排列，若干第二内条带522相互平行且等间隔的排列，第一内条带521与第二内条带522相互交叉形成网格状的格栅，格栅包括若干中空结构的格栅单元A，外条带510围于格栅外围并与第一内条带521及第二内条带522连接。如图2所示的本发明提供的搅混格架500的平面结构示意图，部分格栅单元A形成供导向管300穿过的第一格栅单元a，其他格栅单元A形成供燃料棒600穿插并定位燃料棒600的第二格栅单元b。在本实施例中，第一内条带521和第二内条带522的数量均为16个，16个第一内条带521、16个第二内条及外围的外条带510形成17×17的格栅；第一格栅单元a呈中心对称设置，且第一格栅单元a的数量为25个。当然，上述数量为根据反应堆规格参数选用，本领域技术人员亦可以根据实际情况选用其他的数量，无需付出创造性劳动。以下结合图4-图5对本发明搅混格架500作进一步详细的说明，具体如下：

由外条带510和内条带520围成的第二格栅单元b的相对的两内侧壁向第二格栅单元b内凸伸形成表面呈弧形的定位凸起530，定位凸起530的外壁设有若干稳流凹坑532a。具体地，内条带520和外条带510围成四内侧壁封闭、上下两端敞开的17×17个格栅单元A；其中，或内条带520与外条带510一起或者单独由内带条520围成的第二格栅单元b的相对的两内侧壁分别向第二格栅单元b凸伸形成表面呈弧形的定位凸起530。

较佳的，由外条带510和内条带520围成的第二格栅单元b的内侧壁向外凸伸形成相邻的另一第二格栅单元b的定位凸起530，而于当前第二格栅单元b的内侧壁上形成定位凹坑530’。于一第二格栅单元b的内侧壁上，定位凸起530和定位凹坑530’上下依次交叉排列多个，以充分限位燃料棒600。第二格栅单元b的内侧壁分别向内凸伸、向外凸伸形成相邻的两第二格栅单元的定位凸起530。结合图4所示，表壁平整的内条带520或外条带510向第二格栅单元b内凸伸形成定位凸起530。定位凸起530的底面呈圆形，定位凸起530的凸起表面呈弧形，弧形表面的定位凸起530包括与燃料棒600相接的接触面531和连接接触面531与内侧壁的周面532。

在本实施例中，周面532均匀的设置有若干个稳流凹坑532a，即，稳流凹坑532a同时设置于周面532面向冷却液流入方向T一侧的迎流面M1和背向冷却液流入方向T一侧的背流面M2；在不同于本实施例的另一实施例中，稳流凹坑532a仅设置于周面532背向冷却液流入方向T一侧的背流面M2；在不同于前两实施例的再一实施例中，稳流凹坑532a亦可均匀地设置于接触面531和周面532。在冷却液流过第二格栅单元b时，于稳流凹坑532a附近产生小的漩涡，由于旋窝的吸力，推后了冷却液流过定位凸起时的边界层分离点，降低形状阻力，从而提高冷却液回流速率。在如图6-图7所示本发明的第二实施例中，周面532上均匀地开设置有若干个稳流凸起532b，当然，稳流凸起532b亦可仅设置于周面532背向冷却液流入方向T一侧的背流面M2。进一步地，稳流凸起532b亦可均匀地设置于接触面531和周面532。

在图4-图5所示本发明的第一实施例和图6-图7所示本发明的第二实施例中，稳流凹坑532a和稳流凸起532b的形状均呈弧形。当然稳流凹坑532a或稳流凸起532b亦可以呈圆形、四边形、六边形，或圆形、四边形、六边形对应的斜棱柱形。本领域技术人员亦可以根据实际情况设置成其他形状。

在图4-图5所示本发明的第一实施例和图6-图7所示本发明的第二实施例中，定位凸起530均呈圆形。当然，定位凸起530的底面亦可不呈圆形，如图8所述的本发明的第三实施例中，定位凸起530呈椭圆形，其中，椭圆形的长轴L与短轴W的之比为2:1。该比例可在1:1-2:1之间任意设置。该底面呈椭圆形的定位凸起530可横向设置，即，将长轴L设置为垂直于燃料棒600、短轴W设置为平行于燃料棒600；当然，该定位凸起530亦可竖向设置，即，将长轴L设置为平行于燃料棒600、短轴W设置为垂直于燃料棒600。进一步的，在不同于上述实施例的其他实施例中，定位凸起530亦可设置为梭形抑或其他形状。

与现有技术相比，本发明提供的搅混格架500于第二格栅单元b的内侧壁向第二格栅单元b内凸伸形成表面呈弧形的定位凸起530，表面呈弧形的定位凸起530使得定位凸起530的形状阻力较小，同时防止在燃料棒600在拉棒过程中产生锆削而引起燃料棒600的破损；定位凸起530外壁上设置稳流凹坑532a或稳流凸起532b，在冷却液流过第二格栅单元b时，于稳流凹坑532a或稳流凸起532b附近产生小的漩涡，由于旋窝的吸力，推后了冷却液流过定位凸起时的边界层分离点，降低形状阻力，从而提高冷却液回流速率；外条带510和内条带520围成的栅格单元A的四个内侧壁均为封闭的，一方面，防止相邻格栅单元A内的冷却液流通，减少了燃料棒600发生流致振动的可能性，另一方面，封闭的格栅单元A进一步提高了搅混格架500的强度；从而提高反应堆燃料组件的稳定性，提高反应堆的安全性，防止核泄漏事故的发生。

以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种搅混格架，适用于加速燃料棒与冷却液的热交换，所述搅混格架包括外条带和内条带，所述内条带包括第一内条带和第二内条带，若干所述第一内条带相互平行且等间隔的排列，若干所述第二内条带相互平行且等间隔的排列，所述第一内条带与所述第二内条带相互交叉设置，所述外条带围绕并连接于所述第一内条带及所述第二内条带外围，并与所述第一内条带及所述第二内条带形成若干中空结构的格栅单元，其特征在于：所述格栅单元相对的两内侧壁向内凸伸形成定位凸起，所述定位凸起背向冷却液流向的一侧设有若干稳流凹坑或稳流凸起。

2.如权利要求1所述的搅混格架，其特征在于：所述格栅单元的内侧壁向外凸伸形成与所述栅格单元相邻的另一所述栅格单元的所述定位凸起。

3.如权利要求1所述的搅混格架，其特征在于：所述定位凸起面向冷却液流向的一侧设有若干稳流凹坑或稳流凸起。

4.如权利要求1所述的搅混格架，其特征在于：所述定位凸起的顶部设有与燃料棒相接的接触面。

5.如权利要求1所述的搅混格架，其特征在于：所述稳流凹坑或所述稳流凸起均匀地设置于所述定位凸起的表面。

6.如权利要求1所述的搅混格架，其特征在于：所述稳流凹坑或所述稳流凸起呈弧形、圆形、四边形、六边形，或圆形、四边形、六边形对应的斜棱柱形。

7.如权利要求1所述的搅混格架，其特征在于：所述格栅单元的内侧壁为封闭的。

8.如权利要求1所述的搅混格架，其特征在于：所述定位凸起呈半球形、椭圆形或梭形。

9.如权利要求1或8所述的搅混格架，其特征在于：所述定位凸起的长轴与短轴之比的范围为1-2之间。

10.如权利要求1所述的搅混格架，其特征在于：所述定位凸起的表面呈弧形。

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