CN104485138A - 整流型导向翼结构及搅混格架 - Google Patents

整流型导向翼结构及搅混格架 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种设置于搅混格架外条带的整流型导向翼结构，搅混格架内由多个内条带形成多个格栅单元，与外条带邻接的一格栅单元内具有第一搅混翼，第一搅混翼设置于一内条带上并向另一内条带弯折延伸，整流型导向翼结构包括多个第一导向翼，多个第一导向翼设置于外条带的上边缘和/或下边缘并向搅混格架内部倾斜延伸，第一导向翼的位置与第一搅混翼对应，第一导向翼朝向搅混格架内部的一面凹陷地形成向搅混格架内部延伸的引流槽。本发明的导向翼结构具有整流作用，能够避免搅混格架中冷却剂对流冲撞，从而增强燃料组件间的流量交换，保证良好的热工性能。本发明还公开了一种具有该整流型导向翼结构的燃料组件搅混格架。

Description

整流型导向翼结构及搅混格架
技术领域
本发明涉及一种反应堆部件，尤其涉及一种整流型导向翼结构及具有该整流型导向翼结构的搅混格架。
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管座、下管座、搅混格架(也称定位格架)、控制棒导向管和燃料棒组成。其中，搅混格架用于装载燃料棒且由多个内条带及围于内条带之外的外条带组成，内条带分为横竖两种设置方式并相互交叉(一般为正交)形成具有多个格栅单元的网格状格栅结构，燃料棒容置在格栅单元中。
众所周知，核反应堆内的链式反应会产生大量对人体有害的放射性物质，如碘131、铯137等，为了避免这些放射性物质泄漏，在核反应堆外设置了锆合金外壳、反应堆压力容器及混凝土安全外壳等多层防护层以防止出现爆炸等事故时外界受到严重的辐射污染。然而，这些保护层都是针对核反应堆出现事故后而采取的应急安全措施，真正能确保核反应堆安全不发生爆炸的决定性因素，是控制核反应堆内链式反应速度和温度。因此，燃料组件内起慢化剂和冷却剂作用的轻水的流量控制就事关重要，而燃料组件的搅混格架对于轻水的流通性尤为重要。
如图1所示，为了增强燃料组件内部轻水的混流及轻水在相邻燃料组件之间的交换流通，一般会在内条带上设置伸入格栅单元内的搅混翼a，利用冷却剂流经搅混翼a时产生的横流和涡流来改善燃料组件内及燃料组件间冷却剂的流通性，从而提高燃料组件的热工余量。
另外，由于燃料组件具有很高的横向柔性，所以燃料组件的吊装只能垂直进行，防止发生过大的侧向变形，在实际的燃料组件装卸料过程中，由于吊装时燃料组件之间只有很小的间距，燃料组件很容易与已经就位的燃料组件发生干涉，干涉可能由于燃料组件辐照变形以及燃料组件与吊装设备的制造公差引起，因此搅混格架必须要有优良的导向功能来避免上述干涉，所以在搅混格架上一般会设置导向翼b来对相邻燃料组件进行导向，使之相互通过。
在现有技术中，导向翼b的设计不尽合理，为了使冷却剂能够顺利地在两个相邻的燃料组件间流动，导向翼b在外条带上呈间隔的设置，这种间隔的设置方式有利于冷却剂从两个导向翼b中间的缺口流向相邻的燃料组件，但是也正由于缺口的存在，燃料组件在吊装时容易出现组件间相互干涉的情况，导向效果不佳。
如图2所示，如果将导向翼b设置为连续不间隔的形式，则相邻的导向翼b之间没有缺口供冷却剂流出，其不仅没有为燃料组件间的流量交换增加动能，更对搅混翼a牺牲压降而产生的燃料组件间的横向流产生了阻挡，从而造成了流量截断，这样就使得导向翼b伸入格栅单元内的设计变的没有意义，还容易在流量通道内造成冷却剂回流并产生对流冲撞，使得横流被弱化。同时，由于导向翼b的表面是平滑的，冷却剂冲击导向翼b之后会发生散射紊流，更加不利于对流换热。上述缺陷在叠加后将最终导致燃料组件间的传热恶化。
可见，在实际使用中，导向翼b的形状不仅会影响搅混格架的导向功能，还会对燃料组件间的冷却剂流通性产生影响。因此，有必要提供一种具有整流作用的导向翼结构以解决现有技术中存在的上述问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有整流作用的导向翼结构。
本发明的另一目的在于提供一种具有该导向翼结构的搅混格架。
为了实现上述目的，本发明提供了一种整流型导向翼结构，设置于搅混格架的外条带，所述搅混格架内设有多个内条带并形成多个格栅单元，与所述外条带邻接的一所述格栅单元内具有第一搅混翼，所述第一搅混翼设置于与所述外条带相接的一所述内条带上并向与所述外条带相接的另一所述内条带弯折延伸，所述整流型导向翼结构包括多个第一导向翼，多个所述第一导向翼间隔地设置于所述外条带的上边缘和/或下边缘并向所述搅混格架内部倾斜延伸，所述第一导向翼的位置与所述第一搅混翼对应，所述第一导向翼朝向所述搅混格架内部的一面凹陷地形成引流槽，所述引流槽由所述外条带朝所述搅混格架内部延伸。
与现有技术相比，由于本发明所述整流型导向翼结构的所述第一导向翼上开设有所述引流槽，所述引流槽凭借凹陷的结构，能够起到汇流作用，即将从相邻燃料组件中流出的冷却剂流体引入到其所在的所述格栅单元内，增强了燃料组件间的流量交换，并且冷却剂流体经所述引流槽引导后再经由所述第一搅混翼搅混变向而能够在所述格栅单元内绕燃料棒环流，有利于散热的进行。
较佳地，与设置所述第一搅混翼的所述格栅单元相邻并与所述外条带邻接的另一所述格栅单元内还具有第二搅混翼，所述第二搅混翼设置于与所述外条带平行的所述内条带上并向所述外条带弯折延伸，所述整流型导向翼结构还包括多个第二导向翼，多个所述第二导向翼与所述第一导向翼交替排列地设置于所述外条带的上边缘和/或下边缘并向所述搅混格架内部倾斜延伸，所述第二导向翼的位置与所述第二搅混翼对应，所述第二导向翼朝向所述搅混格架内部的一面突起地形成分流脊，所述分流脊由所述外条带朝所述搅混格架内部延伸。通过在所述第一导向翼上设置所述引流槽，并在所述第二导向翼上设置所述分流脊，所述引流槽及分流脊的配合能够在使所述第一导向翼、第二导向翼与搅混翼在燃料组件内为冷却剂形成完整的流体路径，有利于对燃料棒进行良好的散热。并且，所述分流脊将朝所述燃料组件内的回流分流到所述第二导向翼的两侧，减少了流向流量通道内的冷却剂流量，从而降低了流量通道内冷却剂对流的冲撞动能，使冷却剂有足够的动能经由所述第二导向翼流向相邻的燃料组件，避免了流量截断，加强了相邻燃料组件之间的流量传递。通过设置所述引流槽与分流脊，还能够降低第一导向翼及第二导向翼的表面平整度，避免冷却剂对第一导向翼及第二导向翼的直接冲击，有效弱化冷却剂的紊流。
具体地，所述引流槽及分流脊沿垂直于所述外条带的边缘的方向向所述搅混格架内部延伸。将所述引流槽及分流脊设置为垂直于所述外条带的方向，使其与内条带的设置方向对应，有利于在燃料组件内形成完整的流体路径。
具体地，所述第一导向翼向所述搅混格架内延伸的长度大于第二导向翼向所述搅混格架内延伸的长度。将所述第二导向翼设置得较短，是为了让冷却剂流体更容易经由所述第二导向翼流出并流向相邻的燃料组件。
更具体地，所述引流槽延伸的长度大于所述分流脊延伸的长度。
具体地，所述第一导向翼与第二导向翼均位于相邻两个所述格栅单元的交界处。
相应地，本发明还公开了一种搅混格架，包括外条带及多个内条带，多个所述内条带相互交叉形成多个格栅单元，所述外条带围在多个所述格栅单元的外围并与所述内条带固定，与所述外条带邻接并相邻的两个所述格栅单元内分别具有第一搅混翼及第二搅混翼，所述第一搅混翼设置于与所述外条带相接的一所述内条带上并向与所述外条带相接的另一所述内条带弯折延伸，所述第二搅混翼设置于与所述外条带平行的所述内条带上并向所述外条带弯折延伸，所述搅混格架还包括所述整流型导向翼结构。
与现有技术相比，本发明所述搅混格架上所述第一导向翼及第二导向翼是交替排列的设置，也就是连续地设置而没有间隔，因此在燃料组件吊装的时候不易发生组件间干涉的情况，保证导向效果。同时，第一导向翼及第二导向翼上分别设置的所述引流槽及分流脊，能够起到整流作用，加强了相邻燃料组件之间的流量传递。
较佳地，所述第一搅混翼固定于所述内条带的上边缘且靠近与所述外条带平行的所述内条带，所述第二搅混翼固定于所述内条带的上边缘且靠近与所述第一搅混翼相对的所述内条带。
附图说明
图1是现有技术中一种导向翼的设置示意图。
图2是现有技术中另一种导向翼的设置示意图。
图3是两相邻的本发明搅混格架外条带位置的局部流场示意图。
图4是本发明中第一导向翼及第二导向翼的放大图。
图5是图4中第一导向翼及第二导向翼沿A-A方向的截面图。
图6是本发明其他实施例中引流槽与分流脊可以采用的形状示意图。
图7是本发明另一实施例中引流槽的设置形式示意图。
图8是图7中第一导向翼与外条带的竖向剖视图。
具体实施方式
下面结合给出的说明书附图对本发明的较佳实施例作出描述。
结合图3至图5所示，本发明提供了一种用于燃料组件内的搅混格架1，搅混格架1包括外条带10、多个内条带及整流型导向翼结构。
多个内条带中包括了若干竖向(图3中方向)设置的第一内条带11及若干横向(图3中方向)设置的第二内条带12，若干第一内条带11相互平行且等间隔地排列，若干第二内条带12相互平行且等间隔地排列，第一内条带11与第二内条带12相互交叉形成格栅结构并具有多个中空的格栅单元13，格栅单元13容置燃料棒2。外条带10围在多个格栅单元13的外围并与第一内条带11及第二内条带12固定。每两个相邻的格栅单元13之间形成流量通道130，与外条带10接壤的格栅单元13被三个流量通道130及外条带10所环绕，而位于中间位置不与外条带10接壤的格栅单元13则被四个流量通道130所环绕。
第一内条带11设置有多个分别倾斜地伸入格栅单元13内的第一搅混翼110，第二内条带12设置有多个分别倾斜地伸入格栅单元13内的第二搅混翼120。第一搅混翼110及第二搅混翼120的作用是对由下至上的冷却剂流体形成扰动并产生横流，提高搅混格架1的搅混性能，从而提高燃料组件的热工性能。第一搅混翼110及第二搅混翼120的设置数量及设置位置均为本领域技术人员在实现其功能时能够不通过创造性劳动而作出的常规技术选择，因此在本发明中不做限定。然而，为了便于理解本发明中整流型导向翼结构的整流作用，现将第一搅混翼110及第二搅混翼120的设置介绍如下：第一搅混翼110固定于第一内条带11的上边缘且靠近于第一内条带11及第二内条带12的相交处，第二搅混翼120固定于第二内条带12的上边缘且靠近于第一内条带11及第二内条带12的相交处。第一搅混翼110及第二搅混翼120均位于流量通道130内。并且，位于同一第一内条带11且相邻的两第一搅混翼110及位于同一第二内条带12且相邻的两第二搅混翼120分别相对第一内条带11及第二内条带12相交处(即垂直于图3中显示的搅混格架1平面的轴线)呈中心对称地设置。具体来说，当燃料棒2插满格栅结构后，每四个相邻的燃料棒2之间会形成一个空间，位于同一第一内条带11且相邻的两第一搅混翼110及位于同一第二内条带12且相邻的两第二搅混翼120分别设置在这样的一个空间内。进一步地，任意两个相邻的这种空间内分别设置的是两第一搅混翼110及两第二搅混翼120。由于四个相邻燃料棒2之间形成有较大的空间，冷却剂容易在该空隙内形成乱流，因此将相邻的两个搅混翼成对地设置在这个空间内，对冷却剂起到引导、稳流的作用。
整流型导向翼结构设置于搅混格架1的外条带10，整流型导向翼结构包括多个第一导向翼14及第二导向翼15。多个第一导向翼14与多个第二导向翼15交替排列地设置于外条带10的上边缘及下边缘并向搅混格架1内部倾斜延伸。
下面以与外条带10邻接的两个格栅单元13为例对整流型导向翼结构进行纤细介绍。
在与外条带10邻接的一个格栅单元13内，第一搅混翼110设置于与外条带10相接的一第一内条带11上，并向与外条带10相接的另一第一内条带11弯折延伸，也可以说是向第二搅混翼120弯折延伸。第二搅混翼120设置于与设置第一搅混翼110的格栅单元13相邻的另一格栅单元13内，并位于与外条带10平行的第二内条带12上且向外条带10弯折延伸。第一搅混翼110的位置靠近与外条带10平行的第二内条带12，第二搅混翼120的位置靠近与第一搅混翼110相对(即没有设置第一搅混翼110)的第一内条带11。
第一导向翼14与第二导向翼15均位于相邻两个格栅单元13的交界处。第一导向翼14的位置与第一搅混翼110对应，第二导向翼15的位置与第二搅混翼120对应。第一导向翼14向搅混格架1内延伸的长度大于第二导向翼15向搅混格架1内延伸的长度。将第一导向翼14及第二导向翼15分别设置在相邻格栅单元13的交接处，能够加强搅混格架1的强度，并且避免在装卸的过程中相邻的搅混格架1发生干涉、钩挂。
第一导向翼14朝向搅混格架1内部的一面凹陷地形成引流槽140，第二导向翼15朝向搅混格架1内部的一面突起地形成分流脊150，引流槽140及分流脊150由外条带10沿垂直于外条带10的边缘的方向朝搅混格架1内部延伸，并且引流槽140延伸的长度大于分流脊150延伸的长度。将引流槽140及分流脊150设置为垂直于外条带10的方向，使其与第一内条带11及第二内条带12的设置方向相应，有利于在燃料组件内形成完整的流体路径。
引流槽140及分流脊150的延伸方向均位于流量通道130内，保证了经过引流槽140引导的冷却剂流体与流量通道130内的冷却剂流体保持一致，而分流脊150则起到更好的分流作用。
本实施例中，引流槽140的具体形状是开设于第一导向翼14朝向搅混格架1内部的一面且横截面为三角形的凹陷，而分流脊150是凸起地形成于第二导向翼15朝向搅混格架1内部的一面且横截面为三角形的凸起。当然，引流槽140与分流脊150的形状也可以是其他形式，如图6所示的横截面为圆形、梯形等等。除此之外，引流槽140与分流脊150还可以是将第一导向翼14与第二导向翼15向不同方向直接弯折而形成，使第一导向翼14或第二导向翼15朝向搅混格架1内部的整个面都为引流槽140或分流脊150。
如图7与图8所示，在另一实施例中，第一导向翼14上可以采用冲压的形式来形成引流槽140，具体的是在第一导向翼14上由内向外进行冲压，使得第一导向翼14外侧形成一个向外突出的船形结构143，而该船形结构143的内侧为凹陷状，即形成为引流槽140。同理的，也可以在第二导向翼15上由外向内冲压船形结构而形成分流脊150。
在其他的实施方式中，第一导向翼14及第二导向翼15可以只设置在外条带10的上边缘，也可以只设置在外条带10的下边缘，具体设置视实际使用中的要求而定。
与现有技术相比，由于本发明的搅混格架1上第一导向翼14及第二导向翼15是交替排列的设置，也就是连续地设置而没有间隔，因此在燃料组件吊装的时候不易发生组件间干涉的情况，保证导向效果。同时，通过在第一导向翼14上设置了引流槽140，并在第二导向翼15上设置分流脊150，引流槽140及分流脊150的配合能够在使第一导向翼14、第二导向翼15与第一搅混翼110、第二搅混翼120在燃料组件内为冷却剂形成完整的流体路径，有利于对燃料棒2进行良好的散热。并且，分流脊150将朝燃料组件内的回流分流到第二导向翼15的两侧，减少了流向流量通道130内的冷却剂流量，从而降低了流量通道130内冷却剂对流的冲撞动能，使冷却剂有足够的动能经由第二导向翼15流向相邻的燃料组件，避免了流量截断，加强了相邻燃料组件之间的流量传递。通过设置引流槽140与分流脊150，还能够降低第一导向翼14及第二导向翼15的表面平整度，避免冷却剂对第一导向翼14及第二导向翼15的直接冲击，有效弱化冷却剂的紊流。
以上所揭露的仅为本发明的较佳实例而已，其作用是方便本领域的技术人员理解并据以实施，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，仍属于本发明所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种整流型导向翼结构，设置于搅混格架的外条带，所述搅混格架内设有多个内条带并形成多个格栅单元，与所述外条带邻接的一所述格栅单元内具有第一搅混翼，所述第一搅混翼设置于与所述外条带相接的一所述内条带上并向与所述外条带相接的另一所述内条带弯折延伸，其特征在于：所述整流型导向翼结构包括多个第一导向翼，多个所述第一导向翼间隔地设置于所述外条带的上边缘和/或下边缘并向所述搅混格架内部倾斜延伸，所述第一导向翼的位置与所述第一搅混翼对应，所述第一导向翼朝向所述搅混格架内部的一面凹陷地形成引流槽，所述引流槽由所述外条带朝所述搅混格架内部延伸。
2.如权利要求1所述的整流型导向翼结构，其特征在于：与设置所述第一搅混翼的所述格栅单元相邻并与所述外条带邻接的另一所述格栅单元内还具有第二搅混翼，所述第二搅混翼设置于与所述外条带平行的所述内条带上并向所述外条带弯折延伸，所述整流型导向翼结构还包括多个第二导向翼，多个所述第二导向翼与所述第一导向翼交替排列地设置于所述外条带的上边缘和/或下边缘并向所述搅混格架内部倾斜延伸，所述第二导向翼的位置与所述第二搅混翼对应，所述第二导向翼朝向所述搅混格架内部的一面突起地形成分流脊，所述分流脊由所述外条带朝所述搅混格架内部延伸。
3.如权利要求2所述的整流型导向翼结构，其特征在于：所述引流槽及分流脊沿垂直于所述外条带的边缘的方向向所述搅混格架内部延伸。
4.如权利要求2所述的整流型导向翼结构，其特征在于：所述第一导向翼向所述搅混格架内延伸的长度大于第二导向翼向所述搅混格架内延伸的长度。
5.如权利要求4所述的整流型导向翼结构，其特征在于：所述引流槽延伸的长度大于所述分流脊延伸的长度。
6.如权利要求2所述的整流型导向翼结构，其特征在于：所述第一导向翼与第二导向翼均位于相邻两个所述格栅单元的交界处。
7.一种搅混格架，包括外条带及多个内条带，多个所述内条带相互交叉形成多个格栅单元，所述外条带围在多个所述格栅单元的外围并与所述内条带固定，与所述外条带邻接并相邻的两个所述格栅单元内分别具有第一搅混翼及第二搅混翼，所述第一搅混翼设置于与所述外条带相接的一所述内条带上并向与所述外条带相接的另一所述内条带弯折延伸，所述第二搅混翼设置于与所述外条带平行的所述内条带上并向所述外条带弯折延伸，其特征在于：所述搅混格架还包括如权利要求1-6任一项所述的整流型导向翼结构。
8.如权利要求7所述的搅混格架，其特征在于：所述第一搅混翼固定于所述内条带的上边缘且靠近与所述外条带平行的所述内条带，所述第二搅混翼固定于所述内条带的上边缘且靠近与所述第一搅混翼相对的所述内条带。
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