CN104575628B - 一种双重防异物的燃料组件下管座 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双重防异物的燃料组件下管座，涉及压水核反应堆设计领域，下管座下格板采用大流水孔设计，降低压降。为提高防异物性能，下管座首先采用嵌片将大流水孔分割，起到第一重防异物功能；然后采用一种管式防异物装置安装在上管座上方，起到第二重防异物作用。通过双重防异物设置，大流水孔被两次分割，划分为若干份，大大限制了能够通过的异物尺寸，提高防异物能力。因此，大流水孔设计和双重防异物设计，本发明所述的双重防异物的燃料组件下管座实现了降低压降，提高防异物的性能。

Description

一种双重防异物的燃料组件下管座

技术领域

本发明涉及压水核反应堆设计领域，尤其涉及一种双重防异物的燃料组件下管座。

背景技术

压水核反应堆燃料组件通常由若干燃料棒、导向管部件、仪表管部件、格架、上下管座等构成。其中，下管座作为燃料组件骨架的重要组成部分，是燃料组件的主要承载部件之一，其可靠性直接影响燃料组件在操作、运输和运行状态下的安全性。同时下管座也是重要的接口部件，其结构设计对燃料组件的操作性能以及与堆内构件兼容性有直接影响。作为堆芯冷却剂的入口，下管座的防异物性能也是其综合性能的重要指标之一。冷却液中的异物如金属碎屑进入燃料组件中将由于碰撞摩擦等对燃料棒包壳管造成重大伤害。为了防止异物进入燃料组件中，下管座作为冷却剂入口应起到重要作用。

通过对现有的燃料组件下管座的分析发现，世界各主要燃料公司在下管座设计上主要考虑其高强度、低压降、防异物等方面的性能。目前主流的下管座设计可分为两类。第一类以西屋公司的DFBN下管座为代表，将主要承载结构与防异物结构合二为一，使用小流水孔下格板。小流水孔下格板的流通比低，保持了很强的防异物能力以及充足的强度裕量，同时通过西屋公司核心专利技术的文丘里管专利(授权公告号CN100592434C)，在较低的流通比下大幅度降低格板整体的压降。由于流水孔直径小，因此防异物能力较强。第二类为目前其它燃料公司使用的主流设计思路，即通过尽可能高流通比的支撑框架结构实现主要的结构承载功能，同时保持较低的压降。但由于高流通比的支撑框架往往具有较大直径的流水孔，因此需要通过各类特色的滤网或滤板结构确保较高的防异物能力。针对第二类下管座而言，通过对现有的过滤结构进行分析发现，现有的过滤结构一般分为板式、嵌片式。板式防异物装置一般为过滤板、过滤网等，由金属板上开设各种形状的小流水孔，然后安装在下管座格板的上方或下方，起到防异物的作用。嵌片式防异物装置一般为金属板条，嵌入下管座流水孔中，起到分割流水孔防止异物通过的作用。

冷却液中的异物如金属碎屑进入燃料组件中将由于碰撞摩擦等对燃料棒包壳管造成重大伤害。为了防止异物进入燃料组件中，本领域的技术人员致力于开发一种双重防异物的燃料组件下管座，具有显著的防异物性能。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是防止流道中的异物进入燃料组件活性区，保护燃料组件活性区的燃料棒包壳管不被异物损伤，因此，针对性地设计了双重防异物装置。所述下管座下格板采用大流水孔设计，降低压降。为提高防异物性能，下管座首先采用嵌片将大流水孔分割，起到第一重防异物功能；然后采用一种管式防异物装置安装在上管座上方，起到第二重防异物作用。通过双重防异物设置，大流水孔被两次分割，划分为若干份，大大限制了能够通过的异物尺寸，提高防异物能力。因此，大流水孔设计和双重防异物设计，本发明所述的双重防异物的燃料组件下管座实现了降低压降，提高防异物的性能

为实现上述目的，本发明提供了一种双重防异物的燃料组件下管座，包括下格板、支撑框架和过滤结构，所述下格板位于所述支撑框架的上方，贯穿设置了用于安装燃料组件导向管的导向管孔、用于安装燃料组件仪表管的仪表管孔以及用于冷却剂流通和对流量进行再分配的流水孔群，其特征在于，所述过滤结构包括了相互配合的过滤嵌片和过滤管阵，所述过滤嵌片和过滤管阵被配置成共同在冷却剂流通方向上对所述流水孔群的投影面进行了划分。

进一步地，所述流水孔群由一组横截面形状相同或不同的流水孔组成，所述流水孔的横截面形状包括圆形和非圆形；所述流水孔选用特征尺寸较大的形状以提高流通；所述特征尺寸是指圆孔的直径或非圆孔的外接圆的直径。

进一步地，所述孔特征尺寸在8mm～11mm之间。

进一步地，所述过滤嵌片为条带结构，其上设置有用于组装的沟槽，所述沟槽宽度由所述过滤嵌片厚度决定，相邻所述沟槽的间距由所述下格板上流水孔间距决定，沟槽深度为所述过滤嵌片高度的1/3～2/3；所述下格板上设置用于嵌入所述过滤嵌片的沟槽，所述沟槽宽度由所述过滤嵌片厚度决定，所述沟槽深度由所述过滤嵌片高度决定，为所述过滤嵌片高度的1/3～3/2；所述沟槽和所述过滤嵌片两两之间十字镶嵌。

进一步地，所述过滤管阵为一定数量管形单元组成的过滤结构，所述管形单元为圆形或多边形，直径为10mm～13mm，壁厚为0.4mm～1mm，连接后排成阵列；排列时，所述管形单元与燃料棒同轴。

在本发明的较佳实施方式中，主要由方形的下格板、下格板下部的支撑框架以及下格板上部的过滤结构构成。

所述下格板为方形结构，其上贯穿设置了导向管孔用于安装燃料组件导向管、仪表管孔用于安装燃料组件仪表管、以及流水孔孔群用于冷却剂流通和对流量进行再分配。所述流水孔孔群，可以选择为圆孔或异形孔，孔特征尺寸(圆孔孔径，其它等边异型孔外接圆直径等)根据堆芯入口冷却剂流量进行设计。为实现大流量低压降设计，一般设计较大的孔特征尺寸。通过大的孔特征尺寸保证冷却剂的流通量以及低的管座压降。所述孔特征尺寸可在8mm～11mm之间选择。上格板上设置了沟槽，用于安装过滤嵌片。

所述过滤结构包括流水孔中的过滤嵌片以及下格板上部的过滤管阵。

所述过滤嵌片为条带结构，厚度为0.4mm～1mm，其上设计有用于组装的沟槽，沟槽宽度由过滤嵌片厚度决定，约为0.5mm～1.1mm。相邻沟槽的间距由格板上流水孔间距决定，约为9mm～13mm。沟槽深度约为过滤嵌片高度的1/3～2/3。沟槽的设计保证过滤嵌片可以两两之间十字镶嵌。同时格板上设计由用于嵌入过滤嵌片的沟槽，沟槽宽度由过滤嵌片厚度决定，约为0.5mm～1.1mm。沟槽深度由过滤嵌片高度决定，一般为过滤嵌片高度的1/3～3/2。过滤嵌片纵横交错嵌入上格板中，并通过焊接或钎焊固定，实现对流水孔的分割，起到第一重防异物作用。

所述过滤管阵，为金属管或金属环组成的过滤结构。金属管，可以为圆形、多边形或其他异型孔，直径一般为10～13mm，壁厚为0.4～1mm，通过焊接或钎焊排成阵列。排列时，金属管与燃料棒同轴。然后在管阵外围焊上金属条带，起加固作用。过滤管阵座于格板上，通过焊接或钎焊固定。过滤管阵将已被过滤条分割的流水孔进一步划分，进一步限制能够通过的异物尺寸，大大提高防异物能力。

上述下格板、过滤嵌片、过滤管阵等的特征可以实现下管座低压降、高防异物性能的目的。

综上所述，本发明所述的一种双重防异物的燃料组件下管座的有益效果如下：

(1)本发明通过下管座下格板上的大流水孔设计，可以使下管座压降降低，保证燃料组件入口的冷却剂压力，为过滤结构的设计提供较大的压降裕量。

(2)本发明通过下管座过滤嵌片设计，对大流水孔进行分割，限制异物通过尺寸，提高了管座的防异物能力。降低了异物进入燃料组件活性区域，破坏燃料组件包壳管的风险，从而提高了燃料组件性能。

(3)本发明通过下管座过滤管阵设计，对大流水孔进行分割，限制异物通过尺寸，提高了管座的防异物能力。降低了异物进入燃料组件活性区域，破坏燃料组件包壳管的风险，从而提高了燃料组件性能。

(4)本发明涉及的用于核燃料组件的下管座，通过下格板流水孔的孔型孔径特征，满足低压降的功能要求；同时通过过滤嵌片和过滤管阵的双重防异物设置，提高了燃料组件防异物能力。保证燃料组件入口压力同时，防止异物进入燃料组件，保护燃料棒包壳管，提高燃料组件性能。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的双重防异物下管座俯视图；

图2是本发明的一个较佳实施例的双重防异物下管座立体图；

图3是本发明的一个较佳实施例的大流水孔下格板俯视图；

图4是本发明的一个较佳实施例的下格板沟槽示意图；

图5是本发明的一个较佳实施例的不同形式的过滤嵌片；

图6是本发明的一个较佳实施例的组装过滤嵌片的下格板；

图7是本发明的一个较佳实施例的过滤管阵示意图；

图8是本发明的一个较佳实施例的双重防异物结构剖面示意图；

图9是本发明的另一个较佳实施例的过滤管阵示意图；

图10是本发明的另一个较佳实施例的组装过滤嵌片和过滤管阵的下格板；

附图中附图标记所对应的名称为：1-下管座；2-支撑框架；3-下格板；4-过滤管阵；5-流水孔；6-沟槽；7-过滤嵌片；8-核燃料棒。

具体实施方式

下面结合实施例和附图，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。如图1(俯视图，无核燃料棒8)以及图8(剖面图)所示，本发明中一些实施例中的下管座1，由支撑框架2、下格板3、过滤嵌片7、过滤管阵4等组成。

实施例1：

如图2所示，本发明中的一些实施例的下管座1，由过滤管座4、过滤嵌片7、下格板3和支撑框架2组成。其中最下层的为支撑框架2，由四个管脚和外围组成，管脚与堆芯下板的固定销配合，起到固定支撑作用。

下格板3通过焊接连接在支撑框架2上。下格板3由板材机加工制造，为边长约180mm～220mm的正方形，厚度约为15～25mm。如图3所示，下格板3上通过机加工的方式开有流水孔5。流水孔5可以为圆形、方形或其他形状，其等效直径约为5～7mm。为安装过滤嵌片7，下格板3上通过机加工或线切割的方式开有沟槽6，如图4所示。

过滤嵌片7为条带状，通过机加工或冲压成型的方式制成。过滤嵌片7的形式多样，如图5所示。过滤嵌片7厚度为0.4mm～1mm，其上设计有用于组装的沟槽，沟槽宽度由过滤嵌片7厚度决定，约为0.5mm～1.1mm。相邻沟槽的间距由下格板3上流水孔5的间距决定，约为9mm～13mm。沟槽深度约为过滤嵌片7高度的1/3～2/3。沟槽的设计保证过滤嵌片7可以两两之间十字镶嵌。过滤嵌片7组装成为鸡蛋娄状的结构后，通过下格板3上的沟槽6安装在下格板3上，并通过焊接或钎焊固定。下格板3上的流水孔5因此被过滤嵌片7分割为四份，限制了异物通过的尺寸。

下格板3嵌入过滤嵌片7后，在其上又安装上过滤管阵4。过滤管阵4由管材和边框围板焊接或钎焊连接而成。过滤管阵4由边框围板、金属管等组成，过滤管阵4的边框围板与下格板大小配合，为边长约180mm～220mm的正方形，边框围板高度与金属管一致约为5～10mm，厚度约为0.5～1mm。过滤管阵4的金属管一般为圆形(如图7)、矩形(如图9)或其他异型孔形状，等效直径为10～13mm，管高为5～10mm，壁厚为0.4～1mm。金属管通过钎焊或焊接依次连接成管阵，管与燃料棒同轴。然后焊上边框外围起到加固作用。组装好的过滤管阵4座于下格板3上，并评估焊接或钎焊固定。

如图8所示，在过滤管阵4的每个过滤管单元都正对应一支核燃料棒8，且核燃料棒8伸入过滤管阵4内。安装成十字形的过滤嵌片7和过滤管阵4一起将大流量孔的冷却水流分割成8份。上述结构可以看出，通过在下格板3上的大孔径流水孔5保证了下管座的低压降性能。通过过滤嵌片7和过滤管阵4的配合，流水孔5被划分为若干份，限制了冷却剂中的异物进入燃料组件，实现强防异物的性能。

如上所述，便能较好的实现本发明，但上述实施例仅为实现本发明的代表性结构。为加强本发明的效果，在实施过程中可将上述实施例中可以根据实际情况对过滤嵌片7的形式进行改变，也可对过滤管阵4中金属管的形状进行改变。其原理均为使用双重的防异物装置，将流水孔进一步划分为若干个通过面积更小的区域，从而限制了异物通过，实现高的防异物性能。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (2)

1.一种双重防异物的燃料组件下管座，包括下格板、支撑框架和过滤结构，所述下格板位于所述支撑框架的上方，贯穿设置了用于安装燃料组件导向管的导向管孔、用于安装燃料组件仪表管的仪表管孔以及用于冷却剂流通和对流量进行再分配的流水孔群，其特征在于，所述过滤结构包括了相互配合的过滤嵌片和过滤管阵，所述过滤嵌片和过滤管阵被配置成共同在冷却剂流通方向上对所述流水孔群的投影面进行了划分；

所述流水孔群由一组横截面形状相同或不同的流水孔组成，所述流水孔的横截面形状包括圆形和非圆形；所述流水孔的特征尺寸在8mm～11mm之间；所述特征尺寸是指圆孔的直径或非圆孔的外接圆的直径；

所述过滤嵌片为条带结构，其上设置有用于组装的沟槽，所述沟槽宽度由所述过滤嵌片厚度决定，相邻所述沟槽的间距由所述下格板上流水孔间距决定，沟槽深度为所述过滤嵌片高度的1/3～2/3；所述下格板上设置用于嵌入所述过滤嵌片的沟槽，所述沟槽宽度由所述过滤嵌片厚度决定，所述沟槽深度由所述过滤嵌片高度决定，为所述过滤嵌片高度的1/3～3/2；所述沟槽和所述过滤嵌片两两之间十字镶嵌；

所述下格板为方形结构。

2.如权利要求1所述的一种双重防异物的燃料组件下管座，其特征在于，所述过滤管阵为一定数量管形单元组成的过滤结构，所述管形单元为圆形或多边形，直径为10mm～13mm，壁厚为0.4mm～1mm，连接后排成阵列；排列时，所述管形单元与燃料棒同轴。