CN109935351A - 一种燃料组件及其下管座和底部装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于反应堆工程技术领域，具体涉及一种燃料组件及其下管座和底部装置。包括：下管座框体、设置在下管座框体下部的支腿和若干纵横交叉平行排列在所述下管座框体上端面的等径通孔、中子通量管下端塞孔和导向管下端塞孔；所述等径通孔均为圆形。一种底部装置，包括：下管座及与其连接的防异物组件，所述下管座为如上所述的下管座。一种燃料组件，包括：上管座、燃料棒、定位格架、导向管、仪表管和底部装置；燃料棒、导向管和仪表管插设于定位格架中；定位格架共有多个，沿轴向依次设置；导向管和仪表管的上端与上管座固定连接，下端与底部装置固定连接；底部装置还包括：下管座和防异物组件；下管座为如上任一项所述的下管座。
Description
技术领域
本发明属于反应堆工程技术领域，具体涉及一种燃料组件及其下管座和底部装置。
背景技术
通常核燃料都设计成实心圆柱状的，由上下端塞、芯块、压紧弹簧和包壳组成，冷却剂从包壳外流过，对燃料棒进行冷却。环形燃料由内外两层包壳，冷却剂能同时从内外两侧带走燃料发出的热量。
燃料组件底部装置位于燃料组件底部，包括下管座和防异物组件，下管座上设置有冷却剂流水孔，用于冷却水的流通并对冷却剂起到流量分配的作用，防异物组件能拦截冷却剂中可能含有的异物，防止对燃料棒造成损伤，现有燃料组件中的下管座的流通孔设计若针对环形燃料组件则不能有效降低压降。
另外，在现有压水堆燃料组件设计中，燃料棒一般采用定位格架夹持悬空的方式。下管座通过导向管支撑整个燃料组件，且一般防异物组件在下管座上端面。在反应堆运行寿期末，由于辐照的作用夹持燃料棒的弹簧的夹持力会急剧减小，燃料棒一般会落在下管座上，在冷却剂的流动作用下，燃料棒可能会上下窜动，这会导致燃料棒破损的风险。
考虑以上问题，设计考虑将燃料棒固定在下管座内部，定位格架不在提供燃料棒支撑的夹持力，只提供横向定位。若将环形燃料棒固定在下管座内部，若采用现有的防异物组件设计，只对燃料棒的外流道有防异物的功能，而燃料棒内流道无防异物的装置，所以也需对防异物装置进行重新设计。
目前现有技术中有关文献公开了反应堆燃料组件下管座均是基于燃料棒悬空在上管座上部的燃料组件设计，且防异物组件也不适用于环形燃料组件的设计。因此研发一种新型底部装置及下管座。
发明内容
本发明的目的在于提供一种燃料组件及其下管座和底部装置，用于解决现有技术中燃料组件悬空设置在下管座上部的结构缺陷，并改善燃料组件外流道内冷却水流量分配不均的技术问题，增加了棒间冷却水流量，增强了棒间换热强度。
本发明的技术方案是：
一种下管座，包括：下管座框体、设置在下管座框体下部的支腿和若干纵横交叉平行排列在所述框体上端面的等径通孔、中子通量管下端塞孔和导向管下端塞孔；所述等径通孔均为圆形。
如上所述等径通孔包括通孔和主流水孔A，所述主流水孔A均匀设置在每四根相邻通孔围成的矩形中心位置，所述主流水孔A孔径小于通孔孔径。
如上所述相邻通孔之间设置有矩形结构通孔。
如上所述矩形结构通孔包括：主流水孔B、主流水孔C和主流水孔D，所述主流水孔B均匀设置在除最外侧一圈的通孔以外的相邻通孔之间。
如上所述主流水孔C设置在最外侧一圈相邻的通孔之间；
如上所述导向管下端塞孔的四周设置有主流水孔D，主流水孔D为矩形结构。
如上所述最大矩形流水孔与最小流水孔的流通面积之比控制在1.3～1.7，最大矩形流水孔与圆形流水孔的面积比控制在1～1.4，最小矩形流水孔与圆形流水孔的面积之比控制在0.7～0.9。
如上所述通孔用于安装燃料棒或/和流通冷却水。
如上所述安装的燃料棒是环形燃料棒。
如上所述通孔和导向管下端塞孔的开孔尺寸及排布与燃料组件中燃料棒和导向管相匹配，导向管数量设置可根据需要设置为四的倍数，且通孔和导向管下端塞孔内壁上端均设置有倒角结构。
如上所述倒角角度α范围为10°～30°。
一种底部装置，包括：下管座及与其连接的防异物组件，所述下管座为如上任一项所述的下管座。
所述防异物组件包括：防异物网框体及与防异物网框体连接的防异物网，所述防异物网上开设有多个过滤单元；其特征在于，所述防异物框体整体呈方形结构，所述防异物框体的四个角设置有凹槽。
所述防异物组件设置在所述下管座内部，所述防异物组件与燃料组件下端的距离为15-40mm；所述防异物网框体的边缘部四边向上折90°。
所述防异物网贴合安装在防异物网框体下表面，所述防异物网的边缘部四周与防异物网框体边缘部贴合。
所述防异物网的四个角也设置有凹槽与防异物框体上的凹槽尺寸匹配。
所述过滤孔单元孔为方形、圆形或正六边形结构。
一种燃料组件，包括：上管座、燃料棒、定位格架、导向管、仪表管和底部装置；燃料棒、导向管和仪表管插设于定位格架中；定位格架共有多个，沿轴向依次设置；导向管和仪表管的上端与上管座固定连接，下端与底部装置固定连接；所述底部装置还包括：下管座和防异物组件；所述下管座为如上任一项所述的下管座。
所述底部装置为如上任一项所述的底部装置。
所述燃料组件还包括多根带有绕丝的双面冷却环形燃料棒，这些带有绕丝的双面冷却环形燃料棒放置于围板或燃料盒内。
本发明的有益效果是：
本发明提出了一种燃料组件及其下管座和底部装置，可将燃料棒固定插入在下管座内，且通过下管座导向管开孔内设置的倒角结构稳定固定燃料棒；在满足以上功能的同时，燃料组件与堆芯结构的接口不受影响。
此外本发明设计的下管座改善了燃料组件外流道内冷却水流量分配不均的技术问题，增加了相邻燃料棒棒间冷却水流量，增强了燃料棒棒间换热强度，且制造难度小，制造工艺简单，结构强度大。
本发明提供了一种流通面积大，制造难度小，制造工艺简单结构强度大的燃料组件的底部装置结构，本发明设计的下管座流通面积比现有的带防异物网的下管座的流通面积大0.6％，有效降低了本发明底部装置的压降。本发明中矩形和圆形流水孔的面积比接近1，外通道冷却水流量分配更均匀，这种开孔形式可以很好的保证下管座的强度，且筋不会产生应力集中点。
本发明所述的带有绕丝的双面冷却环形燃料棒，绕制在环形燃料棒外部的绕丝，具有明显增加冷却剂横向流动的作用，增强燃料棒到冷却剂传热效果，通过冷却剂扰流带走更多热通道热量，降低燃料棒温度，提高DNBR，增强燃料棒安全性。
本发明所述的带有绕丝的双面冷却环形燃料棒，能双面冷却，即内外均可以有冷却剂流通，对燃料棒进行冷却。与现有压水堆燃料棒结构相比，燃料传热面积增大50％，燃料芯块最高温度降低了1000℃，线功率密度增大20％～50％，流动阻力减小20％。
附图说明
图1为本发明一些实施例中的燃料组件的结构示意图；
图2为本发明所述的下管座俯视图；
图3为本发明所述的底部装置结构示意图；
图4为本发明所述的下管座的通孔局部放大图；
图5为本发明所述带有绕丝的燃料组件示意图。
其中：1-底部装置，2-燃料棒，3-定位格架，4-上管座，5-绕丝，11-下管座框体，12-支腿，13-防异物网框体，14-防异物网，15-通孔，16-中子通量管下端塞孔；17-导向管下端塞孔，151-主流水孔A，152-主流水孔B，153-主流水孔C，154-主流水孔D。
具体实施方式
下面对本发明技术结合具体实施例作进一步描述：
如图1至5所示，一种下管座，包括：下管座框体11、设置在下管座框体11下部的支腿12和若干纵横交叉平行排列在所述框体上端面的等径通孔、中子通量管下端塞孔16和导向管下端塞孔17；所述等径通孔均为圆形。
所述等径通孔包括通孔15和主流水孔A151，所述主流水孔A151均匀设置在每四根相邻通孔15围成的矩形中心位置，所述主流水孔A151孔径小于通孔15孔径。
所述相邻通孔15之间设置有矩形结构通孔。
所述矩形结构通孔包括：主流水孔B152、主流水孔C153和主流水孔D154，所述主流水孔B152均匀设置在除最外侧一圈的通孔15以外的相邻通孔15之间。
所述主流水孔C153设置在最外侧一圈相邻的通孔15之间；
所述导向管下端塞孔17的四周设置有主流水孔D154，主流水孔D154为矩形结构。
所述最大矩形流水孔与最小流水孔的流通面积之比控制在1.3～1.7，最大矩形流水孔与圆形流水孔的面积比控制在1～1.4，最小矩形流水孔与圆形流水孔的面积之比控制在0.7～0.9。
所述通孔15用于安装燃料棒或/和流通冷却水。
所述安装的燃料棒是环形燃料棒。
所述通孔15和导向管下端塞孔17的开孔尺寸及排布与燃料组件中燃料棒和导向管相匹配，导向管数量设置可根据需要设置为四的倍数，且通孔15和导向管下端塞孔17内壁上端均设置有倒角结构。
所述倒角角度α范围为10°～30°。
一种底部装置，包括：下管座及与其连接的防异物组件2，所述下管座为如上任一项所述的下管座。
所述防异物组件包括：防异物网框体13及与防异物网框体13连接的防异物网14，所述防异物网上开设有多个过滤单元；其特征在于，所述防异物框体13整体呈方形结构，所述防异物框体13的四个角设置有凹槽。
所述防异物组件设置在所述下管座内部，所述防异物组件与燃料组件下端的距离为15-40mm；所述防异物网框体13的边缘部四边向上折90°。
所述防异物网14贴合安装在防异物网框体13下表面，所述防异物网14的边缘部四周与防异物网框体13边缘部贴合。
所述防异物网14的四个角也设置有凹槽与防异物框体13上的凹槽尺寸匹配。
所述过滤孔单元孔为方形、圆形或正六边形结构。
一种燃料组件，包括：上管座4、燃料棒2、定位格架3、导向管、仪表管和底部装置1；燃料棒2、导向管和仪表管插设于定位格架3中；定位格架3共有多个，沿轴向依次设置；导向管和仪表管的上端与上管座4固定连接，下端与底部装置1固定连接；所述底部装置1还包括：下管座和防异物组件；所述下管座为如上任一项所述的下管座。
所述底部装置1为如上任一项所述的底部装置。
所述燃料组件还包括多根带有绕丝5的双面冷却环形燃料棒，这些带有绕丝5的双面冷却环形燃料棒放置于围板或燃料盒内。
在一些实施例中，燃料组件通过定位格架3横向定位排列，所述燃料棒2下部固定卡合在下管座内，因此定位格架3不需提供夹持力，简化了定位格架3的结构，降低了定位格架3的设计及制作难度。
一些实施例中所述燃料棒2整体为方形排列，其中包括有八根导向管和一根仪表管；所述燃料棒2为环形中空内外两层包壳结构；所述燃料组件采用燃料棒为内外双面冷却的环形燃料棒，内外均有冷却剂流通，对燃料棒2进行冷却。
一些实施例中上管座4上开有流水孔，能使冷却剂流通；上管座4用于燃料组件吊装，运输时在容器内支撑，并与骨架螺钉及导向管连接管相连接，上管座上部有压紧弹簧，与堆芯上栅板配合实现燃料组件在堆内的压紧，并能防止燃料组件在堆芯内窜动。
一些实施例中所述骨架螺钉和导向管连接管用于连接上管座和导向管组件，并且骨架螺钉有结构能与上管座配合使其防止松脱。导向管组件用于支撑连接整个组件，上端通过骨架螺钉及导向管连接管与上管座线连接，中间直接与定位格架3相连接，下部通过骨架轴肩螺钉与下管座下连接。所述骨架轴肩螺钉用于连接下管座和导向管组件，并有结构使其与下管座配合能防止松脱。
一些实施例中所述定位格架3用于夹持环形燃料棒，使环形燃料棒在环形燃料组件中定位，并能防止环形燃料棒轴向和径向移动，定位格架3与导向管组件直接相连接。
一些实施例中所述支腿12为四个，分别位于所述下管座框体11下端的四角，其中一组对角支腿12下端设置有定位稍孔，定位稍孔与堆芯下栅板的销钉配合，用于支撑固定燃料组件，实现燃料组件在堆内的定位，减小了燃料棒2流致振动，降低燃料棒2的磨蚀，进而降低了燃料棒2破损的风险，且燃料棒2下端固定在下管座内，不会发生以往燃料组件寿期末燃料棒下落的现象，增大了燃料组件的安全性。
一些实施例中下管座的四周侧边设置有侧板，侧板上设置有定位孔，所述防异物组件通过定位孔固定设置在下管座下部，有利于平衡燃料棒2内外流道流量的分配，同时，防异物组件放在下管座下部与燃料棒2下端存在一定距离，在此空间中有冷却剂流动，异物不会积存在流水孔内，能防止流水孔阻塞。
一些实施例中防异物组件为方形结构，包括：防异物网14和防异物网框体13，所述防异物网框体13的结构可设计成多种形状，如：梯形等，且具有足够大的强度，能承受冷却剂冲击载荷。
一些实施例中防异物网框体13由厚板整体加工而成，厚度2mm～8mm。所述防异物网框体13上设置有若干平行间隔排列在框体上的防异物网框体筋，防异物网框体筋设置有螺纹孔。防异物网14由薄板整体加工而成，厚度0.8mm～3mm，防异物网14的过滤孔单元形状可设置为方形、圆形及正六边形等，过滤孔单元的边长可设置为0.15～0.35mm。
上面结合实施例对本发明作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (20)
1.一种下管座，包括：下管座框体(11)、设置在下管座框体(11)下部的支腿(12)和若干纵横交叉平行排列在所述框体上端面的等径通孔、中子通量管下端塞孔(16)和导向管下端塞孔(17)；其特征在于，所述等径通孔均为圆形。
2.根据权利要求1所述的一种下管座，其特征在于：所述等径通孔包括通孔(15)和主流水孔A(151)，所述主流水孔A(151)均匀设置在每四根相邻通孔(15)围成的矩形中心位置，所述主流水孔A(151)孔径小于通孔(15)孔径。
3.根据权利要求2所述的一种下管座，其特征在于：所述相邻通孔(15)之间设置有矩形结构通孔。
4.根据权利要求3所述的一种下管座，其特征在于：所述矩形结构通孔包括：主流水孔B(152)、主流水孔C(153)和主流水孔D(154)，所述主流水孔B(152)均匀设置在除最外侧一圈的通孔(15)以外的相邻通孔(15)之间。
5.根据权利要求4所述的一种下管座，其特征在于：所述主流水孔C(153)设置在最外侧一圈相邻的通孔(15)之间。
6.根据权利要求4所述的一种下管座，其特征在于：所述导向管下端塞孔(17)的四周设置有主流水孔D(154)，主流水孔D(154)为矩形结构。
7.根据权利要求1所述的一种下管座，其特征在于：所述最大矩形流水孔与最小流水孔的流通面积之比控制在1.3～1.7，最大矩形流水孔与圆形流水孔的面积比控制在1～1.4，最小矩形流水孔与圆形流水孔的面积之比控制在0.7～0.9。
8.根据权利要求1所述的一种下管座，其特征在于：所述通孔(15)用于安装燃料棒或/和流通冷却水。
9.根据权利要求8所述的一种下管座，其特征在于：所述安装的燃料棒是环形燃料棒。
10.根据权利要求8所述的一种下管座，其特征在于：所述通孔(15)和导向管下端塞孔(17)的开孔尺寸及排布与燃料组件中燃料棒和导向管相匹配，导向管数量设置可根据需要设置为四的倍数，且通孔(15)和导向管下端塞孔(17)内壁上端均设置有倒角结构。
11.根据权利要求10所述的一种下管座，其特征在于：所述倒角角度α范围为10°～30°。
12.一种底部装置，包括：下管座及与其连接的防异物组件(2)，其特征在于：所述下管座为权利要求1-11任一项所述的下管座。
13.根据权利要求12所述的一种底部装置，其特征在于：所述防异物组件包括：防异物网框体(13)及与防异物网框体(13)连接的防异物网(14)，所述防异物网上开设有多个过滤单元；其特征在于，所述防异物框体(13)整体呈方形结构，所述防异物框体(13)的四个角设置有凹槽。
14.根据权利要求12所述的一种底部装置，其特征在于：所述防异物组件设置在所述下管座内部，所述防异物组件与燃料组件下端的距离为15-40mm；所述防异物网框体(13)的边缘部四边向上折90°。
15.根据权利要求12所述的一种底部装置，其特征在于：所述防异物网(14)贴合安装在防异物网框体(13)下表面，所述防异物网(14)的边缘部四周与防异物网框体(13)边缘部贴合。
16.根据权利要求12所述的一种底部装置，其特征在于：所述防异物网(14)的四个角也设置有凹槽与防异物框体(13)上的凹槽尺寸匹配。
17.根据权利要求12所述的一种底部装置，其特征在于：所述过滤孔单元孔为方形、圆形或正六边形结构。
18.一种燃料组件，包括：上管座(4)、燃料棒(2)、定位格架(3)、导向管、仪表管和底部装置(1)；燃料棒(2)、导向管和仪表管插设于定位格架(3)中；定位格架(3)共有多个，沿轴向依次设置；导向管和仪表管的上端与上管座(4)固定连接，下端与底部装置(1)固定连接；所述底部装置(1)还包括：下管座和防异物组件；其特征在于：所述下管座为权利要求1-11任一项所述的下管座。
19.根据权利要求18所述的一种燃料组件，其特征在于：所述底部装置(1)为权利要求12-16任一项所述的底部装置。
20.根据权利要求18或19任一项所述的燃料组件，其特征在于：所述燃料组件还包括多根带有绕丝(5)的双面冷却环形燃料棒，这些带有绕丝(5)的双面冷却环形燃料棒放置于围板或燃料盒内。
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