CN114188044B - 一种强化搅混性能的定位格架及燃料组件 - Google Patents

Abstract

本发明属于核燃料组件技术领域，具体公开了一种强化搅混性能的定位格架及燃料组件，包括设置在内条带顶端的搅混翼；所述搅混翼N次弯折成形，侧面呈“S”形，所述N为大于等于2的正整数。本发明的搅混翼采用多次弯折成形的设计，对轴向流体进行一次横向引导，搅混翼中部进行二次折弯，进一步对流体进行横向引导，增强搅混作用。本发明增加了搅混翼与夹持机构的距离，有利于减小流体到达搅混翼时的紊乱程度，从而充分发挥搅混翼对流体的引导作。本发明根据格架外围搅混翼对流体的引导方向，协同设计外条带上部导向翼的高度，以充分匹配二者对流体的引导。

Description

一种强化搅混性能的定位格架及燃料组件

技术领域

本发明属于核燃料组件技术领域，具体涉及一种强化搅混性能的定位格架及燃料组件。

背景技术

现有压水堆核电站常用的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。定位格架作为骨架的重要组成部分，其主要功能一是夹持燃料棒使其定位，二是搅混流体以提高燃料组件的临界热流密度。

传统的定位格架在其顶端设置有搅混翼结构，在条带十字交叉处纵横交替布置，对应于每个子通道，将会形成子通道内部对流体的涡旋搅混以及子通道之间的横向流搅混。然而，对于搅混翼如何才能充分发挥其对流体的搅混作用、其下部的弹簧和刚凸对搅混翼引导流体的影响以及格架外条带导向翼与搅混翼对流体搅混的协同作用并未有太过深入的研究。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种强化搅混性能的定位格架及燃料组件。本发明通过对定位格架上部搅混翼的结构设计，强化定位了格架的搅混性能。

本发明通过下述技术方案实现：

一种强化搅混性能的定位格架，包括内条带、外条带；内条带和外条带互相正交插配，并在交叉位置上焊接固定，形成若干个燃料棒栅元；内条带位于燃料棒栅元内部，外条带位于燃料棒栅元外围；搅混翼设置在内条带顶端。

所述搅混翼N次弯折成形，侧面呈“S”形，实现分步对流体进行横向引导，增强搅混性能；

所述N为大于等于2的正整数。

优选的，搅混翼N次弯折中，每一次折弯与竖直方向之间夹角均为20°-40°。

优选的，弯折角度为35°。

第一次折弯沿着搅混翼根部与内条带上边沿接触的第一水平基线，或者沿着与第一水平基线呈10-20°夹角的第一斜基线；第二次折弯沿第二水平基线或者与第二水平基线呈10-20°夹角的第二斜基线；第二水平基线与第一水平基线之间间距2-5mm；第二斜基线与第一斜基线之间间距2-5mm；第N次弯折的水平基线与第N-1次弯折的水平基线之间距离2-5mm；第N次弯折的斜基线与第N-1次弯折的斜基线之间距离2-5mm；第N次折弯的角度小于第N-1次折弯的角度；所有折弯均为圆滑过渡。

本发明的搅混翼采用多次弯折成形的设计，对轴向流体进行一次横向引导，搅混翼中部进行二次折弯，进一步对流体进行横向引导，增强搅混作用；同时根部折弯角度较小有利于减小格架的整体阻力。

优选的，本发明的定位格架还包括设置在所述搅混翼下方的由内条带冲压形成的刚凸和弹簧构成的夹持机构。刚凸位于内条带上部和下部，弹簧位于内条带中部。

优选的，位于所述内条带上部、下部刚凸的上边沿、下边沿分别设置有一个冲制槽，所述冲制槽是在内条带上冲压形成的，内条带上边沿水平线与距离最近的冲制槽上边沿之间的距离不小于刚凸本身的轴向高度，其中刚凸本身的轴向高度是指刚凸沿着燃料棒栅元轴向的长度。

本发明的搅混翼位于格架的顶部，其下设置有弹簧、刚凸等夹持结构，流体在流经弹簧、刚凸等结构时由于流道变化产生扰动，增加搅混翼与夹持机构的距离有利于减小流体到达搅混翼时的紊乱成都，从而充分发挥搅混翼对流体的引导作用，提高搅混性能。

优选的，本发明的定位格架还包括设置在外条带上的导向翼，所述导向翼向格架内侧弯折，所述导向翼用于承担防勾挂功能。

优选的，本发明的搅混翼与位于外条带顶端的导向翼协同实现流体搅混。当冷却剂在燃料组件中从下至上流经搅混翼时，发生变向产生第一横流；冷却剂在燃料组件中从下至上流经导向翼时，发生变向产生第二横流，当第一横流与第二横流在冷却剂横流方向上的投影向量方向相反时，则搅混翼与导向翼方向冲突；当第一横流与第二横流在冷却剂横流方向上的投影向量方向相同时，则搅混翼与导向翼方向为匹配；当搅混翼与导向翼方向匹配时，导向翼的高度为H1；当搅混翼与导向翼方向冲突时，导向翼的高度为H2；H2<H1；所述导向翼高度为导向翼的顶点至导向翼弯折起点与外条带接触的水平基线之间在竖直方向的投影距离。

优选的，H1尺寸为6mm-10mm；H2尺寸为2mm-6mm。

本发明的外条带上设置的导向翼，其主要功能是承担防勾挂，同时导向翼向格架内侧弯折，尤其是上部导向翼将会影响到格架栅元的搅混，根据附近搅混翼对流体的引导方向，协同设计导向翼的高度，对于导向翼弯折方向引导的横向流能与附近搅混翼匹配的情况，增加导向翼高度以充分发挥其搅混作用；对于导向翼弯折方向引导的横向流与附近搅混翼冲突的情况，在保证其防勾挂功能的前提下，减小导向翼的高度以缓解不利影响。

优选的，本发明的N取值范围为2～4。

第二方面，本发明还提出了一种燃料组件，包括如上所述的定位格架。

本发明具有如下的优点和有益效果：

1、本发明提出了一种特定形状的搅混翼结构，利用多次弯折成形分步对流体进行横向引导，增强搅混作用，同时根部弯折角度较小，减小格架的整体阻力。

2、本发明增加了搅混翼与夹持机构的距离有利于减小流体到达搅混翼时的紊乱程度，从而充分发挥搅混翼对流体的引导作用，提高搅混性能。

3、本发明根据格架外围搅混翼对流体的引导方向，协同设计外条带上部导向翼的高度，以充分匹配二者对流体的引导，提高格架的搅混性能。

附图说明

图1为燃料组件结构示意图。

图2为传统定位格架的结构示意图。

图3为本发明的搅混翼弯折示意图。

图4为本发明的内条带示意图。

图5为本发明的搅混翼与导向翼的协同关系示意图。

图6为本发明的外条带示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1：定位格架；2-现有搅混翼结构；3-刚凸；4-弹簧；5-导向翼；6-本发明的搅混翼；6d：冲制槽；7：本发明的导向翼；D2：第N次折弯的角度；D1：第N-1次折弯的角度；H3：内条带上边沿水平线与距离最近的冲制槽上边沿之间的距离；H4：刚凸本身的轴向高度；A1：第一水平基线；A2：第一斜基线；B1：第二水平基线；B2：第二斜基线；T：冷却剂横流方向；R1：第一横流；R2：第二横流。

具体实施方式

在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所发明的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本发明的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

在本发明的各种实施例中，表述“或”或“A或/和B中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“A或B”或“A或/和B中的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。

在本发明的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本发明的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。

应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。

在本发明的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本发明的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图2所示的传统定位格架，内条带顶端布置有搅混翼2，同时搅混翼2下方布置有由内条带直接冲压形成的刚凸3和弹簧4构成的夹持机构，外条带上设置有导向翼5。传统的定位格架对于搅混翼如何才能充分发挥其对流体的搅混作用、其下部的弹簧和刚凸对搅混翼引导流体的影响以及格架外条带导向翼与搅混翼对流体搅混的协同作用并未有深入的研究，导致搅混翼的搅混性能不理想，因此本实施例提出了一种强化搅混性能的定位格架。

本实施例的定位格架采用了一种特殊结构的搅混翼6，具体如图3所示，本实施例的搅混翼6为多次弯折成形，侧面呈“S”型。本实施例的搅混翼6经2～4次弯折成形。

本实施例的搅混翼6折弯与竖直方向之间夹角为20°-40°，对轴向流体进行一次横向引导。搅混翼进行多次折弯，进一步对流体进行横向引导，从而实现分步对流体进行横向引导，增强了搅混性能。

位于所述内条带上部、下部刚凸的上边沿、下边沿分别设置有一个冲制槽，所述冲制槽是在内条带上冲压形成的，内条带上边沿水平线与距离最近的冲制槽上边沿之间的距离不小于刚凸本身的轴向高度，其中刚凸本身的轴向高度是指刚凸沿着燃料棒栅元轴向的长度。

本实施例的搅混翼6与外条带顶端布置的导向翼7协同实现流体搅混，外条带上设置的导向翼7，其主要承担防勾挂的作用，导向翼7向格架内侧弯折，尤其是上部导向翼7将会影响到格架边栅元的搅混，根据附近搅混翼6对流体的引导方向，协同设计导向翼7的高度。对于导向翼7弯折方向引导的横向流能与附近搅混翼匹配的情况，增加导向翼高度以充分发挥其搅混作用；对于导向翼弯折方向引导的横向流与附近搅混翼冲突的情况，在保证其防勾挂功能的前提下，减小导向翼的高度以缓解不利影响。

实施例2

本实施例提出了一种压水堆核电站燃料组件，如图1所示。

本实施例的燃料组件采用上述实施例1提出的强化搅混性能的定位格架，以提高燃料组件的临界热流密度。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种强化搅混性能的定位格架，包括内条带、外条带，其特征在于：内条带和外条带互相正交插配，并在交叉位置上焊接固定，形成若干个燃料棒栅元；内条带位于燃料棒栅元内部，外条带位于燃料棒栅元外围；搅混翼设置在内条带顶端；其特征在于：所述搅混翼N次弯折成形，侧面呈“S”形，实现分步对流体进行横向引导，增强搅混性能；所述N为大于等于2的正整数。

2.根据权利要求1所述的一种强化搅混性能的定位格架，其特征在于：搅混翼N次弯折中，每一次折弯与竖直方向之间夹角均为20-40°。

3.根据权利要求2所述的一种强化搅混性能的定位格架，其特征在于：第一次折弯沿着搅混翼根部与内条带上边沿接触的第一水平基线，或者沿着与第一水平基线呈10-20°夹角的第一斜基线；第二次折弯沿第二水平基线或者与第二水平基线呈10-20°夹角的第二斜基线；第二水平基线与第一水平基线之间间距2-5mm；第二斜基线与第一斜基线之间间距2-5mm；第N次弯折的水平基线与第N-1次弯折的水平基线之间距离2-5mm；第N次弯折的斜基线与第N-1次弯折的斜基线之间距离2-5mm；第N次折弯的角度小于第N-1次折弯的角度；所有折弯均为圆滑过渡。

4.根据权利要求1所述的一种强化搅混性能的定位格架，其特征在于：所述定位格架还包括由内条带冲压形成的刚凸和弹簧构成的夹持机构，刚凸位于内条带上部和下部，弹簧位于内条带中部。

5.根据权利要求4所述的一种强化搅混性能的定位格架，其特征在于：位于所述内条带上部、下部刚凸的上边沿、下边沿分别设置有一个冲制槽，所述冲制槽是在内条带上冲压形成的，内条带上边沿水平线与距离最近的冲制槽上边沿之间的距离不小于刚凸本身的轴向高度，其中刚凸本身的轴向高度是指刚凸沿着燃料棒栅元轴向的长度。

6.根据权利要求1所述的一种强化搅混性能的定位格架，其特征在于：所述定位格架还包括导向翼，导向翼设置在外条带的上下两端，与外条带为一体结构；所述导向翼向定位格架内侧弯折，所述导向翼用于承担防勾挂功能。

7.根据权利要求6所述的一种强化搅混性能的定位格架，其特征在于：所述搅混翼与导向翼协同工作；当冷却剂在燃料组件中从下至上流经搅混翼时，发生变向产生第一横流；冷却剂在燃料组件中从下至上流经导向翼时，发生变向产生第二横流，当第一横流与第二横流在冷却剂横流方向上的投影向量方向相反时，则搅混翼与导向翼方向冲突；当第一横流与第二横流在冷却剂横流方向上的投影向量方向相同时，则搅混翼与导向翼方向为匹配；当搅混翼与导向翼方向匹配时，导向翼的高度为H1；当搅混翼与导向翼方向冲突时，导向翼的高度为H2；H2<H1；所述导向翼高度为导向翼的顶点至导向翼弯折起点与外条带接触的水平基线之间在竖直方向的投影距离。

8.根据权利要求7所述的一种强化搅混性能的定位格架，其特征在于：所述H1尺寸为6mm-10mm；H2尺寸为2mm-6mm。

9.根据权利要求1所述的一种强化搅混性能的定位格架，其特征在于：所述N取值范围为2～4。

10.一种燃料组件，其特征在于：包括如权利要求1-9任一项所述的定位格架。

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