CN115050489A - 一种用于核燃料组件具有引导冷却剂协调流动的定位格架 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于核燃料组件具有引导冷却剂协调流动的定位格架，包括由多个条带交叉形成的多个栅元，所述栅元的壁面上设置有上刚凸和下刚凸，所述条带的顶部设置有搅混翼，所述上刚凸的出口段倾斜设置，且倾斜方向与搅混翼相配合，将冷却剂引导至搅混翼。本发明通过将上刚凸设置为倾斜刚凸，且倾斜方向与搅混翼相配合，能够将冷却剂引导至搅混翼，实现上刚凸和搅混翼二者在结构上相匹配器和功能相融合，冷却剂沿格架栅元轴向流动，流经上刚凸时，上刚凸设置特殊结构引导冷却剂流向其下游的搅混翼，提高搅混翼的搅混作用，使定位格架具有引导流体协调流动作用；同时可保证上刚凸与燃料棒的有效接触长度。

Description

一种用于核燃料组件具有引导冷却剂协调流动的定位格架

技术领域

本发明涉及核电站压水堆燃料组件技术领域，具体涉及一种用于核燃料组件具有引导冷却剂协调流动的定位格架。

背景技术

目前核电燃料组件定位格架从功能上包括对燃料棒的夹持定位以及促进冷却剂搅混，提高整体的热工水力性能。对于燃料棒的夹持定位，在结构采用刚凸弹簧相对的方式构成一对夹持力，如图1、图2所示，现有的条带的上部和下部分别设置有桥形刚凸，冷却剂的在栅元内的流动方向与栅元轴向一直。对于对冷却剂的搅混作用，通过在条带顶端布置搅混翼促进对冷却剂搅混。但二者的功能相对对立，在引导冷却剂流动方面无协调配合的作用，造成一定的能量浪费。

即现有核电站压水堆燃料组件定位格架设计中，将夹持结构功能与搅混系统功能分开考虑，各执行独立的功能，很少考虑二者之间对流体流动的配合作用。冷却剂流动过程中遇到的结构形状变化大，流动方向变化大，产生的阻力较大。造成能量损失且不利于格架性能的提升。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于核燃料组件具有引导冷却剂协调流动的定位格架，上部刚凸能够引导冷却剂流向其下游的搅混翼，实现上部刚凸与搅混翼相互协调配合，以提高搅混翼的搅混作用。

本发明通过下述技术方案实现：

一种用于核燃料组件具有引导冷却剂协调流动的定位格架，包括由多个条带交叉形成的多个栅元，所述栅元的壁面上设置有上刚凸和下刚凸，所述条带的顶部设置有搅混翼，所述上刚凸的出口段倾斜设置，且倾斜方向与搅混翼相配合，将冷却剂引导至搅混翼。

本发明所述上刚凸和下刚凸分别设置在条带两端，其中，上刚凸设置在靠近搅混翼的一端。下刚凸为传统的桥形结构，沿栅元轴向布置；上刚凸整体呈桥形结构，沿冷却剂流动方向逐渐呈一定角度倾斜偏离栅元轴向，即相当于将桥形结构的刚凸上部向着栅元轴向的一侧弯折使上部弯折部(倾斜部)与下部未弯折的竖向部具有一定夹角。

本发明通过将上刚凸设置为倾斜刚凸，且倾斜方向与搅混翼相配合，能够将冷却剂引导至搅混翼，实现上刚凸和搅混翼二者在结构上相匹配器和功能相融合，冷却剂沿格架栅元轴向流动，流经上刚凸时，上刚凸设置特殊结构引导冷却剂流向其下游的搅混翼，使冷却剂在格架栅元内的流动分配从自由流动变为向某一方向集中，且流向搅混翼，当冷却剂流向对应搅混翼所在通道正下方时，增加流经搅混翼的冷却剂流量；能够有效促进搅混翼的搅混作用，提高组件的热工水力性能。当引导冷却剂流向搅混翼背面时，通过上刚凸赋予冷却剂一定横向流速，一方面可增加搅混翼的作用；另一方面能够减缓搅混翼背面的涡旋紊流，降低流动阻力，即本发明所述定位格架具有引导流体协调流动作用。

综上，本发明的上部刚凸能够引导冷却剂流向其下游的搅混翼，实现上部刚凸与搅混翼相互协调配合，以提高搅混翼的搅混作用。

进一步地，上刚凸入口段的中心线与栅元的轴向平行，所述上刚凸出口段的中心线与栅元的轴向具有一定夹角，且所述上刚凸的出口端面为倾斜面，所述倾斜面的低端设置在上刚凸出口段的倾斜方向。

进一步地，倾斜面与水平面之间的夹角为0-30°。

进一步地，上刚凸出口段的中心线与栅元的轴向之间的夹角为0-30°。

进一步地，上刚凸与燃料棒在栅元中心的接触长度不小于下刚凸与燃料棒的接触长度。

进一步地，上刚凸的入口段和出口段均与燃料棒线接触，即所述上刚凸的入口段和出口段均保留有接触平面区，二者结合保证了燃料棒的接触长度。

进一步地，上刚凸的入口端端面为水平面或倾斜面。

进一步地，上刚凸的出口段将冷却剂引导至其所在条带上的搅混翼的正面或背面；或上刚凸的出口段将冷却剂引导至与其所在条带相垂直条带上的搅混翼的正面或背面。

进一步地，下刚凸的中心线与栅元中心线一致，所述上刚凸的中心线与栅元中心线一致或偏移栅元中心线一定距离。

上刚凸根据倾斜角度的不同，其中心线可与栅元中心线重合或者偏移栅元中心一定距离，以实现灵活调整刚凸与燃料棒接触长度；即上刚凸轴线可偏移栅元中心一定距离，便于调整上部倾斜刚凸的角度，实现与搅混翼更好的匹配调节。

进一步地，栅元相邻两个壁面上均设置有上刚凸和下刚凸，栅元另外两个壁面设置有与上刚凸和下刚凸相配合的弹簧。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明首次提出了通过对上刚凸进行结构设计，以实现上刚凸与搅混翼相配合的技术构思，本发明的上部刚凸能够引导冷却剂流向其下游的搅混翼，实现上部刚凸与搅混翼相互协调配合，以提高搅混翼的搅混作用。

2、本发明的上刚凸的入口段沿栅元轴向，后端与栅元轴向呈一定夹角倾斜，引导冷却剂形成一定的流动方向。与传统的桥形刚凸冷却剂直接流过不同，该情况下冷却剂在通道内部自由分配，无特殊的规则。采用倾斜式上刚凸后，当冷却剂流经上刚凸后将形成一定的分配引导作用；当冷却剂流向对应搅混翼所在通道正下方时，增加流经搅混翼的冷却剂流量。能够有效促进搅混翼的搅混作用，提高组件的热工水力性能。

3、本发明的上刚凸与栅元轴向呈一定夹角倾斜，引导冷却剂形成一定的流动方向；与上端搅混翼位置配合，当引导冷却剂流向搅混翼背面时，通过上刚凸赋予冷却剂一定横向流速，一方面可增加搅混翼的作用；另一方面能够减缓搅混翼背面的涡旋紊流，降低流动阻力。

4、本发明可根据不同的设计目标，实现减小流动的阻力，且增加通过搅混翼的流量，有益于提高格架的热工水力性能的目的。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为现有格架中条带的局部图；

图2为图1的左视图；

图3为本发明有格架中条带的局部图；

图4为本发明上部刚凸局部视图一；

图5为本发明上部刚凸局部视图二；

图6为上部刚凸与搅混翼相配合的示意图一；

图7为上部刚凸与搅混翼相配合的示意图二；

图8为上部刚凸与搅混翼相配合的示意图二

图9为上部刚凸不同入口的条带的局部图；

图10为上部刚凸与轴线夹角及偏移距离的示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-条带，2-上部刚凸，3-下刚凸，4-搅混翼。

具体实施方式

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3-图6所示，一种用于核燃料组件具有引导冷却剂协调流动的定位格架，包括由多个条带1交叉形成的多个栅元，所述栅元内其中相邻的两个壁面上设置有均设置有刚凸组，每个壁面上的刚凸组包括呈上下间隔设置的上刚凸2和下刚凸3，上刚凸2和下刚凸3分别从所在条带1上冲制形成并分别向栅元内部方向凸出，所述条带1的顶部设置有搅混翼4，所述上刚凸2设置在栅元内靠近搅混翼4的一端。

定位格架还包括设置在栅元内另外相邻的两个壁面上的弹簧(图未视)，上刚凸2和下刚凸3的对面设置有弹簧，弹簧和刚凸共同用于夹持栅元内的燃料棒。

在本实施例中，下刚凸3为传统的定位格架中桥形结构，沿栅元轴向布置在下端位置；下刚凸3和上刚凸2构成刚凸组，与弹簧构成一对夹持力。冷却剂流过下刚凸3，在栅元通道内自由分配。优选地，所述下刚凸3设置在栅元的水平向中央位置，即下刚凸3的中心线与栅元中心线一致。

在本实施例中，上刚凸2整体为桥形截面结构，所述上刚凸2的出口段倾斜设置，且倾斜方向与搅混翼4相配合，将冷却剂引导至搅混翼4；即所述上刚凸2出口段的中心线与栅元的轴向具有一定夹角，该夹角如图10的b中所示的夹角，且所述上刚凸2的出口端面为倾斜面，所述倾斜面的低端设置在上刚凸2出口段的倾斜方向；优选地，所述倾斜面与水平面之间的夹角为0-30°；所述上刚凸2出口段的中心线与栅元的轴向之间的夹角为0-30°。

在本实施例中，为了保持上刚凸2对燃料棒的夹持功能，所述上刚凸2与燃料棒在栅元中心的接触长度不小于下刚凸3与燃料棒的接触长度，具体地：所述上刚凸2的入口段和出口段均与燃料棒线接触，即所述上刚凸2的入口段和出口段均均保留有接触平面区，二者结合保证了燃料棒的接触长度。

在本实施例中，所述上刚凸2的入口端端面为水平面或倾斜面，即上刚凸2的入口端端面可以与下刚凸3的上端面或下端面平行，也可与下刚凸3的上端面或下端面形成一定夹角，如图9所示，图9中的a、b和c分别反映了上刚凸2的入口端端面为水平面、上刚凸2的入口端端面为倾斜面且该倾斜面与上刚凸2的出口端端面具有相同倾斜方向、上刚凸2的入口端端面为倾斜面且该倾斜面与上刚凸2的出口端端面具有相反倾斜方向。

在本实施例中，所述上刚凸2的中心线位置可以与栅元中心一致。当上刚凸2倾斜而导致出口接近栅元装配槽位置情况下，为了保证上刚凸2与燃料棒的接触长度，可以将上刚凸2中心线偏移栅元中心线一定距离，一方面以保证对燃料棒的有效接触长度；另一方面调整位置可以便于上刚凸2倾斜角度的调整，以实现与搅混翼4更好的匹配；调整角度也便于实现对流动特性以及阻力特性的调整，如图10所示，图10中的a反映了上刚凸2的中心线偏移栅元中心线一定距离，图10中的b反映了上刚凸2的中心线与栅元中心线一致。

在本实施例中，如图6所示，所述上刚凸2的出口段将冷却剂引导至其所在条带1上的搅混翼4的正面，由于上刚凸2出口段的中心线与栅元的轴向具有一定夹角，冷却剂流经上刚凸2后被引导及挤向子通道中心位置，上刚凸2引导流体与顶端的搅混翼4配合，引导冷却剂流向子通道对应搅混翼的下方位置，增加了流向搅混翼的流量，使流经格架栅元的冷却剂流量进行了一次有效的分配；促进搅混翼对冷却剂的搅混，以提高格架的热工水力性能。

现有定位格架中的刚凸仅为夹持结构的一部分，没有引导冷却剂流动的功能，更没有将冷却剂引导至搅混翼4处；本实施例中靠近搅混翼4的上刚凸2含有倾斜布置部分，能够与搅混翼4进行有效的配合，实现对冷却剂流动的引导作用。

实施例2：

本实施例基于实施例1，与实施例1的区别在于，上刚凸2的出口段将冷却剂引导至与其所在条带1相垂直条带1上的搅混翼4的背面，如图7、如8所示，具体地：

仍采用实施例1所述上刚凸2倾斜结构，通过倾斜刚凸将冷却剂挤向通道中心；倾斜方向与顶端搅混翼4相配合，冷却剂经过上刚凸2倾斜段的引导后流向相互垂直插配条带1对应搅混翼4的背面位置；通常格架顶端布置搅混翼4，当冷却剂经过搅混翼4后在其背面产生涡流带来压力损失和能量损失，通过上刚凸2倾斜方向与搅混翼4方向配合，将冷却剂挤向搅混翼4背面，可减小该位置涡旋，降低格架的流动阻力。此外，倾斜的上刚凸2将赋予冷却剂一定的横向速度，与搅混翼4产生的横向在方向上一致，加大了产生横向流速的效果。

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。

需要注意的是，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

Claims (10)

1.一种用于核燃料组件具有引导冷却剂协调流动的定位格架，包括由多个条带(1)交叉形成的多个栅元，所述栅元的壁面上设置有上刚凸(2)和下刚凸(3)，所述条带(1)的顶部设置有搅混翼(4)，其特征在于，所述上刚凸(2)的出口段倾斜设置，且倾斜方向与搅混翼(4)相配合，将冷却剂引导至搅混翼(4)。

2.根据权利要求1所述的一种用于核燃料组件具有引导冷却剂协调流动的定位格架，其特征在于，所述上刚凸(2)入口段的中心线与栅元的轴向平行，所述上刚凸(2)出口段的中心线与栅元的轴向具有一定夹角，且所述上刚凸(2)的出口端面为倾斜面，所述倾斜面的低端设置在上刚凸(2)出口段的倾斜方向。

3.根据权利要求2所述的一种用于核燃料组件具有引导冷却剂协调流动的定位格架，其特征在于，所述倾斜面与水平面之间的夹角为0-30°。

4.根据权利要求2所述的一种用于核燃料组件具有引导冷却剂协调流动的定位格架，其特征在于，所述上刚凸(2)出口段的中心线与栅元的轴向之间的夹角为0-30°。

5.根据权利要求1所述的一种用于核燃料组件具有引导冷却剂协调流动的定位格架，其特征在于，所述上刚凸(2)与燃料棒在栅元中心的接触长度不小于下刚凸(3)与燃料棒的接触长度。

6.根据权利要求5所述的一种用于核燃料组件具有引导冷却剂协调流动的定位格架，其特征在于，所述上刚凸(2)的入口段和出口段均与燃料棒线接触。

7.根据权利要求1所述的一种用于核燃料组件具有引导冷却剂协调流动的定位格架，其特征在于，所述上刚凸(2)的入口端端面为水平面或倾斜面。

8.根据权利要求1所述的一种用于核燃料组件具有引导冷却剂协调流动的定位格架，其特征在于，所述上刚凸(2)的出口段将冷却剂引导至其所在条带(1)上的搅混翼(4)的正面或背面；或上刚凸(2)的出口段将冷却剂引导至与其所在条带(1)相垂直条带(1)上的搅混翼(4)的正面或背面。

9.根据权利要求1所述的一种用于核燃料组件具有引导冷却剂协调流动的定位格架，其特征在于，所述下刚凸(3)的中心线与栅元中心线一致，所述上刚凸(2)的中心线与栅元中心线一致或偏移栅元中心线一定距离。

10.根据权利要求1-9任一项所述的一种用于核燃料组件具有引导冷却剂协调流动的定位格架，其特征在于，所述栅元相邻两个壁面上均设置有上刚凸(2)和下刚凸(3)，栅元另外两个壁面设置有与上刚凸(2)和下刚凸(3)相配合的弹簧。

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