CN115206557B - 一种基于空间曲面通道的燃料组件下管座及过滤组件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于空间曲面通道的燃料组件下管座及过滤组件，燃料组件下管座，包括下管座外框体，所述下管座外框体内侧设置有连接板；所述连接板包括若干相邻设置的过滤单元，所述过滤单元包括多个旋转肋和多个直肋，多个直肋构成通道，多个旋转肋置于该通道内，且多个旋转肋的一侧相交，另一侧均与通道内壁连接，所述旋转肋沿高度方向呈旋转变化，且多个旋转肋使过滤单元中无直线贯穿过滤单元上表面和下表面的通孔。本发明所述过滤组件在确保下管座结构强度和冷却水流通能力的前提下，能够显著提高异物过滤效果。
Description
技术领域
本发明涉及核反应堆燃料组件技术领域，具体涉及一种基于空间曲面通道的燃料组件下管座及过滤组件。
背景技术
下管座是核燃料组件中下部承载的重要结构部件，其主要功能包括：燃料组件骨架的重要组成部分，提供连接导向管和仪表管的接口，支撑与定位燃料组件，保证力学性能；对流入燃料组件的冷却剂进行流量分配，保证入口流量的均匀性；防止一回路系统中的异物随冷却剂进入燃料组件，造成燃料棒包壳的异物磨蚀破损；防止燃料棒从燃料组件中向下脱落。下管座结构的合理设计对保证燃料组件整体结构安全性至关重要。
目前相关的燃料组件下管座设计中，AFA3G下管座通过在管座上方设置一块开有小而密的孔的薄滤板，但该滤板仅能过滤掉尺寸大于滤板孔的异物，对于截面尺寸小于滤孔尺寸的细长条状异物或其他尺寸较小异物，无法进行捕获，且该设计没有将结构强度与滤板过滤性能两者进行一体化综合考量。CF燃料采用的以过滤筋条为基础过滤结构的下管座，优点为结构稳定，但缺点为工艺太过复杂，筋条加工及其耗时。西屋AP1000采用的开孔式下管座与防异物格架配合过滤的方式，优点为下管座与格架均可实现过滤效果，但缺点为需要设置专用的格架过滤结构，增加成本。
现有专利(CN 112201368 A)公开了种螺旋异型孔的防异物核反应堆燃料组件下管座，通过具有螺旋结构的流水孔群形成空间曲面通道，既能实现流量分配，又能加强过滤，但是，但是其在实现空间曲面通道时，采用的若干扭曲的肋条形成呈上下布置的螺旋结构，难以保证下管座结构强度，并且其螺旋通道总体外形的复杂性导致设计过程中流道之间易产生干涉，为后续优化设计带来了限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于空间曲面通道的燃料组件下管座及过滤组件，在确保下管座结构强度和冷却水流通能力的前提下，能够显著提高异物过滤效果。
本发明通过下述技术方案实现：
一种基于空间曲面通道的燃料组件下管座，包括下管座外框体，所述下管座外框体内侧设置有连接板；
所述连接板包括若干相邻设置的过滤单元，所述过滤单元包括多个旋转肋和多个直肋，多个直肋构成通道，多个旋转肋置于该通道内，且多个旋转肋的一侧相交，另一侧均与通道内壁连接，所述旋转肋沿高度方向呈旋转变化，且多个旋转肋使过滤单元中无直线贯穿过滤单元上表面和下表面的通孔。
本发明所述直肋可以为呈竖向布置的平板，所述旋转肋可以理解为不规则的板，即旋转肋在不同高度的截面不在同一竖直线上优选的，所述旋转肋的两侧壁为光滑的曲面，两侧壁为形成空间曲面通道的侧壁。
由于旋转肋沿高度方向呈旋转变化，使本发明的过滤单元中相邻两个旋转肋与直肋支撑形成一个个较小的空间曲面通道，该空间曲面通道不同于直通道，即多个旋转肋使过滤单元中无直线贯穿过滤单元上表面和下表面的通孔，能够更有效地实现对反应堆中的异物进行过滤。本发明的空间曲面通道只在过滤单元内形成，不同过滤单元之间的空间曲面通道不可能形成干涉，过滤单元边界上的直肋将有效地保障下管座的结构强度，并且为后续的优化设计提供了调整空间。
本发明所述空间曲面通道相比现有具有螺旋结构的流水孔群形成空间曲面通道，由于空间曲面通道中各高度的截面形状均不相同，能够更有效地实现对反应堆中的异物进行过滤，且能够保证下管座的结构强度。
因此，本发明基于现有燃料组件下管座的缺陷，综合考虑了结构强度与过滤性能，通过设计上述特殊结构的连接板，在保证下管座冷却水流通能力、下管座结构强度的同时，进一步加强下管座的异物过滤性能。
进一步地，每个过滤单元中由4个直肋构成的通道为方形通道，相邻两个过滤单元共用一个直肋。
即从燃料组件下管座的俯视方向来看，连接板被若干垂直设置的隔板分隔成了若干形状大小一致的方形通道，相邻两个过滤单元共用一个直肋既能避免相邻两个过滤单元之间具有间隙影响过滤效果，又能提高整体的结构性能。
进一步地，直肋和旋转肋一一对应。
进一步地，相邻两个旋转肋与直肋之间形成的空间曲面通道沿高度方向的水平截面形状不一致。
具体地，旋转肋的具体扫掠形式为：旋转肋一端匀速改变高度，其余部分绕着该端部进行圆周旋转。
进一步地，旋转肋的上端面和下端面为水平面，且两端达到水平面分别与直肋的上端面和下端面齐平。
进一步地，旋转肋的具体形状采用扫掠方式实现，扫掠的角度变化速度为均匀或不均匀。
进一步地，还包括导向管座和仪表管座，所述导向管座和仪表管座布置在连接板内。
进一步地，连接板的顶部与下管座外框体的顶部齐平。
进一步地，燃料组件下管座采用3D打印技术制备。
所述3D打印技术为现有技术。
一种过滤组件，由若干过滤单元组成，过滤单元包括多个旋转肋和多个直肋，多个直肋构成通道，多个旋转肋置于该通道内，且多个旋转肋的一侧相交，另一侧均与通道内壁连接，所述旋转肋沿高度方向呈旋转变化，且多个旋转肋使过滤单元中无直线贯穿过滤单元上表面和下表面的通孔。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明中的连接板包括了若干过滤通道，且过滤通道内由于旋转肋的特殊结构形成了空间曲面通道，该空间曲面通道的截面形状沿高度方向不断变化，增强了下管座对各类异物的过滤性能，同时其平滑的曲面通道结构也能有效地减少冷却剂流通阻力。
2、本发明直肋的设置有效地保证了下管座整体结构的强度，并且在后续优化设计过程中，能对连接板中各位置的直肋厚度进行灵活调整，以适应不同燃料组件对下管座结构强度的需求。
3、本发明可先设计好连接板中旋转肋和直肋的形状、尺寸、厚度等以及肋旋转扫掠的角度，然后根据实际过滤的需求，通过调整旋转肋和直肋的形状、尺寸、厚度，可调整整体结构强度和异物过滤能力；通过调整肋旋转扫掠的角度，以满足不同燃料组件对流通性能和异物过滤能力的要求。
4、本发明所述的过滤组件不仅可以用于燃料组件下管座，可可以适用于其他过滤领域。
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为本发明下管座的结构示意图；
图2为图1的纵向剖视图；
图3为本发明下管座的俯视图
图4为过滤小单元的结构示意图；
图5为实施例1中多个旋转肋连接的示意图；
图6为实施例2中多个旋转肋连接的示意图；
图7为实施例1中过滤单元在不同高度的剖视图；
图8为实施例2中过滤单元在不同高度的剖视图；。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-导向管座，2-仪表管座，3-连接板，4-下管座外框体，5-旋转肋，6-直肋。
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1-图4所示，一种基于空间曲面通道的燃料组件下管座，包括下管座外框体4、导向管座1和仪表管座2，所述下管座外框体4内侧设置有连接板3；
所述连接板3包括若干相邻设置的过滤单元，所述过滤单元包括多个旋转肋5和多个直肋6，多个直肋6构成通道，多个旋转肋5置于该通道内，且多个旋转肋5的一侧相交，另一侧均与通道内壁连接，所述旋转肋5沿高度方向呈旋转变化，且多个旋转肋5使过滤单元中无直线贯穿过滤单元上表面和下表面的通孔。
在本实施例中，旋转肋5和直肋6均设置有4个，4个直肋6构成截面为正方形的通道，相邻两个过滤单元共用一个直肋6，即相邻两个正方形通道具有相同的边。
在本实施例中，为了进一步提高过滤效果，优选为相邻两个旋转肋5与直肋6之间形成的空间曲面通道沿高度方向的水平截面形状不一致。
在本实施例中，作为优选地，所述旋转肋5的上端面和下端面为水平面，且两端达到水平面分别与直肋6的上端面和下端面齐平；所述旋转肋5的具体形状采用扫掠方式实现，扫掠的角度变化速度为均匀或不均匀；具体地，旋转肋5的具体扫掠形式为：旋转肋一端匀速改变高度，其余部分绕着该端部进行圆周旋转；旋转肋5的两个端面可以分别与直肋6相交于直肋6的中心，也可搭接在直肋6的端部或者端部和中心之间的任意位置；所述连接板3的顶部与下管座外框体4的顶部齐平。
在本实施例中，所述导向管座1和仪表管座2布置在连接板3内。
在本实施例中，所述燃料组件下管座采用3D打印技术制备。
为了更好的对旋转肋5的形状进行说明，以及更好的说明多个旋转肋5使过滤单元中无直线贯穿过滤单元上表面和下表面的通孔，在本实施例中，如图5所示，旋转肋5角度为200度，即图5显示的是逆时针扫掠200度的旋转肋5，以此确保连接板3的上下表面各方向视图中无直线贯穿通孔，同时沿高度方向上空间通道截面形状不断变化，更有利于异物过滤，如图7所示，空间曲面通道在不同高度(即A-A、B-B、C-C视图)的截面形状不同，且过滤单元内无直线贯穿通孔。
实施例2：
本实施例基于实施例1，与实施例1的区别在于：
空间通道形状不一致，但是旋转肋5仍然沿高度方向呈旋转变化，且多个旋转肋5使过滤单元中无直线贯穿过滤单元上表面和下表面的通孔，不同之处还在于：调整了旋转扫掠的角度，改为90度，具体扫掠策略为先逆时针扫掠90度后顺时针扫掠90度，该扫掠方式形成的旋转肋5见图6，以此保证上下表面各方向视图中无直线贯穿通孔，同时避免了旋转扫掠角度过大对流通性能的影响。如图8所示，空间曲面通道元在不同高度(A、B、C向)的截面形状不同，且过滤单元内无直线贯穿通孔。
即本实施例与实施例1相比，旋转肋5的截面形状一致，但是扫掠方式(旋转的角度、方向)有所调整，因此，形成的空间通道形状不一致。
实施例3：
一种过滤组件，由若干过滤单元组成，所述过滤单元包括多个旋转肋5和多个直肋6，多个直肋6构成通道，多个旋转肋5置于该通道内，且多个旋转肋5的一侧相交，另一侧均与通道内壁连接，所述旋转肋5沿高度方向呈旋转变化，且多个旋转肋5使过滤单元中无直线贯穿过滤单元上表面和下表面的通孔。
本实施例所述的过滤组件不仅可以用于燃料组件下管座，也可以适用于其他过滤领域。
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 (8)
1.一种基于空间曲面通道的燃料组件下管座，包括下管座外框体（4），其特征在于，所述下管座外框体（4）内侧设置有连接板（3）；
所述连接板（3）包括若干相邻设置的过滤单元，所述过滤单元包括多个旋转肋（5）和多个直肋（6），多个直肋（6）构成通道，多个旋转肋（5）置于该通道内，且多个旋转肋（5）的一侧相交，另一侧均与通道内壁连接，所述旋转肋（5）沿高度方向呈旋转变化，且多个旋转肋（5）使过滤单元中无直线贯穿过滤单元上表面和下表面的通孔；
每个过滤单元中由4个直肋（6）构成的通道为方形通道，相邻两个过滤单元共用一个直肋（6）；
所述旋转肋（5）的具体形状采用扫掠方式实现，扫掠的角度变化速度为均匀或不均匀。
2.根据权利要求1所述的一种基于空间曲面通道的燃料组件下管座，其特征在于，所述直肋（6）和旋转肋（5）一一对应。
3.根据权利要求1所述的一种基于空间曲面通道的燃料组件下管座，其特征在于，相邻两个旋转肋（5）与直肋（6）之间形成的空间曲面通道沿高度方向的水平截面形状不一致。
4.根据权利要求1所述的一种基于空间曲面通道的燃料组件下管座，其特征在于，所述旋转肋（5）的上端面和下端面为水平面，且两端达到水平面分别与直肋（6）的上端面和下端面齐平。
5.根据权利要求1所述的一种基于空间曲面通道的燃料组件下管座，其特征在于，还包括导向管座（1）和仪表管座（2），所述导向管座（1）和仪表管座（2）布置在连接板（3）内。
6.根据权利要求1所述的一种基于空间曲面通道的燃料组件下管座，其特征在于，所述连接板（3）的顶部与下管座外框体（4）的顶部齐平。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种基于空间曲面通道的燃料组件下管座，其特征在于，所述燃料组件下管座采用3D打印技术制备。
8.一种过滤组件，其特征在于，由若干过滤单元组成，所述过滤单元包括多个旋转肋（5）和多个直肋（6），多个直肋（6）构成通道，多个旋转肋（5）置于该通道内，且多个旋转肋（5）的一侧相交，另一侧均与通道内壁连接，所述旋转肋（5）沿高度方向呈旋转变化，且多个旋转肋（5）使过滤单元中无直线贯穿过滤单元上表面和下表面的通孔。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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