CN115588518B - 一种基于流线型过滤棒结构的核燃料组件下管座 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于流线型过滤棒结构的核燃料组件下管座，涉及核反应堆燃料组件技术领域，包括外框体，所述外框体内侧横向设有过滤棒组，纵向设有若干筋板；所述过滤棒组包括若干根过滤棒，相邻过滤棒之间留有间隙，若干所述过滤棒和若干所述筋板之间纵横交错设置。采用本方案，使与下管座外框体连接的过滤棒组不仅起到过滤杂质的作用，也使得下管座刚度得到增强，从而具有较高的抗震性能。
Description
技术领域
本发明涉及核反应堆燃料组件技术领域，具体涉及一种基于流线型过滤棒结构的核燃料组件下管座。
背景技术
核燃料组件由若干燃料棒、导向管部件、定位格架及上下管座等构成。下管座部件是燃料组件骨架的基座部分，其基本功能如下：为燃料组件与下部结构提供接口连接功能；为一回路冷却剂提供过滤功能，防止大于一定尺寸的异物进入燃料组件，造成燃料棒破损；为整个燃料组件提供下部基座功能。
目前，压水堆燃料组件下管座结构主要有AFA3G下管座(如图1所示)、CF燃料组件的空间曲面结构、以及西屋AP1000采用的开孔式下管座与防异物格架配合过滤的方式。其中AFA3G采用了下管座单元件与过滤板焊接的组装结构，以下管座单元件作为基础，起支撑作用，而过滤板则实现过滤功能。本种结构的优点是单元件与滤板共同组成下管座部件，组合在一起实现下管座整体作用，满足适用需求。缺点是滤板需要单独加工，且为了满足流通面积的需求，过滤板上开孔较多，造成滤板结构显得单薄，异物冲击下容易损坏，且滤板需单独加工，采用电化学方式，工艺复杂，成本较高。CF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。
发明内容
本发明为解决现有技术的不足，目的在于提供一种基于流线型过滤棒结构的核燃料组件下管座，采用本方案，使与下管座外框体连接的过滤棒组不仅起到过滤杂质的作用，也使得下管座刚度得到增强，从而具有较高的抗震性能。
本发明通过下述技术方案实现：
一种基于流线型过滤棒结构的核燃料组件下管座，包括外框体，所述外框体内侧横向设有过滤棒组，纵向设有若干筋板；所述过滤棒组包括若干根过滤棒，相邻过滤棒之间留有间隙，若干所述过滤棒和若干所述筋板之间纵横交错设置。
相对于现有技术中，滤板需要单独加工，且为了满足流通面积的需求，过滤板上开孔较多，造成滤板结构显得单薄，异物冲击下容易损坏，且滤板需单独加工，采用电化学方式，工艺复杂，成本较高等问题，本方案提供了一种基于流线型过滤棒结构的核燃料组件下管座，采用本方案，使与下管座外框体连接的过滤棒组不仅起到过滤杂质的作用，也使得下管座刚度得到增强，从而具有较高的抗震性能。具体方案中，包括外框体，外框体优选呈四边形，在其内部的横向和纵向方向分别设有过滤棒组和若干筋板，筋板为常规加固件，过滤棒组包括有若干过滤棒，若干过滤棒依次排布，且相邻之间留有间隙，其中过滤棒的为流线型结构，过滤棒穿过若干筋板后的两端均和外框体的内侧固定连接，从而在起过滤作用的同时，使下管座的刚度得到增强，并具有较高的抗震性能；以上方案，区别于现已有的管座结构，本发明的下管座具有较高的刚度，抗震性能好；结构简单，组装快捷，制造工艺要求低，提高了燃料组件的制造经济性；其综合工艺简单，结构稳定，提高过滤效果等特点，提高了下管座的综合使用价值。
进一步优化，所述过滤棒的横截面呈圆头锥尾的水滴状，所述过滤棒横截面的圆头面为迎水面；为减少水流阻力，本方案中，过滤棒的横截面呈上圆下锥的结构，即圆头锥尾的水滴状，以圆头追尾形状过滤棒为基础组成的过滤棒组，其圆头方向为迎向水流方向，水流通过过滤棒圆形头部方向被分流后，流经过后端锥尾部分，其阻流面积逐渐减少，由圆头锥尾的基本形状组成的过滤棒组，其流体效应可以最大程度的减少过滤棒组的阻力，即该下管座以圆头锥尾流线型过滤棒为基础结构，冲击面为圆形，尾部为锥形，该结构与在流体力学上与船头和机翼设计类似，消除流体经过圆棒后的涡流，，可最大程度减少水流阻力，实现减小下管座过滤层的水流阻力。
进一步优化，相邻两个所述过滤棒在高度方向上依次错开设置；即将相邻过滤棒之间交替设置，留出棒与棒之间的间隙，从而起到过滤杂质的作用，可通过调整相邻两个过滤棒之间的高度差及间隙宽度，从而调整过滤效果。
进一步优化，所述外框体内侧横向设有若干排过滤棒组，相邻两排所述过滤棒组之间留有间隙；为进一步调节过滤功能和水流阻力，本方案中，在外框体上从上至下可设置多层过滤棒组，从而形成多排交替排列的过滤组件，水流通过棒与棒之间的缝隙流过下管座，相邻过滤棒之间的间隙，上下两排过滤棒之间的间隙，在被筋板隔开后形成单个过滤栅元，从而起到了过滤杂质的作用。
进一步优化，所述过滤棒沿自身长度方向上依次开有若干流水通孔；可以在根据需求在单根过滤棒上增加流水通孔，通过控制流水通孔的大小，可以在不影响过滤功能的前提下进一步提高水流流通面积。
进一步优化，所述过滤棒均分别和所述外框体与筋板焊接；横向过滤棒组整体焊接固定在外框体与横向筋板上，焊接方式包括但不限于钎焊，TIG焊接，电子束焊接等，从而提高下管座刚度。
进一步优化，所述外框体、若干筋板和过滤棒组通过3D打印一体成型；通过3D打印等整体加工方式，从而无需单独加工过滤棒。
进一步优化，所述筋板上设有若干一体成型的导向管孔，导向管孔布置在纵向筋板上，与筋板一体化加工而成，在下管座装成骨架时用于连接轴肩螺钉。
进一步优化，所述外框体中心位置的筋板上设有仪表管孔。
进一步优化，所述外框体的周侧端部方向开有若干下管座S孔。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1.本发明提供了一种基于流线型过滤棒结构的核燃料组件下管座，采用本方案，使过滤棒组具有良好的过滤作用，以及较强的减少水流阻力的作用，同时区别于传统滤板的单薄，可以提高下管座部件的抗冲击能力和抗震性能。
2.本发明提供了一种基于流线型过滤棒结构的核燃料组件下管座，采用本方案，在同等流通面积的前提下，多排过滤棒组可以起到多排过滤的效果。
3.本发明提供了一种基于流线型过滤棒结构的核燃料组件下管座，采用本方案，可以在根据需求在单根过滤棒上增加流水孔，通过控制流水孔的大小，可以在不影响过滤功能的前提下进一步提高水流流通面积。
4.本发明提供了一种基于流线型过滤棒结构的核燃料组件下管座，采用本方案，使过滤功能以及水流阻力均可以调节，可以根据实际过滤的需求，通过加减过滤棒的层数，调整过滤棒相互之间，层与层之间，以及棒内流水孔形状，大小，流道结构，达到不同的过滤效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。在附图中：
图1为现有技术的结构示意图；
图2为本发明提供的一种实施例的下管座的结构示意图；
图3为本发明提供的一种实施例的A-A剖视图；
图4为本发明提供的一种实施例的过滤棒的B-B横截面图；
图5为本发明提供的一种实施例的过滤棒组的排布示意图；
图6为本发明提供的一种实施例的水流方向示意图；
图7为本发明提供的一种实施例的C-C剖视图；
图8为本发明提供的一种实施例的单根过滤棒开设过流通孔的结构示意图；
图9为本发明提供的一种实施例的过流通孔对比图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-导向管孔，2-筋板，3-过滤棒组，4-外框体，5-下管座S孔，6-仪表管孔。
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
本实施例1提供了一种基于流线型过滤棒结构的核燃料组件下管座，如图2至图7所示，包括外框体4，所述外框体4内侧横向设有过滤棒组3，纵向设有若干筋板2；所述过滤棒组3包括若干根过滤棒，相邻过滤棒之间留有间隙，若干所述过滤棒和若干所述筋板2之间纵横交错设置。
相对于现有技术中，滤板需要单独加工，且为了满足流通面积的需求，过滤板上开孔较多，造成滤板结构显得单薄，异物冲击下容易损坏，且滤板需单独加工，采用电化学方式，工艺复杂，成本较高等问题，本方案提供了一种基于流线型过滤棒结构的核燃料组件下管座，采用本方案，使与下管座外框体4连接的过滤棒组3不仅起到过滤杂质的作用，也使得下管座刚度得到增强，从而具有较高的抗震性能。具体方案中，包括外框体4，外框体4优选呈四边形，在其内部的横向和纵向方向分别设有过滤棒组3和若干筋板2，筋板2为常规加固件，过滤棒组3包括有若干过滤棒，若干过滤棒依次排布，且相邻之间留有间隙，其中过滤棒的为流线型结构，过滤棒穿过若干筋板2后的两端均和外框体4的内侧固定连接，从而在起过滤作用的同时，使下管座的刚度得到增强，并具有较高的抗震性能；以上方案，区别于现已有的管座结构，本发明的下管座具有较高的刚度，抗震性能好；结构简单，组装快捷，制造工艺要求低，提高了燃料组件的制造经济性；其综合工艺简单，结构稳定，提高过滤效果等特点，提高了下管座的综合使用价值。
请参阅图4，为单根过滤棒的B-B横截面图，作为一种为减少水流阻力的具体实施方式，设置为：所述过滤棒的横截面呈圆头锥尾的水滴状，所述过滤棒横截面的圆头面为迎水面；
可以理解的是，过滤棒的横截面呈上圆下锥的结构，即圆头锥尾的水滴状，以圆头追尾形状过滤棒为基础组成的过滤棒组3，其圆头方向为迎向水流方向，水流通过过滤棒圆形头部方向被分流后，流经过后端锥尾部分，其阻流面积逐渐减少，由圆头锥尾的基本形状组成的过滤棒组3，其流体效应可以最大程度的减少过滤棒组3的阻力，即该下管座以圆头锥尾流线型过滤棒为基础结构，冲击面为圆形，尾部为锥形，该结构与在流体力学上与船头和机翼设计类似，消除流体经过圆棒后的涡流，，可最大程度减少水流阻力，实现减小下管座过滤层的水流阻力。
请参阅图3，本实施例中，相邻两个所述过滤棒在高度方向上依次错开设置；即将相邻过滤棒之间交替设置，留出棒与棒之间的间隙，从而起到过滤杂质的作用，可通过调整相邻两个过滤棒之间的高度差及间隙宽度，从而调整过滤效果。
请参阅图5，作为一种进一步调节过滤功能和水流阻力的具体实施方式，设置为：所述外框体4内侧横向设有若干排过滤棒组3，相邻两排所述过滤棒组3之间留有间隙；
可以理解的是，在外框体4上从上至下可设置多层过滤棒组3，从而形成多排交替排列的过滤组件，水流通过棒与棒之间的缝隙流过下管座，相邻过滤棒之间的间隙，上下两排过滤棒之间的间隙，在被筋板2隔开后形成单个过滤栅元，从而起到了过滤杂质的作用。
本实施例中，所述过滤棒均分别和所述外框体4与筋板2焊接；横向过滤棒组3整体焊接固定在外框体4与横向筋板2上，焊接方式包括但不限于钎焊，TIG焊接，电子束焊接等，从而提高下管座刚度。
作为一种冗余方案，所述外框体4、若干筋板2和过滤棒组3通过3D打印一体成型；通过3D打印等整体加工方式，从而无需单独加工过滤棒。
作为一种冗余方案，所述筋板2上设有若干一体成型的导向管孔1，导向管孔1布置在纵向筋板2上，与筋板2一体化加工而成，在下管座装成骨架时用于连接轴肩螺钉。
作为一种冗余方案，所述外框体4中心位置的筋板2上设有仪表管孔6。
作为一种冗余方案，所述外框体4的周侧端部方向开有若干下管座S孔5。
实施例2
本实施例2在实施例1的基础上进一步优化，如图8和图9所示，作为一种提高水流流通面积的具体实施方式，设置为：所述过滤棒沿自身长度方向上依次开有若干流水通孔；
从附图8中可以看出，在单根过滤棒的长度方向上依次开有若干流水通孔，而在附图9中，图a为实施例1中的过滤棒横截面图，图b为本实施例2中的过滤棒横截面图，可以理解的是，流水通孔的形状可以为圆形孔或方形孔，也可以为其他形状，通过图8和图9中的结构，可以根据需求在单根过滤棒上增加流水通孔，通过控制流水通孔的大小，可以在不影响过滤功能的前提下进一步提高水流流通面积。
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 (6)
1.一种基于流线型过滤棒结构的核燃料组件下管座，包括外框体（4），其特征在于，所述外框体（4）内侧横向设有过滤棒组（3），纵向设有若干筋板（2）；所述过滤棒组（3）包括若干根过滤棒，相邻过滤棒之间留有间隙，若干所述过滤棒和若干所述筋板（2）之间纵横交错设置；
所述过滤棒的横截面呈圆头锥尾的水滴状，所述过滤棒横截面的圆头面为迎水面；
相邻两个所述过滤棒在高度方向上依次错开设置；
所述外框体（4）内侧横向设有若干排过滤棒组（3），相邻两排所述过滤棒组（3）之间留有间隙；
所述过滤棒沿自身长度方向上依次开有若干流水通孔。
2.根据权利要求1所述的一种基于流线型过滤棒结构的核燃料组件下管座，其特征在于，所述过滤棒均分别和所述外框体（4）与筋板（2）焊接。
3.根据权利要求1所述的一种基于流线型过滤棒结构的核燃料组件下管座，其特征在于，所述外框体（4）、若干筋板（2）和过滤棒组（3）通过3D打印一体成型。
4.根据权利要求1所述的一种基于流线型过滤棒结构的核燃料组件下管座，其特征在于，所述筋板（2）上设有若干一体成型的导向管孔（1）。
5.根据权利要求1所述的一种基于流线型过滤棒结构的核燃料组件下管座，其特征在于，所述外框体（4）中心位置的筋板（2）上设有仪表管孔（6）。
6.根据权利要求1所述的一种基于流线型过滤棒结构的核燃料组件下管座，其特征在于，所述外框体（4）的周侧端部方向开有若干下管座S孔（5）。
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|---|
| PDCA在提高CF3燃料组件下管座防异物过滤能力设计中的应用;张笑天;王璐;冉仁杰;黄山;韩元吉;;科技视界(第19期);第260-263页 * |
| 张笑天 ; 王璐 ; 冉仁杰 ; 黄山 ; 韩元吉 ; .PDCA在提高CF3燃料组件下管座防异物过滤能力设计中的应用.科技视界.2020,(第19期),第260-263页. * |
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