CN202816398U

CN202816398U - 具备塞条和倒角的反应堆燃料组件围筒及反应堆燃料组件

Info

Publication number: CN202816398U
Application number: CN2012205283037U
Authority: CN
Inventors: 卢川; 严明宇
Original assignee: Nuclear Power Institute of China
Current assignee: Nuclear Power Institute of China
Priority date: 2012-10-16
Filing date: 2012-10-16
Publication date: 2013-03-20
Anticipated expiration: 2022-10-16

Abstract

本实用新型公开了具备塞条和倒角的反应堆燃料组件围筒及反应堆燃料组件；其中具备塞条和倒角的反应堆燃料组件围筒，包括反应堆燃料组件围筒本体，所述反应堆燃料组件围筒本体的内径面设置有若干塞条，所述塞条的轴线与反应堆燃料组件围筒本体的轴线平行，且相邻两塞条之间存在间隙。本实用新型的优点在于：可降低反应堆燃料组件内同一高度截面处的冷却剂温度分布差异，使得截面冷却剂温度分布差异变小。

Description

具备塞条和倒角的反应堆燃料组件围筒及反应堆燃料组件

技术领域

本实用新型属于核反应堆燃料组件设计技术，特别是涉及一种可以改变燃料组件温度分布差异大的反应堆燃料组件围筒，即具备塞条和倒角的反应堆燃料组件围筒及反应堆燃料组件。

背景技术

反应堆的核燃料通常以一定数量的燃料棒、燃料板或燃料球为组成单元，该组成单元通常称之为燃料组件，一个反应堆堆芯通常由若干数量的燃料组件所组成。例如，目前国内常用的百万千瓦级压水堆核电站堆芯由177盒燃料组件所组成，六十万千瓦秦山二期核电站堆芯由121盒燃料组件所组成。

燃料组件根据其结构特点，有些带有组件围筒（或称组件盒、元件盒），有些不带组件围筒。组件围筒可使各组件之间相对独立，形成组件内冷却剂流动的闭式流道，使组件之间冷却剂流动相对隔离，冷却剂在相邻组件之间无法进行流动搅浑，从而可有效控制各组件内的冷却剂流量。目前国内外的快中子反应堆，沸水堆，俄罗斯的VVER反应堆，超临界水堆以及各类研究堆等都广泛采用带组件围筒的组件结构形式。

由于组件围筒结构的存在，使得组件内部燃料棒（板、球）之间的冷却剂流道（简称中心通道），燃料棒（板、球）与组件围筒内壁所形成的冷却剂流道（简称边通道），以及燃料棒（板、球）与组件围筒边角所形成的冷却剂流道（简称角通道）其流通面积与流动阻力不同，从而造成组件内中心通道、边通道和角通道内的冷却剂流量形成差异，造成流量分配不均匀。另一方面，由于中心通道、边通道与角通道其所对应的燃料发热功率不同以及燃料换热面积不同，从而造成三种通道之间的换热特性不同，造成换热分布不均。流量分配的不均匀与换热分布的不均匀共同影响，可能会造成组件内同一高度截面形成较大的温度差异，从而降低反应堆的堆芯性能，并且通过核热耦合反馈影响局部反应性。

因此，为了调整和避免燃料组件内的中心通道、边通道以及角通道由于结构的原因出现流量分配和换热分布的较大差异，可采用相关设计理念对组件局部结构进行改进设计，达到优化组件内流动与换热特性的目的。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种具备塞条和倒角的反应堆燃料组件围筒，可降低反应堆燃料组件出口区域的截面冷却剂温度分布差异，同时提供相应的反应堆燃料组件。

本实用新型的实现方案如下：具备塞条和倒角的反应堆燃料组件围筒，包括反应堆燃料组件围筒本体，所述反应堆燃料组件围筒本体的内径面设置有若干塞条，所述塞条的轴线与反应堆燃料组件围筒本体的轴线平行，且相邻两塞条之间存在间隙。

塞条的尺寸范围，跟具体设计相关，不同的堆型不一样，因此该处无法确定尺寸。但总体而言，塞条高度和宽度不能与相邻燃料棒接触，因此燃料棒和绕丝的尺寸在一定程度上限制了塞条的尺寸。

所述反应堆燃料组件围筒本体的横切面为多边形，其反应堆燃料组件围筒本体的任意两边相连处通过倒角加工成倒角形状或其反应堆燃料组件围筒本体的任意两边相连处设置有圆角填充物。

所述塞条的横切面为多边形。

所述塞条的横切面为梯形或矩形或三角形。

所述塞条的横切面为圆形或椭圆形，优先考虑梯形设置。

所述圆角填充物的横切面为圆形或椭圆形或者多边形。

塞条沿反应堆燃料组件围筒本体轴向方向整体或分段设置。

所述塞条的横切面为梯形或矩形或圆形或椭圆形或者多边形或者为其他几何形状。

反应堆燃料组件，包括反应堆燃料组件围筒本体，以及设置在反应堆燃料组件围筒本体空腔内的若干燃料棒，靠近反应堆燃料组件围筒本体内径面的相邻两个燃料棒与反应堆燃料组件围筒本体内径面构成的区域为边通道，所述塞条位于边通道处，且塞条与相邻燃料棒之间存在间隙。

基于上述反应堆燃料组件围筒的反应堆燃料组件，包括反应堆燃料组件围筒本体，以及设置在反应堆燃料组件围筒本体空腔内的若干燃料棒，反应堆燃料组件围筒本体的任意两边相连处为边角处，靠近反应堆燃料组件围筒本体边角处的燃料棒与边角处构成的区域为角通道，圆角填充物位于角通道处，圆角填充物与相邻燃料棒之间存在间隙。

本实用新型的设计原理为：由于组件围筒结构的存在，使得反应堆燃料组件围筒本体空腔内部的燃料棒之间的冷却剂流道为中心通道，靠近反应堆燃料组件围筒本体内径面的相邻两个燃料棒与反应堆燃料组件围筒本体内径面构成的区域为边通道，反应堆燃料组件围筒本体的任意两边相连处为边角处，靠近反应堆燃料组件围筒本体边角处的燃料棒与边角处构成的区域为角通道，由于上述中心通道、角通道边通道的流通面积与流动阻力不同，从而造成组件内中心通道、边通道和角通道内的冷却剂流量形成差异，造成流量分配不均匀。另一方面，由于中心通道、边通道与角通道其所对应的燃料发热功率不同以及燃料换热面积不同，从而造成三种通道之间的换热特性不同，造成换热分布不均。流量分配的不均匀与换热分布的不均匀共同影响，可能会造成组件内同一高度截面形成较大的温度差异，从而降低反应堆的堆芯性能，并且通过核热耦合反馈影响局部反应性。

而本实用新型的具体改造设计为：在边通道处增加塞条，以减少边通道的横切面积，使得边通道的流通面积与流动阻力能尽量的渐近中心通道。同理，在角通道处，提高工艺的处理将角通道的形状由任意角度的角变为具备弧形的倒角形状或直接在反应堆燃料组件围筒本体的任意两边相连处设置有设置圆角填充物，以减少角通道的横切面积，使得角通道的流通面积与流动阻力能尽量的渐近中心通道。即上述三种通道的横切面积分布均匀。

下面为了方便表述，反应堆燃料组件围筒本体简称为组件围筒。

因此，本实用新型提出了设置组件围筒塞条和组件围筒倒角的结构设计理念，通过围筒塞条和围筒倒角的设计可有效优化组件内的冷却剂流动与换热特性。

所谓组件围筒设置塞条结构，即是在组件围筒与组件外区的燃料棒所形成的边通道区域，沿组件轴向高度整体或分段添加异形的塞条结构，该异形可为梯形结构，或者为其他几何形状，该塞条不应与燃料棒外表面相接触，并应留有一定的间隙，以便为燃料棒热膨胀留有足够的空间，塞条的大小应通过热工水力计算分析确定，总体设计思路是使得一盒燃料组件内同一轴向高度截面处的冷却剂温度分布尽量一致。

所谓组件围筒倒角设计，是指在组件围筒的边角区域通过倒角加工成型或者通过设置圆角填充物使得组件内的角通道区域的冷却剂流通面积与组件的热工水力设计目标一致，即应使得一盒燃料组件内同一轴向高度截面处的冷却剂温度分布尽量一致。该倒角结构应与燃料棒之间留有适当距离，以避免燃料棒与倒角区域直接接触。倒角结构的形状可以是弧形、圆形、椭圆形或者多边形等。

本实用新型的优点在于：可降低反应堆燃料组件内同一高度截面的冷却剂温度分布差异，使得截面冷却剂温度分布差异变小。

附图说明

图1为反应堆燃料组件围筒本体的结构示意图。

图2为未改进前的反应堆燃料组件的结构示意图。

图3为未改进前的反应堆燃料组件温度检测示意图。

图4为改进后本实用新型反应堆燃料组件的结构示意图。

图5为改进后本实用新型反应堆燃料组件的温度检测示意图

图6为图2和图3中各个检测点的温度检测数据表。

图中的标号分别表示为：1、反应堆燃料组件围筒本体；2、燃料棒；3、边通道；4、角通道；5、中心通道；11、塞条；12、圆角填充物。

具体实施方式

实施例一

如图1、2、3所示。

本实用新型为具备塞条和倒角的反应堆燃料组件围筒，包括反应堆燃料组件围筒本体1，所述反应堆燃料组件围筒本体1的内径面设置有若干塞条11，所述塞条11的轴线与反应堆燃料组件围筒本体1的轴线平行，且相邻两塞条之间存在间隙。

所述反应堆燃料组件围筒本体1的横切面为正六边形，其反应堆燃料组件围筒本体1的任意两边相连处通过倒角加工成倒角形状或其反应堆燃料组件围筒本体1的任意两边相连处设置有设置圆角填充物12。

所述圆角填充物12的横切面为圆形。

塞条11沿反应堆燃料组件围筒本体1轴向方向整体设置。

所述塞条11的横切面为梯形（或矩形或圆形或椭圆形或者多边形或者为其他几何形状）。

基于上述反应堆燃料组件围筒的反应堆燃料组件，包括权利要求2-5中任意一项所述的反应堆燃料组件围筒本体1，以及设置在反应堆燃料组件围筒本体1空腔内的若干燃料棒2，靠近反应堆燃料组件围筒本体1内径面的相邻两个燃料棒2与反应堆燃料组件围筒本体1内径面构成的区域为边通道3，反应堆燃料组件围筒本体1的任意两边相连处为边角处，靠近反应堆燃料组件围筒本体1边角处的燃料棒2与边角处构成的区域为角通道4，所述塞条11位于边通道3处，且塞条与相邻燃料棒2之间存在间隙，圆角填充物12位于角通道处于，圆角填充物12与相邻燃料棒2之间存在间隙。

由于组件围筒结构的存在，使得反应堆燃料组件围筒本体空腔内部的燃料棒之间的冷却剂流道为中心通道5，靠近反应堆燃料组件围筒本体1内径面的相邻两个燃料棒2与反应堆燃料组件围筒本体1内径面构成的区域为边通道3，反应堆燃料组件围筒本体1的任意两边相连处为边角处，靠近反应堆燃料组件围筒本体1边角处的燃料棒2与边角处构成的区域为角通道4

总体设计思路是使得一盒燃料组件内同一轴向高度截面处的冷却剂温度分布尽量一致。

为了充分的说明本实用新型的优越性能，现列举数据对比参数，如图2和图3、以及图4所示，图2和图3的区别在于，图3采用本实用新型上述改进后的反应堆燃料组件围筒本体作为壳体，而图2中采用现有的、未改进的围筒作为壳体。如图3所示，图3中的反应堆燃料组件围筒本体设置有塞条和圆角填充物12。因此，造成图3中的边通道和角通道的面积减小；图4为图2和图3中各个检测点的温度检测数据表，该数据表的采集调节相同，除图2中没有设置塞条和圆角填充物12、图3设置有塞条和圆角填充物12外，其余实验环境和实验条件均一致，图3是在图2的结构上直接添加塞条和圆角填充物12。我们可以从图4中可以看出，在图2和图3的横切面中， A点和a点均取同一平面中的同一点，B点和b点均取同一平面中的同一点，C点和c点均取同一平面中的同一点,D点和d点均取同一平面中的同一点,E点和e点均取同一平面中的同一点,F点和f点均取同一平面中的同一点,G点和g点均取同一平面中的同一点；从图4看出。根据温差度计算方法，温差度=最高温度-最低温度；图3的温差度为32.9K，而图2的温差度为177.2K，因此，相比较后，发现，图3的温差波动较小，其温度分布均匀，而图2 的温差度较大，温度分布差异大，且图2的最高温度也比图3的最高温度高出许多，同时从实验条件来看，除了设置塞条和圆角填充物以外，其余条件均一致，因此，我们看出本实用新型在反应堆燃料组件围筒本体设置有塞条和圆角填充物12可以明显地改变反应堆燃料组件内同一高度截面处的冷却剂温度分布差异。

如上所述，则能很好的实现本实用新型。

Claims

1.具备塞条和倒角的反应堆燃料组件围筒，包括反应堆燃料组件围筒本体（1），其特征在于：所述反应堆燃料组件围筒本体（1）的内径面设置有若干塞条（11），所述塞条（11）的轴线与反应堆燃料组件围筒本体（1）的轴线平行，且相邻两塞条之间存在间隙。

2.根据权利要求1所述的具备塞条和倒角的反应堆燃料组件围筒，其特征在于：所述反应堆燃料组件围筒本体（1）的横切面为多边形，其反应堆燃料组件围筒本体（1）的任意两边相连处通过倒角加工成倒角形状或其反应堆燃料组件围筒本体（1）的任意两边相连处设置有设置圆角填充物（12）。

3.根据权利要求2所述的具备塞条和倒角的反应堆燃料组件围筒，其特征在于：所述圆角填充物（12）的横切面为圆形或椭圆形或者多边形。

4.根据权利要求2所述的具备塞条和倒角的反应堆燃料组件围筒，其特征在于：塞条（11）沿反应堆燃料组件围筒本体（1）轴向方向整体或分段设置。

5.根据权利要求2-4中任意一项所述的具备塞条和倒角的反应堆燃料组件围筒，其特征在于：所述塞条（11）的横切面为多边形。

6.根据权利要求2-4中任意一项所述的具备塞条和倒角的反应堆燃料组件围筒，其特征在于：所述塞条（11）的横切面为梯形或矩形或三角形。

7.根据权利要求2-4中任意一项所述的具备塞条和倒角的反应堆燃料组件围筒，其特征在于：所述塞条（11）的横切面为圆形或椭圆形。

8.反应堆燃料组件，其特征在于：包括反应堆燃料组件围筒本体（1），以及设置在反应堆燃料组件围筒本体（1）空腔内的若干燃料棒（2），靠近反应堆燃料组件围筒本体（1）内径面的相邻两个燃料棒（2）与反应堆燃料组件围筒本体（1）内径面构成的区域为边通道（3），所述塞条（11）位于边通道（3）处，且塞条与相邻燃料棒（2）之间存在间隙。

9.基于上述反应堆燃料组件围筒的反应堆燃料组件，其特征在于：包括反应堆燃料组件围筒本体（1），以及设置在反应堆燃料组件围筒本体（1）空腔内的若干燃料棒（2），反应堆燃料组件围筒本体（1）的任意两边相连处为边角处，靠近反应堆燃料组件围筒本体（1）边角处的燃料棒（2）与边角处构成的区域为角通道（4），圆角填充物（12）位于角通道处，圆角填充物（12）与相邻燃料棒（2）之间存在间隙。