燃料組件及燃料組件的管座的製作方法

2023-07-06 12:51:51 3

本實用新型涉及核電站燃料組件，更具體地說，涉及一種燃料組件及燃料組件的管座。

背景技術：

現有技術中的燃料組件結構由剛性骨架和燃料棒組成，如圖1所示，燃料棒在剛性骨架中平行排列並被均勻分隔。剛性骨架包括攪混格架4、上管座5、下管座6和導向管7。攪混格架4，由規則排列的用於容納和夾持燃料棒的柵元組成。定位格架10和攪混格架4在燃料棒的軸向間隔設置，供燃料棒穿設定位。導向管7比燃料棒長，其從燃料棒束的端部伸出來，並固定在上管座5和下管座6上。下管座6位於燃料組件的下部，具有一些支撐腿和一個孔板61，孔板61上有一些用來固定導向管7的孔道和冷卻劑流道穿透該孔板61。燃料組件的另一端，即組件上端的上管座5，包括一個橫向的孔板，孔板上有一些容納和固定導向管7的孔道和流水孔貫穿該孔板。

通常，如圖13所示，下管座由一個正方形孔板61和位於其四個角正下方帶橫梁式支撐肋板624的四個支撐柱625連接組成，該結構可讓供冷卻劑由孔板61上的孔流向燃料組件的空腔。下管座6一對角線上的兩個支撐柱625有定位銷孔，用於與下堆芯板上的定位銷裝配，以確保燃料組件在堆芯的準確定位。

由於支撐肋板624為長條形板狀結構，採用有限元方法進行數值分析，在下管座6孔板61和支撐肋板624間存在截面急劇的變化，如圖14所示，梁式下管座結構在直角處存在明顯的應力集中，導致了在該處產生了局部突變的高應力，其應力峰值遠大於構件整體的平均應力。由於該處的應力集中，將削弱組件下管座6的強度，降低下管座6的承載能力。2004年某月，日本某核電站渦輪所在建築內連接3號反應堆的水管突然爆裂，該事故雖然並未導致核洩漏，但蒸汽爆發導致5名工人死亡，數十人受傷。事故原因是蒸汽發生器內細管的應力集中導致了管道裂紋，金屬疲勞導致裂紋擴展。因此，應力集中對構件有嚴重的危害，有必要對存在應力集中潛在危害的下管座6進行優化設計，以克服、或降低應力集中削弱結構強度的影響。

另外，現在的下管座結構會導致堆芯板流出的冷卻劑軸向速度不均勻，在現有技術採用的梁式肋板形成了一個大開口。該結構雖然對壓降有利，但不利於流場均勻，將導致下管座6孔板61前的冷卻劑存在的不均勻性。

進一步地，結合圖15、圖16所示，由於橫梁式支撐肋板624截面變化在同一高度，當冷卻劑衝刷肋板截面時，在梁腹位置突變，迎流截面的突變將引起橫流激變。

技術實現要素：

本實用新型要解決的技術問題在於，提供一種改進的燃料組件及燃料組件的管座。

本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是：構造一種燃料組件的管座，其特徵在於，包括分布有通孔的孔板和設置在所述孔板一側的支撐機構；所述支撐機構包括設置在所述孔板上的至少一個拱形肋板；所述拱形肋板遠離所述孔板的一側設置有拱形開口，且所述拱形開口的開口方向朝向遠離所述孔板的一側。

優選地，所述拱形肋板設置在所述孔板不同方向的外邊之間。

優選地，所述拱形肋板包括分別沿第一方向和第二方向設置的拱形肋板。

優選地，所述第一方向的拱形肋板和所述第二方向的拱形肋板交叉設置。

優選地，所述第一方向包括並排設置的至少兩個拱形肋板，所述第二方向包括並排設置的至少兩個拱形肋板，各所述拱形肋板形成向所述孔板一側拱起設置的穹頂結構。

優選地，所述支撐機構還包括對所述孔板進行支撐的支腿；

所述拱形肋板包括沿所述孔板的邊緣設置在所述孔板周向上相鄰的所述支腿之間的拱形肋板；和/或，

所述拱形肋板包括設置在所述孔板周向上不相鄰的兩所述支腿之間的拱形肋板。

優選地，所述拱形肋板為板狀結構，與所述孔板、支腿對應的側邊分別與所述孔板、支腿連接。

優選地，設置在兩所述支腿之間的所述拱形肋板與所述支腿為一體結構。

優選地，所述支撐機構與所述孔板為一體結構；或，所述支撐機構與所述孔板焊接形成一體結構。

優選地，至少兩個所述支腿的底部設有鎖孔。

優選地，設置在兩所述支腿之間的所述拱形肋板相對對應的兩所述支腿之間的中線對稱。

優選地，所述孔板呈方形，所述支腿包括四個，分別位於所述孔板的四角；或，所述孔板呈多邊形，所述支腿包括與所述孔板的邊數對應的多條，且分別位於所述孔板的角落。

優選地，所述拱形開口的拱形外形由若干線段沿拱形方向依次連接形成。

優選地，所述拱形開口的拱形外形包括位於兩端的弧形段以及連接在兩端的所述弧形段之間的平直段。

優選地，所述平直段與所述孔板平行。

優選地，所述拱形開口的拱形外形為圓弧形或弧形。

優選地，所述拱形開口的橫斷面外形為弧形。

優選地，所述拱形開口與所述拱形肋板的兩相對側分別對應的兩邊緣中，至少有一所述邊緣設置有倒角結構。

本實用新型還構造一種燃料組件，包括所述的管座。

實施本實用新型的燃料組件及燃料組件的管座，具有以下有益效果：本實用新型的下管座通過拱橋型拱形肋板可有效避免下孔板和支腿間應力集中程度，讓下管座的應力連續分布更加均勻、從而提高下管座的強度；另外，冷卻劑是從下端向上流，對於同等尺寸厚度的拱形肋板，拱橋型拱形肋板的迎流面積沿軸向向上逐漸變化、減少冷卻劑流動時的流阻激變、改善流場；另外，對於一體化加工的下管座，減少了去除的坯料，提高材料的利用率。

附圖說明

下面將結合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明，附圖中：

圖1是本實用新型實施例中的燃料組件的結構示意圖；

圖2是本實用新型實施例中的燃料組件的下管座的立體結構示意圖；

圖3是圖2中的下管座另一角度的立體示意圖；

圖4是拱形肋板的拱形開口為多段線段依次連接時的結構示意圖；

圖5是拱形肋板的拱形開口的兩端為弧形時的結構示意圖；

圖6是拱形肋板的拱形開口為弧形時的結構示意圖；

圖7是圖6中拱形肋板的拱形開口橫斷面為弧形時的A-A向結構示意圖；

圖8是圖6中拱形肋板的拱形開口橫斷面帶有圓角倒角結構時的A-A向結構示意圖；

圖9是圖6中拱形肋板的拱形開口橫斷面帶有斜角倒角結構時的A-A向結構示意圖；

圖10是圖2中的下管座採用有限元方法進行仿真分析時的等應力線分布；

圖11是本實用新型實施例中的帶有拱橋型拱形肋板的下管座的橫斷面示意圖；

圖12是圖11中的下管座的迎流面與軸向位置之間的變化關係曲線圖；

圖13是背景技術中的下管座的立體結構示意圖；

圖14是圖13中的下管座採用有限元方法進行仿真分析時的等應力線分布；

圖15是背景技術中的下管座的橫斷面示意圖；

圖16是圖15中的下管座的迎流面與軸向位置之間的變化關係曲線圖。

具體實施方式

為了對本實用新型的技術特徵、目的和效果有更加清楚的理解，現對照附圖詳細說明本實用新型的具體實施方式。

如圖1所示，本實用新型一個優選實施例中的燃料組件由剛性骨架和燃料棒組成，燃料棒在剛性骨架中平行排列並被均勻分隔。剛性骨架包括攪混格架4、上管座5、下管座6和導向管7。攪混格架4，由規則排列的用於容納和夾持燃料棒的柵元組成。定位格架10和攪混格架4在燃料棒的軸向間隔設置，供燃料棒穿設定位。導向管7比燃料棒長，其從燃料棒束的端部伸出來，並固定在上管座5和下管座6上。上管座5設置在燃料組件的上端，包括一個橫向的上孔板，上孔板上有一些容納和固定導向管7的孔道和流水孔貫穿該上孔板。進一步地，本實用新型的燃料組件的管座對應的為燃料組件的下管座6。

如圖2、圖3所示，下管座6位於燃料組件的下部，包括孔板61和設置在孔板61下側的支撐機構62，支撐機構62包括四個對孔板61進行支撐的支腿621。對應的，孔板61呈方形，四個支腿621分別位於孔板61的四角。在其他實施例中，孔板61也可為其他多邊形形狀，支腿621的數量也可為三個或多於三個的其他數量，能保證對孔板61的平衡支撐即可，優選地，支腿621包括與孔板61的邊數對應的多條，且分別位於孔板61的角落。

對角的兩個支腿621的底部設有鎖孔622，用於與下堆芯板上的定位銷裝配，以確保燃料組件在堆芯的準確定位。在其他實施例中，也可在其他位置的支腿621上設置鎖孔622，或在多個支腿621上設置鎖孔622。

孔板61上分布有通孔611，通孔611包括用來固定導向管7的孔道和供和冷卻劑經孔板61流過的冷卻劑流道。支腿621位於通孔611區域的外圈，支撐機構62還包括設置在通孔611區域的周向上兩相鄰的支腿621之間的拱形肋板623，拱形肋板623遠離孔板61的一側設置有拱形開口6231，且拱形開口6231的開口方向朝向遠離孔板61的一側。

拱橋型拱形肋板623可有效避免孔板61和支腿621間應力集中程度，讓下管座6的應力連續分布更加均勻、從而提高下管座6的強度。另外，冷卻劑是從下端向上流，對於同等尺寸厚度的拱形肋板623，拱橋型拱形肋板623的迎流面積沿軸向向上逐漸變化、減少冷卻劑流動時的流阻激變、改善流場。同時，對於一體化加工的下管座，減少了去除的坯料，提高材料的利用率。

在一些實施例中，在通孔611區域的周向上任意兩相鄰的支腿621之間均設有拱形肋板623，讓孔板61的周圈的強度均得到提升，增加平衡性，同時減少冷卻劑流動時的流阻激變，改善流場。優選地，設置在兩支腿621之間的拱形肋板623相對對應的兩支腿621之間的中線對稱，讓應力和減少冷卻劑流動時的流阻激變、改善流場。

在其他實施例中，拱形肋板包括設置在孔板61周向上不相鄰的兩所述支腿621之間的拱形肋板623，讓拱形肋板由孔板的側面連接在兩支腿之間。

進一步地，各支腿621和拱形肋板623相對孔板61對稱設置，也可相對孔板61中心對稱設置，保證讓下管座6的受力更加的均衡。

優選地，拱形肋板623沿通孔611區域的外圈設置，避免對導向管7的安裝和冷卻劑的流通造成影響。在其他實施例中，拱形肋板623在軸向上也可與通孔611有部分重疊，不影響導向管7的安裝和冷卻劑的流通即可。

在一些實施例中，支腿621與拱形肋板623為一體結構，增加連接強度。進一步地，支撐機構62與孔板61也為一體結構，可增加連接強度。在其他實施例中，支腿621與拱形肋板623也可為焊接連接，支撐機構62與孔板61也可為焊接形成一體結構。

在一些實施例中，拱形肋板623為板狀結構，與孔板61、支腿621對應的側邊分別與孔板61、支腿621連接，結合位置無縫隙，避免對冷卻劑的流動產生影響。在其他實施例中，拱形肋板623也可為拱形支撐杆結構或拱形支架結構。

進一步地，在一些實施例中，如圖4所示，拱形開口6231的拱形外形由若干線段沿拱形方向依次連接形成。在其他實施例中，如圖5所示，拱形開口6231的拱形外形也可為其他形狀，包括位於兩端的弧形段6232以及連接在兩端的弧形段6232之間的平直段6233，優選地，平直段6233與孔板61平行，該結構可在拱形肋板623的長度較長時減小拱形肋板623的高度。當然，如圖6所示，拱形開口6231的拱形外形為圓弧形或弧形。

在一些實施例中，如圖7所示，拱形開口6231的橫斷面外形為弧形，使冷卻劑的流通更加順暢，減小對拱形肋板623的衝力。在其他實施例中，如圖8、圖9所示，拱形開口6231與拱形肋板623的內外兩相對側分別對應的兩邊緣中，兩邊緣設置有倒角結構，倒角結構可為圓角或斜角。當然，也可只在拱形肋板623的內外兩相對側其中一側對應的邊緣上設置倒角結構。

本實用新型的帶有拱橋型拱形肋板623的受力分析屬平面應力問題，可採用有限元方法進行數值分析。對本實用新型實例，在相同跨距、均布載荷和邊界條件的情況下，採用了二次四邊形單元對拱橋型拱形肋板623和背景技術中的下管座的梁式結構進行了比較，圖10為拱橋型拱形肋板623的等應力線分布，由圖4可見，拱橋型拱形肋板623的應力分布更加均勻，結構強度優於背景技術下管座的結構強度。

通過對比分析可得，相比於背景技術中直梁肋板的下管座，帶有拱橋型拱形肋板623的下管座61避免了截面突變的應力集中，使得下管座的應力分布更加均勻。

進一步地，本實用新型的帶有拱橋型拱形肋板623的下管座61可起到均衡流場的作用，相比於背景技術中直梁肋板的下管座，如圖11所示，本實用新型實例拱形肋板623的迎流截面沿軸向上變化是平滑過渡，對應的，結合圖12中的迎流面積與軸向位置之間的關係變化圖，本實用新型實例拱形肋板623可起到均衡流場的作用。

在其他實施例中，支撐機構62也可至包括設置在孔板61上的一個拱形肋板623，拱形肋板623的擺設方向不做限定，可為設置在孔板61的邊緣，也可設置在孔板61的側面上連接在任意兩邊之間。對應的，拱形肋板623遠離所述孔板61的一側設置有拱形開口6231，且所述拱形開口6231的開口方向朝向遠離所述孔板61的一側，讓拱形肋板623在受到來自拱形開口6231的開口一側的冷卻劑衝擊時，提升孔板61的強度，增加平衡性，同時減少冷卻劑流動時的流阻激變，改善流場。

當拱形肋板623包括多個時，拱形肋板623也可設置在孔板61的不同方向的外邊之間，讓拱形肋板由孔板61的側面連接在不同位置的邊緣之間。多個拱形肋板623的擺設方向可以相同，也可不同，也可交叉設置。

在一些實施例中，拱形肋板包括分別沿第一方向和第二方向設置的拱形肋板623，每一方向的拱形肋板623的數量可不做限定。第一方向的拱形肋板623和所述第二方向的拱形肋板623交叉設置，且兩個方向的拱形肋板623可以在孔板61的區域內交叉，交叉點也可在孔板61的邊緣，也可為在拱形肋板623向外的延長線方向上。

進一步地，第一方向包括並排設置的兩個或多個拱形肋板623，所述第二方向包括並排設置的兩個或多個拱形肋板623，各所述拱形肋板623形成向所述孔板61一側拱起設置的穹頂結構。穹頂結構形成網格狀的結構，既能增加孔板61的強度，也能在與孔板61相背的一側的整個區域減少冷卻劑流動時的流阻激變，改善流場。

可以理解地，上述各技術特徵可以任意組合使用而不受限制。

以上所述僅為本實用新型的實施例，並非因此限制本實用新型的專利範圍，凡是利用本實用新型說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本實用新型的專利保護範圍內。