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CN106409346A - 外条带、核反应堆燃料组件的定位格架及核反应堆燃料组件 - Google Patents

外条带、核反应堆燃料组件的定位格架及核反应堆燃料组件 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种外条带、核反应堆燃料组件的定位格架及核反应堆燃料组件，外条带在纵向上包括相连接的上边部、中间部和下边部，所述上边部和/或下边部设有向所述中间部所在平面的同一侧外凸形成多个导向部，多个所述导向部沿所述外条带长度方向间隔分布；所述中间部呈板状连接在所述上边部和下边部之间。核反应堆燃料组件的定位格架。本发明中，外条带中间部呈板状不弯折，从而提高定位格架整体的防屈曲强度，提高燃料组件在反应堆事故工况下的安全运行裕量；降低相邻定位格架的外条带之间的缝隙，确保冷却剂更多地流向定位格架内部参与搅混，从而具有更好的冷却剂搅混性能，提高了反应堆的热工安全运行裕量。

Description

外条带、核反应堆燃料组件的定位格架及核反应堆燃料组件
技术领域
本发明涉及核反应堆技术领域，尤其涉及一种外条带、核反应堆燃料组件的定位格架及核反应堆燃料组件。
背景技术
目前，国内外的核电厂中使用的燃料组件一般由骨架和燃料棒组成，骨架一般由上管座、下管座、定位格架、导向管、仪表管及连接件等组成，所有定位格架沿燃料组件轴向相隔一定距离固定在导向管和仪表管上，所有定位格架都有相同的格栅单元排列和数量，燃料棒、导向管和仪表管沿燃料组件轴向逐个穿过每个定位格架的相同位置的格栅单元。
现有的一种定位格架中，外周上的外条带的横向截面呈周期性的向格栅单元内弯折的弯折结构，因该折弯结构贯通了整个外条带的轴向高度，降低了定位格架的整体防屈曲强度，从而带来了以下问题：
1、如果反应堆发生地震等事故工况时，堆芯内燃料组件之间的相互碰撞使定位格架水平方向受到碰撞力，从而更容易使定位格架在折弯区域发生屈曲，破坏定位格架。
2、对反应堆堆芯内的燃料组件进行吊装等操作时，当相邻燃料组件在水平位置上相错1/2栅元，定位格架外条带的平面区域(弯折结构之间的非折弯区域)容易嵌入相邻燃料组件的燃料棒中间区域，进而容易造成相邻燃料组件发生钩挂。
3、燃料组件在堆芯内部相邻放置后，因为定位格架间较低的流动阻力，更多的冷却剂会从相邻定位格架外条带之间流过，而不参与搅混，这会降低燃料组件的冷却效果，最终降低反应堆的热工安全运行裕量。
另外，现有定位格架的外条带区域基本没有垂直方向的投影面积(除去条带厚度的投影)，因此外条带基本不会对冷却剂产生搅混作用。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种用于核反应堆燃料组件的定位格架，提高定位格架的防屈曲强度及搅混性能的外条带以及具有该外条带的定位格架及核反应堆燃料组件。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种外条带，用于核反应堆燃料组件的定位格架，所述外条带在纵向上包括相连接的上边部、中间部和下边部，所述上边部和/或下边部设有向所述中间部所在平面的同一侧外凸形成多个导向部，多个所述导向部沿所述外条带长度方向间隔分布；所述中间部呈板状连接在所述上边部和下边部之间。
优选地，所述导向部的外边缘向远离所述中间部的方向凸出，形成导向翼。
优选地，所述导向翼的宽度自连接所述中间部的一端向远离所述中间部的一端逐渐递减。
优选地，所述导向翼边缘所在的平面与水平面之间的夹角大于或等于50度。
优选地，所述导向部通过冲压形成在所述上边部和/或下边部上。
优选地，与所述中间部相接的所述导向部的底面相对所述中间部所在平面倾斜，形成导向斜面。
优选地，所述导向斜面与所述中间部所在平面之间的夹角小于45度。
本发明还提供一种核反应堆燃料组件的定位格架，包括以上任一项所述的外条带、设置在所述外条带内的多个平行间隔的第一内条带和多个平行间隔的第二内条带；所述第一内条带和第二内条带相互交叉形成网络状的格栅单元。
优选地，所述外条带的导向部位于所述格栅单元的相邻的栅元交接处。
优选地，所述第一内条带的上部设有多个间隔的凸出的第一搅混翼；所述第一搅混翼在横向上倾斜弯折伸入所述格栅单元的栅元内；
所述第二内条带的上部设有多个间隔的凸出的第二搅混翼；所述第二搅混翼在横向上倾斜弯折伸入所述格栅单元最外圈栅元的栅元内。
优选地，相邻的所述第一搅混翼和第二搅混翼伸入所述格栅单元的不同栅元内。
本发明还提供一种核反应堆燃料组件，其特征在于，包括以上任一项所述的定位格架。
本发明的有益效果：外条带上边部和/或下边部设有外凸形成的导向部，中间部呈板状，不弯折，从而提高定位格架整体的防屈曲强度，提高燃料组件在反应堆事故工况下的安全运行裕量；降低相邻定位格架的外条带之间的缝隙，减少冷却剂从相邻定位格架之间的缝隙流过，确保冷却剂更多地流向定位格架内部参与搅混，从而具有更好的冷却剂搅混性能，提高了反应堆的热工安全运行裕量。
导向部与中间部连接的底面呈倾斜状，会对流经该区域的冷却剂起到一定的额外的搅混作用，从而进一步增强燃料棒的换热效果，提高反应堆热工安全运行裕量。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明一实施例的核反应堆燃料组件的定位格架的俯视结构示意图；
图2是图1所示定位格架的部分结构俯视图；
图3是图2的前视图；
图4是图2的侧视图；
图5是本发明另一实施例的核反应堆燃料组件的定位格架的部分结构俯视图；
图6是图5的前视图；
图7是本发明一实施例的核反应堆燃料组件的结构示意图；
图8是本发明一实施例的核反应堆燃料组件两组相邻时的部分结构示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1、2所示，本发明一实施例的核反应堆燃料组件的定位格架1，包括外条带10、设置在外条带10内的多个平行间隔的第一内条带20和多个平行间隔的第二内条带30；第一内条带20和第二内条带30相互交叉形成网络状的格栅单元40。
格栅单元40包括多个依次相邻连接的栅元41，栅元41中空，分别用于燃料棒、导向管穿过。
如图3、4所示，外条带10在纵向上包括相连接的上边部11、中间部12和下边部13。其中，上边部11和/或下边部13设有向中间部12所在平面的同一侧外凸形成多个导向部14，多个导向部14沿外条带10长度方向间隔分布；中间部12呈板状连接在上边部11和下边部13之间，提高定位格架的防屈曲强度。
导向部14通过冲压形成在上边部11和/或下边部13上。导向部14可包括相接的竖直状的侧壁以及底面，底面与中间部12相接。
与中间部12相接的导向部14的底面相对中间部12所在平面(或导向部14的侧壁)倾斜，形成导向斜面15。优选地，导向斜面15与中间部12所在平面之间的夹角α小于45度。该导向斜面15在冲压导向部14时形成，使得外条带10在垂直方向上(如图1的俯视图)有一定的投影面积，对流经该区域的冷却剂起到一定的额外的搅混作用，从而增强燃料棒的换热效果，提高反应堆热工安全运行裕量。
本实施例中，上边部11和下边部13均设有导向部14，上边部11上的导向部14和下边部13上的导向部14呈镜像对称。
另外，导向部14的外边缘向远离中间部12的方向凸出，形成导向翼16。导向翼16的宽度自连接中间部12的一端向远离中间部12的一端逐渐递减。导向翼16对应多个导向部14沿长条带20长度方向间隔分布，使得上边部11和/或下边部13的外边缘呈锯齿状。
上边部11上导向翼16的设置，其边缘在侧面上呈向上倾斜，具有导向作用，下边部13对应导向翼16的边缘则呈向下倾斜，具有导向作用。具体地，在装卸料过程中，定位格架1沿燃料组件轴向运动，当位于上方的定位格架1的下边缘与位于下方的定位格架1的上边缘发生接触，因为导向翼16边缘的倾斜，会迫两个定位格架1产生互相远离对方的运动轨迹，从而避免两个定位格架1发生钩挂。
导向翼16边缘的倾斜角度必须足够大，从而保证在相邻核燃料组件发生碰撞时产生的载荷不会太大。优选地，导向翼16边缘所在的平面为倾斜面，其与水平面之间的夹角β大于或等于50度，如图4中所示。
导向部14相对中间部12所在平面的外凸高度也需足够大，确保导向翼16的顶部不会嵌入到相邻定位格架的内部，区别其自身的导向作用。
另外，外条带10中，上边部11和下边部13的边缘进一步进行倒角处理，减小燃料组件发生勾挂的风险。在定位格架1上，外条带10的导向部14向格栅单元40内侧方向凸出。并且，导向部14位于格栅单元40最外圈栅元41的相邻的栅元41交接处。
如图2所示，在本实施例中，外条带10上的多个导向部14位于格栅单元40最外圈栅元41中每相邻两个的栅元41交接处，即：每一个第一内条带20与外条带10的相接处、每一个第二内条带30与外条带10的相接处均设有一个导向部14。优选地，相邻两个导向部14之间的距离小于一个栅元41的宽度。
本实施例的定位格架1中，第一内条带20与第二内条带30相互垂直。
进一步地，第一内条带20的上部设有多个间隔的凸出的第一搅混翼21，第一搅混翼21在横向上倾斜弯折伸入格栅单元40的栅元41内，提高定位格架的搅混性能。
优选地，第二内条带30的上部也设有多个间隔的凸出的第二搅混翼31，第二搅混翼31在横向上倾斜弯折伸入格栅单元40的栅元41内，提高定位格架的搅混性能。相邻的第一搅混翼21和第二搅混翼31伸入格栅单元40的不同栅元41内，确保每一栅元41内只有一个搅混翼。
为使得定位格架1搅混功能最大化，第一搅混翼21和第二搅混翼31以一定规律分布在第一内条带20和第二内条带30上。根据冷却剂的流向，位于与冷却剂流向平行的方向上的第一搅混翼21和第二搅混翼31倾斜方向一致。
如图5、6所示，本发明另一实施例的核反应堆燃料组件的定位格架1，包括外条带10、设置在外条带10内的多个平行间隔的第一内条带20和多个平行间隔的第二内条带30；第一内条带20和第二内条带30相互交叉形成网络状的格栅单元40。
外条带10在纵向上包括相连接的上边部11、中间部12和下边部13。其中，上边部11和/或下边部13设有向中间部12所在平面的同一侧外凸形成多个导向部14，多个导向部14沿外条带10长度方向间隔分布；中间部12呈板状连接在上边部11和下边部13之间，提高定位格架的防屈曲强度。
本实施例中的外条带10与上述图1-4所示实施例中外条带10不同的是：多个导向部14位于格栅单元40最外圈栅元41中依次相邻的两个栅元41交接处，相邻的两个导向部14之间间隔有一个第一内条带20或一个第二内条带30。优选地，相邻两个导向部14之间的距离等于或大于一个栅元41的宽度。
本实施例中，外条带10的其他结构等均可参照上述图1-4所示实施例中所述，在此不再赘述。
进一步地，第一内条带20的上部设有多个间隔的凸出的第一搅混翼21，第一搅混翼21在横向上倾斜弯折伸入格栅单元40的栅元41内，提高定位格架的搅混性能。第二内条带30的上部也设有多个间隔的凸出的第二搅混翼31，第二搅混翼31在横向上倾斜弯折伸入格栅单元40的栅元41内，提高定位格架的搅混性能。相邻的第一搅混翼21和第二搅混翼31伸入格栅单元40的不同栅元41内，确保每一栅元41内只有一个搅混翼。
为使得定位格架1搅混功能最大化，第一搅混翼21和第二搅混翼31以一定规律分布在第一内条带20和第二内条带30上。如图5中所示，根据冷却剂的流向(图5中箭头所示)，位于与冷却剂流向平行的方向上的第一搅混翼21和第二搅混翼31倾斜方向一致。对应第一搅混翼21和第二搅混翼31在第一内条带20和第二内条带30上的布局，外条带10上的多个导向部14间隔布置，从而保证相邻燃料组件之间的横向搅混，提高反应堆芯热工裕量。
如图7所示，本发明一实施例的核反应堆燃料组件，包括上述图1-4所示实施例或图5、6所示实施例的定位格架1。
核反应堆燃料组件还包括相对设置的上管座2和下管座3、数个导向管4以及数个燃料棒组5。数个定位格架1沿燃料组件轴向间隔设置在上管座2和下管座3之间，导向管4穿过定位格架1并安装在上管座2和下管座3之间，燃料棒5夹持于定位格架1的栅元之中。
下管座2可包括匹配板和连接在匹配板下方的支撑腿，匹配板设有用于固定导向管的固定孔和供冷却剂通过的流道。上管座3也可包括匹配板，匹配板设有用于固定导向管的固定孔和供冷却剂通过的流道。
结合图3、5及图8所示，该核反应堆燃料组件中，由于定位格架1中外条带10的特殊设置，在相邻的两组燃料组件中，对应相邻的定位格架1以外条带10相对，由于外条带10具有板状的中间部12，减小了相对的外条带10之间的缝隙100，使得冷却剂更多地流向定位格架1内部参与搅混，从而具有更好的冷却剂搅混性能，提高了反应堆的热工安全运行裕量。
该核反应堆燃料组件中，由于定位格架1相比于传统的定位格架具有更高的防屈曲强度，当运行中的反应堆经历地震工况时，燃料组件相对可以承受更高的地震载荷，从而有更高的几率在反应堆地震工况下保持可冷却形状，进而降低反应堆堆芯损坏以及大量放射性物质释放的概率。
该核反应堆燃料组件中，通过定位格架1及其中外条带10的设置，具有更好的热工性能，有更好的传热效果，进而可以降低核燃料组件的运行温度，提高正常工况下运行裕量，也可以延迟事故工况下的事故进程，最终可以减小反应堆堆芯损坏概率。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (12)

1.一种外条带，用于核反应堆燃料组件的定位格架，其特征在于，所述外条带在纵向上包括相连接的上边部、中间部和下边部，所述上边部和/或下边部设有向所述中间部所在平面的同一侧外凸形成多个导向部，多个所述导向部沿所述外条带长度方向间隔分布；所述中间部呈板状连接在所述上边部和下边部之间。
2.根据权利要求1所述的外条带，其特征在于，所述导向部的外边缘向远离所述中间部的方向凸出，形成导向翼。
3.根据权利要求2所述的外条带，其特征在于，所述导向翼的宽度自连接所述中间部的一端向远离所述中间部的一端逐渐递减。
4.根据权利要求3所述的外条带，其特征在于，所述导向翼边缘所在的平面与水平面之间的夹角大于或等于50度。
5.根据权利要求1所述的外条带，其特征在于，所述导向部通过冲压形成在所述上边部和/或下边部上。
6.根据权利要求1所述的外条带，其特征在于，与所述中间部相接的所述导向部的底面相对所述中间部所在平面倾斜，形成导向斜面。
7.根据权利要求6所述的外条带，其特征在于，所述导向斜面与所述中间部所在平面之间的夹角小于45度。
8.一种核反应堆燃料组件的定位格架，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述外条带、设置在所述外条带内的多个平行间隔的第一内条带和多个平行间隔的第二内条带；所述第一内条带和第二内条带相互交叉形成网络状的格栅单元。
9.根据权利要求8所述的定位格架，其特征在于，所述外条带的导向部位于所述格栅单元最外圈栅元的相邻的栅元交接处。
10.根据权利要求8所述的定位格架，其特征在于，所述第一内条带的上部设有多个间隔的凸出的第一搅混翼；所述第一搅混翼在横向上倾斜弯折伸入所述格栅单元的栅元内；
所述第二内条带的上部设有多个间隔的凸出的第二搅混翼；所述第二搅混翼在横向上倾斜弯折伸入所述格栅单元的栅元内。
11.根据权利要求10所述的定位格架，其特征在于，相邻的所述第一搅混翼和第二搅混翼伸入所述格栅单元的不同栅元内。
12.一种核反应堆燃料组件，其特征在于，包括权利要求8-11任一项所述的定位格架。
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