CN115171923B - 一种燃料组件栅格结构及定位格架 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃料组件栅格结构及定位格架，涉及燃料组件技术领域，解决了现有格架栅元无法应用于细径燃料棒稠密布置的问题，保证了对燃料棒的夹持固定效果，具体方案如下：包括若干支撑栅元和固定连接单元，所述支撑栅元为异型管结构，若干异型管相互拼接排列组成方形结构，所述方形结构的四周固定一圈外条带，所述固定连接单元间隔设置在方形结构内；所述异型管的管壁沿其环向间隔向内凹陷形成用于夹持燃料棒的夹持部，异型管的其余管壁作为连接部与邻近异型管的连接部固定连接。

Description

一种燃料组件栅格结构及定位格架

技术领域

本发明涉及燃料组件技术领域，特别是涉及一种燃料组件栅格结构及定位格架。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

压水核反应堆燃料组件通常由若干燃料棒、导向管部件、仪表管部件、格架、上下管座等构成。

其中，格架作为燃料组件骨架的重要组成部分，各层格架与导向管和仪表管连接后，连同上、下管座一起组成燃料组件骨架，并起到结构支撑和横向载荷传递作用。

发明人发现，现有的格架栅元适用于商用压水堆燃料组件的布置，现有商用压水堆燃料组件具有较大的燃料棒间距，一般为10～15mm左右；为了提高燃料换热面积，需要采用更细的棒径、更紧密的栅元设计，导致燃料棒间距缩小到7～9mm左右，实体之间的间隙空间缩小到1～3mm，仅相当于弹簧片材料厚度的2～6倍。当现有的格架用于海洋核动力装置用燃料组件细棒径燃料棒稠密布置时，会因细棒径燃料棒稠密布置间距的影响，导致格架的刚凸和弹簧无法安装，无法对细径稠密燃料棒进行固定，燃料棒易因流致振动而发生损坏，且现有的格架栅元在进行细棒径燃料棒稠密布置时，还会导致燃料棒之间的冷却通道闭合，严重影响燃料棒的降温。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种燃料组件栅格结构及定位格架，利用异型管来夹持固定燃料棒，利用异型管向内凹陷的内壁代替刚凸和弹簧，且相邻异型管之间形成了用于冷却的冷却通道，有效解决了现有格架栅元进行细径燃料棒稠密布置时无法对细径稠密燃料棒固定以及容易影响燃料棒降温的问题。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明提供了一种燃料组件栅格结构，包括若干支撑栅元和固定连接单元，所述支撑栅元为异型管结构，若干异型管相互拼接排列组成方形结构，所述方形结构的四周固定一圈外条带，所述固定连接单元间隔设置在方形结构内；所述异型管的管壁沿其环向间隔向内凹陷形成用于夹持燃料棒的夹持部，异型管的其余管壁作为连接部与邻近异型管的连接部固定连接。

作为进一步的实现方式，所述夹持部沿异型管的轴线延伸，异型管上的所有夹持部围合构成的内接圆尺寸与待夹持燃料棒的外径相匹配。

作为进一步的实现方式，所述夹持部为沿异型管轴向分布的螺旋线形结构。

作为进一步的实现方式，所述相邻异型管之间通过邻近的连接部、夹持部围合形成冷却通道。

作为进一步的实现方式，所述异型管为轴向上截面不变的柱管结构，所述夹持部在轴向上尺寸不变。

作为进一步的实现方式，所述异型管为轴向上变截面的柱管结构，异型管两端处的夹持部与燃料棒外壁之间存在间隙，异型管的中间位置处的夹持部与燃料棒过盈配合，用于降低异型管两端的压降。

作为进一步的实现方式，所述固定连接单元由若干焊舌围合而成，所述焊舌的长度大于异型管。

作为进一步的实现方式，所述焊舌由中间的弧形部及其两侧相对设置的伸展部构成，所述弧形部可与邻近的弧形部配合形成用于安装格架套管的环形定位结构，所述伸展部用于加大焊舌与异型管的接触面积。

第二方面，本发明提供了一种定位格架，包括若干第一方面所述的燃料组件栅格结构，若干燃料组件栅格结构依次间隔排列设置，相邻燃料组件栅格结构上的异型管一一对应且对应异型管之间同轴设置。

作为进一步的实现方式，还包括若干格架套管，所述格架套管贯穿所有的燃料组件栅格结构，格架套管固定设置在固定连接单元内。

上述本发明的有益效果如下：

(1)本发明支撑栅元为异型管结构，异型管的管壁向内凹陷形成夹持部，夹持部沿异型管的环向间隔设置，可通过夹持部之间的配合对燃料棒进行夹持固定，取消了内条带刚凸、弹簧等的使用，有效避免了支撑栅元的使用易受燃料棒尺寸、间距影响的问题，可适用于细径燃料棒的稠密布置。

(2)本发明夹持部沿异型管的径向延伸，能够对燃料棒的外壁进行轴向上的支撑，在保证夹持的同时提高了燃料棒的刚度。

(3)本发明异型管采用变截面的结构形式，当冷却水通过异型管的中间位置处时，冷却水会因过流断面的缩小而增大流速，同时流速的增大伴随着流体压力的降低，从而产生吸附效果，降低异型管两端的压降，从而保证了异型管内燃料棒的降温速度。

(4)本发明焊舌由中间的弧形部及其两侧相对设置的伸展部构成，弧形部可与其他相邻的弧形部配合形成环形定位结构，实现了格架套管与栅格的固定，解决了格架套管与异型管结构不兼容的问题。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明根据一个或多个实施方式的一种燃料组件栅格结构的主视结构示意图；

图2是本发明根据一个或多个实施方式的一种燃料组件栅格结构的侧视结构示意图；

图3是图1所示结构A处位置的局部放大示意图；

图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用；

其中，1、异型管；2、焊舌；3、外条带；4、燃料棒；5、冷却通道；6、固定连接单元；7、夹持部；8、连接部；9、弧形部；10、伸展部。

名词解释：

流致振动：指流体流经固体时会对固体表面施加交替相间的流体力，使得固体发生往复运动，而固体的往复运动又改变流体流态，进而改变作用于固体表面的流体力，这种流体与固体相互作用的现象被称为流致振动；

压降：流体在管中流动时由于能量损失而引起的压力降低。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

正如背景技术所介绍的，现有的格架栅元用于海洋核动力装置用燃料组件细棒径燃料棒稠密布置时，会因细棒径稠密布置间距的影响，导致格架的刚凸和弹簧无法布置，无法对细径稠密燃料棒进行固定，燃料棒易因流致振动而发生损坏，且现有的格架栅元在进行细棒径燃料棒稠密布置时，还会导致燃料棒之间的冷却通道闭合，严重影响燃料棒降温的问题，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种燃料组件栅格结构及定位格架。

实施例1

本发明的一种典型的实施方式中，如图1-图3所示，提出一种燃料组件栅格结构，该栅格结构具有狭小空间固定和支撑燃料组件的能力，包括异型管1、焊舌2以及外条带3，其中，异型管1主要对燃料棒4进行横向支撑，起到夹持固定燃料棒4的作用；焊舌2主要起到过渡的作用，以避免格架套管与异型管之间的不兼容问题。

栅格结构的外轮廓为方形，由若干异型管1、焊舌2和外条带3焊接而成，具体的，若干异型管1相互拼接排列组成n×n的方形结构，相邻异型管1之间通过焊接固定，方形结构的四周焊接固定一圈外条带3，外条带3的宽度与异型管1的长度相同，固定连接单元6间隔设置在方形结构内，每个异型管1为一个支撑栅元，每个支撑栅元中可固定一根圆柱状的燃料棒4。

具体如图3所示，异型管1的管壁向内凹陷形成用于夹持燃料棒4的夹持部7，异型管1的其余管壁作为连接部8与邻近的异型管1的连接部配合实现相邻异型管1的固定连接。

其中，夹持部7设有若干个，最少设为两个(当夹持部7设置两个时应相对设置)，最优为四个，若干夹持部7沿异型管1的环向间隔设置，且沿异型管1的轴向延伸，异型管1上的所有夹持部7围合构成的内接圆尺寸与需要夹持的燃料棒4的外径相匹配，可在若干夹持部7之间的配合下对放置在异型管1内部的燃料棒4进行夹持固定。

夹持部用于接触、连接的侧部(即夹持部与燃料棒4外壁接触的位置)为弧面结构，采用线接触的方式与燃料棒4外壁之间接触，保证夹持部7对燃料棒4夹持稳定性的同时，还有利于提高燃料棒的抗磨损能力。

可以理解的是，在其他实施例中，夹持部7也可以设置成沿异型管1轴向分布的螺旋线形结构，此时可以是单条连续螺旋，也可以是多段组合形成螺旋线形，具体的可根据实际设计要求进行确定，这里不做过多的限制，夹持部7螺旋线形结构的设计，大大提高了燃料棒的传热效率。

夹持部7的设置取消了内条带刚凸、弹簧的使用，有效避免了在进行细径燃料棒稠密布置时刚凸、弹簧安装困难的问题，且由于夹持部7沿异型管1的轴向延伸，在保证夹持的同时提高了燃料棒4的刚度，保持了燃料棒4之间的间距。

连接部8同样设有若干个，连接部8相对于夹持部向外凸出，若干连接部8沿异型管1的环向间隔设置，其沿异型管1的轴向延伸，可与邻近异型管1的连接部8配合实现固定连接。

连接部8用于接触、连接的侧部(即连接部与相邻异型管1连接部接触的位置)为平面结构，不仅扩大了连接部8之间的接触面积，使得焊接更加牢固，还方便了连接部8与连接部8之间的对接，降低了安装难度。

由于夹持部7、连接部8的设置，当相邻异型管1之间进行连接时，在夹持部7、连接部8的作用下使得相邻异型管1之间具有间隙，多个相邻异型管1拼接排列后，多个间隙组合会在多个相邻异型管1之间形成冷却通道5，由于冷却通道5是通过邻近的连接部8、夹持部7围合形成，不会受异型管1的直径影响而闭合，避免了细径燃料棒4稠密布置时冷却通道5易闭合的问题。

异型管1可以是轴向上截面不变的柱管结构，也可以是沿轴向变截面设置，具体的，轴向上的截面不变为夹持部7在沿异型管1的轴向上尺寸保持不变；沿轴向变截面的设置为夹持部7在沿异型管1的轴向上尺寸发生变化且平滑过渡，使得异型管1两端与燃料棒4的外壁间存在0～0.2mm间隙，异型管1的中间位置处与燃料棒4之间存在0.2mm左右的过盈配合以提供夹持力，即异型管1两端直径大于中间直径，仅在中间位置起到夹持的作用。

采用变截面的结构形式时，当冷却水通过异型管1的中间位置处时，冷却水会因过流断面的缩小而增大流速，同时流速的增大伴随着流体压力的降低，从而产生吸附效果，降低异型管两端的压降，避免了冷却水流速的损失，从而保证了异型管1内燃料棒的降温速度。

可以理解的是，夹持部7的尺寸设置可根据实际设计要求进行确定，这里不做过多的限制。

焊舌2设有若干个，四个焊舌2围合形成一个固定连接单元6，固定连接单元6间隔固定设置在若干异型管1之间，焊舌2的长度大于异型管1，从而使得焊舌2贯穿栅格结构，如图1所示，焊舌2由中间的弧形部以及弧形部9两侧相对设置的伸展部10构成，其中，弧形部9可与其他相邻的三个弧形部9配合形成环形定位结构，格架套管可放置在四个弧形部9之间，格架套管的外壁通过焊接的方式与弧形部9固定连接；

伸展部10朝向弧形部9远离圆心方向的两侧伸展，主要用于焊舌2位置的固定，焊舌2可通过伸展部10与相邻的异型管1进行焊接固定，相比于仅利用弧形部进行焊接固定的方式，焊舌2与异型管1之间的接触面积更大，安装稳定性更高。

通过焊舌2与异型管1的配合使用，可利用全角度方位空间，从而实现条带栅元无法完成的稠密空间的固定夹持工作(传统条带格架智能利用特定的角度，如0°、90°、180°、270°)。

可以理解的是，格架套管是用于容纳管线以及其他控制组件的结构，因此，固定连接单元6的具体尺寸需根据格架套管的外径进行确定，这里不做过多的限制。

实施例2

本发明的另一种典型的实施方式中，提出一种定位格架，包括若干个实施例1所述的燃料组件栅格结构和若干格架套管，其中，若干燃料组件栅格结构依次间隔排列设置，所有的燃料组件栅格结构之间相互平行，使得相邻燃料组件栅格结构上的异型管1一一对应且对应异型管1之间同轴设置，以对燃料棒4夹持固定；同理，相邻燃料组件栅格结构上的固定连接单元6一一对应且对应的固定连接单元6之间同轴设置，以用于格架套管的固定安装。

格架套管贯穿所有的燃料组件栅格结构，格架套管固定设置在固定连接单元6内，格架套管内可根据需要设置管线、控制组件等功能部件。

可以理解的是，燃料组件栅格结构的数量以及相邻燃料组件栅格结构之间的间距需根据实际需求进行选择，这里不做过多的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种燃料组件栅格结构，其特征在于，包括若干支撑栅元和固定连接单元，所述支撑栅元为异型管结构，若干异型管相互拼接排列组成方形结构，所述方形结构的四周固定一圈外条带，所述固定连接单元间隔设置在方形结构内；所述异型管的管壁沿其环向间隔向内凹陷形成用于夹持燃料棒的夹持部，异型管的其余管壁作为连接部与邻近异型管的连接部固定连接；

所述异型管为轴向上变截面的柱管结构，异型管两端处的夹持部与燃料棒外壁之间存在间隙，异型管的中间位置处的夹持部与燃料棒过盈配合，用于降低异型管两端的压降。

2.根据权利要求1所述的一种燃料组件栅格结构，其特征在于，所述夹持部沿异型管的轴线延伸，异型管上的所有夹持部围合构成的内接圆尺寸与待夹持燃料棒的外径相匹配。

3.根据权利要求1所述的一种燃料组件栅格结构，其特征在于，所述夹持部为沿异型管轴向分布的螺旋线形结构。

4.根据权利要求1所述的一种燃料组件栅格结构，其特征在于，所述相邻异型管之间通过邻近的连接部、夹持部围合形成冷却通道。

5.根据权利要求1所述的一种燃料组件栅格结构，其特征在于，所述异型管为轴向上截面不变的柱管结构，所述夹持部在轴向上尺寸不变。

6.根据权利要求1所述的一种燃料组件栅格结构，其特征在于，所述固定连接单元由若干焊舌围合而成，所述焊舌的长度大于异型管。

7.根据权利要求6所述的一种燃料组件栅格结构，其特征在于，所述焊舌由中间的弧形部及其两侧相对设置的伸展部构成，所述弧形部可与邻近的弧形部配合形成用于安装格架套管的环形定位结构，所述伸展部用于加大焊舌与异型管的接触面积。

8.一种定位格架，其特征在于，包括若干如权利要求1-7中任一项所述的燃料组件栅格结构，若干燃料组件栅格结构依次间隔排列设置，相邻燃料组件栅格结构上的异型管一一对应且对应异型管之间同轴设置。

9.根据权利要求8所述的一种定位格架，其特征在于，还包括若干格架套管，所述格架套管贯穿所有的燃料组件栅格结构，格架套管固定设置在固定连接单元内。