一種平衡堆芯入口冷卻劑流量的燃料組件下管座的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及壓水核反應(yīng)堆設(shè)計領(lǐng)域，尤其涉及一種平衡堆芯入口冷卻劑流量的燃料組件下管座。
【背景技術(shù)】
[0002]壓水核反應(yīng)堆燃料組件通常由若干燃料棒、導(dǎo)向管部件、儀表管部件、格架、上下管座等構(gòu)成，其中，下管座作為燃料組件骨架的重要組成部分，是燃料組件的主要承載部件之一，其可靠性直接影響燃料組件在操作、運(yùn)輸和運(yùn)行狀態(tài)下的安全性。同時下管座也是重要的接口部件，其結(jié)構(gòu)設(shè)計對燃料組件的操作性能以及與堆內(nèi)構(gòu)件兼容性有直接影響。作為堆芯冷卻劑的入口，下管座的水力學(xué)性能也是其綜合性能的重要指標(biāo)之一，對堆芯入口冷卻劑流量分配均勻性、燃料組件壓降有重要影響。
[0003]通過對現(xiàn)有的燃料組件下管座的分析發(fā)現(xiàn)，世界各主要燃料公司在下管座設(shè)計上主要考慮其高強(qiáng)度、低壓降、防異物等方面的性能。目前主流的下管座設(shè)計可分為兩類。第一類以西屋公司的DFBN下管座為代表，將主要承載結(jié)構(gòu)與防異物結(jié)構(gòu)合二為一，使用小流水孔下格板。小流水孔下格板的流通比低，保持了很強(qiáng)的防異物能力以及充足的強(qiáng)度裕量，同時通過西屋公司核心專利技術(shù)的文丘里管專利(授權(quán)公告號CN100592434C)，在較低的流通比的情況下大幅度降低格板整體的壓降；第二類為目前其它燃料公司使用的主流設(shè)計思路，即通過盡可能高流通比的框架結(jié)構(gòu)實現(xiàn)主要的結(jié)構(gòu)承載功能，同時保持較低的壓降，通過各類特色的濾網(wǎng)或濾板結(jié)構(gòu)以較小的壓降確保較高的過濾性。
[0004]上述現(xiàn)有的兩類下管座設(shè)計，其存在的缺點(diǎn)是:缺少對平衡流量分配的優(yōu)化設(shè)計。當(dāng)冷卻劑通過堆芯下板流入燃料組件時，流量是不均勻的。在正對堆芯下板流水孔的區(qū)域，形成射流區(qū)，流量較大；在堆芯下板流水孔周邊區(qū)域，形成紊流區(qū)，流量較小?，F(xiàn)有的下管座設(shè)計中，下管座格板上均采用孔型相同，均勻分布的流水孔，該設(shè)計形式下，冷卻劑通過下管座后再分布時流量分布仍欠均勻，容易產(chǎn)生橫向流，增加燃料棒振動磨損失蝕的風(fēng)險。
[0005]因此，為了解決該問題，本領(lǐng)域的技術(shù)人員致力于開發(fā)一種平衡堆芯入口冷卻劑流量的燃料組件下管座。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種平衡堆芯入口冷卻劑流量的燃料組件下管座，針對入口流量的不均勻性，在下管座下格板上安排不均勻分布的流水孔，實現(xiàn)流量再分配后的流量平衡，減少橫向流，降低燃料棒因振動磨蝕而失效的風(fēng)險。本發(fā)明所述下管座除具備基本的支撐定位、低壓降、防異物功能外，還具備相對現(xiàn)有下管座設(shè)計來說更優(yōu)異的流量平衡分配特性。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種平衡堆芯入口冷卻劑流量的燃料組件下管座，包括下格板、支撐框架和過濾結(jié)構(gòu)，所述下格板位于所述支撐框架上部，所述過濾結(jié)構(gòu)在所述下格板的上部或下部，所述下格板上貫穿設(shè)置了用于安裝燃料組件導(dǎo)向管的導(dǎo)向管孔、用于安裝燃料組件儀表管的儀表管孔以及用于冷卻劑流通和對流量進(jìn)行再分配的流水孔群，其特征在于，所述過濾結(jié)構(gòu)、所述下格板及其所述流水孔群被配置成根據(jù)冷卻劑流入時的流量分布差異平衡流出流量。
[0008]進(jìn)一步地，所述流水孔群由一組橫截面形狀不同的流水孔組成，所述流水孔的橫截面形狀包括三角形、正方形、五邊形、六邊形和圓形；對應(yīng)所述下格板中心區(qū)域處，入口流量較四周區(qū)域大，所述流水孔選用所述橫截面面積較小的形狀，在四周流量較小區(qū)域，所述流水孔選用相同孔特征尺寸下所述橫截面面積較大的形狀；所述孔特征尺寸是指圓孔的直徑或非圓孔的外接圓的直徑。
[0009]進(jìn)一步地，所述流水孔群由一組縱向截面形狀不同的流水孔組成，所述縱向截面形狀包括直孔、兩邊倒角或雙倒角、內(nèi)徑為臺階狀和圓滑過渡的縮頸孔；對應(yīng)所述下格板中心區(qū)域處，入口流量較四周區(qū)域大，所述流水孔選用所述縱向截面面積較小的形狀，在四周流量較小區(qū)域，所述流水孔選用相同特征尺寸下縱向截面積較大的形狀；所述孔特征尺寸是指圓孔的直徑或非圓孔的外接圓的直徑。
[0010]進(jìn)一步地，所述下格板為方形結(jié)構(gòu)，所述下格板厚度不均勻，對應(yīng)所述下格板中心區(qū)域處，入口流量較四周區(qū)域大，所述下格板采用較四周大的厚度；在四周流量較小區(qū)域，所述下格板采用較中心小的厚度。
[0011]進(jìn)一步地，所述濾板為方形結(jié)構(gòu)，所述濾板上布置有方形孔、圓形孔的片式或網(wǎng)式過濾結(jié)構(gòu)；對應(yīng)所述下格板中心區(qū)域處，入口流量較四周區(qū)域大，采用較大的流阻系數(shù)的所述過濾結(jié)構(gòu)，在四周流量較小區(qū)域，采用較小流阻系數(shù)的所述過濾結(jié)構(gòu)。
[0012]進(jìn)一步地，所述濾板厚度為0.5mm?10mm，由板材機(jī)加工或板材沖壓制造，所述下格板和所述濾板通過焊接或鉚接等方式進(jìn)行連接。
[0013]進(jìn)一步地，所述過濾結(jié)構(gòu)為過濾條帶，由帶材機(jī)加工或沖壓制造，所述過濾條帶通過所述下格板上開的槽進(jìn)行機(jī)械裝配并焊接連接。
[0014]進(jìn)一步地，所述孔特征尺寸在4.5mm?Ilmm之間。
[0015]在本發(fā)明的較佳實施方式中，本發(fā)明所述的一種平衡堆芯入口冷卻劑流量的燃料組件下管座，主要由方形的下格板、下格板下部的支撐框架以及下格板上部或下部的過濾結(jié)構(gòu)構(gòu)成；所述下格板上貫穿設(shè)置了導(dǎo)向管孔用于安裝燃料組件導(dǎo)向管、儀表管孔用于安裝燃料組件儀表管、以及流水孔孔群用于冷卻劑流通和對流量進(jìn)行再分配。
[0016]所述流水孔孔群，其中流水孔根據(jù)制造工藝不同，其中流水孔的橫截面形狀可以采用不同形狀。由于流水孔橫截面形狀不同，將影響冷卻劑通過后的流量再分配。所述孔型可以為三角形、正方形、五邊形、六邊形或圓形等，上述孔型流通面積與濕周的比值不同，相同特征尺寸下，上述孔型其對冷卻液的流量限制作用由大到小變化，造成局部阻力系數(shù)不同。對應(yīng)堆芯下板大流水孔射流中心區(qū)域處，入口流量較大，流水孔可選用橫截面積較小的橫截面形狀，增強(qiáng)流量限制作用；在四周流量較小區(qū)域，流水孔可選用相同特征尺寸下橫截面積較大的形狀，減小流量限制作用，實現(xiàn)下管座流量再分配后冷卻劑的流量更加均勻的作用。
[0017]所述流水孔孔群，可以選擇為圓孔或非圓形孔，孔特征尺寸(圓孔孔徑，其它等邊非圓形孔外接圓直徑等)根據(jù)堆芯入口冷卻劑流量分布進(jìn)行設(shè)計。對應(yīng)堆芯下板大流水孔射流中心區(qū)域處，入口流量較大，流水孔可采用較小的特征尺寸，加強(qiáng)流量限制作用；四周區(qū)域流量較小區(qū)域，流水孔采用較大的特征尺寸，放寬流量限制作用。通過不同孔型及特征尺寸的組合，實現(xiàn)下管座流量再分配后冷卻劑的流量分配更加均勻，減少橫向流產(chǎn)生，降低燃料棒振動磨蝕風(fēng)險。所述孔特征尺寸可在4.5mm?11_之間選擇。
[0018]所述流水孔孔群，其中流水孔的縱截面形狀可以采用不同形狀。由于縱向截面形狀不同，將影響冷卻劑通過后的流量再分配。所述縱向截面形狀，流水孔可以為簡單直孔、兩邊倒角或雙倒角、內(nèi)徑為臺階狀或圓滑過渡的縮頸孔等，相同特征尺寸下，根據(jù)分析及試驗評估，上述孔型對冷卻液的流量限制作用由小到大變化。根據(jù)不同縱向截面形狀對冷卻劑流通流量的限制作用的大小，安排到流量大小不同的區(qū)域，以實現(xiàn)平衡流量的作用。
[0019]所述下格板，為方形結(jié)構(gòu)，其厚度可以采用不均勻厚度。由于下格板的厚度對冷卻劑流通的壓降有一定程度的影響，厚度越大壓降越大，因此在流量較大區(qū)域，下格板采用較大厚度；在流量較小區(qū)域，下格板采用較小厚度。使冷卻劑的流量更加均勻，從而達(dá)到減小橫向流的作用。
[0020]所述濾板，為方形結(jié)構(gòu)，厚度為0.5mm?10mm，其上布置有方形孔、圓形孔、異型孔或其它片式或網(wǎng)式過濾結(jié)構(gòu)。流通過濾結(jié)構(gòu)針對堆芯入口冷卻劑流量分布進(jìn)行設(shè)計，流量較大區(qū)域的流水孔采用較大的流阻系數(shù)的結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)流量限制作用，流量較小區(qū)域的流水孔采用較小流阻系數(shù)的結(jié)構(gòu)，放寬流量限制作用。通過不同流阻系數(shù)結(jié)構(gòu)的組合，實現(xiàn)單個燃料組件范圍內(nèi)流量再分配，使冷卻劑的流量更加均勻，從而達(dá)到減小橫向流的作用。
[0021]上述流水孔孔群、下格板、濾板上的特征可以采用一種或多種組合實現(xiàn)下管座流量再分配后冷卻劑的流量分配更加均勻的目的。
[0022]本發(fā)明所述的一種平衡堆芯入口冷卻劑流量的燃料組件下管座，優(yōu)點(diǎn)如下:
[0023](I)本發(fā)明通過下管座下格板上流水孔孔群的不同的橫截面形狀、縱向截面形狀、特征尺寸和排布方式，可以使下管座流量再分配后冷卻劑在堆芯入口處等高截面上流量更加均勻，減少橫向流產(chǎn)生，弱化燃料棒及格架振動激勵源，降低燃料棒振動磨蝕風(fēng)險。
[0024](2)本發(fā)明通過下管座下格板的不均勻的厚度分布，可以使下管座流量再分配后冷卻劑在堆芯入口處等高截面上流量更加均勻，減少橫向流產(chǎn)生，弱化燃料棒及格架振動激勵源，降低燃料棒振動磨蝕風(fēng)險。
[0025](3)本發(fā)明通過過濾裝置上的不同的形狀、尺寸和排布方式的濾片、濾網(wǎng)或其它過濾結(jié)構(gòu)的布置，可以使下管座流量再分配后冷卻劑在堆芯入口處等高截面上流量更加均勻，減少橫向流產(chǎn)生，弱化燃料棒及格架振動激勵源，降低燃料棒振動磨蝕風(fēng)險。
[0026](4)本發(fā)明涉及的用于核燃料組件的下管座，通過下格板流水孔和過濾裝置上過濾結(jié)構(gòu)的交叉組合，有效地過濾冷卻劑中的異物；通過下格板上流水孔的布局使應(yīng)力分布合理化，滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求；通過下格板上流水孔的孔型孔徑特征，滿足低壓降的功能要求；同時通過下格板流水孔孔群的不同的形狀和布置、下格板的厚度不均勻布置、過濾裝置上的不同阻力系數(shù)的過濾結(jié)構(gòu)和布置，三種方式的配合，實現(xiàn)對堆芯入口冷卻劑流量分配更加均勻的目的。
[0027]以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果作進(jìn)一步說明，以充分地了解本發(fā)明的目的