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

背景技術(shù)：

現(xiàn)有技術(shù)中的燃料組件結(jié)構(gòu)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并被均勻分隔。剛性骨架包括攪混格架4、上管座5、下管座6和導(dǎo)向管7。攪混格架4，由規(guī)則排列的用于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(shè)置，供燃料棒穿設(shè)定位。導(dǎo)向管7比燃料棒長(zhǎng)，其從燃料棒束的端部伸出來(lái)，并固定在上管座5和下管座6上。下管座6位于燃料組件的下部，具有一些支撐腿和一個(gè)孔板61，孔板61上有一些用來(lái)固定導(dǎo)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(gè)橫向的孔板，孔板上有一些容納和固定導(dǎo)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(gè)正方形孔板61和位于其四個(gè)角正下方帶橫梁式支撐肋板624的四個(gè)支撐柱625連接組成，該結(jié)構(gòu)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(duì)角線上的兩個(gè)支撐柱625有定位銷(xiāo)孔，用于與下堆芯板上的定位銷(xiāo)裝配，以確保燃料組件在堆芯的準(zhǔn)確定位。

由于支撐肋板624為長(zhǎng)條形板狀結(jié)構(gòu)，采用有限元方法進(jìn)行數(shù)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(jié)構(gòu)在直角處存在明顯的應(yīng)力集中，導(dǎo)致了在該處產(chǎn)生了局部突變的高應(yīng)力，其應(yīng)力峰值遠(yuǎn)大于構(gòu)件整體的平均應(yīng)力。由于該處的應(yīng)力集中，將削弱組件下管座6的強(qiáng)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筑內(nèi)連接3號(hào)反應(yīng)堆的水管突然爆裂，該事故雖然并未導(dǎo)致核泄漏，但蒸汽爆發(fā)導(dǎo)致5名工人死亡，數(shù)十人受傷。事故原因是蒸汽發(fā)生器內(nèi)細(xì)管的應(yīng)力集中導(dǎo)致了管道裂紋，金屬疲勞導(dǎo)致裂紋擴(kuò)展。因此，應(yīng)力集中對(duì)構(gòu)件有嚴(yán)重的危害，有必要對(duì)存在應(yīng)力集中潛在危害的下管座6進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以克服、或降低應(yīng)力集中削弱結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響。

另外，現(xiàn)在的下管座結(jié)構(gòu)會(huì)導(dǎo)致堆芯板流出的冷卻劑軸向速度不均勻，在現(xiàn)有技術(shù)采用的梁式肋板形成了一個(gè)大開(kāi)口。該結(jié)構(gòu)雖然對(duì)壓降有利，但不利于流場(chǎng)均勻，將導(dǎo)致下管座6孔板61前的冷卻劑存在的不均勻性。

進(jìn)一步地，結(jié)合圖15、圖16所示，由于橫梁式支撐肋板624截面變化在同一高度，當(dāng)冷卻劑沖刷肋板截面時(shí)，在梁腹位置突變，迎流截面的突變將引起橫流激變。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，提供一種改進(jìn)的燃料組件及燃料組件的管座。

本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：構(gòu)造一種燃料組件的管座，其特征在于，包括分布有通孔的孔板和設(shè)置在所述孔板一側(cè)的支撐機(jī)構(gòu)；所述支撐機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在所述孔板上的至少一個(gè)拱形肋板；所述拱形肋板遠(yuǎn)離所述孔板的一側(cè)設(shè)置有拱形開(kāi)口，且所述拱形開(kāi)口的開(kāi)口方向朝向遠(yuǎn)離所述孔板的一側(cè)。

優(yōu)選地，所述拱形肋板設(shè)置在所述孔板不同方向的外邊之間。

優(yōu)選地，所述拱形肋板包括分別沿第一方向和第二方向設(shè)置的拱形肋板。

優(yōu)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(shè)置。

優(yōu)選地，所述第一方向包括并排設(shè)置的至少兩個(gè)拱形肋板，所述第二方向包括并排設(shè)置的至少兩個(gè)拱形肋板，各所述拱形肋板形成向所述孔板一側(cè)拱起設(shè)置的穹頂結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述支撐機(jī)構(gòu)還包括對(duì)所述孔板進(jìn)行支撐的支腿；

所述拱形肋板包括沿所述孔板的邊緣設(shè)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(shè)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(yōu)選地，所述拱形肋板為板狀結(jié)構(gòu)，與所述孔板、支腿對(duì)應(yīng)的側(cè)邊分別與所述孔板、支腿連接。

優(yōu)選地，設(shè)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(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述支撐機(jī)構(gòu)與所述孔板為一體結(jié)構(gòu)；或，所述支撐機(jī)構(gòu)與所述孔板焊接形成一體結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，至少兩個(gè)所述支腿的底部設(shè)有鎖孔。

優(yōu)選地，設(shè)置在兩所述支腿之間的所述拱形肋板相對(duì)對(duì)應(yīng)的兩所述支腿之間的中線對(duì)稱。

優(yōu)選地，所述孔板呈方形，所述支腿包括四個(gè)，分別位于所述孔板的四角；或，所述孔板呈多邊形，所述支腿包括與所述孔板的邊數(shù)對(duì)應(yīng)的多條，且分別位于所述孔板的角落。

優(yōu)選地，所述拱形開(kāi)口的拱形外形由若干線段沿拱形方向依次連接形成。

優(yōu)選地，所述拱形開(kāi)口的拱形外形包括位于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(yōu)選地，所述平直段與所述孔板平行。

優(yōu)選地，所述拱形開(kāi)口的拱形外形為圓弧形或弧形。

優(yōu)選地，所述拱形開(kāi)口的橫斷面外形為弧形。

優(yōu)選地，所述拱形開(kāi)口與所述拱形肋板的兩相對(duì)側(cè)分別對(duì)應(yīng)的兩邊緣中，至少有一所述邊緣設(shè)置有倒角結(jié)構(gòu)。

本實(shí)用新型還構(gòu)造一種燃料組件，包括所述的管座。

實(shí)施本實(shí)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(shí)用新型的下管座通過(guò)拱橋型拱形肋板可有效避免下孔板和支腿間應(yīng)力集中程度，讓下管座的應(yīng)力連續(xù)分布更加均勻、從而提高下管座的強(qiáng)度；另外，冷卻劑是從下端向上流，對(duì)于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(dòng)時(shí)的流阻激變、改善流場(chǎng)；另外，對(duì)于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(shuō)明

下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明，附圖中：

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例中的燃料組件的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例中的燃料組件的下管座的立體結(jié)構(gòu)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(kāi)口為多段線段依次連接時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是拱形肋板的拱形開(kāi)口的兩端為弧形時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是拱形肋板的拱形開(kāi)口為弧形時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7是圖6中拱形肋板的拱形開(kāi)口橫斷面為弧形時(shí)的A-A向結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是圖6中拱形肋板的拱形開(kāi)口橫斷面帶有圓角倒角結(jié)構(gòu)時(shí)的A-A向結(jié)構(gòu)示意圖；

圖9是圖6中拱形肋板的拱形開(kāi)口橫斷面帶有斜角倒角結(jié)構(gòu)時(shí)的A-A向結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10是圖2中的下管座采用有限元方法進(jìn)行仿真分析時(shí)的等應(yīng)力線分布；

圖11是本實(shí)用新型實(shí)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(guān)系曲線圖；

圖13是背景技術(shù)中的下管座的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖14是圖13中的下管座采用有限元方法進(jìn)行仿真分析時(shí)的等應(yīng)力線分布；

圖15是背景技術(shù)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(guān)系曲線圖。

具體實(shí)施方式

為了對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)照附圖詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式。

如圖1所示，本實(shí)用新型一個(gè)優(yōu)選實(shí)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并被均勻分隔。剛性骨架包括攪混格架4、上管座5、下管座6和導(dǎo)向管7。攪混格架4，由規(guī)則排列的用于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(shè)置，供燃料棒穿設(shè)定位。導(dǎo)向管7比燃料棒長(zhǎng)，其從燃料棒束的端部伸出來(lái)，并固定在上管座5和下管座6上。上管座5設(shè)置在燃料組件的上端，包括一個(gè)橫向的上孔板，上孔板上有一些容納和固定導(dǎo)向管7的孔道和流水孔貫穿該上孔板。進(jìn)一步地，本實(shí)用新型的燃料組件的管座對(duì)應(yīng)的為燃料組件的下管座6。

如圖2、圖3所示，下管座6位于燃料組件的下部，包括孔板61和設(shè)置在孔板61下側(cè)的支撐機(jī)構(gòu)62，支撐機(jī)構(gòu)62包括四個(gè)對(duì)孔板61進(jìn)行支撐的支腿621。對(duì)應(yīng)的，孔板61呈方形，四個(gè)支腿621分別位于孔板61的四角。在其他實(shí)施例中，孔板61也可為其他多邊形形狀，支腿621的數(shù)量也可為三個(gè)或多于三個(gè)的其他數(shù)量，能保證對(duì)孔板61的平衡支撐即可，優(yōu)選地，支腿621包括與孔板61的邊數(shù)對(duì)應(yīng)的多條，且分別位于孔板61的角落。

對(duì)角的兩個(gè)支腿621的底部設(shè)有鎖孔622，用于與下堆芯板上的定位銷(xiāo)裝配，以確保燃料組件在堆芯的準(zhǔn)確定位。在其他實(shí)施例中，也可在其他位置的支腿621上設(shè)置鎖孔622，或在多個(gè)支腿621上設(shè)置鎖孔622。

孔板61上分布有通孔611，通孔611包括用來(lái)固定導(dǎo)向管7的孔道和供和冷卻劑經(jīng)孔板61流過(guò)的冷卻劑流道。支腿621位于通孔611區(qū)域的外圈，支撐機(jī)構(gòu)62還包括設(shè)置在通孔611區(qū)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(yuǎn)離孔板61的一側(cè)設(shè)置有拱形開(kāi)口6231，且拱形開(kāi)口6231的開(kāi)口方向朝向遠(yuǎn)離孔板61的一側(cè)。

拱橋型拱形肋板623可有效避免孔板61和支腿621間應(yīng)力集中程度，讓下管座6的應(yīng)力連續(xù)分布更加均勻、從而提高下管座6的強(qiáng)度。另外，冷卻劑是從下端向上流，對(duì)于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(dòng)時(shí)的流阻激變、改善流場(chǎng)。同時(shí)，對(duì)于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(shí)施例中，在通孔611區(qū)域的周向上任意兩相鄰的支腿621之間均設(shè)有拱形肋板623，讓孔板61的周圈的強(qiáng)度均得到提升，增加平衡性，同時(shí)減少冷卻劑流動(dòng)時(shí)的流阻激變，改善流場(chǎng)。優(yōu)選地，設(shè)置在兩支腿621之間的拱形肋板623相對(duì)對(duì)應(yīng)的兩支腿621之間的中線對(duì)稱，讓?xiě)?yīng)力和減少冷卻劑流動(dòng)時(shí)的流阻激變、改善流場(chǎng)。

在其他實(shí)施例中，拱形肋板包括設(shè)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(cè)面連接在兩支腿之間。

進(jìn)一步地，各支腿621和拱形肋板623相對(duì)孔板61對(duì)稱設(shè)置，也可相對(duì)孔板61中心對(duì)稱設(shè)置，保證讓下管座6的受力更加的均衡。

優(yōu)選地，拱形肋板623沿通孔611區(qū)域的外圈設(shè)置，避免對(duì)導(dǎo)向管7的安裝和冷卻劑的流通造成影響。在其他實(shí)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(dǎo)向管7的安裝和冷卻劑的流通即可。

在一些實(shí)施例中，支腿621與拱形肋板623為一體結(jié)構(gòu)，增加連接強(qiáng)度。進(jìn)一步地，支撐機(jī)構(gòu)62與孔板61也為一體結(jié)構(gòu)，可增加連接強(qiáng)度。在其他實(shí)施例中，支腿621與拱形肋板623也可為焊接連接，支撐機(jī)構(gòu)62與孔板61也可為焊接形成一體結(jié)構(gòu)。

在一些實(shí)施例中，拱形肋板623為板狀結(jié)構(gòu)，與孔板61、支腿621對(duì)應(yīng)的側(cè)邊分別與孔板61、支腿621連接，結(jié)合位置無(wú)縫隙，避免對(duì)冷卻劑的流動(dòng)產(chǎn)生影響。在其他實(shí)施例中，拱形肋板623也可為拱形支撐桿結(jié)構(gòu)或拱形支架結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步地，在一些實(shí)施例中，如圖4所示，拱形開(kāi)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(shí)施例中，如圖5所示，拱形開(kāi)口6231的拱形外形也可為其他形狀，包括位于兩端的弧形段6232以及連接在兩端的弧形段6232之間的平直段6233，優(yōu)選地，平直段6233與孔板61平行，該結(jié)構(gòu)可在拱形肋板623的長(zhǎng)度較長(zhǎng)時(shí)減小拱形肋板623的高度。當(dāng)然，如圖6所示，拱形開(kāi)口6231的拱形外形為圓弧形或弧形。

在一些實(shí)施例中，如圖7所示，拱形開(kāi)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(duì)拱形肋板623的沖力。在其他實(shí)施例中，如圖8、圖9所示，拱形開(kāi)口6231與拱形肋板623的內(nèi)外兩相對(duì)側(cè)分別對(duì)應(yīng)的兩邊緣中，兩邊緣設(shè)置有倒角結(jié)構(gòu)，倒角結(jié)構(gòu)可為圓角或斜角。當(dāng)然，也可只在拱形肋板623的內(nèi)外兩相對(duì)側(cè)其中一側(cè)對(duì)應(yīng)的邊緣上設(shè)置倒角結(jié)構(gòu)。

本實(shí)用新型的帶有拱橋型拱形肋板623的受力分析屬平面應(yīng)力問(wèn)題，可采用有限元方法進(jìn)行數(shù)值分析。對(duì)本實(shí)用新型實(shí)例，在相同跨距、均布載荷和邊界條件的情況下，采用了二次四邊形單元對(duì)拱橋型拱形肋板623和背景技術(shù)中的下管座的梁式結(jié)構(gòu)進(jìn)行了比較，圖10為拱橋型拱形肋板623的等應(yīng)力線分布，由圖4可見(jiàn)，拱橋型拱形肋板623的應(yīng)力分布更加均勻，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度優(yōu)于背景技術(shù)下管座的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

通過(guò)對(duì)比分析可得，相比于背景技術(shù)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(yīng)力集中，使得下管座的應(yīng)力分布更加均勻。

進(jìn)一步地，本實(shí)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(chǎng)的作用，相比于背景技術(shù)中直梁肋板的下管座，如圖11所示，本實(shí)用新型實(shí)例拱形肋板623的迎流截面沿軸向上變化是平滑過(guò)渡，對(duì)應(yīng)的，結(jié)合圖12中的迎流面積與軸向位置之間的關(guān)系變化圖，本實(shí)用新型實(shí)例拱形肋板623可起到均衡流場(chǎng)的作用。

在其他實(shí)施例中，支撐機(jī)構(gòu)62也可至包括設(shè)置在孔板61上的一個(gè)拱形肋板623，拱形肋板623的擺設(shè)方向不做限定，可為設(shè)置在孔板61的邊緣，也可設(shè)置在孔板61的側(cè)面上連接在任意兩邊之間。對(duì)應(yīng)的，拱形肋板623遠(yuǎn)離所述孔板61的一側(cè)設(shè)置有拱形開(kāi)口6231，且所述拱形開(kāi)口6231的開(kāi)口方向朝向遠(yuǎn)離所述孔板61的一側(cè)，讓拱形肋板623在受到來(lái)自拱形開(kāi)口6231的開(kāi)口一側(cè)的冷卻劑沖擊時(shí)，提升孔板61的強(qiáng)度，增加平衡性，同時(shí)減少冷卻劑流動(dòng)時(shí)的流阻激變，改善流場(chǎng)。

當(dāng)拱形肋板623包括多個(gè)時(shí)，拱形肋板623也可設(shè)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(cè)面連接在不同位置的邊緣之間。多個(gè)拱形肋板623的擺設(shè)方向可以相同，也可不同，也可交叉設(shè)置。

在一些實(shí)施例中，拱形肋板包括分別沿第一方向和第二方向設(shè)置的拱形肋板623，每一方向的拱形肋板623的數(shù)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(shè)置，且兩個(gè)方向的拱形肋板623可以在孔板61的區(qū)域內(nèi)交叉，交叉點(diǎn)也可在孔板61的邊緣，也可為在拱形肋板623向外的延長(zhǎng)線方向上。

進(jìn)一步地，第一方向包括并排設(shè)置的兩個(gè)或多個(gè)拱形肋板623，所述第二方向包括并排設(shè)置的兩個(gè)或多個(gè)拱形肋板623，各所述拱形肋板623形成向所述孔板61一側(cè)拱起設(shè)置的穹頂結(jié)構(gòu)。穹頂結(jié)構(gòu)形成網(wǎng)格狀的結(jié)構(gòu)，既能增加孔板61的強(qiáng)度，也能在與孔板61相背的一側(cè)的整個(gè)區(qū)域減少冷卻劑流動(dòng)時(shí)的流阻激變，改善流場(chǎng)。

可以理解地，上述各技術(shù)特征可以任意組合使用而不受限制。

以上所述僅為本實(shí)用新型的實(shí)施例，并非因此限制本實(shí)用新型的專利范圍，凡是利用本實(shí)用新型說(shuō)明書(shū)及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本實(shí)用新型的專利保護(hù)范圍內(nèi)。