專(zhuān)利名稱(chēng):具備塞條和倒角的反應(yīng)堆燃料組件圍筒及反應(yīng)堆燃料組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于核反應(yīng)堆燃料組件設(shè)計(jì)技術(shù)，特別是涉及一種可以改變?nèi)剂辖M件溫度分布差異大的反應(yīng)堆燃料組件圍筒，即具備塞條和倒角的反應(yīng)堆燃料組件圍筒及反應(yīng)堆燃料組件。
背景技術(shù)：
反應(yīng)堆的核燃料通常以一定數(shù)量的燃料棒、燃料板或燃料球?yàn)榻M成單元，該組成單元通常稱(chēng)之為燃料組件，一個(gè)反應(yīng)堆堆芯通常由若干數(shù)量的燃料組件所組成。例如，目前國(guó)內(nèi)常用的百萬(wàn)千瓦級(jí)壓水堆核電站堆芯由177盒燃料組件所組成，六十萬(wàn)千瓦秦山二期核電站堆芯由121盒燃料組件所組成。
燃料組件根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，有些帶有組件圍筒(或稱(chēng)組件盒、元件盒)，有些不帶組件圍筒。組件圍筒可使各組件之間相對(duì)獨(dú)立，形成組件內(nèi)冷卻劑流動(dòng)的閉式流道，使組件之間冷卻劑流動(dòng)相對(duì)隔離，冷卻劑在相鄰組件之間無(wú)法進(jìn)行流動(dòng)攪渾，從而可有效控制各組件內(nèi)的冷卻劑流量。目前國(guó)內(nèi)外的快中子反應(yīng)堆，沸水堆，俄羅斯的VVER反應(yīng)堆，超臨界水堆以及各類(lèi)研究堆等都廣泛采用帶組件圍筒的組件結(jié)構(gòu)形式。
由于組件圍筒結(jié)構(gòu)的存在，使得組件內(nèi)部燃料棒(板、球)之間的冷卻劑流道(簡(jiǎn)稱(chēng)中心通道)，燃料棒(板、球)與組件圍筒內(nèi)壁所形成的冷卻劑流道(簡(jiǎn)稱(chēng)邊通道)，以及燃料棒(板、球)與組件圍筒邊角所形成的冷卻劑流道(簡(jiǎn)稱(chēng)角通道)其流通面積與流動(dòng)阻力不同，從而造成組件內(nèi)中心通道、邊通道和角通道內(nèi)的冷卻劑流量形成差異，造成流量分配不均勻。另一方面，由于中心通道、邊通道與角通道其所對(duì)應(yīng)的燃料發(fā)熱功率不同以及燃料換熱面積不同，從而造成三種通道之間的換熱特性不同，造成換熱分布不均。流量分配的不均勻與換熱分布的不均勻共同影響，可能會(huì)造成組件內(nèi)同一高度截面形成較大的溫度差異，從而降低反應(yīng)堆的堆芯性能，并且通過(guò)核熱耦合反饋影響局部反應(yīng)性。
因此，為了調(diào)整和避免燃料組件內(nèi)的中心通道、邊通道以及角通道由于結(jié)構(gòu)的原因出現(xiàn)流量分配和換熱分布的較大差異，可采用相關(guān)設(shè)計(jì)理念對(duì)組件局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，達(dá)到優(yōu)化組件內(nèi)流動(dòng)與換熱特性的目的。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種具備塞條和倒角的反應(yīng)堆燃料組件圍筒，可降低反應(yīng)堆燃料組件出口區(qū)域的截面冷卻劑溫度分布差異，同時(shí)提供相應(yīng)的反應(yīng)堆燃料組件。
本實(shí)用新型的實(shí)現(xiàn)方案如下具備塞條和倒角的反應(yīng)堆燃料組件圍筒，包括反應(yīng)堆燃料組件圍筒本體，所述反應(yīng)堆燃料組件圍筒本體的內(nèi)徑面設(shè)置有若干塞條，所述塞條的軸線與反應(yīng)堆燃料組件圍筒本體的軸線平行，且相鄰兩塞條之間存在間隙。
塞條的尺寸范圍，跟具體設(shè)計(jì)相關(guān)，不同的堆型不一樣，因此該處無(wú)法確定尺寸。但總體而言，塞條高度和寬度不能與相鄰燃料棒接觸，因此燃料棒和繞絲的尺寸在一定程度上限制了塞條的尺寸。
所述反應(yīng)堆燃料組件圍筒本體的橫切面為多邊形，其反應(yīng)堆燃料組件圍筒本體的任意兩邊相連處通過(guò)倒角加工成倒角形狀或其反應(yīng)堆燃料組件圍筒本體的任意兩邊相連處設(shè)置有圓角填充物。
所述塞條的橫切面為多邊形。
所述塞條的橫切面為梯形或矩形或三角形。
所述塞條的橫切面為圓形或橢圓形，優(yōu)先考慮梯形設(shè)置。
所述圓角填充物的橫切面為圓形或橢圓形或者多邊形。
塞條沿反應(yīng)堆燃料組件圍筒本體軸向方向整體或分段設(shè)置。
所述塞條的橫切面為梯形或矩形或圓形或橢圓形或者多邊形或者為其他幾何形狀。
反應(yīng)堆燃料組件，包括反應(yīng)堆燃料組件圍筒本體，以及設(shè)置在反應(yīng)堆燃料組件圍筒本體空腔內(nèi)的若干燃料棒，靠近反應(yīng)堆燃料組件圍筒本體內(nèi)徑面的相鄰兩個(gè)燃料棒與反應(yīng)堆燃料組件圍筒本體內(nèi)徑面構(gòu)成的區(qū)域?yàn)檫呁ǖ溃鋈麠l位于邊通道處，且塞條與相鄰燃料棒之間存在間隙。
基于上述反應(yīng)堆燃料組件圍筒的反應(yīng)堆燃料組件，包括反應(yīng)堆燃料組件圍筒本體，以及設(shè)置在反應(yīng)堆燃料組件圍筒本體空腔內(nèi)的若干燃料棒，反應(yīng)堆燃料組件圍筒本體的任意兩邊相連處為邊角處，靠近反應(yīng)堆燃料組件圍筒本體邊角處的燃料棒與邊角處構(gòu)成的區(qū)域?yàn)榻峭ǖ?，圓角填充物位于角通道處，圓角填充物與相鄰燃料棒之間存在間隙。
本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)原理為由于組件圍筒結(jié)構(gòu)的存在，使得反應(yīng)堆燃料組件圍筒本體空腔內(nèi)部的燃料棒之間的冷卻劑流道為中心通道，靠近反應(yīng)堆燃料組件圍筒本體內(nèi)徑面的相鄰兩個(gè)燃料棒與反應(yīng)堆燃料組件圍筒本體內(nèi)徑面構(gòu)成的區(qū)域?yàn)檫呁ǖ溃磻?yīng)堆燃料組件圍筒本體的任意兩邊相連處為邊角處，靠近反應(yīng)堆燃料組件圍筒本體邊角處的燃料棒與邊角處構(gòu)成的區(qū)域?yàn)榻峭ǖ溃捎谏鲜鲋行耐ǖ?、角通道邊通道的流通面積與流動(dòng)阻力不同，從而造成組件內(nèi)中心通道、邊通道和角通道內(nèi)的冷卻劑流量形成差異，造成流量分配不均勻。另一方面，由于中心通道、邊通道與角通道其所對(duì)應(yīng)的燃料發(fā)熱功率不同以及燃料換熱面積不同，從而造成三種通道之間的換熱特性不同，造成換熱分布不均。流量分配的不均勻與換熱分布的不均勻共同影響，可能會(huì)造成組件內(nèi)同一高度截面形成較大的溫度差異，從而降低反應(yīng)堆的堆芯性能，并且通過(guò)核熱耦合反饋影響局部反應(yīng)性。
因此，為了調(diào)整和避免燃料組件內(nèi)的中心通道、邊通道以及角通道由于結(jié)構(gòu)的原因出現(xiàn)流量分配和換熱分布的較大差異，可采用相關(guān)設(shè)計(jì)理念對(duì)組件局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，達(dá)到優(yōu)化組件內(nèi)流動(dòng)與換熱特性的目的。
而本實(shí)用新型的具體改造設(shè)計(jì)為在邊通道處增加塞條，以減少邊通道的橫切面積，使得邊通道的流通面積與流動(dòng)阻力能盡量的漸近中心通道。同理，在角通道處，提高工藝的處理將角通道的形狀由任意角度的角變?yōu)榫邆浠⌒蔚牡菇切螤罨蛑苯釉诜磻?yīng)堆燃料組件圍筒本體的任意兩邊相連處設(shè)置有設(shè)置圓角填充物，以減少角通道的橫切面積，使得角通道的流通面積與流動(dòng)阻力能盡量的漸近中心通道。即上述三種通道的橫切面積分布均勻。
下面為了方便表述，反應(yīng)堆燃料組件圍筒本體簡(jiǎn)稱(chēng)為組件圍筒。[0022]因此，本實(shí)用新型提出了設(shè)置組件圍筒塞條和組件圍筒倒角的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念，通過(guò)圍筒塞條和圍筒倒角的設(shè)計(jì)可有效優(yōu)化組件內(nèi)的冷卻劑流動(dòng)與換熱特性。
所謂組件圍筒設(shè)置塞條結(jié)構(gòu)，即是在組件圍筒與組件外區(qū)的燃料棒所形成的邊通道區(qū)域，沿組件軸向高度整體或分段添加異形的塞條結(jié)構(gòu)，該異形可為梯形結(jié)構(gòu)，或者為其他幾何形狀，該塞條不應(yīng)與燃料棒外表面相接觸，并應(yīng)留有一定的間隙，以便為燃料棒熱膨脹留有足夠的空間，塞條的大小應(yīng)通過(guò)熱工水力計(jì)算分析確定，總體設(shè)計(jì)思路是使得一盒燃料組件內(nèi)同一軸向高度截面處的冷卻劑溫度分布盡量一致。
所謂組件圍筒倒角設(shè)計(jì)，是指在組件圍筒的邊角區(qū)域通過(guò)倒角加工成型或者通過(guò)設(shè)置圓角填充物使得組件內(nèi)的角通道區(qū)域的冷卻劑流通面積與組件的熱工水力設(shè)計(jì)目標(biāo)一致，即應(yīng)使得一盒燃料組件內(nèi)同一軸向高度截面處的冷卻劑溫度分布盡量一致。該倒角結(jié)構(gòu)應(yīng)與燃料棒之間留有適當(dāng)距離，以避免燃料棒與倒角區(qū)域直接接觸。倒角結(jié)構(gòu)的形狀可以是弧形、圓形、橢圓形或者多邊形等。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于可降低反應(yīng)堆燃料組件內(nèi)同一高度截面的冷卻劑溫度分布差異，使得截面冷卻劑溫度分布差異變小。


圖I為反應(yīng)堆燃料組件圍筒本體的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為未改進(jìn)前的反應(yīng)堆燃料組件的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為未改進(jìn)前的反應(yīng)堆燃料組件溫度檢測(cè)示意圖。
圖4為改進(jìn)后本實(shí)用新型反應(yīng)堆燃料組件的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為改進(jìn)后本實(shí)用新型反應(yīng)堆燃料組件的溫度檢測(cè)示意圖
圖6為圖2和圖3中各個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的溫度檢測(cè)數(shù)據(jù)表。
圖中的標(biāo)號(hào)分別表示為1、反應(yīng)堆燃料組件圍筒本體；2、燃料棒；3、邊通道；4、角通道；5、中心通道；11、塞條；12、圓角填充物。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一
如圖1、2、3所示。
本實(shí)用新型為具備塞條和倒角的反應(yīng)堆燃料組件圍筒，包括反應(yīng)堆燃料組件圍筒本體1，所述反應(yīng)堆燃料組件圍筒本體I的內(nèi)徑面設(shè)置有若干塞條11，所述塞條11的軸線與反應(yīng)堆燃料組件圍筒本體I的軸線平行，且相鄰兩塞條之間存在間隙。
所述反應(yīng)堆燃料組件圍筒本體I的橫切面為正六邊形，其反應(yīng)堆燃料組件圍筒本體I的任意兩邊相連處通過(guò)倒角加工成倒角形狀或其反應(yīng)堆燃料組件圍筒本體I的任意兩邊相連處設(shè)置有設(shè)置圓角填充物12。
所述圓角填充物12的橫切面為圓形。
塞條11沿反應(yīng)堆燃料組件圍筒本體I軸向方向整體設(shè)置。
所述塞條11的橫切面為梯形(或矩形或圓形或橢圓形或者多邊形或者為其他幾何形狀)。
基于上述反應(yīng)堆燃料組件圍筒的反應(yīng)堆燃料組件，包括權(quán)利要求
2-5中任意一項(xiàng)所述的反應(yīng)堆燃料組件圍筒本體1，以及設(shè)置在反應(yīng)堆燃料組件圍筒本體I空腔內(nèi)的若干燃料棒2，靠近反應(yīng)堆燃料組件圍筒本體I內(nèi)徑面的相鄰兩個(gè)燃料棒2與反應(yīng)堆燃料組件圍筒本體I內(nèi)徑面構(gòu)成的區(qū)域?yàn)檫呁ǖ?，反應(yīng)堆燃料組件圍筒本體I的任意兩邊相連處為邊角處，靠近反應(yīng)堆燃料組件圍筒本體I邊角處的燃料棒2與邊角處構(gòu)成的區(qū)域?yàn)榻峭ǖ?，所述塞條11位于邊通道3處，且塞條與相鄰燃料棒2之間存在間隙，圓角填充物12位于角通道處于，圓角填充物12與相鄰燃料棒2之間存在間隙。
由于組件圍筒結(jié)構(gòu)的存在，使得反應(yīng)堆燃料組件圍筒本體空腔內(nèi)部的燃料棒之間的冷卻劑流道為中心通道5，靠近反應(yīng)堆燃料組件圍筒本體I內(nèi)徑面的相鄰兩個(gè)燃料棒2與反應(yīng)堆燃料組件圍筒本體I內(nèi)徑面構(gòu)成的區(qū)域?yàn)檫呁ǖ?，反應(yīng)堆燃料組件圍筒本體I的任意兩邊相連處為邊角處，靠近反應(yīng)堆燃料組件圍筒本體I邊角處的燃料棒2與邊角處構(gòu)成的區(qū)域?yàn)榻峭ǖ?
總體設(shè)計(jì)思路是使得一盒燃料組件內(nèi)同一軸向高度截面處的冷卻劑溫度分布盡
量一致。
為了充分的說(shuō)明本實(shí)用新型的優(yōu)越性能，現(xiàn)列舉數(shù)據(jù)對(duì)比參數(shù)，如圖2和圖3、以及圖4所示，圖2和圖3的區(qū)別在于，圖3采用本實(shí)用新型上述改進(jìn)后的反應(yīng)堆燃料組件圍筒本體作為殼體，而圖2中采用現(xiàn)有的、未改進(jìn)的圍筒作為殼體。如圖3所示，圖3中的反應(yīng)堆燃料組件圍筒本體設(shè)置有塞條和圓角填充物12。因此，造成圖3中的邊通道和角通道的面積減小；圖4為圖2和圖3中各個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的溫度檢測(cè)數(shù)據(jù)表，該數(shù)據(jù)表的采集調(diào)節(jié)相同，除圖2中沒(méi)有設(shè)置塞條和圓角填充物12、圖3設(shè)置有塞條和圓角填充物12外，其余實(shí)驗(yàn)環(huán)境和實(shí)驗(yàn)條件均一致，圖3是在圖2的結(jié)構(gòu)上直接添加塞條和圓角填充物12。我們可以從圖4中可以看出，在圖2和圖3的橫切面中，A點(diǎn)和a點(diǎn)均取同一平面中的同一點(diǎn)，B點(diǎn)和b點(diǎn)均取同一平面中的同一點(diǎn)，C點(diǎn)和c點(diǎn)均取同一平面中的同一點(diǎn)，D點(diǎn)和d點(diǎn)均取同一平面中的同一點(diǎn)，E點(diǎn)和e點(diǎn)均取同一平面中的同一點(diǎn)，F(xiàn)點(diǎn)和f點(diǎn)均取同一平面中的同一點(diǎn)，G點(diǎn)和g點(diǎn)均取同一平面中的同一點(diǎn)；從圖4看出。根據(jù)溫差度計(jì)算方法，溫差度=最高溫度-最低溫度；圖3的溫差度為32. 9K，而圖2的溫差度為177. 2K，因此，相比較后，發(fā)現(xiàn)，圖3的溫差波動(dòng)較小，其溫度分布均勻，而圖2的溫差度較大，溫度分布差異大，且圖2的最高溫度也比圖3的最高溫度高出許多，同時(shí)從實(shí)驗(yàn)條件來(lái)看，除了設(shè)置塞條和圓角填充物以外，其余條件均一致，因此，我們看出本實(shí)用新型在反應(yīng)堆燃料組件圍筒本體設(shè)置有塞條和圓角填充物12可以明顯地改變反應(yīng)堆燃料組件內(nèi)同一高度截面處的冷卻劑溫度分布差異。
如上所述，則能很好的實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型。
權(quán)利要求
1.具備塞條和倒角的反應(yīng)堆燃料組件圍筒，包括反應(yīng)堆燃料組件圍筒本體(I)，其特征在于所述反應(yīng)堆燃料組件圍筒本體(I)的內(nèi)徑面設(shè)置有若干塞條(11)，所述塞條(11) 的軸線與反應(yīng)堆燃料組件圍筒本體(I)的軸線平行，且相鄰兩塞條之間存在間隙。
2.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的具備塞條和倒角的反應(yīng)堆燃料組件圍筒，其特征在于所述反應(yīng)堆燃料組件圍筒本體(I)的橫切面為多邊形，其反應(yīng)堆燃料組件圍筒本體(I)的任意兩邊相連處通過(guò)倒角加工成倒角形狀或其反應(yīng)堆燃料組件圍筒本體(I)的任意兩邊相連處設(shè)置有設(shè)置圓角填充物(12)。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的具備塞條和倒角的反應(yīng)堆燃料組件圍筒，其特征在于所述圓角填充物(12)的橫切面為圓形或橢圓形或者多邊形。
4.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的具備塞條和倒角的反應(yīng)堆燃料組件圍筒，其特征在于塞條 (11)沿反應(yīng)堆燃料組件圍筒本體(I)軸向方向整體或分段設(shè)置。
5.根據(jù)權(quán)利要求
2-4中任意一項(xiàng)所述的具備塞條和倒角的反應(yīng)堆燃料組件圍筒，其特征在于所述塞條(11)的橫切面為多邊形。
6.根據(jù)權(quán)利要求
2-4中任意一項(xiàng)所述的具備塞條和倒角的反應(yīng)堆燃料組件圍筒，其特征在于所述塞條(11)的橫切面為梯形或矩形或三角形。
7.根據(jù)權(quán)利要求
2-4中任意一項(xiàng)所述的具備塞條和倒角的反應(yīng)堆燃料組件圍筒，其特征在于所述塞條(11)的橫切面為圓形或橢圓形。
8.反應(yīng)堆燃料組件，其特征在于包括反應(yīng)堆燃料組件圍筒本體(I)，以及設(shè)置在反應(yīng)堆燃料組件圍筒本體(I)空腔內(nèi)的若干燃料棒(2)，靠近反應(yīng)堆燃料組件圍筒本體(I)內(nèi)徑面的相鄰兩個(gè)燃料棒(2)與反應(yīng)堆燃料組件圍筒本體(I)內(nèi)徑面構(gòu)成的區(qū)域?yàn)檫呁ǖ?3)， 所述塞條(11)位于邊通道(3)處，且塞條與相鄰燃料棒(2)之間存在間隙。
9.基于上述反應(yīng)堆燃料組件圍筒的反應(yīng)堆燃料組件，其特征在于包括反應(yīng)堆燃料組件圍筒本體(1)，以及設(shè)置在反應(yīng)堆燃料組件圍筒本體(I)空腔內(nèi)的若干燃料棒(2)，反應(yīng)堆燃料組件圍筒本體(I)的任意兩邊相連處為邊角處，靠近反應(yīng)堆燃料組件圍筒本體(I) 邊角處的燃料棒(2)與邊角處構(gòu)成的區(qū)域?yàn)榻峭ǖ?4)，圓角填充物(12)位于角通道處，圓角填充物(12)與相鄰燃料棒(2 )之間存在間隙。
專(zhuān)利摘要
本實(shí)用新型公開(kāi)了具備塞條和倒角的反應(yīng)堆燃料組件圍筒及反應(yīng)堆燃料組件；其中具備塞條和倒角的反應(yīng)堆燃料組件圍筒，包括反應(yīng)堆燃料組件圍筒本體，所述反應(yīng)堆燃料組件圍筒本體的內(nèi)徑面設(shè)置有若干塞條，所述塞條的軸線與反應(yīng)堆燃料組件圍筒本體的軸線平行，且相鄰兩塞條之間存在間隙。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于可降低反應(yīng)堆燃料組件內(nèi)同一高度截面處的冷卻劑溫度分布差異，使得截面冷卻劑溫度分布差異變小。
文檔編號(hào)G21C3/06GKCN202816398SQ201220528303
公開(kāi)日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年10月16日
發(fā)明者盧川, 嚴(yán)明宇 申請(qǐng)人:中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan