專利名稱:具有實(shí)現(xiàn)水力平衡的混合葉片布局的支撐柵格的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種支撐核燃料組件燃料棒的支撐柵格，具體地，涉及一種具有混合葉片的支撐柵格，該混合葉片能夠混合在燃料棒周圍流動(dòng)的冷卻水。
背景技術(shù)：
核反應(yīng)堆指的是對(duì)核分裂物質(zhì)的連鎖核分裂反應(yīng)進(jìn)行人工控制，以產(chǎn)生熱量、生產(chǎn)放射性同位素如钚、或形成放射線場(chǎng)的裝置。
一般來說，輕水反應(yīng)堆使用的是將U-235的含量提高到2 5%的濃縮鈾。為了加工核反應(yīng)堆使用的核燃料，需要進(jìn)行成型加工，將鈾制成5g左右的圓筒形顆粒。
將上述顆粒以數(shù)百個(gè)為單位，捆綁成一束，在真空狀態(tài)下裝入鋯合金管，并在填充彈簧及氦氣后，焊接上部密閉罩，即可制成燃料棒。燃料棒最終構(gòu)成核燃料組件，在反應(yīng)堆內(nèi)進(jìn)行核反應(yīng)而燃燒。
上述核燃料組件及其組成部件如圖1至圖3所示。
圖1是一般核燃料組件的示意圖，圖2是從上方俯視的支撐柵格的平面圖，圖3是用于詳細(xì)顯示支撐柵格的剖面的斜視圖。
參照?qǐng)D1說明如下，上述核燃料組件包括框架及燃料棒，其中，框架由上端固定體1、下端固定體5、引導(dǎo)管2及支撐柵格4構(gòu)成，燃料棒3裝入到支撐柵格4內(nèi)，從而被支撐柵格4內(nèi)形成的彈簧6 (參照?qǐng)D3)及凹槽7 (參照?qǐng)D3)支撐。
組裝組件時(shí)，為了防止燃料棒3的表面及支撐柵格內(nèi)的彈簧6受損，需要在燃料棒的表面涂漆后裝入框架，然后連接上、下端固定體進(jìn)行固定，從而完成核燃料組件的組裝，完成的組件，在除去涂漆后，檢查燃料棒的間隔、扭曲、長(zhǎng)度、尺寸等，最終完成組件的制造過程。
參照?qǐng)D2及圖3說明如下，為了劃分用于分別裝入燃料棒3的空間，支撐柵格4通過由多個(gè)條帶(薄金屬板)以一定間隔所形成的插槽(沒有圖示)相互結(jié)合成柵格狀而構(gòu)成。
支撐柵格沿上下方向排列10 13個(gè)，并與4m長(zhǎng)的引導(dǎo)管2焊接。支撐柵格4所劃分的各空間內(nèi)規(guī)則地形成有彈簧6及凹槽7，上述彈簧6及凹槽7與燃料棒3 (參照?qǐng)D1)接觸，以保持燃料棒3(參照?qǐng)D1)之間的間隔，使其排列在固定位置，并通過彈簧6的彈性對(duì)燃料棒3進(jìn)行彈性固定。
此外，支撐柵格還包括與內(nèi)部彈簧連接成一體、并沿冷卻水的流動(dòng)方向凸出以纏繞在燃料棒周圍的形態(tài)彎曲的多個(gè)混合葉片8 (參照?qǐng)D2及圖3)，該混合葉片8能夠通過混合燃料棒周圍的冷卻水，促進(jìn)熱傳遞。
另一方面，當(dāng)今的核燃料開發(fā)以高燃燒度及無缺陷性為目標(biāo)。實(shí)現(xiàn)高燃燒度的主要障礙之一就是泡核沸騰分離(DNB :Departure from NuclearBoiling)現(xiàn)象,這會(huì)影響核燃料棒之間的間隔、反應(yīng)堆系統(tǒng)壓力、熱通量(heatflux)、冷卻水焓及冷卻水速度。
一旦發(fā)生上述泡核沸騰分離，相應(yīng)部位的燃料棒的表面將形成氣膜，從而減少熱傳遞，使燃料棒溫度急劇增加，如果該狀態(tài)一直持續(xù)，將造成燃料棒損壞。
因此，為了確保安全，反應(yīng)堆需要在低于產(chǎn)生泡核沸騰分離現(xiàn)象的熱通量條件下工作，這被稱為熱冗余度。
反應(yīng)堆一般存在中子束或輸出密度特別高的區(qū)域，其主要原因之一就是為了插入控制棒而設(shè)置的控制棒通道。當(dāng)控制棒從控制棒通道被拔除時(shí)，其空間被作為減速劑的冷卻水填充，這將造成局部減速能力提高，從而使相鄰的燃料棒的輸出增加。
這種具有高輸出密度的區(qū)域，相比其它通道具有更高的焓增加率，成為高溫通道。這種高溫通道相比其它區(qū)域更早達(dá)到熱冗余度，從而制約反應(yīng)堆的最大運(yùn)行條件及輸出量。
以往采用在支撐柵格4上設(shè)置一體型的混合葉片8，通過改變冷卻水的流動(dòng)方向或?qū)鋮s水進(jìn)行混合的方法，來增加燃料棒3和冷卻材料之間的熱傳遞，降低反應(yīng)堆內(nèi)的輸出密度的變化，提高與泡核沸騰分離相關(guān)的各種性能。
上述混合葉片的性能受到混合葉片的大小、形狀、彎曲角度及混合葉片的位置的影響。混合葉片設(shè)置在與用于插入控制棒的引導(dǎo)管相鄰的燃料棒位置的高溫區(qū)域，能夠?qū)崿F(xiàn)顯著效果。
過去，混合葉片在一個(gè)支撐柵格的整個(gè)區(qū)域內(nèi)采用相同布局，或?qū)⒅螙鸥穹譃閮砂耄捎脙刹糠中螤畛社R像對(duì)稱的布局。
上述支撐柵格的一部分會(huì)由于冷卻水流動(dòng)而產(chǎn)生振動(dòng)，導(dǎo)致燃料棒出現(xiàn)微動(dòng)磨損。
上述現(xiàn)象的原因是，由于混合葉片產(chǎn)生的作用力無法以支撐柵格的中心為基準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)平衡，從而使支撐柵格發(fā)生振動(dòng)。
因此，需要一種既能提高與泡核沸騰分離相關(guān)的性能，又能減少混合葉片產(chǎn)生的振動(dòng)的新型支撐柵格。作為上述改進(jìn)的一環(huán)，在1997年7月2日申請(qǐng)的“美國(guó)注冊(cè)專利US6526116，，[Nuclear Fuel Assembly withHydraulically Balanced Mixing Vanes]中，提出了一種以支撐柵格的中心為基準(zhǔn)，以相同的角度對(duì)支撐柵格的整個(gè)區(qū)域進(jìn)行劃分，并在每個(gè)區(qū)間內(nèi)采用相同形狀的混合葉片的支撐柵格，這樣，每個(gè)區(qū)間內(nèi)的混合葉片形狀呈以支撐柵格的中心為基準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)一定角度的形態(tài)，整個(gè)混合葉片形狀以支撐柵格中心為基準(zhǔn)，呈對(duì)稱形態(tài)，因此，使支撐柵格實(shí)現(xiàn)水力平衡。
但是，如圖4(與上述美國(guó)注冊(cè)專利US6526116中的圖2對(duì)應(yīng))所示，對(duì)于在具有17X17排列結(jié)構(gòu)的支撐柵格中采用上述混合葉片形狀的實(shí)施例，在支撐柵格的中心部以外的區(qū)域，確實(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)混合葉片產(chǎn)生的作用力的力矩平衡，但是，由于最鄰近支撐柵格中心的混合葉片的形狀以支撐柵格中心為基準(zhǔn)，沿相同方向旋轉(zhuǎn)，因此，會(huì)對(duì)支撐柵格的中心產(chǎn)生偏向的力矩，使支撐柵格的整體混合葉片布局無法實(shí)現(xiàn)完美的水力平衡。
圖5是如圖2所示的在具有16X 16排列結(jié)構(gòu)的支撐柵格上采用相同混合葉片布局的實(shí)施例的支撐柵格中心部形狀的示意圖。在圖5中，鄰近支撐柵格中心部的混合葉片，按照以支撐柵格中心為基準(zhǔn)，沿相同方向旋轉(zhuǎn)的形態(tài)排列，同樣無法實(shí)現(xiàn)水力平衡。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決上述問題而提出，其目的是提供一種新型支撐柵格，該支撐柵格具有在支撐柵格內(nèi)部柵格面的上部末端，沿冷卻水流動(dòng)方向凸出的多個(gè)混合葉片，向支撐柵格的上表面看去時(shí)，混合葉片的位置及方向所形成的排列構(gòu)成一定布局，能夠減小由冷卻水流動(dòng)導(dǎo)致的支撐柵格的振動(dòng)，從而，容易實(shí)現(xiàn)水力平衡。
本發(fā)明涉及的具有實(shí)現(xiàn)水力平衡的混合葉片布局的支撐柵格，具體說明為，一種通過核燃料組件內(nèi)交錯(cuò)的條帶構(gòu)成柵格結(jié)構(gòu)的支撐柵格，其特征是支撐柵格內(nèi)部包括與內(nèi)部條帶連成一體、并沿冷卻水的流動(dòng)方向凸出的多個(gè)混合葉片，向支撐柵格上表面看去時(shí)，混合葉片的位置及方向所形成的排列構(gòu)成一定布局。
本發(fā)明特征是，混合葉片的布局如下當(dāng)定義通過支撐柵格中心且相互垂直的縱向基準(zhǔn)線及橫向兩條基準(zhǔn)線時(shí)，對(duì)于上述兩條基準(zhǔn)線，除與該基準(zhǔn)線平行且最鄰近于條帶的混合葉片外，其它所有混合葉片的排列均相對(duì)于基準(zhǔn)線成對(duì)稱形態(tài)。
本發(fā)明涉及的具有實(shí)現(xiàn)水力平衡的混合葉片布局的支撐柵格，具有在支撐柵格內(nèi)部柵格面的上部末端沿冷卻水流動(dòng)方向凸出的多個(gè)混合葉片，向支撐柵格上表面看去時(shí)，混合葉片的位置及方向所形成的排列構(gòu)成一定布局，能夠使由冷卻水流動(dòng)而導(dǎo)致的支撐柵格的振動(dòng)最小化，從而實(shí)現(xiàn)水力平衡。


圖1是一般核燃料組件的示意圖。
圖2是一般支撐柵格的平面圖。
圖3是一般支撐柵格的剖面的斜視圖。
圖4是具有現(xiàn)有混合葉片的17X 17排列結(jié)構(gòu)的支撐柵格中心部的平面圖。
圖5是具有現(xiàn)有混合葉片的16X 16排列結(jié)構(gòu)的支撐柵格中心部的平面圖。
圖6是具有本發(fā)明涉及的混合葉片布局的支撐柵格的平面圖。
圖7是本發(fā)明涉及的混合葉片布局的優(yōu)選實(shí)施例的平面圖。
附圖標(biāo)記
4 :支撐棚格；8 :混合葉片；10 :橫向基準(zhǔn)線；20 :縱向基準(zhǔn)線具體實(shí)施方式
本發(fā)明涉及的具有實(shí)現(xiàn)水力平衡的混合葉片布局的支撐柵格，其特征在于，該支撐柵格包括劃分柵格單元的多個(gè)條帶；在所述條帶的柵格面上沿縱向和橫向以一定方向凸出、具有一定的彈性、用于支撐核燃料棒的多個(gè)彈簧；在支撐柵格內(nèi)部柵格面的上部末端沿冷卻水流動(dòng)方向凸出的多個(gè)混合葉片；其中，混合葉片的位置及方向所形成的排列在支撐柵格上構(gòu)成一定布局。
下面參照附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。如果沒有特別定義或說明，上下、左右等表示方向的用語均以附圖為基準(zhǔn)。各實(shí)施例中相同符號(hào)表示相同部件。
另一方面，將被支撐柵格的柵格結(jié)構(gòu)劃分的每個(gè)空間定義為單位柵格單元，柵格單元內(nèi)部的一面定義為柵格面。此外，將某一柵格面定義為縱向，則與該柵格面平行的所有柵格面均為縱向柵格面，與上述縱向柵格面垂直的柵格面則稱為橫向柵格面。此外，軸向指的是柵格單元的長(zhǎng)度方向，即裝入核燃料棒的方向。
圖6是從上方俯視的支撐柵格的平面圖，圖3是詳細(xì)說明柵格面與混合葉片連接形態(tài)的剖面的斜視圖。
如圖6所示，支撐柵格的外框?yàn)榫哂邢嗤L(zhǎng)度的四邊形形態(tài)，如圖3所示，混合葉片8與內(nèi)部條帶連結(jié)成一體，并在支撐柵格內(nèi)部柵格面的上部末端沿冷卻水流動(dòng)方向凸出，并沿纏繞燃料棒的方向彎曲。
上述混合葉片8對(duì)燃料棒周圍的冷卻水進(jìn)行混合，起到促進(jìn)熱傳遞的作用。
此外，如圖6所示，支撐柵格在柵格單元內(nèi)具有多個(gè)混合葉片，混合葉片的位置及方向構(gòu)成的排列在支撐柵格的平面圖上構(gòu)成一定布局。
為了明確顯示混合葉片的布局，圖7所示為在圖6所示的支撐柵格形狀9中除組成外框的外部柵格板以外的內(nèi)部區(qū)域，其中，內(nèi)部條帶用直線表示，混合葉片用三角形表
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本發(fā)明涉及的具有實(shí)現(xiàn)水力平衡的混合葉片布局的支撐柵格的優(yōu)選實(shí)施例如圖7所示。
為方便起見，將通過支撐柵格中心且相互垂直的直線定義為縱向基準(zhǔn)線20及橫向基準(zhǔn)線10。
本發(fā)明涉及的混合葉片8相對(duì)于縱向基準(zhǔn)線20，左側(cè)區(qū)域21和右側(cè)區(qū)域22的混合葉片的排列相互對(duì)稱。
此外，相對(duì)于橫向基準(zhǔn)線10，其上側(cè)區(qū)域11和下側(cè)區(qū)域12的混合葉片的排列也相
互對(duì)稱。
此外，縱向基準(zhǔn)線20上的混合葉片8布局與其左側(cè)區(qū)域21相同，橫向基準(zhǔn)線10上的混合葉片8布局與其下側(cè)區(qū)域12相同。
下面對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的作用進(jìn)行說明。
當(dāng)冷卻水沿軸向流入裝有反應(yīng)堆的核燃料組件的內(nèi)部時(shí)，支撐柵格具有的混合葉片將受到流經(jīng)其周圍的冷卻水的作用力。
上述作用力將相對(duì)于支撐柵格中心產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)支撐柵格的力矩，如果不能實(shí)現(xiàn)混合葉片對(duì)支撐柵格中心的力矩平衡，支撐柵格將會(huì)產(chǎn)生由流體所引發(fā)的振動(dòng)，使裝入到支撐柵格內(nèi)部的燃料棒受到微動(dòng)磨損。
因此，本發(fā)明涉及的實(shí)施例的混合葉片布局，分別相對(duì)于通過支撐柵格中心的縱向基準(zhǔn)線及橫向基準(zhǔn)線成對(duì)稱形狀，能夠以支撐柵格的中心為基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)水力平衡，使由冷卻水流動(dòng)造成的支撐柵格的振動(dòng)最小化。
以上對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了說明，但本發(fā)明的技術(shù)思想并不局限于上述優(yōu)選實(shí)施例，在不脫離權(quán)利要求
書中詳述的本發(fā)明技術(shù)思想的范疇內(nèi)，可以實(shí)現(xiàn)多種支撐柵格。
權(quán)利要求
1.一種具有實(shí)現(xiàn)水力平衡的混合葉片布局的支撐柵格，其特征在于，該支撐柵格包括: 劃分柵格單元的多個(gè)條帶； 在所述條帶的柵格面上沿縱向和橫向以一定的方向凸出、具有一定的彈性、并用于支撐核燃料棒的多個(gè)彈簧；以及 在所述支撐柵格內(nèi)部柵格面的上部末端沿冷卻水流動(dòng)方向凸出的多個(gè)混合葉片；其中，所述混合葉片的位置及方向所形成的排列在所述支撐柵格上構(gòu)成一定布局，其特征在于，所述混合葉片的布局如下:在所述支撐柵格的平面圖上，以通過所述支撐柵格的中心且相互垂直的縱向基準(zhǔn)線及橫向基準(zhǔn)線為基準(zhǔn)，所述縱向基準(zhǔn)線(20)的左、右區(qū)域的混合葉片以相互對(duì)稱的形狀構(gòu)成，所述橫向基準(zhǔn)線(10)的上、下區(qū)域的混合葉片也以相互對(duì)稱的形狀構(gòu)成，所述縱向基準(zhǔn)線(20)上的混合葉片與該縱向基準(zhǔn)線(20)的左側(cè)區(qū)域的混合葉片具有相同的形狀，所述橫向基準(zhǔn)線(10)上的混合葉片與該橫向基準(zhǔn)線(10)的下側(cè)區(qū)域的混合 葉片具有相同的形狀。
專利摘要
本發(fā)明涉及一種支撐核燃料組件燃料棒的支撐柵格，具體地，涉及一種具有能夠混合燃料棒周圍流動(dòng)的冷卻水的混合葉片的支撐柵格。本發(fā)明涉及具有實(shí)現(xiàn)水力平衡的混合葉片布局的支撐柵格，其特征在于，該支撐柵格包括劃分柵格單元的多個(gè)條帶；在所述條帶的柵格面上沿縱向和橫向以一定的方向凸出、用于支撐所述核燃料棒的多個(gè)彈簧；在所述支撐柵格內(nèi)部柵格面的上部末端沿冷卻水流動(dòng)方向凸出的多個(gè)混合葉片；其中，所述混合葉片的位置及方向所形成的排列在所述支撐柵格上構(gòu)成一定布局，使得混合葉片產(chǎn)生的力矩以支撐柵格的中心為基準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)平衡，從而能夠使由支撐柵格內(nèi)冷卻水流動(dòng)引發(fā)的振動(dòng)最小化。
文檔編號(hào)G21C15/02GKCN101770821SQ200910142358
公開日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2009年6月1日
發(fā)明者嚴(yán)景保, 金圭泰, 徐正旻, 樸南圭, 樸俊圭, 金鎮(zhèn)先, 河?xùn)|瑾, 金敬柱, 金日圭, 李圣基, 李振錫, 金康訓(xùn), 樸星奎, 全炅洛 申請(qǐng)人:韓電原子力燃料株式會(huì)社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (4),