燃料组件及燃料组件的管座的制作方法

本发明涉及核电站燃料组件，更具体地说，涉及一种燃料组件及燃料组件的管座。

背景技术：

现有技术中的燃料组件结构由刚性骨架和燃料棒组成，如图1所示，燃料棒在刚性骨架中平行排列并被均匀分隔。刚性骨架包括搅混格架4、上管座5、下管座6和导向管7。搅混格架4，由规则排列的用于容纳和夹持燃料棒的栅元组成。定位格架10和搅混格架4在燃料棒的轴向间隔设置，供燃料棒穿设定位。导向管7比燃料棒长，其从燃料棒束的端部伸出来，并固定在上管座5和下管座6上。下管座6位于燃料组件的下部，具有一些支撑腿和一个孔板61，孔板61上有一些用来固定导向管7的孔道和冷却剂流道穿透该孔板61。燃料组件的另一端，即组件上端的上管座5，包括一个横向的孔板，孔板上有一些容纳和固定导向管7的孔道和流水孔贯穿该孔板。

通常，如图13所示，下管座由一个正方形孔板61和位于其四个角正下方带横梁式支撑肋板624的四个支撑柱625连接组成，该结构可让供冷却剂由孔板61上的孔流向燃料组件的空腔。下管座6一对角线上的两个支撑柱625有定位销孔，用于与下堆芯板上的定位销装配，以确保燃料组件在堆芯的准确定位。

由于支撑肋板624为长条形板状结构，采用有限元方法进行数值分析，在下管座6孔板61和支撑肋板624间存在截面急剧的变化，如图14所示，梁式下管座结构在直角处存在明显的应力集中，导致了在该处产生了局部突变的高应力，其应力峰值远大于构件整体的平均应力。由于该处的应力集中，将削弱组件下管座6的强度，降低下管座6的承载能力。2004年某月，日本某核电站涡轮所在建筑内连接3号反应堆的水管突然爆裂，该事故虽然并未导致核泄漏，但蒸汽爆发导致5名工人死亡，数十人受伤。事故原因是蒸汽发生器内细管的应力集中导致了管道裂纹，金属疲劳导致裂纹扩展。因此，应力集中对构件有严重的危害，有必要对存在应力集中潜在危害的下管座6进行优化设计，以克服、或降低应力集中削弱结构强度的影响。

另外，现在的下管座结构会导致堆芯板流出的冷却剂轴向速度不均匀，在现有技术采用的梁式肋板形成了一个大开口。该结构虽然对压降有利，但不利于流场均匀，将导致下管座6孔板61前的冷却剂存在的不均匀性。

进一步地，结合图15、图16所示，由于横梁式支撑肋板624截面变化在同一高度，当冷却剂冲刷肋板截面时，在梁腹位置突变，迎流截面的突变将引起横流激变。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，提供一种改进的燃料组件及燃料组件的管座。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种燃料组件的管座，其特征在于，包括分布有通孔的孔板和设置在所述孔板一侧的支撑机构；所述支撑机构包括设置在所述孔板上的至少一个拱形肋板；所述拱形肋板远离所述孔板的一侧设置有拱形开口，且所述拱形开口的开口方向朝向远离所述孔板的一侧。

优选地，所述拱形肋板设置在所述孔板不同方向的外边之间。

优选地，所述拱形肋板包括分别沿第一方向和第二方向设置的拱形肋板。

优选地，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设置。

优选地，所述第一方向包括并排设置的至少两个拱形肋板，所述第二方向包括并排设置的至少两个拱形肋板，各所述拱形肋板形成向所述孔板一侧拱起设置的穹顶结构。

优选地，所述支撑机构还包括对所述孔板进行支撑的支腿；

所述拱形肋板包括沿所述孔板的边缘设置在所述孔板周向上相邻的所述支腿之间的拱形肋板；和/或，

所述拱形肋板包括设置在所述孔板周向上不相邻的两所述支腿之间的拱形肋板。

优选地，所述拱形肋板为板状结构，与所述孔板、支腿对应的侧边分别与所述孔板、支腿连接。

优选地，设置在两所述支腿之间的所述拱形肋板与所述支腿为一体结构。

优选地，所述支撑机构与所述孔板为一体结构；或，所述支撑机构与所述孔板焊接形成一体结构。

优选地，至少两个所述支腿的底部设有锁孔。

优选地，设置在两所述支腿之间的所述拱形肋板相对对应的两所述支腿之间的中线对称。

优选地，所述孔板呈方形，所述支腿包括四个，分别位于所述孔板的四角；或，所述孔板呈多边形，所述支腿包括与所述孔板的边数对应的多条，且分别位于所述孔板的角落。

优选地，所述拱形开口的拱形外形由若干线段沿拱形方向依次连接形成。

优选地，所述拱形开口的拱形外形包括位于两端的弧形段以及连接在两端的所述弧形段之间的平直段。

优选地，所述平直段与所述孔板平行。

优选地，所述拱形开口的拱形外形为圆弧形或弧形。

优选地，所述拱形开口的横断面外形为弧形。

优选地，所述拱形开口与所述拱形肋板的两相对侧分别对应的两边缘中，至少有一所述边缘设置有倒角结构。

本发明还构造一种燃料组件，包括所述的管座。

实施本发明的燃料组件及燃料组件的管座，具有以下有益效果：本发明的下管座通过拱桥型拱形肋板可有效避免下孔板和支腿间应力集中程度，让下管座的应力连续分布更加均匀、从而提高下管座的强度；另外，冷却剂是从下端向上流，对于同等尺寸厚度的拱形肋板，拱桥型拱形肋板的迎流面积沿轴向向上逐渐变化、减少冷却剂流动时的流阻激变、改善流场；另外，对于一体化加工的下管座，减少了去除的坯料，提高材料的利用率。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例中的燃料组件的结构示意图；

图2是本发明实施例中的燃料组件的下管座的立体结构示意图；

图3是图2中的下管座另一角度的立体示意图；

图4是拱形肋板的拱形开口为多段线段依次连接时的结构示意图；

图5是拱形肋板的拱形开口的两端为弧形时的结构示意图；

图6是拱形肋板的拱形开口为弧形时的结构示意图；

图7是图6中拱形肋板的拱形开口横断面为弧形时的A-A向结构示意图；

图8是图6中拱形肋板的拱形开口横断面带有圆角倒角结构时的A-A向结构示意图；

图9是图6中拱形肋板的拱形开口横断面带有斜角倒角结构时的A-A向结构示意图；

图10是图2中的下管座采用有限元方法进行仿真分析时的等应力线分布；

图11是本发明实施例中的带有拱桥型拱形肋板的下管座的横断面示意图；

图12是图11中的下管座的迎流面与轴向位置之间的变化关系曲线图；

图13是背景技术中的下管座的立体结构示意图；

图14是图13中的下管座采用有限元方法进行仿真分析时的等应力线分布；

图15是背景技术中的下管座的横断面示意图；

图16是图15中的下管座的迎流面与轴向位置之间的变化关系曲线图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本发明一个优选实施例中的燃料组件由刚性骨架和燃料棒组成，燃料棒在刚性骨架中平行排列并被均匀分隔。刚性骨架包括搅混格架4、上管座5、下管座6和导向管7。搅混格架4，由规则排列的用于容纳和夹持燃料棒的栅元组成。定位格架10和搅混格架4在燃料棒的轴向间隔设置，供燃料棒穿设定位。导向管7比燃料棒长，其从燃料棒束的端部伸出来，并固定在上管座5和下管座6上。上管座5设置在燃料组件的上端，包括一个横向的上孔板，上孔板上有一些容纳和固定导向管7的孔道和流水孔贯穿该上孔板。进一步地，本发明的燃料组件的管座对应的为燃料组件的下管座6。

如图2、图3所示，下管座6位于燃料组件的下部，包括孔板61和设置在孔板61下侧的支撑机构62，支撑机构62包括四个对孔板61进行支撑的支腿621。对应的，孔板61呈方形，四个支腿621分别位于孔板61的四角。在其他实施例中，孔板61也可为其他多边形形状，支腿621的数量也可为三个或多于三个的其他数量，能保证对孔板61的平衡支撑即可，优选地，支腿621包括与孔板61的边数对应的多条，且分别位于孔板61的角落。

对角的两个支腿621的底部设有锁孔622，用于与下堆芯板上的定位销装配，以确保燃料组件在堆芯的准确定位。在其他实施例中，也可在其他位置的支腿621上设置锁孔622，或在多个支腿621上设置锁孔622。

孔板61上分布有通孔611，通孔611包括用来固定导向管7的孔道和供和冷却剂经孔板61流过的冷却剂流道。支腿621位于通孔611区域的外圈，支撑机构62还包括设置在通孔611区域的周向上两相邻的支腿621之间的拱形肋板623，拱形肋板623远离孔板61的一侧设置有拱形开口6231，且拱形开口6231的开口方向朝向远离孔板61的一侧。

拱桥型拱形肋板623可有效避免孔板61和支腿621间应力集中程度，让下管座6的应力连续分布更加均匀、从而提高下管座6的强度。另外，冷却剂是从下端向上流，对于同等尺寸厚度的拱形肋板623，拱桥型拱形肋板623的迎流面积沿轴向向上逐渐变化、减少冷却剂流动时的流阻激变、改善流场。同时，对于一体化加工的下管座，减少了去除的坯料，提高材料的利用率。

在一些实施例中，在通孔611区域的周向上任意两相邻的支腿621之间均设有拱形肋板623，让孔板61的周圈的强度均得到提升，增加平衡性，同时减少冷却剂流动时的流阻激变，改善流场。优选地，设置在两支腿621之间的拱形肋板623相对对应的两支腿621之间的中线对称，让应力和减少冷却剂流动时的流阻激变、改善流场。

在其他实施例中，拱形肋板包括设置在孔板61周向上不相邻的两所述支腿621之间的拱形肋板623，让拱形肋板由孔板的侧面连接在两支腿之间。

进一步地，各支腿621和拱形肋板623相对孔板61对称设置，也可相对孔板61中心对称设置，保证让下管座6的受力更加的均衡。

优选地，拱形肋板623沿通孔611区域的外圈设置，避免对导向管7的安装和冷却剂的流通造成影响。在其他实施例中，拱形肋板623在轴向上也可与通孔611有部分重叠，不影响导向管7的安装和冷却剂的流通即可。

在一些实施例中，支腿621与拱形肋板623为一体结构，增加连接强度。进一步地，支撑机构62与孔板61也为一体结构，可增加连接强度。在其他实施例中，支腿621与拱形肋板623也可为焊接连接，支撑机构62与孔板61也可为焊接形成一体结构。

在一些实施例中，拱形肋板623为板状结构，与孔板61、支腿621对应的侧边分别与孔板61、支腿621连接，结合位置无缝隙，避免对冷却剂的流动产生影响。在其他实施例中，拱形肋板623也可为拱形支撑杆结构或拱形支架结构。

进一步地，在一些实施例中，如图4所示，拱形开口6231的拱形外形由若干线段沿拱形方向依次连接形成。在其他实施例中，如图5所示，拱形开口6231的拱形外形也可为其他形状，包括位于两端的弧形段6232以及连接在两端的弧形段6232之间的平直段6233，优选地，平直段6233与孔板61平行，该结构可在拱形肋板623的长度较长时减小拱形肋板623的高度。当然，如图6所示，拱形开口6231的拱形外形为圆弧形或弧形。

在一些实施例中，如图7所示，拱形开口6231的横断面外形为弧形，使冷却剂的流通更加顺畅，减小对拱形肋板623的冲力。在其他实施例中，如图8、图9所示，拱形开口6231与拱形肋板623的内外两相对侧分别对应的两边缘中，两边缘设置有倒角结构，倒角结构可为圆角或斜角。当然，也可只在拱形肋板623的内外两相对侧其中一侧对应的边缘上设置倒角结构。

本发明的带有拱桥型拱形肋板623的受力分析属平面应力问题，可采用有限元方法进行数值分析。对本发明实例，在相同跨距、均布载荷和边界条件的情况下，采用了二次四边形单元对拱桥型拱形肋板623和背景技术中的下管座的梁式结构进行了比较，图10为拱桥型拱形肋板623的等应力线分布，由图4可见，拱桥型拱形肋板623的应力分布更加均匀，结构强度优于背景技术下管座的结构强度。

通过对比分析可得，相比于背景技术中直梁肋板的下管座，带有拱桥型拱形肋板623的下管座61避免了截面突变的应力集中，使得下管座的应力分布更加均匀。

进一步地，本发明的带有拱桥型拱形肋板623的下管座61可起到均衡流场的作用，相比于背景技术中直梁肋板的下管座，如图11所示，本发明实例拱形肋板623的迎流截面沿轴向上变化是平滑过渡，对应的，结合图12中的迎流面积与轴向位置之间的关系变化图，本发明实例拱形肋板623可起到均衡流场的作用。

在其他实施例中，支撑机构62也可至包括设置在孔板61上的一个拱形肋板623，拱形肋板623的摆设方向不做限定，可为设置在孔板61的边缘，也可设置在孔板61的侧面上连接在任意两边之间。对应的，拱形肋板623远离所述孔板61的一侧设置有拱形开口6231，且所述拱形开口6231的开口方向朝向远离所述孔板61的一侧，让拱形肋板623在受到来自拱形开口6231的开口一侧的冷却剂冲击时，提升孔板61的强度，增加平衡性，同时减少冷却剂流动时的流阻激变，改善流场。

当拱形肋板623包括多个时，拱形肋板623也可设置在孔板61的不同方向的外边之间，让拱形肋板由孔板61的侧面连接在不同位置的边缘之间。多个拱形肋板623的摆设方向可以相同，也可不同，也可交叉设置。

在一些实施例中，拱形肋板包括分别沿第一方向和第二方向设置的拱形肋板623，每一方向的拱形肋板623的数量可不做限定。第一方向的拱形肋板623和所述第二方向的拱形肋板623交叉设置，且两个方向的拱形肋板623可以在孔板61的区域内交叉，交叉点也可在孔板61的边缘，也可为在拱形肋板623向外的延长线方向上。

进一步地，第一方向包括并排设置的两个或多个拱形肋板623，所述第二方向包括并排设置的两个或多个拱形肋板623，各所述拱形肋板623形成向所述孔板61一侧拱起设置的穹顶结构。穹顶结构形成网格状的结构，既能增加孔板61的强度，也能在与孔板61相背的一侧的整个区域减少冷却剂流动时的流阻激变，改善流场。

可以理解地，上述各技术特征可以任意组合使用而不受限制。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。