一种平衡堆芯入口冷却剂流量的燃料组件下管座的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及压水核反应堆设计领域，尤其涉及一种平衡堆芯入口冷却剂流量的燃料组件下管座。
【背景技术】
[0002]压水核反应堆燃料组件通常由若干燃料棒、导向管部件、仪表管部件、格架、上下管座等构成，其中，下管座作为燃料组件骨架的重要组成部分，是燃料组件的主要承载部件之一，其可靠性直接影响燃料组件在操作、运输和运行状态下的安全性。同时下管座也是重要的接口部件，其结构设计对燃料组件的操作性能以及与堆内构件兼容性有直接影响。作为堆芯冷却剂的入口，下管座的水力学性能也是其综合性能的重要指标之一，对堆芯入口冷却剂流量分配均匀性、燃料组件压降有重要影响。
[0003]通过对现有的燃料组件下管座的分析发现，世界各主要燃料公司在下管座设计上主要考虑其高强度、低压降、防异物等方面的性能。目前主流的下管座设计可分为两类。第一类以西屋公司的DFBN下管座为代表，将主要承载结构与防异物结构合二为一，使用小流水孔下格板。小流水孔下格板的流通比低，保持了很强的防异物能力以及充足的强度裕量，同时通过西屋公司核心专利技术的文丘里管专利(授权公告号CN100592434C)，在较低的流通比的情况下大幅度降低格板整体的压降；第二类为目前其它燃料公司使用的主流设计思路，即通过尽可能高流通比的框架结构实现主要的结构承载功能，同时保持较低的压降，通过各类特色的滤网或滤板结构以较小的压降确保较高的过滤性。
[0004]上述现有的两类下管座设计，其存在的缺点是:缺少对平衡流量分配的优化设计。当冷却剂通过堆芯下板流入燃料组件时，流量是不均匀的。在正对堆芯下板流水孔的区域，形成射流区，流量较大；在堆芯下板流水孔周边区域，形成紊流区，流量较小。现有的下管座设计中，下管座格板上均采用孔型相同，均匀分布的流水孔，该设计形式下，冷却剂通过下管座后再分布时流量分布仍欠均匀，容易产生横向流，增加燃料棒振动磨损失蚀的风险。
[0005]因此，为了解决该问题，本领域的技术人员致力于开发一种平衡堆芯入口冷却剂流量的燃料组件下管座。
【实用新型内容】
[0006]有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种平衡堆芯入口冷却剂流量的燃料组件下管座，针对入口流量的不均匀性，在下管座下格板上安排不均匀分布的流水孔，实现流量再分配后的流量平衡，减少横向流，降低燃料棒因振动磨蚀而失效的风险。本实用新型所述下管座除具备基本的支撑定位、低压降、防异物功能外，还具备相对现有下管座设计来说更优异的流量平衡分配特性。
[0007]为实现上述目的，本实用新型提供了一种平衡堆芯入口冷却剂流量的燃料组件下管座，包括下格板、支撑框架和过滤结构，所述下格板位于所述支撑框架上部，所述过滤结构在所述下格板的上部或下部，所述下格板上贯穿设置了用于安装燃料组件导向管的导向管孔、用于安装燃料组件仪表管的仪表管孔以及用于冷却剂流通和对流量进行再分配的流水孔群，其特征在于，所述过滤结构、所述下格板及其所述流水孔群被配置成根据冷却剂流入时的流量分布差异平衡流出流量。
[0008]进一步地，所述流水孔群由一组横截面形状不同的流水孔组成，所述流水孔的横截面形状包括三角形、正方形、五边形、六边形和圆形；对应所述下格板中心区域处，入口流量较四周区域大，所述流水孔选用所述横截面面积较小的形状，在四周流量较小区域，所述流水孔选用相同孔特征尺寸下所述横截面面积较大的形状；所述孔特征尺寸是指圆孔的直径或非圆孔的外接圆的直径。
[0009]进一步地，所述流水孔群由一组纵向截面形状不同的流水孔组成，所述纵向截面形状包括直孔、两边倒角或双倒角、内径为台阶状和圆滑过渡的缩颈孔；对应所述下格板中心区域处，入口流量较四周区域大，所述流水孔选用所述纵向截面面积较小的形状，在四周流量较小区域，所述流水孔选用相同特征尺寸下纵向截面积较大的形状；所述孔特征尺寸是指圆孔的直径或非圆孔的外接圆的直径。
[0010]进一步地，所述下格板为方形结构，所述下格板厚度不均匀，对应所述下格板中心区域处，入口流量较四周区域大，所述下格板采用较四周大的厚度；在四周流量较小区域，所述下格板采用较中心小的厚度。
[0011]进一步地，所述滤板为方形结构，所述滤板上布置有方形孔、圆形孔的片式或网式过滤结构；对应所述下格板中心区域处，入口流量较四周区域大，采用较大的流阻系数的所述过滤结构，在四周流量较小区域，采用较小流阻系数的所述过滤结构。
[0012]进一步地，所述滤板厚度为0.5mm?10mm，由板材机加工或板材冲压制造，所述下格板和所述滤板通过焊接或铆接等方式进行连接。
[0013]进一步地，所述过滤结构为过滤条带，由带材机加工或冲压制造，所述过滤条带通过所述下格板上开的槽进行机械装配并焊接连接。
[0014]进一步地，所述孔特征尺寸在4.5mm?Ilmm之间。
[0015]在本实用新型的较佳实施方式中，本实用新型所述的一种平衡堆芯入口冷却剂流量的燃料组件下管座，主要由方形的下格板、下格板下部的支撑框架以及下格板上部或下部的过滤结构构成；所述下格板上贯穿设置了导向管孔用于安装燃料组件导向管、仪表管孔用于安装燃料组件仪表管、以及流水孔孔群用于冷却剂流通和对流量进行再分配。
[0016]所述流水孔孔群，其中流水孔根据制造工艺不同，其中流水孔的横截面形状可以采用不同形状。由于流水孔横截面形状不同，将影响冷却剂通过后的流量再分配。所述孔型可以为三角形、正方形、五边形、六边形或圆形等，上述孔型流通面积与湿周的比值不同，相同特征尺寸下，上述孔型其对冷却液的流量限制作用由大到小变化，造成局部阻力系数不同。对应堆芯下板大流水孔射流中心区域处，入口流量较大，流水孔可选用横截面积较小的横截面形状，增强流量限制作用；在四周流量较小区域，流水孔可选用相同特征尺寸下横截面积较大的形状，减小流量限制作用，实现下管座流量再分配后冷却剂的流量更加均匀的作用。
[0017]所述流水孔孔群，可以选择为圆孔或非圆形孔，孔特征尺寸(圆孔孔径，其它等边非圆形孔外接圆直径等)根据堆芯入口冷却剂流量分布进行设计。对应堆芯下板大流水孔射流中心区域处，入口流量较大，流水孔可采用较小的特征尺寸，加强流量限制作用；四周区域流量较小区域，流水孔采用较大的特征尺寸，放宽流量限制作用。通过不同孔型及特征尺寸的组合，实现下管座流量再分配后冷却剂的流量分配更加均匀，减少横向流产生，降低燃料棒振动磨蚀风险。所述孔特征尺寸可在4.5mm?11_之间选择。
[0018]所述流水孔孔群，其中流水孔的纵截面形状可以采用不同形状。由于纵向截面形状不同，将影响冷却剂通过后的流量再分配。所述纵向截面形状，流水孔可以为简单直孔、两边倒角或双倒角、内径为台阶状或圆滑过渡的缩颈孔等，相同特征尺寸下，根据分析及试验评估，上述孔型对冷却液的流量限制作用由小到大变化。根据不同纵向截面形状对冷却剂流通流量的限制作用的大小，安排到流量大小不同的区域，以实现平衡流量的作用。
[0019]所述下格板，为方形结构，其厚度可以采用不均匀厚度。由于下格板的厚度对冷却剂流通的压降有一定程度的影响，厚度越大压降越大，因此在流量较大区域，下格板采用较大厚度；在流量较小区域，下格板采用较小厚度。使冷却剂的流量更加均匀，从而达到减小横向流的作用。
[0020]所述滤板，为方形结构，厚度为0.5mm?10mm，其上布置有方形孔、圆形孔、异型孔或其它片式或网式过滤结构。流通过滤结构针对堆芯入口冷却剂流量分布进行设计，流量较大区域的流水孔采用较大的流阻系数的结构，加强流量限制作用，流量较小区域的流水孔采用较小流阻系数的结构，放宽流量限制作用。通过不同流阻系数结构的组合，实现单个燃料组件范围内流量再分配，使冷却剂的流量更加均匀，从而达到减小横向流的作用。
[0021]上述流水孔孔群、下格板、滤板上的特征可以采用一种或多种组合实现下管座流量再分配后冷却剂的流量分配更加均匀的目的。
[0022]本实用新型所述的一种平衡堆芯入口冷却剂流量的燃料组件下管座，优点如下:
[0023](I)本实用新型通过下管座下格板上流水孔孔群的不同的横截面形状、纵向截面形状、特征尺寸和排布方式，可以使下管座流量再分配后冷却剂在堆芯入口处等高截面上流量更加均匀，减少横向流产生，弱化燃料棒及格架振动激励源，降低燃料棒振动磨蚀风险。
[0024](2)本实用新型通过下管座下格板的不均匀的厚度分布，可以使下管座流量再分配后冷却剂在堆芯入口处等高截面上流量更加均匀，减少横向流产生，弱化燃料棒及格架振动激励源，降低燃料棒振动磨蚀风险。
[0025](3)本实用新型通过过滤装置上的不同的形状、尺寸和排布方式的滤片、滤网或其它过滤结构的布置，可以使下管座流量再分配后冷却剂在堆芯入口处等高截面上流量更加均匀，减少横向流产生，弱化燃料棒及格架振动激励源，降低燃料棒振动磨蚀风险。
[0026](4)本实用新型涉及的用于核燃料组件的下管座，通过下格板流水孔和过滤装置上过滤结构的交叉组合，有效地过滤冷却剂中的异物；通过下格板上流水孔的布局使应力分布合理化，满足结构强度要求；通过下格板上流水孔的孔型孔径特征，满足低压降的功能要求；同时通过下格板流水孔孔群的不同的形状和布置、下格板的厚度不均匀布置、过滤装置上的不同阻力系数的过滤结构和布置，三种方式的配合，实现对堆芯入口冷却剂流量分配更加均匀的目的。
[0027]以下将结合附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本实用新型的目的、特征