反应堆燃料组件上管座的制作方法

专利名称:反应堆燃料组件上管座的制作方法
技术领域：
本发明涉及核工业领域，具体涉及一种反应堆燃料组件上管座。
背景技术：
反应堆燃料组件由若干燃料棒、导向管、定位格架及上下管座等组成，其结构示意图如图1所示。其中的上管座I主要由连接板、围板和框板组成，起到横向定位燃料组件、承受和传递压紧力、为燃料组件吊装提供接口、防止燃料棒弹出等作用，是反应堆燃料组件中不可或缺的关键部分。
上管座的另外一个关键作用在于为冷却剂提供出口空腔，该作用主要通过在连接板上设置流水孔实现。而现有的上管座中，连接板大体上为方形，在连接板上开设有圆形的仪表管连接孔和导向管连接孔以及长条形流水孔，所有流水孔均按同一方向平行排列。现有的上管座存在以下问题:
1.流水孔的布置方式不佳，使流水孔的数量较少，直接导致连接板上流通面积的比例较低，连接板上下两侧的压降较大，这种情况下，需要消耗更多的主泵扬程才能使冷却水的流动性达到要求，经济性欠佳；
2.流水孔排列对称性不足，不利于连接板的载荷分布，影响上管座的整体结构强度；
3.流水孔为非对称排列，且不同流水孔的尺寸差异较大，对燃料组件出口的流场分布有不利影响，冷却水在通过上管座后再分布时，容易产生横向流，增加控制棒和可燃毒物棒振动磨蚀而导致失效的风险。

发明内容

本发明的目的即在于克服现有上管座存在的经济性欠佳，整体结构强度低，冷却水在通过上管座后再分布时容易产生横向流的不足，提供一种反应堆燃料组件上管座。
本发明的目的通过以下技术方案实现:
反应堆燃料组件上管座，主要由连接板、固定在连接板边缘的围板和固定在围板上的框板构成，连接板上均匀开设有用于安装燃料组件导向管或仪表管的连接孔，所述连接板上开设有多个五边形流水孔，任意三个相邻的连接孔的圆心相连合围形成一个三角部，每个三角部内包括两个五边形流水孔。
要克服现有技术的缺陷，其主要应解决的技术问题在于如何更加均匀的布置总面积更大的流水孔。发明人将流水孔设置成五边形，让连接板上出现更多不同方向的连接肋，在流通面积与现有连接板相同的情况下，增加了连接板的结构强度。可以看到，在此情况下，可以增加流水孔的面积，使连接板的结构强度接近可以接受的底线，从而扩大了流水孔占据的流通面积比例，减小压降，提高经济性。由于连接孔为均匀布置，每个三角部的形状和大小都相同，因此在每个三角部中都布置两个五边形流水孔，能够使五边形流水孔的分布更加均匀和对称，让连接板的载荷分布均匀，提高了上管座的整体结构强度。每个五边形流水孔的大小相同，而且分布均匀对称，可以防止冷却水在通过上管座后再分布时产生横向流，降低了横向流使控制棒和可燃毒物棒振动磨蚀而导致失效的风险。
作为本发明的第一种优化方案，所述三角部为等腰直角三角形。这种形状的三角部能够使五边形流水孔更加容易布置，也更容易让五边形流水孔占据最大的面积。
作为本发明第一种优化方案的进一步优化，所述三角部的直角边与所述连接板的中线平行。可以看到，采用这种方式，能够最大程度上避免在连接板边缘处无法布置完整五边形流水孔的问题，减小了因无法在连接板边缘布置五边形流水孔带来的空间浪费，进一步提高了流通面积比例。
进一步的，所述五边形流水孔由两条相连且夹角为90°的长边、两条分别与长边连接的短边和连接两条短边的底边构成，两条短边与底边的夹角相等且为钝角，两条短边和与之相连的长边的夹角相等且为钝角。五边形流水孔的形状类似去掉两个锐角的直角三角形，使其与三角部的形状更加契合，进一步增加了五边形流水孔能够占据的面积，提高了流通面积比例。
进一步的，位于同一个所述三角部中的两个所述五边形流水孔，位于同一个所述三角部中的两个所述五边形流水孔，一个所述五边形流水孔的一条所述长边与所述三角部的斜边平行，另一个所述五边形流水孔的一条长边与所述三角部的斜边平行，其余两条长边正对。这种排列方式使五边形流水孔在避开连接孔的同时获得了最大的可布置面积，在保证连接板结构强度的情况下，可以使五边形流水孔的面积达到最大，在最大程度上提高了流通面积比例。
进一步的，相邻的所述五边形流水孔之间的间隔距离相等，所述短边与相邻的所述连接孔之间的距离相等，使构成连接板的材料分布更加均匀，提高了连接板载荷分布的均匀性。
作为本发明的第二种优化方案，在上述方案的基础上，还包括用于安装燃料组件导向管边缘连接孔，边缘连接孔设置于所述连接板的四角。由于连接板的四角无法有效设置五边形流水孔，同时考虑到燃料组件导向管的布置数量，从而在连接板的四角设置边缘连接孔，避免连接板上空间的浪费。
进一步的，还包括对称设置的边缘流水孔，边缘流水孔开设在所述连接板的边缘，并包围所述连接孔和边缘连接孔。由于连接板的边缘处无法有效设置五边形流水孔，为了充分利用连接板的空间，在连接板的边缘处设置边缘流水孔，增加了流通面积比例。同时，由于边缘流水孔对称布置，不会影响连接板的载荷分布，也不会使冷却水在通过上管座后再分布时产生横向流。
进一步的，所述边缘流水孔包括靠近所述连接板中部的内围流水孔和靠近所述连接板边缘的外围流水孔，内围流水孔与外围流水孔相邻的边平行。在连接板边缘设置占据面积过大的单圈流水孔，会影响连接板的结构强度，如果单圈流水孔的面积过小，又会影响流通面积比例。因此，将边缘流水孔分为内围流水孔和外围流水孔两部分，兼顾了连接板的结构强度和流通面积比例。
进一步的，所述内围流水孔包括靠近所述边缘连接孔的边缘五边形孔和靠近所述连接孔的等腰梯形孔；所述外围流水孔包括靠近所述连接板四角的直角梯形孔和位于直角梯形孔之间的矩形孔。上述布置方式能够在不影响连接板结构强度的情况下，尽量增大流通面积比例。[0016]综上所述，本发明的优点和有益效果在于:
1.通过改变流水孔的形状和流水孔的布置方式，使流水孔能够均匀布置，同时增大了流通面积比例，解决了上管座经济性不好，对燃料组件出口的流场分布不利的技术问题；
2.通过改变流水孔的形状和流水孔的布置方式，使连接板的载荷分布更加均匀，增强了上管座的整体结构强度。


为了更清楚地说明本发明的实施例，下面将对描述本发明实施例中所需要用到的附图作简单的说明。显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域的技术人员来讲，在不付出创造性劳动的情况下，还可以根据下面的附图，得到其它附图。
图1为核燃料组件的结构示意图；
图2为现有的燃料组件上管座中连接板的结构示意图；
图3为本发明的剖面结构示意图；
图4为本发明中连接板的开孔方式示意图；
图5为本发明的俯视图；
图6为连接板的局部示意图； 其中，附图标记对应的零部件名称如下:
1-上管座，2-连接板，3-围板，4-框板，5-连接孔，6-边缘连接孔，7-边缘流水孔，8-连接肋，9-定位销孔，10-压紧螺钉孔，11-防错位孔，12-吊装面，13-局部流水孔，21-五边形流水孔，22-三角部，211-长边，212-短边，213-底边，71-内围流水孔，72-外围流水孔，711-边缘五边形孔，712-等腰梯形孔，721-直角梯形孔，722-矩形孔。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明，下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显而易见的，下面所述的实施例仅仅是本发明实施例中的一部分，而不是全部。基于本发明记载的实施例，本领域技术人员在不付出创造性劳动的情况下得到的其它所有实施例，均在本发明保护的范围内。
实施例1:
如图3、图4和图6所示，反应堆燃料组件上管座，主要由连接板2、固定在连接板2边缘的围板3和固定在围板3上的框板4构成，连接板2上均匀开设有用于安装燃料组件导向管或仪表管的连接孔5，所述连接板2上开设有多个五边形流水孔21，任意三个相邻的连接孔5的圆心相连合围形成一个三角部22，每个三角部22内包括两个五边形流水孔21。相邻的两个五边形流水孔21之间的部分以及五边形流水孔21与相邻连接孔5之间的部分为构成连接板2，并阻挡冷却水通过的连接肋8。
设置五边形流水孔21，可以让连接板2上出现更多不同方向的连接肋8。在流通面积和流水孔的数量与现有连接板相同的情况下，更多的连接肋8增加了连接板2的结构强度。可以看到，在此情况下，可以通过增加五边形流水孔21的面积，使连接板2的结构强度接近可以接受的底线，从而扩大了五边形流水孔21占据的流通面积比例，减小压降，提高经济性。
五边形流水孔21可以为圆角也可以为尖角。为了防止应力集中，在加工时，可以优先选择圆角。
需要说明的是，将流水孔设置成六边形或边数更多的形状虽然能够增加连接肋的数量，但是会导致单个连接肋的长度较小，而且连接肋的形状更加复杂，分布均匀性降低，反而会影响连接板2的结构强度。
由于连接孔5为均匀布置，每个三角部22的形状和大小都相同，因此在每个三角部22中都布置两个五边形流水孔21，能够使五边形流水孔21的分布更加均匀和对称，让连接板2的载荷分布均匀，提高了上管座的整体结构强度。每个五边形流水孔21的大小相同，而且分布均匀对称，可以防止冷却水在通过上管座后再分布时产生横向流，降低了横向流使控制棒和可燃毒物棒振动磨蚀而导致失效的风险。
连接孔5包括用于固定安装燃料组件导向管的连接孔以及用于固定安装仪表管的连接孔。用于固定安装仪表管的连接孔设置在连接板2的中心位置。
实施例2:
本实施例在实施例1的基础上，如图4和图6所示，所述三角部22为等腰直角三角形。本领域技术人员可以看到，这种形状的三角部22能够使五边形流水孔21更加容易布置，在布置时通过调整五边形流水孔21的角度，更容易让五边形流水孔21占据最大的面积。
实施例3:
本实施例在实施例2的基础上，如图4和图6所示，所述三角部22的直角边与所述连接板2的中线平行。可以看到，采用这种方式，能够最大程度上避免在连接板2边缘处无法布置完整五边形流水孔21的问题，减小了因无法在连接板2边缘布置五边形流水孔21带来的空间浪费，进一步提高了流通面积比例。同时，也可以使五边形流水孔21的布置更加均匀和对称。
实施例4:
本实施例在实施例3的基础上，如图4所示，所述五边形流水孔21由两条相连且夹角为90°的长边211、两条分别与长边211连接的短边212和连接两条短边212的底边213构成，两条短边212与底边213的夹角相等且为钝角，两条短边212和与之相连的长边211的夹角相等且为钝角。
五边形流水孔21呈左右对称的形状，五边形流水孔21的形状类似去掉两个锐角的直角三角形，使其与三角部22的形状更加契合，进一步增加了五边形流水孔21能够占据的面积，提高了流通面积比例。
可以通过三角部22的高将三角部22分成形状和大小相同的两部分，然后将两个五边形流水孔21分布布置于三角部22的两部分中。
实施例5:
本实施例在实施例4的基础上,如图4和图6所不,位于同一个所述三角部22中的两个所述五边形流水孔21，一个所述五边形流水孔21的一条所述长边211与所述三角部22的斜边平行，另一个所述五边形流水孔21的一条长边211与所述三角部22的斜边平行，其余两条长边211正对。
这种排列方式使五边形流水21孔在避开连接孔5的同时获得了最大的可布置面积，在保证连接板2结构强度的情况下，可以使五边形流水孔21的面积达到最大，在最大程度上提高了流通面积比例。
实施例6:
本实施例在实施例5的基础上，如图4和图6所示，相邻的所述五边形流水孔21之间的间隔距离相等，所述短边212与相邻的所述连接孔5之间的距离相等。
可以看到，通过上述结构，使相邻五边形流水孔21之间的连接肋8的大小和形状相同，使五边形流水孔21与相邻连接孔5之间的连接肋8的大小和形状相同，从而使构成连接板2的材料分布更加均匀，提高了连接板2载荷分布的均匀性。
实施例7:
本实施例在上述实施例的基础上，如图4所示，还包括用于安装燃料组件导向管边缘连接孔6，边缘连接孔6设置于所述连接板2的四角。由于连接板2的四角无法有效设置五边形流水孔21，同时考虑到燃料组件导向管的布置数量，从而在连接板2的四角设置边缘连接孔6，避免连接板2上空间的浪费。边缘连接孔6设置在连接板2的对角线上。
实施例8:
本实施例在实施例7的基础上，如图4所示，还包括对称设置的边缘流水孔7，边缘流水孔7开设在所述连接板2的边缘，并包围所述连接孔5和边缘连接孔6。
由于连接板2的边缘处无法有效设置五边形流水孔21，为了充分利用连接板2的空间，在连接板2的边缘处设置边缘流水孔7，增加了流通面积比例。同时，由于边缘流水孔7对称布置，不会影响连接板2的载荷分布，也不会使冷却水在通过上管座后再分布时产生横向流。
实施例9:
本实施例在实施例8的基础上,如图4所示,所述边缘流水孔7包括靠近所述连接板2中部的内围流水孔71和靠近所述连接板2边缘的外围流水孔72，内围流水孔71与外围流水孔72相邻的边平行。
本领域技术人员可以看到，在连接板2边缘设置占据面积过大的单圈流水孔，会影响连接板2的结构强度，如果单圈流水孔的面积过小，又会影响流通面积比例。因此，将边缘流水孔7分为内围流水孔71和外围流水孔72两部分，兼顾了连接板2的结构强度和流通面积比例。
实施例10:
本实施例在实施例9的基础上,如图4所示,所述内围流水孔71包括靠近所述边缘连接孔6的边缘五边形孔711和靠近所述连接孔5的等腰梯形孔712 ;所述外围流水孔72包括靠近所述连接板2四角的直角梯形孔721和位于直角梯形孔721之间的矩形孔722。为了保证连接板2上各处冷却水流量一致，边缘五边形孔711与五边形流水孔21的形状和大小相同或近似，等腰梯形孔712、直角梯形孔721和矩形孔722的面积与五边形流水孔21的面积相同或近似。即是说，在实际加工过程中，如果可能，应尽量使边缘五边形孔711与五边形流水孔21的形状和大小相同，尽量使等腰梯形孔712、直角梯形孔721和矩形孔722的面积与五边形流水孔21的面积相同。等腰梯形孔712、直角梯形孔721和矩形孔722可以为圆角也可以为尖角。
其中，直角梯形孔721的斜边靠近连接板2的对角线并与连接板2的对角线平行。等腰梯形孔712靠近最外围的连接孔5。
上述布置方式能够在不影响连接板2结构强度的情况下，尽量增大流通面积比例。
实施例11:
如图3、图4和和图6所示，反应堆燃料组件上管座，主要由连接板2、固定在连接板2边缘的围板3和固定在围板3上的框板4构成，连接板2上均匀开设有用于安装燃料组件导向管或仪表管的连接孔5，所述连接板2上开设有多个五边形流水孔21，任意三个相邻的连接孔5的圆心相连合围形成一个三角部22，每个三角部22内包括两个五边形流水孔21。相邻的两个五边形流水孔21之间的部分以及五边形流水孔21与相邻连接孔5之间的部分为构成连接板2，并阻挡冷却水通过的连接肋8。所述三角部22为等腰直角三角形且三角部22的直角边与与所述连接板2的中线平行。
所述五边形流水孔21由两条相连且夹角为90°的长边211、两条分别与长边211连接的短边212和连接两条短边212的底边213构成，两条短边212与底边213的夹角相等且为钝角，两条短边212和与之相连的长边211的夹角相等且为钝角。
在一个三角部22中，一个所述五边形流水孔21的一条所述长边211与所述三角部22的斜边平行，另一个所述五边形流水孔21的一条长边211与所述三角部22的斜边平行，其余两条长边211正对。相邻的所述五边形流水孔21之间的间隔距离相等，所述短边212与相邻的所述连接孔5之间的距离相等。
还包括用于安装燃料组件导向管边缘连接孔6，边缘连接孔6设置于所述连接板2的四角。在靠近边缘连接孔6的位置开设有局部流水孔13。连接板2的边缘开设有边缘流水孔7，边缘流水孔7包围所述连接孔5和边缘连接孔6。所述边缘流水孔7包括靠近所述连接板2中部的内围流水孔71和靠近所述连接板2边缘的外围流水孔72，内围流水孔71与外围流水孔72相邻的边平行。所述内围流水孔71包括靠近所述边缘连接孔6的边缘五边形孔711和靠近所述连接孔5的等`腰梯形孔712 ;所述外围流水孔72包括靠近所述连接板2四角的直角梯形孔721和位于直角梯形孔721之间的矩形孔722。为了保证连接板2上各处冷却水流量一致，边缘五边形孔711与五边形流水孔21的形状和大小相同或近似，等腰梯形孔712、直角梯形孔721和矩形孔722的面积与五边形流水孔21的面积相同或近似。其中，直角梯形孔721的斜边靠近连接板2的对角线并与连接板2的对角线平行。等腰梯形孔712靠近最外围的连接孔5。
在保证连接板2结构强度的情况下，本实施例的流通面积比例相对于现有上管座提高了 9.5%。连接板2上的最小应力、最大应力与平均应力之比分别为0.45和1.4，而现有上管座分别为0.3和1.55，有效降低了极值应力与平均应力的差距，使载荷分布更均匀。
实施例12:
本实施例在上述实施例的基础上，如图3和图5所示，在所述框板4的两个对角上设置定位销孔9，使本发明能够与上堆芯板的定位销配合。在框板4上端面的另外两个对角上分别设置有压紧螺钉孔10，其用于安装板弹簧，实现燃料组件轴向压紧。框板4上端面还设置有一个防错位孔11，防错位孔11位于任意一个设置有压紧螺钉孔10的角上，其用于识别组件在堆芯的方位，并与吊装工具相容。上述定位销孔9、压紧螺钉孔10和防错位孔11的数目和设置位置均不限于此，可根据实际情况另行设计，例如:定位销孔9数目和设置位置根据上堆芯板的定位销数目和位置进行设置，只要其位置满足与定位销配合即可。所述框板4的内部设置有吊装面12，方便燃料组件的吊装。
为了使本领域技术人员更加清楚的了解本发明，现对本发明的加工工艺进行描述。
首先，分别加工连接板2、围板3和框板4 ；
然后，将围板3放置于连接板2的上端面，再将框板4放置于围板3的上端面，并通过工装夹具定位固定；
最后，将连接板2、围板3和框板4焊接成整体。
本领域技术人员能够意识到的是，可进一步有选择的应用上文多个示例性实施例描述的许多变化和构造来形成本发明的其它可能的实施例。考虑到本领域技术人员的能力，本文未详细提供或描述所有可能重复的内容，但以其它方式所包含的所有组合和可能实施例为本申请 的一部分。
权利要求
1.反应堆燃料组件上管座，主要由连接板(2)、固定在连接板(2 )边缘的围板(3 )和固定在围板(3)上的框板(4)构成，连接板(2)上均匀开设有用于安装燃料组件导向管或仪表管的连接孔(5)，其特征在于:所述连接板(2)上开设有多个五边形流水孔(21)，任意三个相邻的连接孔(5 )的圆心相连合围形成一个三角部(22 )，每个三角部(22 )内包括两个五边形流水孔(21)。
2.根据权利要求
1所述的反应堆燃料组件上管座，其特征在于:所述三角部(22)为等腰直角三角形。
3.根据权利要求
2所述的反应堆燃料组件上管座，其特征在于:所述三角部(22)的直角边与所述连接板(2)的中线平行。
4.根据权利要求
3中任意一项所述的反应堆燃料组件上管座，其特征在于:所述五边形流水孔(21)由两条相连且夹角为90°的长边(211)、两条分别与长边(211)连接的短边(212)和连接两条短边(212)的底边(213)构成，两条短边(212)与底边(213)的夹角相等且为钝角，两条短边(212)和与之相连的长边(211)的夹角相等且为钝角。
5.根据权利要求
4所述的反应堆燃料组件上管座，其特征在于:位于同一个所述三角部(22)中的两个所述五边形流水孔(21)，一个所述五边形流水孔(21)的一条所述长边(211)与所述三角部(22)的斜边平行，另一个所述五边形流水孔(21)的一条长边(211)与所述三角部(22)的斜边平行，其余两条长边(211)正对。
6.根据权利要求
5所述的反应堆燃料组件上管座，其特征在于:相邻的所述五边形流水孔(21)之间的间隔距离相等，所 述短边(212)与相邻的所述连接孔(5)之间的距离相等。
7.根据权利要求
1飞中任意一项权利要求
所述的反应堆燃料组件上管座，其特征在于:还包括用于安装燃料组件导向管边缘连接孔(6)，边缘连接孔(6)设置于所述连接板(2)的四角。
8.根据权利要求
7所述的反应堆燃料组件上管座，其特征在于:还包括对称设置的边缘流水孔(7 )，边缘流水孔(7 )开设在所述连接板(2 )的边缘，并包围所述连接孔(5 )和边缘连接孔(6)。
9.根据权利要求
8所述的反应堆燃料组件上管座，其特征在于:所述边缘流水孔(7)包括靠近所述连接板(2)中部的内围流水孔(71)和靠近所述连接板(2)边缘的外围流水孔(72)，内围流水孔(71)与外围流水孔(72)相邻的边平行。
10.根据权利要求
9所述的反应堆燃料组件上管座，其特征在于:所述内围流水孔(71)包括靠近所述边缘连接孔(6)的边缘五边形孔(711)和靠近所述连接孔(5)的等腰梯形孔(712)； 所述外围流水孔(72)包括靠近所述连接板(2)四角的直角梯形孔(721)和位于直角梯形孔(721)之间的矩形孔(722)。
专利摘要
本发明公开了一种反应堆燃料组件上管座，主要由连接板、固定在连接板边缘的围板和固定在围板上的框板构成，连接板上均匀开设有用于安装燃料组件导向管或仪表管的连接孔，所述连接板上开设有多个五边形流水孔，任意三个相邻的连接孔的圆心相连合围形成一个三角部，每个三角部内包括两个五边形流水孔。本发明的优点和有益效果在于，通过改变流水孔的形状和流水孔的布置方式，使流水孔能够均匀布置，同时增大了流通面积比例，解决了上管座经济性不好和对燃料组件出口的流场分布不利的技术问题；通过改变流水孔的形状和流水孔的布置方式，使连接板的载荷分布更加均匀，增强了上管座的整体结构强度。
文档编号G21C15/00GKCN103247353SQ201310144207
公开日2013年8月14日 申请日期2013年4月24日
发明者黄春兰, 雷涛, 茹俊, 蒲曾坪, 雍泾, 肖忠, 焦拥军, 青涛, 张 林, 陈杰 申请人:中国核动力研究设计院导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan