專(zhuān)利名稱(chēng):帶縱向渦發(fā)生器的定位格架的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及壓水堆核電站核反應(yīng)堆堆芯燃料組件內(nèi)的定位格架，特別涉 及帶三角形(或矩形)縱向渦發(fā)生器的定位格架。
技術(shù)背景
在核燃料元件組件中，用定位格架組件精確地保持核反應(yīng)堆堆芯內(nèi)燃料 棒之間的間距，防止燃料棒振動(dòng)和為燃料棒提供側(cè)向支撐。 一般的定位格架 組件設(shè)計(jì)包括許多金屬格架條帶互相連成蛋籃型以形成柵元，燃料棒和控制 棒導(dǎo)向管分別通過(guò)這些柵元中的標(biāo)準(zhǔn)柵元和導(dǎo)向管柵元。常常利用窄槽來(lái)實(shí) 現(xiàn)格架條帶之間的相互嚙合連接。每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)柵元通過(guò)使用金屬格架條帶或與 金屬格架條帶連接的彈性格架彈簧和剛性凸起對(duì)一根燃料棒在給定的軸向位 置提供支撐。為了對(duì)燃料組件提供強(qiáng)度和剛度以及為外圍柵元格架彈簧和剛 性突起提供位置，還使用外圍條帶把相互連接的格架條帶包圍起來(lái)。為了盡 量減小運(yùn)行期間的燃料棒側(cè)向位移和改善燃料組件的燃料特性，可沿燃料組 件高度按規(guī)定的間隔設(shè)置若干個(gè)這樣的定位格架組件。這些格架通常是通過(guò) 眾所周知的脹接技術(shù)或同類(lèi)的技術(shù)把它們與控制棒導(dǎo)向管連接起來(lái)以保持其 特定的位置。
例如，美國(guó)專(zhuān)利3. 389. 056; 3.713.971; 3.944.467;和4. 224. 107透
露了這種定位格架組件。
在這種傳統(tǒng)的定位格架中，整個(gè)燃料組件包含了大量的彈簧和剛性突起， 彈簧和剛性突起的存在雖然也能在一定程度上擾動(dòng)流體，增強(qiáng)燃料組件的換熱能力，但是彈簧和剛性突起的存在大大地增加了流體的流動(dòng)阻力，使流體 沿程壓降大大增加，所以也增加了反應(yīng)堆一回路的能耗。
當(dāng)流體橫向流過(guò)一個(gè)障礙物時(shí)，往往在障礙物的背面空間產(chǎn)生渦旋，這 些渦旋并不一定是有益的，也不一定能被利用。進(jìn)一步研究表面，當(dāng)障礙物 的橫向尺寸有限，并且與來(lái)流相交成合適角度，則產(chǎn)生的渦旋將不會(huì)滯留在 某一空間，而會(huì)隨著主流向前運(yùn)動(dòng)，從而形成一系列有序的縱向渦旋，此時(shí) 的障礙物稱(chēng)為縱向渦發(fā)生器。因此，可以認(rèn)為強(qiáng)化傳熱的實(shí)際效果與這一系 列的縱向渦有密切關(guān)系?？v向渦發(fā)生器的幾何形狀、尺寸、與來(lái)流的沖角以 及在空間的布置形式規(guī)律都是影響渦旋大小強(qiáng)弱，決定傳熱強(qiáng)化的重要因素。 在國(guó)外，將攪混葉片用于定位格架以增加傳熱性能的相關(guān)專(zhuān)利有專(zhuān)利
US 6,845,138在定位格架頂部設(shè)置了沿各個(gè)方向不同排列的攪混葉片，葉片
結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，大致成梯形狀，并且向不同方向突出，以此來(lái)攪混流體，形
成更強(qiáng)烈的湍流流動(dòng)；專(zhuān)利US5，299,245中，兩個(gè)相互交叉的條帶頂部有4 個(gè)攪混葉片，使流體在流動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生比較弱的橫流以及中等強(qiáng)度的渦流； 專(zhuān)利US6，236，702中，在定位格架交錯(cuò)條帶頂部設(shè)計(jì)了四個(gè)三角形狀的突出 的攪混葉片，葉片的存在使得流體的旋度大大增加，產(chǎn)生了縱向渦，同時(shí)通 道內(nèi)的橫向流動(dòng)很小。在以上這些專(zhuān)利中都設(shè)計(jì)了攪混葉片，使得燃料組件 的換熱能力大大增加，但是葉片的存在增加了流體的阻力，使通道壓降大大 增加。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種帶三角形(或矩形) 縱向渦發(fā)生器的定位格架，該格架既能強(qiáng)化換熱、又能起定位作用，在維持良好熱交換性能的同時(shí)簡(jiǎn)化定位格架的結(jié)構(gòu)，從而更便于制造。 本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的
本發(fā)明由若干內(nèi)條帶和外條帶按照十字交叉，相互垂直組裝起來(lái)形成柵 元，由內(nèi)條帶和外條帶構(gòu)成獨(dú)立柵格單元，在每個(gè)獨(dú)立柵格單元的四個(gè)壁面 上設(shè)置縱向渦發(fā)生器，每個(gè)柵格單元布置有兩組相對(duì)的縱向渦發(fā)生器，其中 一組在上部，另一組在下部，形成完整的定位格架。
所述的縱向渦發(fā)生器是第一三角形縱向渦發(fā)生器和第二三角形縱向渦發(fā) 生器或第一矩形縱向渦發(fā)生器和第二矩形縱向渦發(fā)生器。
第一三角形縱向渦發(fā)生器和第二三角形縱向渦發(fā)生器分別出現(xiàn)在每個(gè)柵 元的四個(gè)壁面上，其中，出現(xiàn)在柵元上部相鄰兩個(gè)壁面上的兩對(duì)三角形縱向 渦發(fā)生器為第一三角形縱向渦發(fā)生器，出現(xiàn)在另外兩個(gè)相鄰壁面下部的兩對(duì) 三角形縱向渦發(fā)生器為第二三角形縱向渦發(fā)生器，第一三角形縱向渦發(fā)生器 和第二三角形縱向渦發(fā)生器對(duì)稱(chēng)布置在每個(gè)柵元通道內(nèi)。
第一矩形縱向渦發(fā)生器和第二矩形縱向渦發(fā)生器分布在每個(gè)柵元的四個(gè) 壁面上，每個(gè)壁面含有一個(gè)縱向渦發(fā)生器。其中，在上部的相鄰兩個(gè)壁面上 的緊挨在一起的第一矩形縱向渦發(fā)生器；在下部的第二矩形縱向渦發(fā)生器。 第一矩形縱向渦發(fā)生器和第二矩形縱向渦發(fā)生器對(duì)稱(chēng)布置在每個(gè)柵元通道 內(nèi)。
第一三角形縱向渦發(fā)生器和第二三角形縱向渦發(fā)生器鈑折到垂直于內(nèi)、
外條帶，并且與冷卻劑主流方向成15。 -60°角，其中以沖角為30。的效果最好。
第一矩形縱向渦發(fā)生器和第二矩形縱向渦發(fā)生器鈑折到垂直于內(nèi)、外條帶，并且與冷卻劑主流方向成15° -75°之間，其中以沖角為45。的效果最 好。
第一三角形縱向渦發(fā)生器和第二三角形縱向渦發(fā)生器每個(gè)柵格內(nèi)包含有 四對(duì)共八個(gè)縱向渦發(fā)生器。
第一矩形縱向渦發(fā)生器和第二矩形縱向渦發(fā)生器每個(gè)柵格內(nèi)部都包含有 兩對(duì)共四個(gè)渦發(fā)生器。
對(duì)本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)產(chǎn)品，進(jìn)行計(jì)算對(duì)比分析，對(duì)計(jì)算結(jié)果定義了一個(gè) 無(wú)量綱數(shù)A， ^二佈w。歸,/佈版，其意義在于對(duì)比本發(fā)明和傳統(tǒng)定位格架在相
同的換熱能力下壓降損失的大小，或者在相同的壓降損失下?lián)Q熱能力的大小。 在對(duì)比分析的范圍內(nèi)，A的值始終小于1，說(shuō)明傳統(tǒng)定位格架棒束通道與本發(fā) 明定位格架棒束通道相比，在增加同樣換熱效果的情況下，前者的壓降大于 后者，也就是說(shuō)，本發(fā)明定位格架的綜合換熱能力優(yōu)于傳統(tǒng)定位格架，并且 本發(fā)明還具有制造簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。
本發(fā)明采用三角形或者矩形縱向渦發(fā)生器的定位格架，格架包括外圍擋 板和內(nèi)部條帶，條帶上沖壓出縱向渦發(fā)生器，再由條帶相互交叉形成柵格以 容納燃料棒或者控制棒導(dǎo)向管通過(guò)，每個(gè)柵格內(nèi)部都包含有4對(duì)共8個(gè)縱向 渦發(fā)生器，分上下兩部分，并且朝向不同方向，以此卡住燃料棒或控制棒導(dǎo) 向管，完成定位格架的側(cè)向保持功能。同時(shí)，沖壓出來(lái)的渦發(fā)生器還具有攪 混冷卻劑，產(chǎn)生縱向渦的功能?？v向渦的存在大大增加了燃料組件的換熱能 力，使本發(fā)明具有很好的綜合換熱能力。


圖l(a)是本發(fā)明燃料組件的正視圖，其中包括三角形的定位格架；圖l(b)是本發(fā)明燃料組件的正視圖，其中包括矩形的定位格架； 圖2(a)是本發(fā)明三角形定位格架的等軸視圖，不包含燃料棒； 圖2(b)是本發(fā)明矩形定位格架的等軸視圖，不包含燃料棒； 圖3(a)是三角形縱向渦發(fā)生器定位格架的頂視圖(部分)，包含有燃料棒； 圖3(b)是矩形縱向渦發(fā)生器定位格架的頂視圖(部分)，包含有燃料棒； 圖4(a)是圖2 (a)中安裝有三角形縱向渦發(fā)生器的條帶的主視圖(部
分)；
圖4(b)是圖2 (b)中安裝有矩形縱向渦發(fā)生器的條帶的主視圖(部分)； 圖5是矩形縱向渦發(fā)生器的結(jié)構(gòu)圖； 圖6是定位格架矩形縱向渦發(fā)生器原理結(jié)構(gòu)圖； 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
具體實(shí)施方式
參照?qǐng)D1 (a)和圖1 (b)所示，燃料組件10由下部結(jié)構(gòu)或下管座12、 淳制棒導(dǎo)向管14、定位格架16、燃料棒18、代表管20和上部結(jié)構(gòu)或上管座 22組成，燃料組件中的下管座12是用來(lái)支撐座落在堆芯(沒(méi)示出)下堆芯 板(沒(méi)示出)上的組件；控制棒導(dǎo)向管14是從下管座12向上伸展的；橫向 的定位格架16是用來(lái)對(duì)以一定方式排列的燃料棒提供側(cè)向支撐，上管座22 連接在導(dǎo)向管14的上端，以形成完整組件可進(jìn)行常規(guī)的不損壞燃料組件構(gòu)件 的操作。下管座12和上管座22上都有一塊連接板，板上開(kāi)孔可供液體冷卻 劑(如，水)從中流過(guò)。在上管座22的圍板所確定的箱體內(nèi)就位的是一組棒 束控制組件28。眾所周知，為了使控制棒32在控制棒導(dǎo)向管14內(nèi)垂直運(yùn)動(dòng)， 棒束控制組件28設(shè)有徑向伸展布置的錨鉤30與控制棒32頂端連接。當(dāng)組裝燃料組件10時(shí)，定位格架16與導(dǎo)向套管14在予先確定的軸向位置連接，燃
料棒18通過(guò)相互連接的條帶形成的各自的柵元插入就位，下管座12適于與 導(dǎo)向套管14下端連接，上管座22與導(dǎo)向套管14上端連接。燃料組件10的 一般零件的更詳細(xì)地描述可參見(jiàn)美國(guó)專(zhuān)利4,061,536。常規(guī)的定位格架，例如， 美國(guó)專(zhuān)利3,379,619和4,061,536所表明和描述的定位格架，都是由條帶互相 配插成蛋籃型來(lái)提供接收燃料棒的柵元。每個(gè)柵元借助于彈簧和剛性凸起支 撐燃料棒，而每個(gè)柵元的彈簧和剛性凸起一般以6個(gè)點(diǎn)與燃料棒摩擦嚙合。 并且，眾所周知，為了促使冷卻劑流體混合，定位格架可包含交混翼。
參見(jiàn)圖2 (a)和圖2 (b)所示，定位格架16是由內(nèi)條帶24交織而成以 形成讓相應(yīng)的燃料棒18從中延伸通過(guò)的柵元34。定位格架16也包括外條帶 36，外條帶36在其末端采用搭接連接，從而把內(nèi)條帶24形成的柵元結(jié)構(gòu)包 圍起來(lái)，同時(shí)內(nèi)條帶24的末端要與外條帶36連接。正如由圖2 (a)和圖2 (b)所看到的，每個(gè)外條帶36或內(nèi)條帶24都由主體部分40和上下兩組、 分別向不同方向開(kāi)口 (同一個(gè)柵元內(nèi))的第一三角形縱向渦發(fā)生器42和第二 三角形縱向渦發(fā)生器44或第一矩形縱向渦發(fā)生器43和第二矩形縱向渦發(fā)生 器45組成。第一三角形縱向渦發(fā)生器42和第二三角形縱向渦發(fā)生器44或第 一矩形縱向渦發(fā)生器43和第二矩形縱向渦發(fā)生器45并不是安裝上去的，而 是在外條帶36和內(nèi)條帶24上沖壓鈑折而成的。這樣做的好處是大大的簡(jiǎn)化 了定位格架的制造過(guò)程，降低格架的制造成本，另外，由于三角形(矩形) 縱向渦發(fā)生器體積較小，使得格架對(duì)流經(jīng)的冷卻劑的阻力大大降低，同時(shí)， 渦發(fā)生器還能攪混流體，使流體產(chǎn)生縱向渦，從而增強(qiáng)換熱能力。
參見(jiàn)圖3 (a)和圖3 (b)、圖4 (a)和圖4 (b)、圖5、圖6所示，將詳細(xì)介紹本發(fā)明定位格架中的三角形(或矩形)縱向渦發(fā)生器。正如上面指 出的那樣，本發(fā)明第一三角形縱向渦發(fā)生器42和第二三角形縱向渦發(fā)生器
44或第一矩形縱向渦發(fā)生器43和第二矩形縱向渦發(fā)生器45是各自?xún)?nèi)條帶24 和外條帶36的整體部件，每個(gè)三角形(或矩形)縱向渦發(fā)生器都是用相應(yīng)內(nèi) 條帶24和外條帶36通過(guò)沿渦發(fā)生器縱向邊緣沖出窄槽而沖成的。
三角形縱向渦發(fā)生器都垂直布置在內(nèi)條帶24和外條帶36上，每個(gè)柵元 通道如34都含有2組4對(duì)共8個(gè)三角形縱向渦發(fā)生器，這兩組縱向渦發(fā)生器 并不是出現(xiàn)在同一個(gè)條帶上的，而是分別出現(xiàn)在每個(gè)柵元的四個(gè)壁面上。其 中，出現(xiàn)在柵元上部相鄰兩個(gè)壁面上的2對(duì)三角形縱向渦發(fā)生器為第一三角 形縱向渦發(fā)生器42，出現(xiàn)在另外兩個(gè)相鄰壁面下部的2對(duì)三角形縱向渦發(fā)生 器為第二三角形縱向渦發(fā)生器44，分別稱(chēng)為第一三角形縱向渦發(fā)生器42和 第二三角形縱向渦發(fā)生器44 (見(jiàn)圖2)，第一三角形縱向渦發(fā)生器42和第二 三角形縱向渦發(fā)生器44對(duì)稱(chēng)布置在每個(gè)柵元通道內(nèi)，以簡(jiǎn)化加工，并使燃料 棒18受力均勻，第一三角形縱向渦發(fā)生器42和第二三角形縱向渦發(fā)生器44 上下協(xié)作卡住燃料棒18，完成側(cè)向保持功能。
第一矩形縱向渦發(fā)生器43和第二矩形縱向渦發(fā)生器45都垂直布置在內(nèi) 條帶24和外條帶36上，每個(gè)柵元通道(如34)都含有2組2對(duì)共4個(gè)矩形 渦發(fā)生器，并且對(duì)稱(chēng)布置在每個(gè)柵元通道內(nèi)，以簡(jiǎn)化加工，并使燃料棒18 受力均勻。第一矩形縱向渦發(fā)生器43和第二矩形縱向渦發(fā)生器45并不是處 在同一個(gè)條帶上的，而是分布在每個(gè)柵元的四個(gè)壁面上，每個(gè)壁面含有一個(gè) 渦發(fā)生器。其中，在上部的相鄰兩個(gè)壁面上的緊挨在一起的是第一矩形縱向 渦發(fā)生器43;在下部的是第二矩形縱向渦發(fā)生器45。第一三角形縱向渦發(fā)生器42 (42a、 42b、 42c、 42d)和第二三角形縱向 渦發(fā)生器44 (44a、 44b、 44c、 44d)與主流方向的夾角a介于15°-60°，其 中30。時(shí)效果最好，并且其相鄰垂直短邊的長(zhǎng)度是長(zhǎng)邊的一半，即^//等于 0.5，如圖5所示。
第一矩形縱向渦發(fā)生器43(43a、43b)和第二矩形縱向渦發(fā)生器45(45a、 45b)與主流方向的夾角a在15°-75。之間，其中以45。夾角為最佳。其長(zhǎng)寬比 約為2: 1，即C/5a2:l，第一矩形縱向渦發(fā)生器43的矩形中心在離定位格 架頂部1/11處，即iZ/^C"/ll;同樣地，第二矩形縱向渦發(fā)生器45的矩形 中心在離定位格架底部的1/11處。第一矩形縱向渦發(fā)生器43和第二矩形縱 向渦發(fā)生器45的鈑折角戶(hù)為90°，即垂直于條帶切割鈑折。
權(quán)利要求
1. 帶縱向渦發(fā)生器的定位格架，由若干內(nèi)條帶(24)和外條帶(36)按照十字交叉，相互垂直組裝起來(lái)形成柵元，其特征在于，由內(nèi)條帶(24)和外條帶(36)構(gòu)成獨(dú)立柵格單元，在每個(gè)獨(dú)立柵格單元的四個(gè)壁面上設(shè)置縱向渦發(fā)生器，每個(gè)柵格單元布置有兩組相對(duì)的縱向渦發(fā)生器，其中一組在上部，另一組在下部，形成完整的定位格架。
2. 根據(jù)權(quán)利要求
1所述的定位格架，其特征在于，所述的縱向渦發(fā)生器 是第一三角形縱向渦發(fā)生器(42)和第二三角形縱向渦發(fā)生器(44)或第一 矩形縱向渦發(fā)生器(43)和第二矩形縱向渦發(fā)生器(45)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求
1所述的定位格架，其特征在于，第一三角形縱向渦發(fā) 生器(42)和第二三角形縱向渦發(fā)生器(44)分別出現(xiàn)在每個(gè)柵元的四個(gè)壁 面上，其中，出現(xiàn)在柵元上部相鄰兩個(gè)壁面上的兩對(duì)三角形縱向渦發(fā)生器為 第一三角形縱向渦發(fā)生器(42)，出現(xiàn)在另外兩個(gè)相鄰壁面下部的兩對(duì)三角形 縱向渦發(fā)生器為第二三角形縱向渦發(fā)生器(44)，第一三角形縱向渦發(fā)生器(42) 和第二三角形縱向渦發(fā)生器(44)對(duì)稱(chēng)布置在每個(gè)柵元通道內(nèi)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求
1所述的定位格架，其特征在于,第一矩形縱向渦發(fā)生器(43) 和第二矩形縱向渦發(fā)生器(45)分布在每個(gè)柵元的四個(gè)壁面上，每個(gè) 壁面含有一個(gè)縱向渦發(fā)生器。其中，在上部的相鄰兩個(gè)壁面上的緊挨在一起 的第一矩形縱向渦發(fā)生器(43);在下部的第二矩形縱向渦發(fā)生器(45)。第 一矩形縱向渦發(fā)生器(43)和第二矩形縱向渦發(fā)生器(45)對(duì)稱(chēng)布置在每個(gè) 柵元通道內(nèi)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求
1所述的定位格架，其特征在于，第一三角形縱向渦發(fā)生器(42)和第二三角形縱向渦發(fā)生器(44)鈑折到垂直于內(nèi)、外條帶(24、 36)，并且與冷卻劑主流方向成15°-60°角，其中以沖角為30。的效果最好。
6. 根據(jù)權(quán)利要求
1所述的定位格架，其特征在于,第一矩形縱向渦發(fā)生器 (43)和第二矩形縱向渦發(fā)生器(45)鈑折到垂直于內(nèi)、外條帶(24、 36)，并且與冷卻劑主流方向成15°-75°之間，其中以沖角為45。的效果最好。
7. 根據(jù)權(quán)利要求
1或2所述的定位格架，其特征在于，第一三角形縱向 渦發(fā)生器(42)和第二三角形縱向渦發(fā)生器(44)每個(gè)柵格內(nèi)包含有四對(duì)共 八個(gè)縱向渦發(fā)生器。
8. 根據(jù)權(quán)利要求
1或2所述的定位格架，其特征在于，第一矩形縱向渦 發(fā)生器(43)和第二矩形縱向渦發(fā)生器(45)每個(gè)柵格內(nèi)部都包含有兩對(duì)共 四個(gè)渦發(fā)生器。
專(zhuān)利摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種帶縱向渦發(fā)生器的定位格架，該結(jié)構(gòu)基于傳統(tǒng)定位格架結(jié)構(gòu)，在傳統(tǒng)定位格架的條帶上設(shè)置了三角形或矩形縱向渦發(fā)生器，構(gòu)成三角形或矩形縱向渦發(fā)生器定位格架。本發(fā)明由若干內(nèi)條帶和外條帶按照十字交叉，相互垂直組裝起來(lái)形成柵元，由內(nèi)條帶和外條帶構(gòu)成獨(dú)立柵格單元，在每個(gè)獨(dú)立柵格單元的四個(gè)壁面上設(shè)置縱向渦發(fā)生器，每個(gè)柵格單元布置有兩組相對(duì)的縱向渦發(fā)生器，其中一組在上部，另一組在下部，形成完整的定位格架。該格架既能強(qiáng)化換熱、又能起定位作用，在維持良好熱交換性能的同時(shí)簡(jiǎn)化定位格架的結(jié)構(gòu)，從而更便于制造。
文檔編號(hào)G21C3/352GKCN101281796SQ200810018047
公開(kāi)日2008年10月8日 申請(qǐng)日期2008年4月25日
發(fā)明者勇 劉, 楊春菊, 武俊梅, 秋穗正, 蘇光輝 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan