一种稠密栅燃料组件栅元装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公布了一种稠密栅燃料组件栅元装置，包括加热元件组件，加热元件组件由19根呈六边形排列而成的加热元件构成，加热元件组件包括冷棒加热元件和热棒加热元件，由内至外分三层排列，第一层由1根热棒加热元件组成，第二层由6根热棒加热元件组成，第三层由12根冷棒加热元件组成；所述冷棒加热元件、热棒加热元件均为绕肋加热元件。本实用新型专利技术所采用的紧密排列螺旋绕肋燃料组件栅元装置，能够有效降低“冷壁效应”、“边壁效应”的影响，具有较好的代表性、且能够降低实验本体加工难度、节约实验经费。

【技术实现步骤摘要】
一种稠密栅燃料组件栅元装置
本技术涉及热工水力实验构件
，特别涉及稠密栅燃料组件典型栅元热工水力实验构件，具体是指一种稠密栅燃料组件栅元装置，可用于稠密栅燃料组件堆芯热工水力问题实验研究。
技术介绍
堆芯燃料组件的热工水力特性研究对于反应堆的安全运行及相关系统的设计具有十分重要的意义，为了提高堆芯燃料组件的性能以及优化其设计，各国都对此开展了热工水力分析和实验研究，并提出了很多新概念的堆型。稠密栅燃料组件是先进水冷反应堆中的新型燃料组件之一，即堆芯的燃料元件采用稠密布置，形成燃料元件按三角形、六角形排列的蜂窝状堆芯。稠密栅燃料组件通过缩小燃料元件栅元的间距，缩小堆芯体积，提高堆芯的转换比，提高燃耗深度，进而达到延长燃耗寿期的目的，实现长循环运行，铀资源的有效利用。因此，稠密栅燃料组件堆芯技术是一项十分适合舰船核动力装置的堆芯组件设计技术。由于稠密栅燃料组件元件之间的间隙窄，其流动、传热特性以及交混特性与常规水冷反应堆堆芯的流动传热特性存在差异，国际上对其研究并不充分。在高转换比这一新型堆芯的概念设计研究的背景下，中国核动力研究设计院开展了一系列稠密栅堆芯设计的热工水力分析和实验研究。由于实验装置、加热方式和实验技术等诸多因素的限制，不可能进行1：1的稠密栅燃料组件的热工水力实验，针对紧密排列的稠密栅燃料组件，棒束规模对组件热工水力特性实验研究的影响较大，确定合适规模组件作为典型栅元是堆芯热工水力实验研究需要解决的关键技术之一。一方面，采用较大棒束规模的实验组件，可以保证热工水力特性更接近实际组件的热工水力特性，但较多的元件棒数量必然会使实验本体结构变得复杂，增大实验本体设计及测点布置的难度，且需要较高的实验成本；另一方面，采用较小棒束规模，虽然可有效降低实验成本，降低本体设计难度，但是棒束规模过小，会使“冷壁效应”、“边壁效应”对燃料组件热工水力特性的影响增大，实验结果不能很好地反映原型堆芯组件的热工水力性能。国内外资料调研表明，目前已有的相关多数专利多是针对光棒棒束栅元组件，现有文献、专利均没有涉及对稠密栅燃料组件典型栅元实验构件的设计。由于稠密栅组件采用绕肋结构定位，已有的光棒棒束栅元组件不能满足稠密栅燃料组件的实验要求。因此，有必要研制一套稠密栅燃料组件典型栅元实验构件，能够实现对原型的模拟开展热工水力实验且能够准确测量组件的关键参数。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是目前没有涉及在稠密栅燃料组件的栅元装置方面的研究，由于稠密栅组件采用绕肋结构定位，已有的光棒棒束栅元组件不满足稠密栅燃料组件实验要求，本技术目的在于提供一种稠密栅燃料组件栅元装置，采用包括由19根三层呈六边形排列的加热元件棒构成的栅元装置，解决了现有棒束规模较大时，实验组件成本高，实验本体设计及测点布置难度大，棒束规模较小时，产生的“冷壁效应”、“边壁效应”影响燃料组件热工水力性能等问题。本技术通过下述技术方案实现：一种稠密栅燃料组件栅元装置，包括加热元件组件，加热元件组件由19根呈六边形排列而成的加热元件棒构成，加热元件组件包括冷棒加热元件和热棒加热元件，由内至外分三层排列，第一层由1根热棒加热元件组成，第二层由6根热棒加热元件组成，第三层由12根冷棒加热元件组成；所述冷棒加热元件、热棒加热元件均为绕肋加热元件。本技术主要针对现有的稠密栅燃料组件栅元装置，其中核心结构加热元件的规模直接影响热工水力特性的实验研究。在现有实验条件下无法进行1：1的稠密栅燃料组件的热工水力实验，因此，在本技术中，需要解决的关键技术是确定合适的规模组件作为栅元装置。栅元装置的合适规模可解决两方面的问题，一方面，可规避规模较大时，栅元装置元件棒数量较大使实验本体结构复杂，增大实验本体设计及测点布置的难度，增加实验成本等问题，另一方面，可规避规模较小时，产生“冷壁效应”、“边壁效应”对燃料组件热工水力特性影响增大，不能很好反应原型堆芯组件的热工水力性能等问题。对于栅元装置合适规模的确定步骤为：首先需要对比分析不同类型及不同棒束规模稠密栅之间的流场、温度场的差异，然后采用如下CFD计算公式且定量分析栅元压降和热通道出口温度的偏差，其中，Δp—棒束通道面积的平均压降；Th—热通道出口平均温度；i—代表不同棒束组件规模。通过CFD计算分析，针对三角形排列稠密栅燃料组件，19棒束为合适栅元规模，即确定加热元件组件由19根加热元件径向布置而成呈三角形排列的正六边形。在本技术方案中，加热元件组件呈六边形排列，设置在加热元件组件外围的绝缘组件、流道组件，亦为六边形结构，其中，绝缘组件为正六边形腔体结构，加热元件组件包括的19加热元件棒均安装在正六边形腔体内，实现承压组件与加热元件组件之间的绝缘；流道组件为设置在绝缘组件外部支撑用的组件，构成一个内六边形流道，其内安装绝缘组件、加热元件组件。以上设置主要为了减小冷壁、边壁效应对热工水力实验的影响，在加热元件组件的径向布置12根冷棒加热元件为外围棒束，7根热棒加热元件为内六边形棒束，且可选取实心钢棒料为热棒加热元件，空心钢管为冷棒加热元件。19根元件分三层布置构成“热通道”、“中间通道”、“边通道”和“角通道”实现了对原型燃料组件的几何结构、流动阻力、传热交混、热流密度等方面性能的模拟，热棒加热元件与冷棒加热元件功率比为1：0.85。本技术方案其中任一加热元件棒的直径均为6mm，间距均为1mm，绕肋高度均为0.5mm。这里对绕肋定位稠密栅加热元件棒的结构作进一步限定，加热元件棒的直径为6mm，加热元件棒之间的间隙为1mm，绕肋高度为0.5mm，上底宽0.6mm，下底宽1mm，绕肋的螺旋升角为5°，绕肋的螺距为215mm。优选，还包括导电头、流道组件、绝缘组件，加热元件组件和导电头为一体成型结构，加热元件组件的底部与铜辫子连接，铜辫子的下端通过导电块与导电棒连接，导电棒的下端安装有冷却水组件；加热元件组件的外周依次包覆有绝缘组件、流道组件。设置加热元件组件和导电头采用一体式加工，加热元件组件的底部与铜辫子连接，铜辫子的结构及其工作原理为本领域技术人员公知的现有技术，在本技术技术方案中，导电的铜辫子焊接在加热元件组件底部，铜辫子与导电棒之间采用螺栓压紧连接。所述冷却水组件设置在导电棒下部，冷却水组件的作用是对燃烧后的组件进行冷却。优选，所述流道组件由第一流道板和第二流道板组成，第一流道板和第二流道板通过压紧螺栓连接形成横截面为六边形的流道。第一流道板和第二流道板为两块相同规格的流道板，由线切割而成，组成正六边形流道。流道板底部焊接有下托盘，配合下螺纹托盘与筒体组件的下封头定位。优选，所述第一流道板或第二流道板上设有引压孔，引压孔的个数为3个。引压孔的设置，主要便于设备装配后从流道组件的外部插入引压管，旋紧后引出压力信号。优选，所述绝缘组件为陶瓷绝缘组件。优选，所述绝缘组件为由六块绝缘陶瓷片组成的正六边形腔体形状。绝缘组件也可以为石英玻璃绝缘组件，即由六块相同规格的石英玻璃绝缘片组成正六边形腔体形状，在承压组件与加热元件组件之间绝缘，且便于绝缘组件与加热元件组件的组装与拆卸。优选，所述导电头为圆柱形铜块，导电头的底部设有环形榫槽。优选，所述导电棒为圆柱形铜棒，导电棒与导电块通过螺本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种稠密栅燃料组件栅元装置，其特征在于：包括加热元件组件(2)，加热元件组件(2)由19根呈六边形排列而成的加热元件棒(16)构成，加热元件组件(2)包括冷棒加热元件(13)和热棒加热元件(14)，由内至外分三层排列，第一层由1根热棒加热元件(14)组成，第二层由6根热棒加热元件(14)组成，第三层由12根冷棒加热元件(13)组成；冷棒加热元件(13)、热棒加热元件(14)均为绕肋加热元件。

【技术特征摘要】
1.一种稠密栅燃料组件栅元装置，其特征在于：包括加热元件组件(2)，加热元件组件(2)由19根呈六边形排列而成的加热元件棒(16)构成，加热元件组件(2)包括冷棒加热元件(13)和热棒加热元件(14)，由内至外分三层排列，第一层由1根热棒加热元件(14)组成，第二层由6根热棒加热元件(14)组成，第三层由12根冷棒加热元件(13)组成；冷棒加热元件(13)、热棒加热元件(14)均为绕肋加热元件。2.根据权利要求1所述的一种稠密栅燃料组件栅元装置，其特征在于：所述加热元件棒(16)的绕肋螺旋升角为5°，绕肋的螺距为215mm，绕肋高度均为0.5mm。3.根据权利要求1所述的一种稠密栅燃料组件栅元装置，其特征在于：还包括导电头(1)、流道组件(3)、绝缘组件(4)，所述加热元件组件(2)和导电头(1)为一体成型结构，加热元件组件(2)的底部与铜辫子连接，铜辫子的下端通过导电块(5)与导电棒(6)连接，导电棒(6)的下端安装有冷却水组件(7)；加热元件组件(2)的外周依次包覆有绝缘组件(4)、流道组件(3)。4.根据权利要求3...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄彦平，谢峰，徐建军，李明刚，
申请(专利权)人：中国核动力研究设计院，
类型：新型
国别省市：四川,51