[實用新型]一種模擬超臨界水冷堆燃料元件的棒束模擬件

有效

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• 申請日: 2014-06-24
• 公開（公告）號: CN203931518U
• 公開（公告）日: 2014-11-05
• 發(fā)明（設計）人: 劉朝暉;畢勤成;王漢
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G21C17/00
• 分類號: G21C17/00
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

技術領域

本實用新型涉及反應堆熱工水力領域，具體涉及一種模擬超臨界水冷堆燃料元件的棒束模擬件。

背景技術

超臨界水冷堆是第四代核能系統(tǒng)國際論壇所選定的六種第四代新型核反應堆之一，具有熱效率高、安全性好、系統(tǒng)結構簡單及燃料利用率高等優(yōu)點，是未來發(fā)展前景非常光明的堆型之一。在反應堆熱工水力方面，超臨界水冷堆堆芯結構異常復雜，堆芯流道狹小，燃料棒承受兆瓦級高熱流密度及強烈的熱核耦合，使得超臨界水冷堆堆芯熱工水力特性的試驗研究異常困難。傳統(tǒng)試驗研究的對象多是圓管、內螺紋管等鍋爐常用管型，屬于管內流動范疇；在反應堆堆芯，熱量是由燃料元件棒產(chǎn)生并傳遞給周圍流動的冷卻劑，屬于管外流動的范疇，與傳統(tǒng)的管內流動和傳熱特性有顯著區(qū)別。此外，管外流動與傳熱試驗研究的最大困難在于設計合理的試驗件結構，包括超高溫高壓條件下的密封和電絕緣問題，高熱流密度下加熱管的軸向熱膨脹，加熱管端部電極材料和結構設計，高壓法蘭的有效冷卻以及流體流動形式和方向等等。受限于以上原因，高溫高壓條件下流體在堆芯典型通道中的管外流動特性研究異常困難。

發(fā)明內容

為了解決上述試驗研究中存在的困難，本實用新型的目的在于提供一種模擬超臨界水冷堆燃料元件的棒束模擬件，在超臨界水冷堆的額定運行工況下研究堆芯內的熱工-水力特性。

為達到上述目的，本實用新型采用如下技術方案：

一種模擬超臨界水冷堆燃料元件的棒束模擬件，包括頂部不銹鋼電極1，在頂部不銹鋼電極1底部依次連接有加熱管2、紫銅過渡件3、柔性銅線4和底部銅電極5，所述加熱管2一端穿入頂部不銹鋼電極1內的圓孔中，并與不銹鋼電極1焊接為一體，所述加熱管2的另一端與紫銅過渡件3焊接為一體，所述柔性銅線4與紫銅過渡件3及底部銅電極5通過物理壓接的方法連接，所述頂部不銹鋼電極1、加熱管2、紫銅過渡件3、柔性銅線4和底部銅電極5構成了內部加熱結構；在頂部不銹鋼電極1和加熱管2焊接端的外部、底部銅電極5和柔性銅線4物理壓接端的外部分別設置有外法蘭7，在兩個外法蘭7的內部分別通過螺栓連接有內法蘭8，所述外法蘭7和內法蘭8間設有密封絕緣墊片9，所述外法蘭7、內法蘭8和密封絕緣墊片9構成了外部密封絕緣結構；在兩個內法蘭8間焊接有位于加熱管2外部的不銹鋼外管13，在所述不銹鋼外管13的內壁插入陶瓷內襯管6，所述內部加熱結構與陶瓷內襯管6間的空隙為流通通道，在柔性銅線4與不銹鋼外管13之間加裝有避免柔性銅線4與不銹鋼外管13接觸的絕緣陶瓷18，所述不銹鋼外管13的底部和頂部分別開有孔徑不等的圓孔作為流體進出口及取壓口，底部的流體進出口及取壓口分別與入口混合環(huán)室14和入口取壓環(huán)室16焊接，頂部的流體進出口及取壓口分別與出口混合環(huán)室15、出口取壓環(huán)室17焊接。

所述外法蘭7的外側開有帶螺紋的圓形槽，該圓形槽內填裝有石墨填料10，通過黃銅壓蓋11旋轉壓緊石墨填料10，起到徑向密封的作用。

所述外法蘭7和內法蘭8一側均設有冷卻水流通槽19，用以降低法蘭溫度，改善密封絕緣條件。

所述加熱管2由四根等間距圍合而成。

所述陶瓷內襯管6內孔截面形狀為帶圓角的正方形，圓角與四根加熱管2保持相同的距離。

所述密封絕緣墊片9由三層組成，中間層為金屬齒形墊片，上下各有一薄層絕緣材料。

所述加熱管2和不銹鋼電極1用氬弧焊焊接為一體，所述加熱管2和紫銅過渡件3用銀釬焊焊接。

所述內法蘭8與不銹鋼外管13用氬弧焊焊接。

所述外法蘭7與內法蘭8由六個高壓螺栓通過法蘭螺栓孔12壓緊。

本實用新型和現(xiàn)有技術相比，具有如下優(yōu)點：

1、本實用新型結構合理，加工方便，通過交流電加熱可使加熱管外壁面熱流密度達到1MW/m²，達到超臨界水冷堆燃料元件的設計熱流密度。

2、本實用新型最高能夠承受壓力28MPa、溫度500℃條件下的密封和電絕緣性能，滿足大部分熱工-水力試驗要求。

3、本實用新型采用柔性銅線結構，該結構與加熱管通過銀釬焊連接，與銅電極采用物理壓接，在導通電流的情況下吸收加熱管的軸向熱膨脹，避免加熱管發(fā)生彎曲。

附圖說明

圖1為本實用新型主視圖。

圖2為圖1沿A-A向的剖視圖。

圖3為圖1沿B-B向的剖視圖。

圖4為密封絕緣墊片9的示意圖。

具體實施方式

以下結合附圖及具體實施例，對本實用新型作進一步的詳細描述。