[實用新型]模擬LOCA工況下對核燃料包殼管性能評價的實驗裝置

有效

• 申請號: 201620124678.5
• 申請日: 2016-02-17
• 公開（公告）號: CN205354673U
• 公開（公告）日: 2016-06-29
• 發明（設計）人: 柏廣海;王榮山;張晏瑋;耿建橋;劉二偉;郭立江;杜晨曦
• 申請（專利權）人: 蘇州熱工研究院有限公司;中國廣核集團有限公司;中國廣核電力股份有限公司
• 主分類號: G21C17/00
• 分類號: G21C17/00
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 孫仿衛;汪青

技術領域

本實用新型涉及一種模擬LOCA工況下對核燃料包殼管性能評價的實驗裝置，特別涉及一種模擬LOCA工況發生時在高溫水蒸氣氧化及淬火中用于評價核燃料包殼性能的實驗裝置。

背景技術

核燃料包殼管為核燃料芯塊外面的一層保護層，它保護燃料芯塊不受冷卻劑的侵蝕，避免燃料中裂變產物外泄，使冷卻劑免受污染，同時還能保持燃料元件的幾何形狀并使之有足夠的剛度和機械強度。包殼是反應堆中工況最苛刻的重要部件。其工況條件為其包容核燃料，承受高溫高壓和強烈的中子輻射，受裂變氣體壓力、腐蝕、燃料腫脹、吸氫致脆等危害，受冷卻劑壓力、沖刷、振動和腐蝕以及氫脆等威脅。因此核燃料包殼管的性能十分重要，關系到核電站的安全。

LOCA為反應堆運行過程中非常嚴重的事故，該事故發生主要由以下原因引起的：一回路一根管道或輔助系統的管道破裂；一回路或輔助系統管道的閥門意外打開或不能關閉；輸送一回路介質的泵的軸封或閥桿泄露。LOCA事故發生時反應堆失去一回路冷卻劑，堆芯冷卻不良導致包殼溫度快速升高，使其氧化速率加快，造成包殼材料氧化膜厚度快速增加。在LOCA的后期，大量的水注入反應堆活性區，使包殼材料溫度快速下降，可以認為該過程是對包殼材料的淬火，如果包殼材料沒有足夠的抗沖擊能力便會發生破裂，導致放射性裂變產物釋放，對反應堆的安全構成威脅。

如果用堆內實驗獲得燃料包殼材料在LOCA工況下的行為，不僅技術復雜，而且耗費較大。因此，基本上采用反應堆外模擬技術及裝置來評價燃料核燃料包殼管的性能。目前，進行模擬LOCA工況下包殼行為的裝置較少，大部分為了利于控溫采取外部加熱的方式，該方式與LOCA真實工況不相符合，不能夠更加真實的反應工況下材料的性能。同時，一部分實驗裝置在加熱過程中核燃料包殼管不能自由膨脹，因此燃料核燃料包殼管在整個試驗過程中承受了一定的外力，這將對試驗結果產生一定的影響，不能準確的反應材料的真實性能，還有一部分實驗裝置在加熱過程中核燃料包殼管能夠自由膨脹，但其存在了膨脹后變彎的問題，無法使得包殼管能夠自由伸縮，更準確的測試材料的性能。

發明內容

本實用新型所要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種模擬LOCA工況下對核燃料包殼管性能評價的實驗裝置。

為解決上述技術問題，本實用新型采取如下技術方案：

一種模擬LOCA工況下對核燃料包殼管性能評價的實驗裝置，其包括：

用于容納核燃料包殼管的型腔，該型腔包括通過密封件分隔形成的位于上下兩端的真空腔和位于中部的淬火腔，在密封件上設有通孔，核燃料包殼管密封設置在通孔中，且兩端位于真空腔、中間位于淬火腔內，淬火腔包括與核燃料包殼管延伸方向一致的腔體、以及與沿著腔體方向與腔體一體設置的金屬波紋管，其中淬火腔能夠隨著金屬波紋管的自由伸縮而伸縮，腔體上具有水蒸氣的入口和出口、以及淬火液的入口和出口；

平衡裝置，其用于平衡對金屬波紋管施加的應力，使得金屬波紋管處于自由伸縮狀態，其包括位于上端部真空腔的上方的滑輪組件、以及配重砝碼；

加熱裝置，其包括伸入核燃料包殼管內的加熱棒、套設在加熱棒的外周用于將加熱棒與核燃料包殼管的內壁絕緣隔開的隔離管，該隔離管的材質為石英、碳化硼或陶瓷。

優選地，金屬波紋管位于腔體的上方，且金屬波紋管的上端部與密封件密封連接。盡可能的減小對金屬波紋管所產生的應力，便于平衡裝置的設計。

進一步的，平衡裝置有兩組，且分別位于上端部真空腔頂部的左右兩側。使得真空腔的受力相對均勻，確保金屬波紋管的自由伸縮，進一步有效地防止了核燃料包殼管的彎曲。

根據本實用新型的一個具體實施和優選方面，滑輪組件包括位于上端部真空腔上方的定滑輪、纏繞在定滑輪上的牽引繩，其中牽引繩一端部與位于上端部真空腔相連接、另一端部與配重砝碼相連接。結構簡單，且便于實施。

根據本實用新型的另一具體實施和優選方面，加熱棒兩端部分別伸出所述核燃料包殼管，加熱裝置還包括分別設置在加熱棒兩端部的電極。

優選地，電極為鎢電極。

優選地，加熱裝置還包括分別設置在真空腔內、用于將電極與所述真空腔相絕緣的絕緣層。

優選地，腔體上還設有測溫窗口。便于實際操控。

此外，實驗裝置還包括氣體保護裝置，該氣體保護裝置包括保護氣體存儲器、分別向真空腔內通入保護氣體的管道、以及控制閥。

優選地，密封件為水冷密封件，核燃料包殼管與通孔由石墨密封圈進行密封。