本发明专利技术公开了一种低电压高功率的压水堆燃料组件模拟装置，包括承压组件、电热组件以及方形流道，所述方形流道设置在承压组件中并与承压组件密封连接，电热组件同时穿过方形流道和承压组件并与承压组件密封且固定。该装置满足高温高压实验要求，并与反应堆燃料组件保持热工水力特性相似性，可实现低电压、高功率的压水堆燃料组件模拟过程，能源消耗少，简化了结构，用于压水堆燃料组件临界热流密度和流动不稳定实验，以验证反应堆的热工安全性能。
【技术实现步骤摘要】
一种低电压高功率的压水堆燃料组件模拟装置
本专利技术涉及一种压水堆棒束燃料组件模拟装置，具体涉及一种低电压高功率的压水堆燃料组件模拟装置。
技术介绍
在反应堆设计中规定了多项稳态热工设计准则，其中就包括燃料元件外壁面不允许发生沸腾临界；在稳态额定工况和预计的瞬态运行工况中，不发生流动不稳定性。因此在反应堆设计中，需要开展临界热流密度和流动不稳定实验，获得不同运行条件下的临界热流密度值和稳定运行边界，以验证反应堆的热工安全性能。压水堆燃料组件一般由直径10mm的燃料棒，以15×15或17×17的正方形排列组成，其热源是来源于内部的U原子裂变所产生的能量。通常临界热流密度和流动不稳定实验在堆外开展，一般通过电加热的方式模拟燃料元件发热。同时为减小实验成本，临界热流密度和流动不稳定实验多为缩比实验，可采用3×3或5×5正方形排列的电加热棒束模拟燃料组件。实验工况必须与压水堆的运行条件保持一致，最高压力可达15.5MPa，最高温度可达315℃。为满足高温高压实验的要求，国内外大都采用不锈钢管模拟燃料组件。为了实现较高的电加热功率，电源需要与模拟棒束的电阻协同设计。但是由于不锈钢管的电阻较大，则需要配套相应的高电压高功率的电源，造成能源消耗大，同时其结构复杂。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是采用不锈钢管模拟燃料组件的装置需要配套相应的高电压高功率的电源，造成能源消耗大，装置结构复杂，其目的在于提供一种低电压高功率的压水堆燃料组件模拟装置，该装置满足高温高压实验要求，并与反应堆燃料组件保持热工水力特性相似性，可实现低电压、高功率的压水堆燃料组件模拟过程，能源消耗少，简化了结构，用于压水堆燃料组件临界热流密度和流动不稳定实验，以验证反应堆的热工安全性能。本专利技术通过下述技术方案实现：一种低电压高功率的压水堆燃料组件模拟装置，包括承压组件、电热组件以及方形流道，所述方形流道设置在承压组件中并与承压组件密封连接，电热组件同时穿过方形流道和承压组件并与承压组件密封且固定。在反应堆设计中规定了多项稳态热工设计准则，其中就包括燃料元件外壁面不允许发生沸腾临界；在稳态额定工况和预计的瞬态运行工况中，不发生流动不稳定性。因此在反应堆设计中，需要开展临界热流密度和流动不稳定实验，获得不同运行条件下的临界热流密度值和稳定运行边界，以验证反应堆的热工安全性能。目前已实现了对压水堆燃料组件进行模拟，这种模拟装置都是采用不锈钢管模拟燃料组件。为了实现较高的电加热功率，电源需要与模拟棒束的电阻协同设计。但是由于不锈钢管的电阻较大，则需要配套相应的高电压高功率的电源，造成能源消耗大，同时高电压高功率的电源会对装置的电加热、绝缘和密封性造成很大影响，为了满足电加热、绝缘和密封性达到要求，只有不断对结构进行多重的绝缘与密封，增加了装置结构的复杂化，不利于现场组装和拆卸，而本方案设计的模拟装置，通过设计承压组件、电热组件以及方形流道并进行对应的组装连接，各组件之间可现场组装与拆卸，得到与反应堆燃料组件热工水力特性相似的低电压、高功率燃料组件模拟装置，解决电加热、绝缘和密封性问题，满足高温高压实验要求，能源消耗少，同时简化了结构，用于压水堆燃料组件临界热流密度和流动不稳定实验，以验证反应堆的热工安全性能。承压组件是用于对整个装置进行承压，其包括上法兰盖、上槽面法兰、下槽面法兰以及下法兰盖，且上法兰盖设置在上槽面法兰上方并相互固定，下槽面法兰设置在下法兰盖上方并相互固定，上槽面法兰设置在下槽面法兰上方，在上槽面法兰和下槽面法兰之间设置有承压筒体，且承压筒体同时与上槽面法兰和下槽面法兰固定，方形流道设置在承压筒体中并且两端伸出分别设置在上槽面法兰和下槽面法兰中，电热组件依次穿过上法兰盖、上槽面法兰、承压筒体以及下槽面法兰并与上槽面法兰和下槽面法兰固定。通过这种结构设计，能够保证装置满足模拟过程的承压载荷需求，在模拟过程中满足要求。电热组件包括上导电铜头、电加热棒束以及下导电板，电加热棒束顶端穿过上导电铜头，电加热棒束底部穿过方形流道后与下导电板固定，且上导电铜头设置在上法兰盖和上槽面法兰之间并与上槽面法兰固定，上导电铜头的顶端设置在上法兰盖中，上导电铜头的底端设置在上槽面法兰中，下导电板设置在下槽面法兰中，在下槽面法兰和下法兰盖之间设置有下导电铜头，且下导电铜头同时与下槽面法兰和下导电板连接。电加热棒束由若干根呈正方形排列的电加热元件构成，每根电加热元件均由黄铜管、铁白铜管、铜辫子依次焊接后组成，其中黄铜管穿过上导电铜头的预留孔，并通过银钎焊密封，铜辫子远离铁白铜管的一端与下导电板焊接固定。由于传统方式采用不锈钢管模拟燃料组件，为了实现较高的电加热功率，电源需要与模拟棒束的电阻协同设计，但是由于不锈钢管的电阻较大，则需要配套相应的高电压高功率的电源，造成能源消耗大，同时电加热、绝缘和密封性很难实现，经过研究后发现，电热元件的材质和管型的选择要满足承压、总电阻值、电阻值分布的要求。本方案则是采用铜、黄铜和铁白这三种现有的材料作为燃料组件模拟材料，铜块能够快速散热，黄铜管、铁白铜管壁厚选取通过承压强度计算。总电阻值要满足低电压，大电流加热要求。黄铜管、铁白铜管、铜辫子自身的电阻比例要实现主发热部位为铁白铜管，且位于方形流道内，可模拟原型燃料元件棒的释热量，并保证与原型燃料组件的热工水力相似性；在电热元件末端焊接铜辫子，软连接方式为电热元件受热膨胀提供了空间，最终满足高温高压实验要求，并与反应堆燃料组件保持热工水力特性相似性，可实现低电压、高功率的压水堆燃料组件模拟装置，用于压水堆燃料组件临界热流密度和流动不稳定实验，以验证反应堆的热工安全性能。还在上导电铜头的底端内凹为弧形凹槽，并且弧形凹槽与上导电铜头的侧壁连通，在上槽面法兰的侧壁上安装有出口接管，且出口接管与上导电铜头的弧形凹槽连通，并且弧形凹槽的中心设置在出口接管的轴线上，下槽面法兰的侧壁上安装有进口接管，进口接管通过下槽面法兰的空腔与方形流道连通后再与出口接管连通。进口接管与下槽面法兰侧面开孔口处焊接，出口接管与上槽面法兰侧面开孔口处焊接，最终形成进口接管内部、下槽面法兰内腔、绝缘陶瓷片内腔、上槽面法兰内腔到出口接管内部的流体流通通道。将上导电铜头的下部设计弧形凹槽做导流设计，与出口接管平齐，防止由汽泡在上导电铜头下部聚集引起的传热恶化，避免导电铜头因温度剧烈升高而变形。进一步地，方形流道包括外壳和绝缘陶瓷片，外壳为呈正方形的不锈钢壳，两片绝缘陶瓷片通过拼装组成正方形设置在不锈钢壳形成的流通区域内，铁白铜管插入到绝缘陶瓷片形成的区域中，为了保证加热组件的热工水力特征与实际反应堆燃料组件相一致，要求电加热棒束中最边沿的铁白铜管与其靠近的绝缘陶瓷片内壁面的间距为两根相邻铁白铜管壁面之间距离的二分之一。还在不锈钢壳的内腔底部凸出形成凸台，绝缘陶瓷片插入后与凸台相互配合形成固定，防止绝缘陶瓷片脱落，同时也进行了绝缘陶瓷片和不锈钢壳底部的密封，防止流体进入其中。还在下槽面法兰的内壁和外壳的外壁之间设置有密封台，密封台分为外密封台和内密封台，且外密封台与下槽面法兰的内壁焊接固定，内密封台与外壳的外壁焊接固定，外密封台和内密封台相互靠近的壁面接触形成密封。通过密封台对外壳和下槽面法兰之间进行密封，保证本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种低电压高功率的压水堆燃料组件模拟装置，其特征在于，包括承压组件、电热组件(2)以及方形流道，所述方形流道设置在承压组件中并与承压组件密封连接，电热组件(2)同时穿过方形流道和承压组件并与承压组件密封且固定。
【技术特征摘要】
1.一种低电压高功率的压水堆燃料组件模拟装置，其特征在于，包括承压组件、电热组件(2)以及方形流道，所述方形流道设置在承压组件中并与承压组件密封连接，电热组件(2)同时穿过方形流道和承压组件并与承压组件密封且固定。2.根据权利要求1所述的一种低电压高功率的压水堆燃料组件模拟装置，其特征在于，所述承压组件包括上法兰盖(4)、上槽面法兰(6)、下槽面法兰(11)以及下法兰盖(17)，且上法兰盖(4)设置在上槽面法兰(6)上方并相互固定，下槽面法兰(11)设置在下法兰盖(17)上方并相互固定，上槽面法兰(6)设置在下槽面法兰(11)上方，在上槽面法兰(6)和下槽面法兰(11)之间设置有承压筒体(8)，且承压筒体(8)同时与上槽面法兰(6)和下槽面法兰(11)固定，方形流道设置在承压筒体(8)中并且两端伸出分别设置在上槽面法兰(6)和下槽面法兰(11)中，电热组件(2)依次穿过上法兰盖(4)、上槽面法兰(6)、承压筒体(8)以及下槽面法兰(11)并与上槽面法兰(6)和下槽面法兰(11)固定。3.根据权利要求2所述的一种低电压高功率的压水堆燃料组件模拟装置，其特征在于，所述电热组件(2)包括上导电铜头(19)、电加热棒束以及下导电板(23)，电加热棒束顶端穿过上导电铜头(19)，电加热棒束底部穿过方形流道后与下导电板(23)固定，且上导电铜头(19)设置在上法兰盖(4)和上槽面法兰(6)之间并与上槽面法兰(6)固定，上导电铜头(19)的顶端设置在上法兰盖中(4)，上导电铜头(19)的底端设置在上槽面法兰(6)中，下导电板(23)设置在下槽面法兰(11)中。4.根据权利要求3所述的一种低电压高功率的压水堆燃料组件模拟装置，其特征在于，所述上导电铜头(19)的底端内凹为弧形凹槽，并且弧形凹槽与上导电铜头(19)的侧壁连通，在上槽面法兰(6)的侧壁上安装有出口接管(7)，且出口接管(7)与上导电铜头(19)的弧形凹槽连通，并且弧形凹槽的中心设置在出口接管(7)的轴线上，下槽面法兰(11)的侧壁上安装有进口接管(13)，进口接管(13)通过下槽面法兰(11)的空腔与方形流道连通后再与出口接管(7)连通。5.根据权利要求3所述的一种低电压高功率的压水堆燃料组件模拟装置，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：昝元锋，胡钰文，黄彦平，宫厚军，
申请(专利权)人：中国核动力研究设计院，
类型：发明
国别省市：四川,51
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