一种高温碘蒸汽环境下核燃料包壳管径向变形测量系统技术方案

本发明专利技术公开了一种高温碘蒸汽环境下核燃料包壳管径向变形测量系统，包括包壳管，安置包壳管的双层密闭热室，包壳管两端的密封盖和密封底座，上层热室的圆柱形腔室，伸入包壳管内的电子拉伸机，安装在电子拉伸机推杆上的载荷传感器，包壳管底部的温度传感器，还包括下层热室两侧可视化玻璃外的激光位移传感器以及气体进口管和气体出口管；电子拉伸机在包壳管内轴向压缩、径向膨胀，碘蒸汽流经圆柱形腔室和包壳管，该装置能够可靠有效地实现在高温碘蒸汽环境下包壳管的径向变形的测量：利用热室提供包壳管所需的恒定温度；利用各种密封技术，实现仅包壳内表面的碘蒸汽环境；利用下层热室两侧的可视化玻璃，通过激光位移传感器实现包壳管径向变形的测量。

【技术实现步骤摘要】
一种高温碘蒸汽环境下核燃料包壳管径向变形测量系统
本专利技术属于核燃料及材料性能测试
，具体涉及一种高温碘蒸汽环境下核燃料包壳管径向变形测量系统。
技术介绍
锆合金具有中子吸收截面低、抗腐蚀性能和力学性能优良等优点，被广泛用作核动力反应堆燃料元件包壳及其他堆内构件。新型的商用燃料棒包壳管在入堆前必须充分了解锆合金包壳管各项性能，因此需要开展各项性能指标的测试，如腐蚀、吸氢、力学等等。高温碘蒸汽环境下包壳管的力学性能是测试中的一个重要项目。随着国内外核能领域锆合金包壳管材料力学性能的研究日渐兴起，搭建不同温度、不同气体环境、高精度的包壳管变形测量实验系统必不可少。因此需要解决实验系统中包壳管温度控制问题、包壳管内外的气体环境控制问题以及包壳管的变形测量问题。然而包壳管管径小，刚度差，并且实际核反应堆中包壳管内外表面处于不同的气体环境。小管径的薄壁管径向变形实时测量、包壳管内外气体环境控制是锆合金包壳管材料性能测试中的技术难点。目前在核燃料及材料性能测试
，国内外已有不少实验装置来实现包壳管力学性能的测试。例如文献《M.N.Gussev,et.Al,“In-situtubebursttestingandhigh-temperaturedeformationbehaviorofcandidatematerialsforaccidenttolerantfuelcladding,”JournalofNuclearMaterials,2015,p466.》详细介绍了高温环境下包壳管的变形和爆裂测试实验系统。该实验系统使用数字图像相关技术(DIC技术)对包壳管变形进行测量与分析，模拟严重事故下包壳行为并获得包壳管蠕变数据。此系统测量原理简单，精度高，但成套设备十分昂贵，也无法模拟事故工况下包壳管内碘蒸汽环境。又如中国专利CN103543074提供了一种核燃料包壳管高温双轴蠕变环向变形测量系统，包括变形导杆、滑轨、轴向位移锁紧结构和测量技术单元。该系统利用光栅尺和变形实时记录系统精确获得稳定的环向变形测量数据，同时省去昂贵的变形测量装置。但此实验系统结构复杂，操作困难，无法模拟真实事故下的包壳管动态变化以及包壳管内的碘蒸汽环境。再如文献《闫萌等,周向拉伸条件下的N36锆合金包壳管碘致应力腐蚀开裂,核动力工程,2015,36(01):46-49.》详细介绍了高温环境下包壳管的环形试样在碘蒸汽环境下的力学性能测试实验系统。该实验系统将高纯氩气通入加热的碘气瓶并进入样品环境室，通过施加混合拉伸载荷使环形试样周向拉伸。此系统实现了高温碘蒸汽环境，但无法模拟真实反应堆内仅包壳内表面的碘蒸汽环境，也无法达到包壳管变形的高精度实时测量。
技术实现思路
为了克服上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的是提供一种高温碘蒸汽环境下核燃料包壳管径向变形测量系统，该系统通过控制包壳管的高温碘蒸汽环境，并利用激光位移传感器，可靠有效地实现在高温碘蒸汽环境下对包壳管变形的实时测量：利用热室控制包壳管所处的高温环境；利用碘蒸汽依此流经密封的圆柱形腔室和包壳管，使包壳管内表面处于碘蒸汽环境下；利用电子拉伸机在包壳管内轴向压缩、径向膨胀，控制包壳管的径向变形速率；利用激光位移传感器，透过热室两侧的可视化玻璃，从而实现对包壳管的径向变形的实时测量。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现：一种高温碘蒸汽环境下核燃料包壳管径向变形测量系统，包括核燃料包壳管H，底座I，安装在底座I上的双层热室B，双层热室B通过其内的安装在包壳管H顶部的隔层分割为上层和下层，安装在包壳管H顶部并安装在双层热室B内隔层中心上部的密封盖E，安装在包壳管H底部并安装在双层热室B内底部中心的密封底座L，安装在双层热室B上层并与包壳管H连通的圆柱形腔室D，安装在双层热室B顶部中心并伸入包壳管H内的电子拉伸机A，安装在电子拉伸机A推杆上并位于双层热室B内的载荷传感器C，位于双层热室B下层两侧的可视化玻璃G，安装在可视化玻璃G外侧的激光位移传感器M，布置在包壳管H底部的温度传感器J，还包括位于双层热室B上层并连接圆柱形腔室D的气体进口管F和位于双层热室B下层连接包壳管H底部的气体出口管K；碘蒸汽流经圆柱形腔室D和包壳管H，通过控制电子拉伸机A的轴向位移来实现包壳管H径向膨胀，利用激光位移传感器M进行包壳管H径向变形的测量；当需要在预设温度、预设碘蒸汽环境下测量包壳管H径向变形时，启动双层热室B下层，将温度传感器J所测温度稳定在预设温度后，将碘蒸汽通过气体进口管F注入，再从气体出口管K流出，使包壳管H内表面处于碘蒸汽环境；电子拉伸机A轴向移动，使包壳管H径向膨胀，模拟事故工况下包壳管H的动态变化；通过使用激光位移传感器M透过可视化玻璃G在线实时测量包壳管H径向变形。所述包壳管H顶部和底部分别使用铜材料的密封盖E和密封底座L进行锥形密封，圆柱形腔室D和电子拉伸机A之间进行Y型密封和O型密封；圆柱形腔室D和包壳管H形成高度密闭空腔，根据需要抽去其中空气，使之成为真空腔室。所述气体进口管F和气体出口管分别焊接安装于圆柱形腔室D上和底座I上。本专利技术具有以下优点和有益效果：1.本专利技术安装简单、成本较低、精度较高，并且操作简单、可靠性高。2.本专利技术使用双层热室，除了保证隔离包壳内外环境，还能够满足热室上层的载荷传感器的工作温度。3.本专利技术在热室上层设置圆柱形腔室，防止碘蒸汽对电子拉伸机和载荷传感器腐蚀。4.本专利技术能够提供包壳管内表面碘蒸汽环境。5.本专利技术能够实时测量包壳管的径向变形，进而通过控制电子拉伸机，模拟事故工况下包壳管的动态变化。附图说明图1为本专利技术系统结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步详细说明。如图1所示，本专利技术一种高温碘蒸汽环境下核燃料包壳管径向变形测量系统，其特征在于：包括核燃料包壳管H，底座I，安装在底座I上的双层热室B，双层热室B通过其内的安装在包壳管H顶部的隔层分割为上层和下层，安装在包壳管H顶部并安装在双层热室B内隔层中心上部的密封盖E，安装在包壳管H底部并安装在双层热室B内底部中心的密封底座L，安装在双层热室B上层并与包壳管H连通的圆柱形腔室D，安装在双层热室B顶部中心并伸入包壳管H内的电子拉伸机A，安装在电子拉伸机A推杆上并位于双层热室B内的载荷传感器C，位于双层热室B下层两侧的可视化玻璃G，安装在可视化玻璃G外侧的激光位移传感器M，布置在包壳管H底部的温度传感器J，还包括位于双层热室B上层并连接圆柱形腔室D的气体进口管F和位于双层热室B下层连接包壳管H底部的气体出口管K；碘蒸汽流经圆柱形腔室D和包壳管H，通过控制电子拉伸机A的轴向位移来实现包壳管H径向膨胀，利用激光位移传感器M进行包壳管H径向变形的测量。本实施例测量在特定温度、特定碘蒸汽环境下包壳管H的径向变形，试验开始前，使用真空泵完全去除系统中的空气。本实施例的工作原理如下：启动双层热室B下层，通过温度传感器J测量包壳管H温度，将温度升高到试验温度后，将碘蒸汽通过气体进口管F注入，再从气体出口管K流出，使包壳管H内表面在碘蒸汽环境中浸泡30分钟；控制电子拉伸机A在特定的模式下轴向移动，使包壳管H径向膨胀，通过使用激光位移传感器M实时测量出包壳管H的径向变形。作为本专利技术的优选实施方式，所述包壳管本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高温碘蒸汽环境下核燃料包壳管径向变形测量系统，其特征在于：包括核燃料包壳管(H)，底座(I)，安装在底座(I)上的双层热室(B)，双层热室(B)通过其内的安装在包壳管(H)顶部的隔层分割为上层和下层，安装在包壳管(H)顶部并安装在双层热室(B)内隔层中心上部的密封盖(E)，安装在包壳管(H)底部并安装在双层热室(B)内底部中心的密封底座(L)，安装在双层热室(B)上层并与包壳管H连通的圆柱形腔室(D)，安装在双层热室(B)顶部中心并伸入包壳管(H)内的电子拉伸机(A)，安装在电子拉伸机(A)推杆上并位于双层热室(B)内的载荷传感器(C)，位于双层热室(B)下层两侧的可视化玻璃(G)，安装在可视化玻璃(G)外侧的激光位移传感器(M)，布置在包壳管(H)底部的温度传感器(J)，还包括位于双层热室(B)上层并连接圆柱形腔室(D)的气体进口管(F)和位于双层热室(B)下层连接包壳管(H)底部的气体出口管(K)；碘蒸汽流经圆柱形腔室(D)和包壳管(H)，通过控制电子拉伸机(A)的轴向位移来实现包壳管(H)径向膨胀，利用激光位移传感器(M)进行包壳管(H)径向变形的测量；当需要在预设温度、预设碘蒸汽环境下测量包壳管(H)径向变形时，启动双层热室(B)下层，将温度传感器(J)所测温度稳定在预设温度后，将碘蒸汽通过气体进口管(F)注入，再从气体出口管(K)流出，使包壳管(H)内表面处于碘蒸汽环境；电子拉伸机(A)轴向移动，使包壳管(H)径向膨胀，模拟事故工况下包壳管(H)的动态变化；通过使用激光位移传感器(M)透过可视化玻璃(G)在线实时测量包壳管(H)径向变形。...

【技术特征摘要】
1.一种高温碘蒸汽环境下核燃料包壳管径向变形测量系统，其特征在于：包括核燃料包壳管(H)，底座(I)，安装在底座(I)上的双层热室(B)，双层热室(B)通过其内的安装在包壳管(H)顶部的隔层分割为上层和下层，安装在包壳管(H)顶部并安装在双层热室(B)内隔层中心上部的密封盖(E)，安装在包壳管(H)底部并安装在双层热室(B)内底部中心的密封底座(L)，安装在双层热室(B)上层并与包壳管H连通的圆柱形腔室(D)，安装在双层热室(B)顶部中心并伸入包壳管(H)内的电子拉伸机(A)，安装在电子拉伸机(A)推杆上并位于双层热室(B)内的载荷传感器(C)，位于双层热室(B)下层两侧的可视化玻璃(G)，安装在可视化玻璃(G)外侧的激光位移传感器(M)，布置在包壳管(H)底部的温度传感器(J)，还包括位于双层热室(B)上层并连接圆柱形腔室(D)的气体进口管(F)和位于双层热室(B)下层连接包壳管(H)底部的气体出口管(K)；碘蒸汽流经圆柱形腔室(D)和包壳管(H)，通过控制电子拉伸机(A)的轴向位移来实现包壳管(H)径向膨胀，利用...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏光辉，郭彦华，巫英伟，田文喜，秋穗正，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61