一种耐事故燃料棒骤冷实验气动可视化装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种耐事故燃料棒骤冷实验气动可视化装置，涉及核电骤冷实验可视化领域，包括水箱系统、高温炉系统、气动驱动装置和采集系统，所述水箱系统、所述高温炉系统和所述气动驱动装置顺次连接，试验段与所述气缸通过连接管连接。本发明专利技术设计搭建了加热试验段下插入水的实验的装置，采用气动驱动装置，替代电机驱动系统，实现了温度采集数据与高速摄像同步测量。

【技术实现步骤摘要】
一种耐事故燃料棒骤冷实验气动可视化装置
本专利技术涉及核电骤冷实验可视化领域，尤其涉及一种耐事故燃料棒骤冷实验气动可视化装置。
技术介绍
核反应堆发生LOCA事故后会启动安注系统往反应堆里注水，在带走堆芯热量的过程中，涉及到复杂的两相传热机制，并可能引发燃料棒烧毁导致更严重的事故，因此这一复杂的物理现象是目前国际上安全研究领域里的一个重要研究对象。已有的骤冷实验主要有两种实验方法，一种是通过加热试验段到达一定温度，然后注入冷却水，采集试验段的温度曲线，并通过高速相机进行可视化测量来研究骤冷现象，由于加热段通常不透光，因此给可视化测量带来了一定的难度；另一种是通过驱动加热试验段插入冷却水中进行骤冷实验，该方法通常采用电机驱动加热试验段，由于加热实验下插入冷却水的时间非常短暂(1-2s)，导致电机的启停不易操作，难以精确控制其行程。因此，本领域的技术人员致力于开发一种采用气动驱动加热试验段的可视化装置，通过热电偶记录试验段表面温度的变化，同时触发高速相机记录加热棒表面的骤冷行为，从而更好的理解试验段的骤冷现象的装置。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是目前的骤冷实验试验段行程控制不精确和可视化数据采集与温度数据采集不同步。为实现上述目的，本专利技术提供了一种耐事故燃料棒骤冷实验气动可视化装置，包括水箱系统、高温炉系统、气动驱动装置和采集系统，其中，所述水箱系统包括加热装置、第一温度传感器和由耐高温透光材料制成的箱体，所述高温炉系统包括石英管、炉膛、加热元件、炉子外壳、炉子固定板和活动挡片，所述气动驱动装置包括气缸、电源、电磁阀、调压阀、限位器，继电器和开关，所述采集系统包括温度采集系统和高速摄像系统；所述水箱系统、所述高温炉系统和所述气动驱动装置顺次连接，试验段与所述气缸通过连接管连接。进一步地，所述水箱系统的所述耐高温透光材料采用石英玻璃，且四面都是可视化视窗，所述第一温度传感器布置于所述水箱系统内。进一步地，所述高温炉的所述加热元件采用优质合金丝0Cr27Al7Mo2。进一步地，所述高温炉的所述炉膛采用真空吸附成型的优质氧化铝多晶纤维制成。进一步地，所述高温炉的所述活动挡片位于所述高温炉底部。进一步地，所述气动驱动装置的所述气缸采用集中配管型气缸。进一步地，所述调压阀通过改变气流的速度控制所述试验段的下插速度。进一步地，所述采集系统通过采集板卡输出电压信号的方式触发所述高速摄像系统和所述温度采集系统同时开始工作。进一步地，所述试验段中设置有第二温度传感器，所述第二温度传感器选用热电偶，所述热电偶的补偿导线通过所述连接管连接到所述采集系统，所述连接管选用不锈钢材料。进一步地，所述第一温度传感器选用K型热电偶。在本专利技术的较佳实施方式中，气动驱动可视化装置可以精确地控制试验段下插入冷却水的行程，并且温度和视频数据同时采集，具有较高的实验精度。以下将结合附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本专利技术的目的、特征和效果。附图说明图1是本专利技术的一个较佳实施例的实验装置整体示意图；图2是本专利技术的一个较佳实施例的高温炉示意图；图3是本专利技术的一个较佳实施例的水箱示意图；图4是本专利技术的一个较佳实施例的连接管示意图；图5是本专利技术的一个较佳实施例的铝块主视图；图6是本专利技术的一个较佳实施例的铝块左视图。其中，1-气体，2-气缸，3-高温炉，4-水箱，301-石英管，302-炉膛，303-炉子外壳，304-炉子固定板，305-活动挡片，401-电加热管，5-热电偶出线孔，6-连接管，7-铝块，701-连接管螺纹孔，702-滑块螺纹孔。具体实施方式以下参考说明书附图介绍本专利技术的多个优选实施例，使其
技术实现思路
更加清楚和便于理解。本专利技术可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本专利技术的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本专利技术并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。如图1所示，本实施中的实验装置包括水箱4、高温炉3、气缸2、采集装置，其中，水箱4、高温炉3和气缸2自下而上顺次连接，试验段与气缸2通过连接管6及铝块7连接，采集装置包括设置在试验段中的温度传感器(图中未示出)和高速相机(图中未示出)。气缸2采用集中配管型气缸，采用气体1作为动力源，行程600mm，连接24V电源、电磁阀、调压阀、限位器、继电器以及开关，实现可调节行程以及远程操作，并能通过调节调压阀改变气流的速度控制试验段的下插速度。采用气缸2来驱动试验段，实现了试验段下插入水及停止的瞬间操作，通过调节气缸2的参数，可以调节试验段的行程以及下插速度，易于操作，且能精确控制试验段的行程。如图2所示，高温炉3为立式管式炉，最高温度可达1000℃，由石英管301、炉膛302、炉子外壳303、炉子固定板304和活动挡片305组成，加热元件采用优质合金丝0Cr27Al7Mo2,具有表面负荷高、电阻率高、抗氧化性能好等特点，最高温度可达1200℃，炉膛302采用真空吸附成型的优质氧化铝多晶纤维制成，保温效果好，炉管采用直径40的石英管301，耐热温度高，并且可承受骤冷骤热的温度变化，高温炉3底部装有活动挡片305，在加热时关闭一方面可减小高温炉3热量的耗散，另一方面可以阻止高温炉3下方水蒸气进入炉膛302与试验段以及加热元件接触。值得注意的是，高温炉3的作用是对试验段进行加热，但不仅局限于该方式，其他可以将试验段加热至高温的加热设备均可满足要求，例如在试验段内布置加热丝或加热棒等直接加热的方式。如图3所示，水箱4的箱体采用300*300*300的石英玻璃制成，可耐高温1200℃，且四面都是可视化视窗，透光性好。采用石英玻璃，是因为其具有良好的透光性和耐高温性，便于高速相机拍照，也可以采用其他透光性好且耐高温的材料代替。水箱内布置有K型热电偶，用来监测冷却水的温度。实验进行时，可通过浸入电加热管401来加热冷却水，当达到实验设定温度时再移走电加热管401。水箱4的加热方式还可以采用其他加热方式进行，如间接加热方式等，不仅局限于使用电加热管401。如图4所示，连接管6选用不锈钢材料，将试验段与气缸2连接起来，便于驱动试验段下插到水箱4。试验段中的温度传感器采用热电偶，其补偿导线通过不锈钢连接管6上的热电偶出线孔5连接到采集系统，可以保护补偿导线过热烧毁。试验段下插入冷却水后，不锈钢连接管6连同补偿导线部分停留在高温炉中，热电偶的补偿导线长度达1米，保证热电偶补偿导线不会烧坏。连接管6通过铝块7连接到气缸2的滑块上。如图5和图6所示，铝块7的一侧设置有连接管螺纹孔701，用于与连接管6进行螺纹连接。铝块7上还设置有滑块螺纹孔702，用于与气缸2的滑块通过内六角螺钉固定连接。实验开始前将试验段、连接管6、铝块7以及气缸2通过螺纹连接起来，然后将试验段放置在高温炉中。实验开始时，先设定高温炉3的加热速度以及目标温度并启动加热，同时在水箱4中放入浸没式电加热管401或使用其他达到相同效果的加热装置，启动采集系统监控试验段的温度以及冷却水的过冷度。当冷却水的过冷度与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐事故燃料棒骤冷实验气动可视化装置，其特征在于，包括水箱系统、高温炉系统、气动驱动装置和采集系统，其中，所述水箱系统包括加热装置、第一温度传感器和由耐高温透光材料制成的箱体，所述高温炉系统包括石英管、炉膛、加热元件、炉子外壳、炉子固定板和活动挡片，所述气动驱动装置包括气缸、电源、电磁阀、调压阀、限位器，继电器和开关，所述采集系统包括温度采集系统和高速摄像系统；所述水箱系统、所述高温炉系统和所述气动驱动装置顺次连接，试验段与所述气缸通过连接管连接。

【技术特征摘要】
1.一种耐事故燃料棒骤冷实验气动可视化装置，其特征在于，包括水箱系统、高温炉系统、气动驱动装置和采集系统，其中，所述水箱系统包括加热装置、第一温度传感器和由耐高温透光材料制成的箱体，所述高温炉系统包括石英管、炉膛、加热元件、炉子外壳、炉子固定板和活动挡片，所述气动驱动装置包括气缸、电源、电磁阀、调压阀、限位器，继电器和开关，所述采集系统包括温度采集系统和高速摄像系统；所述水箱系统、所述高温炉系统和所述气动驱动装置顺次连接，试验段与所述气缸通过连接管连接。2.如权利要求1所述的耐事故燃料棒骤冷实验气动可视化装置，其特征在于，所述耐高温透光材料采用石英玻璃，且四面都是可视化视窗，所述第一温度传感器布置于所述水箱系统内。3.如权利要求1所述的耐事故燃料棒骤冷实验气动可视化装置，其特征在于，所述加热元件采用优质合金丝0Cr27Al7Mo2。4.如权利要求1所述的耐事故燃料棒骤冷实验气动可视化装置，其特征在于，所述炉膛采用真空吸附成...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊进标，王泽锋，曲文海，杨宜昂，吴增辉，王季，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31