專利名稱：民用核電站穩(wěn)壓器電加熱器發(fā)熱體結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及民用核電站穩(wěn)壓器電加熱器領(lǐng)域，特別是涉及一種民用核電站穩(wěn)壓器電加熱器發(fā)熱體結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
電加熱器是第三代核電站穩(wěn)壓器中必須的主要部件之一，其主要功能是在核電廠額定工況和變負(fù)荷運(yùn)行中，加熱穩(wěn)壓器中的水使穩(wěn)壓器維持在恒定的運(yùn)行壓力。在反應(yīng)堆啟動(dòng)和停止時(shí)，電加熱器用來滿足反應(yīng)堆一回路冷卻劑系統(tǒng)的控溫要求。核電站穩(wěn)壓器中的條件惡劣，安裝電加熱器的空間較小，電加熱器的功率大，對(duì)電加熱器的可靠性及穩(wěn)定性要求很高?，F(xiàn)有的電加熱器的電熱絲較為粗長(zhǎng)，占用空間大，在冷熱交替后，會(huì)熱脹冷縮產(chǎn)生應(yīng)力，應(yīng)力在長(zhǎng)時(shí)間的冷熱交替后會(huì)增大，導(dǎo)致材料產(chǎn)生裂紋而發(fā)生斷裂，降低電加熱器的使用壽命。而且，現(xiàn)有的電加熱器發(fā)熱不充分，傳熱性能較差，浪費(fèi)大量能源。此外，現(xiàn)有的電加熱器功率密度較低，功率偏差大，壽命較短，不能滿足核電站穩(wěn)壓器的使用需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種民用核電站穩(wěn)壓器電加熱器發(fā)熱體結(jié)構(gòu)，本發(fā)熱體結(jié)構(gòu)采用雙螺旋式電熱絲，占用空間小，發(fā)熱均勻，功率密度高，電熱絲各處受力均勻，能消除熱脹冷縮產(chǎn)生的應(yīng)力，使用壽命更長(zhǎng)；電熱絲的橫截面為矩形截面，電熱絲變形均勻，功率偏差易于控制；采用電熔氧化鎂作為密封填充料，導(dǎo)熱性更好。本發(fā)明的目的是這 樣實(shí)現(xiàn)的:
一種民用核電站穩(wěn)壓器電加熱器發(fā)熱體結(jié)構(gòu)，包括包殼，設(shè)置在包殼中的電熱絲和密封填充料，所述包殼為金屬管，其外徑為22mm,壁厚3 4mm,所述電熱絲采用雙螺旋式電熱絲，螺旋圈的直徑為12.5mm,電熱絲的橫截面為0.85 X 1.6mm的矩形截面，電熱絲位于包殼內(nèi)不接觸包殼，包殼內(nèi)的空間間隙采用純度不低于99.5%的電熔氧化鎂密封填充。所述包殼的材料采用316不銹鋼。所述包殼的長(zhǎng)度為1000-1200mm。所述電熱絲的材料采用Cr20Ni80。所述雙螺旋式電熱絲為中心對(duì)稱結(jié)構(gòu)。所述電熔氧化鎂設(shè)置為套柱狀，所述電熱絲設(shè)置于電熔氧化鎂中，電熔氧化鎂設(shè)置于包殼內(nèi)，所述包殼經(jīng)旋鍛變徑，形成電熔氧化鎂密封填充。由于采用了上述方案，本發(fā)熱體結(jié)構(gòu)的包殼為金屬管，在核電站中，環(huán)境非常惡劣，包殼直接浸沒在帶強(qiáng)輻射的一回路循環(huán)冷卻水中，一回路循環(huán)冷卻水的溫度為360°c，壓力為17.24Mpa，所以包殼必須承受高溫高壓，起著重要的保護(hù)作用，防止造成核泄漏。其外徑為22_，適應(yīng)核電站穩(wěn)壓器內(nèi)的安裝空間，其壁厚3 4_，既能保證包殼的強(qiáng)度，又能預(yù)留電熱絲的安裝空間，防止電熱絲直接接觸包殼，引起漏電，帶來安全隱患。所述電熱絲采用雙螺旋式電熱絲，雙螺旋式電熱絲是一種圓形盤旋結(jié)構(gòu)，能將應(yīng)力通過螺旋結(jié)構(gòu)有效地消除，提高電熱絲的使用壽命，而且，螺旋結(jié)構(gòu)的曲率半徑較大，產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力較小，使電熱絲的使用壽命更長(zhǎng)；雙螺旋式結(jié)構(gòu)能夠節(jié)省空間，且發(fā)熱均勻，滿足電熱絲大功率的要求。螺旋圈的直徑為12.5mm，適應(yīng)包殼內(nèi)的安裝空間。電熱絲的橫截面為0.85X 1.6mm的矩形截面，雙螺旋結(jié)構(gòu)將外力分散于螺旋圈上，使電熱絲各處均勻受力，電熱絲在受到外力的作用下就能同時(shí)并均勻的發(fā)生變化，功率及功率偏差易于控制。包殼內(nèi)的空間間隙采用純度不低于99.5%的電熔氧化鎂密封填充。雙螺旋式電熱絲被緊密壓縮在電熔氧化鎂中，與空氣隔絕，有效降低了電熱絲在加熱過程中與空氣接觸發(fā)生氧化而損耗，大大提高電加熱器的使用壽命；緊密的氧化鎂具有高導(dǎo)熱性能、絕緣性能和絕緣強(qiáng)度，再加上包殼保護(hù)并直接接觸，使熱能能夠迅速地釋放出來，減少熱能損耗，避免能源浪費(fèi)。雙螺旋電熱絲均勻密布在電熔氧化鎂中，不易發(fā)生形變，再加上氧化鎂是高導(dǎo)熱材料，所以，雙螺旋電熱絲在氧化鎂中能夠充分地發(fā)熱，發(fā)熱均勻，傳導(dǎo)熱量快，極少造成能源浪費(fèi)，而且氧化鎂與電熱絲是直接的緊密接觸，能將熱量迅速傳導(dǎo)出去，對(duì)其壽命也會(huì)有大幅度的提高。電熱絲將電能轉(zhuǎn)換成熱能，通過電熔氧化鎂傳導(dǎo)給包殼，包殼與被加熱介質(zhì)直接接觸，使被加熱介質(zhì)吸收熱量，從而實(shí)現(xiàn)加熱過程。包殼的材料采用316不銹鋼，其耐蝕性、耐大氣腐蝕性和高溫強(qiáng)度特別好，可在苛酷的條件下使用，且其加工硬化性較好。包殼的長(zhǎng)度為1000-1200mm。適應(yīng)核電站穩(wěn)壓器內(nèi)1200mm的安裝空間。電熱絲的材料采用Cr20Ni80。Cr20Ni80是電阻電熱合金，此類合金組織穩(wěn)定，電氣物理特性穩(wěn)定、高溫力學(xué)性能好，冷變形塑性好，焊接性好，長(zhǎng)期使用不會(huì)產(chǎn)生脆性斷裂，使用壽命長(zhǎng)。雙螺旋式電熱絲為中心對(duì)稱結(jié)構(gòu)，發(fā)熱更為均勻，滿足電熱絲大功率的要求。為了防止電熱絲發(fā)生較大的形變，包殼中的電熔氧化鎂需要通過旋鍛壓縮方式才能達(dá)到一定的致密度，以防止電熱 絲變形。電熔氧化鎂設(shè)置為套柱狀，電熱絲設(shè)置于電熔氧化鎂中，電熔氧化鎂設(shè)置于包殼內(nèi)，所述包殼經(jīng)旋鍛變徑，形成電熔氧化鎂密封填充。這種使電熱絲、電熔氧化鎂、包殼緊密接觸的方式還可以保證電熱絲不與管壁接觸。本發(fā)明具有高標(biāo)準(zhǔn)的電氣安全性能指標(biāo)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、發(fā)熱均勻、導(dǎo)熱快、節(jié)約能源、環(huán)保、使用壽命長(zhǎng)、在高溫高壓環(huán)境下此結(jié)構(gòu)能夠保證產(chǎn)品在正常及局部損壞情況下不至于造成核泄漏等優(yōu)點(diǎn)，其屬核安全I(xiàn)E級(jí)、核質(zhì)保QAl級(jí)、抗震I類SSE、ASME第III卷一級(jí)設(shè)備。對(duì)于要求高可靠性，安全性的核電站最為適宜。本發(fā)熱體結(jié)構(gòu)采用雙螺旋式電熱絲，發(fā)熱均勻，功率密度高，消除變形產(chǎn)生的應(yīng)力，使用壽命長(zhǎng)；緊密的電熔氧化鎂均勻分布在電熱絲周圍，導(dǎo)熱性好，節(jié)約能源，且電熱絲不易發(fā)生變形；電熱絲的橫截面為矩形截面，雙螺旋結(jié)構(gòu)將外力分散于螺旋圈上，使電熱絲各處均勻受力，電熱絲在受到外力的作用下就能同時(shí)并均勻的發(fā)生變化，功率偏差易于控制。下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖中，I為包殼，2為電熱絲，3為電熔氧化鎂。
具體實(shí)施例方式參見圖1，為民用核電站穩(wěn)壓器電加熱器發(fā)熱體結(jié)構(gòu)的一種實(shí)施例，本發(fā)熱體結(jié)構(gòu)包括包殼I，設(shè)置在包殼I中的電熱絲2和密封填充料。所述包殼I為金屬管，包殼直接與被加熱介質(zhì)直接接觸，起隔離福射，保護(hù)內(nèi)部電熱絲的作用。進(jìn)一步地，所述包殼I的材料采用316不銹鋼，316不銹鋼的分子式為18Cr-12N1-2.5Mo，其添加有Mo，相比其他金屬材料，其耐蝕性、耐大氣腐蝕性和高溫強(qiáng)度特別好，可在苛酷的條件下使用，且其加工硬化性較好。所述包殼I的長(zhǎng)度為1000-1200mm,外徑為22mm,以適應(yīng)核電站穩(wěn)壓器內(nèi)長(zhǎng)1200mm,直徑22mm的安裝空間；其壁厚3 4mm，既能保證包殼的強(qiáng)度，又能預(yù)留電熱絲的安裝空間，防止電熱絲直接接觸包殼，引起漏電，帶來安全隱患。所述電熱絲2采用雙螺旋式電熱絲2，進(jìn)一步地，所述雙螺旋式電熱絲2為中心對(duì)稱結(jié)構(gòu)，這種圓形盤旋結(jié)構(gòu)，能將應(yīng)力有效地消除，螺旋結(jié)構(gòu)的曲率半徑較大，產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力較小，提高電熱絲的使用壽命，而且雙螺旋式結(jié)構(gòu)能夠節(jié)省空間，且發(fā)熱均勻，滿足電熱絲大功率的要求。螺旋圈的直徑為12.5mm，適應(yīng)包殼內(nèi)直徑為14mm 16mm的安裝空間。電熱絲2的橫截面為0.85X 1.6mm的矩形截面，電熱絲在受到外力的作用下就能同時(shí)并均勻的發(fā)生變化，功率及功率偏差易于控制，滿足20.51kW的額定功率，以及±5%的功率偏差。電熱絲2位于包殼I內(nèi)不接觸包殼1，防止引起漏電，帶來安全隱患。進(jìn)一步地，所述電熱絲2的材料采用Cr20Ni80，Cr20Ni80是電阻電熱合金，此類合金組織穩(wěn)定，電氣物理特性穩(wěn)定、高溫力學(xué)性能好，冷變形塑性好，長(zhǎng)期使用不會(huì)產(chǎn)生脆性斷裂，使用壽命長(zhǎng)。包殼I內(nèi)的空間間隙采用純度不低于99.5%的電熔氧化鎂3密封填充。高純氧化鎂在高溫下具有優(yōu)良的耐堿性和電絕緣性，熱膨脹系數(shù)和導(dǎo)熱率高，比氧化鋁導(dǎo)熱率高2倍多，電解質(zhì)的損失僅為氧化鋁的1/10。在結(jié)構(gòu)上，雙螺旋式電熱絲被緊密壓縮在氧化鎂中，與空氣隔絕，有效降低了電熱絲在加熱過程中與空氣接觸發(fā)生氧化而損耗，大大提高電加熱器的使用壽命；緊密的氧化鎂具有高導(dǎo)熱性能、絕緣性能和絕緣強(qiáng)度，再加上包殼I保護(hù)并直接接觸，使熱能能夠迅速地釋放出來，減少熱能損耗，避免能源浪費(fèi)。雙螺旋電熱絲均勻密布在氧化鎂中，不會(huì)發(fā)生形變，再加上氧化鎂是高導(dǎo)熱材料，雙螺旋電熱絲在氧化鎂中能夠充分地發(fā)熱，發(fā)熱均勻，傳導(dǎo)熱量快，不會(huì)造成能源浪費(fèi)，而且氧化鎂與電熱絲是直接的緊密接觸，能將熱量迅 速傳導(dǎo)出去，對(duì)其壽命也會(huì)有大幅度的提高。所述電熔氧化鎂3設(shè)置為套柱狀，所述電熱絲2設(shè)置于電熔氧化鎂3中，電熔氧化鎂3設(shè)置于包殼I內(nèi)，所述包殼I經(jīng)旋鍛變徑，形成電熔氧化鎂3密封填充。第三代核電站穩(wěn)壓器所需電加熱器的技術(shù)指標(biāo)為:
1.設(shè)計(jì)參數(shù)要求:核安全I(xiàn)E級(jí)、核質(zhì)保QAl級(jí)、抗震I類SSE、ASME第III卷一級(jí)設(shè)備；額定電壓:380V，50Hz、額定功率:20.51kW±5%、功率密度:26 W/cm2 ;加熱元件包殼設(shè)計(jì)壓力(絕對(duì)壓力):17.24Mpa、包殼工作介質(zhì)及溫度:反應(yīng)堆冷卻劑(含硼水)360°C。
2.電氣性能:室溫絕緣電阻:彡2000ΜΩ、360°C高溫絕緣電阻彡200MΩ、1000VAC ;耐壓強(qiáng)度1760V(AC50Hz)電壓下，最大允許漏電電流:10mA。3.可靠性指標(biāo):按滿功率開斷5000次為10000小時(shí)或從+50%至-40%的半功率循環(huán)10000次為20000小時(shí)。本發(fā)熱體結(jié)構(gòu)的包殼直接浸沒在帶強(qiáng)輻射的一回路循環(huán)冷卻水中，一回路循環(huán)冷卻水的溫度為360°C，壓力為17.24Mpa，包殼內(nèi)的空間間隙采用純度不低于99.5%的電熔氧化鎂密封填充，包殼內(nèi)的雙螺旋式電熱絲被緊密壓縮在氧化鎂中，與空氣隔絕。緊密的氧化鎂使電熱絲的熱能能夠迅速地釋放出來，防止電熱絲發(fā)生形變，電熱絲將電能轉(zhuǎn)換成熱能，通過電熔氧化鎂傳導(dǎo)給包殼，包殼與被加熱介質(zhì)直接接觸，使被加熱介質(zhì)吸收熱量，從而實(shí)現(xiàn)加熱過程。本發(fā)明不僅僅局限于上述實(shí)施例，在不背離本發(fā)明技術(shù)方案原則精神的情況下進(jìn)行些許改動(dòng)的技術(shù)方案 ，應(yīng)落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種民用核電站穩(wěn)壓器電加熱器發(fā)熱體結(jié)構(gòu)，包括包殼，設(shè)置在包殼中的電熱絲和密封填充料，其特征在于:所述包殼為金屬管，其外徑為22mm，壁厚3 4mm，所述電熱絲采用雙螺旋式電熱絲，螺旋圈的直徑為12.5mm,電熱絲的橫截面為0.85 X 1.6mm的矩形截面，電熱絲位于包殼內(nèi)不接觸包殼，包殼內(nèi)的空間間隙采用純度不低于99.5%的電熔氧化鎂密封填充。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的民用核電站穩(wěn)壓器電加熱器發(fā)熱體結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述包殼的材料采用316不銹鋼。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的民用核電站穩(wěn)壓器電加熱器發(fā)熱體結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述包殼的長(zhǎng)度為1000-1200mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的民用核電站穩(wěn)壓器電加熱器發(fā)熱體結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述電熱絲的材料采用Cr20Ni80。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的民用核電站穩(wěn)壓器電加熱器發(fā)熱體結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述雙螺旋式電熱絲為中心對(duì)稱結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的民用核電站穩(wěn)壓器電加熱器發(fā)熱體結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述電熔氧化鎂設(shè)置為套柱狀，所述電熱絲設(shè)置于電熔氧化鎂中，電熔氧化鎂設(shè)置于包殼內(nèi)，所述包殼經(jīng)旋鍛變徑，形成電熔氧化鎂密封填充。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種民用核電站穩(wěn)壓器電加熱器發(fā)熱體結(jié)構(gòu)，包括包殼，設(shè)置在包殼中的電熱絲和密封填充料，所述包殼為金屬管，其外徑為22mm，壁厚3～4mm，所述電熱絲采用雙螺旋式電熱絲，螺旋圈的直徑為12.5mm，電熱絲的橫截面為0.85×1.6mm的矩形截面，電熱絲位于包殼內(nèi)不接觸包殼，包殼內(nèi)的空間間隙采用純度不低于99.5%的電熔氧化鎂密封填充。本發(fā)熱體結(jié)構(gòu)采用雙螺旋式電熱絲，發(fā)熱均勻，功率密度高，電熱絲各處受力均勻，能消除熱脹冷縮產(chǎn)生的應(yīng)力，使用壽命更長(zhǎng)；電熱絲的橫截面為矩形截面，電熱絲變形均勻，功率偏差易于控制；采用電熔氧化鎂作為密封填充料，導(dǎo)熱性更好。
文檔編號(hào)H05B3/10GK103237374SQ20131015205
公開日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月27日
發(fā)明者陳思源, 周正川, 楊曉波 申請(qǐng)人:重慶川儀十七廠有限公司