本發(fā)明涉及試驗(yàn)段設(shè)計(jì)，具體地，涉及一種全尺寸反應(yīng)堆壓力容器下封頭試驗(yàn)段模擬方法。

背景技術(shù)：

在第三代先進(jìn)反應(yīng)堆設(shè)計(jì)中，當(dāng)反應(yīng)堆發(fā)生嚴(yán)重事故，通過(guò)對(duì)壓力容器下封頭實(shí)施基于自然循環(huán)的外部冷卻(ERVC)，實(shí)現(xiàn)熔融物堆內(nèi)滯留(IVR)，保證壓力容器的完整性。

當(dāng)下封頭的熱流密度不超過(guò)其臨界熱流密度時(shí)，就可以保證壓力容器的完整性，為了驗(yàn)證壓力容器下封頭的臨界熱流是否達(dá)到要求，需開(kāi)展全尺寸壓力容器下封頭(半徑達(dá)到2m多)熱工水力驗(yàn)證試驗(yàn)。由于需要模擬堆內(nèi)熔融物的發(fā)熱和下封頭的材料特性以及保溫層特性，試驗(yàn)段的設(shè)計(jì)成為試驗(yàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種全尺寸反應(yīng)堆壓力容器下封頭試驗(yàn)段模擬方法，用于模擬曲率半徑為2m多的大型熱工水力試驗(yàn)的試驗(yàn)段加熱方式、材料焊接方式，以及壓力容器下封頭保溫層設(shè)計(jì)。

根據(jù)本發(fā)明提供的全尺寸反應(yīng)堆壓力容器下封頭試驗(yàn)段模擬方法，包括如下步驟：

步驟S1：采用一個(gè)與反應(yīng)堆下封頭等半徑的弧形加熱壁模擬下封頭；

步驟S2：在弧形加熱壁上切割若干道槽，將弧形加熱壁分割為多段加熱塊單元模塊；

步驟S3：加熱塊單元模塊上開(kāi)有多排錯(cuò)排的加熱孔，從而在各加熱塊單元模塊中插入加熱棒組；

步驟S4：將一層原型材料試驗(yàn)本體與所述弧形加熱壁相連接。

優(yōu)選地，所述步驟S2具體為，在弧形加熱壁上均勻切割五道4mm寬的槽，將其分割為6段有效張角范圍為15°的加熱塊單元模塊，各加熱塊單元模塊之間仍有30mm厚的短弧段相連。

優(yōu)選地，所述步驟S3具體為，加熱塊單元模塊偏上位置開(kāi)有4排錯(cuò)排的直徑為9.4mm的圓形加熱孔，在各加熱塊單元模塊中插入加熱棒組。

優(yōu)選地，所述步驟S4具體為，通過(guò)爆炸焊接工藝將一層厚2mm原型材料試驗(yàn)本體與一層厚66mm的銅制成的弧形加熱壁相焊接，從而形成的弧形厚加熱段。

優(yōu)選地，所述原型材料試驗(yàn)本體采用牌號(hào)為SA 508Gr.3C1.1的碳鋼制成。

優(yōu)選地，在4排圓形加熱孔下側(cè)，鉆有3排熱電偶測(cè)點(diǎn)孔，熱電偶測(cè)點(diǎn)孔用于測(cè)量、監(jiān)測(cè)加熱熱流與弧形加熱壁的表面溫度。

優(yōu)選地，在最上面的2排加熱棒相鄰位置均勻布置有若干個(gè)監(jiān)測(cè)熱電偶，用于評(píng)估加熱棒的壁溫。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

1、本發(fā)明將銅與原型材料采用爆炸焊的工藝結(jié)合到一起，解決了完全采用原型材料帶來(lái)溫度過(guò)高，加熱棒難以承受的問(wèn)題。

2、本發(fā)明采用雙層不銹鋼模擬保溫層，可以塑造需要的保溫層線型，并起到一定的保溫作用。

附圖說(shuō)明

通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：

圖1為本發(fā)明中弧形加熱壁的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明整塊厚銅加熱弧段的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3(a)為本發(fā)明中加熱塊單元模塊的一種結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3(b)為本發(fā)明中加熱塊單元模塊的另一種結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明中下水箱內(nèi)保溫層槽道的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明中原型材料試驗(yàn)本體與弧形加熱壁的配合示意圖。

圖中：

1為下水箱側(cè)壁；2為保溫層；3為密封條；4為弧形加熱壁的外壁；5為流道；6為保溫層槽道；7為原型材料試驗(yàn)本體；8為銅塊制成的弧形加熱壁。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

在本實(shí)施例中，本發(fā)明提供的全尺寸反應(yīng)堆壓力容器下封頭試驗(yàn)段模擬方法，包括如下步驟：

步驟S1：采用一個(gè)與反應(yīng)堆下封頭等半徑的弧形加熱壁模擬下封頭；所述弧形加熱壁在與半徑垂直方向上等寬，以考慮該加熱弧段大的熱慣性，如圖1所示。如圖1所示。原型材料為鐵，鐵的導(dǎo)熱系數(shù)低，直接用電加熱棒加熱會(huì)使原型材料制成的試驗(yàn)本體溫度超過(guò)電加熱器的允許使用溫度，并且也會(huì)由于溫度過(guò)高而導(dǎo)致沒(méi)有合適的密封墊片供選用，故而采用銅材料和原型材料復(fù)合，利用銅導(dǎo)熱系數(shù)高的特性，降低整個(gè)試驗(yàn)本體的溫度。

步驟S2：在弧形加熱壁上切割若干道槽，將弧形加熱壁分割為多段加熱塊單元模塊，從而使弧形加熱壁熱流分布的控制方便，減小二維導(dǎo)熱效應(yīng)的影響，吸收熱膨脹；

步驟S3：加熱塊單元模塊上開(kāi)有多排錯(cuò)排的加熱孔，從而在各加熱塊單元模塊中插入加熱棒組；

步驟S4：將一層原型材料試驗(yàn)本體與所述弧形加熱壁相連接。

所述步驟S2具體為，為了吸收因加熱而產(chǎn)生的熱膨脹，在弧形加熱壁上均勻切割五道4mm寬的槽，將其分割為6段有效張角范圍為15°(實(shí)際的單元模塊弧度為14.9)的加熱塊單元模塊，各加熱塊單元模塊之間仍有30mm厚的短弧段相連。

各加熱塊單元模塊之間仍有30mm厚的短弧段相連，如圖2所示，切割槽后形成的6個(gè)加熱塊單元模塊如圖3所示。該弧形加熱壁為寬度為170mm(實(shí)際流道寬度為150mm)的厚銅弧段，寬度選取的原則是側(cè)壁效應(yīng)摩擦影響盡可能小。

所述步驟S3具體為，加熱塊單元模塊偏上位置開(kāi)有4排錯(cuò)排的直徑為9.4mm的圓形加熱孔，在各加熱塊單元模塊中插入加熱棒組，用于精確安裝加熱棒，通過(guò)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)各加熱棒功率，達(dá)到控制沿加熱塊單元模塊熱流分布的目的。

所述步驟S4具體為，通過(guò)爆炸焊接工藝將一層厚2mm原型材料試驗(yàn)本體與一層厚66mm的銅制成的弧形加熱壁相焊接，從而形成的弧形厚加熱段。

降低銅與原型材料之間的熱阻可以進(jìn)一步降低整個(gè)試驗(yàn)本體的溫度，而消除兩種材料之間的縫隙是減小熱阻的有效方法，本發(fā)明采用爆炸焊的方式來(lái)消除兩者之間的縫隙。爆炸焊接是一種固相焊接方法，利用炸藥爆炸產(chǎn)生的沖擊力造成工件迅速碰撞而實(shí)現(xiàn)焊接，通常用于異種金屬之間的焊接，可以獲得強(qiáng)度很高的焊接接頭。本發(fā)明采用的爆炸焊是面焊，將兩種材料接觸面完全貼合在一起，保證熱量的最高傳輸效果，最終形成在一段厚銅塊底部通過(guò)爆炸焊焊接原型材料的試驗(yàn)段，如圖4所示。

在4排圓形加熱孔下側(cè)，鉆有3排熱電偶測(cè)點(diǎn)孔，熱電偶測(cè)點(diǎn)孔用于測(cè)量、監(jiān)測(cè)加熱熱流與弧形加熱壁的表面溫度。熱電偶測(cè)點(diǎn)孔的直徑為φ1.2mm，分為a、b、c三層，c層最接近加熱壁面

在最上面的2排加熱棒相鄰位置均勻布置有若干個(gè)監(jiān)測(cè)熱電偶，用于評(píng)估加熱棒的壁溫。在變形例中，可以通過(guò)報(bào)警與功率切除系統(tǒng)，以達(dá)到保護(hù)加熱棒，防止超溫的目的。

為了便于觀察加熱表面的蒸汽行為和兩相流動(dòng)現(xiàn)象，根據(jù)流道可視化試驗(yàn)需要，側(cè)壁上對(duì)應(yīng)位置還設(shè)有圓形觀測(cè)窗，以光學(xué)玻璃壓蓋并密封。觀察窗共有6個(gè)，大約每15°布置一個(gè)視窗，確保對(duì)整個(gè)試驗(yàn)流道內(nèi)的兩相流動(dòng)狀況進(jìn)行連續(xù)觀察。

模擬反應(yīng)堆保溫層的保溫層模擬件材料為不銹鋼，按實(shí)際所需保溫層型線彎板制成，并設(shè)計(jì)為雙板夾層，夾層起到一定絕熱作用；如圖4所示，保溫層模擬件置于下水箱側(cè)板內(nèi)側(cè)專(zhuān)門(mén)的弧形保溫層槽道中，安裝或更換時(shí)可打開(kāi)下水箱側(cè)壁的安裝門(mén)，將保溫層模擬件推入，由保溫層模擬件底部定位塊沿圓弧形槽道導(dǎo)向并定位，該設(shè)計(jì)主要是為便于更換保溫層模擬件，以進(jìn)行ERVC流道形狀敏感性及優(yōu)化試驗(yàn)。這樣，厚銅加熱弧段、下水箱兩側(cè)壁與保溫層模擬件之間圍成了矩形截面的流道，構(gòu)成試驗(yàn)本體流道。

試驗(yàn)段與下水箱形成試驗(yàn)本體流道，需要考慮試驗(yàn)段與下水箱之間的密封，由于銅的熱膨脹，最高溫度可能達(dá)到350℃，所以密封墊既要耐高溫，又要有較大的位移補(bǔ)償能力，以補(bǔ)償由于不規(guī)則的密封面由于銅條熱變形產(chǎn)生的縫隙，防止流道發(fā)生泄漏。能承受此溫度常用墊片有石棉墊片、石墨墊片、金屬墊片和橡膠墊片。石棉墊片和石墨墊片密封需要的比壓較高，不利于吸收高溫下銅的膨脹，并且由于密封面單邊長(zhǎng)度達(dá)到4m左右，需要墊片有優(yōu)良的彈性吸收熱變形產(chǎn)生的縫隙；金屬墊片不僅比壓高、彈性差，而且熱阻小，不利于阻隔試驗(yàn)段與水箱之間的額熱傳導(dǎo)，造成較大的熱損失。因此本發(fā)明選用彈性?xún)?yōu)良的橡膠墊片，補(bǔ)償由于試驗(yàn)本體熱膨脹與水箱產(chǎn)生的縫隙。

試驗(yàn)段與下水箱采用蝶形彈簧壓緊固定，以吸收原型材料試驗(yàn)本體徑向的膨脹量，防止由于徑向變形將橡膠墊片擠壓損壞。蝶形彈簧采用串聯(lián)方式，降低其剛度，每組兩片并聯(lián)。

以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。