模擬loca工況下對(duì)核燃料包殼管性能評(píng)估的實(shí)驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種模擬LOCA工況下對(duì)核燃料包殼管性能評(píng)估的實(shí)驗(yàn)裝置，特別涉及一種模擬LOCA工況發(fā)生時(shí)在高溫水蒸氣氧化及淬火中用于評(píng)估核燃料包殼性能的實(shí)驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]核燃料包殼管為核燃料芯塊外面的一層保護(hù)層，它保護(hù)燃料芯塊不受冷卻劑的侵蝕，避免燃料中裂變產(chǎn)物外泄，使冷卻劑免受污染，同時(shí)還能保持燃料元件的幾何形狀并使之有足夠的剛度和機(jī)械強(qiáng)度。包殼是反應(yīng)堆中工況最苛刻的重要部件。其工況條件為其包容核燃料，承受高溫高壓和強(qiáng)烈的中子輻射，受裂變氣體壓力、腐蝕、燃料腫脹、吸氫致脆等危害，受冷卻劑壓力、沖刷、振動(dòng)和腐蝕以及氫脆等威脅。因此核燃料包殼管的性能十分重要，關(guān)系到核電站的安全。
[0003]LOCA為反應(yīng)堆運(yùn)行過(guò)程中非常嚴(yán)重的事故，該事故發(fā)生主要由以下原因引起的:一回路一根管道或輔助系統(tǒng)的管道破裂;一回路或輔助系統(tǒng)管道的閥門(mén)意外打開(kāi)或不能關(guān)閉;輸送一回路介質(zhì)的栗的軸封或閥桿泄露。LOCA事故發(fā)生時(shí)反應(yīng)堆失去一回路冷卻劑，堆芯冷卻不良導(dǎo)致包殼溫度快速升高，使其氧化速率加快，造成包殼材料氧化膜厚度快速增加。在LOCA的后期，大量的水注入反應(yīng)堆活性區(qū)，使包殼材料溫度快速下降，可以認(rèn)為該過(guò)程是對(duì)包殼材料的淬火，如果包殼材料沒(méi)有足夠的抗沖擊能力便會(huì)發(fā)生破裂，導(dǎo)致放射性裂變產(chǎn)物釋放，對(duì)反應(yīng)堆的安全構(gòu)成威脅。
[0004]如果用堆內(nèi)實(shí)驗(yàn)獲得燃料包殼材料在LOCA工況下的行為，不僅技術(shù)復(fù)雜，而且耗費(fèi)較大。因此，基本上采用反應(yīng)堆外模擬技術(shù)及裝置來(lái)評(píng)估燃料核燃料包殼管的性能。目前，進(jìn)行模擬LOCA工況下包殼行為的裝置較少，大部分為了利于控溫采取外部加熱的方式，該方式與LOCA真實(shí)工況不相符合，不能夠更加真實(shí)的反應(yīng)工況下材料的性能。同時(shí)，一部分實(shí)驗(yàn)裝置在加熱過(guò)程中核燃料包殼管不能自由膨脹，因此燃料核燃料包殼管在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中承受了一定的外力，這將對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生一定的影響，不能準(zhǔn)確的反應(yīng)材料的真實(shí)性能，還有一部分實(shí)驗(yàn)裝置在加熱過(guò)程中核燃料包殼管能夠自由膨脹，但其存在了膨脹后變彎的問(wèn)題，無(wú)法使得包殼管能夠自由伸縮，更準(zhǔn)確的測(cè)試材料的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種模擬LOCA工況下對(duì)核燃料包殼管性能評(píng)估的實(shí)驗(yàn)裝置。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采取如下技術(shù)方案:
[0007]—種模擬LOCA工況下對(duì)核燃料包殼管性能評(píng)估的實(shí)驗(yàn)裝置，其包括:
[0008]用于容納核燃料包殼管的型腔，該型腔包括通過(guò)密封件分隔形成的位于上下兩端的真空腔和位于中部的淬火腔，在密封件上設(shè)有通孔，核燃料包殼管至少有兩節(jié)，每?jī)晒?jié)之間通過(guò)連接件相密封連接，且多節(jié)核燃料包殼管中有一節(jié)為尺寸滿足實(shí)驗(yàn)需求的實(shí)驗(yàn)管，在相連接后的多節(jié)核燃料包殼管的上下兩端部分別穿過(guò)相對(duì)應(yīng)端部的通孔、并分別位于上下兩端的真空腔內(nèi)，其中連接件的兩端部分別能夠滑動(dòng)地設(shè)置在核燃料包殼管內(nèi)，且在連接件上開(kāi)設(shè)有連接孔，實(shí)驗(yàn)管在受熱膨脹后能夠自由伸縮；
[0009]用于密封相連接后的多節(jié)核燃料包殼管兩端部的上封頭和下封頭，且分別在上封頭和下封頭上開(kāi)設(shè)有上孔和下孔；
[0010]加熱裝置，其包括兩端部分別穿入上孔和下孔中、且位于連接孔中的發(fā)熱體，上封頭和下封頭、以及連接件將發(fā)熱體與核燃料包殼管的內(nèi)壁絕緣隔開(kāi)。
[0011]優(yōu)選地，連接件、上封頭和下封頭的材質(zhì)相同，均為石英、陶瓷或碳化硼中的一種。其中材質(zhì)碳化硼最佳，便于連接件的加工成型。
[0012]優(yōu)選地，發(fā)熱體的兩端部分別伸出上封頭和下封頭，加熱裝置還包括分別連接在發(fā)熱體兩端部的電極。
[0013]進(jìn)一步的，電極的材質(zhì)為銅。
[0014]進(jìn)一步的，加熱裝置還包括分別設(shè)置在真空腔內(nèi)、用于將電極與真空腔相絕緣的絕緣層。
[0015]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)具體實(shí)施和優(yōu)選方面，相連接后的多節(jié)核燃料包殼管豎直位于型腔的中部，且在下封頭的底部還設(shè)有用于支撐所述發(fā)熱體的支撐塊，該支撐塊為絕緣體。
[0016]優(yōu)選地，上孔、下孔、連接孔的中心位于同一條直線上，所述的發(fā)熱體位于相連接后的多節(jié)所述核燃料包殼管的中部。
[0017]優(yōu)選地，核燃料包殼管有兩節(jié)，實(shí)驗(yàn)管位于下方，當(dāng)對(duì)實(shí)驗(yàn)管進(jìn)行淬火處理時(shí)，位于淬火腔內(nèi)的淬火液的液位處于連接件的下方。防止淬火液滲進(jìn)實(shí)驗(yàn)管的內(nèi)部。
[0018]根據(jù)本實(shí)用新型的又一個(gè)具體實(shí)施和優(yōu)選方面，實(shí)驗(yàn)裝置還包括氣體保護(hù)裝置，該氣體保護(hù)裝置包括保護(hù)氣體存儲(chǔ)器;分別向真空腔、淬火腔、以及核燃料包殼管內(nèi)通入保護(hù)氣體的管道;以及控制閥。
[0019]此外，密封件為水冷密封件，相連接后的多節(jié)核燃料包殼管的上下兩端部分別與通孔由石墨密封圈進(jìn)行密封。
[0020]淬火腔上還設(shè)有測(cè)溫窗口。便于實(shí)際操控。同時(shí)，淬火腔上還設(shè)有與淬火腔相連通的水蒸氣入口管道和出口管道、以及用于通入或排出淬火液的管道。
[0021]由于以上技術(shù)方案的實(shí)施，本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0022]本實(shí)用新型的裝置設(shè)計(jì)巧妙，合理，使得燃料包殼管在管受熱過(guò)程中可以自由膨脹和伸縮，同時(shí)由連接件將相鄰兩個(gè)燃料包殼管活動(dòng)且密封設(shè)置，還能夠解決核燃料包殼管在加熱過(guò)程中膨脹變彎的問(wèn)題，從而能夠準(zhǔn)確的評(píng)估核燃料包殼管性能，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，且成本低。
【附圖說(shuō)明】
[0023]下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0024]圖1為根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]其中:1、核燃料包殼管(鋯合金包殼管)；2、型腔;3、密封件(水冷密封件)；4、真空腔;5、淬火腔；6、連接件;7、上封頭;8、下封頭;9、加熱裝置;90、發(fā)熱體;91、電極；10、氣體保護(hù)裝置;100、保護(hù)氣體的管道;11、墨密封圈；12、測(cè)溫窗口； 13、水蒸氣的入口管道;14、水蒸氣的出口管道;15、淬火液的管道(通入或排出)；16、支撐塊。
【具體實(shí)施方式】
[0026]如圖1所示，本實(shí)施例提供模擬LOCA工況下對(duì)核燃料包殼管性能評(píng)估的實(shí)驗(yàn)裝置，其主要包括:用于容納核燃料包殼管I的型腔2，該型腔2包括通過(guò)密封件3分隔形成的位于上下兩端的真空腔4和位于中部的淬火腔5，在密封件3上設(shè)有通孔(圖中未顯示)，核燃料包殼管I至少有兩節(jié)，每?jī)晒?jié)之間通過(guò)連接件6相密封連接，且多節(jié)核燃料包殼管I中有一節(jié)為尺寸滿足實(shí)驗(yàn)需求的實(shí)驗(yàn)管，在相連接后的多節(jié)核燃料包殼管I的上下兩端部分別穿過(guò)相對(duì)應(yīng)端部的通孔、并分別位于上下兩端的真空腔4內(nèi)，其中連接件6的兩端部分別能夠滑動(dòng)地設(shè)置在核燃料包殼管I內(nèi)，且在連接件6上開(kāi)設(shè)有連接孔，實(shí)驗(yàn)管在受熱膨脹后能夠自由