CN103237374B - 民用核电站稳压器电加热器发热体结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种民用核电站稳压器电加热器发热体结构，包括包壳，设置在包壳中的电热丝和密封填充料，所述包壳为金属管，其外径为22mm，壁厚3～4mm，所述电热丝采用双螺旋式电热丝，螺旋圈的直径为12.5mm，电热丝的横截面为0.85×1.6mm的矩形截面，电热丝位于包壳内不接触包壳，包壳内的空间间隙采用纯度不低于99.5%的电熔氧化镁密封填充。本发热体结构采用双螺旋式电热丝，发热均匀，功率密度高，电热丝各处受力均匀，能消除热胀冷缩产生的应力，使用寿命更长；电热丝的横截面为矩形截面，电热丝变形均匀，功率偏差易于控制；采用电熔氧化镁作为密封填充料，导热性更好。

Description

民用核电站稳压器电加热器发热体结构

技术领域

本发明涉及民用核电站稳压器电加热器领域，特别是涉及一种民用核电站稳压器电加热器发热体结构。

背景技术

电加热器是第三代核电站稳压器中必须的主要部件之一，其主要功能是在核电厂额定工况和变负荷运行中，加热稳压器中的水使稳压器维持在恒定的运行压力。在反应堆启动和停止时，电加热器用来满足反应堆一回路冷却剂系统的控温要求。核电站稳压器中的条件恶劣，安装电加热器的空间较小，电加热器的功率大，对电加热器的可靠性及稳定性要求很高。

现有的电加热器的电热丝较为粗长，占用空间大，在冷热交替后，会热胀冷缩产生应力，应力在长时间的冷热交替后会增大，导致材料产生裂纹而发生断裂，降低电加热器的使用寿命。而且，现有的电加热器发热不充分，传热性能较差，浪费大量能源。此外，现有的电加热器功率密度较低，功率偏差大，寿命较短，不能满足核电站稳压器的使用需求。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种民用核电站稳压器电加热器发热体结构，本发热体结构采用双螺旋式电热丝，占用空间小，发热均匀，功率密度高，电热丝各处受力均匀，能消除热胀冷缩产生的应力，使用寿命更长；电热丝的横截面为矩形截面，电热丝变形均匀，功率偏差易于控制；采用电熔氧化镁作为密封填充料，导热性更好。

本发明的目的是这样实现的：

一种民用核电站稳压器电加热器发热体结构，包括包壳，设置在包壳中的电热丝和密封填充料，所述包壳为金属管，其外径为22mm，壁厚3～4mm，所述电热丝采用双螺旋式电热丝，螺旋圈的直径为12.5mm，电热丝的横截面为0.85×1.6mm的矩形截面，电热丝位于包壳内不接触包壳，包壳内的空间间隙采用纯度不低于99.5%的电熔氧化镁密封填充。

所述包壳的材料采用316不锈钢。

所述包壳的长度为1000-1200mm。

所述电热丝的材料采用Cr20Ni80。

所述双螺旋式电热丝为中心对称结构。

所述电熔氧化镁设置为套柱状，所述电热丝设置于电熔氧化镁中，电熔氧化镁设置于包壳内，所述包壳经旋锻变径，形成电熔氧化镁密封填充。

由于采用了上述方案，本发热体结构的包壳为金属管，在核电站中，环境非常恶劣，包壳直接浸没在带强辐射的一回路循环冷却水中，一回路循环冷却水的温度为360℃，压力为17.24Mpa，所以包壳必须承受高温高压，起着重要的保护作用，防止造成核泄漏。其外径为22mm，适应核电站稳压器内的安装空间，其壁厚3～4mm，既能保证包壳的强度，又能预留电热丝的安装空间，防止电热丝直接接触包壳，引起漏电，带来安全隐患。所述电热丝采用双螺旋式电热丝，双螺旋式电热丝是一种圆形盘旋结构，能将应力通过螺旋结构有效地消除，提高电热丝的使用寿命，而且，螺旋结构的曲率半径较大，产生的弯曲应力较小，使电热丝的使用寿命更长；双螺旋式结构能够节省空间，且发热均匀，满足电热丝大功率的要求。螺旋圈的直径为12.5mm，适应包壳内的安装空间。电热丝的横截面为0.85×1.6mm的矩形截面，双螺旋结构将外力分散于螺旋圈上，使电热丝各处均匀受力，电热丝在受到外力的作用下就能同时并均匀的发生变化，功率及功率偏差易于控制。包壳内的空间间隙采用纯度不低于99.5%的电熔氧化镁密封填充。双螺旋式电热丝被紧密压缩在电熔氧化镁中，与空气隔绝，有效降低了电热丝在加热过程中与空气接触发生氧化而损耗，大大提高电加热器的使用寿命；紧密的氧化镁具有高导热性能、绝缘性能和绝缘强度，再加上包壳保护并直接接触，使热能能够迅速地释放出来，减少热能损耗，避免能源浪费。双螺旋电热丝均匀密布在电熔氧化镁中，不易发生形变，再加上氧化镁是高导热材料，所以，双螺旋电热丝在氧化镁中能够充分地发热，发热均匀，传导热量快，极少造成能源浪费，而且氧化镁与电热丝是直接的紧密接触，能将热量迅速传导出去，对其寿命也会有大幅度的提高。电热丝将电能转换成热能，通过电熔氧化镁传导给包壳，包壳与被加热介质直接接触，使被加热介质吸收热量，从而实现加热过程。

包壳的材料采用316不锈钢，其耐蚀性、耐大气腐蚀性和高温强度特别好，可在苛酷的条件下使用，且其加工硬化性较好。

包壳的长度为1000-1200mm。适应核电站稳压器内1200mm的安装空间。

电热丝的材料采用Cr20Ni80。Cr20Ni80是电阻电热合金，此类合金组织稳定，电气物理特性稳定、高温力学性能好，冷变形塑性好，焊接性好，长期使用不会产生脆性断裂，使用寿命长。

双螺旋式电热丝为中心对称结构，发热更为均匀，满足电热丝大功率的要求。

为了防止电热丝发生较大的形变，包壳中的电熔氧化镁需要通过旋锻压缩方式才能达到一定的致密度，以防止电热丝变形。电熔氧化镁设置为套柱状，电热丝设置于电熔氧化镁中，电熔氧化镁设置于包壳内，所述包壳经旋锻变径，形成电熔氧化镁密封填充。这种使电热丝、电熔氧化镁、包壳紧密接触的方式还可以保证电热丝不与管壁接触。

本发明具有高标准的电气安全性能指标、结构简单、发热均匀、导热快、节约能源、环保、使用寿命长、在高温高压环境下此结构能够保证产品在正常及局部损坏情况下不至于造成核泄漏等优点，其属核安全1E级、核质保QA1级、抗震1类SSE、ASME第III卷一级设备。对于要求高可靠性，安全性的核电站最为适宜。本发热体结构采用双螺旋式电热丝，发热均匀，功率密度高，消除变形产生的应力，使用寿命长；紧密的电熔氧化镁均匀分布在电热丝周围，导热性好，节约能源，且电热丝不易发生变形；电热丝的横截面为矩形截面，双螺旋结构将外力分散于螺旋圈上，使电热丝各处均匀受力，电热丝在受到外力的作用下就能同时并均匀的发生变化，功率偏差易于控制。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

附图中，1为包壳，2为电热丝，3为电熔氧化镁。

具体实施方式

参见图1，为民用核电站稳压器电加热器发热体结构的一种实施例，本发热体结构包括包壳1，设置在包壳1中的电热丝2和密封填充料。所述包壳1为金属管，包壳直接与被加热介质直接接触，起隔离辐射，保护内部电热丝的作用。进一步地，所述包壳1的材料采用316不锈钢，316不锈钢的分子式为18Cr-12Ni-2.5Mo，其添加有Mo，相比其他金属材料，其耐蚀性、耐大气腐蚀性和高温强度特别好，可在苛酷的条件下使用，且其加工硬化性较好。所述包壳1的长度为1000-1200mm，外径为22mm，以适应核电站稳压器内长1200mm，直径22mm的安装空间；其壁厚3～4mm，既能保证包壳的强度，又能预留电热丝的安装空间，防止电热丝直接接触包壳，引起漏电，带来安全隐患。所述电热丝2采用双螺旋式电热丝2，进一步地，所述双螺旋式电热丝2为中心对称结构，这种圆形盘旋结构，能将应力有效地消除，螺旋结构的曲率半径较大，产生的弯曲应力较小，提高电热丝的使用寿命，而且双螺旋式结构能够节省空间，且发热均匀，满足电热丝大功率的要求。螺旋圈的直径为12.5mm，适应包壳内直径为14mm～16mm的安装空间。电热丝2的横截面为0.85×1.6mm的矩形截面，电热丝在受到外力的作用下就能同时并均匀的发生变化，功率及功率偏差易于控制，满足20.51kW的额定功率，以及±5％的功率偏差。电热丝2位于包壳1内不接触包壳1，防止引起漏电，带来安全隐患。进一步地，所述电热丝2的材料采用Cr20Ni80，Cr20Ni80是电阻电热合金，此类合金组织稳定，电气物理特性稳定、高温力学性能好，冷变形塑性好，长期使用不会产生脆性断裂，使用寿命长。

包壳1内的空间间隙采用纯度不低于99.5%的电熔氧化镁3密封填充。高纯氧化镁在高温下具有优良的耐碱性和电绝缘性，热膨胀系数和导热率高，比氧化铝导热率高2倍多，电解质的损失仅为氧化铝的1/10。在结构上，双螺旋式电热丝被紧密压缩在氧化镁中，与空气隔绝，有效降低了电热丝在加热过程中与空气接触发生氧化而损耗，大大提高电加热器的使用寿命；紧密的氧化镁具有高导热性能、绝缘性能和绝缘强度，再加上包壳1保护并直接接触，使热能能够迅速地释放出来，减少热能损耗，避免能源浪费。双螺旋电热丝均匀密布在氧化镁中，不会发生形变，再加上氧化镁是高导热材料，双螺旋电热丝在氧化镁中能够充分地发热，发热均匀，传导热量快，不会造成能源浪费，而且氧化镁与电热丝是直接的紧密接触，能将热量迅速传导出去，对其寿命也会有大幅度的提高。所述电熔氧化镁3设置为套柱状，所述电热丝2设置于电熔氧化镁3中，电熔氧化镁3设置于包壳1内，所述包壳1经旋锻变径，形成电熔氧化镁3密封填充。

第三代核电站稳压器所需电加热器的技术指标为：

1.设计参数要求：核安全1E级、核质保QA1级、抗震1类SSE、ASME第III卷一级设备；额定电压：380V，50Hz、额定功率：20.51kW±5％、功率密度：26W/cm2；加热元件包壳设计压力（绝对压力）：17.24Mpa、包壳工作介质及温度：反应堆冷却剂（含硼水）360℃。2.电气性能：室温绝缘电阻：≥2000MΩ、360℃高温绝缘电阻≥200MΩ、1000VAC；耐压强度1760V(AC50Hz)电压下，最大允许漏电电流：10mA。3.可靠性指标：按满功率开断5000次为10000小时或从+50%至-40%的半功率循环10000次为20000小时。

本发热体结构的包壳直接浸没在带强辐射的一回路循环冷却水中，一回路循环冷却水的温度为360℃，压力为17.24Mpa，包壳内的空间间隙采用纯度不低于99.5%的电熔氧化镁密封填充，包壳内的双螺旋式电热丝被紧密压缩在氧化镁中，与空气隔绝。紧密的氧化镁使电热丝的热能能够迅速地释放出来，防止电热丝发生形变，电热丝将电能转换成热能，通过电熔氧化镁传导给包壳，包壳与被加热介质直接接触，使被加热介质吸收热量，从而实现加热过程。

本发明不仅仅局限于上述实施例，在不背离本发明技术方案原则精神的情况下进行些许改动的技术方案，应落入本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种民用核电站稳压器电加热器发热体结构，包括包壳，设置在包壳中的电热丝和密封填充料，其特征在于：所述包壳为金属管，其外径为22mm，壁厚3～4mm，所述电热丝采用双螺旋式电热丝，所述双螺旋式电热丝为中心对称结构，螺旋圈的直径为12.5mm，电热丝的横截面为0.85×1.6mm的矩形截面，电热丝位于包壳内不接触包壳，包壳内的空间间隙采用纯度不低于99.5%的电熔氧化镁密封填充，所述电熔氧化镁设置为套柱状，所述电热丝设置于电熔氧化镁中，电熔氧化镁设置于包壳内，所述包壳经旋锻变径，形成电熔氧化镁密封填充。

2.根据权利要求1所述的民用核电站稳压器电加热器发热体结构，其特征在于：所述包壳的材料采用316不锈钢。

3.根据权利要求1或2所述的民用核电站稳压器电加热器发热体结构，其特征在于：所述包壳的长度为1000-1200mm。

4.根据权利要求1所述的民用核电站稳压器电加热器发热体结构，其特征在于：所述电热丝的材料采用Cr20Ni80。