CN104361918B - 一种可拆卸可回装辐照试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开的是一种可拆卸可回装辐照试验装置，主要解决了现有技术中并没有适于燃料组件中途取出的辐照试验装置的问题。本发明包括具有内腔体且内腔体一端开口的承压组件（1），设置在承压组件（1）内腔体内且顺次连接的压紧弹簧（2）、引线保护鼠笼（3）、分流管组件（4），套接在承压组件（1）外部且一端与承压组件（1）连接的过渡管组件（5），套接在承压组件（1）一端且与过渡管组件（5）另一端连接的绝热管组件（6），设置在承压组件（1）上的热电偶（7），以及与压紧弹簧（2）连接且用于对承压组件（1）开口进行封堵的平板法兰组件（8）。本发明具有满足高温高压环境下燃料组件试验要求且便于拆卸、便于回装等优点。

Description

一种可拆卸可回装辐照试验装置

技术领域

本发明涉及一种辐照试验装置，具体涉及的是一种可拆卸可回装辐照试验装置。

背景技术

燃料组件是反应堆的核心部件，且是放射性裂变产物的第一道安全屏障，长期处于高温、高压、强辐照环境，其常常受到反应堆冷却剂腐蚀、热疲劳、冲击、大的温度梯度和振动等因素的综合作用，因而该燃料组件的结构完整性和气密性与反应堆安全运行密切相关。

燃料组件在实际使用过程中会发生破损，其主要原因是因燃料棒氢化破损、制造缺陷导致破损、燃料棒辐照行为以及腐蚀破损等行为造成，为进一步认识反应堆内燃料组件的破损行为情况，为后续燃料组件的设计、制造和改进提供重要参考数据，需要进行燃料组件破损机理研究。

而在研究试验过程中需要对辐照考验的燃料组件中途取出，取出的燃料组件送往热室进行检查，检查完毕后，燃料组件回装到考验装置内，继续放入反应堆进行试验。而现有技术中并没有适应燃料组件中途取出的辐照试验装置。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中并没有适于燃料组件中途取出的辐照试验装置的问题，提供一种满足高温高压环境下燃料组件试验要求且便于拆卸、便于回装的可拆卸可回装辐照试验装置。

为解决上述缺点，本发明的技术方案如下：

一种可拆卸可回装辐照试验装置，包括具有内腔体且内腔体一端开口的承压组件，设置在承压组件内腔体内且顺次连接的压紧弹簧、引线保护鼠笼、分流管组件，套接在承压组件外部且一端与承压组件连接的过渡管组件，套接在承压组件一端且与过渡管组件另一端连接的绝热管组件，设置在承压组件上的热电偶，以及与压紧弹簧连接且用于对承压组件开口进行封堵的平板法兰组件。

本发明采取套管式结构，从内到外依次是分流管组件、承压组件、过渡管组件和绝热管组件。本发明中分流管组件用于将燃料组件安装固定在承压组件内，因而燃料组件安装处具有较高的温度；而为了缓解燃料组件发出的热量，本发明在承压组件的内腔体内形成一个冷却水系统，即在承压组件上设置连通内腔体内部的出水口和入水口，该分流管组件一端与出水口连通，而分流管组件另一端与入水口连通。

因而本发明中该分流管组件不仅仅达到将燃料组件固定在承压组件内腔体内部的目的，同时有效达到对冷却水进行分流，使其能有效通过燃料组件降低其温度的效果。本发明中引线保护鼠笼的设置，其不仅仅起到保护热电偶、避免水流振动对热电偶造成损坏的作用，通过与压紧弹簧的配合，还起到压紧分流管组件的作用，进而可以确保压紧弹簧、引线保护鼠笼、分流管组件和燃料组件能够顺利装配到承压组件的内腔体内。

该热电偶的设置，有效监控燃料组件在辐照实验过程中的温度，为后续燃料组件的设计、制造和改进提供重要参考数据。

承压组件承受整个装置的高温高压而绝热管组件外壁为反应堆冷却水，因而绝热管组件承受的是反应堆的外压，其余组件为非承压组件。

绝热管组件通过过渡管组件套接固定在承压组件的外部端部，其达到的主要作用是：能够起到相对绝热的作用，避免绝热管外壁与反应堆发生热交换。

实现上述功能的分流管组件、引线保护鼠笼、承压组件、过渡管组件以及绝热管组件的具体结构有多种，可以达到上述功能的各种零部件均可通过技术人员结合现有技术进行合理推导得出，因而本发明不再对存在可能性的结构进行一一赘述。通过上述设置即可达到满足高温高压环境的要求，进而能够满足燃料组件试验时热工和物理参数的要求。

本发明需要检测的燃料组件是安装在承压组件内腔体内部的分流管组件中，且由于平板法兰组件与承压组件之间是通过法兰式结构进行的连接，因而平板法兰组件与承压组件之间为可拆卸结构。即当发现燃料组件破损后，通过本发明的设置能有效将分流管组件从承压组件内取出，进而实现燃料组件的取出，待检查完毕后能够将本发明中的分流管组件回装入承压组件中，并将本发明回装到反应堆继续试验。

即，通过平板法兰组件的设置，可有效实现承压组件内部分流管组件的取出和安装。当需要取出燃料组件时，只需将平板法兰组件从承压组件上拆卸下来，然后将顺次设置在承压组件内部的压紧弹簧、引线保护鼠笼、分流管组件一一取出后即可。当需要回装时，只需按照顺序顺次将分流管组件、引线保护鼠笼和压紧弹簧从开口处放置到承压组件的内腔体内即可，然后通过平板法兰组件即可有效对各组件进行固定，同时有效对开口进行封堵。本发明回装完成后即可回装入反应堆继续试验。

通过平板法兰组件、压紧弹簧、引线保护鼠笼、分流管组件的共同配合作用，即可有效达到便于拆卸、回装且便于燃料组件装配的效果。

同时，本发明中该平板法兰组件与承压组件之间配合拆卸的设置，非常方便操作人员在回装分流管组件前进行热电偶串线工作，避免了更换分流管组件中燃料组件时，分流管组件的放射性对操作人员的身体伤害，也有效避免了分流管组件在试验期间因结构变形导致增加操作回装风险的情况发生。

进一步，所述绝热管组件与承压组件之间设置有间隙，该间隙内填充有氮气。通过绝热管组件与承压组件径向间隙的设置，可以避免燃料组件产生的热量与反应堆冷却剂之间发生热交换，确保了热电偶测量值的准确性。同时，通过间隙的设置，以保证承压组件受热时能够自由膨胀，避免绝热管组件对承压组件造成影响。通过间隙内填充的氮气的设置，可以有效利用氮气湿度检测，进而及时发现压力管是否出现破损。

更进一步地，所述承压组件包括顺次连接的上端头、中间法兰和压力管，以及与上端头连通的出水口和与中间法兰连通的入水口；该压力管上设置有用于对内部腔体另一端进行密封的球形下接头，该球形下接头上还连接有位于内部腔体内的托架；所述过渡管组件套接在压力管上且一端与中间法兰连接，所述平板法兰组件与上端头连接，所述压紧弹簧一端也与平板法兰组件连接。

承压组件1的内腔体内形成一个水循环系统，即高温高压回路的水从入水口进入，沿分流管外壁流下，流到球形下接头后，流经燃料组件进入分流管组件内孔中，从承压组件上端头的出水口流出。通过该循环水系统的设置有效降低燃料组件表面的温度，降低燃料组件因温度过高而烧毁的情况发生。且当发现回路水质放射性超标，确认有燃料棒破损后，燃料组件从承压组件中取出，待检验完毕未破损的燃料棒重新插入承压组件上，然后将其回装到托架位置处，重组后的燃料组件能够再次入反应堆考验。

更进一步，所述引线保护鼠笼由压紧套、设置在压紧套一端且与压紧弹簧另一端连接的圆板，位于压紧套内部且一端贯穿该圆板的保护管，以及设置在压紧套上用于与出水口连通的通孔组成。

作为一种优选地设置方式，所述分流管组件包括顺次连接的吊装头、双层分流管、方盒，该双层分流管的一端通过接管与吊装头连接，所述方盒通过方圆接头与双层分流管的另一端连接；该方盒内部设置有一端与方圆接头固定连接的弹簧和连接在弹簧另一端的弹簧底座。

其中，本发明中燃料组件置于分流管组件中的方盒内，燃料组件由球形下接头上连接的托架和分流管组件的弹簧底座共同作用实现压紧。同时，弹簧的使用还能够确保燃料组件在流体冲刷振动下有一定的轴向自由度。

且分流管组件的方盒与燃料组件配合，可以使得回路中的水尽可能的从燃料组件内流过，及时带走热量，避免因流组产生的旁流现象，确保燃料组件表面不会因为温度过高而烧毁。

进一步地，所述方圆接头的圆头端通过V型块与双层分流管连接，所述方圆接头的方头端则通过环与弹簧连接。

为了方便热电偶在双层分流管中的内外分流管之间走线，避免水流冲刷振动对热电偶产生的破环；所述双层分流管由与吊装头内壁连接的内分流管、通过接管与吊装头外壁连接的外分流管、设置在内分流管和外分流管之间的定位环、以及设置在外分流管外壁上的支撑耳组成。

优选地，所述过渡管组件由一端与中间法兰连接的过渡管，以及设置在过渡管侧壁上且与过渡管内部连通的热电偶接管和氮气接管组成。

通过过渡管组件上氮气接管的设置，有效在过渡管组件和绝热管组件之间充氮气，通过氮气湿度的变化能够及时确定压力管是否破损，能够及时采取应对措施，降低反应堆运行风险。

更优选地，所述绝热管组件由与过渡管另一端连接的堆顶法兰，连接在堆顶法兰上的绝热管，以及连接在绝热管上的下封头组成。

为了达到最好地检测效果，所述热电偶设置在压力管上临近托架位置处。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

1、本发明能够满足燃料组件试验时热工和物理参数的要求，当发现燃料棒破损后，燃料组件能够容易的从本发明中取出，待检查完毕后能够顺利回装入反应堆继续试验；

2、本发明中平板法兰组件的设置，非常方便操作人员在回装分流管组件前进行热电偶串线工作，避免了分流管组件的放射性对操作人员的身体伤害，也有效避免了分流管组件在试验期间因结构变形导致增加操作回装风险的情况发生；

3、本发明中压紧弹簧的设置，可以确保引线保护鼠笼、分流管组件和燃料组件能够顺利装配；

4、本发明该引线保护鼠笼的设置，其不仅仅起到保护热电偶、避免水流振动对热电偶造成损坏的作用，还起到压紧分流管组件的作用；

5、本发明该热电偶的设置，有效监控燃料组件在辐照实验过程中的温度，为后续燃料组件的设计、制造和改进提供重要参考数据。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明中承压组件的结构示意图。

图3为本发明中分流管组件的结构示意图。

图4为本发明中过渡管组件的结构示意图。

图5为本发明中绝热管组件的结构示意图。

图6为本发明中引线保护鼠笼的结构示意图。

其中，图中附图标记对应的零部件名称为：

1－承压组件，2－压紧弹簧，3－引线保护鼠笼，4－分流管组件，5－过渡管组件，6－绝热管组件，7－热电偶，8－平板法兰组件；

11－上端头，12－中间法兰，13－压力管，14－出水口，15－入水口，16－球形下接头，17－托架；

31－压紧套，32－圆板，33－保护管，34－通孔，35－支撑环；

41－吊装头，42－双层分流管，43－方盒，44－接管，45－方圆接头，46－弹簧，47－弹簧底座，48－V型块，49－环；

421－内分流管，422－外分流管，423－定位环，424－支撑耳；

51－过渡管，52－热电偶接管，53－氮气接管；

61－堆顶法兰，62－绝热管，63－下封头。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

一种可拆卸可回装辐照试验装置，如图1所示，包括具有内腔体且内腔体一端开口的承压组件1，设置在承压组件1内腔体内且顺次连接的压紧弹簧2、引线保护鼠笼3、分流管组件4，套接在承压组件1外部且一端与承压组件1连接的过渡管组件5，套接在承压组件1一端且与过渡管组件5另一端连接的绝热管组件6，设置在承压组件1上的热电偶7，以及与压紧弹簧2连接且用于对承压组件1开口进行封堵的平板法兰组件8。

本发明中各零部件主要采取06Cr18Ni11Ti材质的不锈钢制成，具有优良的抗辐射和抗腐蚀性能，能够确保强辐射、强腐蚀场的试验要求。

本实施例中安装步骤如下：

（1）先将热电偶7固定在承压组件1上，并完成热电偶7的串线工作；

（2）将燃料组件安装在分流管组件4一端的端头处，然后将分流管组件4从承压组件1的开口处伸入内腔体中，利用分流管组件4和承压组件1封闭的一端对燃料组件实现夹紧固定；

（3）在将引线保护鼠笼3和压紧弹簧2顺次从承压组件1的开口处装入内腔体中；

（4）将平板法兰组件8通过密封圈、主螺栓螺母固定在承压组件1开口位置处，实现平板法兰组件8与承压组件1之间的拧紧以及平板法兰组件8与承压组件1内腔体之间的密封固定，同时，通过该平板法兰组件8、引线保护鼠笼3和压紧弹簧2的共同作用进一步对燃料组件的位置进行固定；

（5）然后将过渡管组件5套接在承压组件1外部并通过螺栓连接的方式使其与承压组件1固定连接，最后再将绝热管组件6套在承压组件1具有燃料组件一端的外部，并通过螺栓连接的方式使过渡管组件5与承压组件1实现密封固定连接。

上述各部件的基本作用如下：因燃料组件是放置在承压组件1内，因而所述承压组件1用于承受整个装置的高温高压。所述绝热管组件6外壁为反应堆冷却水，因而绝热管组件6承受的是反应堆的外压，同时确保了装置内的燃料组件不受外界堆芯热量的影响。所述平板法兰组件8的设置，可有效实现承压组件1内部分流管组件4的取出和安装。所述压紧弹簧2的设置，可以确保引线保护鼠笼3、分流管组件4和燃料组件能够顺利装配。所述引线保护鼠笼3的设置，其不仅仅起到保护热电偶7、避免水流振动对热电偶7造成损坏的作用，还起到压紧分流管组件4的作用。该热电偶7的设置，有效监控燃料组件在辐照实验过程中的温度，为后续燃料组件的设计、制造和改进提供重要参考数据。

本实施例中的拆卸、回装步骤如下：

（1）当燃料组件中途需要检查时，将本发明的整体经运输水道转运到保存水池中；

（2）装置整体固定后，剪断热电偶7的连线，卸掉平板法兰组件8，取出压紧弹簧2和引线保护鼠笼3，然后用燃料组件专用抓取工具取出燃料组件；

（3）燃料组件回装时，燃料组件先在保存水池固定，配合水下电视系统，通过抓取工具把燃料组件回装到分流管组件4上，然后将分流管组件4装入承压组件1内；

（4）当燃料组件在分流管组件4和承压组件1之间定位完成后，再将引线保护鼠笼3、压紧弹簧2、平板法兰组件8回装到承压组件1上；

（5）回装完成后转运至堆厅，放入反应堆内继续考验即可。

为了避免结构变形对回装操作造成影响，本实施例中回装操作所用的分流管组件4、引线保护鼠笼3、压紧弹簧2和平板法兰组件8均更换为新的。

且采取更换分流管组件4的方式，可以方便操作人员在回装前进行热电偶串线工作，避免了原分流管组件的放射性对操作人员的身体伤害。同时避免原分流管组件在考验期间因结构变形增加操作回装风险。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于：本发明中所述绝热管组件6与承压组件1之间设置有间隙，该间隙内填充有氮气。

通过氮气的设置，有效通过氮气湿度的变化能够及时确定绝热管组件6套接处的承压组件1是否破损，便于及时采取应对措施，降低反应堆运行风险。

实施例3

本实施例与实施例2的区别在于：本实施例优化了承压组件1、引线保护鼠笼3的结构，其具体设置方式如下：

如图2所示，所述承压组件1包括顺次连接的上端头11、中间法兰12和压力管13，以及与上端头11连通的出水口14和与中间法兰12连通的入水口15；该压力管13上设置有用于对内部腔体另一端进行密封的球形下接头16，该球形下接头16上还连接有位于内部腔体内的托架17；所述过渡管组件5套接在压力管13上且一端与中间法兰12连接，所述平板法兰组件8与上端头11连接，所述压紧弹簧2一端也与平板法兰组件8连接。

该上端头11、中间法兰12、压力管13、出水口14、入水口15和球形下接头16之间均通过对焊的方式固为一体，托架17焊接在球形下接头16的内表面；所述如图2所示。托架17采取四脚支撑方式，其与燃料组件的下隔板的拧紧螺母接触，在保证支撑的基础上，还能起到防松作用，避免了拧紧螺母复杂的防松设计，为后续燃料组件拆装提供便利。

所述引线保护鼠笼3由压紧套31、设置在压紧套31一端且与压紧弹簧2另一端连接的圆板32，位于压紧套31内部且一端贯穿该圆板32的保护管33，以及设置在压紧套31上用于与出水口14连通的通孔34组成。本实施例中还设置有支撑环35，用于达到支撑固定保护管33的作用，如图6所示。

通过承压组件1与引线保护鼠笼3具体结构的设置，有效在承压组件1的内腔体内形成一个水循环系统，进而有效降低燃料组件表面的温度，降低燃料组件因温度过高而烧毁的情况发生。

实施例4

本实施例与实施例3的区别在于，本实施例优化了分流管组件4的具体结构，具体设置方式如下：

所述分流管组件4包括顺次连接的吊装头41、双层分流管42、方盒43，该双层分流管42的一端通过接管44与吊装头41连接，所述方盒43通过方圆接头45与双层分流管42的另一端连接；该方盒43内部设置有一端与方圆接头45固定连接的弹簧46和连接在弹簧46另一端的弹簧底座47。

所述方圆接头45的圆头端通过V型块48与双层分流管42连接，所述方圆接头45的方头端则通过环49与弹簧46连接。

所述双层分流管42由与吊装头41内壁连接的内分流管421、通过接管44与吊装头41外壁连接的外分流管422、设置在内分流管421和外分流管422之间的定位环423、以及设置在外分流管422外壁上的支撑耳424组成。支撑耳424焊接在外分流管422的外壁上，对分流管组件4起到径向支撑作用，如图3所示。

本实施例中在方盒43的上中下三个位置分别布置一个热电偶7，该热电偶7的连线通过内分流管421和外分流管422之间的空隙然后通过引线保护鼠笼3和平板法兰组件8延伸出本发明的装置。同时，本发明中内分流管421和外分流管422以及引线保护鼠笼3的设置，均可有效避免水流振动对热电偶7造成损坏的作用。

本实施例中分流管组件4的各个部件均通过焊接的方式固为一体。燃料组件固定在方盒43内，安装后燃料组件上端部与弹簧底座47与压紧，燃料组件下端部与托架17良好接触并定位。

通过方盒43的设置，能有效使循环水中的水更加有效的进入分流管组件4内部，进而有效实现燃料组件表面的降温效果。本发明的回路中高温高压水的具体循环路径如下：

水从进水口15进入，沿分流管组件4的外壁流下，流到球形下接头12位置后从分流管组件4内部折返，流经分流管组件4内的燃料组件、双层分流管42后，流入引线保护鼠笼3内，然后通过引线保护鼠笼3上的通孔34从出水口14流出，进入回路系统中。此过程能够确保燃料组件达到试验要求的热工和物理参数。

实施例5

本实施例与实施例4的区别在于，本实施例优化了过渡管组件5和绝热管组件6的具体结构，具体设置方式如下：

如图4所示，所述过渡管组件5由一端与中间法兰12连接的过渡管51，以及设置在过渡管51侧壁上且与过渡管51内部连通的热电偶接管52和氮气接管53组成。

如图5所示，所述绝热管组件6由与过渡管51另一端连接的堆顶法兰61，连接在堆顶法兰61上的绝热管62，以及连接在绝热管62上的下封头63组成。堆顶法兰61和下封头63为不锈钢锻件，与绝热管62采取对接焊。

在所述压力管13外壁上设置有一个热电偶7，其用来测量压力管13外壁的温度，热电偶7引线由过渡管组件5上的热电偶接管52引出，并实现密封。氮气接管53用于将氮气填充在过渡管组件5、绝热管组件6以及承压组件1外壁之间的间隙中。

本发明中的热电偶7均采取冗余设计，通过该设置有效避免了因某根热电偶7的损坏对温度测量的影响。

上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而作出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1. 一种可拆卸可回装辐照试验装置，其特征在于：包括具有内腔体且内腔体一端开口的承压组件（1），设置在承压组件（1）内腔体内且顺次连接的压紧弹簧（2）、引线保护鼠笼（3）、分流管组件（4），套接在承压组件（1）外部且一端与承压组件（1）连接的过渡管组件（5），套接在承压组件（1）一端且与过渡管组件（5）另一端连接的绝热管组件（6），设置在承压组件（1）上的热电偶（7），以及与压紧弹簧（2）连接且用于对承压组件（1）开口进行封堵的平板法兰组件（8）；所述绝热管组件（6）与承压组件（1）之间设置有间隙，该间隙内填充有氮气；

所述承压组件（1）包括顺次连接的上端头（11）、中间法兰（12）和压力管（13），以及与上端头（11）连通的出水口（14）和与中间法兰（12）连通的入水口（15）；该压力管（13）上设置有用于对内部腔体另一端进行密封的球形下接头（16），该球形下接头（16）上还连接有位于内部腔体内的托架（17）；所述过渡管组件（5）套接在压力管（13）上且一端与中间法兰（12）连接，所述平板法兰组件（8）与上端头（11）连接，所述压紧弹簧（2）一端也与平板法兰组件（8）连接。

2. 根据权利要求1所述的一种可拆卸可回装辐照试验装置，其特征在于：所述引线保护鼠笼（3）由压紧套（31）、设置在压紧套（31）一端且与压紧弹簧（2）另一端连接的圆板（32）、位于压紧套（31）内部且一端贯穿该圆板（32）的保护管（33）以及设置在压紧套（31）上用于与出水口（14）连通的通孔（34）组成。

3. 根据权利要求1所述的一种可拆卸可回装辐照试验装置，其特征在于：所述分流管组件（4）包括顺次连接的吊装头（41）、双层分流管（42）、方盒（43），该双层分流管（42）的一端通过接管（44）与吊装头（41）连接，所述方盒（43）通过方圆接头（45）与双层分流管（42）的另一端连接；该方盒（43）内部设置有一端与方圆接头（45）固定连接的弹簧（46）和连接在弹簧（46）另一端的弹簧底座（47）。

4. 根据权利要求3所述的一种可拆卸可回装辐照试验装置，其特征在于：所述方圆接头（45）的圆头端通过V型块（48）与双层分流管（42）连接，所述方圆接头（45）的方头端则通过环（49）与弹簧（46）连接。

5. 根据权利要求3所述的一种可拆卸可回装辐照试验装置，其特征在于：所述双层分流管（42）由与吊装头（41）内壁连接的内分流管（421）、通过接管（44）与吊装头（41）外壁连接的外分流管（422）、设置在内分流管（421）和外分流管（422）之间的定位环（423）以及设置在外分流管（422）外壁上的支撑耳（424）组成。

6. 根据权利要求1所述的一种可拆卸可回装辐照试验装置，其特征在于：所述过渡管组件（5）由一端与中间法兰（12）连接的过渡管（51）以及设置在过渡管（51）侧壁上且与过渡管（51）内部连通的热电偶接管（52）和氮气接管（53）组成。

7. 根据权利要求6所述的一种可拆卸可回装辐照试验装置，其特征在于：所述绝热管组件（6）由与过渡管（51）另一端连接的堆顶法兰（61）、连接在堆顶法兰（61）上的绝热管（62）以及连接在绝热管（62）上的下封头（63）组成。

8. 根据权利要求3～7任一项所述的一种可拆卸可回装辐照试验装置，其特征在于：所述热电偶（7）设置在压力管（13）上临近托架（17）位置处。