CN108917962A - 一种用于运动条件下的细棒窄间隙壁温测温装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于运动条件下的细棒窄间隙壁温测温装置，包括加热元件管、至少一个铠装热电偶，沿加热元件管的周向在其外圆周壁上开有至少一个测温孔，铠装热电偶的补偿导线穿过加热元件管后向外延伸，在每一个铠装热电偶的补偿导线外壁上依次包裹有高温绝缘涂层以及高温绝缘胶布，加热元件管内部填充有高温绝缘硅胶。通过上述技术方案可在运动条件下准确测量高温细棒束窄间隙燃料组件每根加热元件管不同位置处壁面温度，且铠装热电偶不会发生脱落或绝缘失效，由于测温部件在棒束加热元件管内部测温，不会干扰加热元件管附近流场和温度场，能够通过开展运动条件下燃料组件传热实验准确获得燃料组件的传热系数、临界热流密度等热工性能参数。

Description

一种用于运动条件下的细棒窄间隙壁温测温装置

技术领域

本发明涉及反应堆热工水力研究技术领域，具体涉及一种用于运动条件下的细棒窄间隙壁温测温装置。

背景技术

细棒束燃料组件是一种新型的先进堆芯组件，燃料组件的设计通过采用细棒燃料元件棒、缩小燃料元件棒间距，缩小了反应堆堆芯体积，大大提高了堆芯的功率密度和燃耗深度。浮动核电站、船用核动力等反应堆堆芯结构都可以采用细棒束结构燃料组件，但这些核动力装置在运行时会受海洋运动条件的影响，运动条件产生的外力场会改变冷却剂通道进出口的有效高度差与加速度场，使速度边界层、热边界层特性等发生改变，从而影响燃料组件的传热特性。由于细棒束燃料组件结构的特殊性，在运动条件下其传热特性较一般粗棒束燃料组件存在较大差异，为了提高堆芯燃料组件的性能以及优化其设计，需要开展运动条件下热工水力实验研究获取燃料组件壁面温度等关键参数。

鉴于反应堆燃料组件的特殊性，无法直接开展堆外实验，需要在相应的细棒束模拟燃料组件上开展实验研究，一般采用金属圆管模拟棒束燃料组件加热元件管棒，加热元件管导电发热模拟燃料组件释热，采用热电偶直接接触加热元件管测量其壁面温度。研究表明，热电偶的包壳若带电产生电流会产生附加电势而影响温度测量精度，但由于细棒束模拟燃料组件的元件棒内部、外部间隙很小，且由于受海洋条件的影响，热电偶包壳后端非常容易与加热元件管接触而带电，因此有必要发明一种运动条件下高温细棒窄间隙测温热电偶的绝缘方法，用于海洋条件下细棒束燃料组件传热特性热工水力特性实验研究，获得加热元件管导电状态下壁面温度，为细棒束燃料组件的设计定型和安全分析提供支撑。

由细棒束燃料组件结构的特殊性、复杂性以及运动条件的存在，燃料组件内部流场、温度场异常复杂，燃料组件的温度等热工参数测量难度很大。经专利查新，针对棒束燃料组件温度测量技术，美国、法国、德国等国家都开展了一些研究，但公开报道的多是针对单根圆管或粗棒束组件数值模拟研究，没有针对运动条件下反应堆高温细棒束组件加热元件管棒窄间隙测温热电偶绝缘方法的报道。因此，有必要发明一种运动条件下高温细棒窄间隙测温热电偶绝缘方法，能够实现高温条件下热电偶与加热元件管的绝缘，并测量高温细棒束模拟燃料组件窄间隙壁面温度，用以开展细棒束燃料组件的传热特性热工水力实验研究，获得燃料组件的传热系数、临界热流密度等热工性能参数。

发明内容

本发明目的在于提供一种用于运动条件下的细棒窄间隙壁温测温装置，能够实现运动条件下高温细棒窄间隙内多根壁温测量热电偶和加热元件管间的绝缘与固定，从而在高温条件下准确测量细棒束模拟燃料组件每根加热元件管不同位置处壁面温度，用于开展细棒束燃料组件的传热特性等热工水力实验研究，获得燃料组件的传热系数、临界热流密度等热工性能参数。

本发明通过下述技术方案实现：

一种用于运动条件下的细棒窄间隙壁温测温装置，包括加热元件管以及至少一个铠装热电偶，沿所述加热元件管的周向在其外圆周壁上开有至少一个测温孔，铠装热电偶置于加热元件管内部且铠装热电偶固定在测温孔内，铠装热电偶的补偿导线穿过加热元件管后向外延伸，且在每一个铠装热电偶的补偿导线外壁上依次包裹有高温绝缘涂层以及高温绝缘胶布，向所述加热元件管内部填充高温绝缘硅胶，使得铠装热电偶与加热元件管形成一个整体。针对现有的棒束燃料组件结构特殊性及运动条件下组件流场、温度场的复杂性，进而导致燃料组件的壁面温度等热工参数获取难度大的问题，申请人在模拟棒束燃料组件上开展传热特性实验研究时，利用金属圆管通电加热以作为加热元件管，且在加热元件管中至少设有一个测温孔，铠装热电偶穿过加热元件管后置于测温孔内，而在铠装热电偶的补偿导线外壁上依次包裹有高温绝缘图层、高温绝缘胶布，通过向加热元件管内填充高温绝缘硅胶，使得铠装热电偶与加热元件管复合成一个整体，在铠装热电偶安装完成后，将多个加热元件管焊接成细棒束燃料组件确定测温点位，然后将测温孔就开设在该测温点位处，进而从加热元件管内部开始温度检测，实现在运动状态下由铠装热电偶对加热元件管局部壁面温度的精确测量；其中，由于燃料组件传热实验中加热元件管需要通电使其发热，而铠装热电偶外壳通常采用不锈钢材质，细棒束模拟燃料组件的元件棒内部、外部间隙均很小，当加热元件管处于运动条件下时，铠装热电偶外壳容易与加热元件管内壁接触而带电，一旦铠装热电偶外壳导电则无法保证热电偶测量准确性，对此，申请人在加热元件管外壁上开设测温孔，而铠装热电偶的端头部分置于测温孔内且并且突出于测温孔的最外侧，不仅能够将铠装热电偶固定在加热元件管的内壁上以实现铠装热电偶的定位，还能避免测温组件对加热元件管的外部流动工质的流场、温度场造成干扰，最终在燃料组件传热实验中实现加热元件管不同位置的壁面温度的精确测量。

进一步地，在为了避免绝铠热电偶在使用过程中出现损伤，因此，申请人利用高温绝缘涂层，高温绝缘胶布将铠装热电偶的补偿导线进行包裹保护，最后再利用高温绝缘硅胶将加热元件管内部完全填充，使得铠装热电偶与加热元件管形成一个整体，从而避免热电偶内部晃动导致热偶或绝缘层损坏，待全部加热元件管热电偶安装焊接完毕后，将加热元件组焊为模拟燃料组件棒束用于开展燃料组件传热实验。通过上述技术方案可在运动条件下准确测量高温细棒束窄间隙燃料组件每根加热元件管不同位置处壁面温度，实验过程中铠装热电偶不会发生脱落或绝缘失效，且由于测温部件在棒束加热元件管内部测温，不会干扰加热元件管附近流场和温度场，能够通过开展运动条件下燃料组件传热实验准确获得燃料组件的传热系数、临界热流密度等热工性能参数。

所述铠装热电偶通过银基钎料焊接在所述测温孔内。进一步地，测温孔作为铠装电热偶的安装载体，将铠装热电偶焊接在测温孔内，焊接方法用银钎焊，一方面焊接时铠装热电偶和测温环是依靠熔化的钎料凝固后连接起来，钎料能够均匀地流布填充测温孔与铠装热电偶之间的间隙，另一方面银钎焊采用的填充材料为银基钎料，其主要成分是银铜和银铜锌合金，使得铠装热电偶和加热元件管之间保持良好的导热性，以提高铠装热电偶测量的最终温度数值的精确度。

所述铠装热电偶的个数为1～4个。作为优选，铠装热电偶的个数为1～4个，使得在确定加热元件管壁面测温点位后，多个铠装热电偶沿测温环的内圆周均匀分布，即能够实现对加热元件管上同一个圆周不同径向位置的温度测量，即增加温度测量的基础数据值，以为模拟棒束燃料组件的传热特性实验研究提供数据支撑。

所述测温孔的内径为1～2㎜，所述铠装热电偶的外径为0.5～1mm。作为优选，测温孔的内径设置为1～2㎜，铠装热电偶的外径为0.5～1mm，所述铠装热电偶的外径选择应保证热电偶与测温孔间隙0.2～0.5mm，该结构尺寸既保证热电偶有较好的强度，也能保证热电偶与加热元件管焊接的牢固性、紧密型，从而实现细棒束组件壁温的精确测量。

所述高温绝缘胶布的厚度为0.2～0.5㎜。作为优选，将高温绝缘胶布的厚度设置为0.2～0.5 ㎜，该尺寸既保证了该结构能够较好的包裹铠装热电偶实现高温绝缘，也能使细棒束组件内能够布置多根热电偶进行温度测量从而实现多点测量。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明一种用于运动条件下的细棒窄间隙壁温测温装置，在模拟棒束燃料组件上开展传热特性实验研究时，利用金属圆管通电加热以作为加热元件管，且在加热元件管中至少设有一个测温孔，铠装热电偶穿过加热元件管后置于测温孔内，而在铠装热电偶的补偿导线外壁上依次包裹有高温绝缘图层、高温绝缘胶布，通过向加热元件管内填充高温绝缘硅胶，使得铠装热电偶与加热元件管复合成一个整体，在铠装热电偶安装完成后，将多个加热元件管焊接成细棒束燃料组件确定测温点位，然后将测温孔就开设在该测温点位处，进而从加热元件管内部开始温度检测，实现在运动状态下由铠装热电偶对加热元件管局部壁面温度的精确测量。并且，本发明能够在运动条件下准确测量棒束燃料组件多根加热元件管多点不同位置处壁面温度，由于测温结构在棒束加热元件管内部测温，不会干扰加热元件管附近流场和温度场，能够准确获得燃料组件的传热系数、临界热流密度等热工性能参数；且由于测温部件为单元式设计，能够方便的实现拆卸安装，可以根据需要调整带凹槽陶瓷管的位置，从而实现对热元件管多个不同位置处温度测量。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明的结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-加热元件管、2-铠装热电偶、3-高温绝缘涂层、4-高温绝缘胶布、5-测温孔、6-高温绝缘硅胶。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

如图1所示，本实施例包括加热元件管1以及至少一个铠装热电偶2，沿所述加热元件管1的周向在其外圆周壁上开有至少一个测温孔5，铠装热电偶2置于加热元件管1内部且铠装热电偶2固定在测温孔5内，铠装热电偶2的补偿导线穿过加热元件管1后向外延伸，且在每一个铠装热电偶2的补偿导线外壁上依次包裹有高温绝缘涂层3以及高温绝缘胶布4，向所述加热元件管1内部填充高温绝缘硅胶6，使得铠装热电偶2与加热元件管1形成一个整体。针对现有的棒束燃料组件结构特殊性及运动条件下组件流场、温度场的复杂性，进而导致燃料组件的壁面温度等热工参数获取难度大的问题，申请人在模拟棒束燃料组件上开展传热特性实验研究时，利用金属圆管通电加热以作为加热元件管1，且在加热元件管1中至少设有一个测温孔5，铠装热电偶2穿过加热元件管1后置于测温孔5内，而在铠装热电偶2的补偿导线外壁上依次包裹有高温绝缘图层、高温绝缘胶布4，通过向加热元件管1内填充高温绝缘硅胶6，使得铠装热电偶2与加热元件管1复合成一个整体，在铠装热电偶2安装完成后，将多个加热元件管1焊接成细棒束燃料组件确定测温点位，然后将测温孔5就开设在该测温点位处，进而从加热元件管1内部开始温度检测，实现在运动状态下由铠装热电偶 2对加热元件管1局部壁面温度的精确测量；其中，由于燃料组件传热实验中加热元件管1 需要通电使其发热，而铠装热电偶2外壳通常采用不锈钢材质，细棒束模拟燃料组件的元件棒内部、外部间隙均很小，当加热元件管1处于运动条件下时，铠装热电偶2外壳容易与加热元件管1内壁接触而带电，一旦铠装热电偶2外壳导电则无法保证热电偶测量准确性，对此，申请人在加热元件管1外壁上开设测温孔5，而铠装热电偶2的端头部分置于测温孔5 内且并且突出于测温孔5的最外侧，不仅能够将铠装热电偶2固定在加热元件管1的内壁上以实现铠装热电偶2的定位，还能避免测温组件对加热元件管1的外部流动工质的流场、温度场造成干扰，最终在燃料组件传热实验中实现加热元件管1不同位置的壁面温度的精确测量。

进一步地，在为了避免绝铠热电偶在使用过程中出现损伤，因此，申请人利用高温绝缘涂层3，高温绝缘胶布4将铠装热电偶2的补偿导线进行包裹保护，最后再利用高温绝缘硅胶6将加热元件管1内部完全填充，使得铠装热电偶2与加热元件管1形成一个整体，从而避免热电偶内部晃动导致热偶或绝缘层损坏，待全部加热元件管1热电偶安装焊接完毕后，将加热元件组焊为模拟燃料组件棒束用于开展燃料组件传热实验。通过上述技术方案可在运动条件下准确测量高温细棒束窄间隙燃料组件每根加热元件管1不同位置处壁面温度，实验过程中铠装热电偶2不会发生脱落或绝缘失效，且由于测温部件在棒束加热元件管1内部测温，不会干扰加热元件管1附近流场和温度场，能够通过开展运动条件下燃料组件传热实验准确获得燃料组件的传热系数、临界热流密度等热工性能参数。

实施例2

如图1所示，本实施例所述铠装热电偶2通过银基钎料焊接在所述测温孔5内。测温孔 5作为铠装电热偶的安装载体，将铠装热电偶2焊接在测温孔5内，焊接方法用银钎焊，一方面焊接时铠装热电偶2和测温环是依靠熔化的钎料凝固后连接起来，钎料能够均匀地流布填充测温孔5与铠装热电偶2之间的间隙，另一方面银钎焊采用的填充材料为银基钎料，其主要成分是银铜和银铜锌合金，使得铠装热电偶2和加热元件管1之间保持良好的导热性，以提高铠装热电偶2测量的最终温度数值的精确度。

作为优选，铠装热电偶2的个数为1～4个，使得在确定加热元件管1壁面测温点位后，多个铠装热电偶2沿测温环的内圆周均匀分布，即能够实现对加热元件管1上同一个圆周不同径向位置的温度测量，即增加温度测量的基础数据值，以为模拟棒束燃料组件的传热特性实验研究提供数据支撑。

作为优选，测温孔的内径设置为1～2㎜，铠装热电偶的外径为0.5～1mm，所述铠装热电偶的外径选择应保证热电偶与测温孔间隙0.2～0.5mm，该结构尺寸既保证热电偶有较好的强度，也能保证热电偶与加热元件管焊接的牢固性、紧密型，从而实现壁温的精确测量。

作为优选，将高温绝缘胶布的厚度设置为0.2～0.5㎜，该尺寸既保证了该结构能够较好的包裹铠装热电偶实现高温绝缘，也能使细棒束组件内能够布置多根热电偶进行温度测量从而实现多点测量。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种用于运动条件下的细棒窄间隙壁温测温装置，其特征在于：包括加热元件管(1)以及至少一个铠装热电偶(2)，沿所述加热元件管(1)的周向在其外圆周壁上开有至少一个测温孔(5)，铠装热电偶(2)置于加热元件管(1)内部且铠装热电偶(2)固定在测温孔(5)内，铠装热电偶(2)的补偿导线穿过加热元件管(1)后向外延伸，且在每一个铠装热电偶(2)的补偿导线外壁上依次包裹有高温绝缘涂层(3)以及高温绝缘胶布(4)，向所述加热元件管(1)内部填充高温绝缘硅胶(6)，使得铠装热电偶(2)与加热元件管(1)形成一个整体。

2.根据权利要求1所述的一种用于运动条件下的细棒窄间隙壁温测温装置，其特征在于：所述铠装热电偶(4)通过银基钎料焊接在所述测温孔(5)内。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于运动条件下的细棒窄间隙壁温测温装置，其特征在于：所述铠装热电偶(4)的个数为1～4个。

4.根据权利要求1所述的一种用于运动条件下的细棒窄间隙壁温测温装置，其特征在于：所述测温孔(5)的内径为1～2㎜，所述铠装热电偶(2)的外径为0.5～1㎜。

5.根据权利要求1所述的一种用于运动条件下的细棒窄间隙壁温测温装置，其特征在于：所述高温绝缘胶布(4)的厚度为0.2～0.5㎜。