CN110415843B - 阻力调节机构及其构成的反应堆闭式燃料组件水力学模拟装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了阻力调节机构阻力调节机构包括阻力调节孔和阻力调节螺钉，阻力调节孔同轴心线设于流体的流通管道上，阻力调节孔的直径φD1≤流通管道的直径φD7；流通管道侧壁上设有螺纹孔，阻力调节螺钉的一端螺纹配合贯穿螺纹孔后伸入流通管道内；阻力调节机构用于反应堆闭式燃料组件水力学模拟阻力系数调节。本发明公开了一种反应堆闭式燃料组件水力学模拟装置包括依次连通的下管座、文丘里流量计和上管座，上管座上设有上述阻力调节机构和电导电极。本发明专利的目的是建立一套完备的闭式燃料组件模拟体结构，设计的燃料组件模拟体可有效模拟原型燃料组件流动状态，为获得准确的整体水力模拟试验结果奠定基础。

Description

阻力调节机构及其构成的反应堆闭式燃料组件水力学模拟 装置

技术领域

本发明涉及反应堆水力模拟试验技术领域，具体涉及阻力调节机构及其构成的反应堆闭式燃料组件水力学模拟装置。

背景技术

反应堆整体水力模拟试验属于水力学试验，试验内容包含以下三部分：反应堆压力容器内各部分阻力试验；堆芯入口流量分配试验和下腔室交混试验。试验结果旨在验证堆芯流量分配均匀程度及结构设计的合理性和可靠性，为反应堆热工水力、结构优化设计和安全分析提供数据输入。

为了真实模拟原型反应堆流动特性，需要设计满足水力学相似准则的试验模型。原型燃料组件结构复杂，且无法布置测量仪表，所以需要设计燃料组件模拟体用于试验。闭式燃料组件在活性段外围四周结构封闭，流动介质在闭式燃料组件间没有横向流动交混。燃料组件模拟体设计要求包括：燃料组件模拟体自模后的阻力系数与原型燃料组件一致；燃料组件模拟体需布置流量计用于流量测量；燃料组件模拟体需布置电导电极用于溶液浓度测量。因此在模拟体设计时必须考虑阻力调节结构，对批量燃料组件模拟体进行标定试验时利用阻力调节结构将所有模拟体阻力校准一致。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：由于批量制造的燃料组件模拟装置存在制造公差，导致模拟装置阻力系数存在差异，本发明提供了解决上述问题的阻力调节机构及其构成的反应堆闭式燃料组件水力学模拟装置，在模拟装置上设计阻力调节机构，对批量燃料组件模拟装置进行标定试验时利用阻力调节机构将所有模拟装置阻力校准一致。

本发明通过下述技术方案实现：

阻力调节机构，包括阻力调节孔和阻力调节螺钉，所述阻力调节孔同轴心线设于流体的流通管道上，阻力调节孔的直径φD1≤流通管道的直径φD7；所述流通管道侧壁上设有螺纹孔，所述阻力调节螺钉的一端螺纹配合贯穿螺纹孔后伸入流通管道内；所述阻力调节机构用于反应堆闭式燃料组件水力学模拟阻力系数调节。

进一步地，所述螺纹孔沿轴向由内向外依次包括螺纹段和密封段，所述阻力调节螺钉沿轴向依次包括螺纹杆段和密封杆段；所述螺纹段用于与阻力调节螺钉的螺纹杆段适配；所述密封段内壁与阻力调节螺钉的密封杆段密封连接，具体可采用生胶带等常规手段密封。

进一步地，所述流通管道上的侧壁上对称设有两个螺纹孔，两个螺纹孔的轴线方向重合，优选两个螺纹孔的轴线方向与流通管道的直径方向三者重合。

进一步地，所述阻力调节孔的直径φD1、阻力调节螺钉的直径φD3与阻力调节螺钉伸入流通管道内的长度L1大小关系满足：L1＝0时，反应堆闭式燃料组件水力学模拟体总阻力为原型反应堆燃料组件总阻力的80％～90％。

进一步地，所述阻力调节孔的直径φD1、阻力调节螺钉的直径φD3与阻力调节螺钉伸入流通管道内的长度L1大小关系满足：L1为流通管道的半径大小时，反应堆闭式燃料组件水力学模拟体总阻力为原型反应堆燃料组件总阻力的110％～130％。

包含上述阻力调节机构的反应堆闭式燃料组件水力学模拟装置，包括依次连通的下管座、文丘里流量计和上管座，流体依次流经下管座、文丘里流量计和上管座；所述上管座上设有阻力调节机构和电导电极。

进一步地，所述阻力调节孔与上管座为同轴心线设置的一体化成型结构，且阻力调节孔位于上管座的轴向中部位置；螺纹孔设于阻力调节孔对应的上管座的侧壁上。

进一步地，所述下管座内部流体通孔形状呈圆台型结构，所述圆台型结构的下底直径φD4等于原型反应堆堆芯下板流水孔孔径。

进一步地，所述下管座为长方体结构，长宽尺寸L2×L2按照原型反应堆堆芯下板流水孔中心距等比例设计。高度尺寸为45～55mm。

进一步地，所述上管座在沿流体流动方向上依次包括入口管段、阻力调节管段和出口管段；所述入口管段和阻力调节管段内部流通管道均为圆形管结构，阻力调节管段用于设置阻力调节机构；所述出口管段的内部流通管道径向截面呈方形倒圆结构，出口管段的外部长宽尺寸L3×L3≤L2×L2，出口管段的内部流通管道截面尺寸L6、以及倒圆R按照原型反应堆燃料组件上管座内孔尺寸等比例设计。

进一步地，所述文丘里流量计前稳定段管径φD5、喉部直径φD6和后稳定段管径φD7的尺寸大小设计依据包括流量计量程和允许的最大阻力损失。

进一步地，所述上管座的侧壁上设有安装通孔，所述安装通孔由内向外依次包括大径孔段和小径孔段，大径孔段和小径孔段连接处呈台阶结构；电导电极的测量端穿过安装通孔后伸入上管座内；电导电极上靠近测量端的大径杆段通过定位销钉固定在所述台阶结构的台阶面上；电导电极的小径杆段上套设有压紧螺母，所述压紧螺母的外壁与大径孔段内壁螺纹适配连接；所述压紧螺母与电导电极的大径杆段端面之间还设有密封垫片。

进一步地，所述电导电极安装角度和文丘里流量计上的测压嘴的方位均位于45°顶角位置；文丘里流量计的压力测量引线和电导电极测量引线均位于模拟装置外侧。

进一步地，模拟装置总长度L4为依据原型反应堆堆芯上板和下板间隙尺寸等比例设计后的尺寸再减去0.5mm。

本发明具有如下的优点和有益效果：

1、本发明设计的阻力调节机构在对燃料组件模拟体阻力标定试验时，阻力调节螺钉插入深度可在模拟体外侧直接调节，不须反复拆装试验筒体和模拟体，极大提高了模拟体阻力校准试验效率；燃料组件模拟体采用改变阻力调节螺钉插入长度可精细调节模拟体阻力，批量标定的燃料组件模拟体阻力系数与原型燃料组件阻力系数偏差可控制在±0.3％之内。

2、本发明专利涉及反应堆整体水力模拟试验中闭式燃料组件模拟体的结构设计，该试验是通过设计水力学相似的试验模型获得原型反应堆压力容器内各部分阻力系数、堆芯入口流量分配因子和下腔室交混因子。本发明针对正确模拟原型闭式燃料组件流动特性这一关键技术，建立一套完整的燃料组件模拟体设计结构，可以满足整体水力模拟试验要求，具有如下优势：

(1)燃料组件模拟体结构设计是反应堆整体水力模拟试验模型设计的一项重要内容，本发明提供的反应堆水力学闭式燃料组件模拟体结构具有通用性，可应用于所有闭式燃料组件的模拟，本结构可有效模拟闭式燃料组件的流动特性。新型反应堆研发中如开展整体水力模拟试验，且原型燃料组件为闭式结构，则本燃料组件模拟体结构设计方法具有显著优势，市场前景乐观，该方法已成功应用于某反应堆整体水力模拟试验中；

(2)本发明提供的燃料组件模拟体中阻力调节结构简单、在阻力标定试验时可在线高精度调节阻力；本发明提供的燃料组件模拟体充分考虑了与堆芯上、下板的衔接接口，合理排布测量信号引线，燃料组件模拟体中文丘里流量计压力测量引线和电导电极测量引线均位于模拟体外侧，信号引线对内部介质流动无影响，内部介质流动也不会对信号引线产生不利冲击；本发明提供的燃料组件模拟体结构设计合理，测量仪表布置紧凑，制造难度小、成本低，设计合理的闭式燃料组件模拟体为顺利开展反应堆整体水力模型试验奠定基础。

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为本发明的阻力调节机构结构示意图；

图2为本发明的反应堆闭式燃料组件水力学模拟装置结构示意图，图中箭头指示方向表示流体流动方向；

图3为本发明的俯视结构示意图；

图4为图2中局部K结构示意图；

图5为图2中A-A截面结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：1-阻力调节孔，2-阻力调节螺钉，3-流通管道，4-螺纹孔，5-下管座，6-文丘里流量计，7-上管座，8-电导电极，81-定位销钉，82-压紧螺母，83-密封垫片，9-测压嘴。

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

本实施例提供了一种用于反应堆闭式燃料组件水力学模拟阻力系数调节的机构具体结构是由阻力调节孔1和阻力调节螺钉2构成，阻力调节孔1同轴心线设于流体的流通管道3上，阻力调节孔1两侧的流通管道3的管径可以是同径结构也可以是变径结构。阻力调节孔1的直径φD1≤流通管道3的直径φD7，通常阻力调节孔1的直径φD1＜流通管道3的直径φD7。流通管道3侧壁上设有螺纹孔4，阻力调节螺钉2的一端螺纹配合贯穿螺纹孔4后伸入流通管道3内。具体地，螺纹孔4沿轴向由内向外依次包括螺纹段和密封段，阻力调节螺钉2沿轴向依次包括螺纹杆段和密封杆段；螺纹段用于与阻力调节螺钉2的螺纹杆段适配；所述密封段内壁与阻力调节螺钉2的密封杆段密封连接。可在流通管道3上的侧壁上对称设有两个螺纹孔4，两个螺纹孔4的轴线方向与流通管道3的直径方向三者重合。阻力调节孔1的直径φD1、阻力调节螺钉2的直径φD3与阻力调节螺钉2伸入流通管道3内的长度L1大小关系满足：L1＝0时，反应堆闭式燃料组件水力学模拟体总阻力为原型反应堆燃料组件总阻力的80％～90％。阻力调节孔1的直径φD1、阻力调节螺钉2的直径φD3与阻力调节螺钉2伸入流通管道3内的长度L1大小关系满足：L1为流通管道3的半径大小时，反应堆闭式燃料组件水力学模拟体总阻力为原型反应堆燃料组件总阻力的110％～130％。

综上，本发明燃料组件模拟装置用阻力调节机构主要通过控制三个参数实现阻力调节：阻力调节孔1的直径φD1、阻力调节螺钉2的直径φD3和阻力调节螺钉2伸入流通管道3内的长度L1。φD1用于粗调阻力，直径φD3和长度L1用于细调阻力，在进行批量燃料组件模拟装置标定试验时φD1和φD3已是定值，仅通过阻力调节螺钉2的不同伸入长度L1来校准阻力，使得燃料组件模拟装置总阻力与原型反应堆燃料组件总阻力相等，即燃料组件模拟装置批量标定试验时可不必反复拆装试验筒体，仅通过改变L1在线调节阻力系数，调节精度可达±0.3％。

实施例2

本实施例提供了一种反应堆闭式燃料组件水力学模拟装置，包括依次焊接连通的下管座5、文丘里流量计6和上管座7，流体依次流经下管座5、文丘里流量计6和上管座7；所述上管座7上设有实施例1提供的阻力调节机构和电导电极8，本实施例中的下管座7相当于实施例1中提到的流通管道3。

所述阻力调节孔1与上管座7为同轴心线设置的一体化成型结构，且阻力调节孔1位于上管座7的轴向中部位置；螺纹孔4设于阻力调节孔1对应的上管座7的侧壁上。

所述下管座5内部流体通孔形状呈圆台型结构，所述圆台型结构的下底直径φD4等于原型反应堆堆芯下板流水孔孔径。下管座5为长方体结构，长宽尺寸L2×L2等于原型反应堆堆芯下板流水孔中心距(即为燃料组件模拟体栅距)，高度尺寸H为50mm。

所述上管座7在沿流体流动方向上依次包括入口管段、阻力调节管段和出口管段，上管座7的外部形状均呈长方体结构，入口管段和阻力调节管段内部流通管道均为圆形管结构，出口管段的内部流通管道为方形结构，出口管段的外部长宽尺寸L3×L3≤L2×L2，出口管段的内部流通管道截面尺寸L6、R按照原型反应堆燃料组件上管座内孔尺寸设计；阻力调节孔1的直径φD1＜入口管段直径φD7＜出口管段尺寸L6。

所述文丘里流量计6的量程需满足燃料组件模拟装置流量测量需求，流量计总长度L5需充分考虑流量计前后稳定段长度，前稳定段管径φD5、喉部直径φD6和后稳定段管径φD7的尺寸大小设计依据包括流量计量程和允许的最大阻力损失，通常φD5＝φD7。

所述上管座7的侧壁上设有安装通孔，安装通孔由内向外依次包括大径孔段和小径孔段，大径孔段和小径孔段连接处呈台阶结构；安装所述电导电极8的测量端穿过安装通孔后伸入上管座7内；电导电极8上靠近测量端的大径杆段通过定位销钉81固定在所述台阶结构的台阶面上；电导电极8的小径杆段上套设有压紧螺母82，压紧螺母82的外壁与大径孔段内壁螺纹适配连接；压紧螺母82与电导电极8的大径杆段端面之间还设有密封垫片83，密封垫片83采用和聚四氟乙烯垫片，并可通过在压紧螺母82外侧缠绕生胶带进行密封。

如图5所示，电导电极8安装角度和文丘里流量计6上的测压嘴9的方位均位于45°顶角位置，因为在进行整体水力模拟试验时，百余件试验模拟体要并排布置，并且之间不留间隙，设置在45°顶角位置是为了给测量引线提供足够大的安装空间考虑的；文丘里流量计6的压力测量引线和电导电极8测量引线均位于模拟装置外侧，信号引线对内部介质流动无影响，内部介质流动也不会对信号引线产生不利冲击。最后，模拟装置总长度L4等于原型反应堆堆芯上板和下板间隙尺寸减去0.5mm。

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 (14)

1.阻力调节机构，其特征在于，包括阻力调节孔(1)和阻力调节螺钉(2)，所述阻力调节孔(1)同轴心线设于流体的流通管道(3)上，阻力调节孔(1)的直径φD1≤流通管道(3)的直径φD7；所述流通管道(3)侧壁上设有螺纹孔(4)，所述阻力调节螺钉(2)的一端螺纹配合贯穿螺纹孔(4)后伸入流通管道(3)内；所述阻力调节机构用于反应堆闭式燃料组件水力学模拟阻力系数调节。

2.根据权利要求1所述的阻力调节机构，其特征在于，所述螺纹孔(4)沿轴向由内向外依次包括螺纹段和密封段，所述阻力调节螺钉(2)沿轴向依次包括螺纹杆段和密封杆段；所述螺纹段用于与阻力调节螺钉(2)的螺纹杆段适配；所述密封段内壁与阻力调节螺钉(2)的密封杆段密封连接。

3.根据权利要求1所述的阻力调节机构，其特征在于，所述流通管道(3)上的侧壁上对称设有两个螺纹孔(4)，两个螺纹孔(4)的轴线方向重合。

4.根据权利要求3所述的阻力调节机构，其特征在于，所述阻力调节孔(1)的直径φD1、阻力调节螺钉(2)的直径φD3与阻力调节螺钉(2)伸入流通管道(3)内的长度L1大小关系满足：L1＝0时，反应堆闭式燃料组件水力学模拟体总阻力为原型反应堆燃料组件总阻力的80％～90％。

5.根据权利要求1或3所述的阻力调节机构，其特征在于，所述阻力调节孔(1)的直径φD1、阻力调节螺钉(2)的直径φD3与阻力调节螺钉(2)伸入流通管道(3)内的长度L1大小关系满足：L1为流通管道(3)的半径大小时，反应堆闭式燃料组件水力学模拟体总阻力为原型反应堆燃料组件总阻力的110％～130％。

6.一种反应堆闭式燃料组件水力学模拟装置，其特征在于，包括依次连通的下管座(5)、文丘里流量计(6)和上管座(7)，流体依次流经下管座(5)、文丘里流量计(6)和上管座(7)；所述上管座(7)上设有权利要求1至5任一项所述的阻力调节机构和电导电极(8)。

7.根据权利要求6所述的反应堆闭式燃料组件水力学模拟装置，其特征在于，所述阻力调节孔(1)与上管座(7)为同轴心线设置的一体化成型结构，且阻力调节孔(1)位于上管座(7)的轴向中部位置；螺纹孔(4)设于阻力调节孔(1)对应的上管座(7)的侧壁上。

8.根据权利要求6所述的反应堆闭式燃料组件水力学模拟装置，其特征在于，所述下管座(5)内部流体通孔形状呈圆台型结构，所述圆台型结构的下底直径φD4等于原型反应堆堆芯下板流水孔孔径。

9.根据权利要求6所述的反应堆闭式燃料组件水力学模拟装置，其特征在于，所述下管座(5)为长方体结构，长宽尺寸L2×L2按照原型反应堆堆芯下板流水孔中心距等比例设计。

10.根据权利要求9所述的反应堆闭式燃料组件水力学模拟装置，其特征在于，所述上管座(7)在沿流体流动方向上依次包括入口管段、阻力调节管段和出口管段；所述入口管段和阻力调节管段内部流通管道均为圆形管结构，阻力调节管段用于设置阻力调节机构；所述出口管段的内部流通管道径向截面呈方形倒圆结构，出口管段的外部长宽尺寸L3×L3≤L2×L2，出口管段的内部流通管道截面尺寸L6、以及倒圆R按照原型反应堆燃料组件上管座内孔尺寸等比例设计。

11.根据权利要求6所述的反应堆闭式燃料组件水力学模拟装置，其特征在于，所述文丘里流量计(6)前稳定段管径φD5、喉部直径φD6和后稳定段管径φD7的尺寸大小设计依据包括流量计量程和允许的最大阻力损失。

12.根据权利要求6所述的反应堆闭式燃料组件水力学模拟装置，其特征在于，所述上管座(7)的侧壁上设有安装通孔，所述安装通孔由内向外依次包括大径孔段和小径孔段，大径孔段和小径孔段连接处呈台阶结构；电导电极(8)的测量端穿过安装通孔后伸入上管座(7)内；电导电极(8)上靠近测量端的大径杆段通过定位销钉(81)固定在所述台阶结构的台阶面上；电导电极(8)的小径杆段上套设有压紧螺母(82)，所述压紧螺母(82)的外壁与大径孔段内壁螺纹适配连接；所述压紧螺母(82)与电导电极(8)的大径杆段端面之间还设有密封垫片(83)。

13.根据权利要求6所述的反应堆闭式燃料组件水力学模拟装置，其特征在于，所述电导电极(8)安装角度和文丘里流量计(6)上的测压嘴(9)的方位均位于45°顶角位置；文丘里流量计(6)的压力测量引线和电导电极(8)测量引线均位于模拟装置外侧。

14.根据权利要求6所述的反应堆闭式燃料组件水力学模拟装置，其特征在于，模拟装置总长度L4为依据原型反应堆堆芯上板和下板间隙尺寸等比例设计后的尺寸再减去0.5mm。

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