CN115985546B - 一种对半式分区控温辐照装置 - Google Patents

Abstract

本发明创造属于研究堆材料辐照技术领域，特别涉及一种对半式分区控温辐照装置，包括定位法兰、夹块、气管、辐照罐、法兰等。单层辐照罐内设置异形筋条，形成左右两个独立的空间分别容纳两个夹块，单层辐照罐与上法兰、下法兰及进出气管焊接，形成两条独立的气体通道。本发明通过在辐照装置中设置多个独立密闭空间和多条独立控温通道，分别控制控温回路的通气量和混合气体成分比例，保证辐照装置在不同夹块处实现所需的试验温度，提高了辐照装置控温精度和控温范围，克服传统辐照装置温度控制只能实现一个区间，温控不精确及效果不明显的缺陷。

Description

一种对半式分区控温辐照装置

技术领域

本发明创造属于研究堆材料辐照技术领域，具体涉及一种对半式分区控温辐照装置。

背景技术

近年来，核工业已经进入了高速发展的阶段，各类新型反应堆的研制也在稳步推进中。针对新型反应堆的研制要求，原有的核材料已经无法满足使用需求，因此需要对新型材料开展选型和研究。对于新型材料的选型和研究需要在研究堆上开展辐照试验，获得其辐照材料组织及性能的变化结果以及成分，对辐照前后的物理、化学性能进行对比分析，为候选材料的综合性能评价提供数据支撑。辐照试验的展开离不开辐照装置的设计，将新型材料加工成辐照试样，装载于辐照装置内，在试验所需的温度和注量要求下将装置置于研究堆内开展试验。

目前，为了满足试验温度要求，辐照装置较多采用惰性气体调节温度的方式，将一种或多种不同导热系数的惰性气体按需求导入装置内，形成一定厚度的保温层，以实现控制温度的目的。但是由于装置轴向上中子注量不同的问题，即使通入惰性气体，在装置中心位置和两端位置的试样温度仍然无法达到一致，试验过程中的温度控制已经成为了限制辐照试验的关键问题。因此，针对现有辐照装置温度控制方面的不足，需要从结构优化出发，实现辐照装置的精准控温，满足试验要求。

发明内容

新型核材料的应用离不开前期的辐照性能研究，辐照性能研究需要利用辐照装置开展满足辐照要求的辐照试验。因此，辐照装置能否满足辐照试验的要求至关重要。本发明的目的就是要解决辐照装置内试样轴向温度难以控制在理想范围的问题，设置一种对半式分区的结构对辐照装置的温度进行分别控制，以保障辐照装置内各材料试样试验实际温度满足试验要求。

为达到上述目的，本发明通过下述技术方案实现：

一种对半式分区控温辐照装置，包括插入研究堆孔道中的辐照罐，辐照罐由同轴的内外双层圆筒围成环形空间，且环形空间由纵向筋板对半分隔成大小相同的两个空腔，空腔两端分别由顶法兰和底法兰密封，空腔作为容纳试样的空间，辐照罐置于研究堆孔道中时，两个试样空腔分别朝向辐照阳面和辐照阴面，筋板上设有两个气道，两个气道分别向两侧开孔，分别往两个试样空腔中通入惰性气体，法兰设有两个出气孔分别将惰性气体引出。

作为优选方案，试样空腔中还设有夹块，夹块外形形状与试样空腔匹配，内部容纳试样。

作为优选方案，辐照罐及顶法兰、底法兰设置有两组，两组辐照罐同轴设置，且间隔布置。

作为优选方案，各试样空腔的进气管和出气管均独立设置。

作为优选方案，筋板气道接进气管，第二层辐照罐的进气管从第一层辐照罐的筋板中穿过。

作为优选方案，法兰出气孔接出气管，第二层辐照罐的出气管穿过第一层辐照罐的顶法兰和底法兰。

作为优选方案，辐照罐安装在定位法兰上，辐照试验时，定位法兰安装于研究堆堆顶固定结构或喇叭口上。

作为优选方案，辐照罐通过保护管安装在定位法兰上。

作为优选方案，进气管和出气管穿过定位法兰引出反应堆。

作为优选方案，定位法兰上设置有吊耳。

本发明的目的在于设计一套辐照装置，在传统气体调节温差的基础上，通过在辐照装置中设置多个独立密闭空间和多条独立控温通道，保证辐照装置在不同夹块处实现不同或者相同的试验温度要求。本发明通过采用4条独立的控温回路，分别控制这4条控温回路的通气量和混合气体成分比例，同时根据热工计算调整4个夹块与辐照罐的气体间隙，保证辐照装置的分区温度控制能到达到理想目标。

综上所述，在实际的使用过程中，本发明与现有技术相比，体现出了以下有益效果：

1)本发明提供的适用于研究堆的对半式分区控温辐照装置，采用了气体分区调节方式，提高了辐照装置控温精度和控温范围。

2)本发明提供的适用于研究堆的对半式分区控温辐照装置，提出了每个试验胶囊(即辐照罐及顶法兰、底法兰)采用对半式结构，辐照罐中间设置筋条用于提供单独的控温气体通道，采用多个胶囊可以实现更多的试验温度点，提高控温精度，实现多个试验温度可以在同一辐照装置内实现。

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。

图1：本发明的结构示意图；

图2：图1中的A-A结构示意图；

图3：图1中的B-B结构示意图；

图4：图1中的C-C结构示意图；

图5：图1中的D-D结构示意图；

图6：图1中的E-E结构示意图；

图7：本发明第一层胶囊结构图；

图8：本发明第二层胶囊结构图；

图9：本发明辐照罐结构图；

图10：本发明辐照罐结构示意图。

附图标记与对应的零部件名称：1.定位法兰，2.气管接头，3.吊耳，4.压紧螺母，5.气管，6.保护管，7.第一层顶法兰，8.夹块，9.第一层辐照罐，10.第一层底法兰，11.第二层顶法兰，12.第二层辐照罐，13.第二层底法兰，14.长气管。

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，对本发明作的原理和特征等做进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明保护范围的限定。

在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本发明。在其他实例中，为了避免混淆本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。

在整个说明书的描述中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。

下述公开了多种不同的实施所述的主题技术方案的实施方式或实施例。为简化公开内容，下面描述了各特征存在的一个或多个排列的具体实施例，但所举实施例不作为对本说明书的限定,在说明书中随后记载的第一特征与第二特征连接，即可以包括直接联系的实施方式，也可以包括形成附加特征的实施方式，进一步的，也包括采用一个或多个其他介入特征使第一特征和第二特征彼此间接连接或结合，从而第一特征和第二特征可以不直接联系。在本说明书的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

本说明书中使用的术语是考虑到关于本公开的功能而在本领域中当前广泛使用的那些通用术语，但是这些术语可以根据本领域普通技术人员的意图、先例或本领域新技术而变化。此外，特定术语可以由申请人选择，并且在这种情况下，其详细含义将在本公开的详细描述中描述。因此，说明书中使用的术语不应理解为简单的名称，而是基于术语的含义和本公开的总体描述。

本说明书中使用了流程图或文字来说明根据本申请的实施例所执行的操作步骤。应当理解的是，本申请实施例中的操作步骤不一定按照记载顺序来精确地执行。相反，根据需要，可以按照倒序或同时处理各种步骤。同时，也可以将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。

本发明要解决的是由于辐照孔道轴向中子注入量不同所导致辐照装置在轴向温度控制难度大，无法达到预期范围，影响了辐照试验结果的准确性的问题。因此，设计一套对半式分区辐照装置，克服传统辐照装置温度控制只能实现一个区间，温控不精确及效果不明显的缺陷。本发明采用对半式分区结构，形成四个单独的密闭气腔，提高辐照装置对于温度的调控能力，也可以满足同一辐照装置内试样相同或不同的试验温度要求。

基于本发明构思，以下提出本发明的具体实施方案：

实施例

一种对半式分区控温辐照装置，其结构示意图如图1-10所示，包括定位法兰1、气管接头2、吊耳3、压紧螺母4、气管5和保护管6，第一层顶法兰7、夹块8、第一层辐照罐9、第一层底法兰10，第二层顶法兰11，第二层辐照罐12，第二层底法兰13和长气管14(即第二层辐照罐12的气管)。所述的气管5和长气管14穿过定位法兰1，安装辐照装置时，定位法兰1安装在试验堆顶的固定法兰上，定位法兰1以下的部分处于试验堆压力容器内部，由上自下依次为保护管6，第一层胶囊(包含第一层顶法兰7，夹块8，第一层辐照罐9和第一层底法兰10)和第二层胶囊(包含第二层顶法兰11，第二层辐照罐12，第二层底法兰13及夹块8)。

第一层辐照罐9中间设置异形筋条，将第一层辐照罐9分成左右两个独立的空间，筋条上开有四个圆孔，用于插入4根进气管，其中两个圆孔贯通，用于穿出2根进气管至第二层辐照罐12，另外两个圆孔不贯通，分别与第一层辐照罐9左右两个独立的空间通过两个径向孔相连，形成两个独立的气体流经通道。第一层辐照罐9左右分别放置两个夹块8，上下端面分别与第一层顶法兰7与第一层底法兰10进行焊接。

第二层辐照罐12中间设置异形筋条，将第二层辐照罐12分成左右两个独立的空间，筋条上开有两个圆孔，用于连接从第一层辐照罐9筋条中间孔穿过的两根进气管。两个圆孔并不贯穿，分别与第二层辐照罐12左右两个独立的空间通过两个径向孔相连，形成两个独立的气体流经通道。第二层辐照罐12左右分别放置两个夹块8，上下端面分别与第二层顶法兰11与第二层底法兰13。

通过四根气管5，四根长气管14，以及第一层胶囊和第二层胶囊中的四个独立空间，形成了四条独立的气体分区控温通道。胶囊数量及控温通道数量根据试验需求可以进行扩展。本实施例设计两个胶囊四个腔，主要是根据反应堆的孔道的尺寸确定的，因为气管要占据一部分装载试样的空间，增加腔体数量，意味着能够装载的试样会减少，目前这样分布主要是达到一个既能更好控温，又尽可能多地装载试样的目的。另外，辐照罐中空的作用是为了让装置中间有冷却剂流过，这样胶囊内外测的温度更均匀。装置插入反应堆会分为阴阳面，阳面温度会比阴面高，所以如果没有隔板，通过同一个气体回路调节，无法减小阴面样品和阳面样品的温度差异，而通过隔板，分成独立的空间，阴面温度较低，可以通过调节气体的成分，使气体更加保温来实现温度的提升，缩小与阳面温度的差异。

辐照装置是辐照试验系统的一部分，如图1-2所示，通过定位法兰1安装于研究堆堆顶固定结构或喇叭口上。定位法兰1上焊接有吊耳3，方便提取和转运辐照装置。定位法兰1上开有8个通孔，用于穿出4根进气管和4根出气管。进气管和出气管上分别安装有气嘴组件，用于与调气系统相连接。8根气管分成4组(每组一根进气管，一根出气管)，分别穿入两个胶囊的四个独立控温空间内。两个胶囊是上下堆叠安装，下层胶囊的气管需要从上层胶囊穿出直至下层胶囊对应位置。上层胶囊通过保护管与定位法兰进行连接固定，同时保护管可以起到定位作用，控制两层胶囊在试验时装载到指定高度。

在第一层胶囊中，如图1、3-4、7、10所示，第一层顶法兰7和第一层底法兰10分别与第一层辐照罐9两端进行焊接，可以在一个胶囊内形成两个半圆形封闭空间，每隔封闭空间内可以放置一个夹块8，夹块8内可以装载样品棒，假样盒，中子探测器以及热电偶，夹块8与外层辐照罐壁之间的间隙根据不同试验温度要求和不同样品装载量进行热工计算得出。为了形成密闭气环境空间，辐照罐两端分别采用顶法兰和底法兰进行覆盖，连接处进行焊接密封。每个密封空间内需要与进气管和出气管进行连通，进气管穿在辐照罐中间筋条的孔道内，出气管穿在顶法兰的孔道上，进出气管与辐照罐和顶法兰的连接处均进行焊接密封。在焊接前，将样品棒和假样盒安装在夹块8上，假样盒上焊接热电偶，热电偶用于监测温度并作为温度调节系统的输入指导调气系统的进气量，调控好后再次通过热电偶进行监测观察是否达到理想值，从而可以形成一个闭环调节。夹块8置于半圆形封闭空间内，夹块8为类似半圆形结构，一个胶囊内可以对称放置两个夹块8。为了将一层胶囊分成两个控温区，第一层辐照罐9采用圆筒中加筋条结构，筋条沿着圆筒直径将圆筒划分为两个半圆筒。同时在筋条上开有四个圆孔用于穿进气的气管5和长气管14，其中两个圆孔直接贯穿筋条，为第二层胶囊的气管提供穿出孔道，另外两个圆孔并不贯穿，圆孔深度为装配好夹块8后恰好与夹块8底部平齐的深度，同时在此高度上再在筋条打两个小孔，分别和筋条轴向上的两孔连通，形成两条独立互不干扰的气体通道，分别通向第一层胶囊的两个半圆形封闭空间，通过调节进气的气体比例可以分别调控两个气腔内的温度。在第一层顶法兰7上还开有两个圆孔，其中一个用于焊接该密闭空间的出气的气管5，另一个用于穿过第二层胶囊的出气的长气管14，与此相对应，在夹块8和第一层底法兰10的相应位置也留有通道。所有穿进穿出气管5和长气管14的地方均需做好焊接密封操作，防止气体泄漏和互通。

第二层胶囊与第一层胶囊结构类似，如图1、5-6、8-9所示，两个第二层顶法兰11和两个第二层底法兰13分别与第二层辐照罐12两端进行焊接，形成两个半圆形封闭空间，每隔封闭空间内可以放置一个夹块8。主要的区别在于第二层辐照罐12，第二层顶法兰11，第二层底法兰13的开孔数量，其中第二层辐照罐12依旧采用圆筒中加筋条结构，筋条沿着圆筒直径将圆筒划分为两个半圆筒，在筋条上仅开有两个圆孔用于穿长气管14，两个圆孔并不贯穿，圆孔深度为装配好夹块后恰好与夹块底部平齐的深度，同时在此高度上再在筋条打两个小孔，分别和筋条轴向上的两孔连通，形成两条独立互不干扰的气体通道，分别通向第二层胶囊的左右两个半圆形封闭空间，通过调节进气的气体比例可以分别调控两个气腔内的温度。在第二层顶法兰11上仅开有一个圆孔，用于焊接第二层胶囊半区对应的出气管，形成气体排出通道。

综上所述，本发明单层辐照罐内设置异形筋条，形成左右两个独立的空间分别容纳两个夹块，单层辐照罐与上法兰、下法兰及进出气管焊接，形成两条独立的气体通道。本发明通过在辐照装置中设置多个独立密闭空间和多条独立控温通道，分别控制控温回路的通气量和混合气体成分比例，保证辐照装置在不同夹块处实现所需的试验温度，提高了辐照装置控温精度和控温范围，克服传统辐照装置温度控制只能实现一个区间，温控不精确及效果不明显的缺陷。

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较佳实施方式，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 (6)

1.一种对半式分区控温辐照装置，其特征在于：包括插入研究堆孔道中的辐照罐，辐照罐由同轴的内外双层圆筒围成环形空间，且环形空间由纵向筋板对半分隔成大小相同的两个空腔，空腔两端分别由顶法兰和底法兰密封，空腔作为容纳试样的空间，辐照罐置于研究堆孔道中时，两个试样空腔分别朝向辐照阳面和辐照阴面，筋板上设有两个气道，两个气道分别向两侧开孔，分别往两个试样空腔中通入惰性气体，法兰设有两个出气孔分别将惰性气体引出；辐照罐及顶法兰、底法兰设置有两组，两组辐照罐同轴设置，且间隔布置；各试样空腔的进气管和出气管均独立设置；筋板气道接进气管，第二层辐照罐的进气管从第一层辐照罐的筋板中穿过；法兰出气孔接出气管，第二层辐照罐的出气管穿过第一层辐照罐的顶法兰和底法兰；第一层辐照罐中间设置纵向筋板，将第一层辐照罐分成左右两个独立的空间，纵向筋板上开有四个圆孔，用于插入4根进气管，其中两个圆孔贯通，用于穿出2根进气管至第二层辐照罐，另外两个圆孔不贯通，分别与第一层辐照罐左右两个独立的空间通过两个径向孔相连，形成两个独立的气体流经通道；第二层辐照罐中间设置纵向筋板，将第二层辐照罐分成左右两个独立的空间，纵向筋板上开有两个圆孔，用于连接从第一层辐照罐筋条中间孔穿过的两根进气管；两个圆孔并不贯穿，分别与第二层辐照罐左右两个独立的空间通过两个径向孔相连，形成两个独立的气体流经通道。

2.根据权利要求1所述的对半式分区控温辐照装置，其特征在于：试样空腔中还设有夹块，夹块外形形状与试样空腔匹配，内部容纳试样。

3.根据权利要求1所述的对半式分区控温辐照装置，其特征在于：辐照罐安装在定位法兰上，辐照试验时，定位法兰安装于研究堆堆顶固定结构或喇叭口上。

4.根据权利要求3所述的对半式分区控温辐照装置，其特征在于：辐照罐通过保护管安装在定位法兰上。

5.根据权利要求3所述的对半式分区控温辐照装置，其特征在于：进气管和出气管穿过定位法兰引出反应堆。

6.根据权利要求3所述的对半式分区控温辐照装置，其特征在于：定位法兰上设置有吊耳。