CN205538507U - 一种核用锆合金管材快速升温爆破性能测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种核用锆合金管材快速升温爆破性能测量装置，包括爆破箱、加热单元、测试单元、用于提供高压气体的加压单元、控制单元及设置在爆破箱内的试样单元，试样单元包括待测试的锆合金试样管及与试样管的一端部连接的压力注入管，试样管的另一端部封闭，压力注入管与加压单元的高压气体出口连通，加热单元包括设置在爆破箱内的用于对试样管加热的感应线圈加热机构、及用于控制感应线圈加热机构加热温度的感应加热控制机构，感应线圈加热机构包括感应线圈，试样管位于感应线圈内部。本实用新型可在线测量快速升温爆破可闭环控温控压，成本低，试验成功率高。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种用于检测核用锆合金管材快速升温爆破性能的测量装置。
背景技术
根据核安全法规的要求，为确保核电站在正常的运行工况、核事故工况以及事故后工况下能安全运行，保护公众健康和安全，对核安全系统和设备必须进行一系列的鉴定试验，验证能否执行其预期功能。
核燃料元件是反应堆的核心部件，由燃料芯块、包壳及其构件组成。由于燃料元件的运行环境比较恶劣，中子辐照、冷却剂的腐蚀及在开堆、停堆、和运行后期燃料芯块与包壳的机械相互作用和裂变气体产物的释放，使包壳管承受双向应力，均会造成燃料元件的力学性能下降，形成安全隐患，它的安全性能直接影响反应堆的安全可靠性。
目前，管材升温爆破试验的测试装置基本上是采用外部电阻炉加热、K型电偶控温，该装置主要包括封闭的加热爆破箱以及用于向管材提供压力的气压装置，管材的一端部用堵头进行拧紧堵死，另一端与连接接头连接，连接接头再通过螺纹与气压装置的压力注入管相连接，内部气压保证在恒定压力，加热电阻炉逐渐地提升温度直到管材发生爆破。然而，在多次爆破试验的结果表明，这种试验成功率不高。这种试验方法存在了很大的缺陷：1、试样管材加热过程中试样管易发生弯曲变形造成试样管加热不均匀；2、K型电偶加热过程中容易脱离试样管使得温度测量有偏差，另K型电偶的反应灵敏度差导致在快速升温条件下记录的数据不准确；3、外部电阻炉升温速率慢。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种核用锆合金管材快速升温爆破性能测量装置。
为解决以上技术问题，本实用新型采用如下技术方案：
一种核用锆合金管材快速升温爆破性能测量装置，包括爆破箱、加热单元、测试单元、用于提供高压气体的加压单元、控制单元及设置在所述爆破箱内的试样单元，所述试样单元包括待测试的锆合金试样管及与所述试样管的一端部连接的压力注入管，所述试样管的另一端部封闭，所述压力注入管与所述加压单元的高压气体出口连通，所述控制单元包括总控制柜，其分别与所述测试单元、加压单元、加热单元连接，实现温度和压力的闭环控制，所述加热单元包括设置在所述爆破箱内的用于对所述试样管加热的感应线圈加热机构、及用于控制所述感应线圈加热机构加热温度的感应加热控制机构，所述感应线圈加热机构包括感应线圈，所述试样管位于所述感应线圈内部。
优选地，所述感应线圈和试样管直立设置。
更优选地，所述试样管的所述另一端部与所述爆破箱之间设有用于防止所述试样管在升温时轴向方向伸缩及径向方向弯曲的试样固定基座。
更优选地，所述试样管的所述另一端部通过堵头封闭，所述堵头位于所述试样管和试样固定基座之间。
更优选地，所述试样管的所述一端部连接有快速接头，所述压力注入管与所述快速接头通过转接头相连。
优选地，所述压力注入管设置在所述爆破箱内的上部。
更优选地，所述压力注入管的材质为316不锈钢。
优选地，所述测试单元包括用于测量所述试样管温度的红外线测温仪及用于测量所述试样管管内压力的压力传感器。
优选地，所述加压单元包括动力气管路、与所述动力气管路连接的气体增压器、与所述气体增压器连接的工作气管路及与所述气体增压器连接的高压气体出口管路，所述高压气体出口管路的末端为高压气体出口。
更优选地，所述动力气管路上依次设置有压缩空气接口、过滤器、调压阀、压力表、安全阀及截止阀。
更优选地，所述工作气管路包括用于存放工作气气体的工作气瓶及连接在所述工作气瓶和气体增压器之间的工作气管路本体，所述工作气管路本体上依次设置有过滤器、压力表及截止阀，所述过滤器靠近所述工作气瓶设置，所述工作气气体通过所述气体增压器增压为高压气体。
由于上述技术方案的实施，本实用新型与现有技术相比具有如下优点：
本实用新型核用锆合金管材快速升温爆破性能测量装置采用感应线圈加热机构加热，大大提高加热速率，提高管材爆破性能测量的精确性。
本实用新型核用锆合金管材快速升温爆破性能测量装置是一种在线测量装置，在线快速升温爆破可闭环控温控压，成本低，能更好地模拟包壳在堆内的复杂应力状态，提高试验成功率，闭环控制试验温度及压力，实现数据的实时在线记录。且该装置操作简单，工作效率高，使用方便。
附图说明
图1为本实用新型核用锆合金管材快速升温爆破性能测量装置的结构示意图；
图2为图1的试样单元的放大示意图；
图中：A、加压单元；1、压缩空气接口；2、过滤器；3、调压阀；4、压力表；5、安全阀；6、截止阀；7、工作气瓶；8、气体增压器；9、高压截止阀；10、高压卸荷阀；11、高压气体出口；12、总控制柜；13、红外线测温仪；14、感应线圈加热机构；15、试样固定基座；16、循环水机构；17、感应加热控制机构；18、转接头；19、压力注入管；20、快速接头；21、试样管；22、堵头；23、压力传感器。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本实用新型作进一步描述。
如附图1~2所示，一种核用锆合金管材快速升温爆破性能测量装置，包括爆破箱、加热单元、测试单元、用于提供高压气体的加压单元A、控制单元及设置在爆破箱内的试样单元。控制单元包括总控制柜12，其分别与测试单元、加压单元A、加热单元连接，实现温度和压力的闭环控制。
本实用新型的加压单元A包括动力气管路、与动力气管路连接的气体增压器8、与气体增压器8连接的工作气管路及与气体增压器8连接的高压气体出口管路，高压气体出口管路的末端为高压气体出口11。高压气体出口管路可以设置有多个。
动力气管路上依次设置有压缩空气接口1、过滤器2、调压阀3、压力表4、安全阀5及截止阀6。工作气管路包括用于存放工作气气体的工作气瓶7及连接在工作气瓶7和气体增压器8之间的工作气管路本体，工作气管路本体上依次设置有过滤器2、压力表4及截止阀6，过滤器2靠近工作气瓶7设置，工作气气体通过气体增压器8增压为高压气体。高压气体出口管路上依次设置有安全阀5、高压截止阀9、压力表4及高压卸荷阀10，高压卸荷阀10靠近高压气体出口11。
加压单元A的工作过程为：压缩空气由压缩空气接口1进入，依次经过滤器2、调压阀3、压力表4和截止阀6为气体增压器8提供动力；工作气瓶7中的工作气气体依次经过滤器2、压力表4和截止阀6，由气体增压器8增压为高压气体经由高压截止阀9至高压气体出口11。
本实用新型的试样单元包括待测试的锆合金试样管21及与试样管21的一端部连接的压力注入管19，压力注入管19与加压单元A的高压气体出口11连通，试样管21的另一端部封闭。加热单元包括设置在爆破箱内的用于对试样管21加热的感应线圈加热机构14、及用于控制感应线圈加热机构14加热温度的感应加热控制机构17，感应线圈加热机构14包括感应线圈，试样管21位于感应线圈内部。
感应线圈和试样管21直立设置。压力注入管19设置在爆破箱内的上部，试样管21的上端部与压力注入管19连接，试样管21的下端部与爆破箱之间设有用于防止试样管21在升温时轴线方向伸缩及径向方向弯曲的试样固定基座15，保证了试样管21受热均匀。
试样固定基座15的上表面向下凹陷形成凹槽，试样管21的下端部放置于凹槽内。
具体地，试样管21的下端部通过堵头封闭，堵头22位于试样管21和试样固定基座15之间。试样管21的上端部连接有快速接头20，压力注入管19与快速接头20通过转接头18相连。压力注入管19采用316不锈钢制成，室温下可承受压力60000psi，快速接头20采用Swagelok快速接头。
感应线圈加热机构14通过电磁感应线圈加热控温，均温区大约170mm，保证有足够的均温区长度。
本实用新型的测量单元包括用于测量试样管21温度的红外线测温仪13及用于测量试样管21内压力的压力传感器23。为了便于红外线测温仪13对试样管21进行准确测温，可以在感应线圈加热机构14的感应线圈靠近红外线测温仪13的侧部开设10mm的小孔。压力传感器23的可测范围为0~250MPa。
本实用新型的测量装置还包括与感应线圈加热机构14相连的循环水机构16。
本实用新型的压力表4测量各阶段压力。压力表4、截止阀6和高压截止阀9与控制单元的总控制柜12连接，试样管21内压力达到设定压力时自动停机，低于设定压力达到某一程度时自动补压。
本实用新型的测量装置在加热单元的感应线圈加热机构14快速升温时，在线测量锆合金管材的温度和压力实时变化。
对于包壳材料，本实用新型装置采用快速升温爆破试验来获得包壳材料的断裂强度与延性数据。
以上对本实用新型做了详尽的描述，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本实用新型的内容并加以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围，凡根据本实用新型的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。
Claims (10)
1.一种核用锆合金管材快速升温爆破性能测量装置，包括爆破箱、加热单元、测试单元、用于提供高压气体的加压单元、控制单元及设置在所述爆破箱内的试样单元，所述试样单元包括待测试的锆合金试样管及与所述试样管的一端部连接的压力注入管，所述试样管的另一端部封闭，所述压力注入管与所述加压单元的高压气体出口连通，所述控制单元包括总控制柜，其分别与所述测试单元、加压单元、加热单元连接，实现温度和压力的闭环控制，其特征在于：所述加热单元包括设置在所述爆破箱内的用于对所述试样管加热的感应线圈加热机构、及用于控制所述感应线圈加热机构加热温度的感应加热控制机构，所述感应线圈加热机构包括感应线圈，所述试样管位于所述感应线圈内部。
2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述感应线圈和试样管直立设置。
3.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于：所述试样管的所述另一端部与所述爆破箱之间设有用于防止所述试样管在升温时轴向方向伸缩及径向方向弯曲的试样固定基座。
4.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于：所述试样管的所述另一端部通过堵头封闭，所述堵头位于所述试样管和试样固定基座之间。
5.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于：所述试样管的所述一端部连接有快速接头，所述压力注入管与所述快速接头通过转接头相连。
6.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于：所述压力注入管设置在所述爆破箱内的上部。
7.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述测试单元包括用于测量所述试样管温度的红外线测温仪及用于测量所述试样管管内压力的压力传感器。
8.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述加压单元包括动力气管路、与所述动力气管路连接的气体增压器、与所述气体增压器连接的工作气管路及与所述气体增压器连接的高压气体出口管路，所述高压气体出口管路的末端为高压气体出口。
9.根据权利要求8所述的测量装置，其特征在于：所述动力气管路上依次设置有压缩空气接口、过滤器、调压阀、压力表、安全阀及截止阀。
10.根据权利要求8所述的测量装置，其特征在于：所述工作气管路包括用于存放工作气气体的工作气瓶及连接在所述工作气瓶和气体增压器之间的工作气管路本体，所述工作气管路本体上依次设置有过滤器、压力表及截止阀，所述过滤器靠近所述工作气瓶设置，所述工作气气体通过所述气体增压器增压为高压气体。
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