CN207731664U - 快接式高热流密度电加热模拟燃料棒 - Google Patents

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许倩
刁均辉
何晓军
徐西安
韩智杰
尚新渊
陈升
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Abstract

本实用新型涉及一种快接式高热流密度电加热模拟燃料棒，包括包壳管，在包壳管内设有电加热元件和Al2O3环形模拟芯块，包壳管的两端设置密封接头，所述密封接头通过快接件与包壳管固定连接。本实用新型具有热流密度大、表面温度高、密封性能好、耐高压的特点，作为反应堆失水事故工况下燃料包壳安全性能研究实验的关键核心部件，保障了实验的顺利实施。

Description

快接式高热流密度电加热模拟燃料棒
技术领域
本实用新型涉及反应堆燃料组件模拟技术，具体涉及一种快接式高热流密度电加热模拟燃料棒。
背景技术
现有压水堆的一个燃料组件通常由17×17的燃料棒、控制棒导向管和4个定位格架构成，棒与棒之间仅有不到5mm的间隙，其中控制棒导向管构成组建的骨架，定位格架起固定和支撑的作用。燃料棒由燃料芯块、包壳、气腔、上下端塞等构成，燃料棒的直径小，在运行过程中温度高，热流密度大，裂变气体释放使得燃料棒内的压力逐渐升高，在运行寿期末，压力可达10几兆帕。当发生失水事故时，由于冷却剂的丧失，使得燃料棒的热量无法释放，温度急剧升高，导致燃料棒内压也迅速增大。
目前，世界各国堆外模拟反应堆失水事故开展实验时，设计的模拟燃料棒如下：
1、REBEKA模拟燃料棒
德国KFK在开展堆内实验时，设计了电加热模拟燃料棒与燃料棒进行对比，电加热模拟燃料棒由MgO绝缘层、Al2O3模拟芯块、上下端塞(材料为Ni)、加热器(材料为Inconel600)等构成，气腔充氦气。
2、ORNL模拟燃料棒
美国ORNL开展单棒和组件鼓胀爆破试验时，设计了模拟燃料棒，外径10.92mm，壁厚0.635mm，加热段长915mm，由加热器、不锈钢包壳、氮化硼、MgO等构成，气腔充氦气。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种快接式高热流密度电加热模拟燃料棒，作为反应堆失水事故工况下燃料包壳安全性能研究实验的关键核心部件，保证实验的顺利实施。
本实用新型的技术方案如下：一种快接式高热流密度电加热模拟燃料棒，包括包壳管，在包壳管内设有电加热元件和Al2O3环形模拟芯块，包壳管的两端设置密封接头，所述密封接头通过快接件与包壳管固定连接。
进一步，如上所述的快接式高热流密度电加热模拟燃料棒，其中，所述的快接件包括中空的连接螺柱，包壳管从连接螺柱的一端插入并通过第一螺母固定连接，密封接头从连接螺柱的另一端插入并通过第二螺母固定连接。
进一步，如上所述的快接式高热流密度电加热模拟燃料棒，其中，在所述连接螺柱内侧与包壳管和密封接头之间分别设有密封垫片。
进一步，如上所述的快接式高热流密度电加热模拟燃料棒，其中，所述的包壳管为锆合金包壳管，所述的密封接头为不锈钢密封接头。
进一步，如上所述的快接式高热流密度电加热模拟燃料棒，其中，沿一端的密封接头的轴向设有内压测量导管，通过所述内压测量导管向包壳管内充入氦气。
本实用新型的有益效果如下：
(1)本实用新型实现了堆外燃料元件的模拟，利用高热流密度的电加热棒模拟堆内燃料棒的发热，Al2O3陶瓷环模拟燃料芯块，径向的几何尺寸、温度、压力等主要参数与堆内一致；密封形式采用不锈钢快速接头实现不同管径、不同材料间的密封；
(2)本实用新型的工程应用价值高，将反应堆内复杂苛刻环境下的燃料棒实验在堆外即可进行，降低了研究成本，提升了工作效率；
(3)本实用新型制造方便，成本很低，在实际的工程应用中很容易得到推广。
附图说明
图1为电加热模拟燃料棒的结构示意图；
图2为电加热模拟燃料棒的横截面示意图；
图3为密封接头与包壳管通过快接件连接的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。
如图1、图2所示，本实施例提供的电加热模拟燃料棒由锆包壳4、电加热元件5、Al2O3环形芯块3、密封接头2、6等部件构成，包壳4管为锆合金包壳管，密封接头2、6为不锈钢密封接头。密封接头2、6分别位于包壳管4的两端，插入包壳管的部分形成端塞。所述密封接头通过快接件与包壳管固定连接，如图3所示。以一端连接方式为例，快接件包括中空的连接螺柱7，包壳管4从连接螺柱7的一端插入并通过第一螺母8固定连接，密封接头6从连接螺柱7的另一端插入并通过第二螺母9固定连接。在连接螺柱内侧与包壳管和密封接头之间分别设有密封垫片10。密封接头通过螺母紧固的形式挤压包壳管，与包壳管紧密贴合，从而达到密封的效果。沿一端的密封接头2的轴向设有内压测量导管1，通过所述内压测量导管1向包壳管4内充入氦气。
高热流密度的电加热棒模拟堆内燃料棒的发热，Al2O3陶瓷环模拟燃料芯块，径向的几何尺寸与燃料棒完全相同，目的是确保温差与堆内尽可能一致，通过内压测量导管充入不同压力的氦气，模拟堆内不同燃耗对应的燃料棒内压，实现了堆内燃料棒的几何尺寸、温度、压力等主要参数的堆外模拟。
显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若对本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其同等技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种快接式高热流密度电加热模拟燃料棒，其特征在于：包括包壳管(4)，在包壳管(4)内设有电加热元件(5)和Al2O3环形模拟芯块(3)，包壳管(4)的两端分别设置密封接头，所述密封接头通过快接件与包壳管(4)固定连接。
2.如权利要求1所述的快接式高热流密度电加热模拟燃料棒，其特征在于：所述的快接件包括中空的连接螺柱(7)，包壳管(4)从连接螺柱(7)的一端插入并通过第一螺母(8)固定连接，密封接头从连接螺柱(7)的另一端插入并通过第二螺母(9)固定连接。
3.如权利要求2所述的快接式高热流密度电加热模拟燃料棒，其特征在于：在所述连接螺柱(7)内侧与包壳管(4)和密封接头之间分别设有密封垫片(10)。
4.如权利要求1所述的快接式高热流密度电加热模拟燃料棒，其特征在于：所述的包壳管(4)为锆合金包壳管，所述的密封接头为不锈钢密封接头。
5.如权利要求1所述的快接式高热流密度电加热模拟燃料棒，其特征在于：沿一端的密封接头的轴向设有内压测量导管(1)，通过所述内压测量导管(1)向包壳管(4)内充入氦气。
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