CN212675928U - 一种承压环形燃料棒外包壳鼓胀爆破试验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于核燃料组件试验装置技术领域，具体涉及一种承压环形燃料棒外包壳鼓胀爆破试验装置。承压环形燃料棒外包壳鼓胀爆破试验装置中，沿轴向自上而下分别为气路连接管、试验件连接管、不锈钢过渡接头、上端塞、外包壳试验件、下端塞；在外包壳试验件中设置氧化铝填充芯块。通过上述结构的设置及其中各部件的连接，可以达到环形燃料棒外包壳各种试验时对内部承压的要求；并且其中的气腔容积可调，可以更好的模拟各种试验环境。本实用新型提供的一种承压环形燃料棒内外壳鼓胀爆破试验装置可应用于压水堆、沸水堆、重水堆、快堆、动力堆、船用动力堆。

Description

一种承压环形燃料棒外包壳鼓胀爆破试验装置

技术领域

本实用新型属于核燃料组件试验装置技术领域，具体涉及一种承压环形燃料棒外包壳鼓胀爆破试验装置。

背景技术

核电站反应堆运行过程中，核燃料的性能是影响反应堆安全性和经济性的重要因素。因此国际上一直将燃料元件的研究放在十分突出的地位，通过优化燃料元件设计、采用先进结构材料、改进元件制造工艺等方法，不断提高核燃料元件的各种性能，促使核电向更安全和更经济的方向发展。

全性和经济性是核电发展的基础，几乎所有的核电技术发展都以增加核电安全性和经济性为目标。燃料元件作为核电厂反应堆核心部件，其性能是核电安全性和经济性最主要影响因素之一，因此国际上一直将燃料元件的研究放在十分突出的地位，通过优化燃料元件设计、采用先进结构材料、改进元件制造工艺等方法，不断提高核燃料元件的各种性能，促使核电向更安全和更经济的方向发展。

目前压水堆核电厂普遍采用棒状燃料，可通过加深组件卸料燃耗、延长换料周期，降低电厂运营成本，提高核电经济性。压水堆燃料组件的平均设计燃耗从早期的10～15GWd/tU逐步提高，至今已达到60～70GWd/tU，换料周期也相应地从12个月延长至现在的18或24个月。燃料组件燃耗加深也带来诸如裂变气体释放量增大、包壳腐蚀和吸氢增加、燃料芯块肿胀、燃料元件和组件辐照生长加剧等一系列问题。如何解决这些问题，一直是国际压水堆燃料元件研究的重要任务，例如，研发抗腐蚀性能好的先进包壳，采用低裂变气体释放率的芯块。此外，通过改进定位格架设计，增加组件临界热流密度等途径，也提升了反应堆堆芯的整体安全性。总的来说，棒状燃料组件结构和参数是近50年发展不断优化的结果，以棒状燃料为基础的技术改进对于提升核电经济性和安全性的潜力已非常有限，因此，近些年来，采用其他几何结构的燃料元件成为一种新的发展思路。

对于新型几何结构的燃料元件至少满足以下五个基本要求：1)能提高燃料的“表面积/体积”比；2)能减小芯块厚度；3)有足够的刚度；4)能降低堆芯压降；5)组件要有开式栅格设计。美国麻省理工学院最早提出的轻水堆用环形燃料元件的概念，很好地满足了上述5个要求。所谓环形燃料是将燃料芯块制成环状，在芯块内、外表面加装包壳管，使得冷却剂可以从内、外两个流道同时对元件进行冷却与传统的实心圆柱状燃料相比，环形燃料的好处是在很高的线性密度下，燃料中心的温度仍然很低，燃料内的储能较少，裂变气体释放较少。可预期正常运行和瞬态条件下燃料性能较好。

环形燃料作为一种结构上完全革新的先进燃料元件，可大幅度提高燃料元件的传热效率，降低燃料芯块温度，能显著提升反应堆的安全性和经济性，已成为压水堆先进燃料组件的重要发展趋势之一，受到国际上业界的重点关注。美、韩等国相继进行了环形燃料的研发，研究表明环形燃料具有很好的应用前景。

环形燃料组件设计过程中，亟需开展爆破试验性能测试研究，目前有没有类似的技术，新的结构也面临着新的问题，首先，外包壳这种大直径的薄壁包壳在核电站从未有过使用经验，因此对于外包壳的外压失稳问题，需要重新计算；其次，根据以往压水堆的运行经验，即使在相同组件中，不同的燃料棒也会有不同的轴向生长。所以，可以推断，双包壳的环形燃料，也可能发生的不同的轴向生长。

发明内容

本实用新型的目的在于研制设计一种承压环形燃料棒外包壳鼓胀爆破试验装置，以解决不同升温速率工况下环形燃料外包壳堆外安全试验所采用的试验装置问题，为环形燃料入堆安审提供数据支撑。

本实用新型的技术方案如下所述：

一种承压环形燃料棒外包壳鼓胀爆破试验装置，承压环形燃料棒外包壳鼓胀爆破试验装置中，沿轴向自上而下分别为气路连接管、试验件连接管、不锈钢过渡接头、上端塞、外包壳试验件、下端塞；在外包壳试验件中设置氧化铝填充芯块；

一、气路连接管的一端与外部供气系统连接，另一端与试验件连接管连接；

二、试验件连接管是弯管结构；

试验件连接管的外径与气回路连接管的内径相配合并焊接固定；

试验件连接管通过不锈钢过渡接头与上端塞连接；

三、不锈钢过渡接头是中心开孔的环形金属块，用来连接试验件连接管和上端塞；

四、上端塞是中间开设通气孔的端塞结构，其上下两端分别连接不锈钢过渡接头和外包壳试验件；

五、外包壳试验件

外包壳试验件是管状结构，其上端连接上端塞，内部填充氧化铝填充芯块，下端连接下端塞；

在外包壳组件长度中心位置的外壁处设置外包壳中部热电偶；

在外包壳组件长度上部三分之一位置的外壁处设置外包壳上部热电偶；

六、氧化铝填充芯块

氧化铝填充芯块是柱状结构件，通过调节氧化铝填充芯块的尺寸来调整承压环形燃料棒外包壳鼓胀爆破试验装置的内部气体容积；

七、下端塞

气路连接管、试验件连接管、不锈钢过渡接头、上端塞、外包壳试验件、下端塞依次连接形成气腔，通过填充不同尺寸的氧化铝柱状填充块来形成不同尺寸气腔。

进一步的，如上所述的一种承压环形燃料棒外包壳鼓胀爆破试验装置，下端塞的材料为锆合金，外径为15.27mm，长度为20mm。

进一步的，如上所述的一种承压环形燃料棒外包壳鼓胀爆破试验装置，外包壳试验件是长度为690mm、外径为15.27mm，厚度为0.74mm的管状结构。

进一步的，如上所述的一种承压环形燃料棒外包壳鼓胀爆破试验装置，外包壳组件中，外包壳中部热电偶、外包壳上部热电偶通过点焊的方式固定在外包壳组件的外壁上，焊点直径不超过热电偶直径的2倍。

进一步的，如上所述的一种承压环形燃料棒外包壳鼓胀爆破试验装置，上端塞材料为锆合金，外径为15.27mm，长度为20mm；中间开直径为3mm的通气孔。

进一步的，如上所述的一种承压环形燃料棒外包壳鼓胀爆破试验装置，氧化铝填充芯块是内径为13.16mm，高度为12mm的氧化铝材料的柱状结构件。

进一步的，如上所述的一种承压环形燃料棒外包壳鼓胀爆破试验装置，不锈钢过渡接头的内径为15.27mm，高度20mm，中心孔直径为6mm。

进一步的，如上所述的一种承压环形燃料棒外包壳鼓胀爆破试验装置，试验件连接管是弯曲角度为90°的弯管结构；外径为6mm，壁厚为2mm；气路连接管的外径为10mm，壁厚为2mm，内径为6mm。

一种承压环形燃料棒外包壳鼓胀爆破试验方法，该方法使用如上所述的一种承压环形燃料棒外包壳鼓胀爆破试验装置；应用于压水堆、沸水堆、重水堆、快堆、动力堆、船用动力堆堆中的一种。

本实用新型技术方案的有益效果是：

通过上述结构的设置及其中各部件的连接，可以达到环形燃料棒外包壳各种试验时对内部承压的要求；并且其中的气腔容积可调，可以更好的模拟各种试验环境。

附图说明

图1是本实用新型环形燃料棒外包壳鼓胀爆破试验装置整体结构示意图；

图2是下端塞结构示意图；

图3是外包壳试件结构示意图；

图4是氧化铝填充芯块结构示意图；

图5是上端塞结构示意图；

图6是不锈钢过渡接头结构示意图；

图7是试验件连接管结构示意图；

图8是气路连接管结构示意图。

图中：1：下端塞；2：外包壳试验件；3：氧化铝填充芯块；4：上端塞；5：不锈钢过渡接头；6：试验件连接管；7：气路连接管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行进一步描述。

如图1所示，本实用新型一种承压环形燃料棒外包壳鼓胀爆破试验装置，承压环形燃料棒外包壳鼓胀爆破试验装置中，沿轴向自上而下分别为气路连接管、试验件连接管、不锈钢过渡接头、上端塞、外包壳试验件、下端塞；在外包壳试验件中设置氧化铝填充芯块；

一、如图8所示，气路连接管的一端与外部供气系统连接，另一端与试验件连接管连接；

在本实施例中，气路连接管的外径为10mm，壁厚为2mm，内径为6mm。

二、如图7所示，试验件连接管的外径与气回路连接管的内径相配合并焊接固定；

在本实施例中，试验件连接管是弯曲角度为90°的弯管结构；外径为6mm，壁厚为2mm；

试验件连接管通过不锈钢过渡接头与上端塞连接；

三、如图6所示，不锈钢过渡接头是内径为15.27mm，高度20mm，中心孔直径为6mm的环形金属块，用来连接试验件连接管和上端塞；

四、如图5所示，上端塞材料为锆合金，外径为15.27mm，长度为20mm 的端塞结构；中间开直径为3mm的通气孔。

其上下两端分别连接不锈钢过渡接头和外包壳试验件；

五、外包壳试验件

如图3所示，外包壳试验件是长度为690mm、外径为15.27mm，厚度为 0.74mm的管状结构。其上端连接上端塞，内部填充氧化铝填充芯块，下端连接下端塞；

在外包壳组件长度中心位置的外壁处设置外包壳中部热电偶；

在外包壳组件长度上部三分之一位置的外壁处设置外包壳上部热电偶；

外包壳组件中，外包壳中部热电偶、外包壳上部热电偶通过点焊的方式固定在外包壳组件的外壁上，焊点直径不超过热电偶直径的2倍。

六、氧化铝填充芯块

如图4所示，氧化铝填充芯块是内径为13.16mm，高度为12mm的氧化铝材料的柱状结构件。通过调节氧化铝填充芯块的尺寸来调整承压环形燃料棒外包壳鼓胀爆破试验装置的内部气体容积；

七、下端塞

如图2所示，下端塞的材料为锆合金，外径为15.27mm，长度为20mm。

气路连接管、试验件连接管、不锈钢过渡接头、上端塞、外包壳试验件、下端塞依次连接形成气腔，通过填充不同尺寸的氧化铝柱状填充块来形成不同尺寸气腔。

一种承压环形燃料棒外包壳鼓胀爆破试验方法，该方法使用如上所述的一种承压环形燃料棒外包壳鼓胀爆破试验装置；应用于压水堆、沸水堆、重水堆、快堆、动力堆、船用动力堆堆中的一种。

如上所述的一种承压环形燃料棒外包壳鼓胀爆破试验装置，还可用于管状传热试验、动水腐蚀试验等领域。

上面结合实施例对本实用新型的实施方法作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。本实用新型说明书中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。

Claims (10)

1.一种承压环形燃料棒外包壳鼓胀爆破试验装置，其特征在于：

承压环形燃料棒外包壳鼓胀爆破试验装置中，沿轴向自上而下分别为气路连接管、试验件连接管、不锈钢过渡接头、上端塞、外包壳试验件、下端塞；在外包壳试验件中设置氧化铝填充芯块；

气路连接管的一端与外部供气系统连接，另一端与试验件连接管连接；

试验件连接管是弯管结构；

试验件连接管的外径与气回路连接管的内径相配合并焊接固定；

试验件连接管通过不锈钢过渡接头与上端塞连接；

不锈钢过渡接头是中心开孔的环形金属块，用来连接试验件连接管和上端塞；

上端塞是中间开设通气孔的端塞结构，其上下两端分别连接不锈钢过渡接头和外包壳试验件；

外包壳试验件是管状结构，其上端连接上端塞，内部填充氧化铝填充芯块，下端连接下端塞；

在外包壳组件长度中心位置的外壁处设置外包壳中部热电偶；

在外包壳组件长度上部三分之一位置的外壁处设置外包壳上部热电偶；

氧化铝填充芯块是柱状结构件，通过调节氧化铝填充芯块的尺寸来调整承压环形燃料棒外包壳鼓胀爆破试验装置的内部气体容积；

气路连接管、试验件连接管、不锈钢过渡接头、上端塞、外包壳试验件、下端塞依次连接形成气腔，通过填充不同尺寸的氧化铝柱状填充块来形成不同尺寸气腔。

2.如权利要求1所述的一种承压环形燃料棒外包壳鼓胀爆破试验装置，其特征在于：下端塞的材料为锆合金，外径为15.27mm，长度为20mm。

3.如权利要求1所述的一种承压环形燃料棒外包壳鼓胀爆破试验装置，其特征在于：外包壳试验件是长度为690mm、外径为15.27mm，厚度为0.74mm的管状结构。

4.如权利要求1所述的一种承压环形燃料棒外包壳鼓胀爆破试验装置，其特征在于：外包壳组件中，外包壳中部热电偶、外包壳上部热电偶通过点焊的方式固定在外包壳组件的外壁上，焊点直径不超过热电偶直径的2倍。

5.如权利要求1所述的一种承压环形燃料棒外包壳鼓胀爆破试验装置，其特征在于：上端塞材料为锆合金，外径为15.27mm，长度为20mm；中间开直径为3mm的通气孔。

6.如权利要求1所述的一种承压环形燃料棒外包壳鼓胀爆破试验装置，其特征在于：氧化铝填充芯块是内径为13.16mm，高度为12mm的氧化铝材料的柱状结构件。

7.如权利要求1所述的一种承压环形燃料棒外包壳鼓胀爆破试验装置，其特征在于：不锈钢过渡接头的内径为15.27mm，高度20mm，中心孔直径为6mm。

8.如权利要求1所述的一种承压环形燃料棒外包壳鼓胀爆破试验装置，其特征在于：试验件连接管是弯曲角度为90°的弯管结构；外径为6mm，壁厚为2mm；气路连接管的外径为10mm，壁厚为2mm，内径为6mm。

9.如权利要求1所述的一种承压环形燃料棒外包壳鼓胀爆破试验装置，其特征在于：下端塞的材料为锆合金，外径为15.27mm，长度为20mm；

外包壳试验件是长度为690mm、外径为15.27mm，厚度为0.74mm的管状结构；

外包壳组件中，外包壳中部热电偶、外包壳上部热电偶通过点焊的方式固定在外包壳组件的外壁上，焊点直径不超过热电偶直径的2倍；

上端塞材料为锆合金，外径为15.27mm，长度为20mm；中间开直径为3mm的通气孔；

氧化铝填充芯块是内径为13.16mm，高度为12mm的氧化铝材料的柱状结构件；

不锈钢过渡接头的内径为15.27mm，高度20mm，中心孔直径为6mm；

试验件连接管是弯曲角度为90°的弯管结构；外径为6mm，壁厚为2mm；气路连接管的外径为10mm，壁厚为2mm，内径为6mm。

10.如权利要求1-9任一项所述的一种承压环形燃料棒外包壳鼓胀爆破试验装置，其特征在于：该装置应用于压水堆、沸水堆、重水堆、快堆、动力堆、船用动力堆堆中的一种。

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