專利名稱:便于測量壁溫的球形燃料元件模擬件及其組裝工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測量壁溫的模擬件，具體是指便于測量壁溫的球形燃料元件模擬件及其組裝工藝。
背景技術(shù)：
球形燃料元件水冷堆是一種新概念核反應(yīng)堆，將球形燃料元件拓展應(yīng)用到輕水堆中，與高溫氣冷堆不同，該類型反應(yīng)堆采用輕水作為冷卻劑，球形燃料元件的直徑更小。球形燃料元件的球形結(jié)構(gòu)和微小尺寸降低了臨界熱流密度CHF發(fā)生的可能性，當(dāng)熱流密度達(dá)到由泡核沸騰轉(zhuǎn)變?yōu)槟B(tài)沸騰所對應(yīng)的值時，加熱表面上的氣泡很多，以致使很多氣泡連成一片，覆蓋了部分加熱面。由于氣膜的傳熱系數(shù)低，加熱面的溫度會很快升高，而使加熱面燒毀。這一臨界對應(yīng)點(diǎn)又稱為沸騰臨界點(diǎn)、偏離泡核沸騰DNB或臨界熱流密度CHF ;全陶瓷材料避免了事故工況下的鋯水反應(yīng)，鋯水反應(yīng)是在壓水堆喪失冷卻劑事故的某個階段，
燃料元件棒束未被冷卻劑液體浸沒而處于裸露狀態(tài)時，高溫鋯合金包殼與蒸汽發(fā)生的伴隨有放熱并產(chǎn)生氫氣的劇烈化學(xué)反應(yīng)，避免了氫氣爆炸事故；因此，球形燃料元件水冷堆具有較高的固有安全性。
球形燃料元件水冷堆中的球形燃料元件與高溫氣冷堆中的球形燃料相比球徑更小，通常只有f 5mm ;且元件中的球形燃料數(shù)量眾多，超過10萬個。由于球形燃料元件水冷堆中的球形燃料元件具備上述特點(diǎn)，因此用于模擬該球形燃料元件熱工水力特性的模擬件也面臨著三個技術(shù)難點(diǎn)，一是難以對其核釋熱進(jìn)行模擬，二是難以對其熱工水力特性進(jìn)行模擬，三是難以對其壁溫進(jìn)行測量。目前國內(nèi)外沒有適用于球形燃料元件熱工水力特性的電熱模擬件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供便于測量壁溫的球形燃料元件模擬件，解決球形燃料元件的等效模擬元件表面溫度測量困難的問題，滿足球形燃料元件熱工水力特性模擬實(shí)驗(yàn)對加熱元件及測溫裝置的需求。
本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)
便于測量壁溫的球形燃料元件模擬件，包括棒狀電熱元件，電熱元件的兩端分別與上導(dǎo)電板、下導(dǎo)電板連接，在所述電熱元件的一端設(shè)置有內(nèi)凹的盲孔，在電熱元件的側(cè)壁上設(shè)置有與盲孔底部連通的圓孔，在所述盲孔內(nèi)安裝有鎧裝熱電偶，在鎧裝熱電偶與電熱元件之間還設(shè)置有絕緣套管，所述圓孔用銀釬焊填充焊接。球形燃料元件模擬件整體呈圓柱狀，為實(shí)心不銹鋼結(jié)構(gòu)，其兩端分別與上導(dǎo)電板、下導(dǎo)電板連接，在上導(dǎo)電板、下導(dǎo)電板之間加持續(xù)電壓，電流經(jīng)過球形燃料元件模擬件后發(fā)熱，持續(xù)向外發(fā)散的熱量模擬出球形燃料元件的核釋熱量，為了避免臨界熱流密度CHF的發(fā)生，在實(shí)心不銹鋼的圓柱狀電熱元件的一端開設(shè)有盲孔，盲孔沿電熱元件的的軸線延伸至所需測溫點(diǎn)，然后在電熱元件的側(cè)壁開設(shè)圓孔，圓孔將盲孔的末端和外壁連通，將鎧裝熱電偶穿入盲孔并抵達(dá)盲孔末端，鎧裝熱電偶外套裝有絕緣套管，然后，使用銀釬焊將圓孔填焊，銀釬焊將鎧裝熱電偶的末端與圓孔連接，由此處采集溫度信號，由于溫度采集點(diǎn)是在電熱元件的側(cè)壁上，能夠保證采集值的真實(shí)性；而且，在一個熱工水力特性測試工裝中，上導(dǎo)電板和下導(dǎo)電板之間安裝有多個電熱元件，在每個電熱元件內(nèi)均可以安裝鎧裝熱電偶，在任意的一個電熱元件內(nèi)都可以測量任意深度的，如此，可以準(zhǔn)確地模擬出球形燃料元件，適用于的模擬件的水工特性實(shí)驗(yàn)。
在所述電熱元件位于上導(dǎo)電板之上的部分套裝有保護(hù)套。進(jìn)一步講，作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，為了防止小徑鎧裝熱電偶在釬焊時被火焰熔化，在電熱元件的盲孔開口端套裝有保護(hù)套。
在所述電熱元件側(cè)面上設(shè)置有多個相互平行且等間距分布的環(huán)形肋片。細(xì)棒束在結(jié)構(gòu)上與球形燃料元件相似，環(huán)肋片處對應(yīng)球形燃料較大截面，小徑處對應(yīng)球形燃料較小截面，細(xì)棒束的橫向“叉排”和軸向均勻交錯排列方式對應(yīng)球形燃料致密堆積方式，這種結(jié)構(gòu)相似決定了在流動與傳熱特性上也與球形燃料元件相似。
所述絕緣套管采用陶瓷或聚四氟乙烯制成。進(jìn)一步講，為了鎧裝熱電偶和電熱元件之間的絕緣，防止電流通過熱電偶的鎧套，采用陶瓷或聚四氟乙烯制成絕緣套管，可以滿足耐高溫、高壓、絕緣的要求。
便于測量壁溫的球形燃料元件模擬件組裝工藝，包括以下步驟
(A)在電熱兀件的一端開設(shè)盲孔；
(B)在電熱元件的側(cè)壁上開設(shè)圓孔，圓孔與盲孔末端連通；
(C)首先將鎧裝熱電偶穿過絕緣套管；
(D)然后將步驟(C)的絕緣套管依次穿過上導(dǎo)電板上的定位孔和電熱元件的盲孔到達(dá)盲孔末端；
(E)然后從電熱元件側(cè)面的圓孔處用銀釬焊進(jìn)行填焊，將熱電偶固定在測點(diǎn)位置；
(F)在將電熱元件焊接外表面進(jìn)行打磨，恢復(fù)原有的結(jié)構(gòu)；
(G)重復(fù)步驟(A)至(F)后，將上導(dǎo)電板與多個電熱元件進(jìn)行銀釬焊接，最后將下導(dǎo)電板與電熱元件焊接。
在組裝過程中，單個電熱元件的加工和整體的組裝是連續(xù)的，采用7根或19根或37根電熱元件安裝在上導(dǎo)電板和下導(dǎo)電板之間，每根電熱元件均為相同規(guī)格的棒狀結(jié)構(gòu)，棒徑〈3. Omm,棒側(cè)面加工有環(huán)形肋片結(jié)構(gòu)，肋片厚度〈O. 6mm,高度>0. 6mm,肋片間距〈3. 2mm ;電熱元件在軸向上呈均勻交錯排列，在橫向上呈正三角形排列，電熱元件的幾何結(jié)構(gòu)尺寸及排列尺寸以球形燃料元件為基準(zhǔn)、通過多孔介質(zhì)流體動力學(xué)與傳熱學(xué)理論計(jì)算得至IJ，可有效模擬球形燃料元件熱工水力特性。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果
I本發(fā)明便于測量壁溫的球形燃料元件模擬件，由于溫度采集點(diǎn)是在電熱元件的側(cè)壁上，能夠保證采集值的真實(shí)性；在一個熱工水力特性測試工裝中，上導(dǎo)電板和下導(dǎo)電板之間安裝有多個電熱元件，在每個電熱元件內(nèi)均可以安裝鎧裝熱電偶，在任意的一個電熱元件內(nèi)都可以測量任意深度的，可以準(zhǔn)確地模擬出球形燃料元件，適用于的模擬件的水工特性實(shí)驗(yàn)；
2本發(fā)明便于測量壁溫的球形燃料元件模擬件，在電熱元件的盲孔開口端套裝有保護(hù)套，防止了小徑鎧裝熱電偶在釬焊時被火焰熔化；3本發(fā)明便于測量壁溫的球形燃料元件模擬件，電熱元件在軸向上呈均勻交錯排列，在橫向上呈正三角形排列，電熱元件的幾何結(jié)構(gòu)尺寸及排列尺寸以球形燃料元件為基準(zhǔn)、通過多孔介質(zhì)流體動力學(xué)與傳熱學(xué)理論計(jì)算得到，可有效模擬球形燃料元件熱工水力特性。


圖I為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖中標(biāo)記及相應(yīng)的零部件名稱
I-鎧裝熱電偶，2-絕緣套管，3-保護(hù)套，4-電熱元件，5-上導(dǎo)電板，6-下導(dǎo)電板，7-銀釬焊，8-環(huán)形肋片。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。實(shí)施例
如圖I所示，本發(fā)明便于測量壁溫的球形燃料元件模擬件，包括棒狀電熱元件4，電熱元件4為Φ2. 6mm-L300mm的S321不銹鋼細(xì)棒，細(xì)棒包括中間的肋片區(qū)域和兩端的光滑區(qū)域，其中一端加工有深度為IOOmm的Φ I. 2mm的圓形盲孔,在盲端位置側(cè)面處加工有Φ I. 2mm的圓孔與盲孔相通,在側(cè)面上的環(huán)形肋片8為環(huán)形結(jié)構(gòu),環(huán)形肋片8厚度為O. 5mm,高度為I. Omm,肋間距為3. Omm ；
電熱元件4的兩端分別與上導(dǎo)電板5、下導(dǎo)電板6連接，在盲孔內(nèi)安裝有鎧裝熱電偶1，在鎧裝熱電偶I與電熱元件4之間還設(shè)置有絕緣套管2，絕緣套管采用陶瓷制成，作為等同替換，也可以是聚四氟乙烯等類別的材料，圓孔用銀釬焊7填充焊接，在安裝鎧裝電熱偶一端的電熱元件4上套裝有保護(hù)套3。
組裝工藝將19根電熱元件4安裝在上導(dǎo)電板5和下導(dǎo)電板6之間，將鎧裝熱電偶I依次穿過上導(dǎo)電板5和測溫電熱元件4抵達(dá)盲孔底部，從側(cè)面圓孔處裝入焊藥，銀釬焊接時不斷轉(zhuǎn)動熱電偶，當(dāng)大部分焊料浸入圓孔時停止轉(zhuǎn)動，填滿圓孔后，單根元件銀釬焊接完成。將焊接處打磨光滑圓整。所有測溫電熱元件焊完之后將其它非測溫電熱元件4穿過上導(dǎo)電板5，將所有電熱元件4的另一端固定在下導(dǎo)電板6。固定好之后將所有電熱元件基準(zhǔn)端對齊，以調(diào)整元件軸向位置使其在軸向呈均勻排列，準(zhǔn)備組裝焊接。將帶有鎧裝電熱偶I的電熱元件4的端頭加上保護(hù)套3，另一端整體浸泡在冷水中防止熱電偶焊接處出現(xiàn)熔化脫落，將電熱元件4與上導(dǎo)電板5銀釬焊接，采取相同保護(hù)措施，將電熱元件4與下導(dǎo)電板6銀釬焊接，用高錳酸鉀溶液對焊接件進(jìn)行清洗，完成組裝焊接。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對本發(fā)明做任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)上對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.便于測量壁溫的球形燃料元件模擬件，包括棒狀電熱元件(4)，電熱元件(4)的兩端分別與上導(dǎo)電板(5)、下導(dǎo)電板(6)連接，其特征在于在所述電熱元件(4)的一端設(shè)置有內(nèi)凹的盲孔，在電熱元件(4)的側(cè)壁上設(shè)置有與盲孔底部連通的圓孔，在所述盲孔內(nèi)安裝有鎧裝熱電偶(1)，在鎧裝熱電偶(I)與電熱元件(4)之間還設(shè)置有絕緣套管(2)，所述圓孔用銀釬焊(7)填充焊接。
2.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的便于測量壁溫的球形燃料元件模擬件，其特征在于在所述電熱元件(4)位于上導(dǎo)電板(5)之上的部分套裝有保護(hù)套(3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的便于測量壁溫的球形燃料元件模擬件，其特征在于在所述電 熱元件(4)側(cè)面上設(shè)置有多個相互平行且等間距分布的環(huán)形肋片(8)。
4.根據(jù)權(quán)利要求
I至3中任意一項(xiàng)所述的便于測量壁溫的球形燃料元件模擬件，其特征在于所述絕緣套管(2)采用陶瓷或聚四氟乙烯制成。
5.便于測量壁溫的球形燃料元件模擬件組裝工藝，其特征在于，包括以下步驟 (A)在電熱兀件(4)的一端開設(shè)盲孔； (B)在電熱元件(4)的側(cè)壁上開設(shè)圓孔，圓孔與盲孔末端連通； (C)首先將鎧裝熱電偶穿過絕緣套管(2)； (D)然后將步驟(C)的絕緣套管(2)依次穿過上導(dǎo)電板(5)上的定位孔和電熱元件(4)的盲孔到達(dá)盲孔末端； (E)然后從電熱元件(4)側(cè)面的圓孔處用銀釬焊(7)進(jìn)行填焊，將熱電偶固定在測點(diǎn)位置； (F)在將電熱元件(4)焊接外表面進(jìn)行打磨，恢復(fù)原有的結(jié)構(gòu)； (G)重復(fù)步驟(A)至(F)后，將上導(dǎo)電板(5)與多個電熱元件(4)進(jìn)行銀釬焊接，最后將下導(dǎo)電板(6)與電熱元件(4)焊接。
專利摘要
本發(fā)明公布了便于測量壁溫的球形燃料元件模擬件及其組裝工藝，包括棒狀電熱元件，電熱元件的兩端分別與上導(dǎo)電板、下導(dǎo)電板連接，在所述電熱元件的一端設(shè)置有內(nèi)凹的盲孔，在電熱元件的側(cè)壁上設(shè)置有與盲孔底部連通的圓孔，在所述盲孔內(nèi)安裝有鎧裝熱電偶，在鎧裝熱電偶與電熱元件之間還設(shè)置有絕緣套管，所述圓孔用銀釬焊填充焊接。本發(fā)明在每個電熱元件內(nèi)均可以安裝鎧裝熱電偶，在任意的一個電熱元件內(nèi)都可以測量任意深度的，可以準(zhǔn)確地模擬出球形燃料元件，適用于的模擬件的水工特性實(shí)驗(yàn)；電熱元件的幾何結(jié)構(gòu)尺寸及排列尺寸以球形燃料元件為基準(zhǔn)、通過多孔介質(zhì)流體動力學(xué)與傳熱學(xué)理論計(jì)算得到，可有效模擬球形燃料元件熱工水力特性。
文檔編號G21C3/04GKCN102881339SQ201210316322
公開日2013年1月16日 申請日期2012年8月31日
發(fā)明者周慧輝, 閆曉, 郎雪梅, 黃彥平, 張震, 曾小康 申請人:中國核動力研究設(shè)計(jì)院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan