[发明专利]球形燃料元件等效模型热工水力实验装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种热工水力实验装置，具体是指球形燃料元件等效模型热工水力实验装置。

背景技术

球形燃料元件水冷堆是一种新概念核反应堆，将球形燃料元件拓展应用到轻水堆中，与高温气冷堆不同，该类型反应堆采用轻水作为冷却剂，球形燃料元件的直径更小。球形燃料元件的球形结构和微小尺寸降低了临界热流密度（CHF）发生的可能性；全陶瓷材料避免了事故工况下的锆水反应，避免了氢气爆炸事故；因此，球形燃料元件水冷堆具有较高的固有安全性。

球形燃料元件水冷堆研发面临着一系列重大技术瓶颈，针对堆芯热工水力特性的研究手段是便是其中之一。由于燃料小球数量众多难以实现电加热，电磁感应等非接触式加热方式存在功率小、吸收功率难以测量控制以及屏蔽效应等缺陷，因此已有的实验装置和手段无法实现有效地加热，难以堆芯研发的需求，有必要研制新的实验装置开展球形燃料元件热工水力实验研究，满足球形燃料元件水冷堆研发的需求。

目前国内外没有针对球形燃料元件等效模型的热工水力实验装置。俄罗斯开发了一种研究核反应堆燃料元件流道热破坏机理的模拟装置（专利号：RU2275702-C2），它的加热器是一种条棒状结构，中心为点火器，往外依次是产生热量的熔融混合物、屏蔽层和密封壳，通过控制熔融混合物燃烧和温度来模拟加热燃料元件流道。这种加热器为条棒状结构，可模拟传统的棒状燃料元件，但与球形燃料元件不具备相似性，不能作为球形燃料元件的等效模型结构，不能模拟球形燃料元件。这种加热器采用熔融混合物燃烧模拟热量释放，可模拟燃料元件烧毁这类一次性实验，但不适合模拟球形燃料元件热工水力特性这类需多次重复的实验。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于球形燃料元件等效模型热工水力实验的装置，解决电加热、绝缘和密封性能问题，能够在高温、高压条件下稳定运行，可开展单相水流动与传热实验。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

球形燃料元件等效模型热工水力实验装置，包括上筒体，上筒体为具有上下两个开口端的空腔结构，在上筒体的上开口端设置有上槽面法兰，在上槽面法兰端面设置有上导电铜盘，在上槽面法兰侧面设置有出口接管，在上筒体的下开口端安装有下榫面法兰，在下榫面法兰侧面设置有进口接管，在下榫面法兰下端连接有下槽面法兰，在下槽面法兰内安装有下导电接头，在下槽面法兰下端安装有下筒体，下导电接头与下导电铜头连接，在上筒体内安装有绝缘组件，绝缘组件构成腔室，在上导电铜盘和下导电接头之间安装有多个位于腔室内的带环肋片细棒束，在所述上筒体侧面设置有与腔室连通的测压装置。上筒体整体呈圆柱状，其内部空腔形成圆筒状结构，在下筒体的两端分别安装上槽面法兰和下榫面法兰，在上槽面法兰和下榫面法兰的侧面分别安装出口接管和进口接管，在上槽面法兰上端安装上导电铜盘，在下榫面法兰下端安装下槽面法兰，在下槽面法兰下端安装下筒体，下筒体内部安装有压紧环组件，压紧环组件起到压紧密封的作用，同时与外界导电，在下槽面法兰内部安装下导电接头，在上导电铜盘和下导电接头之间安装多个带环肋片细棒束，带环肋片细棒束是电热原件，在带环肋片细棒束两端加上电压后，可以持续发热，同时在进口接管连接冷却水，可以模拟出球形燃料原件的等效模型，可以进行热工水力实验，在上筒体的侧壁上开设测试孔，并安装测压组件即可以完成对内部的压力测试，采用带环肋片细棒束电热元件作为球形燃料元件的等效模型结构，实现了电加热方式，可开展单相水流动与传热实验，能够反映球形燃料元件的热工水力特性。

在所述上筒体侧面、以及绝缘组件上开设有与腔室连通的孔，所述测压装置包括连接在上筒体侧壁的引压接嘴，引压接嘴内部安装有与腔室连通的引压管，在绝缘组件内的引压管上套装有密封环座，在密封环座上设置有凹槽，在该凹槽内安装有O型密封圈。进一步讲，作为本发明的优选，测压组件为可拆卸的结构，在上筒体侧面侧面开设孔，该孔沿上筒体直径向内延伸并穿过绝缘组件与腔室连通，在该孔内安装有引压管，在引压管上套装有密封环座，密封环座位于绝缘组件内，在密封环座上设置有凹槽，凹槽内安装的O型密封圈可以避免腔室内的液体通过孔进入到引压接嘴内，如此，引压接嘴可以便于拆卸，现场安装。

在所述引压接嘴的开口端设置有压紧螺母，在压紧螺母与引压接嘴之间安装有引压嘴，所述引压管延伸至引压嘴内。进一步讲，通过安装引压嘴，可以将压力引到需要测试的设备上，方便连接和拆卸。