[发明专利]一种细长型非均匀加热元件及其加工工艺

说明书

技术领域

本发明涉及核工业中的燃料组件领域，具体是一种细长型非均匀加热元件及其加工工艺。

背景技术

核反应堆燃料组件是核反应堆的关键组件之一，燃料组件是防止核燃料和裂变产物产生泄漏的第一道屏障，其安全性和先进性很大程度上代表了核反应堆的安全性和先进性。在反应堆建成投入运行后，核反应堆的运行成本中，燃料组件的消耗和更换占有相当大的一部分。因此，世界各国均非常重视开展先进燃料组件的研发。

在燃料组件的研发过程中，不断提高燃料组件热工水力性能是很重要的研究方向之一，而模拟反应堆正常运行和事故工况下的燃料组件热工水力实验是验证和评价燃料组件热工水力性能最重要的手段。由于直接采用核燃料元件进行热工水力实验的成本非常高，且具有核泄漏的风险，因此，一般采用外形尺寸相同的电加热元件模拟核燃料元件的核释热。在燃料组件热工水力实验中，临界热流密度实验对加热元件的要求最高，加热元件需要适应与原型堆芯相同的热工环境，外形尺寸与核燃料棒相同，且表面热流密度更高。目前的非均匀加热元件存在一定的问题：其管壁较薄，不能承受压力，因而难以使用。

发明内容

本发明的目的在于提供应用于一种细长型非均匀加热元件及其加工工艺，解决目前的细长型非均匀加热元件不能够承受压力的问题，使得其能够承受外部压力。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种细长型非均匀加热元件，包括依次通过银钎焊连接的上部镍电极管、不均匀加热管、下部镍电极管、以及铜电极管，在所述不均匀加热管内安装有多个陶瓷块，陶瓷块与不均匀加热管构成承压结构。本发明是对现有的非均匀加热元件做出的改进，其主体为现有的非均匀加热元件，其包括上部镍电极管、不均匀加热管、下部镍电极管、铜电极管，且上部镍电极管和不均匀加热管之间通过银钎焊固定连接，不均匀加热管与下部镍电极管、下部镍电极管与铜电极管之间均通过银钎焊固定，形成整体的不均匀加热元件，本发明采用在不均匀加热管内装配多个陶瓷块，陶瓷块内部为空腔结构，其外表面与不均匀加热管的内部相匹配，内部的空腔连接成整体的内部管道，由于陶瓷块的壁厚较大，与不均匀加热管配合形成整体的承压结构，不均匀加热管内衬陶瓷管的结构形式，利用不导电的陶瓷块形成陶瓷管承受高压，解决了目前的不均匀发热管强度较低、难以承受外部压力的问题。

所述不均匀加热管包括两根金属管，每根金属管的壁厚从一端向另一端逐渐增加，两根金属管壁厚最小的一端对焊连接。进一步讲，为了便于加工工艺实现不均匀加热的模拟，采用不同的壁厚来实现不同热流密度的模拟，金属管的壁厚一端较小，然后向另一端逐渐增加，从而能形成厚度不一致的金属管，模拟出热流密度的不同值，热流密度的最高值位于壁厚最小处，将两根金属管最小壁厚处对焊后，可以形成不均匀加热管的热流密度中间大、两端小的结构，更加与燃料元件的热况相符，更为逼真。

在所述不均匀加热管内还分布有多个壁温测量结构。进一步讲，为了准确掌握加热管的发热状况，可以在不均匀加热管内分布多个壁温测量结构，形成对不均匀加热管各处温度参数的采集和监控。

在陶瓷块内设置有空腔，所述壁温测量结构包括安装在该空腔内的陶瓷插管，在陶瓷插管与陶瓷块之间安装有铜环，所述铜环上设置有两个直径不等的通孔，其中大直径的通孔用于热电偶的引线穿出不均匀加热管，小直径的通孔用于焊接热电偶的测量端头。具体地讲，壁温测量结构包括了铜环，在安装铜环的对应陶瓷块内设置有安装铜环的空腔，而且铜环与金属管之间通过陶瓷插管进行绝缘，铜环上设置有两个直径不等的通孔，其中大直径的用于引线的穿出，小直径的通孔用于焊接测量端头，如此，结构紧凑，安装方便。

一种细长型非均匀加热元件的加工工艺，包括以下步骤：

（a）金属管的加工步骤：根据长度方向功率分布设计出不同管壁厚度的金属管，其中功率峰值位置金属管壁面最薄；

（b）加工陶瓷块的步骤：首先加工出陶瓷块毛坯，然后根据金属管内径尺寸对陶瓷块毛坯进行精加工，并与金属管内径进行合理匹配；

（c）将热电偶的测量端头与对应的铜环采用银钎焊工艺进行焊接组装；

（d）将加工好的陶瓷块按顺序塞入金属管，并将两根金属管采用氩弧焊工艺进行对焊；

（e）不均匀加热管组装焊接完毕后，采用银钎焊工艺将上部镍电极棒与不均匀加热管焊接；

（f）将金属管内的热电偶穿入下部镍电极管和铜电极管，然后将下部镍电极管与金属管和铜电极管采用银钎焊工艺分别焊接。