[发明专利]带有运动控制的压力容器下封头热流密度淬火测试系统

说明书

技术领域

本发明涉及核反应堆严重事故技术领域，具体的说，是一种带有运动控制的压力容器下封头热流密度淬火测试系统。

背景技术

核能作为一种绿色、高效的能源，得到了各能源消耗大国的青睐，但三起核泄漏事故依旧让大多数人谈核色变。针对严重事故，世界上已提出了许多应对策略，其中，保持压力容器完整性，将堆芯熔融物滞留在压力容器内(In-Vessel Retention,IVR)是目前严重事故缓解措施研究的重点之一。IVR策略已成功用于许多在运核电站以及在建核电站。

一种实现IVR措施的重要方案是压力容器外部冷却，具体方法为：严重事故发生条件下，将水注入反应堆腔，水进入压力容器与保温层间的冷却流道，对压力容器冷却，带出堆芯衰变热，防止压力容器熔穿。保证IVR成功实施的关键是压力容器壁面各处实际热流密度必须小于该处临界热流密度(CHF)。

为了了解下封头外壁面传热特性及获得下封头外壁面临界热流密度分布情况，迫切需要一种便捷有效的压力容器下封头热流密度测试装置与方法。公开号为CN103354102的专利公开了一种严重事故下核反应堆压力容器下封头热流密度的模拟测试装置，解决压力容器球形下封头热流密度分布问题。但该装置在实验中一次只能获得单个角度处的临界热流密度值，且为了获得不同角度处临界热流密度值，需要使用不同的加热功率。

另外在一般的淬火装置中，浸没过程一般为手动控制，浸没速度无法控制，导致需要淬火部件，尤其是高度较高的测试部件，不同位置浸没的先后发生时间没法控制，影响测试结果的可重复性，给实验造成误差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种带有运动控制的压力容器下封头热流密度淬火测试系统，该系统带有运动控制部件，可以保证淬火过程的可重复性。可经一次性实验得到下封头不同角度壁面处的临界热流密度值，且克服了大尺寸试样加热功率不足问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种带有运动控制的压力容器下封头热流密度淬火测试系统，其包括：密封水槽，液位计，支架，滑杆，步进电机，测试封头，水温控制系统，冷凝和压力调节系统，数据采集系统和可视化观测系统；其特征在于：测试封头与滑杆通过法兰和螺纹连接，滑杆与支架通过滑动轨道滑动连接，步进电机与支架通过螺栓连接，步进电机与滑杆通过齿轮和齿条的啮合进行连接，支架通过螺栓固定于密封水槽上方，液位计与密封水槽通过管路连接；水温控制系统由热电偶，温控器，自耦变压器和电加热棒组成，热电偶与温控器电连接，温控器与自耦变压器电连接，自耦变压器与电加热棒电连接；冷凝和压力调节系统由压力测试表，冷凝器和排气阀组成，压力测试表与密封水槽连通，冷凝器与密封水槽通过数根管路连接，排气阀置于冷凝器上方；数据采集系统由测试封头中的热电偶，数据采集器和PC机组成，热电偶与数据采集器电连接，数据采集器与PC机电连接；可视化观测系统由高速摄像机和照亮光源LED灯组成，置于密封水槽透视窗口处。

密封水槽用于盛装对测试封头进行相变冷却的冷却水，较好地，密封水槽形状为圆筒形，减少密封水槽中冷却水的流动死角。

密封水槽筒体上正对两侧面开有透视窗口，用于测试封头的可视化观测，较好地，透视窗口材料采用透光性较好的石英/有机玻璃。

密封水槽筒体上部装有进水阀，底部装有放水阀，在无需拆除密封水槽盖的情况下可实现冷却水的快速盛装与排放。

液位计用于监测密封水槽中的水位，安装在密封水槽筒体侧壁。

滑杆的内部端伸入密封水槽中，与测试封头通过法兰和螺纹连接，可实现快拆；外部端端部焊接一把手，作为下落限位装置。

较好地，滑竿采用中空管，减小质量和导热率，便于测试封头内热电元件导线的布置。

步进电机用于驱动滑杆，滑杆外壁带有齿条，步进电机驱动与齿条啮合的齿轮，可精确控制滑杆移动速度及测试封头在密封水槽中的高度。

支架固定于密封水槽上方，用于固定步进电机，并保证测试封头垂直入水。

水温控制系统用于维持密封水槽中水温，该系统包括：两置于密封水槽中的浸没式电加热棒，置于冷却水中的若干热电偶，温控器和自耦变压器；其特征在于：热电偶与温控器电连接，温控器与自耦变压器电连接，自耦变压器与电加热棒电连接。在人为设定好要求温度后，水温控制系统可自动调节维持冷却水温度。

冷凝和压力调节系统用于维持密封水槽中水位和气压，该系统包括：冷凝器，压力测试表，排气阀。