[实用新型]一种模拟超临界水冷堆燃料元件的棒束模拟件

说明书

技术领域

本实用新型涉及反应堆热工水力领域，具体涉及一种模拟超临界水冷堆燃料元件的棒束模拟件。

背景技术

超临界水冷堆是第四代核能系统国际论坛所选定的六种第四代新型核反应堆之一，具有热效率高、安全性好、系统结构简单及燃料利用率高等优点，是未来发展前景非常光明的堆型之一。在反应堆热工水力方面，超临界水冷堆堆芯结构异常复杂，堆芯流道狭小，燃料棒承受兆瓦级高热流密度及强烈的热核耦合，使得超临界水冷堆堆芯热工水力特性的试验研究异常困难。传统试验研究的对象多是圆管、内螺纹管等锅炉常用管型，属于管内流动范畴；在反应堆堆芯，热量是由燃料元件棒产生并传递给周围流动的冷却剂，属于管外流动的范畴，与传统的管内流动和传热特性有显著区别。此外，管外流动与传热试验研究的最大困难在于设计合理的试验件结构，包括超高温高压条件下的密封和电绝缘问题，高热流密度下加热管的轴向热膨胀，加热管端部电极材料和结构设计，高压法兰的有效冷却以及流体流动形式和方向等等。受限于以上原因，高温高压条件下流体在堆芯典型通道中的管外流动特性研究异常困难。

发明内容

为了解决上述试验研究中存在的困难，本实用新型的目的在于提供一种模拟超临界水冷堆燃料元件的棒束模拟件，在超临界水冷堆的额定运行工况下研究堆芯内的热工-水力特性。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种模拟超临界水冷堆燃料元件的棒束模拟件，包括顶部不锈钢电极1，在顶部不锈钢电极1底部依次连接有加热管2、紫铜过渡件3、柔性铜线4和底部铜电极5，所述加热管2一端穿入顶部不锈钢电极1内的圆孔中，并与不锈钢电极1焊接为一体，所述加热管2的另一端与紫铜过渡件3焊接为一体，所述柔性铜线4与紫铜过渡件3及底部铜电极5通过物理压接的方法连接，所述顶部不锈钢电极1、加热管2、紫铜过渡件3、柔性铜线4和底部铜电极5构成了内部加热结构；在顶部不锈钢电极1和加热管2焊接端的外部、底部铜电极5和柔性铜线4物理压接端的外部分别设置有外法兰7，在两个外法兰7的内部分别通过螺栓连接有内法兰8，所述外法兰7和内法兰8间设有密封绝缘垫片9，所述外法兰7、内法兰8和密封绝缘垫片9构成了外部密封绝缘结构；在两个内法兰8间焊接有位于加热管2外部的不锈钢外管13，在所述不锈钢外管13的内壁插入陶瓷内衬管6，所述内部加热结构与陶瓷内衬管6间的空隙为流通通道，在柔性铜线4与不锈钢外管13之间加装有避免柔性铜线4与不锈钢外管13接触的绝缘陶瓷18，所述不锈钢外管13的底部和顶部分别开有孔径不等的圆孔作为流体进出口及取压口，底部的流体进出口及取压口分别与入口混合环室14和入口取压环室16焊接，顶部的流体进出口及取压口分别与出口混合环室15、出口取压环室17焊接。

所述外法兰7的外侧开有带螺纹的圆形槽，该圆形槽内填装有石墨填料10，通过黄铜压盖11旋转压紧石墨填料10，起到径向密封的作用。

所述外法兰7和内法兰8一侧均设有冷却水流通槽19，用以降低法兰温度，改善密封绝缘条件。

所述加热管2由四根等间距围合而成。

所述陶瓷内衬管6内孔截面形状为带圆角的正方形，圆角与四根加热管2保持相同的距离。

所述密封绝缘垫片9由三层组成，中间层为金属齿形垫片，上下各有一薄层绝缘材料。

所述加热管2和不锈钢电极1用氩弧焊焊接为一体，所述加热管2和紫铜过渡件3用银钎焊焊接。

所述内法兰8与不锈钢外管13用氩弧焊焊接。

所述外法兰7与内法兰8由六个高压螺栓通过法兰螺栓孔12压紧。

本实用新型和现有技术相比，具有如下优点：

1、本实用新型结构合理，加工方便，通过交流电加热可使加热管外壁面热流密度达到1MW/m²，达到超临界水冷堆燃料元件的设计热流密度。

2、本实用新型最高能够承受压力28MPa、温度500℃条件下的密封和电绝缘性能，满足大部分热工-水力试验要求。

3、本实用新型采用柔性铜线结构，该结构与加热管通过银钎焊连接，与铜电极采用物理压接，在导通电流的情况下吸收加热管的轴向热膨胀，避免加热管发生弯曲。

附图说明

图1为本实用新型主视图。

图2为图1沿A-A向的剖视图。

图3为图1沿B-B向的剖视图。

图4为密封绝缘垫片9的示意图。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例，对本实用新型作进一步的详细描述。