模擬loca工況下對(duì)核燃料包殼管性能評(píng)價(jià)的實(shí)驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種模擬LOCA工況下對(duì)核燃料包殼管性能評(píng)價(jià)的實(shí)驗(yàn)裝置，特別涉及一種模擬LOCA工況發(fā)生時(shí)在高溫水蒸氣氧化及淬火中用于評(píng)價(jià)核燃料包殼性能的實(shí)驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]核燃料包殼管為核燃料芯塊外面的一層保護(hù)層，它保護(hù)燃料芯塊不受冷卻劑的侵蝕，避免燃料中裂變產(chǎn)物外泄，使冷卻劑免受污染，同時(shí)還能保持燃料元件的幾何形狀并使之有足夠的剛度和機(jī)械強(qiáng)度。包殼是反應(yīng)堆中工況最苛刻的重要部件。其工況條件為其包容核燃料，承受高溫高壓和強(qiáng)烈的中子輻射，受裂變氣體壓力、腐蝕、燃料腫脹、吸氫致脆等危害，受冷卻劑壓力、沖刷、振動(dòng)和腐蝕以及氫脆等威脅。因此核燃料包殼管的性能十分重要，關(guān)系到核電站的安全。
[0003]LOCA為反應(yīng)堆運(yùn)行過(guò)程中非常嚴(yán)重的事故，該事故發(fā)生主要由以下原因引起的:一回路一根管道或輔助系統(tǒng)的管道破裂;一回路或輔助系統(tǒng)管道的閥門意外打開或不能關(guān)閉;輸送一回路介質(zhì)的栗的軸封或閥桿泄露。LOCA事故發(fā)生時(shí)反應(yīng)堆失去一回路冷卻劑，堆芯冷卻不良導(dǎo)致包殼溫度快速升高，使其氧化速率加快，造成包殼材料氧化膜厚度快速增加。在LOCA的后期，大量的水注入反應(yīng)堆活性區(qū)，使包殼材料溫度快速下降，可以認(rèn)為該過(guò)程是對(duì)包殼材料的淬火，如果包殼材料沒有足夠的抗沖擊能力便會(huì)發(fā)生破裂，導(dǎo)致放射性裂變產(chǎn)物釋放，對(duì)反應(yīng)堆的安全構(gòu)成威脅。
[0004]如果用堆內(nèi)實(shí)驗(yàn)獲得燃料包殼材料在LOCA工況下的行為，不僅技術(shù)復(fù)雜，而且耗費(fèi)較大。因此，基本上采用反應(yīng)堆外模擬技術(shù)及裝置來(lái)評(píng)價(jià)燃料核燃料包殼管的性能。目前，進(jìn)行模擬LOCA工況下包殼行為的裝置較少，大部分為了利于控溫采取外部加熱的方式，該方式與LOCA真實(shí)工況不相符合，不能夠更加真實(shí)的反應(yīng)工況下材料的性能。同時(shí)，一部分實(shí)驗(yàn)裝置在加熱過(guò)程中核燃料包殼管不能自由膨脹，因此燃料核燃料包殼管在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中承受了一定的外力，這將對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生一定的影響，不能準(zhǔn)確的反應(yīng)材料的真實(shí)性能，還有一部分實(shí)驗(yàn)裝置在加熱過(guò)程中核燃料包殼管能夠自由膨脹，但其存在了膨脹后變彎的問題，無(wú)法使得包殼管能夠自由伸縮，更準(zhǔn)確的測(cè)試材料的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種模擬LOCA工況下對(duì)核燃料包殼管性能評(píng)價(jià)的實(shí)驗(yàn)裝置。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采取如下技術(shù)方案:
[0007]—種模擬LOCA工況下對(duì)核燃料包殼管性能評(píng)價(jià)的實(shí)驗(yàn)裝置，其包括:
[0008]用于容納核燃料包殼管的型腔，該型腔包括通過(guò)密封件分隔形成的位于上下兩端的真空腔和位于中部的淬火腔，在密封件上設(shè)有通孔，核燃料包殼管密封設(shè)置在通孔中，且兩端位于真空腔、中間位于淬火腔內(nèi)，淬火腔包括與核燃料包殼管延伸方向一致的腔體、以及與沿著腔體方向與腔體一體設(shè)置的金屬波紋管，其中淬火腔能夠隨著金屬波紋管的自由伸縮而伸縮，腔體上具有水蒸氣的入口和出口、以及淬火液的入口和出口；
[0009]平衡裝置，其用于平衡對(duì)金屬波紋管施加的應(yīng)力，使得金屬波紋管處于自由伸縮狀態(tài)，其包括位于上端部真空腔的上方的滑輪組件、以及配重砝碼；
[0010]加熱裝置，其包括伸入核燃料包殼管內(nèi)的加熱棒、套設(shè)在加熱棒的外周用于將加熱棒與核燃料包殼管的內(nèi)壁絕緣隔開的隔離管，該隔離管的材質(zhì)為石英、碳化硼或陶瓷。
[0011]優(yōu)選地，金屬波紋管位于腔體的上方，且金屬波紋管的上端部與密封件密封連接。盡可能的減小對(duì)金屬波紋管所產(chǎn)生的應(yīng)力，便于平衡裝置的設(shè)計(jì)。
[0012]進(jìn)一步的，平衡裝置有兩組，且分別位于上端部真空腔頂部的左右兩側(cè)。使得真空腔的受力相對(duì)均勻，確保金屬波紋管的自由伸縮，進(jìn)一步有效地防止了核燃料包殼管的彎曲。
[0013]根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)具體實(shí)施和優(yōu)選方面，滑輪組件包括位于上端部真空腔上方的定滑輪、纏繞在定滑輪上的牽引繩，其中牽引繩一端部與位于上端部真空腔相連接、另一端部與配重砝碼相連接。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且便于實(shí)施。
[0014]根據(jù)本實(shí)用新型的另一具體實(shí)施和優(yōu)選方面，加熱棒兩端部分別伸出所述核燃料包殼管，加熱裝置還包括分別設(shè)置在加熱棒兩端部的電極。
[0015]優(yōu)選地，電極為鎢電極。
[0016]優(yōu)選地，加熱裝置還包括分別設(shè)置在真空腔內(nèi)、用于將電極與所述真空腔相絕緣的絕緣層。
[0017]優(yōu)選地，腔體上還設(shè)有測(cè)溫窗口。便于實(shí)際操控。
[0018]此外，實(shí)驗(yàn)裝置還包括氣體保護(hù)裝置，該氣體保護(hù)裝置包括保護(hù)氣體存儲(chǔ)器、分別向真空腔內(nèi)通入保護(hù)氣體的管道、以及控制閥。
[0019]優(yōu)選地，密封件為水冷密封件，核燃料包殼管與通孔由石墨密封圈進(jìn)行密封。
[0020]由于以上技術(shù)方案的實(shí)施，本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0021]本實(shí)用新型的裝置設(shè)計(jì)巧妙，合理，使得燃料包殼管在管受熱過(guò)程中可以自由膨脹和伸縮，同時(shí)由金屬波紋管的自由伸縮設(shè)置，還能夠解決核燃料包殼管在加熱過(guò)程中膨脹變彎的問題，從而能夠準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)核燃料包殼管性能，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，且成本低。
【附圖說(shuō)明】
[0022]下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0023]圖1為根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]其中:1、核燃料包殼管(鋯合金包殼管)；2、型腔;3、密封件(水冷密封件)；4、真空腔;5、淬火腔;50、腔體；51、金屬波紋管;6、平衡裝置;60、滑輪組件;600、定滑輪;601、牽引繩;61、配重砝碼;7、加熱裝置;70、加熱棒;71、隔離管;72、電極;8、氣體保護(hù)裝置;80、保護(hù)氣體的管道;a、水蒸氣的入口 ；b、水蒸氣的出口；C、淬火液的入口；d、淬火液的出口；e、測(cè)溫窗P O
【具體實(shí)施方式】
[0025]如圖1所示，本實(shí)施例提供模擬LOCA工況下對(duì)核燃料包殼管性能評(píng)價(jià)的實(shí)驗(yàn)裝置，其主要包括:用于容納核燃料包殼管I的型腔2，該型腔2包括通過(guò)密封件3分隔形成的位于上下兩端的真空腔4和位于中部的淬火腔5，在密封件3上設(shè)有通孔，核燃料包殼管I密封設(shè)置在通孔中，且兩端位于真空腔4、中間位于淬火腔5內(nèi)，淬火腔5包括與核燃料包殼管I延伸方向一致的腔體50、以及與沿著腔體50方向與腔體50—體設(shè)置的金屬波紋管51，其中淬火腔5能夠隨著金屬波紋管51的自由伸縮而伸縮，腔體50上具有水蒸氣的入口a和出口 b、以及淬火液的入口 c和出口d;
[0026]平衡裝置6，其用于平衡對(duì)金屬波紋管51施加的應(yīng)力，使得金屬波紋管51處于自由伸縮狀態(tài)，其包括位于上端部真空腔4的上方的滑輪組件60、以及配重砝碼61;
[0027]加熱裝置7，其包括伸入核燃料包殼管I內(nèi)的加熱棒70、套設(shè)在加熱棒70的外周用于將加熱棒70與核燃