CN102543227B - 放射性屏蔽热室燃料元件高温起泡试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于一种核燃料辐照性能研究装置，具体是一种放射性屏蔽热室燃料元件高温起泡试验装置。该装置由炉体、控制系统、采集系统、自动升降系统和气路系统组成，炉体与控制系统和采集系统分离，可在热室外控制炉体的升温、保温及降温，采集系统能自动输出数据，操作简单快捷。本发明结构简单、安全可靠，可满足燃料元件从室温至850℃的辐照性能试验，控温精度±1℃。

Description

放射性屏蔽热室燃料元件高温起泡试验装置

技术领域

本发明属于一种核燃料辐照性能研究装置，具体是放射性屏蔽热室燃料元件高温起泡试验装置。

背景技术

核燃料元件是维持反应堆内核裂变链式反应的源泉，在高温、高压、动力水腐蚀和中子辐照的苛刻工况下运行。燃料芯体辐照时产生大量的惰性裂变气体，引起燃料元件的肿胀。温度较低时裂变气体积存在晶格或1微米以下的小气孔中，受UO₂表面张力约束，燃料基体和包壳对肿胀有约束作用，只引起元件的正常均匀肿胀。如果这些裂变气体存在于裂纹、UO₂与燃料基体的间隙或1微米以上较大气孔中，则会对包壳产生很大的压力，引起加速肿胀。在过度超功率和失水等反应性诱发事故工况下，燃料元件内温度升高，包壳材料的强度降低，而裂变气体压力急剧增大，如果超过安全限值，在包壳与芯体结合局部、气孔、裂纹、UO₂或B₄C密集等薄弱处，就可能出现燃料板起泡或破裂的过度肿胀，堵塞燃料组件内冷却剂流道，严重时将引发灾难性的堆芯熔化事故。

传统的高温起泡炉，由炉体、控制系统和气路系统组成，其炉体均温区不能满足大型燃料元件整体起泡试验；炉门不具备自动升降功能，需机械手操作；控制系统不具备程序设定功能，需操作人员进行实时调控；不具备采集系统，不能采集试验过程中的相关数据。

由于温度对燃料元件肿胀行为的影响意义重大，为了研究燃料元件的高温肿胀行为，需对传统的高温起泡装置进行改进，研制专用的放射性屏蔽热室燃料元件高温起泡试验装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗辐射、可自动控制和输出温度数据的放射性屏蔽室燃料元件高温起泡试验装置。

本发明的技术方案如下：

一种放射性屏蔽热室燃料元件高温起泡试验装置，包括炉体、控制系统和气路系统，其特征在于：所述的高温起泡试验装置还具有自动升降系统和采集系统；炉体内的热电偶通过数据线与控制系统相连；控制系统与采集系统通过数据线相连；所述的炉体分为上、下两部分，即上部炉体和下部炉体；上部炉体、下部炉体和底架通过导向支撑杆连接，导向支撑杆通过固定板固定在底架上；样品架安装在下部炉体内；电阻丝安装在炉体的四周；热电偶安装在样品架的下端；所述的自动升降系统由直线齿条电极、导向支撑杆、导向支撑杆套、行程开关、电机齿轮箱和升降架组成；电机齿轮箱通过螺母与升降架连接；导向支撑杆套与导向支撑杆通过螺母连接；直线齿条电机和行程开关安装在导向支撑杆上；所述的气路系统由排气预热管道、流量计和惰性气体罐通过连接管线组成；所述的控制系统置于单独的控制柜中，通过电缆及数据线与热电偶相连；所述的采集系统与控制系统通过数据线相连。

其附加特征在于：

所述的热电偶具有三副，均安装在样品架的下端，三副热电偶均匀的分布在炉体内，通过电缆及数据线与控制系统相连；所述的导向支撑杆有4个，用固定板固定在底架上。

所述的排气预热管道具有等距的打孔，连接管线的一端插入排气预热管道，另一端与流量计和惰性气体罐相连。

本发明的效果在于：由于炉体与控制系统、采集系统分离，可在热室外控制炉体的升温、保温及降温，采集系统能自动输出数据，操作简单快捷；采用多温区控温，可保证试验过程中的控温精度；采用炉体自动升降系统，可在热室外实现炉体的升降，操作方便；由于具有惰性气孔保护系统，避免了燃料元件在试验过程中的氧化。本发明结构简单、安全可靠。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是炉体的主视图。

图3是图2的左视图。

图中：1.炉体；2.流量计；3.惰性气体罐；4.温控仪；5.炉门升降控制仪；6.控制系统；7.采集系统；8.上部炉体；9.样品架；10.排气预热管道；11.下部炉体；12.底架；13.电机齿轮箱；14.导向支撑杆套；15.直线齿条电机；16.热电偶；17.行程开关；18.固定板；19.升降架；20.导向支撑杆；21.电阻丝；22.连接管线。

具体实施方式

如图1、图2、图3所示，本发明的高温起泡试验装置由炉体、控制系统、采集系统、自动升降系统和气路系统组成。

炉体：炉体分为上、下两部分，即上部炉体8和下部炉体11，炉体两端有四根Ф30mm支撑圆钢，保证上部炉体在升降过程中的平稳。上部炉体8、下部炉体11和底架12通过导向支撑杆20连接，电阻丝21作为加热元件安装在炉体四周，在下部炉体11内安装有样品架9，用来放置燃料元件；导向支撑杆20有4个，用固定板18固定在底架12上。热电偶16安装在样品架9的下端，由于在燃料元件升温的过程中燃料元件长度方向的温度梯度越小越好，经过保温使燃料元件长度方向的温度均匀。热电偶16具有三副，均安装在样品架9的下端，三副热电偶16均匀的分布在炉体内进行控温，保证在升温过程中，燃料元件的温度均匀，通过保温实现燃料元件在长度方向上的精度为±1℃。

自动升降系统：由直线齿条电极15、导向支撑杆20、导向支撑杆套14、行程开关17、电机齿轮箱13和升降架19组成。电机齿轮箱13通过螺母与升降架19连接；导向支撑杆套14与导向支撑杆20通过螺母连接；直线齿条电机15和行程开关17安装在导向支撑杆20上。

气路系统：由排气预热管道10、流量计2和惰性气体罐3通过管线22连接组成。通过管线22的一端插入排气预热管道10，另一端与流量计2和惰性气体罐3相连。为了避免燃料元件在升温、保温过程中氧化，需通入惰性气体保护。为保证抗辐射，排气预热管道10采用不锈钢材质，在管道上等距的打孔，管道上有等距的孔，以保证炉体1内温度的均匀性。

控制系统：控制系统6置于单独的控制柜中，安装在热室前区。炉体1内的热电偶16与温控仪4用数据线相连；

采集系统：采用专业软件与控制系统通过数据线相连，实现自动控制和数据自动输出功能。

本发明采用炉体与控制系统及采集系统分离，可在热室外控制炉体的升温、保温、降温、采集数据、数据自动输出及炉盖自动升降。炉体1采用不锈钢制成，安装在热室内。控制系统6置于单独的控制柜中，安装在热室前区。炉体1内热电偶16通过电缆及数据线与控制系统6相连；采集系统采用专业软件与控制系统通过数据线相连，实现自动控制和数据自动输出功能。

使用时，通过炉体升降系统打开热室内的炉盖，将燃料元件放入炉内，关闭炉门；在控制柜仪表上设定加热时间、温度及升温梯度等数据，然后打开惰性气体流量计2、惰性气体罐3和热室内排气阀，排空炉腔内空气；再打开加热开关，关闭热室内排气阀，将气体调节至适当流量，按照设定的程序进行试验，试验完成后关闭惰性气体罐3，打开炉门，取出燃料元件。

Claims (3)

1.一种放射性屏蔽热室燃料元件高温起泡试验装置，包括炉体、控制系统和气路系统，其特征在于：所述的高温起泡试验装置还具有自动升降系统和采集系统（7）；炉体（1）内的热电偶通过数据线与控制系统（6）相连；控制系统（6）与采集系统（7）通过数据线相连；所述的炉体（1）分为上、下两部分，即上部炉体（8）和下部炉体（11）；上部炉体（8）、下部炉体（11）和底架（12）通过导向支撑杆（20）连接，导向支撑杆（20）通过固定板（18）固定在底架（12）上；样品架（9）安装在下部炉体（11）内；电阻丝（21）安装在炉体（1）的四周；热电偶（16）安装在样品架（9）的下端；所述的自动升降系统由直线齿条电极（15）、导向支撑杆（20）、导向支撑杆套（14）、行程开关（17）、电机齿轮箱（13）和升降架（19）组成；电机齿轮箱（13）通过螺母与升降架（19）连接；导向支撑杆套（14）与导向支撑杆（20）通过螺母连接；直线齿条电机（15）和行程开关（17）安装在导向支撑杆（20）上；所述的气路系统由排气预热管道（10）、流量计（2）和惰性气体罐（3）通过连接管线（22）组成；所述的控制系统（6）置于单独的控制柜中，通过电缆及数据线与热电偶（16）相连；所述的采集系统（7）与控制系统（6）通过数据线相连。

2.按照权利要求1所述的放射性屏蔽热室燃料元件高温起泡试验装置，其特征在于：所述的热电偶（16）具有三副，均安装在样品架（9）的下端，三副热电偶（16）均匀的分布在炉体（1）内，通过电缆及数据线与控制系统（6）相连；所述的导向支撑杆（20）有4个，用固定板（18）固定在底架（12）上。

3. 按照权利要求1所述的放射性屏蔽热室燃料元件高温起泡试验装置，其特征在于：所述的排气预热管道（10）具有等距的打孔，连接管线（22）的一端插入排气预热管道（10），另一端与流量计（2）和惰性气体罐（3）相连。

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