CN110648772B - 超临界水冷反应堆冷却剂通道内管外壁测温装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超临界水冷反应堆冷却剂通道内管外壁测温装置及方法，解决传统壁面温度测量方法响应时间慢、测量误差大、测点布置难度高等问题。该测温装置包括密封单元和测温单元；密封单元包括引管、基座、底部挤压垫、密封垫、顶部挤压垫和挤压螺帽；引管一端与冷却剂通道外管外壁固定连接，且与冷却剂通道外管相连通，另一端与基座固定连接；底部挤压垫、密封垫、顶部挤压垫由内至外依次设置在基座内，并通过挤压螺帽压紧在基座内；密封垫为非金属弹性密封材料；测温单元包括至少一个热电偶，热电偶的一端固定在冷却剂通道内管外壁上，另一端依次穿过冷却剂通道外管、引管、基座、底部挤压垫、密封垫、顶部挤压垫和挤压螺帽后引出。

Description

超临界水冷反应堆冷却剂通道内管外壁测温装置及方法

技术领域

本发明涉及温度测量装置及测量方法，具体涉及一种超临界水冷反应堆冷却剂通道内管外壁测温装置及方法。

背景技术

超临界水冷反应堆被第四代国际论坛选为长期开发的六种堆型之一，相比现有压水堆，超临界水冷反应堆的技术性能相对较为优越。目前，超临界水冷反应堆的系统压力大于22.1MPa，堆芯出口温度达到500℃以上，超临界水在流动传热过程中，在一定壁面热流密度与质量流速条件下，会表现出各种传热特征，具体包括传热强化、正常传热与传热恶化等。环形通道是超临界水冷反应堆冷却剂通道常见的一种形式，壁面温度的精准测量，对研究超临界水冷反应堆中冷却剂传热特性，以及控制壁面温度防止传热恶化至关重要。

对于高温高压条件下狭长环形通道的内壁面温度，传统采用外壁开孔安装铠装热电偶与内壁面碰接的方式测量，或是沿流动方向在内壁面开槽埋焊铠装热电偶的方式测量。在碰接测量方式中，随着压力、流量与温度的变化，环形通道不可避免地会产生形变，铠装热电偶与壁面间产生间隙，导致测量值产生较大误差；而开槽埋焊的方式对所测构件损伤大，所能布置的测点较少，且测点布置加工难度较大。此外，铠装热电偶由于带有金属保护套管，热响应时间慢，不利于瞬态传热特性的研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种超临界水冷反应堆冷却剂通道内管外壁测温装置及方法，以解决传统壁面温度测量方法响应时间慢、测量误差大、测点布置难度高等问题。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种超临界水冷反应堆冷却剂通道内管外壁测温装置，包括密封单元和测温单元；所述密封单元包括引管、基座、底部挤压垫、密封垫、顶部挤压垫和挤压螺帽；所述基座、底部挤压垫、密封垫、顶部挤压垫和挤压螺帽上均设有引孔；所述引管一端与冷却剂通道外管外壁固定连接，且与冷却剂通道外管相连通，另一端与基座固定连接；所述底部挤压垫、密封垫、顶部挤压垫由内至外依次设置在基座内，并通过挤压螺帽压紧在基座内；所述密封垫为非金属弹性密封材料；所述测温单元包括至少一个热电偶，所述热电偶的一端固定在冷却剂通道内管外壁上，另一端依次穿过冷却剂通道外管、引管、基座、底部挤压垫、密封垫、顶部挤压垫和挤压螺帽后引出。

进一步地，所述密封单元还包括定位销，所述定位销设置在基座和顶部挤压垫上，用于防止顶部挤压垫和基座之间产生相对转动，从而避免绞断热电偶。

进一步地，所述定位销的数量为两个，沿轴向插入基座和顶部挤压垫的接触面上，用于固定顶部挤压垫与基座；或者，所述定位销数量为一个，沿径向插入基座和顶部挤压垫，用于固定顶部挤压垫与基座。

进一步地，所述密封垫的材质为聚四氟乙烯。

进一步地，所述热电偶的单根热电偶丝直径为0.1～0.5mm；所述密封垫的引孔直径比热电偶丝直径大0.1～0.2mm。

进一步地，所述底部挤压垫、密封垫、顶部挤压垫上的引孔数量为偶数，且引孔数量至少为两个。

进一步地，所述热电偶为K型热电偶，其表面附有陶瓷绝缘纤维；所述基座、底部挤压垫、顶部挤压垫、定位销及挤压螺帽的材质均为不锈钢。

同时，本发明还提供一种基于上述超临界水冷反应堆冷却剂通道内管外壁测温装置的测温方法，包括以下步骤；

1)安装超临界水冷反应堆冷却剂管道前，将热电偶丝分别固定于冷却剂通道内管外壁相应位置；

2)冷却剂通道内管安装完成后，将热电偶丝和冷却剂通道内管插入冷却剂通道外管内；

3)热电偶丝穿过冷却剂通道外管和密封单元后与信号仪表相连；

4)旋紧挤压螺帽和基座，使得底部挤压垫和顶部挤压垫将非金属弹性密封材料制成的密封垫挤压变形，封闭密封垫的引孔；

5)热电偶丝在高温高压下实现冷却剂通道内管外壁面温度的测量。

本发明与现有技术相比，具有以下技术效果：

1.本发明提供一种适用于高温高压条件下热响应快、测量精度高、测量方式便捷简单的环形通道内壁面温度测量装置及方法。该装置的热电偶丝直接焊接于壁面上，不存在测量间隙，所测温度误差小，测量数据真实可靠；热电偶测点直接裸露，响应时间快；热电偶丝直径较小，具有很大的弯折性，便于测点的布置，同时对测量通道内流场影响较小。

2.本发明测温装置全部采用机械式连接，结构简单，安装可靠；密封单元能够实现可靠密封，避免外界环境因素对测量结果的影响。

3.本发明测温装置可开多个引孔，密封多对热电偶，减少被测通道外壁开孔数量，减小被测装置损伤。

附图说明

图1为本发明超临界水冷反应堆冷却剂通道内管外壁测温装置结构示意图；

图2为本发明测温装置中定位销的一种安装方式示意图。

附图标记：1-热电偶，2-冷却剂通道内管外壁面焊点，3-引管，4-基座，5-底部挤压垫，6-密封垫，7-顶部挤压垫，8-定位销，9-挤压螺帽，10-冷却剂通道内管，11-冷却剂通道外管。

具体实施方式

为了使本发明的发明目的、技术方案及其有益技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。

如图1所示，本发明提供一种超临界水冷反应堆冷却剂通道内管外壁测温装置，其包括密封单元和测温单元。

密封单元包括引管3、基座4、底部挤压垫5、密封垫6、顶部挤压垫7、定位销8及挤压螺帽9；基座4、底部挤压垫5、密封垫6、顶部挤压垫7和挤压螺帽9上均设置有引孔。引管3一端与冷却剂通道外管11外壁固定连接，且与冷却剂通道外管11相连通，另一端与基座4固定连接；底部挤压垫5、密封垫6、顶部挤压垫7依次位于基座4内部，并通过挤压螺帽9压紧在基座4内。

测温单元包括至少一个热电偶1，其一端固定焊接于冷却剂通道内管外壁面焊点2处，另一端依次穿过冷却剂通道外管11、引管3、基座4、底部挤压垫5、密封垫6、顶部挤压垫7和挤压螺帽9，经密封后与信号仪表相连。基座4与挤压螺帽9通过配合螺纹，转动紧固挤压螺帽9，挤压螺帽9向下顶紧顶部挤压垫7，施力于顶部挤压垫7，夹在顶部挤压垫7与底部挤压垫5之间的挤压密封垫6受力挤压变形，实现对热电偶1的压紧，使得密封垫6得以密封热电偶1。底部挤压垫5、密封垫6、顶部挤压垫7上所开引孔数目为偶数，且数目大于等于2，能够密封一对或多对热电偶1。

如图2所示，定位销8用于固定顶部挤压垫7与基座4，防止顶部挤压垫7被挤压螺帽9连带转动，绞断热电偶1。定位销8具体可有两种安装形式，在轴向安装时，定位销8的数量可为两个，沿轴向插入基座4和顶部挤压垫7的接触面上。或者，在径向安装时，定位销8数量为一个，沿径向插入基座4和顶部挤压垫7。

热电偶1为K型热电偶，热电偶的单根热电偶丝直径为0.1～0.5mm，密封垫6的引孔直径比热电偶丝大0.1～0.2mm，此种设置既可保证顺利引出热电偶，又可保证密封垫6充分密封热电偶1。

优选的，单根热电偶丝直径为0.3mm，且其表面附有陶瓷绝缘纤维。热电偶丝弯折性较高，可在环形通道制作时焊接于冷却剂通道内管外壁面上，再将热电偶丝连同冷却剂通道内管插入冷却剂通道外管，形成环腔，并将热电偶丝引出。

引管3具体可采用无缝不锈钢圆管，外径为6～10mm，壁厚为1～2mm，在实际使用时，引管3为外径8mm，壁厚1.5mm的无缝不锈钢圆管，管长为0.5m。

密封垫6为非金属弹性密封材料，该材料只需具有弹性且绝缘即可，在本实施例中，密封垫6材质为聚四氟乙烯，基座4、底部挤压垫5、顶部挤压垫7、定位销8及挤压螺帽9材质均为不锈钢。

本实施例中温度测量方法及装置可实现600℃、40MPa以下工况狭长环形通道内壁面温度的快速精准测量，测温方法包括以下步骤：

1)安装超临界水冷反应堆冷却剂管道之前，将热电偶丝分别固定于冷却剂通道内管10外壁相应位置；

2)冷却剂通道内管10安装完成后，将热电偶丝和冷却剂通道内管10插入冷却剂通道外管11内；

3)热电偶丝穿过冷却剂通道外管11和密封单元后与信号仪表相连；

4)旋紧挤压螺帽9和基座4，使得底部挤压垫5和顶部挤压垫7将非金属弹性密封材料制成的密封垫6挤压变形，封闭密封垫6的引孔；

5)热电偶1丝在高温高压下实现冷却剂通道内管10外壁面温度的测量。

本发明中的测量方法及装置可实现高温高压工况下狭长环形通道内壁面温度的快速精准测量。

Claims (10)

1.一种超临界水冷反应堆冷却剂通道内管外壁测温装置，包括测温单元，所述测温单元包括至少一个热电偶(1)，其特征在于：还包括密封单元；

所述密封单元包括引管(3)、基座(4)、底部挤压垫(5)、密封垫(6)、顶部挤压垫(7)和挤压螺帽(9)；所述基座(4)、底部挤压垫(5)、密封垫(6)、顶部挤压垫(7)和挤压螺帽(9)上均设有引孔；

所述引管(3)一端与冷却剂通道外管(11)外壁固定连接，且与冷却剂通道外管(11)相连通，另一端与基座(4)固定连接；

所述底部挤压垫(5)、密封垫(6)、顶部挤压垫(7)由内至外依次设置在基座(4)内，并通过挤压螺帽(9)压紧在基座(4)内；

所述密封垫(6)为非金属弹性密封材料；

所述热电偶(1)的一端固定在冷却剂通道内管(10)外壁上，另一端依次穿过冷却剂通道外管(11)、引管(3)、基座(4)、底部挤压垫(5)、密封垫(6)、顶部挤压垫(7)和挤压螺帽(9)后引出。

2.根据权利要求1所述的超临界水冷反应堆冷却剂通道内管外壁测温装置，其特征在于：所述密封单元还包括定位销(8)，所述定位销(8)设置在基座(4)和顶部挤压垫(7)上，用于防止顶部挤压垫(7)和基座(4)之间产生相对转动。

3.根据权利要求2所述的超临界水冷反应堆冷却剂通道内管外壁测温装置，其特征在于：所述定位销(8)的数量为两个，沿轴向插入基座(4)和顶部挤压垫(7)的接触面上，用于固定顶部挤压垫(7)与基座(4)。

4.根据权利要求2所述的超临界水冷反应堆冷却剂通道内管外壁测温装置，其特征在于：所述定位销(8)数量为一个，沿径向插入基座(4)和顶部挤压垫(7)，用于固定顶部挤压垫(7)与基座(4)。

5.根据权利要求1至4任一所述的超临界水冷反应堆冷却剂通道内管外壁测温装置，其特征在于：所述密封垫(6)的材质为聚四氟乙烯。

6.根据权利要求5所述的超临界水冷反应堆冷却剂通道内管外壁测温装置，其特征在于：所述热电偶(1)的单根热电偶丝直径为0.1～0.5mm；所述密封垫(6)的引孔直径比热电偶丝直径大0.1～0.2mm。

7.根据权利要求5所述的超临界水冷反应堆冷却剂通道内管外壁测温装置，其特征在于：所述底部挤压垫(5)、密封垫(6)、顶部挤压垫(7)上的引孔数量为偶数，且引孔数量至少为两个。

8.根据权利要求5所述的超临界水冷反应堆冷却剂通道内管外壁测温装置，其特征在于：所述热电偶(1)为K型热电偶，其表面附有陶瓷绝缘纤维；所述基座(4)、底部挤压垫(5)、顶部挤压垫(7)及挤压螺帽(9)的材质均为不锈钢。

9.基于权利要求1至8任一所述超临界水冷反应堆冷却剂通道内管外壁测温装置的测温方法，其特征在于，包括以下步骤；

1)安装超临界水冷反应堆冷却剂管道前，将热电偶丝分别固定于冷却剂通道内管外壁相应位置；

2)冷却剂通道内管安装完成后，将热电偶丝和冷却剂通道内管插入冷却剂通道外管内；

3)热电偶丝穿过冷却剂通道外管和密封单元后与信号仪表相连；

4)旋紧挤压螺帽和基座，使得底部挤压垫和顶部挤压垫将非金属弹性密封材料制成的密封垫挤压变形，封闭密封垫的引孔；

5)热电偶丝在高温高压下实现冷却剂通道内管外壁面温度的测量。

10.根据权利要求9所述的测温方法，其特征在于：

所述热电偶丝通过焊接方式固定于冷却剂通道内管外壁上；

所述密封垫的材质为聚四氟乙烯；

所述热电偶的单根偶丝直径为0.1～0.5mm；所述密封垫的引孔的直径为0.3～0.7mm。

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