核电站安全壳碎片对燃料组件压降影响的在线监控装置的制作方法

本发明属于核安全技术领域，特别涉及一种核电站安全壳碎片对燃料组件压降影响的在线监控装置。主要可运用于模拟压水堆核电站发生假想的失水事故(loca)后安全壳碎片进入燃料组件后对其压降产生的影响。

背景技术：

在压水堆核电站发生假想的失水事故(loca)后再循环阶段(ltcc)，由于破口撕裂、高温高压水流的喷射以及材料的腐蚀或溶解等作用，安全壳内可能产生大量碎片。这些碎片，包括一些原本就在安全壳内累积的杂质、淤泥、异物等，由于事故后安全壳内水流的迁移作用，将进入安全壳地坑，虽然碎片可由地坑滤网捕集，但是仍将有部分碎片可旁通安全壳地坑滤网进入一回路系统，并在堆芯燃料组件内聚集和沉积，引起燃料组件压降增加。国内外相关研究现状表明该现象对核电厂ltcc的安全运行至关重要，因此，模拟loca后ltcc阶段，安全壳内产生的碎片进入到压力容器的情况下，在线监控不同碎片在不同流量下引起的堆芯燃料组件压降的大小并定量获得它们之间的关系是必要的。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种核电站安全壳碎片对燃料组件压降影响的在线监控装置，其特征在于，该装置为在试验段1中装入全尺寸燃料组件2在试验段1的底部插入下铠装热电偶6、中部插入中铠装热电偶7、上部插入上铠装热电偶8，两端差压计5与试验段1上下端连接，上部差压计4与试验段1上中端连接，下部差压计3与试验段1的中下端连接；试验段1顶端与第一压力计10，第21电动v型球阀和上流量计11、搅混水箱14串联；试验段1底端与第二压力计9、下流量计12、变频离心泵13、第20电动v型球阀及搅混水箱14下端串联；第22电动v型球阀两端分别与上流量计11出口和下流量计12出口连接；第20电动v型球阀的上端与第24电动v型球阀连接下端连接dn65不锈钢管25，该dn65不锈钢管25从搅混水箱14中上部接入，并向下弯插入加热线圈15内；第23电动v型球阀与第二压力计9和下流量计12的公共节点连接；注水系统17通过注水阀19与搅混水箱14上部连接，搅拌电机16固定在搅混水箱14顶部；加热线圈15固定在搅混水箱14中下部，并与温控系统18连接；

所述搅混水箱的顶部靠箱壁附近4个位置插入14-2铠装热电偶、14-3铠装热电偶、14-4铠装热电偶和14-5铠装热电偶；在搅混水箱的外侧面壁上固定竖条搅混水箱观察窗14-1。

所述加热线圈包括4个线圈，间隔固定在搅混水箱14中部；

所述搅拌电机的电机轴16-1中部和顶端各固定叶轮16-2；两个叶轮分别处于4个线圈的中间间隔和最低线圈的下面。

所述试验段由钢制外框本体和可视窗1-1构成；试验段的上下封头为圆柱面，防止水流入后由于截面的突变形成漩涡；试验段有a、b、c、d四面：a面为全钢板，布置6个传感器接孔1-3-1～1-3-6；b、c、d面设可拆卸的可视窗1-1，一方面满足可视化需求，另一方面方便清理在全尺寸燃料组件2上沉积的试验碎片。

所述布置6个传感器接孔的孔径为φ10；通过φ10接孔的透明软管接两端差压计5、上部差压计4和下部差压计3；通过φ10的螺纹接孔接下铠装热电偶6、中铠装热电偶7和上铠装热电偶8。

本发明的有益效果是防止碎片在水箱底部沉淀，防止试验发生堵塞；利用压力计、压差传感器、温度传感器、流量计，分别对压力、压降、温度、流量进行采集并转换成标准信号，通过转换将其信号进行处理后通过上位机在线显示出来，实现在线监控。

附图说明

图1为核电站安全的在线监控装置结构示意图。

图2为试验段结构示意图，其中，a为试验段立体图；b为a面示意图，c为全尺寸燃料组件轮廓；d为e-e剖面图；e为试验段f部放大图。

图3为搅混水箱结构示意图，其中，a为主视图，b为俯视图。

图4为监控系统原理示意图

图中标号

1-试验段；1-1-可视窗；1-2-燃料组件支撑柱；1-3-1～1-3-6-传感器接孔；1-4-定位块；1-5-中空支撑板；2-全尺寸燃料组件；3-差压计；4-差压计；5-差压计；6-铠装热电偶；7-铠装热电偶；8-铠装热电偶；9-压力计；10-压力计；11-流量计；12-流量计；13-变频离心泵；14-搅混水箱；14-1-搅混水箱观察窗；14-2-铠装热电偶；14-3-铠装热电偶；14-4-铠装热电偶；14-5-铠装热电偶；15-加热线圈；16-搅拌电机；16-1-电机轴；16-2-叶轮；17-注水系统；18-温控系统；19-注水阀；20-电动v型球阀；21-电动v型球阀；22-电动v型球阀；23-电动v型球阀；24-电动v型球阀；25-dn65不锈钢管

具体实施方式

本发明提供一种核电站安全壳碎片对燃料组件压降影响的在线监控装置，下面结合附图予以说明。

图1所示为核电站安全的在线监控装置结构示意图。图中所示在线监控装置为在试验段1中装入全尺寸燃料组件2；在试验段1的底部插入下铠装热电偶6、中部插入中铠装热电偶7、上部插入上铠装热电偶8，两端差压计5与试验段1上下端连接，上部差压计4与试验段1上中端连接，下部差压计3与试验段1的中下端连接；试验段1顶端与第一压力计10，第21电动v型球阀和上流量计11、搅混水箱14串联；试验段1底端与第二压力计9、下流量计12、变频离心泵13、第20电动v型球阀及搅混水箱14下端串联；第22电动v型球阀两端分别与上流量计11出口和下流量计12入口连接；第20电动v型球阀的上端与第24电动v型球阀连接下端连接dn65不锈钢管25，该dn65不锈钢管25从搅混水箱14中上部接入，并向下弯插入加热线圈15内；第23电动v型球阀与第二压力计9和下流量计12的公共节点连接；注水系统17通过注水阀19与搅混水箱14上部连接，搅拌电机16固定在搅混水箱14顶部；加热线圈15固定在搅混水箱14中下部，并与温控系统18连接；

图2所示为试验段结构示意图。所述试验段由钢制外框本体和可视窗1-1构成；试验段的上下封头为圆柱面，防止水流入后由于截面的突变形成漩涡；试验段有a、b、c、d四面：a面为全钢板(图2中包括a为试验段立体图；b为a面示意图，c为全尺寸燃料组件轮廓；d为e-e剖面图；e为试验段f部放大图)，其中，a为试验段立体图；b为a面示意图，其上布置6个传感器接孔1-3-1～1-3-6；b、c、d面设可拆卸的可视窗1-1，一方面满足可视化需求，另一方面方便清理在全尺寸燃料组件2上沉积的试验碎片。c为全尺寸燃料组件轮廓，全尺寸燃料组件2的主要部件有：上管座2-1、燃料组件骨架2-2、燃料棒束组2-3、定位格架2-4、下管座2-5。燃料组件骨架2-2贯穿燃料棒束组2-3和定位格架2-4，其上端连接上管座2-1，下端连接下管座2-5。在下管座2-5处由四根支撑柱1-2定位，在上管座2-1处由四块定位块1-4定位。所述布置6个传感器接孔的孔径为φ10；通过φ10接孔的透明软管接两端差压计5、上部差压计4和下部差压计3；通过φ10的螺纹接孔接下铠装热电偶6、中铠装热电偶7和上铠装热电偶8；接孔编号及对应传感器或传感器接口如下表所示：

图3所示为搅混水箱结构示意图，其中，a为主视图，b为俯视图。所述搅混水箱的顶部靠箱壁附近4个位置插入14-2铠装热电偶、14-3铠装热电偶、14-4铠装热电偶和14-5铠装热电偶；在搅混水箱的外侧面壁上固定竖条搅混水箱观察窗14-1。加热线圈包括4个线圈，间隔固定在搅混水箱14中部；搅拌电机的电机轴16-1中部和顶端各固定叶轮16-2；两个叶轮分别处于4个线圈的中间间隔和最低线圈的下面。

图4所示为监控系统原理示意图；结合上述三个图进行解释，说明监控原理。压差计(两端差压计5、上部差压计4和下部差压计3)、压力计(第一压力计10和第二压力计19)、流量计(上流量计11和下流量计12)、热电偶(下铠装热电偶6、中部插入中铠装热电偶7、上部插入上铠装热电偶8、14-2铠装热电偶、14-3铠装热电偶、14-4铠装热电偶和14-5铠装热电偶)、电动阀门(19-电动v型球阀、20-电动v型球阀、21-电动v型球阀、22-电动v型球阀、23-电动v型球和24-电动v型球阀)、变频泵和水箱电加热等传感器或设备输出标准电信号到在线监控系统(控制器、上位机)，控制器(控制器1、控制器2)与上位机通过485通讯线通讯，上位机完成监视和控制的功能。上位机监视是指，通过接受控制器1的信号，上位机对信号进行读取，同时转换成可读的热工参数，显示在如图1的监控界面中，同时进行后台存储；然后通过接受控制器2的信号，上位机对信号处理后将直观的设备状态显示在如图1的监控界面中，通过鼠标和键盘进行参数的修改和操作，从而实现对系统的逻辑控制，所控制的动作包括电动阀门的开关控制、变频泵的转速(流量)控制和水箱电加热控制。

试验回路工作原理：在试验段1中装入全尺寸燃料组件2，在搅混水箱14中通过注水系统17(需配合打开注水阀19)注入试验所需水量，可构成一个试验回路。试验运行时，第20电动v型球阀和第21电动v型球阀打开，第22电动v型球阀、第23电动v型球和第24电动v型球阀关闭。水从搅混水箱14下端流出，在变频离心泵13的驱动作用下依次经过第20电动v型球阀，变频离心泵13，下流量计12和第二压力计9后进入试验段1，流出后再经过第一压力计10，第21电动v型球阀和上流量计11，然后返回混水箱14。

当试验回路因调试需要，仅对试验段1进行排水时，第23电动v型球阀和第21电动v型球阀打开，其他阀门关闭。当混水箱14需要排水时，第24电动v型球阀打开，其他阀门关闭。在试验期间若出现堵塞，第22电动v型球阀打开。

搅混水箱14中注入一定量水，试验期间需加入试验碎片。开启搅拌电机16，通过电机轴16-1带动叶轮转动16-2，为碎片在水中提供搅混动力，让搅混水箱14内能够形成均匀的碎片悬浮液。搅混水箱14底部设计成圆锥形可防止碎片的沉淀。dn65不锈钢管25从上部伸入搅混水箱14后呈倒l型，是为了保证搅混水箱14低水位状态下运行时能保证流体满管。搅混水箱14中安置四组加热线圈15，接入控制系统以保证试验中水能达到所需温度。在图3的b俯视图中搅混水箱14底部按顺时针方向安插14-2铠装热电偶、14-3铠装热电偶、14-4铠装热电偶和14-5铠装热电偶，用于为加热线圈15提供温度反馈。

注入试验所需水量，可构成一个试验回路。试验运行时，第20电动v型球阀和第21电动v型球阀打开，第22电动v型球阀、第23电动v型球阀和第24电动v型球阀关闭。水从搅混水箱14下端流出，在变频离心泵13的驱动作用下依次经过第20电动v型球阀、变频离心泵13，下流量计12和第二压力计9后进入试验段1，流出后再经过第一压力计10，第21电动v型球阀和上流量计11，然后返回搅混水箱。