核反应堆堆芯下管座异物过滤性能研究可视化试验装置的制造方法
【专利摘要】一种核反应堆堆芯下管座异物过滤性能研究可视化试验装置，该试验装置主要由上下透明方形流道、上下方形法兰、上下圆形法兰、引压管、方形环肋等组成；本试验装置可用于开展堆芯下管座异物过滤性能试验，研究不同类型下管座的过滤效率、异物堵塞情况对下游流场的影响；同时还可以开展下管座抗异物冲击破坏性能研究；本试验装置能够满足大流量下堆芯下管座异物过滤性能堆外可视化试验研究的需要；此外，本试验装置还具有试验过程可视化、安全性高、易于更换加装各类型下管座等优点。
【专利说明】
核反应堆堆芯下管座异物过滤性能研究可视化试验装置
技术领域
[0001]本发明属于核动力设备性能试验研究技术领域，具体涉及一种核反应堆堆芯下管座异物过滤性能研究可视化试验装置。
【背景技术】
[0002]核反应堆燃料组件是反应堆堆芯的关键部分，由若干燃料棒、导向管部件和定位格架及上下管座构成。下管座位于燃料组件底部，是燃料组件下部接口及支撑部件，同时提供冷却剂流入的通道并分配冷却剂流量，为了防止异物进入核燃料组件格架栅元，需在下管座的连接板上方安装滤板，用以过滤和阻挡水中异物，降低异物进入燃料组件内部钩挂在格架上随冷却剂冲刷摆动带来的燃料棒包壳磨蚀破损的风险，因此下管座的异物过滤性能直接影响着燃料组件和堆芯的安全，对于核反应堆安全运行具有重要作用。
[0003]在反应堆实际运行、维护过程中，冷却剂中的异物如金属碎肩或脱落的螺钉进入燃料组件中，随着冷却剂高速流动，异物将由于摩擦碰撞等对燃料棒包壳管造成重大伤害，进而导致放射性物质和气体外泄，造成反应堆停堆维修，经济损失巨大。而燃料组件下管座处于高温高压高放射性环境中，因此，对核反应堆燃料组件下管座开展异物过滤性能堆外可视化试验是十分必要的。在核燃料组件下管座设计方面，需要对设计出的下管座开展性能测试，这就需要试验装置具有较高的可靠性和可视化水平以及较简单的结构。本发明正是基于此设计了一种核反应堆堆芯下管座异物过滤性能研究可视化试验装置。
[0004]中国专利CN105206314A公开了一种用于研究燃料组件堵塞行为的可视化试验柱装置，其包括下腔室、堆芯试验板和上腔室。堆芯试验板上设置有用于连通上腔室和下腔室的流水孔;下腔室内设置有使得含碎片杂质的流体在进入燃料组件下管座前能够充分混合的导流部件。其主要用于异物在燃料组件内的阻塞行为研究而不能进行下管座过滤异物性能和阻力特性研究，也不能进行下管座抗冲击破坏研究。
[0005]又如中国专利申请公开号CN104236942A公开了一种过滤器性能检测方法、装置及其系统。其试验装置包括主循环回路、冷却回路、旁通回路、排水回路，加料口投入的纤维、颗粒杂质与加药口投入的化学试剂反应生成化学沉淀物，依靠循环栗带动流经过滤器，通过测量过滤器两端压力降来判断过滤器的性能。但是，其试验装置研究对象是安全壳地坑过滤器，而非下管座过滤结构，两者结构特点不同；其次该试验装置关注并测量的是过滤器两端压降并以此来判断过滤器性能是否满足要求，而反应堆安全分析中对核燃料组件的下管座所关心的性能指标除了压降特性，还包括过滤效率、抗冲刷破坏性能以及异物堵塞情况对下游流场的影响，因而该检测方法、装置及其系统不适用于核反应堆燃料组件下管座异物过滤性能测试。
[0006]再如中国专利申请公开号CN204831962U公开了一种棒束通道流动可视化试验系统，包括水回路、示踪剂支路、棒束通道和数据采集系统四个部分。水回路中的主要设备包括循环水箱、离心栗、流量计、温度计和压力表;示踪剂支路主要包括示踪剂存储箱、注入栗、调节阀门、示踪剂注入针头;棒束通道主要包括通道本体、可视化棒束、定位格架、排气阀；采集系统部分主要包括电脑、数据采集板和摄像机。但是，其试验系统研究的是棒束通道的流动，而非下管座异物过滤性能;其试验系统只能模拟棒束通道中的单相流动，而核反应堆工程中研究的是一回路冷却剂携带异物通过燃料组件下管座的水力冲刷性能，需要关注包括下管座上过滤结构过滤异物的效率、异物堵塞下管座情况下的压力损失特性、异物对流场的影响及下管座抗异物破坏性能，因而该试验系统不适用于核反应堆燃料组件下管座异物过滤性能可视化研究。
[0007]发明说明
[0008]为了解决上述现有试验装置或试验系统不适用于或不满足核工程领域对燃料组件下管座异物过滤性能研究可视化试验的需求，本发明提供了一种核反应堆堆芯下管座异物过滤性能研究可视化试验装置，本发明所述装置能够实现对下管座异物过滤性能的可视化研究，同时又能加装不同形式的下管座及过滤板，模拟核电站真实大流量工况，以便更加深入地对下管座异物过滤性能进行试验研究。
[0009]为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0010]核反应堆堆芯下管座异物过滤性能研究可视化试验装置，所述可视化试验装置为方形结构，材质为有机玻璃，包括相连接的下部结构I和上部结构2，所述下部结构I从上至下由依次连通的下部大方形通道、下部缩径通道和下部小方形通道组成，所述下部大方形通道的底部连接有下部方形法兰4-1，下部小方形通道的顶部连接有下部圆形法兰5-1;所述下部大方形通道由左右对称大小相等的下部第二矩形有机玻璃板1-2和下部第四矩形有机玻璃板1-4以及前后对称大小相等的下部第一矩形有机玻璃板1-1和下部第三矩形有机玻璃板1-3用粘接方式围成，同时在粘接处自上至下布置有若干螺栓用以加强连接强度;所述下部缩径通道由左右对称大小相等的下部第五矩形有机玻璃板1-5和下部第八矩形有机玻璃板1-8以及前后对称大小相等的下部第六矩形有机玻璃板1-6和下部第七矩形有机玻璃板1-7用粘接方式围成，同时在粘接处自上至下布置有若干螺栓用以加强连接强度;所述下部小方形通道由左右对称大小相等的下部第九矩形有机玻璃板1-9和下部第十二矩形有机玻璃板1-12、前后对称大小相等的下部第十矩形有机玻璃板1-10和下部第十一矩形有机玻璃板1-11用粘接方式围成，同时在粘接处自上至下布置有若干螺栓用以加强连接强度；所述下部第三矩形有机玻璃板1-3上离下部方形法兰4-1 352mm处和452mm处分别连接第一引压管6-1和第二引压管6-2;在下部大方形通道与下部方形法兰4-1连接处安装第一加固条7-1，在下部小方形通道与下部圆形法兰5-1连接处安装第二加固条7-2;在下部方形法兰4-1下方预设位置的下部大方形通道内设置有一圈方形环肋8，下管座试验件即放置在该方形环肋8上；
[0011]所述上部结构2从下至上由依次连通的上部大方形通道、上部缩径通道和上部小方形通道组成，所述上部大方形通道的顶部连接有上部方形法兰4-2，上部小方形通道的底部连接有上部圆形法兰5-2;所述上部大方形通道由左右对称大小相等的上部第二矩形有机玻璃板2-2和上部第四矩形有机玻璃板2-4以及前后对称大小相等的上部第一矩形有机玻璃板2-1和上部第三矩形有机玻璃板2-3用粘接方式围成，同时在粘接处自上至下布置有若干螺栓用以加强连接强度;所述上部缩径通道由左右对称大小相等的上部第五矩形有机玻璃板2-5和上部第八矩形有机玻璃板2-8以及前后对称大小相等的上部第六矩形有机玻璃板2-6和上部第七矩形有机玻璃板2-7用粘接方式围成，同时在粘接处自上至下布置有若干螺栓用以加强连接强度;所述上部小方形通道由左右对称大小相等的上部第九矩形有机玻璃板2-9和上部第十二矩形有机玻璃板2-12、前后对称大小相等的上部第十矩形有机玻璃板2-10和上部第十一矩形有机玻璃板2-11用粘接方式围成，同时在粘接处自上至下布置有若干螺栓用以加强连接强度;所述上部第三矩形有机玻璃板2-3上离上部方形法兰4-2400mm处连接第三引压管6-3;在上部大方形通道与上部方形法兰4-2连接处安装第三加固条7-3，在上部小方形通道与上部圆形法兰5-2连接处安装第四加固条7-4;上部方形法兰4-2内侧向内腔延伸紧密卡住试验件上缘，固定试验件并防止异物从缝隙中穿过；
[0012]所述下部方形法兰4-1和上部方形法兰4-2形状适配，并相互连接，形成整体可视化试验装置；
[0013]所述第一引压管6-1和第三引压管6-3分别与差压传感器两端连接，所述第二引压管6-2与压力传感器连接，通过压力和差压传感器对试验中的压力和压差进行测量，为下管座阻力特性分析提供数据。
[0014]所述下部方形法兰4-1和上部方形法兰4-2四个边上共均匀布置着12个螺栓孔，以便安装。
[0015]所述下部圆形法兰5-1和上部圆形法兰5-2上呈圆环形均匀布置着12个螺栓孔，以便安装。
[0016]所述下部圆形法兰5-1与下部结构I的方形流道相连处，法兰内部为圆口外接方形流道，这种结构有效的分散了局部应力，保证了试验装置的强度。
[0017]所述上部圆形法兰5-2与上部结构2的方形流道相连处，法兰内部为圆口外接方形流道，这种结构有效的分散了局部应力，保证了试验装置的强度。
[0018]和现有技术相比较，本发明具备如下优点:
[0019]1、本发明装置内部方形环肋与上部方法兰构成卡持结构，能够在不添加螺栓的情况下有效固定下管座，同时保持了试验装置的完整性。
[0020]2、本发明装置上下端方口内接圆口再接法兰，使得应力分散，增加了局部强度，保证了试验的安全性。
[0021]3、本发明装置分上下两部分，通过法兰和螺栓连接，便于拆卸，同时可以加装不同形式的下管座和过滤板以及回收钩挂在下管座上的异物，保证试验容易操作、实际可行性尚O
[0022]4、本发明装置采用有机玻璃制造，流道四边除用粘接方式外还用螺栓进行了强度加固，满足试验要求强度的条件下，具有较高的透明度，从而实现了试验过程的可视化研究，可以模拟核电站真实大流量工况。
[0023]5、本发明试验装置，为针对研究下管座异物过滤性能而发明的试验装置，能够合理的在堆外模拟下管座异物过滤性能，整体结构简单，易于加工，成本低廉。
[0024]6、本发明装置中在流道的三个位置设置了引压管，可以在研究下管座过滤性能的同时对下管座的阻力特性进行研究。
【附图说明】
[0025]图1为本发明试验装置整体结构示意图，其中图1a为试验段下部结构图，图1b为下部方形法兰结构图，图1c为下部圆形法兰结构图，图1d为试验段上部结构图，图1e为上部圆形法兰结构图，图1f为上部方形法兰结构图，图1g为试验段上下部连接结构示意图。
[0026]图2为透明试验段下部结构图，其中:图2a为正视图，图2b为图2a沿1-1向的剖视图，图2c为图2b沿2-2向的剖视图，图2d为下法兰剖视图。
[0027]图3为透明试验段上部结构图，其中:图3a为正视图，图3b为图3a沿1_1向的剖视图，图3c为图3b沿2-2向的剖视图，图3d为图3b沿3-3向的剖视图。
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图对本发明作详细的说明:
[0029]如图1所示，核反应堆堆芯下管座异物过滤性能研究可视化试验装置，所述可视化试验装置为方形结构，材质为有机玻璃，包括相连接的下部结构I和上部结构2，所述下部结构I从上至下由依次连通的下部大方形通道、下部缩径通道和下部小方形通道组成，所述下部大方形通道的底部连接有下部方形法兰4-1，下部小方形通道的顶部连接有下部圆形法兰5-1;所述下部大方形通道由左右对称大小相等的下部第二矩形有机玻璃板1-2和下部第四矩形有机玻璃板1-4以及前后对称大小相等的下部第一矩形有机玻璃板1-1和下部第三矩形有机玻璃板1-3用粘接方式围成，同时在粘接处自上至下布置有若干螺栓用以加强连接强度;所述下部缩径通道由左右对称大小相等的下部第五矩形有机玻璃板1-5和下部第八矩形有机玻璃板1-8以及前后对称大小相等的下部第六矩形有机玻璃板1-6和下部第七矩形有机玻璃板1-7用粘接方式围成，同时在粘接处自上至下布置有若干螺栓用以加强连接强度;所述下部小方形通道由左右对称大小相等的下部第九矩形有机玻璃板1-9和下部第十二矩形有机玻璃板1-12、前后对称大小相等的下部第十矩形有机玻璃板1-10和下部第十一矩形有机玻璃板1-11用粘接方式围成，同时在粘接处自上至下布置有若干螺栓用以加强连接强度;所述下部第三矩形有机玻璃板1-3上离下部方形法兰4-1 352mm处和452mm处分别连接第一引压管6-1和第二引压管6-2;在下部大方形通道与下部方形法兰4-1连接处安装第一加固条7-1，在下部小方形通道与下部圆形法兰5-1连接处安装第二加固条7-2;在下部方形法兰4-1下方预设位置的下部大方形通道内设置有一圈方形环肋8，下管座试验件即放置在该方形环肋8上；
[0030]所述上部结构2从下至上由依次连通的上部大方形通道、上部缩径通道和上部小方形通道组成，所述上部大方形通道的顶部连接有上部方形法兰4-2，上部小方形通道的底部连接有上部圆形法兰5-2;所述上部大方形通道由左右对称大小相等的上部第二矩形有机玻璃板2-2和上部第四矩形有机玻璃板2-4以及前后对称大小相等的上部第一矩形有机玻璃板2-1和上部第三矩形有机玻璃板2-3用粘接方式围成，同时在粘接处自上至下布置有若干螺栓用以加强连接强度;所述上部缩径通道由左右对称大小相等的上部第五矩形有机玻璃板2-5和上部第八矩形有机玻璃板2-8以及前后对称大小相等的上部第六矩形有机玻璃板2-6和上部第七矩形有机玻璃板2-7用粘接方式围成，同时在粘接处自上至下布置有若干螺栓用以加强连接强度;所述上部小方形通道由左右对称大小相等的上部第九矩形有机玻璃板2-9和上部第十二矩形有机玻璃板2-12、前后对称大小相等的上部第十矩形有机玻璃板2-10和上部第十一矩形有机玻璃板2-11用粘接方式围成，同时在粘接处自上至下布置有若干螺栓用以加强连接强度;所述上部第三矩形有机玻璃板2-3上离上部方形法兰4-2400mm处连接第三引压管6-3;在上部大方形通道与上部方形法兰4-2连接处安装第三加固条7-3，在上部小方形通道与上部圆形法兰5-2连接处安装第四加固条7-4;上部方形法兰4-2内侧向内腔延伸紧密卡住试验件上缘，固定试验件并防止异物从缝隙中穿过；
[0031]所述第一引压管6-1和第三引压管6-3分别与差压传感器两端连接，所述第二引压管6-2与压力传感器连接，通过压力和差压传感器对试验中的压力和压差进行测量，为下管座阻力特性分析提供数据。
[0032]试验装置的矩形有机玻璃板除用粘接方式外还用螺栓9进行加固。下部方形法兰4-1和上部方形法兰4-2四个边上分别共均匀布置着12个螺栓孔，以便安装螺栓连接两个方形法兰；圆形法兰5-2和5-1上呈圆环形分别共均匀布置着12个螺栓孔，以便用螺栓分别与出口段管道和入口段管道相连接。下部圆形法兰5-1与下部结构I的方形流道相连处以及上部圆形法兰5-2与上部结构2的方形流道相连处，法兰内部为圆口外接方形流道。
[0033]如图2和图3所示，透明试验装置整体为方形结构，总长1880mm，分上部和下部两部分，下部长1060mm，上部长820mm，中间依靠下部方形法兰4-1和上部方形法兰4-2连接;下部大方形通道内腔下部距离下部方形法兰4-1 114_的位置设置有一圈方形环肋，下管座试验件即放置在这一方形环肋上;方形法兰上部内侧向内延伸紧密卡住试验件上缘，固定试验件并防止异物从缝隙中穿过;透明试验段3下部距离中间方形法兰352mm和452mm的位置上安装有第一引压管6-1和第二引压管6-2，上部第三矩形有机玻璃板2-3上部距离上部方形法兰4-2 400mm的位置上同样引出第三引压管6-3，其中第一引压管6-1和第三引压管6-3分别与压力传感器两端连接，第二引压管6-2和压力传感器连接，压力和差压传感器对试验中的压力和压差进行测量。可视化试验装置上端和下端分别通过圆形法兰与不锈钢管道连接，且分别在上下圆形法兰和中间方形法兰与方管连接处安装加固条加固。
[0034]试验时混杂在流体中的异物随流体从下向上穿过下管座及整个试验装置。
【主权项】
1.核反应堆堆芯下管座异物过滤性能研究可视化试验装置，其特征在于:所述可视化试验装置为方形结构，材质为有机玻璃，包括相连接的下部结构(I)和上部结构(2)，所述下部结构(I)从上至下由依次连通的下部大方形通道、下部缩径通道和下部小方形通道组成，所述下部大方形通道的底部连接有下部方形法兰(4-1)，下部小方形通道的顶部连接有下部圆形法兰(5-1);所述下部大方形通道由左右对称大小相等的下部第二矩形有机玻璃板(1-2)和下部第四矩形有机玻璃板(1-4)以及前后对称大小相等的下部第一矩形有机玻璃板(1-1)和下部第三矩形有机玻璃板(1-3)用粘接方式围成，同时在粘接处自上至下布置有若干螺栓用以加强连接强度;所述下部缩径通道由左右对称大小相等的下部第五矩形有机玻璃板(1-5)和下部第八矩形有机玻璃板(1-8)以及前后对称大小相等的下部第六矩形有机玻璃板(1-6)和下部第七矩形有机玻璃板(1-7)用粘接方式围成，同时在粘接处自上至下布置有若干螺栓用以加强连接强度;所述下部小方形通道由左右对称大小相等的下部第九矩形有机玻璃板(1-9)和下部第十二矩形有机玻璃板(1-12)、前后对称大小相等的下部第十矩形有机玻璃板(1-10)和下部第十一矩形有机玻璃板(1-11)用粘接方式围成，同时在粘接处自上至下布置有若干螺栓用以加强连接强度;所述下部第三矩形有机玻璃板(1-3)上离下部方形法兰(4-l)352mm处和452mm处分别连接第一引压管(6-1)和第二引压管(6-2);在下部大方形通道与下部方形法兰(4-1)连接处安装第一加固条(7-1)，在下部小方形通道与下部圆形法兰(5-1)连接处安装第二加固条(7-2);在下部方形法兰(4-1)下方预设位置的下部大方形通道内设置有一圈方形环肋(8)，下管座试验件即放置在该方形环肋(8)上； 所述上部结构(2)从下至上由依次连通的上部大方形通道、上部缩径通道和上部小方形通道组成，所述上部大方形通道的顶部连接有上部方形法兰(4-2)，上部小方形通道的底部连接有上部圆形法兰(5-2);所述上部大方形通道由左右对称大小相等的上部第二矩形有机玻璃板(2-2)和上部第四矩形有机玻璃板(2-4)以及前后对称大小相等的上部第一矩形有机玻璃板(2-1)和上部第三矩形有机玻璃板(2-3)用粘接方式围成，同时在粘接处自上至下布置有若干螺栓用以加强连接强度;所述上部缩径通道由左右对称大小相等的上部第五矩形有机玻璃板(2-5)和上部第八矩形有机玻璃板(2-8)以及前后对称大小相等的上部第六矩形有机玻璃板(2-6)和上部第七矩形有机玻璃板(2-7)用粘接方式围成，同时在粘接处自上至下布置有若干螺栓用以加强连接强度;所述上部小方形通道由左右对称大小相等的上部第九矩形有机玻璃板(2-9)和上部第十二矩形有机玻璃板(2-12)、前后对称大小相等的上部第十矩形有机玻璃板(2-10)和上部第十一矩形有机玻璃板(2-11)用粘接方式围成，同时在粘接处自上至下布置有若干螺栓用以加强连接强度;所述上部第三矩形有机玻璃板(2-3)上离上部方形法兰(4-2)400mm处连接第三引压管(6-3);在上部大方形通道与上部方形法兰(4-2)连接处安装第三加固条(7-3)，在上部小方形通道与上部圆形法兰(5-2)连接处安装第四加固条(7-4);上部方形法兰(4-2)内侧向内腔延伸紧密卡住试验件上缘，固定试验件并防止异物从缝隙中穿过； 所述下部方形法兰(4-1)和上部方形法兰(4-2)形状适配，并相互连接，形成整体可视化试验装置； 所述第一引压管(6-1)和第三引压管(6-3)分别与差压传感器两端连接，所述第二引压管(6-2)与压力传感器连接，通过压力和差压传感器对试验中的压力和压差进行测量，为下管座阻力特性分析提供数据。2.根据权利要求1所述的核反应堆堆芯下管座异物过滤性能研究可视化试验装置，其特征在于:所述下部方形法兰(4-1)和上部方形法兰(4-2)四个边上共均匀布置着12个螺栓孔。3.根据权利要求1所述的核反应堆堆芯下管座异物过滤性能研究可视化试验装置，其特征在于:所述下部圆形法兰(5-1)和上部圆形法兰(5-2)上呈圆环形均匀布置着12个螺栓孔。4.根据权利要求1所述的核反应堆堆芯下管座异物过滤性能研究可视化试验装置，其特征在于:所述下部圆形法兰(5-1)与下部结构(I)的方形流道相连处，法兰内部为圆口外接方形流道。5.根据权利要求1所述的核反应堆堆芯下管座异物过滤性能研究可视化试验装置，其特征在于:所述上部圆形法兰(5-2)与上部结构(2)的方形流道相连处，法兰内部为圆口外接方形流道。
【文档编号】G21C17/00GK105931684SQ201610327331
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年5月17日
【发明人】苏光辉, 孙汝雷, 于国军, 陈荣华, 田文喜, 秋穗正
【申请人】西安交通大学