一种球床式气冷堆堆芯流动性及密实化实验装置的制作方法

1.本实用新型属于球床式气冷堆实验装置领域，涉及一种球床式气冷堆堆芯流动性及密实化实验装置。


背景技术：

2.球床式高温气冷堆使用石墨包覆二氧化铀颗粒作为堆芯燃料，堆芯燃料球的装载量一般超过10万个，通过装卸料系统不间断进行循环，卸出燃耗达到一定深度的燃料球重新装入新燃料球。循环的燃料球通过堆芯顶部中心的装料管道进入堆芯，堆芯形状为底部成漏斗形的圆柱空间，燃料球依靠重力通过堆芯底部中心的卸料管道卸出。燃料球通过燃耗检测后，未到设计燃耗深度的燃料球被提升装置提升至装料管道，重新落入堆芯顶部。由于堆芯内不同区域燃料球到卸料口处流动的速度不一致，导致燃料球在堆芯内燃耗和受中子辐照水平不一致，长期运行也可能导致堆芯密实化阻碍燃料球卸出堆芯法。堆芯流动性和密实化目前缺少可靠的实验装置和实验方法进行实际验证，同时密实化造成堆芯冷却气体流阻增加、流量降低的程度缺少实验数据和评价方法。球床堆芯的流动性和密实化分析不足，制约球床式高温气冷堆的进一步发展。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种球床式气冷堆堆芯流动性及密实化实验装置，该装置能够分析石墨球在堆芯内的流动性及密实化。
4.为达到上述目的，本实用新型所述的球床式气冷堆堆芯流动性及密实化实验装置包括金属容器、计数器、风机及若干石墨球；
5.金属容器内部在同一横截面上由内到外分为圆形区域及若干环形区域，其中，各环形区域均均分为若干分区，所有石墨球分为若干组，其中，圆形区域及各分区均分别对应一组石墨球，且各组石墨球均装入对应分区及圆形区域内，各石墨球内置有识别芯片；
6.金属容器的底部出口经计数器与金属容器的顶部入口相连通，金属容器的底部排气口经风机与金属容器的顶部进气口相连通。
7.金属容器的底部出口依次经卸球管、提升装置及装球管与金属容器的顶部入口相连通，计数器设置于装球管上。
8.卸球管上设置有卸球阀。
9.还包括储球罐及补球阀；储球罐的出口经补球阀与提升装置的入口相连通。
10.金属容器的底部排气口经排气管道、换热器模块、风机及供气管道与金属容器的顶部进气口相连通。
11.排气管道上设置有球床出口压力表及流量计，供气管道上设置有球床入口压力表。
12.还包括压缩机及充气阀，压缩机的出口经充气阀与供气管道相连通。
13.金属容器内设置有容器内气体温度传感器。
14.金属容器的内壁上安装有石墨砖层。
15.本实用新型具有以下有益效果：
16.本实用新型所述的球床式气冷堆堆芯流动性及密实化实验装置在具体操作时，将所有石墨球分为若干组，然后分别装入金属容器中不同的区域内，再通过风机提供的气压驱动石墨球循环流动，并利用计数器统计各区域内石墨球的循环流动次数，再以此评估球床式气冷堆堆芯的流动性及密实化，简单可靠、实验精度高。
附图说明
17.图1为本实用新型的结构示意图；
18.图2为石墨球3初始分区装载示意图。
19.其中，1为金属容器、2为石墨砖层、3为石墨球、3
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1为容器内气体温度传感器、4为卸球管、5为卸球阀、6为补球阀、7为储球罐、8为提升装置、9为计数器、10为装球管、11为球床出口压力表、12为压缩机、13为充气阀、14为流量计、15为换热器模块、16为风机、17为球床入口压力表、18
‑
1为供气管道、18
‑
2为排气管道。
具体实施方式
20.为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本实用新型公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本实用新型公开的概念。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本实用新型保护的范围。
21.在附图中示出了根据本实用新型公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
22.参考图1，本实用新型所述的球床式气冷堆堆芯流动性及密实化实验装置包括金属容器1、石墨砖层2、石墨球3、卸球管4、卸球阀5、补球阀6、储球罐7、提升装置8、计数器9、装球管10、球床出口压力表11、压缩机12、充气阀13、流量计14、换热器模块15、风机16、球床入口压力表17、供气管道18
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1及排气管道18
‑
2；
23.金属容器1的内壁上安装有石墨砖层2，金属容器1及石墨砖层2的底部呈漏斗状，金属容器1内部装有若干石墨球3，其中，石墨球3内置有识别芯片；
24.金属容器1的底部出口依次经卸球管4、提升装置8及装球管10与金属容器1的顶部入口相连通，卸球管4上设置有卸球阀5，装球管10上设置有计数器9，储球罐7的出口经补球阀6与提升装置8的入口相连通，装球管10倾斜分布。
25.金属容器1的底部排气口经排气管道18
‑
2、换热器模块15、风机16及供气管道18
‑
1与金属容器1的顶部进气口相连通，排气管道18
‑
2上设置有球床出口压力表11及流量计14，供气管道18
‑
1上设置有球床入口压力表17，压缩机12的出口经充气阀13与供气管道18
‑
1相
连通。
26.同一横截面上，金属容器1由内到外划分为圆形区域、第一环形区域、第二环形区域及第三环形区域，其中，第一环形区域、第二环形区域及第三环形区域均均分为五个分区，同时圆形区域作为一个分区，从而形成16个分区。所有石墨球3分为16组，其中，一组石墨球3对应一个分区。且各石墨球3内的识别芯片用于标识其对应的分区。
27.提升装置8为螺旋式机械提升装置，通过调节提升装置8中电机的转速，以调节石墨球3的提升速度，从而调整石墨球3的循环速度。
28.金属容器1内部设置有容器内气体温度传感器3
‑
1。
29.换热器模块15为u型传热管、螺旋传热管、直传热管，可以根据需求进行更换，用于验证石墨粉尘沉积特性。
30.本实用新型的具体工作过程为：
31.1)将所有石墨球3装入对应的分区内，其中，各分区内石墨球3的数量大于等于5000个，打开压缩机12及充气阀13，向系统中充入气体至实验压力；
32.2)启动风机16及提升装置8，通过风机16向金属容器1内充入气体，在气压的作用下，金属容器1内的石墨球3经卸球管4、提升装置8及装球管10进行循环流通，在流通过程中，通过计数器9记录各组石墨球3中石墨球3的循环流通次数，并以此确定球床内16个分区中石墨球3的流动性；
33.另外，金属容器1底部排出的气体依次经排气管道18
‑
2、换热器模块15、风机16及供气管道18
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1进入到金属容器1中，实现气体的循环。在此过程中，通过球床出口压力表11及球床入口压力表17测量得到的气压计算球床流阻，通过流量计14监视球床的气体流量，以监视实验装置长期循环状态下球床的流阻变化趋势，从而确定石墨球床的密实化效应。
34.同时，通过定期检查换热器模块15内石墨粉尘的沉积量，分析石墨粉尘在换热器模块15内的沉积特性。
35.本实用新型也可以进行下列任一变量下的实验：提升装置8不同的提升速度、不同成分的气体环境、不同的气体压力、不同的气体流量、不同的换热器形状。