一种适用于水冷研究堆的随堆燃料辐照装置的制作方法

本发明涉及研究堆辐照，具体涉及一种适用于水冷研究堆的随堆燃料辐照装置。

背景技术：

1、压水堆燃料元件的性能与反应堆的安全性和经济性直接相关。开展燃料元件堆内辐照试验，是燃料元件研发与设计的关键一环。由于新型核燃料研发的周期很长，对于不同技术成熟度等级的核燃料，需要采用不同种类的堆外试验、堆内辐照试验进行性能研究与工艺筛选。对于经过了原理验证的核燃料，在正式开展原型堆环境下的辐照考验前，需要开展大批量的堆内辐照试验与辐照后检验，以获取辐照后的燃料性能参数、开展燃料元件制造工艺筛选与验证，此时，利用研究堆开展随堆燃料辐照试验成为了合理的选择。随堆辐照试验一般用于研究燃料燃耗与辐照试验温度对试验燃料元件的影响，直接引入研究堆的冷却水冷却包含有试验燃料元件的辐照试验件，具有成本低、试验方式灵活、满足多批次大批量样品试验需求等优点，是水冷研究堆中开展核燃料辐照试验的常规方式。

2、由于水冷研究堆的水温较低，堆芯冷却水压差在不同炉段存在一定差异，随堆燃料辐照装置需要具备在堆芯冷却水压差变动范围内均满足试验燃料元件的冷却流量需求，且具备灵活的冷却水流量调节能力。考虑到辐照试验结束时对试验燃料元件的水下转运需求，随堆燃料辐照装置需要采用便于含燃料的试验段分离的设计，并保证试验段与装置段的良好动密封。另一方面，随堆燃料辐照装置需要采取措施尽可能使试验段出口的冷却水混合均匀，以避免对于试验段出口冷却水平均温度的测量偏差。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本发明提供一种适用于水冷研究堆的随堆燃料辐照装置，可以用于水冷研究堆中开展随堆燃料辐照试验，该装置可以实现对装置内冷却水流量的有效调节、试验段与装置段的良好动密封，并具备良好搅混试验段出口冷却水的能力，从而有助于提高随堆燃料辐照试验的试验品质。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、本发明提供了一种适用于水冷研究堆的随堆燃料辐照装置，包括装置段和试验段，其中，所述装置段包括从上至下依次连接的顶部法兰、进水管、流量计和下接管，所述顶部法兰封闭所述进水管的上端，所述进水管的侧壁设有进水口，所述进水管中设有流量调节机构，所述流量调节机构用于调节进水口的流量；

4、所述试验段包括依次连接的上接头、外套管和下接头，所述上接头伸入所述下接管内且形成间隙密封连接，所述外套管中从上至下依次设有试验燃料段、阻力塞和混流器，所述阻力塞与所述外套管之间形成流道，所述阻力塞上设有阻力结构和搅混结构，所述阻力结构用于在冷却水通过流道时产生阻力，所述搅混结构用于对经过所述阻力结构后的冷却水产生搅混作用，所述混流器上贯穿设有多个连通孔。

5、在上述方案中，由于装置段的进水管中设有流量调节机构，可以调节进水口的流量，从而实现装置内冷却水流量的有效调节，由于试验段的上接头伸入装置段的下接管内且两者形成间隙密封连接，既便于试验段的分离，又能保证试验段与装置段的良好动密封，通过在试验段的外套管中设有阻力塞和混流器，阻力结构可以大幅度调节阻力塞的流动阻力系数，从而匹配不同试验燃料段的冷却水流量需求，搅混结构和混流器可以改善试验段出口处冷却水的混合程度，提升试验段冷却水出口平均水温的测量准确度。

6、在一些实施例中，所述流量调节机构包括滑块和流量调节杆，所述滑块设于所述进水管内，且所述滑块的外壁与所述进水管的内壁相配合，所述流量调节杆沿轴向滑动设置于所述顶部法兰上，且所述流量调节杆伸入所述进水管的一端与所述滑块相连。

7、在上述方案中，通过流量调节杆可以拖动滑块沿进水管滑动，进而遮挡进水口的实际进水面积，改变进水口的流动阻力，从而调节流入装置的冷却水流量。

8、在一些实施例中，所述进水口为阶梯形进水口且沿进水管轴向面积逐步减小。

9、在上述方案中，这样设计在滑块单向移动时，进水口的实际进水面积发生单向变化，这样方便调节进水口的流量。

10、在一些实施例中，所述进水口包括依次连通的上部矩形进水口、中间矩形进水口和下部矩形进水口，所述上部矩形进水口、中间矩形进水口和下部矩形进水口的面积逐步减小。

11、在上述方案中，采用三种不同进水口呈阶梯状组合，可以使进水口形成粗调节段、细调节段和安全流量段三种流量模式。

12、在一些实施例中，所述阻力塞包括沿轴向设置于所述外套管中的筒体，所述筒体内沿径向设置有隔板，所述隔板上方形成混流腔，所述筒体上端沿周向间隔设置有多个上支撑柱，所述筒体下端沿周向间隔设置有多个下支撑柱，所述上支撑柱和所述下支撑柱均有部分在径向上凸出于所述筒体外壁且与所述外套管内壁配合，以使所述筒体与所述外套管之间形成流道。

13、在上述方案中，通过上支撑柱和下支撑柱的径向与外套管内壁配合，实现阻力塞在试验段内的径向定位，上支撑柱上端抵接试验燃料段，下支撑柱下端抵接混流器，筒体内部形成的混流腔有利于冷却水的混合。

14、在一些实施例中，所述阻力结构包括设置于所述筒体外壁上的多个环形阻力齿，多个所述阻力齿沿轴向间隔设置，且所述阻力齿凸出于所述筒体外壁的高度低于所述上支撑柱和所述下支撑柱。

15、在上述方案中，多个圆环型的阻力齿组成的多齿迷宫形结构，是阻力塞的主要流动阻力部分；通过改变阻力齿的轴向间距、阻力齿与外套管内壁的间隙宽度以及阻力齿的数量，可以大幅度调节阻力塞的流动阻力系数，从而匹配不同试验燃料段的冷却水流量需求。

16、在一些实施例中，所述搅混结构包括设置于所述筒体外壁上的混流齿，所述混流齿沿所述筒体轴向呈螺旋形布置，以使所述筒体与所述外套管之间形成螺旋形流道。

17、在上述方案中，混流齿与筒体轴线方向呈一定角度的螺旋形状，从而将筒体外壁与外套管内壁之间的流道分隔为螺旋形，以引导冷却水产生显著的周向旋转速度，有利于对冷却水产生搅混作用。

18、在一些实施例中，所述混流器呈圆盘形结构，其外壁与所述外套管配合，所述连通孔均布于所述混流器上。

19、在上述方案中，混流器可以在冷却水进入下接头之前起到一定的缓冲延时作用，使其在进入下接头之前得到较好的搅混。

20、在一些实施例中，所述上接头的外壁上设置有多个环状的密封齿，多个所述密封齿沿轴向间隔布置，且所述密封齿的齿顶与所述下接管内壁为间隙密封配合。

21、在上述方案中，试验段上接头侧壁的多个环状密封齿形成多齿迷宫结构，迷宫结构的齿顶与装置段下接管内径为间隙配合，从而在实现装置段与试验段活动连接的同时，有效防止堆芯冷却水经过该活动连接处漏入试验段。

22、在一些实施例中，所述试验段上设置有上部热电偶测点和下部热电偶测点，所述上部热电偶测点位于所述上接头内部或上方，所述下部热电偶测点位于所述下接头内部。

23、在上述方案中，可以利用上部热电偶测点和下部热电偶测点测得的试验冷却水温升以及流量计测得的冷却水流量，从而实现试验段总释热功率的实时测量。

24、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

25、1、本发明中采用三段矩形组成的阶梯形进水口以及通过调节杆长度限制滑块移动范围的设计，可用于冷却水流量的粗略调节、精细调节以及保证试验段具有保证安全的最小冷却水流量，提高了冷却水流量调节的灵活性，降低了试验段发生流量过低事故的风险；

26、2、本发明中上接头侧壁上设计多个环状密封齿形成多齿迷宫结构，从而在实现装置段与试验段活动连接的同时，有效防止堆芯冷却水经过该活动连接处的泄露，降低了试验段流量测量的系统误差；

27、3、本发明中采用了带混流腔、圆环型的阻力齿以及螺旋形的混流齿的阻力塞设计，可通过改变阻力齿的间距、尺寸、数量以匹配不同试验燃料段的冷却水流量需求，并且通过引导冷却水产生周向旋转而有效搅混，可提升试验段冷却水出口平均水温的测量准确度。