一种海洋条件棒束通道可视化实验本体的制作方法

1.本实用新型涉及压力容器设备领域，具体涉及一种海洋条件棒束通道可视化实验本体。


背景技术：

2.堆芯燃料组件的热工水力特性研究对于反应堆的安全运行及相关系统的设计具有十分重要的意义，为了提高堆芯燃料组件的性能以及优化其设计，各国都对此开展了热工水力分析和实验研究。浮动核电站、核动力舰船等海上作业装置的反应堆堆芯结构都可以模化为棒束通道，其内部的流型及两相流动特性对反应堆设计和安全运行起着至关重要的作用。
3.棒束型燃料组件是核动力舰船装置反应堆的常用燃料组件。在海洋条件外力作用下，通道内的两相流流场更加复杂。相比于矩形流道，棒束流道上汽泡的受力分析更加复杂，也更易受运动条件的影响，因此在海洋瞬变运动条件下，由于交变外力场和流量搅混的作用，汽泡的行为复杂多变。而该过程对通道的热工水力特性造成了重要的影响，需要对棒束通道内的流型和汽泡动力学特性进行深入的理论和实验研究，为海洋条件下反应堆的安全运行提供实验基础。


技术实现要素：

4.本实用新型所要解决的技术问题是现有的棒束通道可视化实验本体无法适应海洋运动条件下中压、加热及密封的实验需求，目的在于提供一种海洋条件棒束通道可视化实验本体，解决能够在海洋运动条件和高温加热、中压条件下稳定运行，开展棒束通道可视化实验，重复地开展热工水力研究的问题。
5.本实用新型通过下述技术方案实现：
6.一种海洋条件棒束通道可视化实验本体，包括电热组件和流道组件；所述电热组件包括不锈钢棒束，所述不锈钢棒束包括n2根不锈钢元件，所述n2根不锈钢元件采用n
×
n排列方式组合，其中，n为大于1的自然数；所述流道组件包括流道板，所述流道板围合形成方形通道，所述流道板间采用高温硅橡圈密封，所述不锈钢棒束位于所述方形通道内；所述流道板上设置有可视窗，所述可视窗用于观察所述不锈钢棒束的情况；所述流道组件的上端部设置有上端法兰组焊件，上端法兰组焊件的另一端设置有导电头，所述上端法兰组焊件和所述导电头内设置有用于所述不锈钢棒束通过的第一通道，所述不锈钢棒束上端穿过所述第一通道，所述上端法兰组焊件上还设置有与所述第一通道相通的出水口；所述流道组件的下端部设置有下端法兰组焊件，所述下端法兰组焊件的另一端设置有下法兰，所述下端法兰组焊件和所述下法兰内设置有第二通道，所述不锈钢棒束的下端穿过所述下端法兰组焊件，延伸进入所述下法兰内，所述下端法兰组焊件上还设置有与所述第二通道相通的进水口；所述不锈钢棒束的下端通过软铜辫连接导电块，所述导电块连接所述软铜辫的一端卡入所述第二通道；所述电热组件和所述流道组件之间设置有绝缘组件。
7.现有技术中，还没有针对海洋运动条件下中压加热条件下棒束通道可视化实验本体的设计，本实用新型采用不锈钢元件作为棒束来进行海洋条件下的实验，不锈钢元件既可以加热，又可承受中压及高温的海洋实验条件。流道板上直接设置的可视窗，也可以承受海洋运动条件。综合而言，本实用新型使棒束通道可视化实验本体能够承受高温(250℃)加热、中压(3mpa)、海洋运动条件，能够实现对通道流型和两相运动状态的观测，且能够多次重复地开展热工水力可视化实验。
8.进一步的，所述下端法兰组焊件与下法兰之间设置有绝缘密封垫，所述下端法兰组焊件、所述绝缘密封垫与下法兰之间采用榫槽式密封。保障了海洋运动条件下的密封性。
9.进一步的，所述绝缘密封垫为石棉橡胶板。
10.进一步的，所述电热组件、流道组件和绝缘组件可拆卸组装在一起。
11.进一步的，所述流道板包括多个不锈钢板，所述多个不锈钢板通过螺栓和螺母连接。不锈钢板具有良好的抗压性能，能很好的适应海洋运动条件。
12.进一步的，所述可视窗包括三个，所述可视窗位于所述方形通道沿棒束方向的侧面上，且三个可视窗位于棒束的同一截面高度。通过三个可视窗，另一侧面作为背景，能良好的观察榛束状态和各种情况，可以从三个方向的角度来观察，方便实验。
13.进一步的，所述可视窗的形状为沿榛束方向的矩形，所述可视窗的材质为石英玻璃。矩形可视窗既能良好的适应榛束，又能增加可观察的面积。
14.进一步的，所述绝缘组件包括绝缘陶瓷件，所述绝缘陶瓷件包括数块陶瓷片，所述数块陶瓷片围合形成方边形通道。
15.进一步的，所述陶瓷件的厚度为3.5
‑
4.5mm，所述陶瓷件材质为氧化铝含量达95％的陶瓷材料。
16.进一步的，所述导电块与所述下法兰之间的密封采用自紧式密封或填料密封。
17.本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
18.1、具有结构简单、工艺成熟、性能稳定和成本较低等特点，具备良好的电加热、绝缘和密封性能，完全满足在高温加热、中压工况下开展海洋条件下棒束燃料组件热工水力可视化实验的要求。
19.2、适用于运动条件下棒束通道流型及汽泡动力学特性可视化实验研究的本体，解决电加热、绝缘和密封性能问题，能够在海洋运动条件和高温加热、中压条件下稳定运行，开展可视化实验研究。
附图说明
20.此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：
21.图1为本实用新型结构示意图；
22.图2为本实用新型横截面示意图。
23.附图中标记及对应的零部件名称：
[0024]1‑
导电头，2
‑
上端法兰组焊件，3
‑
下端法兰组焊件，4
‑
可视窗，5
‑
不锈钢棒束，6
‑
下端法兰组焊件，7
‑
下法兰，8
‑
软铜辫，9
‑
导电块，10
‑
陶瓷板。
具体实施方式
[0025]
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。
[0026]
实施例1
[0027]
本实施例1是一种海洋条件棒束通道可视化实验本体，如图1所示，包括电热组件和流道组件；电热组件包括不锈钢棒束，不锈钢棒束包括n2根不锈钢元件，n2根不锈钢元件采用 n
×
n排列方式组合，其中，n为大于1的自然数；流道组件包括流道板3，流道板3围合形成方形通道，流道板3间采用高温硅橡圈密封，不锈钢棒束位于方形通道内；流道板3上设置有可视窗4，可视窗4用于观察不锈钢棒束的情况；流道组件的上端部设置有上端法兰组焊件2，上端法兰组焊件2的另一端设置有导电头1，上端法兰组焊件2和导电头1内设置有用于不锈钢棒束通过的第一通道，不锈钢棒束上端穿过第一通道，上端法兰组焊件2上还设置有与第一通道相通的出水口；流道组件的下端部设置有下端法兰组焊件6，下端法兰组焊件6的另一端设置有下法兰7，下端法兰组焊件6和下法兰7内设置有第二通道，不锈钢棒束的下端穿过下端法兰组焊件6，延伸进入下法兰7内，下端法兰组焊件6上还设置有与第二通道相通的进水口；不锈钢棒束的下端通过软铜辫8连接导电块9，导电块9连接软铜辫8 的一端卡入第二通道；电热组件和流道组件之间设置有绝缘组件。
[0028]
本实施例采用不锈钢元件作为棒束来进行海洋条件下的实验，不锈钢元件既可以加热，又可承受中压及高温的海洋实验条件。流道板上直接设置的可视窗，也可以承受海洋运动条件。综合而言，本实用新型使棒束通道可视化实验本体能够承受高温(250℃)加热、中压(3mpa)、海洋运动条件，能够实现对通道流型和两相运动状态的观测，且能够多次重复地开展热工水力可视化实验。
[0029]
下端法兰组焊件6与下法兰7之间设置有绝缘密封垫，下端法兰组焊件、绝缘密封垫与下法兰7之间采用榫槽式密封。绝缘密封垫采用石棉橡胶板。
[0030]
电热组件、流道组件和绝缘组件可拆卸组装在一起。流道板3包括多个不锈钢板，多个不锈钢板通过螺栓和螺母连接。不锈钢板具有良好的抗压性能，能很好的适应海洋运动条件。
[0031]
可视窗4包括三个，可视窗4位于方形通道沿棒束方向的侧面上，且三个可视窗4位于棒束的同一截面高度。可视窗4的形状为沿榛束方向的矩形，可视窗4的材质为石英玻璃。通过三个可视窗，另一侧面作为背景，能良好的观察榛束状态和各种情况，可以从三个方向的角度来观察，方便实验。矩形可视窗既能良好的适应榛束，又能增加可观察的面积。
[0032]
绝缘组件包括绝缘陶瓷件，绝缘陶瓷件包括数块陶瓷片10，数块陶瓷片10围合形成方边形通道，如图2所示。陶瓷件的厚度为3.5
‑
4.5mm，陶瓷件材质为氧化铝含量达95％的陶瓷材料。导电块9与下法兰7之间的密封采用自紧式密封或填料密封。
[0033]
实施例2
[0034]
本实施例2的目的在于提供一种适用于运动条件下棒束通道流型及汽泡动力学特性可视化实验研究的本体，解决电加热、绝缘和密封性能问题，能够在海洋运动条件和高温加热、中压条件下稳定运行，开展可视化实验研究。
[0035]
海洋条件棒束通道可视化实验本体包括电热组件、含可视化窗的流道组件和绝缘
组件，各组件之间可现场组装与拆卸。电热组件包括n2根不锈钢管，采用n
×
n(n≧2)排列组合，通过导电头和导电块实现导电；流道板为不锈钢板组成，在三个方向的流道板上各开有一面可视化窗口用于观察棒束通道内汽泡动力学特性及其演化过程。可视窗可选用石英玻璃，通过压板和螺钉固定在流道组件上。流道板压紧形成本实施例2实验本体的外管，流道板间采用 o型圈密封进行密封，o型密封圈的材质可选用高温硅橡胶。
[0036]
电热组件包括加热元件、导电头以及导电块，加热元件包括n2根不锈钢元件棒，采用n
ꢀ×
n(n≧2)排列组合，通过导电头、软铜辫和导电块导通电流后模拟海上核反应堆内的棒束燃料组件发热。棒束通道内加热元件束组件由n
×
n排列的不锈钢元件棒和软铜辫组焊而成。
[0037]
流道组件通过全螺纹螺柱、螺母、垫片与端部法兰组焊件固定在一起。流道组件主要包括流道板和设置于流道板上的可视窗。流道板由不锈钢板组成，在三个方向的流道板上各开有一面可视化窗口，用于观察棒束通道内汽泡动力学特性及其演化过程，可视窗可采用石英玻璃，能承受3mpa以内压力。可视窗的形状可为矩形，能更好地观测流型在高度方向上的演化。可视窗通过压板和螺钉固定在流道组件上。
[0038]
由于实验本体加热元件带电，必须对加热元件与流道组件进行绝缘处理，绝缘措施主要在流道板内放置绝缘陶瓷件。陶瓷件由数块陶瓷片围成正方边形通道，内置于不锈钢流道板围成的通道内，横截面结构形式如图2所示。陶瓷件的厚度是3.5
‑
4.5mm之间，材质为氧化铝含量达95％的陶瓷材料。流道板间采用o型圈密封，o型圈的材质可选用高温硅橡胶。
[0039]
本实施例2实验本体的端部法兰组焊件与下法兰需要绝缘处理故采用榫槽式密封,使用石棉橡胶板做绝缘密封垫。设备上管路出口不带电，故采用透镜垫密封。下法兰与榛束的密封采用自紧式密封和填料密封方式。
[0040]
本实施例2可解决棒束通道电加热、绝缘和密封性能问题，满足在高温加热、中压条件下开展棒束组件热工水力实验的需求。
[0041]
研究结果表明本实施例2介绍的海洋运动条件下高温(250℃)加热、中压(3mpa)条件棒束通道实验本体较好的实现了棒束通道的密封和绝缘，且棒束通道能真实反映原型燃料组件的热工水力特性，可开展两相流动可视化实验，保证了海洋条件下棒束燃料组件可视化实验研究的顺利完成。
[0042]
本实施例2是基于运动条件下棒束燃料堆芯研发的实际需求，根据棒束通道热工水力可视化实验在中压加热条件下对装置特定的电性能、绝缘和密封性能等方面的要求，研发出来的一种新型的棒束通道可视化实验本体。实验本体能够较好的实现中压加热条件下加热组件的密封与绝缘，并由加热组件和流道组件等部件模拟堆芯棒束燃料组件内部加热、流动特性，从而研究海洋条件对棒束燃料组件在加热条件下冷却剂流型及两相流动特性的影响。
[0043]
以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。