一种包壳管辐照承载装置及用于其的气体填充装置、方法与流程

1.本发明涉及研究堆用材料辐照技术领域，具体涉及一种包壳管辐照承载装置及用于其的气体填充装置、方法。


背景技术：

2.为了确认新材料在辐照环境中的辐照结果，以及通过辐照后的外形检查、破坏性检验，了解材料内部结构组织在辐照前后的变化情况，辐照试验是实现上述要求的必要手段。因此，研究材料的辐照性能对于新材料的开发研究至关重要
3.辐照装置作为研究材料性能的重要设备，在材料辐照过程中扮演的承载辐照样品的角色。随着新材料的增多，现有的辐照资源有限，延长了新材料的研发周期。
4.但是现阶段的辐照试验中，对于辐照元件中孔的运用程度较低，因此造成了孔道资源的浪费。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是辐照元件中孔运用程度较低，目的在于提供一种包壳管辐照承载装置及用于其的气体填充装置、方法，解决了辐照资源有限问题。
6.本发明通过下述技术方案实现：
7.一种包壳管辐照承载装置，包括：
8.外套管，所述外套管的两端分别固定设置有上端头和下端头；
9.夹持组件，所述夹持组件设置在所述外套管内，且所述夹持组件内部设置有待进行辐照试验的包壳管；
10.以及固定组件，所述夹持组件通过所述固定组件固定在所述外壳管内。
11.具体地，设定所述上端头相对于所述外套管所在的一端为所述承载装置的上端，设定所述下端头相对于所述外套管所在的一端为所述承载装置的下端；
12.所述固定组件包括：
13.支撑杆，所述支撑杆的设置在所述夹持组件与所述下端头之间，且所述支撑杆的两端分别与所述夹持组件和所述下端头抵靠；
14.弹性组件，所述弹性组件设置在所述夹持组件与所述上端头之间，且所述弹性组件的两端分别与所述夹持组件和所述上端头抵靠。
15.优选地，所述夹持组件包括至少一个夹块组件，所述夹块组件包括：
16.两个可拼接为圆筒结构的弧形夹板；
17.夹板套筒，所述夹板套筒固定设置在所述弧形夹板的两端，并对所述弧形夹板施加约束力；
18.所述包壳管设置在两个所述弧形夹板之间；
19.其中，所述弧形夹板的长度大于所述包壳管的长度，所述弧形夹板的内径大于所述包壳管的外径。
20.作为一个实施例，若所述夹块组件的数量为不少于2个，多个所述夹块组件同轴设置，所述夹持组件还包括：
21.双向固定块，相邻的两个所述夹块组件通过所述双向固定块连接，所述双向固定块包括：
22.插入至所述包壳管内的直管；
23.和设置在所述直管中部的环形凸起，所述环形凸起的外环面呈波纹状且与所述外套管的内侧面线接触。
24.具体地，所述承载装置还包括用于探测温度与中子量的探测组件，所述探测组件固定设置在所述外套筒的内部；
25.所述探测组件至少为两个，其中一个所述探测组件的两端分别与所述夹持组件与所述支撑杆连接，另一个所述探测组件的两端分别与所述夹持组件与所述弹性组件连接。
26.作为另一个实施例，当所述夹持组件的数量不小于两个时，所述探测组件的的数量为三个，三个所述探测组件分别设置在所述外套筒的上段、中段和下端，位于中段的所述探测组件的两端分别与相邻的两个所述夹持组件连接。
27.具体地，所述探测组件包括：
28.探测器盒；
29.用于封闭所述探测器盒并与其可拆卸连接的探测器盖；
30.测温元件，固定设置在所述探测器盒外侧面；
31.和中子探测片，设置在所述探测器盒内部；
32.其中，所述探测器盒的底部和所述探测器盖的顶部均设置有沉孔，所述探测组件与所述夹持组件之间通过单向固定块连接，所述单向固定块包括：
33.直杆，所述直杆的一端插入至所述探测组件的沉孔内，所述直杆另一端插入至所述包壳管；
34.以及设置在所述直杆中部的圆环，所述圆环的外圆面与所述外套管的内侧面接触。
35.具体地，所述弹性组件包括：
36.移动杆，所述移动杆的上端插入至所述上端头内的沉孔内，并与其固定；
37.支撑筒，所述移动杆的下端插入至所述支撑筒内并可以沿所述支撑筒上下滑动；
38.弹性件，所述弹性件的上端与移动杆上段固定连接，所述弹性件下端与所述支撑筒上端固定连接。
39.一种用于包壳管辐照承载装置的气体填充装置，
40.所述承载装置还包括：
41.设置在所述下端头内的用于连通所述外套管内部的气孔；
42.以及封堵所述气孔的堵塞；
43.所述气体填充装置包括：
44.筒体，所述筒体的两端分别固定设置有端盖和底盖，所述承载装置设置在所述筒体内，且所述上端头与所述底盖连接；
45.驱动杆，所述驱动杆的第一端穿过所述端盖伸入至所述筒体内，且所述堵塞安装在所述驱动杆上；
46.驱动螺母，与所述驱动杆螺纹连接且驱动所述驱动杆向筒体内部移动并封堵所述气孔；
47.气管口，所述气管口的一端与所述筒体内部连通，且所述气管口的另一端与真空泵/气体瓶连通。
48.一种包壳管辐照承载装置的气体填充方法，使用上述的一种包壳管辐照承载装置的气体填充装置，具体步骤如下：
49.包壳管辐照承载装置组装完成后，将上端头和下端头与所述外套管焊接；
50.打开端盖，并将上端头与底盖固定；
51.将堵塞安装在驱动杆上，并将堵塞与气孔对应设置且保留间隙；
52.通过设置多个气管口或连接三通阀将筒体内部与真空泵和气体瓶连通；
53.对筒体内部进行真空化处理，当压力低于设定值时，关闭真空泵，并通过气体瓶向筒体内部充入气体；
54.当压力值高于设定值时，关闭气体瓶并通过真空泵对筒体进行真空化处理；
55.重复真空化处理操作与气体充入操作，最终使筒体内充满气体；
56.驱动杆向内移动，并将堵塞插入气孔；
57.打开端盖，取出承载装置并对堵塞进行焊接。
58.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
59.通过夹持组件将待进行辐照试验的包壳管固定在外套管内，并通过将外套管置于辐照元件中孔内，达到了为辐照试样提供一个稳定、满足试验要求的辐照环境。同时，可以实现将试样固定在元件中孔特定位置，以达到保证辐照试样满足中子、温度等参数要求的目的。
附图说明
60.附图示出了本发明的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本发明的原理，其中包括了这些附图以提供对本发明的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。
61.图1是根据本发明所述的一种包壳管辐照承载装置的结构示意图。
62.图2是图1中ⅰ局部视图。
63.图3是图1中ⅱ局部视图。
64.图4是图1中ⅲ局部视图。
65.图5是图1中ⅳ局部视图。
66.图6是根据本发明所述的弹性组件的结构示意图。
67.图7是根据本发明所述的下端头的结构示意图。
68.图8是根据本发明所述的上端头的结构示意图。
69.图9是根据本发明所述的双向固定块的结构示意图。
70.图10是根据本发明所述的单向固定块的结构示意图。
71.图11是根据本发明所述的夹板套筒的结构示意图。
72.图12是根据本发明所述的探测组件的结构示意图。
73.图13是根据本发明所述的一种用于包壳管辐照承载装置的气体填充装置的剖视
图。
74.图14是根据本发明所述的一种用于包壳管辐照承载装置的气体填充装置的结构示意图。
75.附图标记：1
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上端头，2
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弹性组件，3
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探测组件，4
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包壳管，5
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夹板套筒，6
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双向固定块，7
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弧形夹板，8
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单向固定块，9
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外套管，10
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支撑杆，11
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下端头，101
‑
驱动杆，102
‑
驱动螺母，103
‑
端盖，104
‑
筒体，105
‑
支撑台，106
‑
支座，107
‑
气管口，108
‑
底盖，21
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移动杆，22
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弹性件，23
‑
压紧块，24
‑
支撑筒，31
‑
探测器盖，32
‑
测温元件，33
‑
探测器盒。
具体实施方式
76.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本发明的限定。
77.另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分。
78.在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。
79.实施例一
80.一种包壳管辐照承载装置承载装置，包括：外套管9、夹持组件以及固定组件，外套管9的两端分别固定设置有上端头1和下端头11；夹持组件设置在外套管9内，且夹持组件内部设置有待进行辐照试验的包壳管4；夹持组件通过固定组件固定在外壳管内。
81.通过上端头1和下端头11将外套管9进行封闭，然后将包壳管4设置在夹持组件内，通过夹持组件和固定组件的配合使得包壳管4固定在外套管9的某一个位置内，从而实现了将待辐照包壳管4试样固定在轴向一定位置，并保证试样在辐照装置内的位置不发生变化，从而实现了对包壳管4的辐照试验。
82.另外，本实施例因为是用于插入在元件中孔内，因此需要保证外套管9的直径不大于元件中孔的内径。
83.实施例二
84.本实施例包括了实施例一中的结构。
85.承载装置竖直设置在元件中孔内，因此需要将其上端吊装固定来实现对整个承载装置的位置固定，因此设定上端头1所在的一端为承载装置的上端，下端头11所在的一端为承载装置的下端。
86.即设定上端头1相对于外套管9所在的一端为承载装置的上端，设定下端头11相对于外套管9所在的一端为承载装置的下端；
87.固定组件包括支撑杆10和弹性组件2。
88.支撑杆10的设置在夹持组件与下端头11之间，且支撑杆10的两端分别与夹持组件和下端头11抵靠；
89.弹性组件2设置在夹持组件与上端头1之间，且弹性组件2的两端分别与夹持组件和上端头1抵靠。
90.因为需要将夹持组件稳定固定在外套筒内，因此通过设置固定组件来实现目的。
91.同时，为了使得支撑杆10可以与下端头11稳定连接，在下端头11上设置沉孔，并将
支撑杆10的下端插入至沉孔内，实现固定。
92.同样的，为了是弹性组件2可以与上端头1稳定连接，在上端头1上设置沉孔，并将弹性组件2的上端插入至沉孔内，实现固定。
93.在本实施例中，支撑杆10与夹持组件和弹性组件2与夹持组件之间的连接可为多种多样，举例说明：
94.1、在夹持组件的两端也设置沉孔，并将支撑杆10和弹性组件2分别插入至夹持组件内，从而实现了固定。
95.2、直接通过抵靠的方式来实现固定，即将支撑杆10的上端与弹性组件2的下端之间的距离设置为不大于夹持组件的长度，从而使弹性组件2处于轻微压缩的状态，实现固定。
96.在本实施例中设置弹性组件2，其原因是夹持组件和包壳管4在堆内辐照时会受热膨胀，通过设置弹性组件2可以抵消夹持组件的位移，以保证装置的安全。
97.提供两个例子，如下：
98.1、弹性组件2包括移动块、支撑块和弹性件22，弹性件22的两端分别与移动块和支撑块固定连接，移动块与上端头1固定连接，支撑块与夹持组件连接或抵靠。
99.采用了上述结构，可以在夹持组件伸长时，支撑块上移，然后对弹性件22进行压缩，从而缩短了移动块与支撑块之间的距离。
100.但是采用上述结构存在一定的问题，即可以出现移动块与支撑块不同轴，从而导致出现偏移的情况，因此对其进行优化如下。
101.2、弹性组件2包括：移动杆21、支撑筒24和弹性件22。
102.移动杆21的上端插入至上端头1内的沉孔内，并与其固定；
103.移动杆21的下端插入至支撑筒24内并可以沿支撑筒24上下滑动；
104.弹性件22的上端与移动杆21上段固定连接，弹性件22下端与支撑筒24上端固定连接。
105.移动杆21的上端与上端头1内的沉孔连接，支撑筒24的下端与夹持组件连接或抵靠，通过对移动块和支撑块的优化，并将其抽象为杆体和筒体104，从而使得移动杆21可以在支撑筒24内上下滑动，通过同轴设置的移动杆21和支撑筒24实现了导向的功能，避免出现偏移的情况。
106.同时，为了方便弹性件22的连接，可以在移动杆21的上部固定设置一个环形片，在支撑杆10的上端固定设置一个压紧块23，将弹性件22固定连接在环形片与压紧块23之间。
107.弹性件22可以为多种结构，例如：弹簧、弹性金属片等。
108.支撑筒24的孔径大于移动杆21的直径，压紧块23上开有孔，孔径大于移动杆21的直径，小于弹性件22的外径。
109.实施例三
110.本实施例包括了实施例一和实施例二中结构。
111.夹持组件包括至少一个夹块组件，夹块组件包括两个可拼接为圆筒结构的弧形夹板7和夹板套筒5。
112.包壳管4设置在两个弧形夹板7之间；通过可组成圆筒的弧形夹板7，实现对包壳管4的固定，且弧形夹板7的长度大于包壳管4的长度，使得包壳管4在辐照后能够在弧形夹板7
内轴向膨胀，但长度也不宜过大，一般情况，弧形夹板7的长度比包壳管4长0.5～1mm。
113.弧形夹板7的内径大于包壳管4的外径，但又要保证弧形夹板7内侧要紧贴包壳管4，即既不能过多的影响包壳管4的径向膨胀，又保持包壳管4在弧形夹板7内不过多移动。
114.夹板套筒5固定设置在弧形夹板7的两端，并对弧形夹板7施加约束力；通过设置夹板套筒5来实现将弧形夹板7拼接成为一个筒状结构，且夹板套筒5的内径与弧形夹板7外径的间隙小于0.05mm，另外为了避免在安装后包壳管4从弧形夹板7内滑出，可以在夹板套筒5的一端设置圆环，并将圆环的内径设置成为小于包壳管4的外径，从而可以增加包壳管4的稳定性。
115.同时，需要包括在弧形夹板7的外侧面与外套管9的内侧面之间形成环形空腔，空腔较为优选的厚度0.2～0.3mm。
116.试验时，在空腔内充满保护气体，形成环形的气体保护层，保证试验达到温度要求。
117.实施例四
118.本实施例作为实施例三的一种延伸，实施例三中夹持组件的数量为一个，即一次只能对一个包壳管4进行试验，而本实施例中，将包壳管4的数量增加至至少两个，从而可以依次实现对个试验。
119.夹块组件的数量为不少于2个，多个夹块组件同轴设置，夹持组件还包括双向固定块6，相邻的两个夹块组件通过双向固定块6连接。
120.因为设置了多个夹持组件，因此需要通过双向固定块6将多个夹块组件进行连接，双向固定块6为插入至包壳管4内的直管，通过直管可以实现将两个夹块组件同轴连接的目的。
121.为了实现双向固定块6与外套管9的位置固定，在直管中部设置的环形凸起，且环形凸起的外环面呈波纹状且与外套管9的内侧面线接触，线接触的目的就是保证弧形夹板7与外套管9内侧形成空腔，用以填充保护气体。
122.实施例五
123.本实施例包括了实施例一、实施例二和实施例三的结构。
124.为了对辐照试验的温度检测和中子注量进行检测，承载装置还包括用于探测温度与中子量的探测组件3，探测组件3固定设置在外套筒的内部；
125.探测组件3至少为两个，其中一个探测组件3的两端分别与夹持组件与支撑杆10连接，另一个探测组件3的两端分别与夹持组件与弹性组件2连接。
126.即将探测组件3设置在外套管9的上端和下端，对外套管9的两端的温度和中子注量进行检测。
127.探测组件3包括：探测器盒33、测温元件32、中子探测片和用于封闭探测器盒33并与其可拆卸连接的探测器盖31；测温元件32固定设置在探测器盒33外侧面，中子探测片设置在探测器盒33内部；
128.通过设置探测器盒33和探测器盖31，实现对中子探测片的固定。
129.测温元件32的数量可以为多个，且沿探测器盒33的中轴线等间距不知在探测器盒33的外侧，且在实际中根据温度要求可以选择不同熔点的测温元件32，以及不同数量的测温元件32。
130.例如：测温元件32为金属丝，且测温丝熔点不同，探测器盒33外侧开多个圆形槽用于安装测温丝。
131.又例如：测温元件32还可以为温度传感器，探测器盒33外侧开多个圆形槽用于安装温度传感器。
132.探测器盒33的底部和探测器盖31的顶部均设置有沉孔，探测器盒33底部外侧加工有定位筋。探测组件3与夹持组件之间通过单向固定块8连接，
133.因为将探测组件3设置在夹持组件的两端，需要将其进行固定，提供一个固定方案，及采用单向固定块8，单向固定块8为直杆，直杆的一端插入至探测组件3的沉孔内，直杆另一端插入至包壳管4；
134.同时，为了避免直杆在沉孔和包壳管4内过度移动，在直杆的中部设置一个圆环，圆环的外圆面与外套管9的内侧面接触，且圆环的环形侧面分别与夹持组件和探测组件3贴合。
135.实施例六
136.本实施例包括了实施例五的结构，其是针对实施例五的一个优化，即是设置了多个夹持组件使，当夹持组件的数量不小于两个时，探测组件3的的数量为三个，三个探测组件3分别设置在外套筒的上段、中段和下端，位于中段的探测组件3的两端分别与相邻的两个夹持组件连接。
137.此实施例即如图1所示，夹持组件为两个，探测组件3为三个，夹持组件和探测组件3依次间隔设置，布置在外套管9(9)上中下三个位置，且同一位置，中子注量至少有一个测点，温度测点至少有三个。
138.另外，为了增加强度，在外套管9外侧沿轴向加工三条筋。
139.实施例七
140.因为在进行辐照试验前，需要在外套管9内注入惰性气体，用于对整个装置进行保护，因此本实施例提供一种用于包壳管辐照承载装置承载装置的气体填充装置。
141.针对气体填充装置的使用，需要在承载装置上设置气孔和堵塞。
142.设置在下端头11内的用于连通外套管9内部的气孔，其用于将外套管9内的空气排出，并通入惰性气体。
143.一般情况下，气孔为阶梯孔，阶梯孔联通外套管9内部和外界，下端头11未与外套管9连接端面的孔径小于1mm。
144.阶梯孔主要用于装置最终的保护气体封焊，在试验时，要保证装置内充满保护气体。
145.封堵气孔的堵塞是用于在完成惰性气体的注入后，对整个承载装置进行封闭。
146.气体填充装置包括筒体104、驱动杆101、驱动螺母102和气管口107。
147.筒体104的两端分别固定设置有端盖103和底盖108，承载装置设置在筒体104内，且上端头1与底盖108连接；为了将承载装置与底盖108连接稳定，在底盖108的内侧面设置一个连接孔，可以将上端头1安装在连接孔内实现固定。
148.且，在实际使用中，可能需要将承载装置与筒体104同轴设置，因此为了实现目的，可以在筒体104内部设置多个支撑台105，通过支撑台105将承载装置进行支撑，并在筒体104的外部设置支座106用于对气体填充装置整体的固定。
149.驱动杆101的第一端穿过端盖103伸入至筒体104内，且堵塞安装在驱动杆101上，驱动螺母102与驱动杆101螺纹连接且驱动驱动杆101向筒体104内部移动并封堵气孔；
150.通过驱动螺母102的转动，可以是驱动杆101向内移动，从而实现封堵操作，具体可以参照下述的气体填充方法。
151.气管口107的一端与筒体104内部连通，且气管口107的另一端与真空泵/气体瓶连通。
152.可以设置多个气管口107，并分别与真空泵和气体瓶连接，实现气体填充操作。
153.也可以至设置1个气管口107，并通过三通阀在实现真空泵与气体瓶的连接。
154.实施例八
155.本实施例提供一种基于上述的一种包壳管辐照承载装置承载装置的气体填充装置的气体填充方法，具体步骤如下：
156.s1、包壳管辐照承载装置承载装置组装完成后，将上端头1和下端头11与外套管9焊接，并进行焊缝合格检验；
157.s2、打开端盖103，并将上端头1与底盖108固定，并将整个承载装置放置在支撑台105上。
158.s3、将堵塞安装在驱动杆101上，并将堵塞与气孔对应设置且保留间隙；
159.s4、通过设置多个气管口107或连接三通阀将筒体104内部与真空泵和气体瓶(本实施例中采用氦气瓶)连通；
160.s5、打开真空泵对筒体104内部进行真空化处理，当压力低于设定值(150kpa)时，关闭真空泵，并通过氦气瓶向筒体104内部充入氦气；
161.s6、当压力值高于设定值(1.5atm)时，关闭氦气瓶并通过真空泵再次对筒体104进行真空化处理；
162.s7、重复步骤s6和s7的操作5～6次，最终使筒体104内充满氦气；
163.s8、转动驱动螺母102使驱动杆101向内移动，并将堵塞插入气孔，并使堵塞插入孔中的距离大于2mm，堵塞与下端头11的气孔为过盈配合。
164.s9、打开端盖103，取出承载装置并快速将堵塞与下端头11焊接，并检验焊缝。。
165.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
166.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
167.本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本发明，而并非是对本发明的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述发明的基础上还可
以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本发明的范围内。