用于研究燃料组件堵塞行为的可视化试验柱装置

摘要

本发明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。本发明的技术方案中，该可视化试验柱装置的下腔室内的导流部件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，确保全部碎片杂质可到达燃料组件处而不会沉积在下腔室，有效的提升了试验结果的保守性。另外，该可视化试验柱装置在燃料组件试验件外侧的全范围内可视化，便于观察碎片杂质在燃料组件上的堵塞行为，直观性强。

权利要求

1.一种用于研究燃料组件堵塞行为的可视化试验柱装置，其特征在于，包括用于模拟反应堆下部支撑结构的下腔室（1）、用于支撑燃料组件试验件的堆芯试验板（2），以及用于安装燃料组件试验件的上腔室（3）；

所述堆芯试验板（2）上设置有用于连通所述上腔室（3）和所述下腔室（1）的流水孔（21）；所述下腔室（1）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；

所述导流部件包括倒吊在所述下腔室（1）内的正方体导流器（11），以及设置在所述下腔室（1）的腔体端部并带有一定斜度的导流坡（12）。

2.根据权利要求1所述的用于研究燃料组件堵塞行为的可视化试验柱装置，其特征在于，所述正方体导流器（11）和所述导流坡（12）的流场湍动能分布均大于所述碎片杂质悬浮最小湍动能。

3.根据权利要求1所述的用于研究燃料组件堵塞行为的可视化试验柱装置，其特征在于，所述可视化试验柱装置的制高点设有柔性透明引压管。

4.根据权利要求1所述的用于研究燃料组件堵塞行为的可视化试验柱装置，其特征在于，所述上腔室（3）设置在所述堆芯试验板（2）的上方，所述下腔室（1）设置在所述堆芯试验板（2）的下方；

所述堆芯试验板（2）的尺寸与反应堆实际堆芯支撑板的尺寸保持一致，所述堆芯试验板（2）上均匀分布有四个规模相同的流水孔（21），且所述导流部件使得通过所述四个流水孔（21）的流量相当。

5.根据权利要求1所述的用于研究燃料组件堵塞行为的可视化试验柱装置，其特征在于，所述上腔室（3）的外侧设置有用于包容所述燃料组件试验件的压力边界的围板（4），所述围板（4）采用整体浇铸，所述燃料组件试验件与所述围板（4）的间距为反应堆堆芯相邻燃料组件间距的 1/2 。

6.根据权利要求5所述的用于研究燃料组件堵塞行为的可视化试验柱装置，其特征在于，所述上腔室（3）内保留有便于所述燃料组件试验件的水流引出，以及便于与试验回路接驳的空间。

7.根据权利要求6所述的用于研究燃料组件堵塞行为的可视化试验柱装置，其特征在于，所述上腔室（3）内还设置有用于限制所述燃料组件试验件在压损的带动下窜动的压紧固定装置，所述压紧固定装置可拆卸地设置在所述上腔室（3）的上部。

8.根据权利要求5所述的用于研究燃料组件堵塞行为的可视化试验柱装置，其特征在于，所述上腔室（3）、所述下腔室（1）和所述围板（4）均采用有机玻璃制成，以便于观察所述杂质碎片在燃料组件定位格架间的堵塞行为。

9.根据权利要求5所述的用于研究燃料组件堵塞行为的可视化试验柱装置，其特征在于，包括所述下腔室（1）、所述堆芯试验板（2）和靠近所述下腔室（1）的部分所述围板（4）构成的高压区（5），所述下腔室（1）、所述堆芯试验板（2）采用整体浇铸，以及其他所述围板（4）和所述上腔室（3）构成的低压区（6），所述低压区（6）对应的围板（4）和上腔室（3）采用 C 型套板及单板结合的方式制成；所述低压区（6）可拆卸地设置在所述高压区（5）的上方。

10.根据权利要求1至9任一项所述的用于研究燃料组件堵塞行为的可视化试验柱装置，其特征在于，所述燃料组件试验件的长度为全尺寸燃料组件（8）的长度的1/2，或者，所述燃料组件试验件的长度与全尺寸燃料组件（8）的长度保持一致，所述上腔室（3）保留有全尺寸燃料组件（8）的接口。

说明书

用于研究燃料组件堵塞行为的可视化试验柱装置

技术领域

[0001] 本发明涉及核电厂试验领域，尤其是涉及一种用于研究燃料组件堵塞行为的可视化试验柱装置。

背景技术

[0002] 传统二代压水堆安全壳地坑过滤器设计上存在重大缺陷，原有设计“假设50％地坑过滤器面积堵塞评价再循环能力”经实践检验，是不够保守的。美国核管会(NRC)率先就此类问题展开研究，同时美国核工业界积极响应，经过30多年，其研究成果已相当丰富。2012年，我国国家核安全局发布“关于开展运行核电厂安全壳地坑滤网改造的通知”，该问题获得核安全局的高度重视，国内相关研究活动也在紧锣密鼓的开展中。

[0003] 随着研究持续深入，发现一味增大地坑过滤器面积会带来弊端，即碎片穿透过滤器几率变大，堆芯中燃料组件被堵塞的风险加剧，该现象称之为“堆内下游效应”。目前，国外核工业同仁均采用试验方法来评估这种效应。然而，国外核工业界普遍采用1/3燃料组件模拟体，尺寸短，对试验装置要求低，容易实现，但存在模拟不够充分的问题。

发明内容

[0004] 本发明要解决的技术问题在于，提供一种用于研究燃料组件堵塞行为的可视化试验柱装置。

[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种用于研究燃料组件堵塞行为的可视化试验柱装置，其包括用于模拟反应堆下部支撑结构的下腔室、用于支撑燃料组件试验件的堆芯试验板，以及用于安装燃料组件试验件的上腔室；

[0006] 所述堆芯试验板上设置有用于连通所述上腔室和所述下腔室的流水孔；所述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。

[0007] 本发明的用于研究燃料组件堵塞行为的可视化试验柱装置中，所述导流部件包括倒吊在所述下腔室内的正方体导流器，以及设置在所述下腔室的腔体端部并带有一定斜度的导流坡。

[0008] 本发明的用于研究燃料组件堵塞行为的可视化试验柱装置中，所述正方体导流器和所述导流坡的流场湍动能分布均大于所述碎片杂质悬浮最小湍动能。

[0009] 本发明的用于研究燃料组件堵塞行为的可视化试验柱装置中，所述上腔室设置在所述堆芯试验板的上方，所述下腔室设置在所述堆芯试验板的下方；

[0010] 所述堆芯试验板的尺寸与反应堆实际堆芯支撑板的尺寸保持一致，所述堆芯试验板上均匀分布有四个规模相同的流水孔，且所述导流部件使得通过所述四个流水孔的流量相当。

[0011] 本发明的用于研究燃料组件堵塞行为的可视化试验柱装置中，所述上腔室的外侧设置有用于包容所述燃料组件试验件的压力边界的围板，所述燃料组件试验件与所述围板的间距为反应堆堆芯相邻燃料组件间距的1/2。

[0012] 本发明的用于研究燃料组件堵塞行为的可视化试验柱装置中，所述上腔室内保留有便于所述燃料组件试验件的水流引出，以及便于与试验回路接驳的空间。

[0013] 本发明的用于研究燃料组件堵塞行为的可视化试验柱装置中，所述上腔室内还设置有用于限制所述燃料组件试验件在压损的带动下窜动的压紧固定装置，所述压紧固定装置可拆卸地设置在所述上腔室的上部。

[0014] 本发明的用于研究燃料组件堵塞行为的可视化试验柱装置中，所述上腔室、所述下腔室和所述围板均采用有机玻璃制成，以便于观察所述杂质碎片在燃料组件定位格架间的堵塞行为。

[0015] 本发明的用于研究燃料组件堵塞行为的可视化试验柱装置中，包括所述下腔室、所述堆芯试验板和靠近所述下腔室的部分所述围板构成的高压区，以及其他所述围板和所述上腔室构成的低压区；所述低压区可拆卸地设置在所述高压区的上方。

[0016] 本发明的用于研究燃料组件堵塞行为的可视化试验柱装置中，所述燃料组件试验件的长度为全尺寸燃料组件的长度的1/2，或者，所述燃料组件试验件的长度与全尺寸燃料组件的长度保持一致，所述上腔室保留有全尺寸燃料组件的接口。

[0017] 实施本发明的技术方案，至少具有以下的有益效果：该可视化试验柱装置的下腔室内的导流部件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，确保全部碎片杂质可到达燃料组件处而不会沉积在下腔室，有效的提升了试验结果的保守性。

[0018] 另外，该可视化试验柱装置在燃料组件试验件外侧的全范围内可视化，便于观察碎片杂质在燃料组件上的堵塞行为，直观性强。

附图说明

[0019] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

[0020] 图1是本发明的一实施例中的可视化试验柱装置的立体结构示意图；

[0021] 图2是图1中的下腔室的结构示意图；

[0022] 图3是本发明的一实施例中的可视化试验柱装置的高、低压分段式的结构示意图；

[0023] 图4是本发明的一实施例中的可视化试验柱装置的试验方案示意图；

[0024] 其中、1、下腔室；11、正方体导流器；12、导流坡；2、堆芯试验板；21、流水孔；3、上腔室；4、围板；5、高压区；6、低压区；7、1/2尺寸燃料组件；8、全尺寸燃料组件。

具体实施方式

[0025] 为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

[0026] 图1至图4示出了本发明中的一种用于研究燃料组件堵塞行为的可视化试验柱装置，该可视化试验柱装置主要适用于长度为全尺寸燃料组件的长度的1/2的燃料组件试验件，并保留了全燃料组件试验接口，大大提高了对堆芯燃料组件水力特性的还原性。该可视化试验柱装置的设计合理、工艺可靠、性能稳定，能满足承压、测量、可视化、便于拆卸、可替换性等要求。

[0027] 图1是本发明的一实施例中的可视化试验柱装置的立体结构示意图。图2是图1中的下腔室的结构示意图。图3是本发明的一实施例中的可视化试验柱装置的高、低压分段式的结构示意图。图4是本发明的一实施例中的可视化试验柱装置的试验方案示意图。

[0028] 如图1至图2所示，该用于研究燃料组件堵塞行为的可视化试验柱装置包括下腔室1、堆芯试验板2、上腔室3，以及设置在该上腔室3外侧的围板4。

[0029] 该下腔室1主要用于模拟反应堆下部的支撑结构，其具体指压力容器底部至堆芯下栅格板之间的流通区域。该下腔室1内设置有导流部件，该导流部件可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，确保全部碎片杂质可到达燃料组件处而不会沉积在下腔室1。

[0030] 为了满足上述下腔室1的功能要求，参阅图2，该导流部件包括倒吊在下腔室1内的正方体导流器11，以及设置在下腔室1的腔体端部并带有一定斜度的导流坡12。即下腔室1内设计有两套导流部件，且正方体导流器11和导流坡12的流场湍动能分布均大于所述碎片杂质悬浮最小湍动能。两套导流部件的物理尺寸是通过软件对不同组合尺寸的导流部件的尝试性计算而来，需要说明的是，能满足流场湍动能分布均大于碎片悬浮最小湍动能的任意形状、数目和分布方式的导流部件均在本发明的保护范围内。

[0031] 该堆芯试验板2主要用于支撑燃料组件试验件，再参阅图1，上腔室3可设置在该堆芯试验板2的上方，下腔室1可设置在该堆芯试验板2的下方。当然，该堆芯试验板2的设置位置具有多样性，其他可行的设置方案也在本发明的保护范围内。

[0032] 进一步地，该堆芯试验板2的尺寸与反应堆实际堆芯支撑板的尺寸保持一致，该堆芯试验板2上均匀分布有四个规模相同的流水孔21，且上述导流部件可使得通过该四个流水孔21的流量相当。

[0033] 该上腔室3主要用于安装燃料组件试验件，一般情况下，上腔室3内保留一定空间，便于通过燃料组件试验件的水流引出，以及与试验回路接驳。同时，上腔室3内设置有压紧固定装置，该压紧固定装置主要用于限制燃料组件试验件在压损的带动下窜动。在一些实施例中，该压紧固定装置可拆卸地设置在该上腔室3的上部。

[0034] 进一步地，该压紧固定装置采用高度20mm，材质为聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的透明套筒挡块，承受15KN挤压力，局部等效应力最大9.74Mpa，远低于材质本身50Mpa的断裂强度。

[0035] 该围板4主要用于包容燃料组件试验件的压力边界，燃料组件试验件与该围板4的间隙是按照反应堆堆芯相邻燃料组件间距的1/2设计的，其数据为0.52mm，对加工制造工艺要求较高。

[0036] 需要说明的是，上述上腔室3、下腔室1和围板4为该用于研究燃料组件堵塞行为的可视化试验柱装置的可视化部分，该上腔室3、下腔室1和围板4均优选的采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，俗称有机玻璃。该类材料无色、透明，在塑料中的透光率最佳，达到92％，比玻璃还高出10％，透光范围广从287nm(波长的紫外区)～2600nm(波长的红外区)，因此使得该试验柱装置具有极佳的可视化性能，便于观察杂质碎片在燃料组件定位格架间的堵塞行为。此外，采用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)制成的上腔室3、下腔室1和围板4在常温下具有较好的机械强度并坚韧，便于施加预紧力，能达到较好的密封效果。

[0037] 另外，上述堆芯试验板2优选的采用不锈钢304L材料，该不锈钢304L材料耐腐蚀、机械强度佳，能起到支撑燃料组件试验件的作用，并便于燃料组件试验件的倾倒、拆洗等。

[0038] 综上，该用于研究燃料组件堵塞行为的可视化试验柱装置的下腔室1内设置有导流部件，该导流部件使得通过堆芯试验板2上的四个流水孔21的流量相当，且导流部件的流场湍动能分布均大于碎片悬浮最小湍动能。从而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，确保全部碎片杂质可到达燃料组件处而不会沉积在下腔室1，有效的提升了试验结果的保守性。

[0039] 另外，该用于研究燃料组件堵塞行为的可视化试验柱装置通过以下方面逼近反应堆堆芯流场：

[0040] 一、下腔室1的高度设计考虑了堆芯试验板2与下堆芯板之间几何距离；

[0041] 二、堆芯试验板2按反应堆实际堆芯支撑板的实际尺寸制作，包括反应堆实际堆芯支撑板4个流水孔21及其厚度；

[0042] 三、燃料组件试验件与该围板4的间隙是按照反应堆堆芯相邻燃料组件间距的1/2设计的；

[0043] 四、上腔室3保留了一高度不小于200mm的空间，防止试验柱与管道接驳区域涡流破坏上管座的区域流场，保障上端定位格架不受回流干扰，和反应堆堆芯保持相似。

[0044] 参阅图3，该上腔室3包括与该堆芯试验板2、该下腔室1一体成型的高压区5，以及可拆卸地连接在该高压区5上方的低压区6；该高压区5和该低压区6的外侧均设置有该围板4。具体地，高压区5包括下腔室1、堆芯试验板2和300mm左右高度的底部围板4，三者采用整体浇铸，且薄弱环节螺纹紧固方式的制成，其可作为独立的活动体，在使用过程中不接受解体。低压区6包括其他大部分围板4和上腔室3，两者采用C型套板及单板结合的方式制成，承压能力相对较弱，在使用过程中接受解体或拆卸，以便剥离燃料组件试验件进行拆洗。

[0045] 再参阅图4，该燃料组件试验件的长度为全尺寸燃料组件8的长度的1/2，或者，该燃料组件试验件的长度与全尺寸燃料组件8的长度保持一致，该上腔室3保留有全尺寸燃料组件8的接口。即该可视化试验柱装置不仅具备进行1/2尺寸燃料组件7的有关试验能力，而且还具备进行全尺寸燃料组件8的有关试验能力。

[0046] 在一些实施例中，该用于研究燃料组件堵塞行为的可视化试验柱装置的制高点采用柔性透明引压管设计。即燃料组件引压口制高点区域采用了柔性透明软管的设计，这样一来可观察引压管内部气泡聚集情况，二来可手动调整软管布局，便于排出管道内残存的气体，以便提高仪表测量的准确性和可靠性。

[0047] 综上，该用于研究燃料组件堵塞行为的可视化试验柱装置的有益效果如下：

[0048] 一、该可视化试验柱装置可进行1/2尺寸燃料组件7的有关试验，且试验过程中密封性好、安全性高；

[0049] 二、该可视化试验柱装置采用高、低压分段式设计，解决了密封难题；

[0050] 三、该可视化试验柱装置保留了全燃料组件模拟件接口，具备研究全尺寸燃料组件8的能力；

[0051] 四、该可视化试验柱装置的下腔室1内的导流部件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，确保全部碎片杂质可到达燃料组件处而不会沉积在下腔室1，有效的提升了试验结果的保守性。

[0052] 五、该可视化试验柱装置在燃料组件试验件外侧的全范围内可视化，便于观察碎片杂质在燃料组件上的堵塞行为，直观性强；

[0053] 六、该可视化试验柱装置采用透明软管对燃料组件试验件不同点进行引压，制高点柔性设计，便于引出导压管内的气泡，提升测量数据的准确性和可靠性。

[0054] 七、该可视化试验柱装置具备对燃料组件试验件的固定功能，防止燃料组件试验件因碎片堵塞而压损过大，上浮或晃动。

[0055] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改、组合和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。