一种模拟燃料组件子通道加热棒间距调节装置

摘要

本发明公开了一种模拟燃料组件子通道加热棒间距调节装置，该装置主要由加热段套管、电加热棒、位置调节系统组成。该装置灵活地运用了波纹管密封方法，结合滑块导轨并与齿轮啮合系统配合可实现加热棒之间距离在工作状态下的灵活调节，使得该设备在高温液态重金属介质中可进行实时的位置调节，改变加热棒之间的距离。本发明采用独特的锥形波纹管作为位置移动补偿器，加上滑块和导轨部件，结合齿轮啮合推拉装置并配以套管式实验段，使得该设备成为可开展由三根或多根电加热棒组合而成的模拟堆芯组件子通道热工水力实验研究的装置，该设计方法可扩展应用到多棒束距离调节加热器的设计研制，在工业生产和基础研究等领域将有重要的应用价值。

说明书

技术领域

本发明属于液态金属反应堆燃料组件热工水力学研究领域，具体涉及到堆芯组件子通道 热工水力模拟研究装置中一种加热棒间的距离可在实验状态下进行实时调节的技术。

背景技术

加速器驱动次临界系统ADS是一种理想的核废料嬗变、核燃料增殖及能量产生的核能 系统。从技术发展路线上看，液态铅合金由于具有良好的中子学特性、安全特性和传热能力， 是目前ADS嬗变反应堆主选冷却剂。由于真实的核能反应堆具有放射性、规模巨大等特点， 无法进行真实的堆芯热工水力实验验证，因此，燃料模拟组件是验证堆芯热量能否被正常带 出的有效实验系统。如子通道内流量的分配、冷却剂与燃料棒的对流传热能力、堆芯内冷却 剂的循环能力、反应堆安全实验(如LOCA事故，断电事故)等，这些实验都需要在对外进 行实验验证，确保真实反应堆的能够安全正常运行。因此，世界各个核大国都相继建立了各 自的大型热工水力回路及各类燃料组件模拟实验段，开展稳态和瞬态热工实验，为反应堆的 工程设计获得相关热工水力数据。

针对铅基合金反应堆设计与验证需求，许多国家开展了液态重金属介质中的组件传热特 性实验和相关程序验证工作。意大利ENEA的NACIE回路中模拟组件加热棒个数4根，正 四边形排列，CIRCE回路中的模拟组件加热棒个数37根，六边形排列；德国KALLA实验 室THEADS回路加热棒个数19根，六边形排列；韩国首尔大学HELIOS回路，加热棒个数 4个，矩形排列；德国THESYS和瑞典TALL回路加热棒个数为1根。以上组件均为固定式， 不能改变间距，因此不能连续调节棒束间距，开展更丰富的实验研究，只能针对特定反应堆 堆芯组件结构设计进行实验验证和测试研究。

子通道组件个数通常为3-4根，但国内外没有加热棒间距调节的子通道模拟组件，因此， 针对液态重金属反应堆堆芯组件子通道理论计算与程序验证需求，通过对加热棒的固定方式 进行设计，在保证实验段密封的条件下，可实现加热棒之间的距离可调，用以开展参数连续 变化的实验测试和研究，不仅可以深入开展子通道传热与流动实验，还能够对验证程序进行 检验和优化，推进相关领域的科研深度，为反应堆堆芯热工水力学验证机工程应用奠定技术 与实验基础，同时也为工业中相关领域的应用进一步拓展空间。

发明内容

本发明的目的是：提供一种模拟燃料组件子通道加热棒间距调节装置，采用独特的锥形 波纹管作为位置移动补偿器，加上滑块和导轨部件，结合齿轮啮合推拉装置，并配以套管式 实验段，使得该设备成为可开展由三根电加热棒组合而成的模拟堆芯组件子通道热工水力实 验研究的装置，该设计方法可扩展应用到多棒束距离调节加热器的设计，结构设计简单，操 作装配简单，可普遍用于液态重金属作为冷却剂的反应堆堆芯子通道实验与程序验证研究。

本发明采用的技术方案为：一种模拟燃料组件子通道加热棒间距调节装置，包括，位 置调节系统，出口管，法兰盘，加热段套管，电加热棒，和入口管；所述位置调节系统位于 装置上部，所述位置调节系统包含电加热棒的引线电极，移动滑块，啮合系统支架，固定栓， 齿状杆，齿轮，转动盘，锥形波纹管，导轨，刻度线，刻度指针，支撑盘，和支撑杆；所述 支撑盘通过支撑杆固定在法兰盘上；所述支撑盘分三层，三层版面组合形成导轨；所述啮合 系统支架固定在支撑盘的中间层上；所述锥形波纹管连接在法兰盘上；所述加热棒上端是引 线电极，整个加热棒体穿过锥形波纹管并通过卡套连接在锥形波纹管的上端，固定在电加热 棒上的移动滑块放置在导轨上；所述齿轮与转动盘固定在啮合系统支架上，齿状杆穿过啮合 系统支架与移动滑块连接在一起。

其中，通过旋转转动盘驱动齿轮带动齿状杆前后移动，带动移动滑块前后移动从而实现 加热棒距离调节功能，然后旋紧固定栓起到固定作用，通过刻度指针与支撑盘上表面的刻度 线对三根电加热棒之间的距离进行精确定位，实现在线距离调节功能。

其中，所述锥形波纹管为锥形结构，下端固定在法兰盘上，上端通过快速接头与加热棒 相连，安装灵活，便于加热棒的更换，采用锥形波纹管在保证密封的前提下获得了横向移动 调节空间。

其中，经过对转动盘进一步改进利用微型步进电机作为驱动力，进行远程控制操作，直 接利用数据采集总控系统中对加热棒之间的距离参数进行设置、读取及连续自动控制。

其中，将加热棒中下部向中心或者反向平行弯曲，使加热棒之间的距离调节范围更加广 泛。

其中，通过改变位置调节系统的个数与空间布局，将加热棒的个数从3根扩展到4根、 7根、19根至61根全尺度堆芯组件燃料棒数，实现多加热棒组合结构，满足不同类型加热 与距离调节需求。

其中，所述加热棒与移动滑块配合在一起可在导轨上滑动改变加热棒的水平位置，能够 使得实验设备可在高温运行状态下实时进行距离调节，避免了常规固定方式中的加热棒间距 固定锁死的缺点，使得棒与棒之间的距离调节更灵活和便捷，连续改变参数调节范围。

本发明的优点在于：

1)、本发明采用独特的锥形波纹管作为位置移动补偿器，创造了调节空间。

2)、本发明采用常规的滑块和导轨部件，利用齿轮啮合推拉装置提供动力，结构设计简 单，操作简单方面。

3)、本发明配合精确的刻度定位，可以连续改变加热棒间的距离，该设计方法可扩展应 用到多棒束距离调节加热器的设计，可普遍用于液态重金属作为冷却剂的反应堆堆芯子通道 实验与程序验证研究。

4)、本发明进一步对调节系统进行改进增加步进电机作为驱动力，则可以进行远程控制 操作，相关距离参数可以直接从数据采集总控系统中设置、读取及连续控制，实验过程将更 加人性化。

综上，该装置灵活地运用了波纹管密封方法，结合滑块导轨并与齿轮啮合系统配合可实 现加热棒之间距离在工作状态下的灵活调节，避免了常规设计中加热棒焊接固定在法兰盘上 导致的距离不可连续调节不足，也避免常规方式所带来的二次改造与加工，使得该设备在高 温液态重金属介质中可进行实时的位置调节，改变加热棒之间的距离。本发明采用独特的锥 形波纹管作为位置移动补偿器，加上滑块和导轨部件，结合齿轮啮合推拉装置，并配以套管 式实验段，使得该设备成为可开展由三根或多根电加热棒组合而成的模拟堆芯组件子通道热 工水力实验研究的装置，该设计方法可扩展应用到多棒束距离调节加热器的设计研制，在工 业生产和基础研究等领域将有重要的应用价值。

附图说明

图1为本发明提供的一种模拟燃料组件子通道加热棒间距调节装置总体图；

图2为本发明提供的一种模拟燃料组件子通道加热棒间距调节装置局部剖视图；

图3为本发明提供的位置调节系统部分的局部放大示意图。

图中：1为位置调节系统，2为出口管，3为法兰盘，4为加热段套管，5为电加热棒，6 为入口管，7为引线电极，8为移动滑块，9为啮合系统支架，10为固定栓，11为齿状杆， 12为齿轮，13为转动盘，14为锥形波纹管，15为导轨，16为刻度线，17为刻度指针，18 为支撑盘，19为支撑杆。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例进一步说明本发明。

如图1和2所示，位置调节系统1位于整个实验系统上端，出口管2和入口管6分别位 于加热段套管4侧面上端和下端是液态铅铋流经的进出口；法兰盘3用于支撑整个位置调节 系统1；移动滑块8与电加热棒5固定在一起，所述位置调节系统1位于装置上部；支撑盘 18通过支撑杆19固定在法兰盘3上；支撑盘18分三层，三层板面组合后可形成导轨15； 啮合系统支架9固定在支撑盘18的中间层上，所述锥形波纹管14连接在法兰盘3上；加热 棒5上端是引线电极7，整个加热棒体穿过锥形波纹管14并通过卡套连接在锥形波纹管的上 端，并与移动滑块8固定在一起后放置在导轨15上；齿轮12与转动盘13固定在啮合系统 支架9上，齿状杆11穿过啮合系统支架9与移动滑块8连接起来，通过旋转转动盘驱动齿 轮带动齿状杆11前后移动，带动移动滑块8前后移动从而实现加热棒距离调节功能，然后 旋紧固定栓10起到固定作用，通过刻度指针17与支撑盘上表面的刻度线16对三根电加热 棒5之间的距离进行精确定位，实现在线距离调节功能；锥形波纹管14为锥形结构，下端 固定在法兰盘3上，上端通过快速接头与加热棒5相连，安装灵活，便于加热棒的更换。

本发明的一种模拟燃料组件子通道加热棒间距调节装置操作简单，直接通过顺时针或逆 时针旋转转动盘13驱动齿状杆11使得加热棒5在导轨15上前后移动，通过刻度指针17与 支撑盘上表面的刻度线16给加热棒定位，旋紧固定栓10将齿状杆11固定起来，从而防止 加热棒移动。利用该操作流程可以对另外两个加热棒进行调节，最终达到调节三个加热棒之 间距离的目的。

本发明说明书中未做详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说， 在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发 明的保护范围。