一种适用于燃料短棒的随堆燃料辐照装置的制作方法

本发明涉及研究堆辐照试验，具体涉及一种适用于水冷研究堆和燃料短棒的随堆燃料辐照装置。

背景技术：

1、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的优点，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，同时随堆燃料辐照装置需要使试验段出口的冷却水混合均匀。

技术实现思路

1、本发明目的在于：针对在水冷研究堆中对缩短的燃料棒开展随堆燃料辐照试验，提供一种适用于燃料短棒的随堆燃料辐照装置，该装置实现了可容纳燃料短棒的试验段设计、可实现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燃料短棒的随堆燃料辐照装置，包括装置段和考验段；所述装置段包括从上至下依次连接的法兰、进水管和导向管，所述法兰封闭所述进水管的上端，所述进水管的侧壁开有进水口，所述进水管中设有流量调节组件，所述流量调节组件用于调节进水口的开度；

4、所述考验段包括依次连接的上接头、外套管和下接头，所述上接头活动套设于所述导向管内并与其形成密封连接，所述外套管中从上至下依次装有试验段、节流塞和混合器，所述节流塞用于在冷却水通过时产生节流作用，所述混合器用于对经过所述节流塞后的冷却水产生搅混作用。

5、在上述技术方案中，由于装置段的进水管中设有流量调节组件，可以调节进水口的开度，从而对进入装置内冷却水流量的灵活调节；由于考验段的上接头伸入装置段的导向管内且两者形成间隙密封连接，既便于考验段的分离，又能保证考验段与装置段的良好动密封；通过在考验段的外套管中设置节流塞和混合器，节流塞可以调节冷却水通过的流动阻力系数，混合器可以使考验段出口处冷却水混合更加均匀，可以提高随堆燃料辐照试验的试验品质。

6、作为本发明的优选方案，所述流量调节组件包括滑块和控制杆，所述滑块套设于所述进水管内，所述滑块的外壁与所述进水管的内壁相配合，所述控制杆穿过所述法兰与所述滑块相连，所述控制杆用于带动所述滑块沿轴向移动，以使所述滑块对所述进水口的遮挡量改变。

7、在上述技术方案中，通过控制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，从而调节进入装置内的冷却水流量。

8、作为本发明的优选方案，所述进水口有多个且沿周向均布于所述进水管上，所述进水口为上大下小的方形阶梯孔，或者倒三角形孔，或者进水口的边界为抛物线形。

9、作为本发明的优选方案，所述上接头的外壁设有环形的密封齿，所述密封齿与所述导向管的内壁为间隙密封配合；或者所述导向管的内壁设有环形的密封齿，所述密封齿与所述上接头的外壁为间隙密封配合。

10、在上述技术方案中，多个环形的密封齿沿轴向间隔布置，形成多齿迷宫结构，密封齿的齿顶与对应部件的壁面为间隙配合，从而在实现装置段与考验段活动连接的同时，又能够实现对两者之间的间隙进行密封，该密封齿的结构主要是增大了冷却水流通阻力，避免装置内冷却水通过上接头与导向管之间的间隙流出，或者装置外的冷却水进入装置内。

11、作为本发明的优选方案，所述密封齿的齿形为矩形、三角形、梯形、菱形中的一种。

12、作为本发明的优选方案，所述节流塞为中间开有孔的柱型结构，所述节流塞上端为锥形结构，下端为内凹的锥形结构，所述节流塞两端分别设有三个支腿，所述节流塞外壁上沿周向设有多个矩形齿，所述矩形齿顶端与所述外套管内壁为间隙配合。

13、在上述技术方案中，沿节流塞轴向间隔布置的多个环形的矩形齿组成的多齿迷宫形结构，是节流塞的主要流动阻力部分；通过改矩形齿的轴向间距、矩形齿顶端与外套管内壁的间隙大小以及矩形齿的数量，可以大幅度调节节流塞的流动阻力系数，从而匹配不同试验段的冷却水流量需求。同时由于节流塞上端锥体可以引导冷却水向边壁不会在试验段和节流塞上端之间形成涡流，降低了冷却水对节流塞的冲击力；冷却水流到节流塞和混合器之间时，由于节流塞下部锥形空腔的存在，增大了冷却水进入混合器之前的空腔，避免了冷却水直接冲击混合器上端。

14、作为本发明的优选方案，所述节流塞上的矩形齿为3～6个，上下端的凸锥和凹锥的锥角为30°～48°，所述矩形齿顶端与所述外套管内壁留有0.1mm～0.2mm的间隙。

15、作为本发明的优选方案，所述混合器包括管体、顶板和叶轮，所述管体的外壁与所述外套管的内壁为间隙配合，所述顶板焊接在所述管体两端，所述顶板上开有通孔，所述顶板之间焊接有空心管，所述叶轮转动安装在所述空心管上。

16、在上述技术方案中，由于叶轮可绕着顶板之间焊接的空心管旋转，对冷却水起到更好的搅混作用，会使冷却水混合更加充分。

17、作为本发明的优选方案，所述试验段包括固定板、夹块和试验件，两块所述固定板之间安装两块所述夹块，所述夹块的两端插入所述固定板的通孔中，两块所述夹块之间安装所述试验件，所述试验件外壁和所述夹块形成环形冷却水流道。

18、作为本发明的优选方案，所述法兰上设有引压管a和引压管b；所述引压管a穿过整个试验段，并依次穿过节流塞和混合器，出口位于下接头内部；所述引压管b出口设置在上接头上端。

19、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

20、1、本发明的随堆燃料辐照装置设置有带齿的上接头和节流塞，一方面可以解决装置的漏流问题，另一方面节流塞具有较大范围的阻力参数，可以满足不同的试验需求；

21、2、本发明的随堆燃料辐照装置具备在堆芯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；

22、3、本发明的随堆燃料辐照装置具有成本低、试验方式灵活、满足多批次大批量样品试验需求的优点，以及对缩短的燃料棒开展随堆燃料辐照试验；

23、4、本发明的随堆燃料辐照装置具备良好搅混考验段冷却水的能力，可以提高随堆燃料辐照试验的试验品质。

1.一种适用于燃料短棒的随堆燃料辐照装置，其特征在于，包括装置段和考验段；所述装置段包括从上至下依次连接的法兰(1)、进水管(3)和导向管，所述法兰(1)封闭所述进水管(3)的上端，所述进水管(3)的侧壁开有进水口(31)，所述进水管(3)中设有流量调节组件(2)，所述流量调节组件(2)用于调节进水口(31)的开度；

2.根据权利要求1所述的适用于燃料短棒的随堆燃料辐照装置，其特征在于，所述流量调节组件(2)包括滑块(21)和控制杆(22)，所述滑块(21)套设于所述进水管(3)内，所述滑块(21)的外壁与所述进水管(3)的内壁相配合，所述控制杆(22)穿过所述法兰(1)与所述滑块(21)相连，所述控制杆(22)用于带动所述滑块(21)沿轴向移动，以使所述滑块(21)对所述进水口(31)的遮挡量改变。

3.根据权利要求1所述的适用于燃料短棒的随堆燃料辐照装置，其特征在于，所述进水口(31)有多个且沿周向均布于所述进水管(3)上，所述进水口(31)为上大下小的方形阶梯孔，或者倒三角形孔，或者进水口(31)的边界为抛物线形。

4.根据权利要求1所述的适用于燃料短棒的随堆燃料辐照装置，其特征在于，所述上接头(5)的外壁设有环形的密封齿(51)，所述密封齿(51)与所述导向管(4)的内壁为间隙密封配合；或者所述导向管(4)的内壁设有环形的密封齿(41)，所述密封齿(41)与所述上接头(5)的外壁为间隙密封配合。

5.根据权利要求4所述的适用于燃料短棒的随堆燃料辐照装置，其特征在于，所述密封齿的齿形为矩形、三角形、梯形、菱形中的一种。

6.根据权利要求1所述的适用于燃料短棒的随堆燃料辐照装置，其特征在于，所述节流塞(10)为中间开有孔的柱型结构，所述节流塞(10)上端为锥形结构，下端为内凹的锥形结构，所述节流塞(10)两端分别设有三个支腿(101)，所述节流塞(10)外壁上沿周向设有多个矩形齿(102)，所述矩形齿(102)顶端与所述外套管(6)内壁为间隙配合。

7.根据权利要求6所述的适用于燃料短棒的随堆燃料辐照装置，其特征在于，所述节流塞(10)上的矩形齿(102)为3～6个，上下端的凸锥和凹锥的锥角为30°～48°，所述矩形齿(102)顶端与所述外套管(6)内壁留有0.1mm～0.2mm的间隙。

8.根据权利要求1所述的适用于燃料短棒的随堆燃料辐照装置，其特征在于，所述混合器(11)包括管体(111)、顶板(112)和叶轮(12)，所述管体(111)的外壁与所述外套管(6)的内壁为间隙配合，所述顶板(112)焊接在所述管体(111)两端，所述顶板(112)上开有通孔，所述顶板(112)之间焊接有空心管(113)，所述叶轮(12)转动安装在所述空心管(113)上。

9.根据权利要求1所述的适用于燃料短棒的随堆燃料辐照装置，其特征在于，所述试验段包括固定板(8)、夹块(9)和试验件(7)，两块所述固定板(8)之间安装两块所述夹块(9)，所述夹块(9)的两端插入所述固定板(8)的通孔中，两块所述夹块(9)之间安装所述试验件(7)，所述试验件(7)外壁和所述夹块(9)形成环形冷却水流道。

10.根据权利要求1所述的适用于燃料短棒的随堆燃料辐照装置，其特征在于，所述法兰(1)上设有引压管a(14)和引压管b(15)；所述引压管a(14)穿过整个试验段，并依次穿过节流塞(10)和混合器(11)，出口位于下接头(13)内部；所述引压管b(15)出口设置在上接头(5)的上端。