CN107389467B - 一种模拟乏燃料包壳高温机械性能试验的装置 - Google Patents

一种模拟乏燃料包壳高温机械性能试验的装置 Download PDF

Info

Publication number
CN107389467B
CN107389467B CN201710485755.9A CN201710485755A CN107389467B CN 107389467 B CN107389467 B CN 107389467B CN 201710485755 A CN201710485755 A CN 201710485755A CN 107389467 B CN107389467 B CN 107389467B
Authority
CN
China
Prior art keywords
spent fuel
fuel cladding
joint
temperature mechanical
metal cap
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710485755.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107389467A (zh
Inventor
贺楷
贾晓东
丁广如
江小川
杨伟
宋子凡
朱思阳
申腾
杨妮蓉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Nuclear Power Engineering Co Ltd
Original Assignee
China Nuclear Power Engineering Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Nuclear Power Engineering Co Ltd filed Critical China Nuclear Power Engineering Co Ltd
Priority to CN201710485755.9A priority Critical patent/CN107389467B/zh
Publication of CN107389467A publication Critical patent/CN107389467A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107389467B publication Critical patent/CN107389467B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces
    • G01N3/18—Performing tests at high or low temperatures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0014—Type of force applied
    • G01N2203/0016—Tensile or compressive
    • G01N2203/0019—Compressive
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/003—Generation of the force
    • G01N2203/0042—Pneumatic or hydraulic means
    • G01N2203/0044—Pneumatic means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/02—Details not specific for a particular testing method
    • G01N2203/022—Environment of the test
    • G01N2203/0222—Temperature
    • G01N2203/0226—High temperature; Heating means

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Monitoring And Testing Of Nuclear Reactors (AREA)

Abstract

本发明涉及一种模拟乏燃料包壳高温机械性能试验的装置，包括乏燃料包壳试样，乏燃料包壳试样外侧设有热电偶固定环，在乏燃料包壳试样的一端套有金属帽，一个内部设有通孔的锥形螺钉从所述金属帽内侧向外穿出，并通过螺母与金属帽固定，所述螺钉与金属帽中间放置一个金属密封圈，所述螺钉的通孔用于***引压管，在所述螺母的端部连接延长管，引压管穿过所述延长管的内孔，并与延长管另一端外的引压管接头固定连接。本发明具备测量包壳温度、保持乏包壳氧化膜的完整性、高温下保持很好的密闭性、连接位置承压能力大于同温度下包壳的承压能力、方便将试样***或抽离高温加热装置等特点，满足了乏燃料包壳进行高温机械性能试验的需要。

Description

一种模拟乏燃料包壳高温机械性能试验的装置
技术领域
本发明涉及核工业中乏燃料的试验模拟装置，具体涉及一种模拟乏燃料包壳高温机械性能试验的装置。
背景技术
乏燃料水池事故工况下乏燃料棒包壳保持结构完整性对于防止大规模放射性物质释放具有重要意义，因此，需要对乏燃料包壳进行相关试验，以确定乏燃料包壳的性能指标，为在乏燃料水池失冷事故工况发生后采取措施提供依据。
乏燃料包壳的性能指标中，高温机械强度是一个重要指标，它表征乏燃料包壳在高温下抵抗内部气体压力的能力。高温机械强度可采用高温***试验来获取。
对于锆合金燃料棒包壳而言，经过堆内运行后，包壳外部会产生一定厚度的氧化膜，氧化膜的存在会影响乏燃料包壳的传热性及强度，为了使乏燃料包壳的高温机械性能试验更加真实可信，试验过程中需要注意保护氧化膜不被破坏。
进行乏燃料包壳高温机械性能试验需要设计一套试验装置，试验装置应能够保证满足测量包壳温度、测量乏燃料包壳高温(至少700℃)机械性能的要求。
发明内容
本发明的目的是针对乏燃料包壳相关试验的需要，提供一种能够满足试验需求的模拟乏燃料包壳高温机械性能试验的装置。
本发明的技术方案如下：一种模拟乏燃料包壳高温机械性能试验的装置，包括乏燃料包壳试样，乏燃料包壳试样外侧设有热电偶固定环，在乏燃料包壳试样的一端套有金属帽，一个内部设有通孔的螺钉从所述金属帽内侧向外穿出，并通过螺母与金属帽固定，所述螺钉与所述金属帽之间放置一个金属密封圈，所述螺钉穿过所述金属密封圈的内孔，所述螺钉的通孔用于***引压管，在所述螺母的端部连接延长管，引压管穿过所述延长管的内孔，并与所述引压管接头固定连接。
进一步，如上所述的模拟乏燃料包壳高温机械性能试验的装置，其中，所述引压管的下端部与所述螺钉位于金属帽内部的下端面平齐并焊接固定。
进一步，如上所述的模拟乏燃料包壳高温机械性能试验的装置，其中，所述引压管的上端部与引压管接头焊接固定。
进一步，如上所述的模拟乏燃料包壳高温机械性能试验的装置，其中，所述金属帽与乏燃料包壳试样的端部过盈配合。
进一步，如上所述的模拟乏燃料包壳高温机械性能试验的装置，其中，在金属帽内侧的所述螺钉上套设有金属密封圈。
进一步，如上所述的模拟乏燃料包壳高温机械性能试验的装置，其中，所述螺母共有两个，两个螺母拧紧后的总高度不大于所述螺钉伸出金属帽的长度。
进一步，如上所述的模拟乏燃料包壳高温机械性能试验的装置，其中，所述延长管的端部与所述螺母端部焊接固定；延长管采用不锈钢中空管，外管径与乏燃料包壳试样的管径相同。
进一步，如上所述的模拟乏燃料包壳高温机械性能试验的装置，其中，所述的引压管接头包括相互套设的接头内部零件和接头外部零件。
进一步，如上所述的模拟乏燃料包壳高温机械性能试验的装置，其中，所述接头外部零件上部为攻有外螺纹的圆柱状，下部为棱柱状；接头内部零件为T型柱，T型柱上部直径大于所述接头外部零件的内孔径，下部直径略小于接头外部零件的内孔径。
本发明的有益效果如下：本发明所提供的一种用于模拟乏燃料包壳高温机械性能试验的装置，通过采用螺钉搭配密封圈的形式与金属帽连接，并以螺母进行机械紧固，该结构能保证试验过程中包壳内部压力增大时，金属密封圈所受压力变大，密封效果更好，保证试验的顺利进行。引压管接头保证了试验装置与送气装置的密封连接，该接头设计为可活动式保证了试验过程中操作的便利；延长管保证了试验过程中能够将试验装置方便的从加热装置中进行抽插。本发明的提出满足了乏燃料包壳进行高温机械性能试验的需要。
附图说明
图1为本发明具体实施例中模拟乏燃料包壳高温机械性能试验装置的结构示意图。
图中，1.乏燃料包壳试样 2.热电偶固定环 3.螺钉 4.金属密封圈 5.金属帽 6.螺母I 7.螺母Ⅱ 8.延长管 9.引压管 10.引压管接头 11.接头外部零件 12.接头内部零件
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
本发明提供了一种模拟乏燃料包壳高温机械性能试验的装置，该装置具备测量包壳温度、保持乏包壳氧化膜的完整性、高温下保持很好的密闭性、接头位置承压能力大于同温度下包壳的承压能力、方便将试样***或抽离高温加热装置等特点。
为保证包壳外表面氧化膜的完整性，无法采用焊接方法直接将带有充气孔的端塞直接焊接在包壳上，需要设计专门的机械结构，在不损伤氧化膜的前提下，既能连接外部充压装置达到充压目的，又能保证在试验过程中始终保持压力。
为达到高温状态下的保压目的，需要在机械结构连接位置的设计中考虑密封问题。
为保证试验能够方便的从加热装置里抽插，需设计专门的延长装置，延长装置需不影响试样的充压保压功能。
为保证试验过程中充压方便，需设计专门的接头，接头需方便与送气装置相连接。
为实现上述技术要求，本发明所提供的一种模拟乏燃料包壳机械性能试验的装置，包含如下5部分：乏燃料包壳试样、热电偶固定装置、延长管、延长管和包壳试验连接件、引压管及其接头。
如图1所示，乏燃料包壳试样1为一端端塞焊接密封而另一端开口的乏燃料包壳，热电偶固定装置采用热电偶固定环2，套设在乏燃料包壳试样上并进行固定。乏燃料包壳试样1的开口端套有金属帽5，一个内部设有通孔的螺钉3从所述金属帽5的内侧向外穿出(即从下向上穿出)，并通过螺母与金属帽5固定，所述螺钉3与所述金属帽5之间放置一个金属密封圈4，所述螺钉3穿过所述金属密封圈4的内孔，螺母共有两个，分别为螺母I 6和螺母Ⅱ7。所述螺钉3的通孔用于***引压管9，在所述螺母Ⅱ7的端部连接延长管8，引压管9穿过所述延长管8的内孔，并与所述引压管接头10固定连接。金属帽5、螺钉3及密封圈4的设计保证了在不损伤包壳外表面氧化膜的前提下，既能连接外部充压装置达到充压目的，又能保证在试验过程中始终保持压力。
延长管8采用不锈钢中空细管，外管径与包壳管径相同，壁厚与包壳壁厚相近或略厚，管长度不做特殊规定，方便从加热装置中***抽出即可。
延长管8与乏燃料包壳试样1接口部分采用螺钉3搭配两个螺母6、7的机械连接形式，为了避免单个螺母在压力较大时可能发生脱丝损坏，此处设计两个螺母结构。螺钉3内部开孔，引压管9***其中，引压管9下端部与螺钉3下端面平齐并焊接固定。螺钉3外部套一个金属密封圈4。加工一个内孔上小下大的金属帽5，金属帽5下部内径等于乏燃料包壳试样1外径，上部内径等于螺钉3外径。两个螺母6、7拧紧后的总高度不大于螺钉3伸出金属帽5的长度。
安装时，首先将螺钉3、金属密封圈4、金属帽5、螺母I 6、螺母Ⅱ7、延长管8按顺序由引压管9依次串入，并将引压管9与螺钉3下端面焊接固定，此后，将金属帽5套入乏燃料包壳试样1接口(过盈配合)，将螺母I 6和螺母Ⅱ7分别拧入螺钉，为保证金属密封圈4的密封性，需在拧紧螺母I 6和螺母Ⅱ7时在引压管9上施加额外的向外的拉力。拧紧后，将延长管8与螺母Ⅱ7焊接固定，最后再将可活动式引压管接头10与引压管9焊接固定即可。
引压管9为外径远小于乏燃料包壳试样1和延长管8内径的金属管(标准关键)，螺钉3及接头内孔大小以略大于引压管9外径大小加工，以方便引压管9的***。引压管接头10为可活动式，包括相互套设的接头内部零件12和接头外部零件11，如图1所示，接头内部零件12***接头外部零件11中，可上下移动并可自由旋转。接头外部零件11上部为攻有外螺纹的圆柱状，下部为类似螺母的六棱柱状(方便使用扳手等工具进行操作)，接头内部零件12为T型柱，上部直径大于外部零件内孔径，下部直径略小于外部零件内孔径，内部钻孔方便引压管9***，上端部与引压管9焊接固定。
试验过程中，将热电偶一端接入上述热电偶固定环2，另一端接入温度显示仪表，并将引压管接头10与送气装置及压力监测仪表连接，之后将整个试验装置放入高温环境中，加压进行高温机械性能试验。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种模拟乏燃料包壳高温机械性能试验的装置，包括乏燃料包壳试样(1)，乏燃料包壳试样(1)外侧设有热电偶固定环(2)，其特征在于：在乏燃料包壳试样(1)的一端套有金属帽(5)，一个内部设有通孔的螺钉(3)从所述金属帽(5)内侧向外穿出，并通过螺母与金属帽(5)固定，所述螺钉(3)的通孔用于***引压管(9)，在所述螺母的端部连接延长管(8)，延长管(8)的另一端设置引压管接头(10)，所述引压管(9)穿过所述延长管(8)的内孔，并与所述引压管接头(10)固定连接；所述引压管接头(10)包括相互套设的接头内部零件(12)和接头外部零件(11)；接头内部零件(12)***接头外部零件(11)中，可上下移动并可自由旋转；所述接头内部零件(12)内部钻孔方便引压管(9)***，其上端部与引压管(9)焊接固定。
2.如权利要求1所述的模拟乏燃料包壳高温机械性能试验的装置，其特征在于：在金属帽(5)内侧的所述螺钉(3)上套设有金属密封圈(4)。
3.如权利要求1或2所述的模拟乏燃料包壳高温机械性能试验的装置，其特征在于：所述引压管(9)的下端部与所述螺钉(3)位于金属帽内部的下端面平齐并焊接固定。
4.如权利要求3所述的模拟乏燃料包壳高温机械性能试验的装置，其特征在于：所述引压管(9)的上端部与引压管接头(10)焊接固定。
5.如权利要求1或2所述的模拟乏燃料包壳高温机械性能试验的装置，其特征在于：所述金属帽(5)与乏燃料包壳试样(1)的端部过盈配合。
6.如权利要求1或2所述的模拟乏燃料包壳高温机械性能试验的装置，其特征在于：所述螺母共有两个，两个螺母(6、7)拧紧后的总高度不大于所述螺钉(3)伸出金属帽(5)的长度。
7.如权利要求1或2所述的模拟乏燃料包壳高温机械性能试验的装置，其特征在于：所述延长管(8)的端部与所述螺母端部焊接固定。
8.如权利要求7所述的模拟乏燃料包壳高温机械性能试验的装置，其特征在于：延长管(8)采用不锈钢中空管，外管径与乏燃料包壳试样的管径相同。
9.如权利要求1所述的模拟乏燃料包壳高温机械性能试验的装置，其特征在于：所述接头外部零件(11)上部为攻有外螺纹的圆柱状，下部为棱柱状；接头内部零件(12)为T型柱，T型柱上部直径大于所述接头外部零件的内孔径，下部直径略小于接头外部零件的内孔径。
CN201710485755.9A 2017-06-23 2017-06-23 一种模拟乏燃料包壳高温机械性能试验的装置 Active CN107389467B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710485755.9A CN107389467B (zh) 2017-06-23 2017-06-23 一种模拟乏燃料包壳高温机械性能试验的装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710485755.9A CN107389467B (zh) 2017-06-23 2017-06-23 一种模拟乏燃料包壳高温机械性能试验的装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107389467A CN107389467A (zh) 2017-11-24
CN107389467B true CN107389467B (zh) 2022-09-27

Family

ID=60333652

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710485755.9A Active CN107389467B (zh) 2017-06-23 2017-06-23 一种模拟乏燃料包壳高温机械性能试验的装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107389467B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108733927B (zh) * 2018-05-22 2023-07-25 中国核电工程有限公司 一种计算乏燃料包壳破损的临界应变能密度的方法
CN112816328A (zh) * 2020-11-27 2021-05-18 中核北方核燃料元件有限公司 一种环形燃料组件燃料棒液压***检测的装置及方法
CN117740249B (zh) * 2023-11-28 2024-08-23 中国核电工程有限公司 一种试验装置及密封试验方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5818195A (ja) * 1981-07-25 1983-02-02 富士電機株式会社 原子炉燃料取扱用グリツパ
CN103035309A (zh) * 2013-01-06 2013-04-10 中国核动力研究设计院 一种使用研究堆辐照生产同位素的靶件及其生产工艺
CN203299069U (zh) * 2013-07-01 2013-11-20 中国核动力研究设计院 应力腐蚀开裂试验装置
CN103824604A (zh) * 2013-11-18 2014-05-28 国核（北京）科学技术研究院有限公司 堆芯紧急冷却热混合试验装置及其试验方法
CN203908882U (zh) * 2014-06-25 2014-10-29 苏州热工研究院有限公司 一种核用锆合金管材蠕变性能专用测量装置
CN104390856A (zh) * 2014-12-16 2015-03-04 中国科学院合肥物质科学研究院 一种金属薄壁全段管材轴向拉压疲劳试验夹具
CN105575447A (zh) * 2016-02-17 2016-05-11 苏州热工研究院有限公司 模拟loca工况下对核燃料包壳管性能评价的实验装置
CN105960681A (zh) * 2014-03-12 2016-09-21 西屋电气有限责任公司 用于陶瓷涂层包壳的双重密封的燃料棒端塞

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104034651B (zh) * 2014-06-26 2016-04-06 苏州热工研究院有限公司 核电站用包壳材料在高温蒸汽中腐蚀性能评价的专用实验装置

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5818195A (ja) * 1981-07-25 1983-02-02 富士電機株式会社 原子炉燃料取扱用グリツパ
CN103035309A (zh) * 2013-01-06 2013-04-10 中国核动力研究设计院 一种使用研究堆辐照生产同位素的靶件及其生产工艺
CN203299069U (zh) * 2013-07-01 2013-11-20 中国核动力研究设计院 应力腐蚀开裂试验装置
CN103824604A (zh) * 2013-11-18 2014-05-28 国核（北京）科学技术研究院有限公司 堆芯紧急冷却热混合试验装置及其试验方法
CN105960681A (zh) * 2014-03-12 2016-09-21 西屋电气有限责任公司 用于陶瓷涂层包壳的双重密封的燃料棒端塞
CN203908882U (zh) * 2014-06-25 2014-10-29 苏州热工研究院有限公司 一种核用锆合金管材蠕变性能专用测量装置
CN104390856A (zh) * 2014-12-16 2015-03-04 中国科学院合肥物质科学研究院 一种金属薄壁全段管材轴向拉压疲劳试验夹具
CN105575447A (zh) * 2016-02-17 2016-05-11 苏州热工研究院有限公司 模拟loca工况下对核燃料包壳管性能评价的实验装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN107389467A (zh) 2017-11-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107389467B (zh) 一种模拟乏燃料包壳高温机械性能试验的装置
CN104390856B (zh) 一种金属薄壁全段管材轴向拉压疲劳试验夹具
CN206347952U (zh) 一种钢管内外径同步检测工具
CN103606387B (zh) 一种核燃料元件芯体去除装置
US4764332A (en) Sealing element and method for hydrotesting of nuclear reactor tubular elements
CN112268806A (zh) 一种基于分离式霍普金森压杆的围压加载装置
CN205352847U (zh) 一种螺纹紧固件保证载荷测试装置
CN103170817B (zh) 钻削式取堵管装置
CN214794228U (zh) 电子高温管材拉伸试验机
CN207261908U (zh) 一种空冷器管束堵漏器
CN201575870U (zh) 法兰对夹式表面热电偶
CN107167307B (zh) 热缩封帽透气性测试方法及专用测试设备
CN203688353U (zh) 工程监理用钢筋现场检测仪
CN208270337U (zh) 一种设备试压接管
CN106767319A (zh) 一种组件燃料棒间隙测量规及使用方法
CN208254745U (zh) 管路检测工具
CN207009094U (zh) 一种中子温度测量通道辅助安装吊具
CN207300559U (zh) 一种自攻螺丝抗拔承载力检测装置
CN203688142U (zh) 压力检测装置
CN206583479U (zh) 用于超临界水氧化反应器的仪表装置
CN219391214U (zh) 一种便于维护的压力变送器
CN206556531U (zh) 一种可排气式销规检具
CN205091209U (zh) 一种锆合金轴向蠕变试验用的凸台
CN219675666U (zh) 一种高温拉伸专用夹具
CN215373918U (zh) 一种适用锥孔直径检测的装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant