一種基于熱聲效應(yīng)的核反應(yīng)堆非能動測溫裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種核反應(yīng)堆非能動測溫裝置，具體涉及一種基于熱聲效應(yīng)的核反應(yīng) 堆非能動測溫裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 在全球能源領(lǐng)域中，核反應(yīng)堆的發(fā)展意義重大，它不僅能量密度高，對環(huán)境的破壞 也相對較小。雖然核反應(yīng)堆有著無與倫比的優(yōu)勢，但是任何事都有兩面性，凡是有利就有 弊，一旦核反應(yīng)堆出現(xiàn)事故，破壞也將是巨大的，在145年日本福島核事故后，核電站附近 的城鎮(zhèn)因?yàn)楹溯椛湮廴揪壒嗜俗叱强?，在未來幾十年里都將影響著周圍環(huán)境以及人們的生 命安全。
[0003] 在事后對此次事故的全面分析中發(fā)現(xiàn)，隨著海嘯淹沒了應(yīng)急柴油發(fā)電機(jī)、電氣開 關(guān)、直流電源等，反應(yīng)堆和安全殼的監(jiān)測儀表均出現(xiàn)失效情況。雖然這一點(diǎn)并不是造成該事 故嚴(yán)重后果的決定因素，但使得工作人員難以獲得足夠的重要信息，影響了對事故演變的 判斷及對應(yīng)措施的實(shí)施，進(jìn)而導(dǎo)致了后續(xù)救援工作難以展開，從而導(dǎo)致了一些不必要的損 失。
[0004] 事故產(chǎn)生后，因?yàn)楹[沖擊導(dǎo)致現(xiàn)用電源及備用電源損壞，核反應(yīng)堆中需要用電 的設(shè)備均失去反應(yīng)，緊急救援人員無法得到核反應(yīng)堆內(nèi)部情況，從而錯失良機(jī)。
[0005] 核事故在歷史上已發(fā)生多次了，維護(hù)核安全意義深遠(yuǎn)。在1379年3月28日凌晨4 時位于美國賓夕法尼亞州三里島核電站發(fā)生了美國歷史上最嚴(yán)重外核事故，因此人們在此 之后對核電廠的設(shè)計中就已經(jīng)進(jìn)行了改進(jìn)，增加了堆芯溫度等一系列監(jiān)測儀表。福島核事 故中，大家最關(guān)注的是堆芯溫度，特別是燃料棒溫度，最不了解的也是堆芯溫度，這一方面 是因?yàn)镸ark-I型反應(yīng)堆沒有設(shè)置堆芯溫度測點(diǎn)，但另一方面說明了事故工況下堆芯溫度 監(jiān)測的必要性。歷史上這兩次大事故都證明了堆芯溫度屬于事故工況下核電站最重要的安 全相關(guān)監(jiān)測點(diǎn)。
[0006] 堆芯溫度中目前僅測量冷卻劑溫度，正常運(yùn)行時燃料棒溫度可通過間接計算得 到。之所以不直接測量燃料棒溫度，主要原因在于存在較大的工程難度，且正常運(yùn)行時不太 關(guān)注。但在事故狀態(tài)下，特別是堆芯裸露后，燃料棒溫度就成為至關(guān)重要的指標(biāo)，并且無法 間接得到，所以燃料棒溫度的直接測量對于事故下監(jiān)測具有非常重要的意義。
[0007] 目前核反應(yīng)堆堆芯溫度測量儀表基本采用鎧裝熱電偶貫穿反應(yīng)堆壓力容器的形 式。例如AP1000、LOVIISA、KWU、VVER-1000等壓水堆，熱電偶貫穿壓力容器后放置到燃料 組件出口位置處，測量堆芯出口冷卻劑溫度。
[0008] 但是熱電偶等儀表用于燃料棒溫度測量的工程難度在于：1、需要通過燃料棒內(nèi)部 或包殼外表面進(jìn)行溫度測量，而不能通過頂部和底部端塞；2、燃料棒作為第一道輻射防護(hù) 屏障，且內(nèi)部壓力很高，特別是裝料后期，所以不允許向內(nèi)部貫穿儀表進(jìn)行測量；3、熱電偶 進(jìn)RPV后包有防護(hù)套管，尺寸較大（因?yàn)闊犭娕己途€纜長度很長，在RPV內(nèi)就達(dá)到數(shù)米），如 果把帶套管熱電偶放到燃料棒之間貼合包殼外表面進(jìn)行測量，會對冷卻劑流動形成阻塞， 且顯著惡化燃料元件換熱性能。
[0009] 綜上所述，堆芯溫度中目前僅測量冷卻劑溫度，熱電偶等儀表用于燃料棒溫度測 量時存在工程難度，導(dǎo)致核反應(yīng)堆正常運(yùn)行時燃料棒溫度無法直接測量，不利于事故下燃 料棒溫度的直接監(jiān)測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的是為了解決堆芯溫度中目前僅測量冷卻劑溫度，熱電偶等儀表用于 燃料棒溫度測量時存在工程難度，由于熱電偶等是不具有完全意義的非能動特性的測量元 件，這類測量裝置在極端及缺電時可能會失效從而可靠性不高，導(dǎo)致核反應(yīng)堆正常運(yùn)行時 燃料棒溫度無法直接測量，不利于事故下燃料棒溫度的直接監(jiān)測的問題。進(jìn)而提供一種基 于熱聲效應(yīng)的核反應(yīng)堆非能動測溫裝置。
[0011] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于熱聲效應(yīng)的核反應(yīng)堆非能動測溫裝置核反應(yīng)堆非 能動測溫裝置包括熱聲管、冷端封口、板疊和固定件，熱聲管的上部為熱端部，熱聲管的下 部為冷端部，冷端封口密封安裝在熱聲管的冷端部，熱聲管的熱端部內(nèi)壁上開設(shè)承裝槽，板 疊無縫隙固定在承裝槽內(nèi)，板疊在豎直方向上均布開設(shè)有多個通孔，熱聲管的熱端部與核 燃料棒之間通過固定件連接。
[0012] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下效果：
[0013] 本發(fā)明利用熱聲學(xué)原理即：在熱聲測溫裝置內(nèi)部的板疊熱端上，受到核燃料棒的 熱能供給，使冷熱端溫差不斷變大，當(dāng)溫差達(dá)到一定值時（300K)熱聲測溫裝置內(nèi)的氣流會 通過板疊產(chǎn)生震蕩，因?yàn)樵诠軆?nèi)，氣體震蕩頻率與溫度有關(guān)，故而經(jīng)過模擬發(fā)現(xiàn)，氣體震蕩 產(chǎn)生的（半）波長維持在一個小范圍內(nèi)變動（210mm-220mm)因此當(dāng)熱聲測溫裝置總長為半 波長時，管內(nèi)的聲波為駐波。駐波通過堆內(nèi)介質(zhì)傳到鋼殼7處被測聲儀器接收，因?yàn)椴煌?的熱端溫度產(chǎn)生的聲波頻率不同，熱端溫度越高，管內(nèi)氣體震蕩頻率越大，根據(jù)測量的頻率 溫度振幅等關(guān)系圖通過電腦分析處理即可得到需要的測量參數(shù)，從而判斷出堆內(nèi)燃料棒狀 態(tài)，如裂紋形成的程度和放射性產(chǎn)物所占的比重。由于無需電源、電路和信號線纜，能夠把 儀表整合到燃料棒頂部或底部端塞空隙中，并通過無線方式傳輸信號，相比傳統(tǒng)儀表極大 地降低了工程難度，提供了燃料棒溫度直接測量的可行方案。
[0014] 具體體現(xiàn)在：本發(fā)明利用堆內(nèi)熱源條件，把溫度信息轉(zhuǎn)換為聲波信號，如圖8所 示，
[0015]
[0016] 橫坐標(biāo)是聲波震蕩頻率，縱坐標(biāo)是熱端溫度。在熱端溫度在600K-1000K之間變 化時，都有確定的聲波頻率與之對應(yīng)，由于理想氣體的聲速和絕對溫度具有一一對應(yīng)關(guān)系 (見公式a)，而聲速和熱聲振蕩頻率也一一對應(yīng)（見公式b)，所以聲波振蕩頻率與空腔內(nèi)氣 體溫度對應(yīng)（見公式c)。公式中，R為氣體常數(shù)，M為平均分子質(zhì)量。由于空腔內(nèi)氣體（指 的是整個管子內(nèi)的氣體）具有溫度梯度，因此此處氣體溫度為其等效溫度。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于熱聲效應(yīng)的核反應(yīng)堆非能動測溫裝置，其特征在于：所述核反應(yīng)堆非能動 測溫裝置包括熱聲管（1)、冷端封口（2)、板疊（3)和固定件（4)，熱聲管（1)的上部為熱端 部，熱聲管（1)的下部為冷端部，冷端封口（2)密封安裝在熱聲管（1)的冷端部，熱聲管（1) 的熱端部內(nèi)壁上開設(shè)承裝槽（1-1)，板疊（3)無縫隙固定在承裝槽（1-1)內(nèi)，板疊（3)在豎 直方向上均布開設(shè)有多個通孔（3-1)，熱聲管（1)的熱端部與核燃料棒（5)之間通過固定件 (4)連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于熱聲效應(yīng)的核反應(yīng)堆非能動測溫裝置，其特征在 于：所述冷端封口（2)為"凸"字形封口。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于熱聲效應(yīng)的核反應(yīng)堆非能動測溫裝置，其特征在 于：冷端封口（2)為不銹鋼封口。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于熱聲效應(yīng)的核反應(yīng)堆非能動測溫裝置，其特征在 于：槽體（4-1)的槽底厚度為0? 8mm-l. 2_。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的一種基于熱聲效應(yīng)的核反應(yīng)堆非能動測溫裝置，其特征 在于：固定件（4)為陶瓷固定件。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于熱聲效應(yīng)的核反應(yīng)堆非能動測溫裝置，其特征在 于：板疊（3)由蜂窩陶瓷制成。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的一種基于熱聲效應(yīng)的核反應(yīng)堆非能動測溫裝置，其特征 在于：熱聲管（1)由不銹鋼制成。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于熱聲效應(yīng)的核反應(yīng)堆非能動測溫裝置，其特征在 于：固定件⑷包括槽體（4-1)和倒L形外沿（4-2)，倒L形外沿（4-2)固定安裝在槽體 (4-1)的上端并制成一體，熱聲管（1)的熱端部固定插裝在倒L形外沿（4-2)的豎直端與槽 體（4-1)的外側(cè)壁之間。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于熱聲效應(yīng)的核反應(yīng)堆非能動測溫裝置，其特征在 于：固定件（4)為開有內(nèi)孔的圓柱形階梯管，且所述圓柱形階梯管的內(nèi)側(cè)壁上設(shè)有內(nèi)螺紋。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種基于熱聲效應(yīng)的核反應(yīng)堆非能動測溫裝置，其特征在 于：固定件（4)的圓柱形階梯管的直徑由下至上依次遞減。
【專利摘要】一種基于熱聲效應(yīng)的核反應(yīng)堆非能動測溫裝置，它涉及一種核反應(yīng)堆非能動測溫裝置。本發(fā)明為了解決堆芯溫度中目前僅測量冷卻劑溫度，熱電偶等儀表用于燃料棒溫度測量時存在工程難度，導(dǎo)致核反應(yīng)堆正常運(yùn)行時燃料棒溫度無法直接測量，以及由于熱電偶等是不具有完全意義的非能動特性的測量元件，這類測量裝置在極端及缺電時可能會失效從而可靠性不高，不利于事故下燃料棒溫度的直接監(jiān)測的問題。本發(fā)明熱聲管的上部為熱端部，熱聲管的下部為冷端部，冷端封口密封安裝在熱聲管的冷端部，熱聲管的熱端部內(nèi)壁上開設(shè)承裝槽，板疊無縫隙固定在承裝槽內(nèi)，熱聲管的熱端部與核燃料棒之間通過固定件連接。本發(fā)明用于核反應(yīng)堆核燃料棒測溫。
【IPC分類】G21C17-112
【公開號】CN104766639
【申請?zhí)枴緾N201510136951
【發(fā)明人】劉輝, 徐峻楠, 黎永耀, 李楚奇, 劉小晗, 孟穎超, 于達(dá)仁
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年3月26日