專利名稱：電加熱棒裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及反應(yīng)堆熱工水力學(xué)實驗以及反應(yīng)堆堆內(nèi)電輔助加熱技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電加熱棒裝置。
背景技術(shù)：
核反應(yīng)堆的堆芯燃料棒在放熱過程中，燃料棒表面具有很高的熱流密度。同時，熱流密度沿燃料棒長度方向上的分布也常為正弦分布規(guī)律，屬于非線性分布。在工程設(shè)計中，通常需要通過模擬核反應(yīng)堆的熱工水力學(xué)實驗來模擬堆芯內(nèi)部冷卻介質(zhì)的流動和傳熱的真實情況，驗證與設(shè)計工況的差異，以避免實際反應(yīng)堆中發(fā)生流動不穩(wěn)定、流量脈動或膜態(tài)沸騰等現(xiàn)象，準(zhǔn)確預(yù)測和防止核反應(yīng)堆的運行事故。如何對反應(yīng)堆堆芯進(jìn)行更加真實的模擬一直是關(guān)鍵的實驗技術(shù)和難點之一，主要關(guān)鍵技術(shù)難點有:燃料棒表面熱流密度高；熱流密度的分布為非線性；燃料棒長度大，即長徑比大；柵距小。由于核反應(yīng)堆工程應(yīng)用領(lǐng)域的特殊性，確保安全是首要問題。在反應(yīng)堆熱工流體研究領(lǐng)域注重1:1的全尺寸、全參數(shù)模擬，而針對反應(yīng)堆堆芯燃料元件的完全模擬就是其中最為關(guān)鍵的問題之一，因此，用具有和核燃料元件具有相同幾何結(jié)構(gòu)、尺寸、熱工參數(shù)的電加熱棒束來代替核燃料元件進(jìn)行研究對反應(yīng)堆安全以及反應(yīng)堆技術(shù)發(fā)展具有重要意義。目前，成熟且商業(yè)化的電加熱棒技術(shù)通常以耐熱不銹鋼管作為外保護(hù)套管，以內(nèi)置電阻絲作為發(fā)熱元件，二者之間填充絕緣材料，電阻絲產(chǎn)生的熱量需要通過絕緣材料和外保護(hù)套管才能傳給工作介質(zhì)，因此限制了加熱棒的工作溫度和熱流密度。相比于保護(hù)套管的外徑來說加熱絲的直徑很小，為了達(dá)到所需的加熱棒表面熱流密度，加熱絲表面的熱流密度要達(dá)到此直徑比的平方倍；與此同時，作為絕緣材料的氧化鎂、氧化鋁等絕緣物質(zhì)往往是熱的不良導(dǎo)體，其內(nèi)部必須存在很大的溫度梯度才能夠傳遞足夠高的熱流；此外，由于需要模擬實際反應(yīng)堆的情況，在長度較長、加熱棒直徑和間距較小的情況下，相鄰元件可能局部接觸引起傳熱惡化，從而容易導(dǎo)致燒毀。在這些因素的作用下，能滿足模擬實際反應(yīng)堆的加熱元件，對其內(nèi)置加熱絲以及加熱棒的加工工藝、材料選擇具有很高的要求，往往難以滿足實際需要，并且壽命較短、價格昂貴。另外，在高溫高壓的應(yīng)用環(huán)境中，一旦保護(hù)套管產(chǎn)生微小裂紋，工質(zhì)便會滲入加熱棒內(nèi)部，導(dǎo)致加熱棒損毀。鑒于上述電加熱棒技術(shù)存在的問題，進(jìn)行過將大電流通過直接浸在工質(zhì)中的不銹鋼管以加熱工質(zhì)的實驗及應(yīng)用。但這種方法存在的隱患是:當(dāng)加熱棒長徑比較大時，加熱棒的受力可以看做是雙端懸臂梁模型，使得加熱棒本身柔性很大，容易撓曲，此時，一方面熱膨脹作用將導(dǎo)致加熱棒工作時長度明顯變大，如不能很好的補償加熱棒的熱膨脹，容易造成加熱棒彎曲，因為加熱棒的柵距很小，相鄰加熱棒中間部位便很容易與其他加熱棒接觸并短路；另一方面，高的電流強度產(chǎn)生的強磁場也會使電加熱棒之間產(chǎn)生排斥或吸引力，同樣會造成加熱棒彎曲和接觸短路，加熱棒便不能正常工作直至燒毀或發(fā)生其他危險
發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:提供一種適應(yīng)各種加熱棒外徑、長度、柵距等要求、熱流密度高、結(jié)構(gòu)簡單、可靠、且成本較低的電加熱棒。( 二)技術(shù)方案為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種電加熱棒裝置，該裝置包括一個或并排設(shè)置的多個電加熱棒，每個所述電加熱棒包括:多段發(fā)熱管，用于將其中通過的電流轉(zhuǎn)換為熱能；多個中間過渡接頭，連接于相鄰的兩段發(fā)熱管之間，用于實現(xiàn)相鄰的兩段發(fā)熱管之間的電氣連接；兩個端部電接頭，分別設(shè)置于位于兩端的兩段發(fā)熱管的一端，用于將電流引入發(fā)熱管。優(yōu)選地，每個所述電加熱棒還包括:多個中間絕緣組件，分別設(shè)置于所述中間過渡接頭外周，用于實現(xiàn)相鄰的電加熱棒之間的絕緣與支撐。優(yōu)選地，所述中間絕緣組件進(jìn)一步包括:陶瓷絕緣環(huán)，沿軸向分為兩半，對扣于所述中間過渡接頭外壁；不銹鋼格架，套于所述陶瓷絕緣環(huán)外，與所述陶瓷絕緣環(huán)過盈配合。優(yōu)選地，所述不銹鋼格架上設(shè)置有槽，相鄰的兩個電加熱棒的兩個所述不銹鋼格架之間通過所述槽扣緊連接。優(yōu)選地，該裝置還包括:端部絕緣陶瓷套管，套于所述端部電接頭外壁。優(yōu)選地，該裝置還包括:至少兩個端部支撐板，用于將所述端部電接頭固緊。優(yōu)選地，所述端部支撐板通過螺母將所述端部電接頭固緊，所述螺母與所述端部支撐板之間設(shè)置有陶瓷絕緣墊圈。優(yōu)選地，所述電加熱棒裝置其中一端的螺母與所述陶瓷絕緣墊圈之間設(shè)置有彈簧。優(yōu)選地，所述端部電接頭、多段發(fā)熱管、以及中間過渡接頭之間通過螺紋連接或通過焊接連接。優(yōu)選地，所述發(fā)熱管由304不銹鋼管或306不銹鋼管制成。(三)有益效果本發(fā)明的電加熱棒可以很好的模擬核反應(yīng)堆燃料元件，以大熱流密度加熱高溫高壓的低電導(dǎo)率流體，并且能夠靈活適應(yīng)各種加熱棒外徑、長度、柵距等要求，流動阻力小且具有高度的堅固性和耐用性。該裝置具有熱流密度高、結(jié)構(gòu)簡單、可靠、成本低等優(yōu)點。


圖1為依照本發(fā)明一種實施方式的電加熱棒裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為依照本發(fā)明一種實施方式的電加熱棒裝置的不銹鋼格架的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明提出的電加熱棒裝置，結(jié)合附圖及實施例詳細(xì)說明如下。本發(fā)明的電加熱棒裝置包括一個或并排設(shè)置的多個電加熱棒，本實施方式以兩個電加熱棒為例。如圖1所示，依照本發(fā)明一種實施方式的電加熱棒裝置中，電加熱棒均包括:多段發(fā)熱管3 (本實施方式為2段，但不限于此)，該發(fā)熱管為直接浸沒在被加熱流體中的通電金屬管，可由304不銹鋼管或306不銹鋼管制成，用于將其中通過的電流轉(zhuǎn)換為熱能，根據(jù)發(fā)熱段總長度和熱流密度合理安排每段發(fā)熱管的壁厚和長度，盡量接近要求的熱流密度分布情況并且嚴(yán)格控制每段加熱管的長徑比小于40以保證其具有足夠的剛度。中間過渡接頭6 (本實施方式中為一個，但不限于此)，連接于相鄰的兩段發(fā)熱管3之間，可為銅與不銹鋼的硬釬焊焊接結(jié)構(gòu)，用于實現(xiàn)相鄰的兩段發(fā)熱管3之間的電氣連接。兩個端部電接頭，分別設(shè)置于位于兩端的兩段發(fā)熱管的一端，即上端部電接頭12以及下端部電接頭1，用于將電流引入發(fā)熱管3。多個中間絕緣組件(本實施方式中為I個，但不限于此)，設(shè)置于中間過渡接頭6外周，用于實現(xiàn)相鄰的電加熱棒之間的絕緣與支撐。在本實施方式的電加熱棒裝置中，中間絕緣組件進(jìn)一步包括:陶瓷絕緣環(huán)5,其沿軸向分為兩半，對扣于中間過渡接頭6外壁，設(shè)置陶瓷絕緣環(huán)5處的過渡接頭6的外徑小于其它部分的外徑，以限制中間過渡接頭6的軸向移動；不銹鋼格架4，套于陶瓷絕緣環(huán)5外，不銹鋼格架4的內(nèi)孔直徑略小于中間陶瓷絕緣環(huán)5的外徑，從而靠二者之間的過盈配合實現(xiàn)固定。如圖2所示，不銹鋼格架4上設(shè)置有槽，相鄰的兩個電加熱棒的兩個不銹鋼格架4之間通過該槽扣緊連接。該裝置還包括:端部絕緣陶瓷套管，套于端部電接頭的外壁。至少兩個端部支撐板，用于將端部電接頭固緊。如圖1中所示，上端部支撐板8以及下端部支撐板2分別通過螺母11將上端部電接頭12以及下端部電接頭I固緊，螺母11與端部支撐板之間設(shè)置有陶瓷絕緣墊圈9，以保持二者之間的電絕緣。特別地，在上端部的螺母11與對應(yīng)的陶瓷絕緣墊圈9之間設(shè)置有彈簧10，以補償電加熱棒裝置工作時因熱膨脹造成的長度變化，避免電加熱棒彎曲。上述端部電接頭、多段發(fā)熱管、以及中間過渡接頭之間可通過螺紋連接也可通過氬弧焊焊接連接，且連接部位保持良好的電接觸性。此均為本領(lǐng)域的成熟技術(shù)，在此不做為對本發(fā)明的限制。本發(fā)明的電加熱棒裝置裝配過程如下:首先要根據(jù)具體要求選定合適的發(fā)熱管外徑和加熱棒長度，綜合考慮加熱棒表面熱流密度及分布要求、加熱電源電壓、所選發(fā)熱管材料電阻率、發(fā)熱段總長度等因素確定各段發(fā)熱管的壁厚。材料準(zhǔn)備好后，安裝電加熱棒的下端，先將端部陶瓷絕緣套管7套在下端部電接頭I上，再將下端部電接頭I與下支撐板2用螺母11固定緊，其中，螺母11和下支撐板2之間設(shè)置陶瓷絕緣墊圈9。然后，將陶瓷絕緣環(huán)5扣于中間過渡接頭6外壁，不銹鋼格架4套于陶瓷絕緣環(huán)5夕卜，將相鄰兩根電加熱棒的對應(yīng)的不銹鋼格架4之間通過其上的槽相互扣緊連接。再安裝電加熱棒的上端，與下端安裝類似，不同之處在于，在螺母11和陶瓷絕緣墊圈9之間設(shè)置一段彈簧10，用以補償加熱棒工作時因熱膨脹造成的長度變化，避免加熱
棒彎曲。電加熱棒裝置的機械安裝完畢后，就可以將引電電極與上、下端部電接頭進(jìn)行電氣連接。
以上實施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制。盡管參照實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行各種組合、修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種電加熱棒裝置，其特征在于，該裝置包括一個或并排設(shè)置的多個電加熱棒，每個所述電加熱棒包括: 多段發(fā)熱管，用于將其中通過的電流轉(zhuǎn)換為熱能； 多個中間過渡接頭，連接于相鄰的兩段發(fā)熱管之間，用于實現(xiàn)相鄰的兩段發(fā)熱管之間的電氣連接； 兩個端部電接頭，分別設(shè)置于位于兩端的兩段發(fā)熱管的一端，用于將電流引入發(fā)熱管。
2.按權(quán)利要求1所述的電加熱棒裝置，其特征在于，每個所述電加熱棒還包括: 多個中間絕緣組件，分別設(shè)置于所述中間過渡接頭外周，用于實現(xiàn)相鄰的電加熱棒之間的絕緣與支撐。
3.按權(quán)利要求1所述的電加熱棒裝置，其特征在于，所述中間絕緣組件進(jìn)一步包括: 陶瓷絕緣環(huán)，沿軸向分為兩半，對扣于所述中間過渡接頭外壁； 不銹鋼格架，套于所述陶瓷絕緣環(huán)外，與所述陶瓷絕緣環(huán)過盈配合。
4.按權(quán)利要求3所述的電加熱棒裝置，其特征在于，所述不銹鋼格架上設(shè)置有槽，相鄰的兩個電加熱棒的兩個所述不銹鋼格架之間通過所述槽扣緊連接。
5.按權(quán)利要求1所述的電加熱棒裝置，其特征在于，該裝置還包括: 端部絕緣陶瓷套管，套于所述端部電接頭外壁。
6.按權(quán)利要求1所述的電加熱棒裝置，其特征在于，該裝置還包括: 至少兩個端部支撐板，用于將所述端部電接頭固緊。
7.按權(quán)利要求6所述的電加熱棒裝置，其特征在于，所述端部支撐板通過螺母將所述端部電接頭固緊，所述螺母與所述端部支撐板之間設(shè)置有陶瓷絕緣墊圈。
8.按權(quán)利要求7所述的電加熱棒裝置，其特征在于，所述電加熱棒裝置其中一端的螺母與所述陶瓷絕緣墊圈之間設(shè)置有彈簧。
9.按權(quán)利要求1所述的電加熱棒裝置，其特征在于，所述端部電接頭、多段發(fā)熱管、以及中間過渡接頭之間通過螺紋連接或通過焊接連接。
10.按權(quán)利要求1-9任一項所述的電加熱棒裝置，其特征在于，所述發(fā)熱管由304不銹鋼管或306不銹鋼管制成。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電加熱棒裝置，涉及反應(yīng)堆熱工水力學(xué)實驗以及反應(yīng)堆堆內(nèi)電輔助加熱技術(shù)領(lǐng)域。該裝置包括一個或并排設(shè)置的多個電加熱棒，每個所述電加熱棒包括多段發(fā)熱管，用于將其中通過的電流轉(zhuǎn)換為熱能；多個中間過渡接頭，連接于相鄰的兩段發(fā)熱管之間，用于實現(xiàn)相鄰的兩段發(fā)熱管之間的電氣連接；兩個端部電接頭，分別設(shè)置于位于兩端的兩段發(fā)熱管的一端，用于將電流引入發(fā)熱管。本發(fā)明的裝置適應(yīng)各種加熱棒外徑、長度、柵距等要求、熱流密度高、結(jié)構(gòu)簡單、可靠、且成本較低。
文檔編號H05B3/40GK103096527SQ201110332639
公開日2013年5月8日 申請日期2011年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月27日
發(fā)明者孫艷飛, 楊星團(tuán), 劉洋, 任成 , 劉志勇, 賈海軍 申請人:清華大學(xué)