球体元件可加热磨损设备

本技术涉及球体元件磨损实验，具体而言，涉及一种球体元件可加热磨损设备。

背景技术：

1、我国球床式高温气冷堆所使用的陶瓷型燃料元件直径为60mm，结构为球形包覆颗粒(triso)弥散在燃料区的石墨基体中。作为燃料元件的结构材料，基体石墨使包覆燃料颗粒获得热工水力学条件,包括将热量传给冷却剂氦气，并作为慢化材料，对快中子有足够的慢化能力，同时还具有一定的滞留裂变产物的能力。

2、在球床堆内，燃料元件缓慢流动，形成球流。在球流过程中，球体元件相互之间会发生摩擦，使球体元件产生磨损。抗磨损性能是球形燃料元件的一个重要力学性能指标。

3、随着超高温实验堆的发展，需要研究燃料元件在高温运行条件下的磨损性能和相关设备。

4、相关技术中的球体元件磨损设备，只能在常温下进行球体元件的磨损实验，难以满足高温条件下的模拟实验需求，且装卸料困难、不能有效收集石墨粉。

技术实现思路

1、本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种球体元件可加热磨损设备，该球体元件可加热磨损设备能够模拟高温下的球体元件磨损情况，具有惰性气氛高、粉尘收集便利、可靠性强、操作方便、自动化程度高等优点。

2、为实现上述目的，根据本实用新型的实施例提出一种球体元件可加热磨损设备，所述球体元件可加热磨损设备包括：机壳；加热炉，所述加热炉设在所述机壳内，所述加热炉包括炉体、炉门和功率模块，所述炉体的后壁设有轴孔，所述炉体包括外层主体和设在所述外层主体内的内层石英筒，所述外层主体用于对所述内层石英筒进行加热，所述炉门包括门主体和反射板，所述反射板通过弹性件与所述门主体相连，所述炉门关闭所述炉体时所述弹性件将所述反射板压紧在所述内层石英筒的前端，所述内层石英筒的内周面设有环形的且沿所述内层石英筒周向延伸的集粉槽，所述集粉槽位于所述内层石英筒的前端，所述集粉槽的最低处设有与炉体外部连通的收集口，所述功率模块与所述外层主体电连接；滚筒，所述滚筒可沿中心轴线转动地设在所述内层石英筒内，所述滚筒包括筒主体、分散板、环形挡板和封板，所述筒主体的后壁具有供气孔，所述分散板设在所述筒主体内且将所述筒主体内的空间分隔为容纳腔和分散腔，所述容纳腔位于所述分散腔前方且适于容纳多个球体元件，所述分散腔与所述供气孔连通，所述分散板上设有多个连通所述容纳腔和所述分散腔的分散孔，多个所述分散孔沿所述分散板的周向间隔设置，所述筒主体的内周面具有沿所述滚筒的轴向延伸的搅拌筋，所述环形挡板设在所述筒主体的前端，所述环形挡板上设有元件投放口和多个卸粉孔，多个所述卸粉孔沿所述环形挡板的周向间隔设置，所述卸粉孔内切于所述滚筒的内周面，所述封板可拆卸地设在所述环形挡板上以打开或封盖所述元件投放口，所述封板上设有与所述卸粉孔相对应的过口；转轴，所述转轴穿过所述轴孔与所述滚筒相连，所述转轴内具有与所述供气孔连通的供气通道，所述转轴通过风冷装置和水冷装置进行冷却；变频电机，所述变频电机设在所述机壳内且位于所述炉体外并与所述转轴传动连接；校温装置，所述校温装置至少具有伸入所述炉体内的检测位置；微氧分析装置，所述炉门和所述炉体后部设有与所述微氧分析装置连通的取样结构；供气管路，所述供气管路的一端通过供气装置与惰性气源连通且另一端通过旋转气路接头与所述转轴可转动地相连；控制系统，所述控制系统分别与所述加热炉、所述变频电机、所述校温装置、所述微氧分析装置、所述供气装置和所述水冷装置电连接。

3、根据本实用新型实施例的球体元件高温磨损设备，能够模拟高温下的球体元件磨损情况，具有惰性气氛高、粉尘收集便利、可靠性强、操作方便、自动化程度高等优点。

4、另外，根据本实用新型上述实施例的球体元件高温磨损设备还可以具有如下附加的技术特征：

5、根据本实用新型的一个实施例，所述外层主体至少包括三个热电偶、加热丝和保温层，所述加热丝螺旋形缠绕在内层石英筒外，所述保温层包覆在所述加热丝外，三个所述热电偶沿所述炉体的轴向间隔设置且与所述控制系统电连接，所述控制系统与所述功率模块电连接，所述功率模块与所述加热丝电连接。

6、根据本实用新型的一个实施例，所述环形挡板和所述封板通过多个螺纹紧固件可拆卸地连接。

7、根据本实用新型的一个实施例，所述封板的前表面设有把手。

8、根据本实用新型的一个实施例，所述封板的后表面设有凸台，所述凸台可脱离地配合在所述环形挡板的元件投放口内且所述凸台配合在所述元件投放口内时所述元件投放口的后表面与所述环形挡板的后表面平齐。

9、根据本实用新型的一个实施例，所述加热炉通过设在所述加热炉下方的减振装置安装在所述机壳内。

10、根据本实用新型的一个实施例，所述球体元件可加热磨损设备还包括尾气收集装置，所述尾气收集装置设在所述机壳顶部。

11、根据本实用新型的一个实施例，所述搅拌筋相对所述筒主体的内周面的最大高度为1-5毫米，所述搅拌筋具有朝向所述滚筒内侧的接触面，所述接触面在垂直于所述滚筒轴向的截面为弧形且曲率半径为5-10毫米，所述筒主体的内表面、所述接触面、所述环形挡板的后表面和所述封板的后表面的粗糙度sa小于等于0.4。

12、根据本实用新型的一个实施例，所述筒主体的壁厚大于等于6毫米，所述元件投放口的半径大于所述容纳腔的半径与所述球体元件半径的差值，所述卸粉孔的直径小于等于20毫米,所述分散孔的直径小于等于10毫米，多个所述卸粉孔外切于同一假想圆且该假想圆的半径大于所述容纳腔的半径与所述球体元件半径的差值，多个所述分散孔外切于同一假想圆且该假想圆的半径大于所述容纳腔的半径与所述球体元件半径的差值。

13、根据本实用新型的一个实施例，所述控制系统至少包括计时装置、加热控制模块、电机控制模块和气流控制模块，所述控制系统适于输入目标加热温度、目标气体流量、目标转速和目标旋转时间，所述加热控制模块用于根据所述外层主体三个热电偶的输出值、校温装置的输出值和所述目标加热温度控制所述功率模块的启停并调节所述功率模块的功率，所述电机控制模块用于根据所述计时装置的输出值、目标旋转时间控制所述变频电机的启停并根据所述目标转速调节所述变频电机的转速，所述气流控制模块用于根据所述目标气体流量控制所述供气装置的通断并调节所述供气装置的气体流量。

14、本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

技术特征：

1.一种球体元件可加热磨损设备，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的球体元件可加热磨损设备，其特征在于，所述外层主体至少包括三个热电偶、加热丝和保温层，所述加热丝螺旋形缠绕在内层石英筒外，所述保温层包覆在所述加热丝外，三个所述热电偶沿所述炉体的轴向间隔设置且与所述控制系统电连接，所述控制系统与所述功率模块电连接，所述功率模块与所述加热丝电连接。

3.根据权利要求1所述的球体元件可加热磨损设备，其特征在于，所述环形挡板和所述封板通过多个螺纹紧固件可拆卸地连接。

4.根据权利要求1所述的球体元件可加热磨损设备，其特征在于，所述封板的前表面设有把手。

5.根据权利要求1所述的球体元件可加热磨损设备，其特征在于，所述封板的后表面设有凸台，所述凸台可脱离地配合在所述环形挡板的元件投放口内且所述凸台配合在所述元件投放口内时所述元件投放口的后表面与所述环形挡板的后表面平齐。

6.根据权利要求1所述的球体元件可加热磨损设备，其特征在于，所述加热炉通过设在所述加热炉下方的减振装置安装在所述机壳内。

7.根据权利要求1所述的球体元件可加热磨损设备，其特征在于，还包括尾气收集装置，所述尾气收集装置设在所述机壳顶部。

8.根据权利要求1所述的球体元件可加热磨损设备，其特征在于，所述搅拌筋相对所述筒主体的内周面的最大高度为1-5毫米，所述搅拌筋具有朝向所述滚筒内侧的接触面，所述接触面在垂直于所述滚筒轴向的截面为弧形且曲率半径为5-10毫米，所述筒主体的内表面、所述接触面、所述环形挡板的后表面和所述封板的后表面的粗糙度sa小于等于0.4。

9.根据权利要求1所述的球体元件可加热磨损设备，其特征在于，所述筒主体的壁厚大于等于6毫米，所述元件投放口的半径大于所述容纳腔的半径与所述球体元件半径的差值，所述卸粉孔的直径小于等于20毫米,所述分散孔的直径小于等于10毫米，多个所述卸粉孔外切于同一假想圆且该假想圆的半径大于所述容纳腔的半径与所述球体元件半径的差值，多个所述分散孔外切于同一假想圆且该假想圆的半径大于所述容纳腔的半径与所述球体元件半径的差值。

10.根据权利要求2所述的球体元件可加热磨损设备，其特征在于，所述控制系统至少包括计时装置、加热控制模块、电机控制模块和气流控制模块，所述控制系统适于输入目标加热温度、目标气体流量、目标转速和目标旋转时间，所述加热控制模块用于根据所述外层主体三个热电偶的输出值、校温装置的输出值和所述目标加热温度控制所述功率模块的启停并调节所述功率模块的功率，所述电机控制模块用于根据所述计时装置的输出值、目标旋转时间控制所述变频电机的启停并根据所述目标转速调节所述变频电机的转速，所述气流控制模块用于根据所述目标气体流量控制所述供气装置的通断并调节所述供气装置的气体流量。

技术总结
本技术公开了一种球体元件可加热磨损设备，包括：机壳；加热炉，加热炉包括炉体、炉门和功率模块，炉体包括外层主体和内层石英筒，内层石英筒内周面设有集粉槽，集粉槽设有收集口，炉门包括门主体和反射板；滚筒，滚筒包括筒主体、分散板、环形挡板和封板，筒主体具有供气孔，分散板将滚筒内空间分隔为容纳腔和分散腔，分散腔与供气孔连通，分散板设有分散孔，环形挡板设有元件投放口和多个卸粉孔；转轴，转轴内具有供气通道；变频电机；校温装置；微氧分析装置；供气管路；控制系统。根据本技术实施例的球体元件可加热磨损设备能够模拟高温下球体元件磨损情况，具有惰性气氛高、粉尘收集便利、可靠性强、操作方便、自动化程度高等优点。

技术研发人员：张凯红,赵宏生,程星,杨辉,李自强,王福宇,张维,张芳,谢兰燕,成新生,刘兵
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：20230626
技术公布日：2024/1/15