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核聚变装置包层表面附近冷却通道堵塞的无损检测方法

阅读：88发布：2020-05-18

专利汇可以提供核聚变装置包层表面附近冷却通道堵塞的无损检测方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且发明属于核聚变反应堆工程技术领域，具体公开核聚变装置包层表面附近冷却通道堵塞的无损检测方法，把待检测的包层放入真空热处理炉，并在包层外冷却通道附近设置若干个测量位置，测量其温度变化值；与数值仿真结果进行比较，得出某个冷却管道堵塞的结论；从而满足核聚变装置包层制造对冷却通道是否堵塞进行无损检测的要求。，下面是核聚变装置包层表面附近冷却通道堵塞的无损检测方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种核聚变装置包层表面附近冷却通道堵塞的无损检测方法，其特征在于：它包括下列步骤：
步骤1：把待检测的包层放入真空热处理炉；
步骤2：在真空热处理炉内设置热电偶，监控环境温度值；分别在包层内冷却通道外表面的各测量位置连接热电偶，监测包层最靠近冷却通道外表面的温度值；
步骤3：对真空热处理炉进行抽真空；
步骤4：在真空热处理炉里，通过辐射加热对包层外表面加热，加热功率逐渐提高，同时在冷却通道内通去离子水对包层进行冷却；
步骤5：环境温度值达到设定值时，停止提高加热功率；待包层最靠近冷却通道外表面的温度值变化达到稳定时，记录各测量位置的温度测量值；
步骤6：建立基于冷却通道无堵塞的包层数值计算模型，采用检测的输入条件进行稳态辐射传热数值模拟计算；计算环境温度值达到设定值时，各测量位置的温度计算值；
步骤7：将步骤5得到的测量值和步骤6得到的计算值进行比较；如果某个测量位置的测量值和计算值偏差大于20％，则得出该位置可能出现冷却通道堵塞的结论。
2.根据权利要求1所述的一种核聚变装置包层表面附近冷却通道堵塞的无损检测方法，其特征在于：它还包括
步骤8：在包层附近使用红外热成像仪，记录环境温度值达到设定值时，包层最靠近冷却通道外表面的温度值变化达到稳定时的各测量位置的温度采样值；将采样值与步骤6得到的计算值进行比较，如果某个位置的采样值和计算值偏差大于20％，则得出该位置可能出现冷却通道堵塞的结论。
3.根据权利要求1或2所述的一种核聚变装置包层表面附近冷却通道堵塞的无损检测方法，其特征在于：所述的步骤3抽真空达到的真空度为1×10-3Pa。
4.根据权利要求1或2所述的一种核聚变装置包层表面附近冷却通道堵塞的无损检测方法，其特征在于：所述的步骤4中，加热的升温速度为2℃/分钟。

说明书全文

核聚变装置包层表面附近冷却通道堵塞的无损检测方法

技术领域

[0001] 本发明属于核聚变反应堆工程技术领域，具体涉及核聚变装置包层表面附近冷却通道堵塞的无损检测方法。

背景技术

[0002] 能源问题是困扰人类社会发展的主要问题之一，而可控核聚变具有资源无限、无污染、不产生高放射核废料等优点，是目前认识到的可以最终解决人类社会能源问题、环境问题、推动人类社会可持续发展的重要途径之一。托卡马克是当前各种实验途径中，最有希望实现可控核聚变反应的装置。托卡马克的中央是一个环形的真空室，外面缠绕着线圈。在线圈通电的时候托卡马克的内部会产生巨大的环向磁场，以约束高温等离子体。核聚变反应会产生高能中子，中子主要沉积在真空室内的部件并伴随产生大量核热。托卡马克真空室内表面覆盖有一层包层，为装置外围部件和设备提供主要的中子和热屏蔽，同时生产聚变燃料氚并提取热能。包层一般通过机械钻孔的方式，在锻件或者板材上钻出大量的复杂冷却通道，并利用强制对流的方式带走沉积在其内部的核热。因为核热大小随着中子进入部件外表面后的行进深度增加而指数衰减，因此冷却通道一般靠近包层外表面，以达到最好的冷却效果。在包层的制造过程中，一般采用激光焊或者氩弧焊对冷却通道进行封闭，但在焊接中所产生的焊接熔渣，可能堵塞焊缝附近的冷却通道。焊接过程中，可采用目视、内窥镜等方式对部分冷却通道进行检查是否被焊接熔渣堵塞；但当所有冷却通道都已经封闭、以及对于某些结构较特殊的冷却通道，普通的目视、内窥镜便无法100％检查所有冷却通道。包层的冷却通道如果被堵塞，在运行过程中，其局部温度会急剧升高，并最终导致包层的损坏，严重危及反应堆的运行安全。

发明内容

[0003] 本发明的目的为提供一种核聚变装置包层表面附近冷却通道堵塞的无损检测方法，能够满足核聚变装置包层制造对冷却通道是否堵塞进行无损检测的要求。

[0004] 为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

[0005] 一种核聚变装置包层表面附近冷却通道堵塞的无损检测方法，它包括下列步骤：

[0006] 步骤1：把待检测的包层放入真空热处理炉；

[0007] 步骤2：在真空热处理炉内设置热电偶，监控环境温度值；分别在包层内冷却通道外表面的各测量位置连接热电偶，监测包层最靠近冷却通道外表面的温度值；

[0008] 步骤3：对真空热处理炉进行抽真空；

[0009] 步骤4：在真空热处理炉里，通过辐射加热对包层外表面加热，加热功率逐渐提高，同时在冷却通道内通去离子水对包层进行冷却；

[0010] 步骤5：环境温度值达到设定值时，停止提高加热功率；待包层最靠近冷却通道外表面的温度值变化达到稳定时，记录各测量位置的温度测量值；

[0011] 步骤6：建立基于冷却通道无堵塞的包层数值计算模型，采用检测的输入条件进行稳态辐射传热数值模拟计算；计算环境温度值达到设定值时，各测量位置的温度计算值；

[0012] 步骤7：将步骤5得到的测量值和步骤6得到的计算值进行比较；如果某个测量位置的测量值和计算值偏差大于20％，则得出该位置可能出现冷却通道堵塞的结论。

[0013] 步骤8：在包层附近使用红外热成像仪，记录环境温度值达到设定值时，包层最靠近冷却通道外表面的温度值变化达到稳定时的各测量位置的温度采样值；将采样值与步骤6得到的计算值进行比较，如果某个位置的采样值和计算值偏差大于20％，则得出该位置可能出现冷却通道堵塞的结论。

[0014] 所述的步骤3抽真空达到的真空度为1×10-3Pa。

[0015] 所述的步骤4中，加热的升温速度为2℃/分钟。

[0016] 本发明的有益效果为：

[0017] 本发明提供的核聚变装置包层表面附近冷却通道堵塞的无损检测方法通过把待检测的包层放入真空热处理炉，并在包层外冷却通道附近设置若干个测量位置，测量其温度变化值；与数值仿真结果进行比较，得出某个冷却管道堵塞的结论；从而满足核聚变装置包层制造对冷却通道是否堵塞进行无损检测的要求。附图说明

[0018] 图1为本发明用于检测的包层的结构示意图。

[0019] 图中：1.一号冷却通道热电偶测量位置、2.二号冷却通道热电偶测量位置、3.三号冷却通道热电偶测量位置、4.四号冷却通道热电偶测量位置、5.人工焊接熔渣、6.出口冷却水箱、7.冷却通道出口，8.冷却通道进口、9.进口冷却水箱。

具体实施方式

[0020] 下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案和有益效果进一步进行说明。

[0021] 如图1所示，本发明用于检测的包层包括壳体、设置在壳体内下端的与冷却通道进口8连通的进口冷却水箱9、设置在壳体内上端的与冷却通道出口7连通的出口冷却水箱6。进口冷却水箱9和出口冷却水箱6之间连通有4根冷却通道。在壳体外表面靠近4根冷却通道的位置分别设有一号冷却通道热电偶测量位置1、二号冷却通道热电偶测量位置2、三号冷却通道热电偶测量位置3和四号冷却通道热电偶测量位置4。二号冷却通道上设有人工焊接熔渣5，作为人为制造的异常点。

[0022] 本发明提供的核聚变装置包层表面附近冷却通道堵塞的无损检测方法包括下列步骤：

[0023] 步骤1：把待检测的包层放入真空热处理炉；

[0024] 步骤2：在真空热处理炉内设置热电偶，监控环境温度值；分别在一号冷却通道热电偶测量位置1、二号冷却通道热电偶测量位置2、三号冷却通道热电偶测量位置3和四号冷却通道热电偶测量位置4连接热电偶，监测包层最靠近冷却通道外表面的温度值；

[0025] 步骤3：对真空热处理炉进行抽真空，真空度达到1×10-3Pa，以保护包层外表面，避免表面氧化；

[0026] 步骤4：在真空热处理炉里，通过辐射加热对包层外表面加热，加热功率逐渐提高，升温速度为2℃/分钟；同时在冷却通道内通20℃的去离子水对包层进行冷却；

[0027] 步骤5：环境温度值达到100℃时，停止提高加热功率；待包层最靠近冷却通道外表面的温度值变化达到稳定时，记录4个测量位置的温度测量值；

[0028] 步骤6：建立基于冷却通道无堵塞的包层数值计算模型，采用检测的输入条件进行稳态辐射传热数值模拟计算；计算环境温度值达到100℃时，包层最靠近冷却通道外表面的温度值变化达到稳定时的4个测量位置的温度计算值。

[0029] 步骤7：将步骤5得到的测量值和步骤6得到的计算值进行比较；如果某个测量位置的测量值和计算值偏差较大(大于20％)，则得出该位置可能出现冷却通道堵塞的结论。

[0030] 还可以增加步骤8：在包层附近使用红外热成像仪，记录环境温度值达到100℃时，包层最靠近冷却通道外表面的温度值变化达到稳定时的4个测量位置的温度采样值；将采样值与步骤6得到的计算值进行比较，如果某个位置的采样值和计算值偏差较大(大于20％)，则得出该位置可能出现冷却通道堵塞的结论。

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