CN104614152A - 一种液态金属反应堆换热器破口事故模拟注水实验装置以及测量装置 - Google Patents
一种液态金属反应堆换热器破口事故模拟注水实验装置以及测量装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种液态金属反应堆换热器破口事故模拟注水实验装置以及测量装置，包括主容器、高压水罐、外注水管道、装在外注水管道的内管道、内外管道上相对位置有数个定位插孔，定位插孔穿入插销并用螺母拧紧固定在内外筒体上，通过上述连接调节内管道的注水深度。距离内管道侧面前端面开有节流孔，可以实现注水孔径的调节。节流孔前端装有带有坡面的堵头，该堵头通过接触面厚度和材质的调节实现在指定压力下堵头的破裂。高压水存储在高压水罐中，通过气体系统将高压水通过注水管道、节流孔，冲破堵头和内注水管道的连接进入液态重金属中，同时快速遮住节流孔，防止液态重金属逆流，然后采用快速温度、压力传感器、高速摄像机测量事故后危害。
Description
技术领域
本发明涉及液态金属反应堆换热器破口事故模拟的技术领域，具体涉及一种液态金属反应堆换热器破口事故模拟注水实验装置以及测量装置。
背景技术
两相流广泛存在于动力、化工、石油、冶金、管道运输、医药、制冷、核能等领域。常见有气液两相流，存在与锅炉的水冷壁、石化输运管道和其他传热传质设备等。气液两相流十分复杂，气体可以压缩、相界面不固定，两相间存在滑移，两相间物理、化学性质存在较大差异，其运动规律尚未完全被认识，两相流测量难度大。常见的气液两相流研究采用气体注入液态中，采用高速摄像系统、压力传感器等手段观察气/液两相流变化。然而在很多领域、如液态金属反应堆破口事故下，金属冶炼厂等条件下，水注入液态金属，水汽化成水蒸气，在液态金属中形成气液两相流，由于液态金属的不可透光性，高速摄像机等无法实现测量。在传统的注水装置中，注水系统每调节注水深度或者注水量都需要调节。
在高温高压环境下模拟水注入液态金属工况模拟仍然存在诸多难点，如注水装置的逆流、破口深度调节和破口大小的调节等。目前，国内还没有开展液态重金属反应堆换热器破口实验装置与方法的研究。国际上仅有少量国家在该方面进行了研究，俄罗斯科学家采用注水管路向下直接浸入液态重金属中，采用爆破片模拟爆破口，只能模拟大破口实验，该装置无法调节注水深度和破口大小。意大利科学家采用从容器底部注入高压水，该注入方式和真实反应堆破口不符，该装置采用开有小孔的堵头设计，可以模拟小破口，调节注入深度和破口大小。
发明内容
本发明要解决技术问题为：克服现有装置功能单一等缺陷，提供一种液态金属反应堆换热器破口事故模拟注水装置以及测量装置，具有模拟破口更真实，功能齐全、拆卸方便等优点，可研究不同破口大小、注水深度调节、指定压力爆破的换热器破口实验研究。
本发明采用的技术方案为：一种液态金属反应堆换热器破口事故模拟注水实验装置，包括注水管路、反应容器、液态重金属，堵头、注水内管系统、高压水和高压水罐，高压水罐中高压水通过注水管路连接到液态重金属，快速响应蒸汽阀门隔断高压水，注水管路前端套有注水内管系统，注水内管系统前端设有堵头，堵头上连有可调节开孔大小系统；堵头浸入反应容器中的液态重金属；注水内管系统包括注水管路外管路、注水内管路、半圆形凹槽、插孔和插销，注水内管系统长度可调节，其中插装在注水管路外管路的注水内管路，注水内管路每隔一定距离设置有半圆形凹槽，半圆形凹槽相对应的插孔，插孔上可穿入插销，插销和半圆形凹槽上设置有凹槽螺纹，凹槽螺纹拧紧固定在半圆形凹槽中，通过耐液态金属腐蚀高温高压波纹管实现注水内管路和注水管路外管路的动密封，所述注水内管路的顶部延伸出一个同心圆板和外管路内壁相连，注水内管路的端部形成指定倾斜角度的坡面，坡面和堵头前端内壁前端相连，堵头前端内壁设置有和内管道端部外壁相对应的堵头接口螺纹，拧紧在注水内管路端部，该坡面的厚度选择可以实现在指定压力下脱落，堵头前端内壁浸没在液态重金属中，距离注水内管路端部设置有同心圆板，同心圆板上开有节流孔，调节旋钮控制传动轴转动角度遮住节流孔实现对破口大小的调节。
其中，内管道端部设置有同心圆板，同心圆板上开有节流孔，隔板板上有挡板，调节旋钮控制传动轴转动角度遮住节流孔，改变破口大小，通过耐液态金属腐蚀高温高压波纹管实现内管和外管的动密封，注水内管路的端部形成指定倾斜角度的坡面，坡面和堵头前端内壁前端相连，堵头前端内壁通过螺纹拧紧在所述坡面，该堵头坡面的厚度和倾斜角度选择可以实现在指定压力下脱落。
本发明另外提供一种用于气液两相流可视化测量装置，在液态重金属中注水/气管道附近深入玻璃透明管道，在玻璃管外壁安装有空泡探针，该空泡探针采用通断式，管道径或光学孔径仪，光学孔径仪直接和高速摄像机连接，通过空泡探针测量空泡率，通过光学孔径仪、高速摄像机获得玻璃透明管道附近的气/液两相流混合图像。
本发明与现有发明相比的优点在于：
1)本发明一种液态重金属反应堆换热器破口模拟实验装置中，通过推拉注水内管道来调节注水深度，当达到预期的深度后，使用螺栓锁定注水管长度，解决现有注水管道不能调节长度的问题。
2)本发明中在注水内管道前端面设置挡板，由调节旋钮进行转动，通过挡板转动改变节流孔的实际孔径，无需拆卸管道就可以实现孔径的调节，使用方便，使得实现注水口大小的调节。同时挡板在注水完成后可以将挡板完全遮住以防止液态重金属逆流。堵头前端通过螺纹拧紧在内管道端部坡面，该堵头坡面的厚度和倾斜角度选择可以实现在指定压力下脱落。
3)本发明在注水端口采用自制的通断式探针、光学孔径仪器和高速摄像机组成，可拍摄获得液态重金属中气泡的局部图像。
附图说明
图1为本发明的一种金属反应堆换热器破口事故模拟注水装置示意图；
图2为注水内管系统6的示意图；
图3为调节开孔大小系统5的示意图；
图中，注水管路1、反应容器2、液态重金属3、堵头4、可调节开孔大小系统5、注水内管系统6、高压水7、高压水罐8、快速响应蒸汽阀门9、注水管路外管路10、注水内管路11、半圆形凹槽12、插孔13、插销14、液态重金属液面15、壁面压力传感器16、凹槽螺纹17，同心圆板18、外管路内壁19、坡面20、堵头前端内壁21、内管道端部外壁22、堵头接口螺纹23、隔板24、节流孔24、挡板25、转动轴26、调节旋钮27、耐液态金属腐蚀高温高压波纹管28、高温高压波纹管30、玻璃透明管道29、可视化系统30、空泡探针31、光学孔径仪32、高速摄像机33。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实例进一步说明本发明。
如图1所示，一种金属反应堆换热器破口事故模拟注水装置，包括高压水罐8、反应容器2、注水管路1等。高压水罐8中高压水7通过注水管道1连接到液态重金属3，快速响应蒸汽阀门9隔断高压水7，注水管道前端套有注水内管系统6，注水内管系统前端设有堵头4。
如图2所示注水内管系统6的示意图，包括注水管路外管路10，插装在注水管路外管路10内的注水内管路11，其中注水内管路11每隔一定距离设置有半圆形凹槽12，注水管路外管路10上设置有和半圆形凹槽12相对应的插孔13，插孔13上可穿入插销14，插销14和半圆形凹槽12上设置有凹槽螺纹17，凹槽螺纹17拧紧固定在半圆形凹槽12中；通过上述连接构成长度可调节的注入管道。上述注水内管路11的顶部延伸出一个同心圆板18和外管路内壁19相连。注水管路外管路10在液态重金属液面15以上。采用耐液态金属腐蚀高温高压波纹管28连接注水内管道和外管道密封，耐液态金属腐蚀高温高压波纹管28一端连接注水外管道，一端连接注水管道顶端。
如图3所示，注水内管路11的端部坡面20和堵头前端内壁21前端相连，堵头前端内壁设置有和内管道端部外壁22相对应的堵头接口螺纹23，拧紧在内管道端部。堵头前端内壁21浸没在液态重金属3中。同心圆板18上开有节流孔24，同心圆板上有挡板25，挡板25一端与传动轴26固定相连，调节旋钮27控制传动轴26转动角度遮住节流孔24，形成破口。实现对破口大小的调节。在本实例中，所述挡板25面积大于节流孔24面积，当注水完成后，挡板25完全挡住节流孔24可以实现防止液态重金属逆流。通过耐液态金属腐蚀高温高压波纹管28实现内管和外管的动密封。堵头前端通过螺纹拧紧在内管道端部坡面，该堵头坡面的厚度和倾斜角度选择可以实现在指定压力下脱落。
一种用于气液两相流可视化测量装置，在液态重金属3中注水管道附近深入玻璃透明管道29，在玻璃管外壁安装有空泡探针31，管道径或光学孔径仪32，光学孔径仪直接和高速摄像机33连接，通过空泡探针31测量空泡率。通过光学孔径仪32、高速摄像机33获得玻璃透明管道附近的气/液两相流混合图像。
所述浸入在液态重金属中的内管路采用耐高温耐液态重金属腐蚀的高性能材质，且可以拆卸更换，保证装置的寿命。
Claims (3)
1.一种液态金属反应堆换热器破口事故模拟注水实验装置，其特征在于：包括注水管路(1)、反应容器(2)、液态重金属(3)，堵头(4)、注水内管系统(6)、高压水(7)和高压水罐(8)，高压水罐(8)中高压水(7)通过注水管路(1)连接到液态重金属(3)，快速响应蒸汽阀门(9)隔断高压水(7)，注水管路前端套有注水内管系统(6)，注水内管系统前端设有堵头(4)，堵头上连有可调节开孔大小系统(5)；堵头(4)浸入反应容器(2)中的液态重金属(3)；注水内管系统(6)包括注水管路外管路(10)、注水内管路(11)、半圆形凹槽(12)、插孔(13)和插销(14)，注水内管系统(6)长度可调节，其中插装在注水管路外管路(10)的注水内管路(11)，注水内管路(11)每隔一定距离设置有半圆形凹槽(12)，半圆形凹槽(12)相对应的插孔(13)，插孔(13)上可穿入插销(14)，插销(14)和半圆形凹槽(12)上设置有凹槽螺纹(17)，凹槽螺纹(17)拧紧固定在半圆形凹槽(12)中，通过耐液态金属腐蚀高温高压波纹管(28)实现注水内管路和注水管路外管路的动密封，所述注水内管路(11)的顶部延伸出一个同心圆板(18)和外管路内壁(19)相连，注水内管路(11)的端部形成指定倾斜角度的坡面(20)，坡面(20)和堵头前端内壁(21)前端相连，堵头前端内壁设置有和内管道端部外壁(22)相对应的堵头接口螺纹(23)，拧紧在注水内管路端部，该坡面的厚度选择可以实现在指定压力下脱落，堵头前端内壁(21)浸没在液态重金属(3)中，距离注水内管路端部设置有同心圆板(18)，同心圆板上开有节流孔(24)，调节旋钮(27)控制传动轴(26)转动角度遮住节流孔(24)实现对破口大小的调节。
2.如权利要求1所述一种液态金属反应堆换热器破口事故模拟注水实验装置，其特征在于：内管道端部设置有同心圆板(18)，同心圆板上开有节流孔(24)，隔板板上有挡板(25)，调节旋钮(27)控制传动轴(26)转动角度遮住节流孔(24)，改变破口大小，通过耐液态金属腐蚀高温高压波纹管(28)实现内管和外管的动密封，注水内管路(11)的端部形成指定倾斜角度的坡面(20)，坡面(20)和堵头前端内壁(21)前端相连，堵头前端内壁通过螺纹拧紧在所述坡面，该堵头坡面的厚度和倾斜角度选择可以实现在指定压力下脱落。
3.一种用于气液两相流可视化测量装置，用于权利要求1所述的一种液态金属反应堆换热器破口事故模拟注水装置，其特征在于：该测量装置包括玻璃透明管道(29)、空泡探针(31)、管道径或光学孔径仪(32)、高速摄像机(33)，在液态重金属(3)中注水/气管道附近深入玻璃透明管道(29)，在玻璃管外壁安装有空泡探针(31)，该空泡探针(31)采用通断式，管道径或光学孔径仪(32)，光学孔径仪直接和高速摄像机(33)连接，通过空泡探针(31)测量空泡率，通过光学孔径仪(32)、高速摄像机(33)获得玻璃透明管道附近的气/液两相流混合图像。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20170419 |