CN105758630A - 一种蒸汽发生器弯管区域的实验装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种蒸汽发生器弯管区域的实验装置及方法，该实验装置包括弯管管束、抗震条、扇形截面的流道、入口接管、出口接管，其中，在扇形截面的流道下方连接入口接管，在扇形截面的流道上方连接出口接管，弯管管束焊接在扇形流道底端和连接入口和出口的侧边，在焊接弯管的侧边的焊接区域下部开矩形截面孔，用于安装和拆卸抗震条，形成有抗震条和没有抗震条的管束，实验装置通过入口接管和出口接管与整个试验管道系统相连接，上述装置整体结构简单，容易加工，成本低廉，为蒸汽发生器弯管区域有无抗震的管束的流动和传热特性的研究提供了模拟装置；本发明还提供该实验装置的实验方法；该方法能进行单相水、空气水和蒸汽水的实验，通过改变工质的进口参数对蒸汽发生器弯管区域有无抗震进行测试实验和验证试验。

Description

一种蒸汽发生器弯管区域的实验装置及方法

技术领域

本发明属于压水堆核电厂蒸汽发生器传热管束弯管段技术领域，具体涉及一种蒸汽发生器弯管区域的实验装置及方法。

技术背景

压水堆核电站蒸汽发生器是压水堆核电厂一、二回路流体之间进行换热的关键设备，其作为一回路和二回路的压力边界，它将一回路冷却剂从反应堆芯吸收的热量借助U型传热管传递给二次侧，产生的蒸汽经一、二级汽水分离器干燥后推动汽轮发电机发电，同时对放射性物质起到了屏蔽作用。管束是蒸汽发生器的核心传热部件，其安全性会严重影响蒸汽发生器的可靠运行，从而间接的影响反应堆的安全运行。弯管区域位于管束的顶端，受到二次侧流体的冲刷作用最强，导致弯管区管束变形，传热管间隙变小，从而引发不可接受的流致振动等问题。因此，针对蒸汽发生器弯管区开展有抗震条的管束和无抗震的管束的实验验证和测试是十分必要的。本发明正是基于此开发了一种蒸汽发生器弯管区域的实验装置和方法。现有技术对蒸汽发生器弯管区域有抗震条的管束和无抗震的管束的实验及理论仍然存在一些不足，如只进行抗震条的分析而不能说明抗震条对管束的影响，缺乏实验验证；如只针对蒸汽发生器整个管束进行了模拟，没有对弯管区和有无抗震条对管束的影响进行实验，这些都无法满足或提高压水堆核电站蒸汽发生器的可靠性要求。

例如，中国专利申请号201220688831.9，公开了一种新型核电站蒸汽发生器用抗震条，包括抗震条和端帽，其中所述抗震条具有U型夹角，每个所述端帽分别从所述抗震条的两端穿过并压合固定在所述抗震条上。其中每个所述端帽通过中心压点固定在所述抗震条上且所述抗震条每端的左右两侧上均对称设置有防止端帽上下滑动的第一压点。本发明的有益效果是：制作简单、安全性高更加有效的启到防震的作用，避免造成巨大的经济损失。但是只对抗震条做了说明，没有一个有弯管区域的实验装置，而且抗震条的引入导致蒸汽发生器弯管区域的流场发生变化，导致流体流动特性都发生变化，因此还不能直接的应用于蒸汽发生器弯管区域。

又如，中国专利201510120713.6公开了一种蒸汽发生器传热管束模拟装置，包括流量分配板、元件管板及多个U形电加热元件，其中，流量分配板设于元件管板的上方，流量分配板设有贯穿其上下端面的介质流通孔和多个加热元件穿孔，U形电加热元件的两个端头均由上至下依次穿过加热元件穿孔、元件管板后连接在元件管板上。采用上述结构，整体结构简单，便于实现，成本低，可以为主要研究蒸汽发生器二次侧特性的蒸汽发生器模拟体提供传热管束模拟装置。但是，模拟装置针对蒸汽发生器整个管束进行模拟，没有考虑弯管区域有无抗震条的影响，也没有涉及到弯管区的局部的流动特性，无法满足研究蒸汽发生器弯管区域有无抗震条特性的实验要求。

发明说明

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种一种蒸汽发生器弯管区域的实验装置及方法，该装置可以合理模拟蒸汽发生器弯管区域几何结构，同时该方法可以揭示蒸汽发生器实际工作条件下弯管区域的流动特性。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种蒸汽发生器弯管区域的实验装置，包括试验段2，所述试验段2为由五块钢板围成的扇形截面的流道，五块钢板分别是上下形状大小对称的下四分之一圆形钢板2-1和上四分之一圆形钢板2-5、连接进出口接管的第一矩形钢板2-2、圆弧形钢板2-3、连接第一矩形钢板2-2和圆弧形钢板2-3的第二矩形钢板2-4；所述第一矩形钢板2-2下部连接入口接管1，上部连接出口接管5，所述入口接管1和出口接管5与整个试验管道系统相连接，入口接管1和出口接管5上分别焊接有测温组件6；弯管管束4两端分别采用焊接的方法固定在下四分之一圆形钢板2-1和第一矩形钢板2-2上，在第一矩形钢板2-2和弯管管束4的焊接点下方预设的位置开有抗震条3插入的矩形截面孔2-2-1；所述第一矩形钢板2-2、圆弧形钢板2-3和第二矩形钢板2-4的弯管管束4上方、矩形截面孔2-2-1下方预设位置的同一水平面上各开一个取压腔；此外在第一矩形钢板2-2的下部取压腔下方50mm的位置再开一个取压腔，在上部取压腔上方50mm的位置再开一个取压腔；每块钢板的取压腔都位于同一竖直平面内，所有的取压腔内插入测压组件7。

所述实验装置的表面设置有预设厚度的保温层。

所述弯管管束4采取交错布置的方式，总共布置8排，从第二矩形钢板2-4侧开始向圆弧形钢板2-3的方向弯管管束4的数目依次递减，具体的布置管数和管直径根据实验的需要按照进行设计。

所述的抗震条3采取与水平方向倾角为15°和30°两种结构，根据不同的实验需求进行抗震3的角度和结构的设计。

所述的测温组件6和测压组件7与整个试验管道系统的数据采集系统连接，为蒸汽发生器弯管区有无抗震条的分析提供实验支撑。

上述所述的一种蒸汽发生器弯管区域实验装置的试验方法，对于蒸汽发生器弯管区域有抗震条的情况，从矩形截面孔2-2-1中插入抗震条3，抗震条3通过与第一矩形钢板2-2焊接固定，形成了有抗震条的管束区；不同温度的单相水、空气水或蒸汽水在进口混合均匀后通过入口接管1进入实验，流过弯管管束4和抗震条3，从出口接管5流出；流体的温度由安装在入口接管1和出口接管5处的测温组件6测得，压力和压差由安装在第一矩形钢板2-2、圆弧形钢板2-3和第二矩形钢板2-4上的测压组件7测得，测温组件6和测压组件7的数据由试验管道系统的数据采集装置记录；

对于蒸汽发生器弯管区域无抗震条的情况，从矩形截面孔2-2-1中拆卸抗震条3，矩形截面孔2-2-1直接通过焊接密封，形成了无抗震条的管束；不同温度的单相水、空气水或蒸汽水在进口混合均匀后通过入口接管1进入实验，流过弯管管束4和抗震条3，从出口接管5流出，流体的温度由安装在入口接管1和出口接管5的测温组件6测得，压力和压差由安装在第一矩形钢板2-2、圆弧形钢板2-3和第二矩形钢板2-4上的测压组件7测得，测温组件6和测压组件7的数据由试验管道系统的数据采集装置记录。

和现有技术相比较，本发明具备如下优点：

1、本发明实验装置，为针对蒸汽发生器弯管区特点而发明的实验装置，能够合理的模拟蒸汽发生器弯管区的结构，整体结构简单，容易加工，成本低廉。

2、本发明的实验装置可以进行单相水、空气水和蒸汽水的实验，通过改变工质的进口参数对蒸汽发生器弯管区域有无抗震进行测试实验，能够获得更加详细的实验数据，从而为蒸汽发生器弯管区域有无抗震条理论分析提供支撑。

3、本发明装置的核心部件是弯管区管束、抗震条，这些部件根据具体实验的要求可是替换，具体的参数可以参照本发明的设计方法确定。

4、本发明装置中在管束的三个位置设置了取压腔，能更好的反应管束内的流动特性。

5、本发明装置抗震条易于安装和拆卸，保证实验容易操作、实可行性高。

附图说明

图1为本发明实验装置整体结构示意图。

图2为本发明实验装置第一矩形钢板结构示意图。

图3位本发明实验装置抗震条结构示意图，其中：图3(a)为抗震条与水平方向倾角为15°，图3(b)为抗震条与水平方向倾角为30°。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作详细的说明。

如图1所示，一种蒸汽发生器弯管区域的实验装置，包括试验段2，所述试验段2为由五块钢板围成的扇形截面的流道，五块钢板分别是上下形状大小对称的下四分之一圆形钢板2-1和上四分之一圆形钢板2-5、连接进出口接管的第一矩形钢板2-2、圆弧形钢板2-3、连接第一矩形钢板2-2和圆弧形钢板2-3的第二矩形钢板2-4；所述第一矩形钢板2-2下部连接入口接管1，上部连接出口接管5，所述入口接管1和出口接管5与整个试验管道系统相连接，入口接管1和出口接管5上分别焊接有测温组件6；弯管管束4两端分别采用焊接的方法固定在下四分之一圆形钢板2-1和第一矩形钢板2-2上，在第一矩形钢板2-2和弯管管束4的焊接点下方预设的位置开有抗震条3插入的矩形截面孔2-2-1；所述第一矩形钢板2-2、圆弧形钢板2-3和第二矩形钢板2-4的弯管管束4上方、矩形截面孔2-2-1下方预设位置的同一水平面上各开一个取压腔；此外在第一矩形钢板2-2的下部取压腔下方50mm的位置再开一个取压腔，在上部取压腔上方50mm的位置再开一个取压腔；每块钢板的取压腔都位于同一竖直平面内，所有的取压腔内插入测压组件7。

如图2所示，在第一矩形钢板2-2上焊接点下方预设的位置开矩形截面孔2-2-1，每行根据具体参数开一定数量的孔，对于蒸汽发生器弯管区域有抗震条的管束区，从矩形截面孔2-2-1中插入抗震条3，抗震条3通过与第一矩形钢板2-2焊接固定，形成了有抗震条的管束区；对于蒸汽发生器弯管区域无抗震条的管束区，从矩形截面孔2-2-1中拔出抗震条，矩形截面孔2-2-1直接焊接密封，形成了无抗震条的管束区。

如图3中图3(a)和图3(b)所示，给出了抗震条3采取倾角为15°和30°两种结构，根据不同的实验模拟需求可进行抗震条角度的调整和结构的设计。

以上内容仅用来说明本发明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本技术领域中的普通技术人员来说，只要在本发明的实质精神范围之内，对以上所述实施例的变化和变型都应当视为在本发明的权利要求书范围内。

Claims (6)

1.一种蒸汽发生器弯管区域的实验装置，其特征在于：包括试验段(2)，所述试验段(2)为由五块钢板围成的扇形截面的流道，五块钢板分别是上下形状大小对称的下四分之一圆形钢板(2-1)和上四分之一圆形钢板(2-5)、连接进出口接管的第一矩形钢板(2-2)、圆弧形钢板(2-3)、连接第一矩形钢板(2-2)和圆弧形钢板(2-3)的第二矩形钢板(2-4)；所述第一矩形钢板(2-2)下部连接入口接管(1)，上部连接出口接管(5)，所述入口接管(1)和出口接管(5)与整个试验管道系统相连接，入口接管(1)和出口接管(5)上分别焊接有测温组件(6)；弯管管束(4)两端分别采用焊接的方法固定在下四分之一圆形钢板(2-1)和第一矩形钢板(2-2)上，在第一矩形钢板(2-2)和弯管管束(4)的焊接点下方预设的位置开有抗震条(3)插入的矩形截面孔(2-2-1)；所述第一矩形钢板(2-2)、圆弧形钢板(2-3)和第二矩形钢板(2-4)的弯管管束(4)上方、矩形截面孔(2-2-1)下方预设位置的同一水平面上各开一个取压腔；此外在第一矩形钢板(2-2)的下部取压腔下方50mm的位置再开一个取压腔，在上部取压腔上方50mm的位置再开一个取压腔；每块钢板的取压腔都位于同一竖直平面内，所有的取压腔内插入测压组件(7)。

2.根据权利要求1所述的一种蒸汽发生器弯管区域的实验装置，其特征在于：所述实验装置的表面设置有预设厚度的保温层。

3.根据权利要求1所述的一种蒸汽发生器弯管区域的实验装置，其特征在于：所述弯管管束(4)采取交错布置的方式，总共布置8排，从第二矩形钢板(2-4)侧开始向圆弧形钢板(2-3)的方向弯管管束(4)的数目依次递减，具体的布置管数和管直径根据实验的需要按照进行设计。

4.根据权利要求1所述的一种蒸汽发生器弯管区域的实验装置，其特征在于：所述的抗震条(3)采取与水平方向倾角为15°和30°两种结构，根据不同的实验需求进行抗震(3)的角度和结构的设计。

5.根据权利要求1所述的一种蒸汽发生器弯管区域的实验装置，其特征在于：所述的测温组件(6)和测压组件(7)与整个试验管道系统的数据采集系统连接，为蒸汽发生器弯管区有无抗震条的分析提供实验支撑。

6.权利要求1至5任一项所述的一种蒸汽发生器弯管区域实验装置的试验方法，其特征在于：

对于蒸汽发生器弯管区域有抗震条的情况，从矩形截面孔(2-2-1)中插入抗震条(3)，抗震条(3)通过与第一矩形钢板(2-2)焊接固定，形成了有抗震条的管束区；不同温度的单相水、空气水或蒸汽水在进口混合均匀后通过入口接管(1)进入实验，流过弯管管束(4)和抗震条(3)，从出口接管(5)流出；流体的温度由安装在入口接管(1)和出口接管(5)处的测温组件(6)测得，压力和压差由安装在第一矩形钢板(2-2)、圆弧形钢板(2-3)和第二矩形钢板(2-4)上的测压组件(7)测得，测温组件(6)和测压组件(7)的数据由试验管道系统的数据采集装置记录；

对于蒸汽发生器弯管区域无抗震条的情况，从矩形截面孔(2-2-1)中拆卸抗震条(3)，矩形截面孔(2-2-1)直接通过焊接密封，形成了无抗震条的管束；不同温度的单相水、空气水或蒸汽水在进口混合均匀后通过入口接管(1)进入实验，流过弯管管束(4)和抗震条(3)，从出口接管(5)流出流体的温度由安装在入口接管(1)和出口接管(5)处的测温组件(6)测得，压力和压差由安装在第一矩形钢板(2-2)、圆弧形钢板(2-3)和第二矩形钢板(2-4)上的测压组件(7)测得，测温组件(6)和测压组件(7)的数据由试验管道系统的数据采集装置记录。