CN107389302A - 模拟热工实验回路在海洋升潜和摇摆运动条件受力的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公布了模拟热工实验回路在海洋升潜和摇摆运动条件受力的装置，包括曲柄连杆结构、变频电机、垂直运动拉索，垂直运动拉索的一端与热工实验回路的顶部连接，另一端与曲柄连杆结构的连杆顶端连接，曲柄连杆结构的曲柄与变频电机的输出端连接，变频电机的旋转带动曲柄连杆结构的曲柄转动，进而转化为曲柄连杆结构的连杆摆动，再经垂直运动拉索转换为竖直方向上摆动。本技术方案提出的两种分别模拟海洋升潜和摇摆运动条件力场的装置，装置结构简单，操作方法易行，功用显著，且相对现有技术采用的海洋条件试验平台，在同样达到模拟条件效果情况下，造价成本降低，且对对应的控制系统、传动系统的精度要求亦降低。

Description

模拟热工实验回路在海洋升潜和摇摆运动条件受力的装置

技术领域

本发明涉及反应堆热工水力模拟试验技术领域，具体涉及模拟热工实验回路在海洋升潜和摇摆运动条件受力的装置。

背景技术

船舶在海洋中行驶会受到海洋条件的影响，由于受到风、浪、涌等典型海洋条件作用产生的力场会使船用核动力装置产生附加加速度。附加惯性力的存在对冷却剂流动可能会产生驱动或阻碍作用，并可能会使反应堆冷却剂产生周期性波动，破坏系统的稳定运行。为了揭示海洋运动条件对船舶核反应堆热工水力运行特性的影响规律，需要建立模拟海洋条件产生的力场装置和方法，以此模拟船舶核动力装置在海洋航行中的运行状态，从而掌握和了解海洋条件对核动力装置的影响特点和规律，以此为依据采取相应的运行操作方式，保证舰船核动力装置的安全可靠运行。

早在上世纪五六十年代，国内外就开展了海洋运动产生附加力场的模拟方法研究，并建立了一些海洋条件下核动力热工水力系统试验装置。这些海洋条件试验平台通常采用液压控制台控制液压缸的运动，或者采用电动马达控制丝杠传动，使海洋条件试验平台按照指定的模式模拟倾斜、升潜和摇摆等典型海洋运动条件。这些海洋条件试验平台对控制系统和传动系统的精度要求非常高，通常造价也非常昂贵。

本发明提供了一种极简易模拟海洋升潜和摇摆运动条件产生的力场对核反应堆热工水力系统运行特性影响的方法和装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：现有模拟海洋条件作用产生力场的装置，对控制系统、传动系统精度要求高，造价高昂等技术问题。本发明目的在于：提供热工实验回路在海洋升潜和摇摆运动条件受力的装置，采用曲柄连杆结构，曲柄连杆结构可将变频电机的转动转化为连杆的转动，通过连杆的转动代用热工实验回路作摇摆运动，通过连杆和垂直运动拉索，实现热工实验回路的升潜运动，则对海洋运动条件下热工实验回路产生的附加力场受力进行模拟。解决了现有的海洋条件试验平台如液压控制台要求精度高，造价昂贵等技术问题。

本发明通过下述技术方案实现：

模拟热工实验回路在海洋升潜运动条件附加力场受力装置，包括曲柄连杆结构、变频电机、垂直运动拉索，垂直运动拉索的一端与热工实验回路的顶部连接，另一端与曲柄连杆结构的连杆顶端连接，曲柄连杆结构的曲柄与变频电机的输出端连接，变频电机的旋转带动曲柄连杆结构的曲柄转动，进而转化为曲柄连杆结构的连杆摆动，再经垂直运动拉索转换为竖直方向上摆动。

本技术方案所述的模拟热工实验回路在海洋运动条件附加立场受力的装置，相对于现有技术提供一种极其简易的用于模拟海洋条件产生的立场对核反应堆热工水力系统运行特性影响的装置，该结构可用于海洋条件下反应堆关键设备，如堆芯模拟体、蒸汽发生器以及主回路系统热工水力特性的试验研究。而现有技术中模拟装置，如海洋条件试验平台，工作原理为：采用液压控制台控制液压缸的运动，或采用电动马达控制丝杠传动，使海洋条件试验平台按照预定的模式模拟倾斜、升潜和摇摆等海洋运动条件。这些海洋条件试验平台要完成模拟试验对控制系统、传动系统的均对有精度要求太高，造价也相对昂贵。

而本技术方案采用变频电机、曲柄连杆结构、垂直运动拉索，垂直运动拉索的两端，一端与热工实验回路的顶部连接，另一端与曲柄连杆结构的连杆顶端连接，曲柄连杆结构的曲柄与变频电机连接，变频电机的旋转带动曲柄连杆结构的曲柄转动，曲柄连杆结构将曲柄的转动转变为连杆的摆动，再经垂直运动拉索的拉动作用将水平方向上的摆动转变为竖直方向上的摆动，由于垂直运动拉索与热工实验回路的连接，垂直运动拉索带动热工实验回路在竖直方向上摆动，即完成热工实验回路受到海洋条件产生竖直方向上附加力场的模拟。

模拟过程中可通过改变变频电机的转速，实现不同升潜加速度的模拟，且可改变曲柄连杆结构中曲柄和连杆之间连接杆的长度，实现不同升潜幅值的模拟。

其中，本技术方案中涉及到的热工实验回路具体结构包括反应堆模拟体、蒸汽发生器等设备、以及流量调节装置、流量测量装置等辅助设备，及设备之间通过管道连接。且根据舰船反应堆热工水力试验的需求，可在热工实验回路上增加其他设备，故热工实验设备的具体结构以及连接关系对于本领域技术人员来说是公知，另，变频电机、垂直运动拉索、曲柄连杆结构的具体及其工作原理均为本领域公知的现有技术，此处不再详述。

优选地，所述热工实验回路上连接有热工实验回路支撑杆，热工实验回路支撑杆与固定在地面的支撑架活动连接。

为了增加整个模拟试验回路运行的稳定性，热工实验回路连接有热工实验回路支撑杆，热工实验回路与热工实验回路支撑杆的具体连接关系为：热工实验回路支撑杆焊接在热工实验回路的相对管路上，而连接方式可为焊接；热工实验回路支撑杆的一端末端或两端末端可分别焊接在支撑架上，支撑架固定在地面上，上述热工实验回路、热工实验回路支撑杆、支撑架的连接关系的设置，使起在模拟升潜运动时作为一个整体，能更好的模拟出升潜海洋运动条件。

优选地，所述支撑架包括两根竖直支撑柱和一根水平支撑柱，两根竖直支撑柱的上端之间通过一根水平支撑柱连接。

这里对支撑架的结构进行具体说明，其主要作用是：热工实验回路相对的管道上连接有热工实验回路支撑杆，热工实验回路支撑杆与支撑架固定，支撑架置于地面上，则减少热工实验回路本身结构因素对海洋条件导致船舶核动力装置升潜运动产生竖直方向上附加力场的影响。

优选地，所述热工实验回路支撑杆的两端分别连接有一个滚动轴承，两个滚动轴承分别插入到竖直支撑柱的沟槽内，滚动轴承在竖直支撑柱的沟槽内上下运动。

本技术方案通过在热工实验回路支撑杆的两端设置滚动轴承，滚动轴承插入到竖直支撑柱的沟槽内，且滚动轴承在竖直支撑柱的沟槽内上下运动，则滚动轴承的上下运动即为对热工实验回路受到海洋条件产生的竖直方向上附加力场的模拟结果。

本发明的目的在于：提供模拟热工实验回路在海洋摇摆运动条件附加力场受力装置，包括曲柄连杆结构、热工实验回路、热工实验装置支撑杆、变频电机，曲柄连杆结构的连杆顶端与热工实验回路的底部管道连接，曲柄连杆结构的曲柄与变频电机的输出端连接，变频电机的转动带动带动曲柄连杆结构的曲柄的转动，曲柄的转动转化为曲柄连杆结构的连杆的转动，连杆的转动进而带动热工实验回路作摇摆运动。

具体工作过程为：启动变频电机，变频电机的转动直接输出给曲柄连杆结构的曲柄，曲柄的转动通过曲柄连杆结构本身结构转化为连杆的转动，曲柄连杆结构的连杆转动直接带动热工实验回路的摇摆转动，即可模拟海洋摇摆运动条件下产生的附加力场，从而分析该力场对核反应堆热工水力系统运行特性的影响。

在模拟海洋摇摆运动条件过程中，可通过改变变频电机的转速，实现对不同摇摆加速度的模拟；也可通过改变曲柄连杆结构中曲柄与连杆之间连接杆的长度，可实现不同摇摆幅值的模拟。

优选地，所述热工实验回路上连接有热工实验回路支撑杆，热工实验回路支撑杆的两端延伸并固定在支撑架上，热工实验回路绕热工实验回路支撑杆转动。

优选地，所述支撑架包括两根竖直支撑柱和一根水平支撑柱，水平支撑柱的两端分别与一根竖直支撑柱的顶端连接。

其中，支撑架安装在地面上。

优选地，两根竖直支撑柱上均设有大于等于两个呈纵向分布的通孔组，通孔组由大于等于两个横向排列的通孔构成，通孔为横向贯穿竖直支撑柱的孔体结构；热工实验回路支撑杆位于竖直支撑柱的两排通孔之间，且分别位于两根竖直支撑柱的四个通孔以热工实验回路支撑杆的中心轴呈对称结构，环绕热工实验回路支撑杆的四个通孔通过连接件固定。

本技术方案为对热工实验回路支撑杆在竖直方向上固定的具体方法，具体为：两根竖直支撑柱上之间形成用于固定热工实验回路支撑杆的空腔，空腔的四周通过连接件固定。该连接件的个数可以为多个，且单个连接件同时连接两个竖直支撑柱。

其中形成空腔的方式为：在两根竖直支撑柱均设置贯穿整个柱体的通孔组，通孔组呈纵向排布，通孔组之间的间距相等，通孔组由大于等于两个横向排列的通孔构成，则两个竖直支撑柱上相邻两排通孔组之间围合成的区域即为用于固定热工实验回路支撑杆的区间，在热工实验回路支撑杆四周相邻的四个通孔均采用连接件固定，即完成对热工实验回路支撑杆的固定。

优选地，所述连接件为金属圆销，所述热工实验回路支撑杆为不锈钢棒。

连接件的主要作用是对置于区间内的热工实验回路支撑杆进行竖直方向上的固定，则连接件的具体结构可为直径为9.5mm的金属圆销，个数可根据需要进行调整。

其中，热工实验回路支撑杆的具体结构优选不锈钢棒。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

(1)本技术方案提供一种模拟热工实验回路在海洋升潜和摇摆运动条件产生附加力场受力模拟的装置，均通过曲柄连杆结构将变频电机的转动转化为连杆的转动，通过连杆的转动带动热工实验回路作摇摆运动，完成在海洋摇摆运动条件下产生的附加力场受力模拟；通过曲柄连杆结构的连杆和垂直运动拉索，将垂直运动拉索水平方向的摆动转化为竖直方向的摆动，从而实现热工实验回路受海洋条件产生竖直方向上附加力场的模拟，即实现热工实验回路的升潜运动。

(2)本技术方案提出的两种分别模拟海洋升潜和摇摆运动条件力场的装置，装置结构简单，操作方法易行，功用显著，且相对现有技术采用的海洋条件试验平台，在同样达到模拟条件效果情况下，造价成本降低，操作性加强，且对对应的控制系统、传动系统的精度要求亦降低。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为海洋升潜运动条件产生的附加力场模拟装置结构示意图；

图2为海洋摇摆运动条件产生的附加力场模拟装置结构示意图；

图3为竖直支撑柱的剖面图；

图4为竖直支撑柱的正视图；

其中：1—热工实验回路，2—热工实验回路支撑杆，3—支撑架，4—垂直运动拉索，5—曲柄连杆结构，6—变频电机，7—不锈钢棒，8—滚动轴承，9—竖直支撑柱，10—水平支撑柱。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

如图1、图3所示，模拟热工实验回路在海洋升潜运动条件附加力场受力装置，包括曲柄连杆结构5、变频电机6、垂直运动拉索4，垂直运动拉索4的一端与热工实验回路1的顶部连接，另一端与曲柄连杆结构5的连杆顶端连接，曲柄连杆结构5的曲柄与变频电机6的输出端连接，变频电机6的旋转带动曲柄连杆结构5的曲柄转动，进而转化为曲柄连杆结构5的连杆摆动，再经垂直运动拉索4转换为竖直方向上摆动。

其中，所述热工实验回路1上连接有热工实验回路支撑杆2，热工实验回路支撑杆2与固定在地面的支撑架3活动连接。

其中，所述支撑架3包括两根竖直支撑柱9和一根水平支撑柱10，两根竖直支撑柱9的上端之间通过一根水平支撑柱10连接。

其中，所述热工实验回路支撑杆2的两端分别连接有一个滚动轴承8，两个滚动轴承8分别插入到竖直支撑柱9的沟槽内，滚动轴承8在竖直支撑柱9的沟槽内上下运动。

其中，本实施例所述的热工实验回路支撑杆2为不锈钢棒7。

具体工作过程为：启动变频电机6，变频电机6的旋转带动与曲柄连杆结构5的曲柄转动，然后通过曲柄连柄结构5将曲柄转动变成连杆的摆动，经过垂直运动拉索4将水平方向上的摆动转变为竖直方向上的摆动，从而实现热工回路1受到海洋条件产生竖直方向上附加力场的模拟。通过改变变频电机6的转速，可实现不同升潜加速度的的模拟，通过改变曲柄连杆结构5中曲柄和连杆之间连接杆的长度，可实现不同升潜幅值的模拟。

实施例2：

如图2、图4所示，模拟热工实验回路在海洋摇摆运动条件附加力场受力装置，包括曲柄连杆结构5、热工实验回路1、热工实验装置支撑杆2、变频电机6，曲柄连杆结构5的连杆顶端与热工实验回路1的底部管道连接，曲柄连杆结构5的曲柄与变频电机6的输出端连接，变频电机6的转动带动带动曲柄连杆结构5的曲柄的转动，曲柄的转动转化为曲柄连杆结构5的连杆的转动，连杆的转动进而带动热工实验回路1作摇摆运动。

其中，所述热工实验回路1上连接有热工实验回路支撑杆2，热工实验回路支撑杆2的两端与热工实验回路1的管道连接，且热工实验回路支撑杆2的两端延伸并固定在支撑架3上，热工实验回路1绕热工实验回路支撑杆2转动。

其中，所述支撑架3包括两根竖直支撑柱9和一根水平支撑柱10，水平支撑柱10的两端分别与一根竖直支撑柱9的顶端连接。

其中，所述热工实验回路支撑杆2被固定在两根竖直支撑柱9之间。

其中，两根竖直支撑柱9上均设有大于等于两个呈纵向分布的通孔组，通孔组由大于等于两个横向排列的通孔7构成，通孔7为横向贯穿竖直支撑柱9的孔体结构；热工实验回路支撑杆2位于竖直支撑柱9的两排通孔7之间，且分别位于两根竖直支撑柱9的四个通孔7以热工实验回路支撑杆2的中心轴呈对称结构，环绕热工实验回路支撑杆7的四个通孔7通过连接件固定。

其中，所述连接件为金属圆销10，所述热工实验回路支撑杆2不锈钢棒。

具体工作过程为：启动变频电机6，变频电机6的转动直接输出给曲柄连杆结构5的曲柄，曲柄的转动通过连接杆转化为连杆的转动。曲柄连杆结构5的连杆直接带动热工实验回路1作摇摆运动。通过改变变频电机6的转速，可以实现不同摇摆加速度的模拟。通过改变曲柄连杆结构5中曲柄和连杆之间的连接杆的长度，可以实现不同摇摆幅值的模拟。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.模拟热工实验回路在海洋升潜运动条件附加力场受力装置，其特征在于：包括曲柄连杆结构(5)、变频电机(6)、垂直运动拉索(4)，垂直运动拉索(4)的一端与热工实验回路(1)的顶部连接，另一端与曲柄连杆结构(5)的连杆顶端连接，曲柄连杆结构(5)的曲柄与变频电机(6)的输出端连接，变频电机(6)的旋转带动曲柄连杆结构(5)的曲柄转动，进而转化为曲柄连杆结构(5)的连杆摆动，再经垂直运动拉索(4)转换为竖直方向上摆动。

2.根据权利要求1所述的模拟热工实验回路在海洋升潜运动条件附加力场受力装置，其特征在于：所述热工实验回路(1)上连接有热工实验回路支撑杆(2)，热工实验回路支撑杆(2)与固定在地面的支撑架(3)活动连接。

3.根据权利要求2所述的模拟热工实验回路在海洋升潜运动条件附加力场受力装置，其特征在于：所述支撑架(3)包括两根竖直支撑柱(9)和一根水平支撑柱(10)，两根竖直支撑柱(9)的上端之间通过一根水平支撑柱(10)连接。

4.根据权利要模拟热工实验回路在海洋升潜运动条件附加力场受力装置，其特征在于：所述热工实验回路支撑杆(2)的两端分别连接有一个滚动轴承(8)，两个滚动轴承(8)分别插入到竖直支撑柱(9)的沟槽内，滚动轴承(8)在竖直支撑柱(9)的沟槽内上下运动。

5.模拟热工实验回路在海洋摇摆运动条件附加力场受力装置，其特征在于：包括曲柄连杆结构(5)、热工实验回路(1)、热工实验装置支撑杆(2)、变频电机(6)，曲柄连杆结构(5)的连杆顶端与热工实验回路(1)的底部管道连接，曲柄连杆结构(5)的曲柄与变频电机(6)的输出端连接，变频电机(6)的转动带动带动曲柄连杆结构(5)的曲柄的转动，曲柄的转动转化为曲柄连杆结构(5)的连杆的转动，连杆的转动进而带动热工实验回路(1)作摇摆运动。

6.根据权利要求5所述的模拟热工实验回路在海洋运动条件附加力场受力的装置，其特征在于：所述热工实验回路(1)上连接有热工实验回路支撑杆(2)，热工实验回路支撑杆(2)的两端与热工实验回路(1)的管道连接，且热工实验回路支撑杆(2)的两端延伸并固定在支撑架(3)上，热工实验回路(1)绕热工实验回路支撑杆(2)转动。

7.根据权利要求6所述的模拟热工实验回路在海洋运动条件附加力场受力的装置，其特征在于：所述支撑架(3)包括两根竖直支撑柱(9)和一根水平支撑柱(10)，水平支撑柱(10)的两端分别与一根竖直支撑柱(9)的顶端连接。

8.根据权利要求7所述的模拟热工实验回路在海洋运动条件附加力场受力的装置，其特征在于：所述热工实验回路支撑杆(2)被固定在两根竖直支撑柱(9)之间。

9.根据权利要求8所述的模拟热工实验回路在海洋运动条件附加力场受力的装置，其特征在于：两根竖直支撑柱(9)上均设有大于等于两个呈纵向分布的通孔组，通孔组由大于等于两个横向排列的通孔(7)构成，通孔(7)为横向贯穿竖直支撑柱(9)的孔体结构；热工实验回路支撑杆(2)位于竖直支撑柱(9)的两排通孔(7)之间，且分别位于两根竖直支撑柱(9)的四个通孔(7)以热工实验回路支撑杆(2)的中心轴呈对称结构，环绕热工实验回路支撑杆(7)的四个通孔(7)通过连接件固定。

10.根据权利要求9所述的模拟热工实验回路在海洋运动条件附加力场受力的装置，其特征在于，所述连接件为金属圆销(10)，所述热工实验回路支撑杆(2)为不锈钢棒(7)。