CN107631848A - 一种蒸汽发生器传热管束流致振动试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种蒸汽发生器传热管束流致振动试验装置，包括试验段和系统回路：试验段由传热管、测量传感器、支承板或抗振条、矩形通道和出入口接头组成；系统回路由换热器、离心泵、电动调节阀、手动调节阀、温度传感器、压力传感器和流量计组成。本试验装置能够得到不同流动工况、不同传热管束排布方式、不同传热管束支承方式、以及不同抗振条‑传热管间隙下的传热管流致振动参数，包括振动幅度、振动加速度和振动频率等，这对于研究蒸汽发生器传热管流致振动机理提供了重要信息，同时能为蒸汽发生器传热管工程设计提供依据。

Description

一种蒸汽发生器传热管束流致振动试验装置

技术领域

本发明属于核电站蒸汽发生器安全技术领域，具体地，涉及一种蒸汽发生器传热管束流致振动试验装置。

背景技术

蒸汽发生器是压水堆核电站一回路主设备，是连接一、二回路的枢纽，蒸汽发生器传热管面积占一回路承压边界面积的80％左右，传热管壁厚一般为1—1.2mm，是整个一回路压力边界中最薄弱的部分。传热管长期受到二次侧给水及汽水混合物的冲刷作用，存在发生流致振动失效的风险。蒸汽发生器传热管流致振动主要有三种机理：漩涡脱落、湍流激励和流弹失稳。其中流弹失稳对传热管的破坏最为严重，一旦发生，即一旦横向流的有效流速达到临界流速，将使传热管在较短时间内迅速发生泄漏失效，影响设备安全。通常，蒸汽发生器直管束区支承板和倒U形管束区布置的抗振条能够有效避免传热管发生大幅振动，但流致振动导致的传热管磨损和破裂依然是蒸汽发生器常见的潜在失效风险之一。因此，有必要对传热管开展流致振动机理试验研究，改进蒸汽发生器设计，避免此类事故的发生。

专利“CN103592094 A一种流致管束振动实验装置”中仅采用支承板支承管束，而核电站中蒸汽发生器传热管束的支承形式还包括抗振条支承，且抗振条与传热管间隙设置合理与否直接影响着临界流速。因此，为了全面了解蒸汽发生器传热管束流致振动现象，有必要对不同抗振条-传热管间隙下的传热管流致振动现象也进行机理性研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种蒸汽发生器传热管束流致振动试验装置，解决现有技术中流致振动试验时传热管束支承方式单一，无法对传热管束其它支承形式及关键影响参数(如间隙、多跨激振及方向调整等)进行调整的缺点。

为达到上述目的，本发明提供一种蒸汽发生器传热管束流致振动试验装置，一种蒸汽发生器传热管束流致振动试验装置，其特征在于,包括：试验段，其包括传热管、加速度传感器、支承板或抗振条、矩形通道和出入口接头；

其中所述传热管呈一定排布方式(如三角形或矩形等)排布于所述矩形通道内；所述传热管为有一定壁厚的中空管；所述测量传感器设置于所述传热管的内部或外部；所述支承板或抗振条经配置用于为传热管提供支承；所述矩形通道的两侧壁分别设有两个所述出入口接头；及

系统回路，其包括换热器、离心泵、电动调节阀、手动调节阀、温度传感器、压力传感器和流量计；

其中，所述离心泵、所述试验段和所述换热器之间通过管道相连接，以形成系统主回路，所述换热器的热端进口与所述试验段的出口相连接，所述换热器的热端出口与所述离心泵的入口相连接，所述离心泵的出口分为三个支路，所述三个支路分别与所述试验段的三个出入口相连接，所述试验段的两个出口与所述离心泵的入口通过管道直接相连接，所述流量计分别设置在所述试验段的三个出入口支路上，所述调节阀设置在所述系统主回路和所述试验段的出入口支路上。

优选地，所述传热管经配置成不同数量和不同排布方式。

优选地，所述试验段经配置以实现单向横流振动试验和双向横流振动试验，其中，所述试验段在实现单向横流振动试验时，经配置以实现只有一组出入口打开以及两组出入口同时打开但流体沿同一方向流动；所述试验段在实现双向横流振动试验时，经配置以实现两组出入口同时打开，且流体横掠所述传热管形成对冲。

优选地，所述试验段经配置以实现所述支承板或抗振条支承传热管束以及支承板或抗振条与传热管之间的间隙不同的支承情况下的传热管流致振动试验。

附图说明

此处说明的附图用于提供对本发明的详细描述，通过阅读参照以下附图，本发明的其他特征、目的和优点将会变得更明显。

图1是本发明一种蒸汽发生器传热管束流致振动试验装置的示意图；

其中，1-换热器，2-离心泵，3、4、5-流量计，6-试验段，7、8-温度传感器，9、10-压力传感器，①-传热管，②-测量传感器，③-支承板或抗振条，④-矩形通道，⑤-入口接头，⑥-出口接头，E1-E7-电动调节阀，M1-M7-手动调节阀。

图2是传热管在支承板支承时的布置示意图。

图3是传热管在抗振条支承时的布置示意图。

图4是抗振条固定方式示意图；

其中，⑦-螺杆，⑧-金属块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行说明，以下实施例将有助于本领

域技术人员进一步理解本发明。

本发明提供了一种蒸汽发生器传热管束流致振动试验装置，图1为蒸汽发生器传热管束流致振动试验装置的示意图。如图1所示，该试验装置主要包括试验段和系统回路。试验段由传热管、加速度传感器、支承板或抗振条、矩形通道和出入口接头组成；系统回路由换热器、离心泵、电动调节阀、手动调节阀、温度传感器、压力传感器和流量计组成。

利用本试验装置进行传热管流致振动试验的具体过程为：

(一)采用支承板支承传热管束时，

1.根据试验需要，在试验段矩形通道内安装传热管束，传热管束排布方式可根据需要调整，如单排多根和多排多根排布等。将加速度传感器装入待测传热管内部的指定位置；

2.连接并检查系统回路，开启系统回路中所有调节阀，开启离心泵，流体从试验件出来后回到离心泵入口，构成循环；

3.当进行单向横流振动试验，且试验段只需要一组出入口打开时，关闭调节阀E1、M1、E3、M3，试验段只有一个入口有流体进入；

4.当进行单向横流振动试验，且试验段需要两组出入口都打开时，关闭调节阀E1、M1、E5，打开调节阀E2、M2、E3、M3、E4，试验段两个入口均有流体进入，且流体沿同一方向流动；

5.根据试验工况需要，通过调节离心泵2、阀门M5和E7，控制进入试验段的流体流量，通过调节换热器1控制进入试验段的流体温度；

6.通过采集系统得到试验段流体流量、温度、压力和特定传热管的振动反应参数；

7.当进行双向横流振动试验时，打开调节阀E1、M1、E5，关闭调节阀E3、M3、E4，试验段两个入口均有流体进入，且流体横掠传热管形成对冲；

8.重复上述步骤5—7，可得到双向横流振动试验时传热管振动反应参数。

(二)采用抗振条支承传热管束时，

1.在试验段矩形通道内安装传热管，调整每根传热管与抗振条间隙至试验要求值，如首先将抗振条-传热管间隙调为0mm，如图3所示，将加速度传感器装入待测传热管内部的指定位置；

2.根据试验需要重复(一)中步骤2—8，得到不同流动工况、不同传热管束排布方式下的传热管流致振动试验测量数据。

3.抗振条通过螺杆固定在试验段矩形通道内，如图4所示。抗振条之间放置金属块，改变抗振条和金属块各自的厚度，即可调整抗振条与传热管间的间隙，进而测试不同抗振条-传热管间隙下的传热管流致振动响应数据。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要说明的是，本发明并不局限于上述特定结构及实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (4)

1.一种蒸汽发生器传热管束流致振动试验装置，其特征在于,包括：

试验段，其包括传热管、测量传感器、支承板或抗振条、矩形通道和出入口接头；

其中所述传热管位于所述矩形通道内，按包括但不限于三角形、矩形的排布方式排布其中；所述传热管为有一定壁厚的中空管；所述测量传感器设置于所述传热管的内部或外部，用于测量包括但不限于加速度的物理量；所述支承板或抗振条经配置用于为传热管提供支承；所述矩形通道的两侧壁分别设有两个所述出入口接头；及

系统回路，其包括换热器、离心泵、电动调节阀、手动调节阀、温度传感器、压力传感器和流量计；

其中，所述离心泵、所述试验段和所述换热器之间通过管道相连接，以形成系统主回路，所述换热器的热端进口与所述试验段的出口相连接，所述换热器的热端出口与所述离心泵的入口相连接，所述离心泵的出口分为三个支路，所述三个支路分别与所述试验段的三个出入口相连接，所述试验段的两个出口与所述离心泵的入口通过管道直接相连接，所述流量计分别设置在所述试验段的三个出入口支路上，所述调节阀设置在所述系统主回路和所述试验段的出入口支路上。

2.根据权利要求1所述的蒸汽发生器传热管束流致振动试验装置，其特征在于，所述传热管经配置成不同数量和不同排布方式。

3.根据权利要求1所述的蒸汽发生器传热管束流致振动试验装置，其特征在于，所述试验段经配置以实现单向横流振动试验和双向横流振动试验，其中，所述试验段在实现单向横流振动试验时，经配置以实现只有一组出入口打开以及两组出入口同时打开但流体沿同一方向流动；所述试验段在实现双向横流振动试验时，经配置以实现两组出入口同时打开，且流体横掠所述传热管形成对冲。

4.根据权利要求1所述的蒸汽发生器传热管束流致振动试验装置，其特征在于，所述试验段经配置以实现所述支承板或抗振条支承传热管束以及支承板或抗振条与传热管之间的间隙不同的支承情况下的传热管流致振动试验。