CN108955796A - 一种子通道流量取样装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种子通道流量取样装置，该装置包括引压管、取样流道上封盖、取样段出口接管、圆形截面取样流道、柔性波纹管、上腔室、上腔室出口接管、取样流道下封盖，取样探头、可视化管段以及调节装置。其中，取样探头下端侧面开孔焊接引压管，用于测量内部子通道及相邻子通道的静压；圆形截面取样流道穿过上腔室顶部通过柔性波纹管与上腔室相连；上腔室下端连接可视化管段，用于观察校准取样探头位置；调节装置可实现取样探头位置调节；取样装置通过可视化段与棒束试验段相连，通过取样段出口接管和上腔室出口接管与试验管道系统相连。上述装置整体结构简单易加工，为棒束子通道流动特性研究提供了流量取样方案；本发明还提供该取样装置的使用方法。

Description

一种子通道流量取样装置及方法

技术领域

本发明属于取样技术领域，具体涉及一种子通道流量取样装置及方法。

技术背景

典型的压水堆、液态金属反应堆、超临界水堆等等反应堆堆芯由上百个燃料组件组成，每个燃料组件又由上百个燃料元件组成，在堆芯的初步热工设计中，普遍采用单通道模型模拟单个组件，在单通道模型中把所要计算的通道看作是孤立的封闭的，在整个堆芯高度上不考虑与其他通道之间质量、动量和能量的交换。为了使计算更符合实际情况，开发了更为先进的子通道模型。在子通道模型分析工作之前需要划分子通道，子通道的划分是人为规定的，通常把一个燃料组件内部由相邻几根燃料棒围成的冷却剂通道作为一个子通道，组件周边则是相邻燃料棒和组件边界线组成的冷却剂通道作为一个子通道。采用子通道模型是为了使堆芯热工计算更加精确，以便发掘反应堆的经济潜力。在子通道分析中需要使用精确的阻力系数模型和流量分配模型开展计算，因此需要开展大量的流动特性试验研究。在组件流动特性试验中，子通道的流量测量是必不可少的一个环节。本发明正是基于此开发了一种子通道流量取样装置及方法。现有的子通道流量取样技术仍然存在一些缺点和不足，如毕托管、热线测速仪等侵入式流速测量手段来测量流速，对组件出口流场产生影响，很难保证测量结果的准确度；如非接触式测量方法PIV，仅能测量棒束间距较大不影响激光传播且没有绕丝的棒束组件通道，所测的试验段模型均需经过一定程度的简化以配合测量设备使用，同时对试验管道棒束材料以及试验工质的折射率有很高的要求，实现难度大。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种子通道流量取样装置及方法，该装置可以合理测量棒束组件出口各子通道的流量，进而为单个组件内流动特性试验研究提供支撑。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种子通道流量取样装置，所述流量取样装置是基于等动力学取样原理，包括位于整个流量取样装置下部位置用于引出子通道流量的取样探头9，位于取样探头9内部与取样探头内管壁焊接的引压管1；所述引压管1由取样探头9内部引出穿过圆形截面取样流道4的取样探头下封盖8，经圆形截面取样流道4贯穿取样流道上封盖2与测压装置相连；所述的圆形截面取样流道4上端侧面连接取样段出口接管3，下端连接取样探头9；圆形截面取样流道4及取样探头9穿过上腔室6顶部，与上腔室6通过柔性波纹管5相连，实现流量取样装置的密封及可移动性；上腔室6下部通过法兰连接可视化管段10，可视化管段10用于观察校准取样探头9的位置；上腔室6侧面连接上腔室出口接管7，且通过顶部法兰与调节装置11的基座相连，实现整个取样装置的固定；所述圆形截面取样流道4与调节装置11的调节杆相连，配合柔性波纹管5实现取样探头9在棒束试验段出口截面的任意位置调节；所述可视化管段10与棒束试验段相连，取样段出口接管3和上腔室出口接管7与整个试验管道系统相连接。

所述取样探头9由两端封闭的管子和薄板焊接而成，管子下端侧面开孔，开孔数量与引压管1数量相同，管子的直径同待测棒束试验段中棒的直径相同，取样探头9流道的横截面与待测子通道流通截面完全相同，取样探头的几何结构根据待测棒束子通道几何形状进行设计。

所述引压管1的数量与待测子通道及其相邻子通道的数量之和相同，引压管1下部位于取样探头9内部，与取样探头9下端侧面开孔焊接，开孔中心点距取样探头9底部高度由引压管1外半径决定，开孔朝向保证引压管1能够测得待测子通道及其所有相邻子通道出口压力，具体布置根据待测棒束试验段的几何进行设计。

所述的取样段出口接管3和上腔室出口接管7均通过调节阀与整个试验管道系统相连，通过调节两个阀门开度保证待测子通道出口平面压力满足等动力学取样条件。

所述可视化管段10流通截面同待测棒束通道外套管一致，待测棒束上端伸入可视化段，用于观察取样探头9是否与被测子通道对齐。

上述的一种子通道流量取样装置的试验方法，对子通道进行流量取样时，通过调节装置11移动取样探头9到被测子通道上方，使取样探头和被测子通道完全对接；通过调节取样段出口接管3和上腔室出口接管7相连的调节阀保证被测子通道和相邻子通道压差满足等动力学条件；通过安装在与取样段出口接管3相连的试验管道上的流量计实现子通道流量测量。完成一个子通道流量取样之后，通过调节装置11移动取样探头9对其他子通道进行连续地取样测量，为棒束子通道流量分配机理研究以及子通道内的流动特性分析提供支撑。

和现有技术相比较，本发明具备如下优点：

1、本发明的取样装置，为针对反应堆堆芯组件子通道几何特点而发明的流量取样装置，能够合理地测量单个组件各子通道出口流量，整体结构简单，容易加工，操作方便，成本低廉。

2、本发明的取样装置基于等动力学取样原理，通过调节阀门开度控制被测子通道与相邻子通道出口静压一致的方法，消除了取样探头侵入对组件出口流量的影响，能够更准确的测量子通道的流量。

3、本发明的取样装置配有调节装置和可视化段，易于移动对准取样探头的位置，保证试验容易操作可实现子通道出口流量在线连续测量。

4、本发明的取样装置核心部件是取样探头，该部件可根据具体子通道的形状进行替换，具体的取样探头尺寸参照组件几何形状设计确定。

5、本发明的取样装置，无论待测组件是否存在绕丝，均可针对任意几何排布任意棒间距的组件进行子通道流量测量，无需对棒束试验段模型简化，能够获得更加准确的出口流量分配数据，为堆芯组件设计及热工分析计算提供支撑。

附图说明

图1为本发明一种子通道流量取样装置的整体结构示意图；

如图1所示，1为引压管，2为取样流道上封盖，3为取样段出口接管，4为圆形截面取样流道，5为柔性波纹管，6为上腔室，7为上腔室出口接管，8为取样流道下封盖，9为取样探头，10为可视化管段，11为调节装置。

图2为本发明一种子通道流量取样装置针对正方形组件的三种类型取样探头横截面示意图，其中图2a为内子通道取样探头，图2b为边子通道取样探头，图2c为角子通道取样探头。

图3为本发明一种子通道流量取样装置针对六边形组件的三种类型取样探头横截面示意图，其中图3a为内子通道取样探头，图3b为边子通道取样探头，图3c为角子通道取样探头。

图4为本发明一种子通道流量取样装置针对六边形组件的三种类型取样探头结构示意图，其中图4a为内子通道取样探头，图4b为边子通道取样探头，图4c为角子通道取样探头。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细的说明：

如图1所示，本发明一种子通道流量取样装置，所述流量取样装置是基于等动力学取样原理，包括引压管1，取样流道上封盖2，取样段出口接管3，圆形截面取样流道4，柔性波纹管5，上腔室6，上腔室出口接管7，取样流道下封盖8，取样探头9，可视化管段10，调节装置11。

所述取样探头9位于整个流量取样装置下部位置用于引出子通道流量，引压管1位于取样探头9内部与取样探头内管壁焊接；所述引压管1由取样探头9内部引出穿过圆形截面取样流道4的取样流道下封盖8，经圆形截面取样流道4贯穿取样流道上封盖2与测压装置相连；所述的圆形截面取样流道4上端侧面连接取样段出口接管3，下端连接取样探头9；圆形截面取样流道4及取样探头9穿过上腔室6顶部，与上腔室6通过柔性波纹管5相连，实现流量取样装置的密封及可移动性；上腔室6下部通过法兰连接可视化管段10，起到观察校准取样探头9位置的作用；上腔室6侧面连接上腔室出口接管7，且通过顶部法兰与调节装置11的基座相连，实现整个取样装置的固定；所述圆形截面取样流道4与调节装置11的调节杆相连，配合柔性波纹管5实现取样探头9在棒束试验段出口截面的任意位置调节。所述可视化管段10与待测棒束试验段相连，取样段出口接管3和上腔室出口接管7与整个试验管道系统相连接。

如图2、图3和图4所示，所述取样探头9由两端封闭的管子和1mm厚薄板焊接而成，测量内子通道流量时采用内子通道探头，测量边子通道流量时采用边子通道探头，测量角子通道流量时采用角子通道探头；当子通道流量取样装置针对正方形组件时，如图2a所示，内子通道探头由四根管子和四片薄板焊接而成，如图2b所示，边子通道探头由两根管子、两片薄板(其中一片弯折)焊接而成，如图2c所示，角子通道探头由一根管子和一片弯折的薄板焊接而成；当子通道流量取样装置针对六边形组件时，如图3a、图4a所示，内子通道探头由三根管子和三片薄板焊接而成，如图3b、图4b所示，边子通道探头由两根管子和两片薄板(其中一片弯折)焊接而成，如图3c、图4c所示，角子通道探头由一根管子和一片弯折的薄板焊接而成；取样探头管子下端侧面开2mm的孔，开孔数量与待测子通道及其相邻子通道的数量之和相同，一个孔朝向待测子通道，其余孔朝向相邻子通道；取样探头管子的直径同待测棒束试验段中棒的直径相同，薄板弯折的形状需要保证与管子焊接后围成的流道的横截面即取样探头9的流道横截面与待测子通道流通截面形状完全相同，取样探头9的几何结构根据待测棒束子通道几何形状进行设计。

所述引压管1的数量与待测子通道及其相邻子通道的数量之和相同，引压管1下端与取样探头9下端侧面开孔焊接，开孔中心点距取样探头9底部高度由引压管1的外半径决定，开孔位置尽可能低，开孔朝向保证引压管1能够获得待测子通道及其所有相邻子通道出口压力，具体布置根据待测棒束试验段的几何进行设计。

所述的取样段出口接管3和上腔室出口接管7通过调节阀与整个试验管道系统相连，通过调节两个阀门开度保证待测子通道出口平面压力满足等动力学取样条件。

所述可视化管段10流通截面同待测棒束通道外套管一致，被测棒束顶端部分伸入可视化段，用于观察取样探头是否与被测子通道对齐。

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)

1.一种子通道流量取样装置，其特征在于：所述流量取样装置是基于等动力学取样原理，包括位于整个流量取样装置下部位置用于引出子通道流量的取样探头(9)，位于取样探头(9)内部与取样探头内管壁焊接的引压管(1)；所述引压管(1)由取样探头(9)内部引出穿过圆形截面取样流道(4)的取样流道下封盖(8)，经圆形截面取样流道(4)贯穿取样流道上封盖(2)与测压装置相连；所述的圆形截面取样流道(4)上端侧面连接取样段出口接管(3)，下端连接取样探头(9)；圆形截面取样流道(4)及取样探头(9)穿过上腔室(6)顶部，与上腔室(6)通过柔性波纹管(5)相连，实现流量取样装置的密封及可移动性；上腔室(6)下部通过法兰连接可视化管段(10)，可视化管段(10)用于观察校准取样探头(9)的位置；上腔室(6)侧面连接上腔室出口接管(7)，且通过顶部法兰与调节装置(11)的基座相连，实现整个取样装置的固定；所述圆形截面取样流道(4)与调节装置(11)的调节杆相连，配合柔性波纹管(5)实现取样探头(9)在棒束试验段出口截面的任意位置调节；所述可视化管段(10)与棒束试验段相连，取样段出口接管(3)和上腔室出口接管(7)与整个试验管道系统相连接。

2.根据权利要求1所述的一种子通道流量取样装置，其特征在于：所述取样探头(9)由两端封闭的管子和薄板焊接而成，管子下端侧面开孔，开孔数量与引压管(1)数量相同，管子的直径同待测棒束试验段中棒的直径相同，取样探头(9)流道的横截面与待测子通道流通截面完全相同，取样探头(9)的几何结构根据待测棒束子通道几何形状进行设计。

3.根据权利要求1所述的一种子通道流量取样装置，其特征在于：所述引压管(1)的数量与待测子通道及其相邻子通道的数量之和相同，引压管(1)下部位于取样探头(9)内部，与取样探头(9)下端侧面开孔焊接，开孔中心点距取样探头(9)底部高度由引压管(1)外半径决定，开孔朝向须保证引压管(1)能够测得待测子通道及其所有相邻子通道出口压力，具体布置根据待测棒束试验段的几何进行设计。

4.根据权利要求1所述的一种子通道流量取样装置，其特征在于：所述的取样段出口接管(3)和上腔室出口接管(7)通过调节阀与整个试验管道系统相连，通过调节两个阀门开度保证待测子通道出口平面满足等动力学取样条件。

5.根据权利要求1所述的一种子通道流量取样装置，其特征在于：所述可视化管段(10)流通截面同待测棒束通道外套管一致，待测棒束上端伸入可视化段，用于观察取样探头(9)是否与被测子通道对齐。

6.权利要求1至5任一项所述的一种子通道流量取样装置的试验方法，其特征在于：对子通道进行流量取样时，通过调节装置(11)移动取样探头(9)到被测子通道上方，使取样探头(9)和被测子通道完全对接；通过调节取样段出口接管(3)和上腔室出口接管(7)相连的调节阀保证被测子通道和相邻子通道压差满足等动力学条件；通过安装在与取样段出口接管(3)相连的试验管道上的流量计实现子通道流量测量；完成一个子通道流量取样之后，通过调节装置(11)移动取样探头(9)对其他子通道进行连续地取样测量，为棒束子通道流量分配机理研究以及子通道内的流动特性分析提供支撑。