CN109540565A - 一种蒸汽发生器热工水力性能试验模拟体 - Google Patents
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Abstract
本发明属于蒸汽发生器技术领域，具体涉及一种蒸汽发生器热工水力性能试验模拟体。采用较少的管束模拟核电蒸汽发生器原型，为了保证相似性，传热管106直段与原型等高，布置方式与原型相同，只是在径向进行缩比；该模拟体采用下降管组件代替蒸汽发生器原型的环形下降通道，并在下降通道上安装阀门，通过调节阀门开度改变下降管的阻力实现循环倍率精确控制。与现有技术相比较，本发明的试验模拟体为针对模拟核电蒸汽发生器原型的热工水力特性而发明设计的试验装置，能够合理的模拟蒸汽发生器二次侧流场和热工水力性能，实现了小规模管束模拟蒸汽发生器原型的目的，大大降低了成本。
Description
技术领域
本发明属于蒸汽发生器技术领域，具体涉及一种蒸汽发生器热工水力性能试验模拟体。
背景技术
蒸汽发生器是产生汽轮机所需蒸汽的换热设备，在核反应堆中，核裂变产生的热量由冷却剂带出，通过蒸汽发生器将热量传递给二回路工质，使其产生具有一定温度、一定压力和一定干度的蒸汽。此蒸汽再进入汽轮机中做功，转换为电能或机械能。在这个能量转换过程中，蒸汽发生器既是一回路的设备，又是二回路的设备，所以被称为一、二回路的枢纽。在目前国内外的核电厂中，以前者应用更加广泛。蒸汽发生器的可靠性对核电厂的安全性、可靠性和经济效益有重大影响，据压水堆核电厂事故统计显示，蒸汽发生器在核电厂事故中居重要地位。因此，研究与改进蒸汽发生器成为压水堆核电技术完善和提升的重要环节。
蒸汽发生器热工水力性能对于整个核电厂的安全运行和经济性具有重要意义。各种新型蒸汽发生器产品在定型前，均需对其热工水力综合性能进行考核。由于蒸汽发生器制造和考核试验成本很高，为了降低成本需要设计一种蒸汽发生器模拟体用于开展热工水力性能考核试验。
发明内容
本发明的目的在于针对蒸汽发生器热工水力性能考核试验的需求，提供了一种蒸汽发生器热工水力性能试验模拟体，达到以较低成本实现模拟考核核电蒸汽发生器原型热工水力性能的目的。
本发明的技术方案如下：
一种蒸汽发生器热工水力性能试验模拟体，包括下封头组件、管板及管束组件、下筒体组件、上筒体组件、汽水分离组件、干燥器组件、上封头组件、给水组件、传热管内流体温度测量组件及支座组件，所述管板及管束组件中的支撑板数量和布置高度与蒸汽发生器原型相同，支撑板上管廊区与外缘均开有流水孔，流水孔均匀布置且流通面积与梅花孔流通面积相同。
进一步地，所述的管束组件中的传热管采用保证耐压性能前提下加工能力能够达到的最小弯管半径。
进一步地，所述下降管组件的下降管下端进入管束之前连接有环形腔下降通道。
进一步地，所述下降管出口对称布置且与管廊区中心在同一截面，实现流体主要冲刷管束区。
进一步地，所述下降管组件的下降管上安装流量计，测量下降管的流量。
进一步地，所述传热管内流体温度测量组件包括密封元件a、密封元件b、高压法兰和温度传感器，温度传感器贯穿传热管和二次侧筒体两层压力边界，采用密封元件a和密封元件b实现两层压力边界高压密封。
进一步地，所述支撑板上下表面50-100mm处，在管廊区、冷侧、热侧隔90度设置取压管，用于测量支撑板差压。
进一步地，所述支撑板第一块和第三块支撑板以下区域设置有温度测点。
进一步地，所述下封头组件中间设置有一块隔板，隔板四周与管板和下封头全焊接密封，将下封头分为冷侧、热侧两个腔室，这两个腔室各设置一个一次侧进出口接管，一次侧进出口接管直接与系统一回路相连。
进一步地，采用下降管组件代替蒸汽发生器原型的环形下降通道，并在下降通道上安装阀门，通过调节阀门开度改变下降管的阻力实现循环倍率精确控制。
与现有技术相比较，本发明的有益效果在于：
1.本发明的试验模拟体为针对模拟核电蒸汽发生器原型的热工水力特性而发明设计的试验装置，能够合理的模拟蒸汽发生器二次侧流场和热工水力性能，实现了小规模管束模拟蒸汽发生器原型的目的，大大降低了成本。
2.本发明的试验模拟体通过优化支撑板结构，降低了二次侧流体阻力，可实现较高的循环倍率运行。同时通过调节下降管中阀门开度可实现循环倍率连续可调，运行控制精度较高。
3.本发明的试验模拟体，下降管出口对称布置，且与管廊区设置在同一截面，通过在下降管出口管束入口前设置环形腔，能更好的模拟蒸汽发生器原型的管束入口流场。
4.本发明的试验模拟体，设计的传热管内流体温度测量组件实现了温度传感器贯穿传热管和二次侧筒体两层压力边界，达到沿传热管长方向直接测量传热管内流体温度的目的。
附图说明
图1为一种蒸汽发生器热工水力性能试验模拟体示意图；
图2为下降管底部管束入口前环形腔示意图；
图3为支撑板示意图；
图4为传热管内流体温度测量组件示意图；
图中：1.下封头组件；2.管板及管束组件；3.下筒体组件；4.下降管组件；5.上筒体组件；6.汽水分离组件；7.干燥器组件；8.上封头组件；9.给水组件；10.传热管内流体温度测量组件；11.支座组件；
其中，传热管内流体温度测量组件组成如下：101.二次侧筒体；102.密封元件a；103.密封元件b；104.高压法兰；105.温度传感器；106.传热管。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本实施例提供了一种蒸汽发生器热工水力性能试验模拟体，采用较少的管束模拟核电蒸汽发生器原型，为了保证相似性，管板及管束组件6中的传热管106规格尺寸与原型相同，直段与原型等高，布置方式与原型相同，只是管束在径向进行缩比。
该模拟体的结构如图1所示，包括下封头组件1、管板及管束组件2、下筒体组件3、下降管组件4、上筒体组件5、汽水分离组件6、干燥器组件7、上封头组件8、给水组件9、传热管内流体温度测量组件10及支座组件11等部件。其中，传热管内流体温度测量组件10的结构如图4所示，包括：二次侧筒体101、密封元件a102、密封元件b103、高压法兰104、温度传感器105和传热管106。
所述传热管内流体温度测量组件10采用温度传感器105贯穿传热管106和二次侧筒体101两层压力边界，根据需要沿传热管106长度方向布置直接测量。所述的温度传感器105采用密封元件a102和密封元件b103实现两层压力边界高压密封。所述的温度传感器105可以为铠装热电偶。
所述管板及管束组件2采用较少的管束模拟核电蒸汽发生器原型，为了保证相似性，传热管106直段与原型等高，布置方式与原型相同，只是在径向进行缩比。为了便于测量和调节循环倍率，采用下降管代替环形下降通道，并在下降通道上安装阀门，下降管阀门开度连续可调，通过调节开度改变下降管的阻力实现循环倍率精确控制；所述下降管上安装流量计，测量下降管的流量；所述的流量计可以为文丘里流量计，也可以是非接触的超声波流量计。
所述传热管106采用保证耐压性能前提下加工能力能够达到的最小弯管半径，本实施例的管板及管束组件2中的传热管106最小弯管半径为30mm。
所述下降管组件4的下降管下端进入管束之前连接有环形腔下降通道，形状如图2所示；所述的下降管出口对称布置且与管廊区中心在同一截面，实现流体主要冲刷管束区。
所述管板及管束组件2中的支撑板示意如图3所示，所述支撑板数量和布置高度与蒸汽发生器原型相同；所述支撑板上管廊区与外缘均开有流水孔，流水孔均匀布置且流通面积与梅花孔流通面积相同。所述模拟体一、二次侧均布置有温度、压力、差压、流量等测点。
考虑到二次侧流体温度分布特点，所述的模拟体二次侧分为冷侧、热侧和管廊区，冷侧的温度测点主要布置在第三块支撑板以下区域，而热侧的温度测点主要布置在第一块支撑板以下区域。
所述的模拟体每块支撑板上下表面50-100mm处在管廊区、冷侧、热侧隔90度设置取压管测量支撑板差压。所述的差压测量采用差压变送器。
试验体下封头组件1可以是半球形也可以是圆柱形，本实施例采用了半球形封头，半球形封头中间设置有一块隔板。所述的下封头中间隔板四周与下封头和管板全焊接无泄漏。该隔板将下封头分为冷侧、热侧两个腔室。冷、热侧腔室各设置一个一次侧进出口接管，一次侧进出口接管直接与系统一回路相连。
本实施例的蒸汽发生器热工水力性能试验模拟体与原型的设计和运行参数一致。采用该蒸汽发生器热工水力性能试验模拟体能够达到较低的成本实现考核核电蒸汽发生器原型的热工水力性能的目的。
本实施例的试验模拟体通过优化支撑板结构，降低了二次侧流体阻力，可实现较高的循环倍率运行。同时通过调节下降管中阀门开度可实现循环倍率连续可调，运行控制精度较高。
本实施例的试验模拟体，下降管出口对称布置，且与管廊区设置在同一截面，通过在下降管出口管束入口前设置环形腔，能更好的模拟蒸汽发生器原型的管束入口流场。
本实施例的试验模拟体，设计的传热管内流体温度测量组件实现了温度传感器贯穿传热管和二次侧筒体两层压力边界，达到沿传热管长方向直接测量传热管内流体温度的目的。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。倘若这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种蒸汽发生器热工水力性能试验模拟体，包括下封头组件(1)、管板及管束组件(2)、下筒体组件(3)、上筒体组件(5)、汽水分离组件(6)、干燥器组件(7)、上封头组件(8)、给水组件(9)、传热管内流体温度测量组件(10)及支座组件(11)，其特征在于：所述管板及管束组件(2)中的支撑板数量和布置高度与蒸汽发生器原型相同，支撑板上管廊区与外缘均开有流水孔，流水孔均匀布置且流通面积与梅花孔流通面积相同。
2.如权利要求1所述的一种蒸汽发生器热工水力性能试验模拟体，其特征在于：所述的管束组件(2)中的传热管采用保证耐压性能前提下加工能力能够达到的最小弯管半径。
3.如权利要求1或2所述的一种蒸汽发生器热工水力性能试验模拟体，其特征在于：所述下降管组件(4)的下降管下端进入管束之前连接有环形腔下降通道。
4.如权利要求3所述的一种蒸汽发生器热工水力性能试验模拟体，其特征在于：所述下降管出口对称布置且与管廊区中心在同一截面，实现流体主要冲刷管束区。
5.如权利要求3所述的一种蒸汽发生器热工水力性能试验模拟体，其特征在于：所述下降管组件(4)的下降管上安装流量计，测量下降管的流量。
6.如权利要求1或2所述的一种蒸汽发生器热工水力性能试验模拟体，其特征在于：所述传热管内流体温度测量组件(10)包括密封元件a(102)、密封元件b(103)、高压法兰(104)和温度传感器(105)，温度传感器(105)贯穿传热管(106)和二次侧筒体(101)两层压力边界，采用密封元件a(102)和密封元件b(103)实现两层压力边界高压密封。
7.如权利要求7所述的一种蒸汽发生器热工水力性能试验模拟体，其特征在于：所述支撑板上下表面50-100mm处，在管廊区、冷侧、热侧隔90度设置取压管，用于测量支撑板差压。
8.如权利要求6所述的一种蒸汽发生器热工水力性能试验模拟体，其特征在于：所述支撑板第一块和第三块支撑板以下区域设置有温度测点。
9.如权利要求1或2所述的一种蒸汽发生器热工水力性能试验模拟体，其特征在于：所述下封头组件(1)中间设置有一块隔板，将下封头分为冷侧、热侧两个腔室，这两个腔室各设置一个一次侧进出口接管，一次侧进出口接管直接与系统一回路相连。
10.如权利要求1或2所述的一种蒸汽发生器热工水力性能试验模拟体，其特征在于：所述采用下降管组件(4)代替蒸汽发生器原型的环形下降通道，并在下降通道上安装阀门，通过调节阀门开度改变下降管的阻力实现循环倍率精确控制。
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