CN110895975A - 一种适用于海洋核动力平台的稳压器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于海洋核动力平台的稳压器，包括筒状的稳压器主体，稳压器主体包括上部蒸汽空间和下部水空间，上部蒸汽空间的顶部组设有喷雾组件，下部水空间内组设有电加热组件，其特征在于，稳压器主体内组设有液位测量装置，液位测量装置包括：第一参考管；第二参考管，其与第一参考管均穿设于稳压器主体的底部，并竖直延伸至上部蒸汽空间，第二参考管与第一参考管之间存在高度差；零水位管，其穿设于稳压器主体底部，零水位管包容于下部水空间；测压装置，其用于测量第一参考管、第二参考管和零水位管底部的压强。

Description

一种适用于海洋核动力平台的稳压器

技术领域

本发明涉及核动力主冷却系统技术领域，具体涉及一种适用于海洋核动力平台的稳压器。

背景技术

稳压器作为控制反应堆冷却剂系统压力变化的重要设备。在反应堆启堆、停堆、稳态运行、正常功率变化及各种事故工况下，具有压力调节与压力保护功能。其中在反应堆启堆、停堆、稳态运行与正常功率变化工况下起压力调节作用，具体工作原理是：当稳压器内蒸汽空间压力低于规定值时，按照控制系统的设计，电加热元件通电运行，加热水空间并使部分水蒸发进入上部蒸汽空间，使得压力值恢复到规定值；当稳压器内压力升高超过规定值时，由喷淋头喷入冷水，将稳压器内的部分蒸汽冷凝，使其压力降至规定值。

海上小型堆运行时，在环境载荷(如风浪流)的作用下，船舶发生摇晃导致稳压器汽水分离面发生晃荡。晃荡引起的局部冲击载荷对稳压器内壁面造成冲击，降低设备强度和稳定性。液体晃荡时，电加热器容易裸露干烧而损坏，降低稳压器的安全可靠性；晃荡剧烈时，严重影响水位测量结果，易造成误报警导致紧急停堆，影响反应堆的安全及船舶的适航性。

目前陆上核电站的稳压器技术成熟，但稳压器体积庞大，且其结构主要是针对陆上核电站系统要求配套设计，陆上核电站稳压器采用外水位测量方案，在摇摆、倾斜和起伏情况下无法测量稳压器内液位，在海洋摇摆、倾斜和起伏环境条件下，不能准确测量稳压器内液体的液位。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种适用于海洋核动力平台的稳压器，在海洋摇摆、倾斜和起伏环境条件下，能准确测量稳压器内液体的液位。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种适用于海洋核动力平台的稳压器，包括筒状的稳压器主体，所述稳压器主体包括上部蒸汽空间和下部水空间，所述上部蒸汽空间的顶部组设有喷雾组件，所述下部水空间内设有电加热组件，所述稳压器主体内设有液位测量装置，所述液位测量装置包括：

第一参考管；

第二参考管，其与所述第一参考管均穿设于所述稳压器主体的底部，并竖直延伸至所述上部蒸汽空间，所述第二参考管与所述第一参考管之间存在高度差；

零水位管，其穿设于所述稳压器主体底部，所述零水位管包容于所述下部水空间；

测压装置，其用于测量所述第一参考管、第二参考管和零水位管底部的压强。

在上述技术方案的基础上，所述第一参考管高于所述第二参考管，且所述第一参考管与所述第二参考管并列设置，所述液位测量装置还包括补水组件，所述补水组件包括：

上水杯，所述上水杯设于所述第一参考管的顶部；

下水杯，所述下水杯与所述上水杯间隔设置于所述第一参考管上，且所述下水杯包括补水管，所述补水管位于所述第二参考管正上方并用于给所述第二参考管补水。

在上述技术方案的基础上，所述电加热组件横向插设于所述下部水空间，且所述电加热组件包括：

电加热筒体，所述电加热筒体套设于所述下部水空间；

电加热元件，所述电加热元件水平插设于所述电加热筒体的两端；

保护罩，所述保护罩可拆卸设于所述电加热筒体的两端，且所述保护罩罩设于所述电加热元件。

在上述技术方案的基础上，所述稳压器主体包括防摇减震支座，所述防摇减震支座间隔设于所述上部蒸汽空间的外表面圆周方向。

在上述技术方案的基础上，所述防摇减震支座包括：

托架；

滑板，所述滑板一侧与所述上部蒸汽空间的外表面相连，且所述滑板与所述托架的两侧相连，其另一侧与所述托架之间通过弹性件相连，所述滑板可压缩所述弹性件并沿所述托架运动。

在上述技术方案的基础上，所述稳压器主体内套设有热屏蔽筒体，所述热屏蔽筒体设于所述上部蒸汽空间，且所述热屏蔽筒体与所述上部蒸汽空间的内壁之间留有空隙。

在上述技术方案的基础上，所述稳压器主体包括上封头，所述上封头设于所述稳压器主体的顶部，且所述上封头上设有人孔密封组件，所述人孔密封组件包括：

人孔盖，所述人孔盖的四周通过紧固件与所述上封头相连；

密封板，所述密封板设于所述人孔盖的底部，所述密封板的四周与所述上封头通过紧固件相连，且所述密封板的四周与所述上封头之间设有定位螺栓和密封垫。

在上述技术方案的基础上，所述稳压器主体包括下封头，所述下封头设于所述稳压器主体底部，所述下封头的底部连接有筒状裙座。

本发明还提供一种计算上述的稳压器的液位的方法，其包括如下步骤：

测量所述第一参考管、第二参考管和零水位管底部的压强；

按照公式

或公式

计算稳压器主体的液位；

其中，H为稳压器主体内的液位值，Ha为第一参考管的高度，Hc为第二参考管的高度，ΔP1为第一参考管与零水位管的压强差，ΔP2为第二参考管与零水位管的压强差，Δh为第一参考管与第二参考管的高度差，ΔP为第一参考管与第二参考管的压强差。

本发明还提供一种稳压器液位测量系统，包括：

至少一个上述的稳压器；

计算模块，所述计算模块与所述测压装置相连，所述计算模块预设有液位计算公式：

和

其中，H为稳压器主体内的液位值，Ha为第一参考管的高度，Hc为第二参考管的高度，ΔP1为第一参考管与零水位管的压强差，ΔP2为第二参考管与零水位管的压强差，Δh为第一参考管与第二参考管的高度差，ΔP为第一参考管与第二参考管的压强差。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的一种适用于海洋核动力平台的稳压器，稳压器内的液位测量装置的三个管子的底部在同一水平线上，且零水位管设于稳压器主体的底部，可根据水位测量装置测得的压强计算出稳压器主体内的液位高度，但是在海洋摇摆、倾斜和起伏环境条件下，稳压器主体的摇摆角度和容器内液、汽密度对稳压器主体内的液位高度均有影响，设置两个参考管根据两个参考管之间的高度差、压强差、以及两个参考管与零水位管之间的压强差可消除稳压器主体的摇摆角度和容器内液、汽密度对稳压器主体内的液位高度的影响。两个参考管的高度已知，通过测压装置测量参考管顶端和底端的压强，通过顶端和底端的压强差计算出参考管的长度，按照公式

或公式

计算出稳压器主体的液位。稳压器主体的摇摆角度和容器内液、汽密度对稳压器主体内的液位高度均没有影响，因此在海洋摇摆、倾斜和起伏环境条件下，能准确测量稳压器主体内液体的液位。

附图说明

图1为本发明实施例中一种适用于海洋核动力平台的稳压器的结构示意图；

图2为图1中A处的局部放大图；

图3为本发明实施例中上封头的结构示意图；

图4为本发明实施例中防摇减震支座的主视图；

图5为本发明实施例中防摇减震支座的俯视图；

图6为本发明实施例中稳压器内液位测量方法的原理图。

图中：1-稳压器主体，10-上部蒸汽空间，11-下部水空间，12-喷雾组件，13-电加热组件，130-电加热筒体，131-电加热元件，132-保护罩，14-液位测量装置，140-第一参考管，141-第二参考管，142-零水位管，143-补水组件，1430-上水杯，1431-下水杯，14310-补水管，15-防摇减震支座，150-托架，151-滑板，152-弹性件，16-热屏蔽筒体，17-上封头，18-人孔密封组件，180-人孔盖，181-紧固件，182-密封板，183-定位螺栓，184-密封垫，19-下封头，20-筒状裙座。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

参见图1所示，本发明实施例提供一种适用于海洋核动力平台的稳压器，包括稳压器主体1，稳压器主体1包括上部蒸汽空间10和下部水空间11，上部蒸汽空间10的顶部组设有喷雾组件12，下部水空间11内组设有电加热组件13，当压力下降时，系统会自动启动电加热组件13，以增加蒸汽；在压力上升时，稳压器顶的部喷雾组件12会喷水，把蒸汽凝成水，以降低压力，便可调节稳压器内的水位与及控制一回路的压力，以确保稳压器在反应堆功率变化或瞬态情况下，能够正常运作。稳压器主体1内组设有液位测量装置14，液位测量装置14包括：第一参考管140；第二参考管141，其与第一参考管140均穿设于稳压器主体1的底部，并竖直延伸至上部蒸汽空间10，第二参考管141与第一参考管140之间存在高度差；零水位管142，其穿设于稳压器主体1底部，零水位管142包容于下部水空间11；测压装置，其用于测量第一参考管140、第二参考管141和零水位管142底部的压强。三个管子的底部在同一水平线上，且零水位管142设于稳压器主体1的中部，可根据零水位管142的压强计算出稳压器内的液位高度，但是在海洋摇摆、倾斜和起伏环境条件下，稳压器的摇摆角度和容器内液、汽密度对稳压器内的液位高度均有影响，设置两个参考管根据两个参考管之间的高度差、压强差、以及两个参考管与零水位管142之间的压强差可消除稳压器的摇摆角度和容器内液、汽密度对稳压器内的液位高度的影响。两个参考管的高度已知或者通过测压装置测量参考管顶端和底端的压强，通过顶端和底端的压强差计算出参考管的长度，按照公式

或公式

计算出稳压器的液位。其中，H为稳压器内的液位值，Ha为第一参考管140的高度，Hc为第二参考管141的高度，ΔP1为第一参考管140与零水位管142的压强差，ΔP2为第二参考管141与零水位管142的压强差，Δh为第一参考管140与第二参考管141的高度差，ΔP为第一参考管140与第二参考管141的压强差。稳压器的摇摆角度和容器内液、汽密度对稳压器内的液位高度均没有影响，因此在海洋摇摆、倾斜和起伏环境条件下，能准确测量稳压器内液体的液位。

参见图1和图2所示，第一参考管140高于第二参考管141，且第一参考管140与第二参考管141并列设置，第一参考管140与第二参考管141之间形成高度差，液位测量装置14还包括补水组件143，补水组件143包括：上水杯1430，上水杯1430设于第一参考管140的顶部，上水杯1430用于给第一参考管140补水，保证第一参考管140内一直处于满水状态，这样测得的第一参考管140底部的压强直接与第一参考管140的高度成正比；下水杯1431，下水杯1431与上水杯1430间隔设置于第一参考管140上，且下水杯1431包括补水管14310，补水管14310位于第二参考管141正上方并用于给第二参考管141补水，上水杯1430内的水流到下水杯1431，下水杯1431内的水通过补水管14310给第二参考管141补水，也为了保证第二参考管141内一直处于满水状态，这样测得的第二参考管141底部的压强直接与第二参考管141的高度成正比。补水组件143的结构简单，使用方便，且能保证两个参考管内一直处于满水状态。

参见图1所示，电加热组件13横向插设于下部水空间11，且电加热组件13包括：电加热筒体130，电加热筒体130套设于下部水空间11；电加热元件131，电加热元件131水平插设于电加热筒体130的两端；保护罩132，保护罩132可拆卸设于电加热筒体130的两端，且保护罩132罩设于电加热元件131，对电加热元件131外露部分和导线接头加以保护。由于海洋核动力平台受船体空间限制，本发明实施例采用水平插入的方式能大大较小稳压器的空间；电加热元件131安装在稳压器主体1的电加热组件13的保护罩132内，保护罩132与电加热筒体130可拆卸，一旦需要切割或者抽换保护罩132时，可将保护罩132卸下后进行操作，且电加热元件131可以拆除，以便进行维修或检查。

参见图1所示，稳压器主体1包括防摇减震支座15，防摇减震支座15间隔设于上部蒸汽空间10的外表面圆周方向。在海洋摇摆、倾斜和起伏环境下，防摇减震支座15可减少对船体基础和稳压器的作用力，使稳压器在海洋环境下能够稳定运行。

参见图4和图5所示，防摇减震支座15包括：托架150；滑板151，滑板151一侧与上部蒸汽空间10的外表面相连，且滑板151与托架150的两侧相连，其另一侧与托架150之间通过弹性件152相连，滑板151可压缩弹性件152并沿托架150运动。在海洋核动力平台在摇摆，倾斜等工况下，滑板151可压缩弹性件152并沿托架150运动限制稳压器左右摇摆位移，从而减少摇摆、倾斜工况下对稳压器底部和管道的作用力。

参见图1所示，稳压器主体1内套设有热屏蔽筒体16，热屏蔽筒体16设于上部蒸汽空间10，且热屏蔽筒体16与上部蒸汽空间10的内壁之间留有空隙。稳压器在工作时喷雾组件12将回路冷段温度较低的水喷入稳压器上部蒸汽空间10，为了避免喷雾水直接喷淋到容器壁上产生热应力，在容器上部设置热屏蔽筒体16，且热屏蔽筒体16与上部蒸汽空间10之间留有一定的间隙。

参见图3所示，稳压器主体1包括上封头17，上封头17设于稳压器主体1的顶部，且上封头17上设有人孔密封组件18，人孔密封组件18包括：人孔盖180，人孔盖180的四周通过紧固件181与上封头17相连；密封板182，密封板182设于人孔盖180的底部，密封板182的四周与上封头17通过紧固件181相连，且密封板182的四周与上封头17之间设有定位螺栓183密封垫184。正常运行时人孔盖180通过紧固件181与上封头17相连，密封垫184通过密封板182固定在上封头17上，密封板182通过定位螺栓183来定位安装人孔密封组件18。上封头17采用圆形封头，为整体锻造而成，可减少制造过程中的焊缝，最大限度排除一回路破口的可能，与椭圆形封头相比，半圆形封头水装量多，且设计壁厚也较椭圆形偏薄一些。

参见图1所示，稳压器主体1包括下封头19，下封头19设于稳压器主体1底部，下封头19的底部连接有筒状裙座20。下封头19与上封头17的结构类似，采用圆形封头，带裙座连接环用于与筒状裙座20相连，且为整体锻造而成，可减少制造过程中的焊缝，最大限度排除一回路破口的可能。

本发明实施例还提供一种计算上述的稳压器的液位的方法，包括如下步骤：

测量第一参考管140、第二参考管141和零水位管142底部的压强；

按照公式

或公式

计算稳压器的液位；

其中，H为稳压器主体1内的液位值，Ha为第一参考管140的高度，Hc为第二参考管141的高度，ΔP1为第一参考管140与零水位管142的压强差，ΔP2为第二参考管141与零水位管142的压强差，Δh为第一参考管140与第二参考管141的高度差，ΔP为第一参考管140与第二参考管141的压强差。

如图6所示，稳压器主体1内液位测量方法的原理如下：

A为第一参考管140，C为第二参考管141，B为零水位管142，A、C为满水状态，H为稳压器内的液位值，Ha和Hc分别为第一参考管140和第二参考管141的高度。θ为摇摆时的倾斜角，ρb为稳压器汽相密度，ρw为稳压器下部液相密度，Δh1和Δh2分别为第一参考管140与第二参考管141相对液面高度，Δh为第一参考管140与第二参考管141的高度差，ΔP1为第一参考管140与零水位管142的压强差，ΔP2为第二参考管141与零水位管142的压强差，ΔP为第一参考管140与第二参考管141的压强差。Pa、Pb、Pc分别表示三根水管静压柱，H_总表示稳压器主体1内部总高度，则有：

P_a＝H_aρ_wgcosθ+(H_总-H_a)ρ_bgcosθ

P_b＝Hρ_wgcosθ+(H_总-H)ρ_bgcosθ

P_c＝H_cρ_wgcosθ+(H_总-H_c)ρ_bgcosθ

ΔP＝P_a-P_c

＝H_aρ_wgcosθ-H_cρ_wgcosθ+(H_总-H_a)ρ_bgcosθ

-(H_总-H_c)ρ_bgcosθ

＝H_a(ρ_w-ρ_b)gcosθ-H_c(ρ_w-ρ_b)gcosθ

＝Δh(ρ_w-ρ_b)gcosθ

同理，ΔP₁＝Δh₁(ρ_w-ρ_b)gcosθ

ΔP₂＝Δh₂(ρ_w-ρ_b)gcosθ

A、C参考管高度为安装高度为已知，则Δh为已知，进一步，ΔP₁/ΔP和ΔP₂/ΔP消去了密度项和倾斜角对液位测量的影响，具体计算如下：

1、窄量程

式中ΔP₂、ΔP可计算得出，Δh为已知，Δh₂为Hc-H，整个式子中只有H为未知，可直接解出进而知道当前稳压器内水位高度。

2、宽量程

式中ΔP₁、ΔP可计算得出，Δh为已知，Δh₁为Ha-H，整个式子中只有H为未知，可直接解出进而知道当前稳压器内水位高度。

宽窄量程指的是量程的精度，窄量程精度高，一般正常情况下，水位不会超过窄量程，只有事故或者特殊状况下水位会高于窄量程，而需要用到宽量程。

本发明实施例还提供一种稳压器液位测量系统，包括：

至少一个上述的稳压器；

计算模块，计算模块与测压装置相连，计算模块预设有液位计算公式：

和

其中，H为稳压器主体1内的液位值，Ha为第一参考管140的高度，Hc为第二参考管141的高度，ΔP1为第一参考管140与零水位管142的压强差，ΔP2为第二参考管141与零水位管142的压强差，Δh为第一参考管140与第二参考管141的高度差，ΔP为第一参考管140与第二参考管141的压强差。

计算模块根据测压装置测量得到的第一参考管140、第二参考管141与零水位管142底部的压强从而通过计算公式等到稳压器内的液位值。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种适用于海洋核动力平台的稳压器，包括筒状的稳压器主体(1)，所述稳压器主体(1)包括上部蒸汽空间(10)和下部水空间(11)，所述上部蒸汽空间(10)的顶部组设有喷雾组件(12)，所述下部水空间(11)内设有电加热组件(13)，其特征在于，所述稳压器主体(1)内设有液位测量装置(14)，所述液位测量装置(14)包括：

第一参考管(140)；

第二参考管(141)，其与所述第一参考管(140)均穿设于所述稳压器主体(1)的底部，并竖直延伸至所述上部蒸汽空间(10)，所述第二参考管(141)与所述第一参考管(140)之间存在高度差；

零水位管(142)，其穿设于所述稳压器主体(1)底部，所述零水位管(142)包容于所述下部水空间(11)；

测压装置，其用于测量所述第一参考管(140)、第二参考管(141)和零水位管(142)底部的压强。

2.如权利要求1所述的稳压器，其特征在于，所述第一参考管(140)高于所述第二参考管(141)，且所述第一参考管(140)与所述第二参考管(141)并列设置，所述液位测量装置(14)还包括补水组件(143)，所述补水组件(143)包括：

上水杯(1430)，所述上水杯(1430)设于所述第一参考管(140)的顶部；

下水杯(1431)，所述下水杯(1431)与所述上水杯(1430)间隔设置于所述第一参考管(140)上，且所述下水杯(1431)包括补水管(14310)，所述补水管(14310)位于所述第二参考管(141)正上方并用于给所述第二参考管(141)补水。

3.如权利要求1所述的稳压器，其特征在于，所述电加热组件(13)横向插设于所述下部水空间(11)，且所述电加热组件(13)包括：

电加热筒体(130)，所述电加热筒体(130)套设于所述下部水空间(11)；

电加热元件(131)，所述电加热元件(131)水平插设于所述电加热筒体(130)的两端；

保护罩(132)，所述保护罩(132)可拆卸设于所述电加热筒体(130)的两端，且所述保护罩(132)罩设于所述电加热元件(131)。

4.如权利要求1所述的稳压器，其特征在于，所述稳压器主体(1)包括防摇减震支座(15)，所述防摇减震支座(15)间隔设于所述上部蒸汽空间(10)的外表面圆周方向。

5.如权利要求4所述的稳压器，其特征在于，所述防摇减震支座(15)包括：

托架(150)；

滑板(151)，所述滑板(151)一侧与所述上部蒸汽空间(10)的外表面相连，且所述滑板(151)与所述托架(150)的两侧相连，其另一侧与所述托架(150)之间通过弹性件(152)相连，所述滑板(151)可压缩所述弹性件(152)并沿所述托架(150)运动。

6.如权利要求1所述的稳压器，其特征在于：所述稳压器主体(1)内套设有热屏蔽筒体(16)，所述热屏蔽筒体(16)设于所述上部蒸汽空间(10)，且所述热屏蔽筒体(16)与所述上部蒸汽空间(10)的内壁之间留有空隙。

7.如权利要求1所述的稳压器，其特征在于：所述稳压器主体(1)包括上封头(17)，所述上封头(17)设于所述稳压器主体(1)的顶部，且所述上封头(17)上设有人孔密封组件(18)，所述人孔密封组件(18)包括：

人孔盖(180)，所述人孔盖(180)的四周通过紧固件(181)与所述上封头(17)相连；

密封板(182)，所述密封板(182)设于所述人孔盖(180)的底部，所述密封板(182)的四周与所述上封头(17)通过紧固件(181)相连，且所述密封板(182)的四周与所述上封头(17)之间设有定位螺栓(183)和密封垫(184)。

8.如权利要求1所述的稳压器，其特征在于：所述稳压器主体(1)包括下封头(19)，所述下封头(19)设于所述稳压器主体(1)底部，所述下封头(19)的底部连接有筒状裙座(20)。

9.一种计算如权利要求1-8任一项所述的稳压器的液位的方法，其特征在于，其包括如下步骤：

测量所述第一参考管(140)、第二参考管(141)和零水位管(142)底部的压强；

按照公式

或公式

计算稳压器主体(1)的液位；

其中，H为稳压器主体(1)内的液位值，Ha为第一参考管(140)的高度，Hc为第二参考管(141)的高度，ΔP1为第一参考管(140)与零水位管(142)的压强差，ΔP2为第二参考管(141)与零水位管(142)的压强差，Δh为第一参考管(140)与第二参考管(141)的高度差，ΔP为第一参考管(140)与第二参考管(141)的压强差。

10.一种稳压器液位测量系统，其特征在于，包括：

至少一个如权利要求1-8中任意一项所述的稳压器；

计算模块，所述计算模块与所述测压装置相连，所述计算模块预设有液位计算公式：

和

其中，H为稳压器主体(1)内的液位值，Ha为第一参考管(140)的高度，Hc为第二参考管(141)的高度，ΔP1为第一参考管(140)与零水位管(142)的压强差，ΔP2为第二参考管(141)与零水位管(142)的压强差，Δh为第一参考管(140)与第二参考管(141)的高度差，ΔP为第一参考管(140)与第二参考管(141)的压强差。

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