CN111097562B - 一种基于小堆pas系统的平板加热综合实验台架及方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于小堆PAS系统的平板加热综合实验台架及方法，该台架包括变频风机、入口段、实验段、出口段、电加热装置、通道宽度调节装置、实验段旋转装置以及支撑架。入口段包含软管段部分和直管段部分，软管段部分一端连接变频风机，另一端连接直管段，并与实验段下部相连；实验段包含安装有电加热装置的加热面、安装有通道宽度调节装置的加热面相对面和一侧安装有实验段旋转装置的两侧面，分别用来模拟钢制安全壳外表面，混凝土安全壳内表面以及限制空气流动；实验段出口连接由直管段部分和软管段部分组成的出口段；该实验台架可以开展针对于小堆PAS系统的多种研究内容，如不同空气流动模式、不同通道宽度、不同通道倾斜角度以及不同通道表面黑度的实验。

Description

一种基于小堆PAS系统的平板加热综合实验台架及方法
技术领域
本发明涉及小堆非能动安全壳空气冷却(PAS)系统技术领域，具体涉及一种基于小堆PAS系统的平板加热综合实验台架及方法。
背景技术
随着反应堆技术的不断进步，小堆的作用日益凸显，市场需求不断扩大。在这其中，中国自主设计的小型反应堆堆型ACP100的设计与验证工作正紧锣密度地向前推进。在ACP100小型反应堆中采用了大量的非能动安全系统设计，通过非能动设计带走事故后堆芯的衰变热量，保证在设计基准事故下核岛以外区域的安全性。在大量的非能动安全设计中，ACP100的非能动安全壳空气冷却(PAS)系统采用纯空气自然对流的设计，简化了小堆非能动安全壳空气冷却系统的结构，对于低功率的小型反应堆事故后的余热排出具有重要作用。
针对于小型反应堆ACP100的PAS系统的设计，利用一种基于小堆PAS系统的平板加热综合实验台架及方法，进行ACP100 PAS系统流动换热特性的研究。该实验台架的设计能够满足多项对小堆非能动安全系统流动换热特性的研究需求，包括不同通道宽度，不同加热面倾斜角度，不同流动状态的研究。在同一个实验台架上，满足了多项实验需求，能够大量节约实验成本，提高研究效率。
发明内容
为了满足ACP100小堆PAS系统多项研究需求，本发明的目的在于提供一种基于小堆PAS系统的平板加热综合实验台架及方法，实现多项研究内容的要求。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于小堆PAS系统的平板加热综合实验台架，包括变频风机1、入口段2、实验段3、通道宽度调节装置4、实验段旋转装置5、出口段6、电加热装置7以及支撑架8；其中，所述实验段3用来模拟小堆PAS系统，包含加热面31、加热面相对面32和两个侧面33，分别用来模拟小堆PAS系统的钢制安全壳外表面，混凝土安全壳内表面以及用来限制空气流动；加热面31的背面安装有电加热装置7，用以对加热面31进行单侧加热；加热面相对面32的背面安装有宽度调节装置4，用来移动加热面相对面32，改变通道宽度；两个侧面33的其中一个侧面背面安装有实验段旋转装置5，通过一台减速机转动实验段并进行预设角度的固定；实验段3的下端依次连接入口段2的直管段和软管段部分，软管段的另一端连接变频风机1，使变频风机1的空气能够通过软管段进入不同倾斜角度下的实验段3，并在直管段部分整流，使空气流动方向平行于实验段方向；实验段3的上端连接包含直管段部分和软管段部分的出口段6，用以将流过实验段的空气排放至实验室外界环境，减少实验段出口对实验段研究内容的影响；整个实验台架由支撑架8支撑，用以实现对实验台架的操作以及实验的进行。
所述加热面相对面32采用Q235钢，表面喷涂POR-15防锈漆，达到混凝土表面黑度，用以模拟混凝土安全壳内表面；加热面相对面32背面安装有通道宽度调节装置4，两侧各安装有两只滑轮，与两侧面33内表面的滑轨配合，能使加热面相对面32在通道宽度调节装置4的丝杆42的推拉作用下，沿滑轨移动，改变通道宽度；滑轮外侧安装有耐高温橡胶密封带，用以在加热面相对面32位置固定后进行通道密封；两个侧面33采用高反射率的镀锌板，减少两个侧面热辐射对实验结果的影响，。
所述入口段2直管段部分的入口处通过螺栓安装有网状过滤器，用以过滤入口空气，同时进行入口空气的初次整流，使入口处空气流动均匀。在直管段出口处通过螺栓安装有栅格式流动整流器，该栅格式流动整流器根据实验过程中的最小通道宽度设计，对入口段内的空气进行二次整流，保证不同通道宽度下实验段3内空气的流动方向平行于实验段3。
所述通道宽度调节装置4安装在加热面相对面32的背面，由支撑钉41、丝杆42以及通道门43构成，通道门43安装在加热面相对面32的外部，丝杆42的支撑底座固定在对立面32背面，旋转部分穿过通道门43，固定在通道门43背面，便于对丝杆42的操作；通道门43上安装有支撑钉41与加热面相对面32上的孔洞相配合，两个侧面33内表面安装的滑轨靠近通道门43一端为自由端，能够使加热面相对面32上的滑轮脱离滑轨，通过丝杆42的作用，当加热面相对面32上的滑轮从滑轨脱离后，使支撑钉41穿过对立面32上的孔洞，支撑加热面相对面32的重量，随通道门43一起打开。
所述实验段旋转装置5由减速机51和减速机支架52构成，减速机51选用硬齿面旋转电机减速机，其旋转轴与实验段3的两个侧面33之一固定连接，底部通过螺栓连接的方式固定在减速机支架52上，将减速机51受到的力向地面传递。
所述的一种基于小堆PAS系统的平板加热综合实验台架的实验方法，在实验开始前，接通减速机51电源，将实验段3调整至水平状态，旋转通道宽度调节装置4上的丝杆42移动加热面相对面32，使加热面相对面32上的滑轮从两侧面33内侧的滑轨上脱离，并使通道门43上的支撑钉41穿过加热面相对面32上的孔洞，支撑加热面相对面32的重量；将加热面相对面32随通道门43一同打开；对实验段通道内加热面31喷涂实验要求的喷漆，待喷漆稳定后，关闭通道门43，旋转丝杆42，推动加热面相对面32从支撑钉41上脱离，并使加热面相对面32两侧的滑轮落在两侧面33内侧的滑轨上，继续旋转丝杆42,，调整加热面相对面32至固定位置，确定通道宽度；启动减速机51，旋转实验段3至实验设计的固定角度；调整入口段2与出口段6的软管，使空气通道平滑连接；启动变频风机1，调整变频风机1的功率，使实验段3的入口风速达到实验设计要求；启动电加热装置7的硅胶电加热带的电源，调整其调压模块电压，使每条硅胶电加热带上的功率相同并达到实验要求值；待加热面31上温度不再变化后，记录实验数据；然后依次切断电加热装置7、变频风机1的电源，启动减速机51，旋转实验段3至水平方向，结束该工况下实验，准备下一工况实验。
本发明具有以下优点和有益效果：
1.本发明的一种基于小堆PAS系统的平板加热综合实验台架能够在同一台架上同时开展针对于空气流动模式、通道宽度、通道倾斜角度以及通道表面黑度对PAS系统流动换热影响的实验，具有研究内容综合，搭建成本低，实验操作简便的特点，能够为小堆PAS系统的流动换热研究提供有效的工具和手段；
2.本发明的入口段设计的网状过滤器能够过滤进入实验段的空气，减少空气中尘埃对实验段的影响，同时该过滤器与栅格式整流器联合使用易于消除空气进口效应及旋转流带来的影响，减少了实验台架进口段的长度，促进了空气流动的发展，在保证实验结果可信的同时节省了加工成本；
3.本发明的通道宽度调节装置采用丝杆移动加热面相对面的方式，操作简单，适用性强，移动距离精确，提高了实验数据的精度。同时，该装置能够将加热面相对面与通道门一同打开，设计巧妙，方便对通道内壁面的处理，获得实验过程中需要的壁面黑度。
附图说明
图1为一种基于小堆PAS系统的平板加热综合实验台架的整体结构示意图；
如图1所示，1为变频风机，2为入口段，3为实验段，4为通道宽度调节装置，5为实验段旋转装置，6为出口段，7为电加热装置，8为支撑架。
图2为本发明一种基于小堆PAS系统的平板加热综合实验台架矩形通道截面示意图；
如图2所示，8为支撑架，31为加热面，32为加热面相对面，33为两侧面，41为支撑钉，42为丝杆，43为通道门，51为减速机，52为减速机支架。
具体实施方式
下面结合附图和具体设计方案对本发明及实施方案做进一步详细说明：
如图1所示，本发明一种基于小堆PAS系统的平板加热综合实验台架，包括变频风机1、入口段2、实验段3、通道宽度调节装置4、实验段旋转装置5、出口段6、电加热装置7以及支撑架8；其中，所述实验段3用来模拟小堆PAS系统，包含加热面31、加热面相对面32和两个侧面33，分别用来模拟小堆PAS系统的钢制安全壳外表面，混凝土安全壳内表面以及用来限制空气流动；加热面31的背面安装有电加热装置7，用以对加热面31进行单侧加热；加热面相对面32的背面安装有宽度调节装置4，用来移动加热面相对面32，改变通道宽度；两个侧面33的其中一个侧面背面安装有实验段旋转装置5，通过一台减速机转动实验段并进行预设角度的固定；实验段3的下端依次连接入口段2的直管段和软管段部分，软管段的另一端连接变频风机1，使变频风机1的空气能够通过软管段进入不同倾斜角度下的实验段3，并在直管段部分整流，使空气流动方向平行于实验段方向；实验段3的上端连接包含直管段部分和软管段部分的出口段6，用以将流过实验段的空气排放至实验室外界环境，减少实验段出口对实验段研究内容的影响；整个实验台架由支撑架8支撑，用以实现对实验台架的操作以及实验的进行。
作为本发明的优选实施方式，所述加热面相对面32采用Q235钢，表面喷涂POR-15防锈漆，达到混凝土表面黑度，用以模拟混凝土安全壳内表面；加热面相对面32背面安装有通道宽度调节装置4，两侧各安装有两只滑轮，与两侧面33内表面的滑轨配合，能使加热面相对面32在通道宽度调节装置4的丝杆42的推拉作用下，沿滑轨移动，改变通道宽度；滑轮外侧安装有耐高温橡胶密封带，用以在加热面相对面32位置固定后进行通道密封；两个侧面33采用高反射率的镀锌板，减少两个侧面热辐射对实验结果的影响，。
作为本发明的优选实施方式，所述入口段2直管段部分的入口处通过螺栓安装有网状过滤器，用以过滤入口空气，同时进行入口空气的初次整流，使入口处空气流动均匀。在直管段出口处通过螺栓安装有栅格式流动整流器，该栅格式流动整流器根据实验过程中的最小通道宽度设计，对入口段内的空气进行二次整流，保证不同通道宽度下实验段3内空气的流动方向平行于实验段3。
如图2所示，作为本发明的优选实施方式，所述通道宽度调节装置4安装在加热面相对面32的背面，由支撑钉41、丝杆42以及通道门43构成，通道门43安装在加热面相对面32的外部，丝杆42的支撑底座固定在对立面32背面，旋转部分穿过通道门43，固定在通道门43背面，便于对丝杆42的操作；通道门43上安装有支撑钉41与加热面相对面32上的孔洞相配合，两个侧面33内表面安装的滑轨靠近通道门43一端为自由端，能够使加热面相对面32上的滑轮脱离滑轨，通过丝杆42的作用，当加热面相对面32上的滑轮从滑轨脱离后，使支撑钉41穿过对立面32上的孔洞，支撑加热面相对面32的重量，随通道门43一起打开。
如图2所示，作为本发明的优选实施方式，所述实验段旋转装置5由减速机51和减速机支架52构成，减速机51选用硬齿面旋转电机减速机，其旋转轴与实验段3的两个侧面33之一固定连接，底部通过螺栓连接的方式固定在减速机支架52上，将减速机51受到的力向地面传递。
如图1和图2所示，本发明基于小堆PAS系统的平板加热综合实验台架的实验方法，在实验开始前，接通减速机51电源，将实验段3调整至水平状态，旋转通道宽度调节装置4上的丝杆42移动加热面相对面32，使加热面相对面32上的滑轮从两侧面33内侧的滑轨上脱离，并使通道门43上的支撑钉41穿过加热面相对面32上的孔洞，支撑加热面相对面32的重量；将加热面相对面32随通道门43一同打开；对实验段通道内加热面31喷涂实验要求的喷漆，待喷漆稳定后，关闭通道门43，旋转丝杆42，推动加热面相对面32从支撑钉41上脱离，并使加热面相对面32两侧的滑轮落在两侧面33内侧的滑轨上，继续旋转丝杆42,，调整加热面相对面32至固定位置，确定通道宽度；启动减速机51，旋转实验段3至实验设计的固定角度；调整入口段2与出口段6的软管，使空气通道平滑连接；启动变频风机1，调整变频风机1的功率，使实验段3的入口风速达到实验设计要求；启动电加热装置7的硅胶电加热带的电源，调整其调压模块电压，使每条硅胶电加热带上的功率相同并达到实验要求值；待加热面31上温度不再变化后，记录实验数据；然后依次切断电加热装置7、变频风机1的电源，启动减速机51，旋转实验段3至水平方向，结束该工况下实验，准备下一工况实验。

Claims (4)

1.一种基于小堆PAS系统的平板加热综合实验台架，其特征在于：包括变频风机(1)、入口段(2)、实验段(3)、通道宽度调节装置(4)、实验段旋转装置(5)、出口段(6)、电加热装置(7)以及支撑架(8)；其中，所述实验段(3)用来模拟小堆PAS系统，包含加热面(31)、加热面相对面(32)和两个侧面(33)，分别用来模拟小堆PAS系统的钢制安全壳外表面，混凝土安全壳内表面以及用来限制空气流动；加热面(31)的背面安装有电加热装置(7)，用以对加热面(31)进行单侧加热；加热面相对面(32)的背面安装有宽度调节装置(4)，用来移动加热面相对面(32)，改变通道宽度；两个侧面(33)的其中一个侧面背面安装有实验段旋转装置(5)，通过一台减速机转动实验段并进行预设角度的固定；实验段(3)的下端依次连接入口段(2)的直管段和软管段部分，软管段的另一端连接变频风机(1)，使变频风机(1)的空气能够通过软管段进入不同倾斜角度下的实验段(3)，并在直管段部分整流，使空气流动方向平行于实验段方向；实验段(3)的上端连接包含直管段部分和软管段部分的出口段(6)，用以将流过实验段的空气排放至实验室外界环境，减少实验段出口对实验段研究内容的影响；整个实验台架由支撑架(8)支撑，用以实现对实验台架的操作以及实验的进行；
所述加热面相对面(32)采用Q235钢，表面喷涂POR-15防锈漆，达到混凝土表面黑度，用以模拟混凝土安全壳内表面；加热面相对面(32)背面安装有通道宽度调节装置(4)，两侧各安装有两只滑轮，与两侧面(33)内表面的滑轨配合，能使加热面相对面(32)在通道宽度调节装置(4)的丝杆(42)的推拉作用下，沿滑轨移动，改变通道宽度；滑轮外侧安装有耐高温橡胶密封带，用以在加热面相对面(32)位置固定后进行通道密封；两个侧面(33)采用高反射率的镀锌板，减少两个侧面热辐射对实验结果的影响；
所述入口段(2)直管段部分的入口处通过螺栓安装有网状过滤器，用以过滤入口空气，同时进行入口空气的初次整流，使入口处空气流动均匀；在直管段出口处通过螺栓安装有栅格式流动整流器，该栅格式流动整流器根据实验过程中的最小通道宽度设计，对入口段内的空气进行二次整流，保证不同通道宽度下实验段(3)内空气的流动方向平行于实验段(3)。
2.根据权利要求1所述的一种基于小堆PAS系统的平板加热综合实验台架，其特征在于：所述通道宽度调节装置(4)安装在加热面相对面(32)的背面，由支撑钉(41)、丝杆(42)以及通道门(43)构成，通道门(43)安装在加热面相对面(32)的外部，丝杆(42)的支撑底座固定在对立面(32)背面，旋转部分穿过通道门(43)，固定在通道门(43)背面，便于对丝杆(42)的操作；通道门(43)上安装有支撑钉(41)与加热面相对面(32)上的孔洞相配合，两个侧面(33)内表面安装的滑轨靠近通道门(43)一端为自由端，能够使加热面相对面(32)上的滑轮脱离滑轨，通过丝杆(42)的作用，当加热面相对面(32)上的滑轮从滑轨脱离后，使支撑钉(41)穿过对立面(32)上的孔洞，支撑加热面相对面(32)的重量，随通道门(43)一起打开。
3.根据权利要求1所述的一种基于小堆PAS系统的平板加热综合实验台架，其特征在于：所述实验段旋转装置(5)由减速机(51)和减速机支架(52)构成，减速机(51)选用硬齿面旋转电机减速机，其旋转轴与实验段(3)的两个侧面(33)之一固定连接，底部通过螺栓连接的方式固定在减速机支架(52)上，将减速机(51)受到的力向地面传递。
4.权利要求1至3任一项所述的一种基于小堆PAS系统的平板加热综合实验台架的实验方法，其特征在于：在实验开始前，接通减速机(51)电源，将实验段(3)调整至水平状态，旋转通道宽度调节装置(4)上的丝杆(42)移动加热面相对面(32)，使加热面相对面(32)上的滑轮从两侧面(33)内侧的滑轨上脱离，并使通道门(43)上的支撑钉(41)穿过加热面相对面(32)上的孔洞，支撑加热面相对面(32)的重量；将加热面相对面(32)随通道门(43)一同打开；对实验段通道内加热面(31)喷涂实验要求的喷漆，待喷漆稳定后，关闭通道门(43)，旋转丝杆(42)，推动加热面相对面(32)从支撑钉(41)上脱离，并使加热面相对面(32)两侧的滑轮落在两侧面(33)内侧的滑轨上，继续旋转丝杆(42)，调整加热面相对面(32)至固定位置，确定通道宽度；启动减速机(51)，旋转实验段(3)至实验设计的固定角度；调整入口段(2)与出口段(6)的软管，使空气通道平滑连接；启动变频风机(1)，调整变频风机(1)的功率，使实验段(3)的入口风速达到实验设计要求；启动电加热装置(7)的硅胶电加热带的电源，调整其调压模块电压，使每条硅胶电加热带上的功率相同并达到实验要求值；待加热面(31)上温度不再变化后，记录实验数据；然后依次切断电加热装置(7)、变频风机(1)的电源，启动减速机(51)，旋转实验段(3)至水平方向，结束该工况下实验，准备下一工况实验。
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