CN111599493B - 一种抑压水池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抑压水池，抑压水池为密闭结构，抑压水池内部装有用于冷凝的液体，液体上面为不凝结性气体空间，通气的抑压管穿过水池伸入液面下方并与抑压水池固定连接，通气的抑压管一端连接安全壳内的气体空间，另一端浸没在液体中，抑压管外围设置有围挡部件，围挡部件设置在液体中。本发明通过围挡部件和气泡切割部件可以有效抑制抑压水池内的压力振荡，能增强安全壳抑压水池的抑压水平，抑制由于蒸汽管道断裂事故情况下出现的在抑压水池内的压力振荡现象，从而延长系统的使用寿命，增加安全壳抑压水池及其整个系统的安全性和可靠性。

Description

一种抑压水池
技术领域
本发明涉及一种抑压水池，特别是一种有效抑制管外压力振荡的抑压水池，属于核电领域。
背景技术
蒸汽射流冷凝由于具有高效的传热传质特性被应用于核电领域，抑压水池即根据此原理设定并安装在安全壳内，当安全壳中发生一回路破口事故或蒸汽管道破裂事故时，安全壳内蒸汽和空气的混合物在压差作用下通过抑压管进入抑压水池中得到冷却，从而起到抑制安全壳压力升高的作用。
然而，当高温蒸汽注入抑压池过冷水中时发生蒸汽射流冷凝过程时，蒸汽快速冷凝所诱发的水锤会在抑压水池内产生压力振荡。水池内的压力振荡会引发设备的机械振动，会严重冲击和损坏周围相关设施，对设备的强度和寿命产生不利影响，从而影响核设施系统的安全性。
发明内容
针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是提供一种能抑压水池，可以有效抑制水池内、抑压管外的压力振荡。
为解决上述技术问题，本发明的一种抑压水池，抑压水池为密闭结构，抑压水池内部装有用于冷凝的液体，液体上面为不凝结性气体空间，通气的抑压管穿过水池伸入液面下方并与抑压水池固定连接，通气的抑压管一端连接安全壳内的气体空间，另一端浸没在液体中，抑压管外围设置有围挡部件，围挡部件设置在液体中。
本发明还包括：
1.围挡部件为上端有盖且下端无底的圆柱壳体，围挡部件与抑压水池或抑压管固定连接，圆柱壳体的上端位于抑压管浸没在液体中的出口之上，圆柱壳体的下端位于抑压管浸没在液体中的出口之下且与抑压水池底部之间有间距，上端盖上设置有孔，抑压管穿过所述孔。
2.围挡部件与抑压管同轴设置，抑压管与上端盖之间有间距。
3.抑压管浸没在液体中的出口处设置有汽泡切割部件。
4.汽泡切割部件为网状半球壳体结构。
5.半球壳体由圆环形平面和球面组成，半球壳体通过圆环形平面固定于抑压管出口处，圆环形平面位于抑压管出口端面的上方并垂直于抑压管，球面包络抑压管出口的下部空间，半球壳体的球面为按照经线和纬线方式组成的网状结构。
本发明的有益效果：本发明通过围挡部件和汽泡切割部件可以有效抑制抑压水池内的压力振荡，能增强安全壳抑压水池的抑压水平，抑制由于一回路破口或蒸汽管道破裂事故情况下出现的在抑压水池内的压力振荡现象，从而延长系统的使用寿命，增加安全壳抑压水池及其整个系统的安全性和可靠性，并且不会增加抑压管阻力。
附图说明
图1为抑制抑压管外压力振荡的抑压水池示意图。
图2为本发明的汽泡切割装置的俯视图。
图1中，1为气空间，2为水空间，3为抑压管，4为围挡，5为气泡切割装置
具体实施方式
在核动力装置抑压水池设计中，要求所设计的抑压水池对事故后安全壳压力变化的响应要迅速。为了满足这样的设计要求，当前抑压水池的抑压喷管均必须具有较小的阻力。本发明中的汽泡切割部件、围挡升温部件，均用于抑压喷管外部，不会改变原有抑压喷管阻力特性，也就是不会影响到原抑压水池的压力响应特性。
抑压水池的压力振荡是由蒸汽强烈的冷凝所诱发的水锤所引起的，即汽泡强烈的冷凝溃灭后，汽泡周围的水快速涌入原本汽泡所占据空间，水撞击产生压力振荡。所以说，如果汽泡尺寸较小，水撞击产生的压力振荡强度就会变弱；另外，如果减弱蒸汽泡冷凝速度，即使汽泡冷凝溃灭的慢一些，这样的话水撞击引发的压力振荡强度也会减弱。基于上述两种压力振荡削弱原理，本发明对应设计了两种压力振荡的削弱/消除措施并进行组合。
两种措施带来的技术效果：
汽泡切割部件：通过将原本的一个大汽泡，破碎成数目众多的尺寸较小的汽泡。相比与大汽泡，一个个小汽泡冷凝溃灭时所伴随产生的压力振荡强度要低很多，甚至在工程应用中可以忽略这种振荡所带来的影响。所以，汽泡破碎装置的应用，使得原有抑压水池中可能出现压力振荡得到削弱，甚至消除。
围挡升温部件：使得喷管附近流体流动主要限制在围挡内区域，围挡内外区域热量交换得到减弱，所以围挡内部区域流体温度会高于围挡外部区域。蒸汽泡冷凝接触的是围挡内流体，流体温度上升使得汽泡冷凝效果相应减弱，压力振荡强度得到削弱，甚至能够消除。另外，值得一提的是，围挡的存在，只是使得围挡内流体温度上升，而整个水池的平均温度还是不变的，也就是抑压水池的冷凝能力并没有改变。
实施例1：
结合图1，抑压水池安装于安全壳体内，包括气空间1、水空间2、抑压管3。气空间1内初始填充1个大气压的不凝结性气体，主要为空气，水空间2内含有用于冷凝的过冷水，抑压管3一端浸没在抑压水池水空间2内装盛的过冷水中，抑压管3连接抑压水池水空间2和安全壳内的气空间，抑压管3具有与安全壳气空间相连通的抑压管进口和与抑压水池的水空间相连通的抑压管出口。通气的抑压管3穿过水池伸入液面下方并与抑压水池固定连接，其作用是将在事故当中产生的蒸汽和空气的混合物从安全壳气空间传输到抑压水池水空间2中进行冷凝，从而起到抑制安全壳压力升高的作用。
水空间2内设有用于抑制水池内压力振荡的围挡4，围挡4四周为圆柱形桶状，其顶部位于水空间2水面之下且抑压管出口之上，底部位于抑压管浸没在液体中的出口之下，底部与水空间2底部具有一定距离高度，其围绕抑压管3呈环形结构，与抑压管3同心，围挡4与抑压水池或抑压管固定连接，围挡4的设计目的是通过提高抑压管3周围的水温，使蒸汽射流冷凝过程的凝结驱动势减弱，从而抑制射流冷凝过程产生的压力振荡。特别地，设定此围挡顶部有盖且底部无盖，以保证围挡4内水温高于抑压水池内平均水温，设定此围挡4顶盖与抑压管3外壁存在一定的间隙，以保证桶内外流体之间有少量的冷热流体的热交换，避免围挡内形成死水，导致围挡内水温达到饱和温度，从而使得蒸汽冷凝完全消失。
实验表明，蒸汽射流的压力振荡与水温之间存在一定的关系。压力振荡强度的幅值随着水温度的升高而增大，但是当水温达到60℃左右时，压力振荡强度开始出现下降的趋势。这是由于在水温逐渐升高趋于饱和温度的过程中，蒸汽射流凝结现象越来越不明显，由凝结产生的压力振荡会逐渐消失，从而随着水温上升到一定程度，压力振荡幅值出现下降趋势。因此，当发生一回路破口事故或蒸汽管道破裂事故时，抑压水池水空间2内增加的所述围挡4能够提高抑压管3周围的水温，随着被围板围住的抑压管周围过冷水温度的升高，凝结驱动势减弱，汽泡生长、运动以及脱离的时间延长，压力振荡发生强度减小，从而有效抑制住了从抑压管3出来的蒸汽射流冷凝过程中出现的压力振荡。
实施例2：
结合图1，在实施例1基础上，抑压管3浸没在液体中的出口处增加设置有汽泡切割部件5。气泡切割部件5位于抑压管3出口处，其目的是将抑压管3出口处产生的大汽泡切割成小汽泡，通过破碎汽泡而削弱压力振荡。当高温蒸汽注入抑压水池中时，会在出口处产生汽泡，汽泡会和水发生冷凝最终溃灭消失，汽泡溃灭所诱发的水锤是发生压力振荡的原因。此时，在抑压管出口处设定的汽泡切割部件5，可将在出口处产生的大汽泡切割成小汽泡，从而降低了压力振荡强度。
用于抑制压力振荡的汽泡切割部件为网状的半球壳体，半球壳体的球面顶点在球心的下方，球面包络抑压管出口的下部空间，网状结构可以为类似笊篱结构。具体一种结构的汽泡切割部件5俯视图如图2所示，半球壳体由圆环形平面和球面组成，半球壳体通过圆环形平面和抑压管连接并固定于抑压管出口处，圆环形平面位于抑压管出口端面的上方并垂直于抑压管，球面包络抑压管出口的下部空间，半球壳体的球面为参照经线和纬线方式组成的网状结构，包括沿球面分布的不同直径的圆环结构和由球面顶点沿球面向圆环形平面发散的条状结构，进一步，条状结构可以为均匀分布。
通过上述技术方案的实施，可有效抑制抑压水池中的压力振荡现象，强化安全壳抑压水池的抑压能力，增加安全壳抑压水池的安全性和可靠性。
以上所揭露的仅为本发明的较佳实例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属于本发明所涵盖的范围。

Claims (5)

1.一种抑压水池，抑压水池为密闭结构，抑压水池内部装有用于冷凝的液体，液体上面为不凝结性气体空间，通气的抑压管穿过水池伸入液面下方并与抑压水池固定连接，通气的抑压管一端连接安全壳内的气体空间，另一端浸没在液体中，其特征在于：抑压管外围设置有围挡部件，围挡部件设置在液体中，所述围挡部件为上端有盖且下端无底的圆柱壳体，抑压管与上端盖之间有间距。
2.根据权利要求1所述的一种抑压水池，其特征在于：所述围挡部件与抑压水池或抑压管固定连接，圆柱壳体的上端位于抑压管浸没在液体中的出口之上，圆柱壳体的下端位于抑压管浸没在液体中的出口之下且与抑压水池底部之间有间距，上端盖上设置有孔，抑压管穿过所述孔。
3.根据权利要求2所述的一种抑压水池，其特征在于：所述围挡部件与抑压管同轴设置。
4.根据权利要求1、2或3所述一种抑压水池，其特征在于：抑压管浸没在液体中的出口处设置有汽泡切割部件，所述汽泡切割部件为网状半球壳体结构。
5.根据权利要求4所述的一种抑压水池，其特征在于：所述半球壳体由圆环形平面和球面组成，半球壳体通过圆环形平面固定于抑压管出口处，圆环形平面位于抑压管出口端面的上方并垂直于抑压管，球面包络抑压管出口的下部空间，半球壳体的球面为按照经线和纬线方式组成的网状结构。
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