CN112102976B - 用于高温蒸汽喷放冷凝温度测量的水下可移动式测量装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于高温蒸汽喷放冷凝温度测量的水下可移动式测量装置，所述测量装置包括：滑动连接的第一滑轨和第一滑块，所述第一滑块设有测量器；第一驱动机构和第一传动机构，所述第一驱动机构与所述第一传动机构动力耦合连接，所述第一传动机构与所述第一滑块相连；滑动连接的第二滑轨和第二滑块，所述第二滑块与所述第一滑轨固定连接；第二驱动机构和第二传动机构，所述第二驱动机构与所述第二传动机构动力耦合连接，所述第二传动机构与所述第二滑块相连。本申请的测量装置，提供了一种多维度可移动式测量方案，可以大幅减少测点，降低布置难度，节约成本，且测量器可移出蒸汽汽羽，便于准确记录蒸汽汽羽流型。

Description

用于高温蒸汽喷放冷凝温度测量的水下可移动式测量装置

技术领域

本申请属于反应堆热工水力制造技术领域，具体而言，涉及一种用于高温蒸汽喷放冷凝温度测量的水下可移动式测量装置。

背景技术

高温高压蒸汽在水下喷放会形成蒸汽汽羽，对于高温高压蒸汽水下喷放过程，由于环境恶劣且复杂，测量蒸汽汽羽的温度分布情况难度较大。特别是对于反应堆泄压时，管道内的多个喷口处均会形成蒸汽汽羽。相关技术中，为了测量每个蒸汽汽羽的温度分布情况，需要布置相当多的温度测量单元，布置测点多，安装布置复杂，热电偶引出线过多，且这些温度测量单元必定会对蒸汽汽羽的形状造成影响，不利于准确记录蒸汽汽羽的流型，存在改进空间。

发明内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

本申请提出一种用于高温蒸汽喷放冷凝温度测量的水下可移动式测量装置，包括：滑动连接的第一滑轨和第一滑块，所述第一滑轨沿第一方向延伸，所述第一滑块设有测量器；第一驱动机构和第一传动机构，所述第一驱动机构与所述第一传动机构动力耦合连接，所述第一传动机构与所述第一滑块相连；滑动连接的第二滑轨和第二滑块，所述第二滑轨沿第二方向延伸，所述第二滑块与所述第一滑轨固定连接；第二驱动机构和第二传动机构，所述第二驱动机构与所述第二传动机构动力耦合连接，所述第二传动机构与所述第二滑块相连，所述第一方向与所述第二方向相交。

根据本申请实施例的测量装置，提供了一种多维度可移动式测量方案，可以大幅减少测点，降低布置难度，节约成本，且测量器可移出蒸汽汽羽，便于准确记录蒸汽汽羽流型。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本申请实施例的测量装置在第一个视角的结构示意图；

图2是本申请实施例的测量装置在第二个视角的结构示意图；

图3是本申请实施例的测量装置在第三个视角的结构示意图；

图4是本申请实施例的测量装置的测量器在实际使用过程中其测温计的分布情况示意图。

附图标记：

第一滑轨11，第一滑块12，第一驱动机构13，第一链轮15，第一链条16，第一传动轴17，

第二滑轨21，第二滑块22，第二驱动机构23，第二链轮25，第二链条26，第二传动轴27，

测量器30，测量杆31，测温计32。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

下面参考图1-图4描述根据本申请实施例的用于高温蒸汽喷放冷凝温度测量的水下可移动式测量装置，该装置用于测量多孔蒸汽喷放冷凝过程中蒸汽羽型的轴向温度，是一种水下、耐高温、可多方向、步进式移动的测量装置。

如图1-图3所示，根据本申请一个实施例的用于高温蒸汽喷放冷凝温度测量的水下可移动式测量装置包括：第一滑轨11、第一滑块12、第一驱动机构13、第一传动机构、第二滑轨21、第二滑块22、第二驱动机构23和第二传动机构。

其中，第一滑轨11和第一滑块12滑动连接，第一滑轨11沿第一方向延伸，第一滑块12可沿第一方向在第一滑轨11上滑动，第一驱动机构13与第一传动机构动力耦合连接，第一传动机构与第一滑块12相连，换言之，第一驱动机构13可以通过第一传动机构驱动第一滑块12沿第一方向滑动。

第二滑轨21和第二滑块22滑动连接，第二滑轨21沿第二方向延伸，第二滑块22可沿第二方向在第二滑轨21上滑动，第二驱动机构23与第二传动机构动力耦合连接，第二传动机构与第二滑块22相连，换言之，第二驱动机构23可以通过第二传动机构驱动第二滑块22沿第二方向滑动。

第一方向与第二方向相交，第一方向与第二方向之间的夹角大于0°，不大于90°。

第二滑块22与第一滑轨11固定连接，也就是说，当第二滑块22沿沿第二方向滑动时，第一滑轨11和第一滑块12整体也沿第二方向滑动。

对于第一滑块12，通过第一驱动机构13驱动第一滑块12在第一滑轨11上滑动以及第二驱动机构23驱动第二滑块22在第二滑轨21上滑动，可以使第一滑块12的位移具有沿第一方向的分量和沿第二方向的分量。

第一滑块12设有测量器30，测量器30用于测量蒸汽汽羽的温度分布情况，当第一滑块12的位置移动时，测量器30随动，使得测量器30可以测量多个喷口的蒸汽汽羽温度分布情况。

也就是说，测量器30可以沿第一方向与第二方向实现多维度的移动，停在需要测量的任意位置。

在实际的使用过程中，测量器30浸没在液面以下，通过控制第一驱动机构13和第二驱动机构23，可以将测量器30移动到指定的位置，从而可以测量指定喷口处的蒸汽汽羽温度分布情况；当需要测量下一个喷口处的蒸汽汽羽温度分布情况时，只需控制第一驱动机构13和第二驱动机构23来移动测量器30即可，这样单个测量器30可以实现多个喷口的检测。

另一方面，相关技术中，测量器30无法移出蒸汽汽羽，测量器30会引起流量变化导致的汽羽形状变化，进而引起的汽羽中心的变化。本申请中，在拍摄蒸汽汽羽流型时，可以将测量器30从蒸汽汽羽内移开，消除测量器30在喷口中心时对蒸汽汽羽形状的影响，使得拍出来的流型更为清晰精确。

根据本申请实施例的测量装置，提供了一种多维度可移动式测量方案，可以大幅减少测点，降低布置难度，节约成本，且测量器30可移出蒸汽汽羽，便于准确记录蒸汽汽羽流型。

在一些实施例中，如图1所示，第一方向沿竖向，第二方向与第一方向的夹角为θ，满足：0°＜θ≤90°。

可以理解的是，由于测量器30安装于第一滑块12，将第一滑轨11的方向设置竖向，可以使除测量器30以外的其他元件尽可能地少进水。

在实际的执行中，第二方向的倾斜方向可以与待测量的管道或喷嘴的轴向平行，这样便于沿管道的轴向测量一个个喷口。可以降低第一驱动机构13和第二驱动机构23的控制难度。

换言之，为了实现有倾斜角的测量，可将第二滑轨21倾斜放置。如图1所示，角θ为倾斜角。角度是任意可调，可随着所需测量的角度、方向、位置的不同进行灵活调节，实现连续、多点、多维度的同步测量，达到准确测量的目的。

比如，第一滑轨11上可以设有连接块，该连接块用于与第二滑块22相连，连接块与第二滑块22之间可以设有角度可调的连接机构，这样，可以根据实际需求调整第二滑轨21的倾斜角度。

在一个实施例中，如图1所示，0°＜θ＜90°，比如θ＝30°，即第二滑轨21倾斜延伸，第一驱动机构13安装于第一滑轨11的上端，第二驱动机构23安装于第二滑轨21的上端。这样第一驱动机构13和第二驱动机构23可以保持在液面以上。

在一些实施例中，如图1和图2所示，第一传动机构包括两个第一链轮15和与第一链轮15动力耦合连接的第一链条16，两个第一链轮15沿第一方向间隔开部分，第一驱动机构13与其中一个第一链轮15动力耦合连接，第一滑块12与第一链条16相连。在实际的执行中，第一驱动机构13可以通过第一传动轴17与上端的第一链轮15动力耦合连接。

如图1所示，第二传动机构包括两个第二链轮25和与第二链轮25动力耦合连接的第二链条26，两个第二链轮25沿第二方向间隔开部分，第二驱动机构23与其中一个第二链轮25动力耦合连接，第二滑块22与第二链条26相连。在实际的执行中，第二驱动机构23可以通过第二传动轴27与上端的第二链轮25动力耦合连接。

当然，第一传动机构和第二传动机构还可以为其他结构形式，包括但不限于齿轮齿条结构、丝杠机构。

在一些实施例中，第一驱动机构13和第一传动机构均为步进伺服电机，伺服电机需外接电源和控制器，从而实现伺服电机步进转动。步进伺服电机可以实现滑块的步进式移动，在计算机程序的控制下，测量器30能够实现不同类型几何曲线的移动，使得测量装置实现连续、多点、多维度的同时测量。在实际的执行中，滑块可以做到每一步移动1mm。

在一些实施例中，如图4所示，测量器30包括测量杆31和布置在测量杆31上的多个测温计32。在实际的使用过程中，将测量器30移动到测量杆31与待测喷口的轴线重合的位置，且测量杆31的第一端位于靠近该喷口的位置，这样测量杆31上的多个测温计32可以测量蒸汽汽羽的不同位置的温度分布。测温计32可以为铠装热电偶，切铠装热电偶的直径小于2mm，比如铠装热电偶的直径为0.5mm。

如图4所示，多个测温计32沿测量杆31的长度方向间隔开设置，测温计32的分布密度沿测量杆31的第一端到第二端逐渐变小。

可以理解的是，为获得蒸汽喷放过程中蒸汽羽型内局部温度，由于无法在喷放方向连续测量，只能在同一测量杆31上布置一些测点，既保证了在同一水平高度，又能测量蒸汽羽型内局部温度变化。如图4所示，以喷口出口为坐标原点，喷口出口近处由于温度变化剧烈，安装布置较多的测温计32，可以详细的记录蒸汽温度变化，而逐渐远离喷口后蒸汽慢慢接近水温，蒸汽变化不再剧烈，测温计32的布置逐渐变稀疏，这样既可以研究蒸汽喷放过程中喷口出口的轴向温度变化，也可以减少测温计32的数量，减少经济成本。

同样，在此基础上，如果需要更加精细地监测汽羽内温度变化，可通过增加测量杆31上测温计32的数量与布置密度来实现。若汽羽长度不够或汽羽长度过长，则应该匹配长度更加合适的测量杆31用以固定热电偶，保证测量的准确度。

在此基础上，若需要更多维度、有角度的移动时，可以设计更多的滑轨和滑块。

比如，在一些实施例中，测量装置还包括：第三滑轨、第三滑块、第三驱动机构和第三传动机构。

第三滑轨和第三滑块滑动连接，第三滑轨沿第三方向延伸，第三滑块可沿第三方向在第三滑轨上滑动，第三驱动机构与第三传动机构动力耦合连接，第三传动机构与第三滑块相连，换言之，第三驱动机构可以通过第三传动机构驱动第三滑块沿第三方向滑动。第三滑块与第二滑轨21固定连接，第一方向、第二方向、第三方向两两相交，当然为了简化控制，在一些实施例中，第一方向、第二方向、第三方向两两垂直。

这样，测量器30可以具有三个维度的移动能力，在行程允许的情况下，测量器30可以到达任意测温地点。

当然，当移动方向和距离相同时，可以在同一个滑块上同时设置多个测量器30，以达到一次操作多点移动的目的，使测量位置变化的更迅捷。

本发明提供一种使用水上伺服电机驱动的多个维度方向可移动高温水下温度测量装置，采用多台伺服电动机驱动(电机数可由具体所需的控制移动方向来定)、链条传动，将测量杆31固定在链条传动的滑块上，使得测量杆31可以沿多个维度方向任意移动，停在需要测量的任意位置，这样既可以方便热电偶的布置，也减少了热电偶的数量，降低了成本；同时使用可移动式测量，在拍摄喷放蒸汽流型时，可以将测量杆31从蒸汽汽羽内移开，消除测量杆31在喷口中心时对蒸汽汽羽形状的影响，使得拍出来的流型更为清晰精确。此外，采用可移动式测量，解决了测量布置测点多，安装布置复杂，热电偶引出线过多的困难，且热电偶可移动到任何地方，可以消除由于流量变化导致的汽羽形状变化引起的汽羽中心的变化，汽羽使测量方案经济便捷准确。

图1为一种两维度方向步进移动式测量装置。

该测量装置主要包括两套滑轨滑块模组、两套驱动机构、两套传动机构和一个测量器30。驱动机构可以包括伺服电机，伺服电机与水面上的链轮相连接，伺服电机步进转动，带动链轮转动，从而通过链条使得滑块在滑轨上竖直或其他有角度移动。图1中第一滑块12上焊接测量杆31，顶部第一链轮15与第一伺服电机相连接，下部第一链轮15位于液面以下。当第一伺服电机转动时，带动链轮转动，在链条的传动下，第一滑块12可实现上下移动。此外，第二滑块22安装于液面以上，第一滑轨11焊接于第二滑块22上，从而第二伺服电机转动时，在第二链条26的传动下，第二滑块22水平移动，从而焊接在第二滑块22上的第一滑轨11可实现整体水平移动。在两套滑轨滑块模组的共同驱动下，测量杆31实现水平和竖直两个方向的移动。

总之，上述测量装置可实现水下高温蒸汽喷放温度测量，该装置能够实现多个维度方向的步进式移动，在程序的控制下，可实现不同类型曲线的移动。该测量装置解决了水下高温蒸汽多孔喷放汽羽测量困难，对于多孔蒸汽喷放时不同喷口和孔间中心轴向温度测量节约大量热电偶，降低了成本，同时可以通过将测量杆31移出汽羽区域来消减测量杆31对汽羽流型的影响，使得观测的汽羽流型更为清楚准确。对于水下高温流体的测量带来诸多便利。

本申请的测量装置具有如下特点：(1)该测量装置能够实现多个维度方向有角度的步进式移动，在计算机程序的控制下，能够实现不同类型几何曲线的移动；(2)该测量装置能实现连续、多点、多维度的同时测量；(3)由于测量杆31的可移动，解决了固定测量时由于流量变化导致的测量不准确问题，使得测量结果更精确可信；(4)移动式测量杆31可以移出喷放区域，可更加方便清晰的观测汽羽流型；(5)该测量装置适用于高温流体在冷流体中喷放时喷口中心和孔间中心轴向温度测量，能够测量得到高温流体在冷流体中形成的轴向温度分布；(6)该测量装置解决了多孔蒸汽喷放过程中水下高温蒸汽测量困难，测量杆31能够实现水下移动，为多孔蒸汽喷放中不同喷口和孔间中心轴向温度的测量节约了大量热电偶，降低了成本。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本申请的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种用于高温蒸汽喷放冷凝温度测量的水下可移动式测量装置，其特征在于，包括：

滑动连接的第一滑轨和第一滑块，所述第一滑轨沿第一方向延伸，所述第一滑块设有测量器；

第一驱动机构和第一传动机构，所述第一驱动机构与所述第一传动机构动力耦合连接，所述第一传动机构与所述第一滑块相连；

滑动连接的第二滑轨和第二滑块，所述第二滑轨沿第二方向延伸，所述第二滑块与所述第一滑轨固定连接；

第二驱动机构和第二传动机构，所述第二驱动机构与所述第二传动机构动力耦合连接，所述第二传动机构与所述第二滑块相连，所述第一方向与所述第二方向相交；

所述测量器包括测量杆和布置在所述测量杆上的多个测温计。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，多个所述测温计沿所述测量杆的长度方向间隔开设置，所述测温计的分布密度沿所述测量杆的第一端到第二端逐渐变小；所述测量杆的第一端位于靠近高温蒸汽待测喷口的位置。

3.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述测温计为铠装热电偶，且所述铠装热电偶的直径小于2mm。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的测量装置，其特征在于，所述第一方向沿竖向，所述第二方向与所述第一方向的夹角为θ，满足：0°＜θ≤90°。

5.根据权利要求4所述的测量装置，其特征在于，所述第一驱动机构安装于所述第一滑轨的上端，0°＜θ＜90°，所述第二驱动机构安装于所述第二滑轨的上端。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的测量装置，其特征在于，还包括：

滑动连接的第三滑轨和第三滑块，所述第三滑轨沿第三方向延伸，所述第三滑块与所述第二滑轨固定连接；

第三驱动机构和第三传动机构，所述第三驱动机构与所述第三传动机构动力耦合连接，所述第三传动机构与所述第三滑块相连；其中

所述第一方向、所述第二方向、所述第三方向两两相交。

7.根据权利要求6所述的测量装置，其特征在于，所述第一方向、所述第二方向、所述第三方向两两垂直。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的测量装置，其特征在于，所述第一传动机构包括两个第一链轮和与所述第一链轮动力耦合连接的第一链条，两个所述第一链轮沿所述第一方向间隔开部分，所述第一驱动机构与其中一个所述第一链轮动力耦合连接，所述第一滑块与所述第一链条相连；

和/或，所述第二传动机构包括两个第二链轮和与所述第二链轮动力耦合连接的第二链条，两个所述第二链轮沿所述第二方向间隔开部分，所述第二驱动机构与其中一个所述第二链轮动力耦合连接，所述第二滑块与所述第二链条相连。

9.根据权利要求1-3中任一项所述的测量装置，其特征在于，第一驱动机构为步进伺服电机。