CN113834544B - 一种研究内置稳压器液面晃荡特性的可视化实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的是为了提供一种研究内置稳压器液面晃荡特性的可视化实验装置。包括可视化内置稳压器本体、固定及连接装置、测量仪器仪表及附属装置,装置整体应放置并可靠固定于现有成熟的模拟海洋条件运动的平台如横摇平台、起伏装置、多自由度航空平台进行相关实验。可视化内置稳压器本体主要起模拟一体化反应堆内置稳压器的作用,为研究提供实验对象和载体。固定及连接装置主要起固定、支撑、连接及加强可视化内置稳压器本体及测量仪器仪表及附属装置,搭载研究对象并固定于相应运动平台上进行实验的作用。测量仪器仪表及附属装置主要起采集并存储海洋条件运动工况下内置稳压器水装量数据、获得液面波动规律和液面晃荡特性的作用。
Description
技术领域
本发明属于反应堆热工水力实验研究技术领域,具体涉及一种研究内置稳压器液面晃荡特性的可视化实验装置。
背景技术
一体化小型堆采用模块化设计、模块化生产和模块化组装的技术,具有良好的安全特性,并且用途广泛。由于体积小,前期投资,投资风险低,因此经济竞争力强。另外,既可用于陆基,也可用于海洋,厂址适应性好。可用于电力需求规模小但是变化大、电网基础设施相对薄弱的国家和地区,也可用于边远地区电力供应、普通居民供暖和工业生产供热、海上石油开采平台电力和能源供应、海水淡化领域等,具有非常广阔的市场前景。不同于常规反应堆,一体化小型堆的稳压器或稳压空间一般布置在反应堆的顶部,其形状不同于常规反应堆稳压器的胶囊形状,一般为半球形顶部和圆柱形筒体结合的形状,且内部有电加热棒、控制棒导向筒等复杂且大型的内构件。
不同于常规陆基反应堆,一体化小型堆常用于海上核动力平台、浮动式核电站等海基反应堆,强风、波浪、潮汐、航行等都会使反应堆处于运动工况下,稳压器等核动力装置都会受到附加惯性力的作用。稳压器内具有两相空间,自由液面会在附加惯性力作用下脱离平整状态,给稳压器内水装量的准确测量和判定增加难度,进而影响反应堆系统的控制与反应,对整个反应堆的安全运行形成威胁;且一体化小型反应堆的内置稳压器的形状和构造较常规胶囊型稳压器有非常大的不同,其内液面波动、水跃抨击、淹没裸露等特性都会与胶囊型稳压器有显著的不同,会对壁面以及电加热棒、导向筒、各种测量装置等内构件的可靠运行造成挑战,因此有必要对海洋条件运动工况下一体化小型反应堆内置稳压器的各种液位测量方式、液面晃荡特性等展开研究。
中国专利CN209745518U公布了一种适用于研究稳压器摇摆水位与压力波动测量实验系统及中国专利CN209820738U公布了一种适用于研究稳压器横荡水位与压力波动测量实验系统。这两种研究稳压器内液面波动特性的实验系统均使用传统胶囊型稳压器,且进行了一定比例的缩比和简化,内部也无导向筒等内构件,仅使用传统差压式测量来得到水装量的值,研究效果较为单一,无法为一体化小型反应堆内置稳压器液面晃荡特性的研究提供指导。
发明目的
本发明的目的是为了提供一种研究内置稳压器液面晃荡特性的可视化实验装置。
本发明的目的是这样实现的:本发明包括可视化内置稳压器本体、固定及连接装置、测量仪器仪表及附属装置,可视化内置稳压器本体包括半球形顶盖1-1、顶盖法兰1-2、中部筒体法兰1-3、中部筒体1-4、下筒体1-5、本体底板1-6、导向筒内构件1-7、内构件吊装环1-8、法兰加强块1-9、底部加强块1-10、内构件底板1-11、雷达导向筒1-12、雷达导向筒法兰1-13、中部筒体加强块1-14、本体拉环1-15,顶盖法兰1-2与半球形顶盖1-1下面连接,中部筒体1-4上面与中部筒体法兰1-3连接,位于顶盖法兰1-2下方,中部筒体法兰1-3下面左右两侧安装有两个本体拉环1-15,法兰加强块1-9与中部筒体法兰1-3和中部筒体1-4连接,下筒体1-5与中部筒体1-4下面连接,中部筒体加强块1-14与中部筒体1-4和下筒体1-5连接,下筒体1-5下面连接本体底板1-6,内构件底板1-11位于下筒体1-5内部,与本体底板1-6连接,底部加强块1-10与下筒体1-5和本体底板1-6连接,固定及连接装置包括底板拉环2-1、装置底板2-2、钢丝绳2-3、本体螺栓2-4、电源及采集支撑架2-5、顶盖螺栓2-6、顶部钢板2-7、内构件螺栓2-8、相机平台及连接架2-9、顶部钢板支撑架2-10、激光平台及连接架2-11,顶部钢板2-7位于半球形顶盖1-1上方,下面左右两侧均连接顶部钢板支撑架2-10,顶盖法兰1-2上左右两侧均安装顶盖螺栓2-6,顶部钢板支撑架2-10下面与顶盖螺栓2-6连接,激光平台及连接架2-11位于中部筒体法兰1-3下面,相机平台及连接架2-9位于中部筒体法兰1-3下面,在中部筒体1-4内,内构件底板1-11上安装内构件螺栓2-8,装置底板2-2与本体底板1-6下面连接,左右两侧均安装底板拉环2-1,电源及采集支撑架2-5位于装置底板2-2上,钢丝绳2-3连接底板拉环2-1和本体拉环1-15,测量仪器仪表及附属装置包括雷达液位计本体3-1、雷达液位计法兰3-2、雷达液位计导波杆3-3、姿态导航系统3-4、顶部装置线缆3-5、下层压力传感器3-6、上层压力传感器3-7、下部装置线缆3-8、激光发射器3-9、高速相机3-10、电源适配器3-11、线缆3-12、远程无线采集系统3-13,雷达液位计法兰3-2与顶部钢板2-7连接,雷达液位计本体3-1下面依次连接雷达液位计法兰3-2和雷达液位计导波杆3-3,姿态导航系统3-4位于顶部钢板2-7上面,激光发射器3-9位于激光平台及连接架2-11上,高速相机3-10位于相机平台及连接架2-9上,上层压力传感器3-7位于中部筒体1-4下面,在雷达液位计导波杆3-3下方,下层压力传感器3-6位于下筒体1-5左右侧壁外侧上,线缆3-12连接电源适配器3-11和远程无线采集系统3-13,电源适配器3-11和远程无线采集系统3-13位于电源及采集支撑架2-5内部,雷达液位计本体3-1和姿态导航系统3-4均由顶部装置线缆3-5连接电源适配器3-11,下层压力传感器3-6和上层压力传感器3-7均由下部装置线缆3-8连接电源适配器3-11。
本发明的优势在于:
1、使用原比例一体化反应堆内置稳压器模型,保留内构件特征且可拆卸,内部水空间与真实装置完全一致,可完全还原相应装置内的液面晃荡特性;
2、可视化内置稳压器本体全部使用亚克力材料制成,通体可视化,可从外部获得较为完整清晰的所需特征;
3、分别使用单点差压法、多点差压法、单点雷达法、多点雷达法、激光诱导荧光法(可视化)等多种测量方法对稳压器内水装量及液面波动特性进行研究,可对比各种方法测量的准确性和优缺点;
4、所述实验装置有多种固定与加强措施,借鉴斜拉桥和古树保护拉绳的原理,使装置在剧烈工况下安全运行;
5、采集系统及仪器仪表供电完全位于装置之上,与地面之间无线缆连接,避免了缠线等事故的发生。
附图说明
图1为本发明实验装置整体示意图;
图2为本发明可视化内置稳压器本体和部分固定及连接装置;
图3为本发明可视化拍摄装置布置位置示意图。
具体实施方式
根据图1和图2,所述实验系统主要包括可视化内置稳压器本体、固定及连接装置、测量仪器仪表及附属装置三部分组成。装置整体应放置并可靠固定于现有成熟的模拟海洋条件运动的平台如横摇平台、起伏装置、多自由度航空平台、地震平台或者实船上进行相关实验。
根据图1,可视化内置稳压器本体主要起模拟一体化反应堆内置稳压器的作用,为研究提供实验对象和载体,本实验装置使用全透明高强度亚克力材质制作原比例无缩比稳压器本体,且内构件不进行省略以较高真实度模拟一体化反应堆内置稳压器,使实验结果或现象更接近真实情况,使用单点差压法、多点差压法、单点雷达法、多点雷达法、激光诱导荧光法(可视化)等多种测量方法对稳压器内水装量及液面波动特性进行研究,本体主要包括半球形顶盖1-1、顶盖法兰1-2、中部筒体法兰1-3、中部筒体1-4、下筒体1-5、本体底板1-6、导向筒内构件1-7、内构件吊装环1-8、法兰加强块1-9、底部加强块1-10、内构件底板1-11、雷达导向筒1-12、雷达导向筒法兰1-13、中部筒体加强块1-14、本体拉环1-15。可视化内置稳压器本体的尺寸与比例,应按照实际一体化反应堆中内置稳压器来设计,或者根据任务要求定制,其壁厚应根据强度校算来确定,内部水空间应保持相应尺寸与结构特征,本体应密封良好。不同结构之间如半球形顶盖1-1和顶盖法兰1-2之间,半球形顶盖1-1和雷达导向筒1-12之间,各加强块与筒体之间封连接部位都依靠高性能亚克力胶水粘接,顶盖法兰1-2与中部筒体法兰1-3之间法兰连接,全部使用高强度抗拉螺栓,应尽可能均匀并大量布置,同时应使用垫圈和密封垫以保证压紧和密封强度,球形顶盖可拆卸用以进行本体内部所需操作。内部的导向筒内构件1-7、内构件吊装环1-8、内构件底板1-11为一体粘接,由下部的内构件螺栓2-8与本体底板进行连接,可对内构件进行整体拆卸,进行无内构件情况下的相关研究以得出内构件的存在对内置稳压器液面晃荡特性的影响,导向筒内构件1-7的规格及数目也应根据具体科研需求来确定。本体内部应装载适当体积的罗丹明-6G溶液,为激光诱导荧光法提供基础,体积一般建议为稳压器正常运行工况时的水装量,静止时液面高度位于中部筒体1-4。
根据图1和图2,固定及连接装置主要起固定、支撑、连接及加强可视化内置稳压器本体及测量仪器仪表及附属装置,搭载研究对象并固定于相应运动平台上进行实验的作用,主要由底板拉环2-1、装置底板2-2、钢丝绳2-3、本体螺栓2-4、电源及采集支撑架2-5、顶盖螺栓2-6、顶部钢板2-7、内构件螺栓2-8、相机平台及连接架2-9、顶部钢板支撑架2-10、激光平台及连接架2-11组成。装置整体坐落于装置底板2-2上,装置底板2-2与相应运动平台之间用螺栓、焊接或其他适当并可靠的连接方式连接,钢丝绳2-3绷紧连接底板拉环2-1与本体拉环1-15,这三个装置的套数和布置应结合实际进行设计,建议对称布置8套,用以加强可视化内置稳压器本体的固定,防止其在运动工况下脱离。连接底板拉环2-1与本体拉环1-15表面应光滑且边缘进行倒圆,连接底板拉环2-1应直接焊接至底板2-1上以提高强度,本体拉环1-15应牢固粘贴至中部筒体法兰1-3下方。电源及采集支撑架2-5用以放置和固定电源适配器3-11和远程无线采集系统3-13。顶部钢板2-7依靠顶部钢板支撑架2-10支撑,用以承载顶部设备如雷达液位计3-1和姿态导航系统3-4。
根据图1和图3,相机平台及连接架2-9和激光平台及连接架2-11依靠顶盖螺栓2-6连接固定于法兰上,用以承载高速相机3-10和激光发射器3-9。相机平台及连接架2-9和激光平台及连接架2-11应能使高速相机3-10、激光发射器3-9和雷达液位计导波杆3-3之间位置关系如图3所示,装置静止时,二者镜头在空间内处于同一高度且相互垂直,激光发射器3-9发出激光应平行并照射在雷达液位计导波杆3-3中心线,高速相机3-10应对焦至此线进行拍摄。
根据图1,测量仪器仪表及附属装置主要起采集并存储水装量数据、获得液面波动规律及液面晃荡特性的作用,主要由雷达液位计本体3-1、雷达液位计法兰3-2、雷达液位计导波杆3-3、姿态导航系统3-4、顶部装置线缆3-5、下层压力传感器3-6、上层压力传感器3-7、下部装置线缆3-8、激光发射器3-9、高速相机3-10、电源适配器3-11、远程无线采集系统3-13组成。压力传感器主要得到压力数据,依靠差压法获得相应位置液位,每层压力传感对称布置多个,建议布置四个或八个,获得单点差压法和多点差压法所需数据并进行对比。双层不同高度的压力传感器可研究压力传感器布置高度对水装量测量的影响,雷达液位计分布式布置四个或八个,分别与压力传感器数值投影上对应,获得单点雷达法和多点雷达法所需数据,激光发射器3-9和高速相机3-10是激光诱导荧光法的核心,用以获得可视化的真实水装量和液面状况。
整体应满足牢固无松弛,在剧烈运动工况下保证可视化内置稳压器本体、固定及连接装置、测量仪器仪表及附属装置之间无任何相对运动,不脱离运动平台或发生松动。
本发明装置工作可靠,操作方便,且功能性和实用性较其他类似实验装置较强,能够较好的开展相关科学研究工作。
Claims (1)
1.一种研究内置稳压器液面晃荡特性的可视化实验装置,其特征在于:包括可视化内置稳压器本体、固定及连接装置、测量仪器仪表及附属装置,可视化内置稳压器本体包括半球形顶盖(1-1)、顶盖法兰(1-2)、中部筒体法兰(1-3)、中部筒体(1-4)、下筒体(1-5)、本体底板(1-6)、导向筒内构件(1-7)、内构件吊装环(1-8)、法兰加强块(1-9)、底部加强块(1-10)、内构件底板(1-11)、雷达导向筒(1-12)、雷达导向筒法兰(1-13)、中部筒体加强块(1-14)、本体拉环(1-15),顶盖法兰(1-2)与半球形顶盖(1-1)下端连接,中部筒体(1-4)上部分与中部筒体法兰(1-3)连接,位于顶盖法兰(1-2)下方,中部筒体法兰(1-3)下端左右两侧安装有两个本体拉环(1-15),法兰加强块(1-9)与中部筒体法兰(1-3)和中部筒体(1-4)连接,下筒体(1-5)与中部筒体(1-4)下端连接,中部筒体加强块(1-14)与中部筒体(1-4)和下筒体(1-5)连接,下筒体(1-5)下端连接本体底板(1-6),内构件底板(1-11)位于下筒体(1-5)内部,与本体底板(1-6)连接,底部加强块(1-10)与下筒体(1-5)和本体底板(1-6)连接,固定及连接装置包括底板拉环(2-1)、装置底板(2-2)、钢丝绳(2-3)、本体螺栓(2-4)、电源及采集支撑架(2-5)、顶盖螺栓(2-6)、顶部钢板(2-7)、内构件螺栓(2-8)、相机平台及连接架(2-9)、顶部钢板支撑架(2-10)、激光平台及连接架(2-11),顶部钢板(2-7)位于半球形顶盖(1-1)上方,下面左右两侧均连接顶部钢板支撑架(2-10),顶盖法兰(1-2)上左右两侧均安装顶盖螺栓(2-6),顶部钢板支撑架(2-10)下端与顶盖螺栓(2-6)连接,激光平台及连接架(2-11)位于中部筒体法兰(1-3)下端,相机平台及连接架(2-9)位于中部筒体法兰(1-3)下端,在中部筒体(1-4)内,内构件底板(1-11)上安装内构件螺栓(2-8),装置底板(2-2)与本体底板(1-6)下端连接,左右两侧均安装底板拉环(2-1),电源及采集支撑架(2-5)位于装置底板(2-2)上,钢丝绳(2-3)连接底板拉环(2-1)和本体拉环(1-15),测量仪器仪表及附属装置包括雷达液位计本体(3-1)、雷达液位计法兰(3-2)、雷达液位计导波杆(3-3)、姿态导航系统(3-4)、下层压力传感器(3-6)、上层压力传感器(3-7)、下部装置线缆(3-8)、激光发射器(3-9)、高速相机(3-10)、电源适配器(3-11)、远程无线采集系统(3-13),雷达液位计法兰(3-2)与顶部钢板(2-7)连接,雷达液位计本体(3-1)下端依次连接雷达液位计法兰(3-2)和雷达液位计导波杆(3-3),姿态导航系统(3-4)位于顶部钢板(2-7)上端,激光发射器(3-9)位于激光平台及连接架(2-11)上,高速相机(3-10)位于相机平台及连接架(2-9)上,上层压力传感器(3-7)位于中部筒体(1-4)下端,在雷达液位计导波杆(3-3)下方,下层压力传感器(3-6)位于下筒体(1-5)左右侧壁外侧上,电源适配器(3-11)与远程无线采集系统(3-13)连接,电源适配器(3-11)和远程无线采集系统(3-13)位于电源及采集支撑架(2-5)内部,雷达液位计本体(3-1)、姿态导航系统(3-4)、下层压力传感器(3-6)、上层压力传感器(3-7)均与电源适配器(3-11)连接。
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