CN113851235B - 一种棱柱式气冷堆热工水力综合实验回路系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种棱柱式气冷堆热工水力综合实验回路系统，属于核技术领域，氦气瓶集装格内的氦气通过回路管道进入循环风机，循环风机流出的氦气分为两路：第一路气体经过电预热器被加热到设定入口温度，然后流入实验段，实验段内部的实验组件将第一路气体加热至设定出口温度，从实验段流出后进入混合器；第二路气体从循环风机流出后直接流入混合器，两路气体在混合器中混合后流出，进入换热器冷却，然后重新流入循环风机。本发明提供的实验系统能够实现对堆芯燃料组件、控制棒组件和结构部件关键热工水力现象的全高全压全温模拟，揭示流动传热机制和规律，为现有分析计算提供验证数据。
Description
技术领域
本发明属于核技术领域，具体为一种棱柱式气冷堆热工水力综合实验回路系统。
背景技术
堆芯燃料组件、控制棒组件和结构部件的热工水力特性研究对于反应堆的安全运行及相关系统的设计具有十分重要的意义，为了提高堆芯燃料组件、控制棒组件和结构部件的性能以及优化其设计，各国都对此开展了热工水力分析和实验研究。
研究表明，影响堆芯燃料组件、控制棒组件和结构部件的热工水力特性的因素很多，系统的热工参数以及结构都会对其产生不同程度的影响，需要通过开展实验来进行堆芯燃料组件、控制棒组件和结构部件的热工水力特性研究。但是现有技术中并没有能适用于棱柱式的试验回路，因此，有必要提供一种设计合理、结构简单、运行平稳的试验回路，以满足棱柱式气冷堆热工水力试验的需求。
发明内容
为解决现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种棱柱式气冷堆热工水力综合实验回路系统，通过该系统能够实现对堆芯组件全高全压全温模拟，实现对棱柱式气冷堆堆芯燃料组件、控制棒组件和结构部件热工水力现象的准确模拟和研究。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：
一种棱柱式气冷堆热工水力综合实验回路系统，包括氦气瓶集装格、循环风机、混合器、电加热预热器、实验段和换热器；
所述氦气瓶集装格内的氦气通过回路管道进入所述循环风机，所述循环风机流出的氦气分为两路：第一路气体经过所述电预热器被加热到设定入口温度，然后流入所述实验段，所述实验段内部的实验组件将第一路气体加热至设定出口温度，从所述实验段流出后进入所述混合器；第二路气体从所述循环风机流出后直接流入所述混合器，两路气体在所述混合器中混合后流出，进入所述换热器冷却，然后重新流入所述循环风机。
进一步，如上所述的棱柱式气冷堆热工水力综合实验回路系统，在所述氦气瓶集装格和所述循环风机之间的回路管道上串联设置有阀门V1和阀门V4，在所述阀门V1和阀门V4之间设置有缓冲罐，所述缓冲罐入口端设置有阀门V3，通过所述缓冲罐平衡实验回路中的气体压力。
进一步，如上所述的棱柱式气冷堆热工水力综合实验回路系统，在所述阀门V4和所述循环风机之间的回路管道上设置有真空泵，所述真空泵入口端设置有阀门V2，通过所述真空泵对实验回路进行抽真空。
进一步，如上所述的棱柱式气冷堆热工水力综合实验回路系统，在所述换热器入口端和出口端分别设置有阀门V7和阀门V5。
进一步，如上所述的棱柱式气冷堆热工水力综合实验回路系统，在所述换热器和所述阀门V5之间的回路管道上设置有压缩机和尾气收集罐，在所述压缩机入口端还设置有阀门V8，在所述尾气收集罐入口端设置有阀门V9，通过所述压缩机将实验回路中多余的气体抽入所述尾气收集罐内。
进一步，如上所述的棱柱式气冷堆热工水力综合实验回路系统，通过所述氦气集装格和所述尾气收集罐实现对实验回路的压力调节。
进一步，如上所述的棱柱式气冷堆热工水力综合实验回路系统，在所述循环风机和所述混合器之间的回路管道上设置有阀门V6，通过调节所述阀门V6的开度实现对所述实验段的流量调节。
进一步，如上所述的棱柱式气冷堆热工水力综合实验回路系统，在所述实验回路系统中布置有多个测点，多个所述测点的测量数据包括实验回路系统的温度、压力和流量。
进一步，如上所述的棱柱式气冷堆热工水力综合实验回路系统，所述实验回路系统还包括数据采集及控制系统，用于实现实验各种工况条件下的信号触发及逻辑响应。
进一步，如上所述的棱柱式气冷堆热工水力综合实验回路系统，通过在所述实验段放置不同的实验体实现对不同实验体的热工水力实验研究，所述实验体包括堆芯燃料组件、控制棒组件和结构部件。
采用本发明所述的棱柱式气冷堆热工水力综合实验回路系统，具有以下显著的技术效果：
本发明通过对回路温度、流量、压力的控制，可以得到需要的实验条件，通过数据采集系统获取实验参数，能够实现对堆芯燃料组件、控制棒组件和结构部件关键热工水力现象的全高全压全温模拟，揭示流动传热机制和规律，为现有分析计算提供验证数据，也为后续设计优化以及相关程序的开发和改进提供研究基础和结果，长期服务于棱柱式气冷堆技术的发展。
附图说明
图1是本发明具体实施方式中提供的棱柱式气冷堆热工水力综合实验回路系统的工作原理示意图；
其中，1-氦气瓶集装格；2-真空泵；3-缓冲罐；4-循环风机；5-混合器；6-电加热预热器；7-实验段；8-换热器；9-压缩机；10-尾气收集罐。
具体实施方式
下面结合具体的实施例与说明书附图对本发明进行进一步的描述。
图1示出了本发明提供的棱柱式气冷堆热工水力综合实验回路系统的工作原理示意图，该系统包括氦气瓶集装格1、真空泵2、缓冲罐3、循环风机4、混合器5、电加热预热器6、实验段7、换热器8、压缩机9、尾气收集罐10、回路管道和多个阀门。
氦气瓶集装格1内的氦气通过回路管道进入循环风机4，循环风机4流出的氦气分为两路：第一路气体经过电预热器6被加热到设定入口温度，然后流入实验段7，实验段7内部的实验组件将第一路气体加热至设定出口温度，从实验段7流出后进入混合器5；第二路气体从循环风机4流出后直接流入混合器5，两路气体在混合器5中混合后流出，进入换热器8冷却，然后重新流入循环风机4，开始下一次循环。
为了灵活调控各个气路的通断和流量大小，在各段回路管道上设置有阀门。在氦气瓶集装格1和循环风机4之间的回路管道上串联设置有阀门V1和V4，在阀门V1和V4之间设置缓冲罐3，缓冲罐3入口端设置阀门V3，通过缓冲罐3平衡回路中的气体压力。
在阀门V4和循环风机4之间的回路管道上设置有真空泵2，真空泵2入口端设置阀门V2，通过真空泵2对实验回路进行抽真空。
在换热器8入口端和出口端分别设置有阀门V7和V5。
在换热器8和阀门V5之间的回路管道上设置有压缩机9和尾气收集罐10，在压缩机9入口端还设置有阀门V8，在尾气收集罐10入口端设置阀门V9，在尾气收集罐10出口端设置阀门V10和阀门V11，通过压缩机9将回路中多余的气体抽入尾气收集罐10内。
实验过程中通过氦气瓶集装格1和尾气收集罐10实现对实验回路的压力调节。如果回路压力高于设定值，打开尾气收集罐10所在支路上的阀门V8和V9，回路向尾气收集罐10排气；如果回路压力低于设定值，则阀门V1和V4打开，氦气瓶集装格1向实验回路补气。
在循环风机4和混合器5之间的回路管道上设置阀门V6，实验过程中通过调节阀门V6的开度实现对实验段的流量调节。当从循环风机4出来进入电预热器6的流量大于实验段所需要的流量时，调大阀门V6的开度，多余的氦气流量从支路流入混合器5；当从循环风机4出来进入电预热器6的流量小于实验段所需要的流量时，调小阀门V6的开度，使得更多的氦气进入实验段。
为了获取全面精确的实验数据，该实验回路系统布置有多个测点，本实施例中布置了200余个测点，涵盖温度、压力、流量等多方面的参数测量。
为了进行系统的有效控制，精确模拟触发动作，该实验回路系统配有相应的控制系统。通过实验台架数据采集及控制系统，可实现实验各种工况条件下的信号触发及逻辑响应，集实验操控、数据存储、现场监控等功能于一体。
通过在实验段放置不同的实验体可以开展针对堆芯燃料组件、控制棒组件、结构部件和其他实验体的热工水力实验研究。
本发明提供的棱柱式气冷堆热工水力综合实验回路系统的工作流程如下：
以实验段7入口温度为400℃、实验段7出口温度为700℃，实验段7内部冷却剂质量流量为0.1kg/s的工况为例进行说明。
正式实验前准备流程如下：
1、抽真空。打开阀门V2，由真空泵2对台架回路预先抽真空；
2、打开阀门V3，由缓冲罐3对回路中的气体压力进行平衡；
3、吹扫。高压氦气瓶向回路注入氦气，此时真空泵2不工作；
4、置换。高压氦气瓶停止向回路注入氦气，真空泵2开始工作，将回路中的气体抽走；
5、吹扫置换循环几次，直到回路中氦气纯度满足实验段要求；
6、关闭阀门V1和V2。
依据不同实验工况，高压氦气瓶经过减压向实验回路注入氦气，直到回路中预热前的压力到达预定的初始压力；然后启动循环风机4和电预热器6，依据实验方案在实验段到达预定温度后开始正式实验。
正式实验循环过程如下：质量流量为0.275kg/s，温度为150℃的氦气流入循环风机4升压，循环风机4流出的氦气分为两路：第一路为实验气体，质量流量为0.1kg/s，经过电预热器6将实验气体加热到400℃，流入实验段7，实验段内部的实验组件将实验气体加热至700℃，实验气体从实验段7流出进入混合器5；第二路为混合气体，质量流量为0.175kg/s，直接流入混合器5。两路气体在混合器5中混合之后温度降为350℃流出，混合气体进入换热器8从350℃冷却到150℃，重新流入循环风机4，开始下一次循环。
实验过程中通过氦气集装格1和尾气收集罐10调节实验回路的压力，通过调节阀门V6的开度调节实验段所需的流量。
实验结束后，首先关闭电预热器6和实验段7中的加热设备，保持回路中的氦气继续循环，直到整个回路中的设备温度冷却到室温；然后排空实验回路中的氦气，启动压缩机9，将回路中氦气抽入尾气收集罐10，直至回路压力降至环境压力；最后关闭相关阀门，剩余氦气可由真空泵2排出。
本发明提供的棱柱式气冷堆热工水力综合实验回路系统通过对回路温度、流量、压力的控制，可以得到需要的实验条件，通过数据采集系统获取实验参数，能够实现对堆芯燃料组件、控制棒组件和结构部件关键热工水力现象的全高全压全温模拟，揭示流动传热机制和规律，为现有分析计算提供验证数据，也为后续设计优化以及相关程序的开发和改进提供研究基础和结果，长期服务于棱柱式气冷堆技术的发展。
上述实施例只是对本发明的举例说明，本发明也可以以其它的特定方式或其它的特定形式实施，而不偏离本发明的要旨或本质特征。因此，描述的实施方式从任何方面来看均应视为说明性而非限定性的。本发明的范围应由附加的权利要求说明，任何与权利要求的意图和范围等效的变化也应包含在本发明的范围内。
Claims (8)
1.一种棱柱式气冷堆热工水力综合实验回路系统，其特征在于，包括氦气瓶集装格(1)、循环风机(4)、混合器(5)、电加热预热器(6)、实验段(7)和换热器(8)；
所述氦气瓶集装格(1)内的氦气通过回路管道进入所述循环风机(4)，所述循环风机(4)流出的氦气分为两路：第一路气体经过所述电加热预热器(6)被加热到设定入口温度，然后流入所述实验段(7)，所述实验段(7)内部的实验组件将第一路气体加热至设定出口温度，从所述实验段(7)流出后进入所述混合器(5)；第二路气体从所述循环风机(4)流出后直接流入所述混合器(5)，两路气体在所述混合器(5)中混合后流出，进入所述换热器(8)冷却，然后重新流入所述循环风机(4)；
在所述换热器(8)入口端和出口端分别设置有阀门V7和阀门V5，在所述换热器(8)和所述阀门V5之间的回路管道上设置有压缩机(9)和尾气收集罐(10)，通过所述压缩机(9)将实验回路中多余的气体抽入所述尾气收集罐(10)内；
实验过程中通过氦气瓶集装格(1)和尾气收集罐(10)实现对实验回路的压力调节。
2.根据权利要求1所述的棱柱式气冷堆热工水力综合实验回路系统，其特征在于，在所述氦气瓶集装格(1)和所述循环风机(4)之间的回路管道上串联设置有阀门V1和阀门V4，在所述阀门V1和阀门V4之间设置有缓冲罐(3)，所述缓冲罐(3)入口端设置有阀门V3，通过所述缓冲罐(3)平衡实验回路中的气体压力。
3.根据权利要求2所述的棱柱式气冷堆热工水力综合实验回路系统，其特征在于，在所述阀门V4和所述循环风机(4)之间的回路管道上设置有真空泵(2)，所述真空泵(2)入口端设置有阀门V2，通过所述真空泵(2)对实验回路进行抽真空。
4.根据权利要求1所述的棱柱式气冷堆热工水力综合实验回路系统，其特征在于，在所述压缩机(9)入口端还设置有阀门V8，在所述尾气收集罐(10)入口端设置有阀门V9。
5.根据权利要求1所述的棱柱式气冷堆热工水力综合实验回路系统，其特征在于，在所述循环风机(4)和所述混合器(5)之间的回路管道上设置有阀门V6，通过调节所述阀门V6的开度实现对所述实验段(7)的流量调节。
6.根据权利要求1所述的棱柱式气冷堆热工水力综合实验回路系统，其特征在于，在所述实验回路系统中布置有多个测点，多个所述测点的测量数据包括实验回路系统的温度、压力和流量。
7.根据权利要求6所述的棱柱式气冷堆热工水力综合实验回路系统，其特征在于，所述实验回路系统还包括数据采集及控制系统，用于实现实验各种工况条件下的信号触发及逻辑响应。
8.根据权利要求4-7任一项所述的棱柱式气冷堆热工水力综合实验回路系统，其特征在于，通过在所述实验段(7)放置不同的实验体实现对不同实验体的热工水力实验研究，所述实验体包括堆芯燃料组件、控制棒组件和结构部件。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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