CN113915442B - 一种吸能装置及用于核电站的流体运输系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种吸能装置，用于吸收管道对靶物面的甩击能量，包括迎击板和吸能主体，所述迎击板设置在所述吸能主体顶端，用于迎击所述管道，所述吸能主体设置在靶物面上，所述吸能主体的内部中空，其竖截面形状为不稳定性的多边形，以通过其自身的塑性变形来吸收管道对所述靶物面的甩击能量。本发明还公开了一种包含所述吸能装置的用于核电站的流体运输系统。所述吸能装置结构简单，吸能效果好，能够实现对靶物面的保护，且占用空间小，经济成本低。

Description

一种吸能装置及用于核电站的流体运输系统

技术领域

本发明属于核电技术领域，具体涉及一种吸能装置及包含所述吸能装置的用于核电站的流体运输系统。

背景技术

核电站中存在大量用于输送高温高压流体的高能管道，该类管道如若发生破裂，会产生甩击喷射等动态效应，进而导致冲击和破坏周围核设施和设备的问题。

为了抵御上述管道破裂造成的损害，需要设计吸能防护装置以对管道周围的设施和设备进行防护。

目前常见的甩击防护装置有U型杆式防护装置、H型防护装置、圆柱管型防护装置、支架型防护装置等。其中，U型杆式防护装置造价昂贵、设计复杂，且对管道及U型装置的计算及设计能力要求较高。H型防护装置与圆柱型防护装置塑性破坏过程复杂，冲击压溃过程载荷变化大。支架型防甩结构整体体积大，安装占用空间大，且材料的承载能力无法充分利用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种吸能装置及包含所述吸能装置的用于核电站的流体运输系统，所述吸能装置结构简单，吸能效果好，能够实现对靶物面的保护，且占用空间小，经济成本低。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种吸能装置，用于吸收管道对靶物面的甩击能量，包括迎击板和吸能主体，

所述迎击板设置在所述吸能主体顶端，用于迎击所述管道，

所述吸能主体设置在靶物面上，所述吸能主体的内部中空，其竖截面形状为不稳定性的多边形，以通过其自身的塑性变形来吸收管道对所述靶物面的甩击能量。

优选的，所述吸能主体包括吸能板，所述吸能板的数量为多个，多个所述吸能板的依次连接，以构成竖截面为所述多边形的封闭的框架结构。

优选的，所述吸能主体还包括加强板，

所述加强板设置在所述吸能板的一侧或两侧，并分别与围成所述多边形的吸能板的侧边连接。

优选的，所述吸能板的内部设置有填充物，

所述填充物采用可压缩材料制成。

优选的，所述填充物采用金属材料或非金属非线性材料制成。

优选的，所述吸能主体的竖截面为平行四边形，

所述吸能板的数量为四个，其中两个为长板，另外两个为短板，两个长板沿着所述管道的长度方向平行设置，两个短板平行设置，且每个短板的两端分别与两个长板的一端相连，两个长板和两个短板围合的形状为平行四边形。

优选的，所述迎击板为弧形板，并沿着管道的长度方向罩设在所述管道外，所述弧形板向远离管道的方向弯曲，

所述弧形板的半径大于所述管道的半径，且所述弧形板的中心与所述管道的中心重合。

优选的，所述吸能装置还包括支撑件，所述支撑件的数量为多个，

多个所述支撑件设置在所述吸能主体的顶面上，并分处于所述迎击板的两侧，用于支撑所述迎击板。

优选的，所述吸能装置还包括底板，所述底板设置在靶物面上，吸能主体设置在所述底板上。

本发明还提供了一种用于核电站的流体运输系统，包括管道，还包括上述的吸能装置，所述吸能装置设置在靶物面上，用于吸收管道对靶物面的甩击能量。

本发明的吸能装置通过在靶物面上设置吸能主体，利用吸能主体结构的不稳定性，在管道及管道中的流体甩击到迎击板上时，通过吸能主体承受冲击载荷，并发生可预估的结构化失稳压溃，从而可达到抵御冲击的作用，以吸收管道及管道内喷射的流体对靶物面的甩击能量，以保护靶物。此外，本发明的吸能装置结构简单，占用空间小，经济成本低。

本发明的用于核电站的流体运输系统通过采用上述吸能装置，能够提高管道在运输高温高压流体的过程中的安全性，避免管道破裂造成的对其周围设施和设备的冲击和破坏。

附图说明

图1为本发明实施例中的吸能装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中吸能装置的爆炸图；

图3为本发明实施例中管道本体冲击前的结构示意图；

图4为本发明实施例中管道本体冲击时的结构示意图。

图中：1-迎击板；2-吸能板；3-加强板；4-支撑件；5-底板；

6-管道。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，属于“上”等指示方位或位置关系是基于附图所示的方位或者位置关系，仅是为了便于和简化描述，而并不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须设有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“设置”、“安装”、“固定”等应做广义理解，例如可以是固定连接也可以是可拆卸地连接，或者一体地连接；可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供一种吸能装置，用于吸收管道对靶物面的甩击能量，包括迎击板和吸能主体，

所述迎击板设置在所述吸能主体顶端，用于迎击所述管道，

所述吸能主体设置在靶物面上，所述吸能主体的内部中空，其竖截面形状为不稳定性的多边形，以通过其自身的塑性变形来吸收管道对所述靶物面的甩击能量。

本发明还提供一种用于核电站的流体运输系统，包括管道，还包括上述的吸能装置，所述吸能装置设置在靶物面上，用于吸收管道对靶物面的甩击能量。

实施例1：

本实施例公开了一种吸能装置，该吸能装置用于吸收管道对靶物面的甩击能量，如图1和图2所示，包括迎击板1和吸能主体。

其中，迎击板1设置在吸能主体顶端，用于迎击管道6。

本实施例中，迎击板1采用金属材料制成，通常采用钢材。

吸能主体设置在靶物面上，吸能主体的内部中空，其竖截面形状为不稳定性的多边形，以通过其自身塑性变形来吸收管道对靶物面的甩击能量。

其中，靶物面为需要防护的构件表面，在核电厂领域，靶物面通常为安全壳、安全屏障构筑物等建筑结构面。

本实施例中的吸能装置利用吸能主体的不稳定性，当吸能主体上的迎击板1承受冲击载荷时，多边形的吸能主体发生可预估的结构化失稳压溃，达到抵御冲击的作用，吸收管道及管道内喷射的流体对靶物面的甩击能量，以保护靶物。

本实施例中，吸能装置还包括底板5，其中，底板5设置在靶物面上，用于安装吸能主体。

如图2所示，吸能主体包括吸能板2，吸能板2的数量为多个，多个吸能板2的依次连接，以构成竖截面为多边形的封闭的框架结构。

其中，吸能板2的厚度根据实际工况进行设计。

本实施例中，吸能主体还包括加强板3，其中，加强板3设置在吸能板2的一侧或两侧，并分别与围成多边形的吸能板2的侧边连接。

通过设置加强板3能够提升吸能主体的抗冲击承载力，并实现对能量吸收程度的可控设计。

通常，加强板3的数量为偶数个，并设置在吸能板2的两侧，用于在吸能板2的两侧均能够辅助吸收冲击载荷，使得吸能板2的两侧的受力均衡。

本实施例中，可以通过对加强板3的板厚以及数量的设计实现对吸能主体的吸能效果的控制，其中，加强板3的厚度需要小于吸能板2的厚度，以避免加强板3的厚度过大导致的吸能主体吸能板2塑性变形的不可控的问题。

此外，当吸能装置安装在复杂条件或恶劣环境时，设置加强板3还能够防止异物进入至吸能主体内，起到密封作用，并提高吸能主体的抗腐蚀能力。

通常，在用于防止异物进入至吸能主体内时，加强板3的厚度选择1-2mm即可。其中，加强板3的数量可以设置为一个或两个，具体数量根据实际工况进行确定。

本实施例中，吸能板2、加强板3和底板5均采用金属材料制成。通常，金属采用钢材。

本实施例中，吸能板2的内部设置有填充物，填充物采用可压缩材料制成，填充物通过自身变形以吸收管道对靶物面上的甩击能量，当然，填充物也可以吸收管道中喷射的流体对靶物面上的甩击能量。

本实施例中，填充物采用金属材料或非金属非线性材料制成。

其中，当填充物采用金属材料时，该金属材料具体可以采用泡沫铝。当然，也可以采用其他金属材料用于制作填充物。

当填充物采用非金属非线性材料时，该非金属非线性材料具体可以采用木材。当然，也可以采用其他非金属非线性材料(如塑料、泡沫等)用于制作填充物。

当然，填充物也可以采用其他可压缩材料制成，具体材料的选择以及用量的多少根据设计需求，并通过计算分析得到。

本实施例中，吸能主体的竖截面的形状为不稳定性的多边形，其中多边形可以是四边形、五边形、六边形或其他形式的多边形。

本实施例中，吸能主体的竖截面为平行四边形，竖截面为平行四边形的吸能主体便于制造，且易于计算吸能能力，便于实现对吸能主体吸能效果的控制。

具体的，吸能板2的数量为四个，其中两个为长板，另外两个为短板，两个长板沿着管道6的长度方向平行设置，两个短板的两端分别与两个长板的一端相连，两个长板和两个短板围合的形状为平行四边形。

本实施例中，由于管道破裂甩击过程存在不确定性，精确判断管道的运动轨迹需要较高的计算成本，因此，将迎击板1设置为弧形板，如图3所示，弧形板沿着管道6的长度方向罩设在管道6外，且弧形板向远离管道6的方向弯曲。

本实施例中，弧形板的半径大于管道6的半径，以扩大迎击板1的承载靶面，提高事故发生时不可预估的包容性。

本实施例中，弧形板的中心与管道6的中心重合。

本实施例中，吸能装置还包括支撑件4，支撑件4的数量为多个，多个支撑件4设置在吸能主体的顶面上，且分处于迎击板1的两侧，用于支撑迎击板1。

此外，支撑件4还能够提高迎击板1在冲击载荷作用下的稳定性，避免吸能主体侧向倾覆等不利情况的出现。

根据力学分析结果，吸能装置中结构强度最低的部分会优先发生破坏，以吸收能量。为确保甩击冲击载荷能够由吸能主体承载，需保证其他结构显著强度大于吸能主体。

本实施例中，迎击板1及支撑件4的强度需明显大于吸能主体的强度，也需明显大于甩击管道的强度，避免迎击板1被破坏，无法承接甩击的管道，造成管道运动偏移，吸能主体无法吸收甩击管道的能量。

具体的，迎击板1、支撑件4与吸能主体的强度根据实际工况中具体的载荷和甩击能量计算得到。

其中，吸能主体和迎击板1的尺寸、材料以及布置情况，应随管道载荷大小，甩击方向进行具体设计，以保证达到最佳吸能效果。

具体的，如图4所示，当管道6发生断裂甩击时，管道6的冲击力作用在弧形板内，连同迎击板1和支撑件4一起，共同挤压吸能主体，由于吸能主体的平行四边形结构的不稳定性，在承受垂直于底板5方向载荷能力较弱，发生强烈塑性变形，进而出现吸能主体整体压溃和结构垮塌，将管道6的动能转化为吸能结构的应变能，减轻了对靶物的冲击，发挥抵御管道甩击的功能。

为进一步提高吸能主体的承载能力和吸能效果，可以在吸能主体的吸能板2的内部设置填充物，其中，填充物采用可压缩材料。

也可以根据实际需求，选配加强板3，其中，加强板3焊接在吸能主体侧面，在冲击过程中，加强板3也被压缩变形，且加强板3的塑性弯曲和吸能主体的多边形结构的变形同时发生，以提高吸能主体的承载能力和吸能效果。

本实施例中的吸能装置利用了预制结构(竖截面为多边形)的不稳定性和材料塑性变形的特征来吸收冲击载荷的能量，吸能效果好，能够发挥抵御管道甩击的功能，且具有吸能过程可控，破坏模式可预估的优点。

此外，本实施例中的吸能装置还具有制造及安装简单，占地空间小，经济成本低，设计灵活适应性强等优点。

本实施例中的吸能装置应用广泛，还能够实现对核电厂重要物项的保护。

实施例2：

本实施例公开了一种用于核电站的流体运输系统，包括管道6，还包括实施例1中的吸能装置，吸能装置设置在靶物面上，用于吸收管道6对靶物面的甩击能量。

本实施例的流体运输系统可以应用于核电站，通过采用上述吸能装置，能够提高管道在运输高温高压流体的过程中的安全性，避免管道破裂造成的对其周围设施和设备的冲击和破坏。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种吸能装置，用于吸收管道对靶物面的甩击能量，其特征在于，包括迎击板和吸能主体，

所述迎击板设置在所述吸能主体顶端，用于迎击所述管道，

所述吸能主体设置在靶物面上，所述吸能主体的内部中空，其竖截面形状为不稳定性的多边形，以通过其自身的塑性变形来吸收管道对所述靶物面的甩击能量，

其中，所述吸能主体的竖截面为平行四边形，在管道的冲击力作用下，能够使所述吸能主体整体压溃和结构垮塌，从而将管道的动能转化为吸能装置的应变能。

2.根据权利要求1所述的吸能装置，其特征在于，所述吸能主体包括吸能板，所述吸能板的数量为多个，多个所述吸能板的依次连接，以构成竖截面为所述多边形的封闭的框架结构。

3.根据权利要求2所述的吸能装置，其特征在于，所述吸能主体还包括加强板，

所述加强板设置在所述吸能板的一侧或两侧，并分别与围成所述多边形的吸能板的侧边连接。

4.根据权利要求3所述的吸能装置，其特征在于，所述吸能板的内部设置有填充物，

所述填充物采用可压缩材料制成。

5.根据权利要求4所述的吸能装置，其特征在于，所述填充物采用金属材料或非金属非线性材料制成。

6.根据权利要求2-5任一项所述的吸能装置，其特征在于，

所述吸能板的数量为四个，其中两个为长板，另外两个为短板，两个长板沿着所述管道的长度方向平行设置，两个短板平行设置，且每个短板的两端分别与两个长板的一端相连，两个长板和两个短板围合的形状为平行四边形。

7.根据权利要求6所述的吸能装置，其特征在于，所述迎击板为弧形板，并沿着管道的长度方向罩设在所述管道外，所述弧形板向远离管道的方向弯曲，

所述弧形板的半径大于所述管道的半径，且所述弧形板的中心与所述管道的中心重合。

8.根据权利要求1-5任一项所述的吸能装置，其特征在于，还包括支撑件，所述支撑件的数量为多个，

多个所述支撑件设置在所述吸能主体的顶面上，并分处于所述迎击板的两侧，用于支撑所述迎击板。

9.根据权利要求1-5任一项所述的吸能装置，其特征在于，还包括底板，所述底板设置在靶物面上，吸能主体设置在所述底板上。

10.一种用于核电站的流体运输系统，包括管道，其特征在于，还包括权利要求1-9任一项所述的吸能装置，所述吸能装置设置在靶物面上，用于吸收管道对靶物面的甩击能量。

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