CN115331538A - 一种用于给水系统试验的蒸汽发生器二次侧边界模拟装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于给水系统试验的蒸汽发生器二次侧边界模拟装置，包括背压力控制系统、数据采集控制系统和数值仿真模块；所述数据采集控制系统内置数值仿真模块，数值仿真模块内设构建有热工水力模型，数据采集控制系统接受流量信号和压力信号，并将流量传感器的流量信号输入热工水力模型内，计算输出蒸汽发生器二次侧蒸汽压力、液位以及蒸汽流量。蒸汽发生器二次侧压力，作为背压力控制系统中给水管道的目标值，数据采集控制系统根据目标值向节流调节阀发送控制信号，控制节流调节阀的开度，直至给水管道上的压力值与目标值一致。本发明的有益效果为：将仿真模型与实物模型相结合，实现了蒸汽发生器二次侧虚假水位、给水压力、蒸汽压力、蒸汽流量等边界条件模拟，为二回路系统给水控制策略的验证提供试验对象。
Description
技术领域
本发明涉及二回路系统试验装置，具体涉及一种用于给水系统试验的蒸汽发生器二次侧边界模拟装置。
背景技术
蒸汽发生器是连接核动力系统一回路和二回路系统的重要组成设备，其运行性能关系到整个核动力系统的运行安全性及稳定性。运行状态下，当蒸汽发生器负荷突然增大或降低时，由于液面下两相混合物平均空泡系数急剧变化，造成水位波动，形成虚假水位。由于虚假水位的存在，给水位调节带来了一定的困难。虚假水位会导致水位调节失真，从而严重影响蒸汽发生器和整个装置的正常、安全运行。因此，对蒸汽蒸汽发生器二次侧动态特性的模拟显得非常有必要。
目前，对二回路给水系统运行特性试验研究主要有以下三种方式：采用全尺寸试验，即建立与原型相同尺寸的给水系统以及蒸汽发生器系统来进行给水运行试验，这样带来的试验建设成本非常高，且试验过程中采用高温高压蒸汽，试验运行成本高且安全风险大；第二种采用压缩空气背压罐模拟，即通过构建高压压缩空气模拟蒸汽发生器，通过人为调节蒸汽发生器内压缩空气压力来模拟蒸汽发生器二次侧压力特性，与全尺寸试验相比，压缩空气背压罐模拟装置能够降低试验建设和运行成本，但是试验投资依然很大，且试验模拟的蒸汽发生器二次侧压力特性只能人为给定，不能真实模拟动态特性下蒸汽发生器二次侧压力特性；第三种方式利用压缩空气系统模拟蒸汽发生器背压，同时结合仿真程序进行模拟，这种方式可以采用常温工质，但是仍然需要搭建耐高压容器，且利用空气系统模拟背压调控响应慢、调控准确度差。
发明内容
本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种用于给水系统试验的蒸汽发生器二次侧边界模拟装置，模拟蒸汽发生器二次侧水位、蒸汽压力和流量等边界。
本发明采用的技术方案为：一种用于给水系统试验的蒸汽发生器二次侧边界模拟装置，包括背压力控制系统、数据采集控制系统和数值仿真模块；所述背压力控制系统包括给水管道，以及安装于给水管道上的节流调节阀、流量传感器和压力传感器，所述节流调节阀与数据采集控制系统相连，数据采集控制系统向节流调节阀发送控制信号，控制节流调节阀的开度；所述流量传感器和压力传感器分别用于检测给水管道的给水流量及压力，并将流量信号及压力信号发送至数据采集控制系统；所述数据采集控制系统内置数值仿真模块，数值仿真模块内设构建有热工水力模型，数据采集控制系统接受流量信号和压力信号，并将流量传感器的流量信号输入热工水力模型内，计算输出蒸汽发生器二次侧水位、蒸汽压力和蒸汽流量，将蒸汽发生器二次侧蒸汽压力作为背压力控制系统中给水管道的目标值，数据采集控制系统根据目标值向节流调节阀发送控制信号，控制节流调节阀的开度，直至给水管道上的压力值与目标值一致。
按上述方案，在背压力控制系统中，给水管道上还配置有节流孔板，流量传感器、压力传感器、节流调节阀和节流孔板沿流体流动方向依次安装在给水管道上。
按上述方案，数据采集控制系统包括依次相连的工控机、数据采集机柜和控制柜，流量传感器和压力传感器将检测的数据信号发送至数据采集机柜和控制柜，所述数值仿真模块内置于数据采集机柜；数据采集机柜用于将数据信号传递给工控机中的数值仿真模块，同时从工控机中读取数据传输给控制柜；控制柜向节流调节阀发出控制信号。
按上述方案，热工水力模型包括堆芯、一回路系统、蒸汽发生器、给水母管和蒸汽母管，所述一回路系统为封闭回路，包括依次连接于一回路管道上的主泵和中间热交换器，一回路管道穿入堆芯后穿出，与蒸汽发生器的热源通道连通；蒸汽发生器的冷源通道入口与给水母管连通，蒸汽发生器的冷源通道出口与蒸汽母管连通。
按上述方案，所述蒸汽发生器二次侧水位、蒸汽压力以及蒸汽流量由数值仿真模块实时计算得到。
按上述方案，母管和给水母管分别配置有压力监测装置。
按上述方案，所述一回路系统配置有稳压器。
按上述方案，背压力控制系统中给水管道内的试验工作介质为常温自来水。
本发明的有益效果为：
1)本发明将仿真模型与实物模型相结合，实现了蒸汽发生器虚假水位的模拟，为二回路系统给水控制策略的验证提供试验对象；利用背压力控制系统、数据采集控制系统和数值仿真模块，实现了蒸汽发生器二次侧蒸汽反滑特性的模拟，为二回路给水系统特性试验提供合理的动态边界条件；蒸汽发生器虚假水位与蒸汽发生器二次侧蒸汽反滑特性的模拟为实际生产中二回路给水控制提供了参考依据。
2)本发明无需建造模拟反应堆及一回路特性的复杂热水锅炉及蒸汽系统等即可模拟蒸汽发生器二次侧动态特性，只需常温自来水作为工作介质，与现有技术相比简化了系统配置及资源消耗，大大节约了试验成本；同时，本发明无需配置高温高压的蒸汽管路及储水罐，试验过程安全。
3)本发明无需建造复杂的压缩空气背压模拟控制系统，大大简化了模拟试验组成，同时可以利用压力调节阀快速的模拟背压变化。
4)本发明结构设计合理，运行维护方便，可根据需要迅速启动运行或关闭，整个装置安全可靠。
附图说明
图1为本发明一个具体实施例的背压力控制系统示意图。
图2为本实施例中数值仿真模块的热工水力模型示意图。
图3为本实施例中数据采集控制系统的示意图。
其中，1—节流调节阀，2—节流孔板，3—流量传感器，4—蒸汽母管压力监测装置，5—给水母管压力监测装置，6—工控机，7—数据采集机柜，8—控制柜，9—压力传感器，10-堆芯，11-阀门，12-主泵，13-蒸汽发生器，14-稳压器，15-蒸汽母管，16-给水母管，17、给水管道。
具体实施方式
为了更好地理解本专利，下面结合附图和具体实施例对本专利作进一步地描述。
一种用于给水系统试验的蒸汽发生器二次侧边界模拟装置，包括背压力控制系统、数据采集控制系统和数值仿真模块。如图1所示，背压力控制系统包括给水管道，以及安装于给水管道上的节流调节阀1、流量传感器3和压力传感器9，所述节流调节阀1与数据采集控制系统相连，数据采集控制系统向节流调节阀1发送控制信号，控制节流调节阀1的开度；所述流量传感器3和压力传感器9分别用于检测给水管道的给水流量及压力，并将流量信号及压力信号发送至数据采集控制系统；所述数据采集控制系统内置数值仿真模块，数值仿真模块内设构建有热工水力模型，数据采集控制系统接受流量信号和压力信号，并将流量传感器3的流量信号输入热工水力模型内，计算输出蒸汽发生器二次侧水位、蒸汽发生器二次侧蒸汽压力和蒸汽发生器二次侧蒸汽流量，将蒸汽发生器二次侧蒸汽压力作为背压力控制系统中给水管道17的目标值，数据采集控制系统根据目标值向节流调节阀1发送控制信号，控制节流调节阀1的开度，直至给水管道17上的压力值与目标值一致。
优选地，在背压力控制系统中，给水管道上还配置有节流孔板2，流量传感器3、压力传感器9、节流调节阀1和节流孔板2沿流体流动方向依次安装在给水管道上。
本发明中，背压力控制系统给水管道内的试验工作介质为常温自来水。进水流量传感器3，对应原型蒸汽发生器13的给水压力。
如图3所示，数据采集控制系统包括依次相连的工控机6、数据采集机柜7和控制柜8，流量传感器3和压力传感器9将检测的数据信号发送至数据采集机柜7和控制柜8，所述数值仿真模块内置于数据采集机柜7；数据采集机柜7用于将数据信号传递给工控机6中的数值仿真模块，同时从工控机6中读取数据传输给控制柜8；控制柜8向节流调节阀1发出控制信号。
本发明中，数值仿真模块由theatre软件构建反应堆及一回路系统、蒸汽发生器13(含一次侧、二次侧)、主蒸汽管道(至主蒸汽母管15)的热工水力模型。具体地，如图2所示，热工水力模型包括堆芯10、一回路系统、蒸汽发生器13、给水母管16和蒸汽母管15，所述一回路系统为封闭回路，包括依次连接于一回路管道上的主泵12和中间热交换器，一回路管道穿入堆芯10后穿出，与蒸汽发生器13的热源通道连通；蒸汽发生器13的冷源通道入口与给水母管16连通，蒸汽发生器13的冷源通道出口与蒸汽母管15连通。一回路管道内的一回路介质由主泵12推动沿管道流动，经过堆芯10与反应物接触并带出堆芯10能量，温度升高，流经蒸汽发生器13时，与二回路介质(冷源流体，也即冷水)换热，温度降低，再次由主泵12推动进入堆芯10换热；二回路介质也即冷水受热后变成水蒸汽送入蒸汽母管15。
优选地，所述蒸汽母管15和给水母管16分别配置有压力监测装置。本实施例中，所述蒸汽母管15上安装有蒸汽母管压力监测装置4，所述给水母管16上安装有给水母管压力监测装置5。
优选地，所述蒸汽发生器二次侧水位、蒸汽发生器二次侧蒸汽压力及蒸汽流量由数值仿真模块实时计算。
本发明中，数值仿真模块具有实时运行能力，将蒸汽发生器二次侧水位、蒸汽流量等计算结果实时输出给试验系统，并实时接收试验系统的测量结果作为输入，从而实现给水试验系统动态试验。具体地，所述数值仿真模块根据背压力控制系统中流量传感器3输入的给水流量，计算热工水力模型当前状态下输出蒸汽发生器13二次侧水位、蒸汽发生器二次侧蒸汽压力以及蒸汽流量，并将蒸汽压力作为背压力控制系统控制的目标值。数值仿真模块具有实时运行能力，能够依据给水流量的变化，实时计算出当前状态下的蒸汽发生器13中的虚拟水位和汽空间压力，并将蒸汽发生器的汽空间压力作为控制输出信号目标值。
蒸汽发生器二次侧边界条件，主要有蒸汽发生器二次侧给水流量、蒸汽发生器二次侧蒸汽流量、蒸汽发生器二次侧蒸汽压力和蒸汽发生器二次侧水位，其中蒸汽流量、蒸汽压力和蒸水位在本发明中由通过数值仿真模块实时计算得到，蒸汽发生器二次侧给水流量是实际测量得到的，蒸汽发生器二次侧蒸汽压力作为背压控制系统的目标值；得到这四个信号值，即得到给水试验的边界条件，可开展给水试验研究。
本发明的工作原理为：在二回路给水系统试验时，流量传感器3测得背压力控制系统中给水管道输入的给水流量信号，并将该流量信号传输给数据采集机柜7和控制柜8；数据采集机柜7将实测数据传递给工控机6中的数值仿真模块；数值仿真模块根据接收的给水流量，计算一个或几个时步(根据控制精度、执行机构动作的滞后性、采样频率等通过调试确定)，输出蒸汽发生器13的汽空间压力作为背压力控制系统控制的目标值，数据采集控制系统根据目标值向节流调节阀1发送控制信号，控制节流调节阀1的开度，直至给水管道17上的压力值与目标值一致；工控机6中的仿真模型将计算结果实时输出给数据采集机柜7，数据采集机柜7将数据传递给控制柜8,控制柜8将控制信号输出给试验系统设备，从而实现给水试验系统动态试验。
应当理解的是，本专利的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本专利的原理，而不构成对本专利的限制。因此，在不偏离本专利的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利的保护范围之内。此外，本专利所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (8)
1.一种用于给水系统试验的蒸汽发生器二次侧边界模拟装置，其特征在于，包括背压力控制系统、数据采集控制系统和数值仿真模块；所述背压力控制系统包括给水管道，以及安装于给水管道上的节流调节阀、流量传感器和压力传感器，所述节流调节阀与数据采集控制系统相连，数据采集控制系统向节流调节阀发送控制信号，控制节流调节阀的开度；所述流量传感器和压力传感器分别用于检测给水管道的给水流量及压力，并将流量信号发送至数据采集控制系统；所述数据采集控制系统内置数值仿真模块，数值仿真模块内设构建有热工水力模型，数据采集控制系统接受流量信号和压力信号，并将流量传感器的流量信号输入热工水力模型内，计算输出蒸汽发生器二次侧蒸汽压力、水位以及蒸汽流量，将蒸汽发生器二次侧压力作为背压力控制系统中给水管道压力的目标值，数据采集控制系统根据目标值向节流调节阀发送控制信号，控制节流调节阀的开度，直至给水管道上的压力值与目标值一致。
2.如权利要求1所述的用于给水系统试验的蒸汽发生器二次侧边界模拟装置，其特征在于，在背压力控制系统中，给水管道上还配置有节流孔板，流量传感器、压力传感器、节流调节阀和节流孔板沿流体流动方向依次安装在给水管道上。
3.如权利要求1所述的用于给水系统试验的蒸汽发生器二次侧边界模拟装置，其特征在于，数据采集控制系统包括依次相连的工控机、数据采集机柜和控制柜，流量传感器和压力传感器将检测的数据信号发送至数据采集机柜和控制柜，所述数值仿真模块内置于数据采集机柜；数据采集机柜用于将数据信号传递给工控机中的数值仿真模块，同时从工控机中读取数据传输给控制柜；控制柜向节流调节阀发出控制信号。
4.如权利要求1所述的用于给水系统试验的蒸汽发生器二次侧边界模拟装置，其特征在于，热工水力模型包括堆芯、一回路系统、蒸汽发生器、给水母管和蒸汽母管，所述一回路系统为封闭回路，包括依次连接于一回路管道上的主泵和中间热交换器，一回路管道穿入堆芯后穿出，与蒸汽发生器的热源通道连通；蒸汽发生器的冷源通道入口与给水母管连通，蒸汽发生器的冷源通道出口与蒸汽母管连通。
5.如权利要求4所述的用于给水系统试验的蒸汽发生器二次侧边界模拟装置，其特征在于，所述蒸汽发生器二次侧蒸汽压力、蒸汽发生器二次侧水位及蒸汽发生器二次侧蒸汽流量由数值仿真模块实时计算得到。
6.如权利要求4所述的用于给水系统试验的蒸汽发生器二次侧边界模拟装置，其特征在于，所述一回路系统配置有稳压器。
7.如权利要求4所述的用于给水系统试验的蒸汽发生器二次侧边界模拟装置，其特征在于，蒸汽母管和给水母管分别配置有压力监测装置。
8.如权利要求4所述的用于给水系统试验的蒸汽发生器二次侧边界模拟装置，其特征在于，背压力控制系统中给水管道内的试验工作介质为常温自来水。
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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