CN115541284A - 一种控制棒驱动机构冷热交变性能试验系统及方法 - Google Patents

一种控制棒驱动机构冷热交变性能试验系统及方法 Download PDF

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CN115541284A CN202211336168.0A CN202211336168A CN115541284A CN 115541284 A CN115541284 A CN 115541284A CN 202211336168 A CN202211336168 A CN 202211336168A CN 115541284 A CN115541284 A CN 115541284A
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孟履巅
王春刚
倪焱
谈传峰
徐国飞
吕康
江浩
关岭松
卢宏健
曹卫荣
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Abstract

本申请提供了一种控制棒驱动机构冷热交变性能试验系统及方法，涉及反应堆控制棒驱动机构试验装置技术领域，包括去离子水箱、柱塞泵、进水侧压力控制组件、加热器、控制棒驱动机构试验容器、冷却器和出水侧压力控制组件及连接各部件的管路；所述进水测压力控制组件和出水侧压力控制组件包括多个并联有调节阀的柱塞式孔板，通过调节阀失效或启用柱塞式孔板以调整回路内压力，回路内的去离子水因压力不同而达到不同的沸点，实现了模拟控制棒驱动机构所处的密闭、高温、高压环境，能够进行100℃以上的交变温度试验；通过控制柱塞式孔板的启用或失效即可精确调整回路内水压，即准确调整水温，具有压力调节精确、快速、易操作的优点。

Description

一种控制棒驱动机构冷热交变性能试验系统及方法
技术领域
本申请涉及反应堆控制棒驱动机构试验装置技术领域，具体涉及一种控制棒驱动机构冷热交变性能试验系统及方法。
背景技术
这里的陈述仅提供与本申请有关的背景信息，而不必然构成现有技术。
控制棒驱动机构是一种竖直方向步进的磁力提升装置，主要作用是在堆芯中以特定的速度插入和抽出控制棒组件，向堆芯引入负反应性，实现功率调节、温度调节、紧急停堆等。
核潜艇的反应堆受空间限制，装于一个密闭空间内，反应堆顶部的控制棒驱动机构在实际运行时受到周围高温高湿的环境影响，会引起微量变形。这会给控制棒提升和下降带来额外阻力，进而给反应堆控制带来安全隐患。因此，需要对控制棒驱动机构进行冷热交变性能测试，以此保证其在实际运行中的可靠性；
发明人发现，由于控制棒驱动机构处于密闭空间中，空间内具有高压且压力变化剧烈，导致控制棒驱动机构始终处于100℃以上的交变温度中；而常规冷热交变性能测试设备，如中国发明专利CN112082894A-一种阀门冷热交变试验装置，通过向构件所处的试验装置中通热水或冷水以形成温度交变，实现测试构件在冷热交变环境下的性能；但常规测试设备无法模拟反应堆中的高温高压环境，也难以进行100℃以上的交变温度试验，无法用于控制棒驱动机构的冷热交变性能测试。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本申请提供一种控制棒驱动机构冷热交变性能试验系统及方法，能够准确模拟反应堆中的高温高压环境，实现高运行温度下的冷热交变，以满足控制棒驱动机构快速冷热交变性能的测试的需求。
为了实现上述目的，本公开的第一目的是提供一种控制棒驱动机构冷热交变性能试验系统，采用以下技术方案：
一种控制棒驱动机构冷热交变性能试验系统，包括去离子水箱、柱塞泵、进水侧压力控制组件、加热器、控制棒驱动机构试验容器、冷却器和出水侧压力控制组件及连接各部件的管路；所述去离子水箱经由柱塞泵与进水侧压力控制组件的入口相连；所述进水侧压力控制组件经由加热器与控制棒驱动机构试验容器相连；所述控制棒驱动机构试验容器经由冷却器与出水侧压力控制组件连接；所述出水侧压力控制组件与去离子水箱连通；
所述进水侧压力控制组件包括多个相互串联的柱塞式孔板；
所述出水侧压力控制组件包括多个相互串联的柱塞式孔板。
进一步的，所述进水侧压力控制组件还包括与柱塞式孔板并联的调节阀；调节阀设有多个，多个调节阀与多个柱塞式孔板一一对应；
所述出水侧压力控制组件还包括与柱塞式孔板并联的调节阀；调节阀设有多个，多个调节阀与多个柱塞式孔板一一对应。
进一步的，所述柱塞泵与进水侧压力控制组件之间设有支路；所述支路包括支路柱塞式孔板和支路调节阀；所述柱塞泵与支路柱塞式孔板的入口相连；所述支路柱塞式孔板经由支路调节阀与去离子水箱连通。
进一步的，所述去离子水箱与柱塞泵之间的管道上设有第一阀门；所述柱塞泵出口处设置第二阀门；所述进水侧压力控制组件入口处设置第三阀门；所述加热器的入口处设置第四阀门；所述冷却器的出口处设置第五阀门。
进一步的，所述柱塞泵的入口处设置第一测温装置；所述加热器的出口处设置第二测温装置；所述控制棒驱动机构试验本体的出口处设置第三测温装置；所述冷却器的出口处设置第四测温装置。
进一步的，所述柱塞泵的出口处设置第一测压装置；所述加热器的入口处设置第二测压装置；所述加热器的出口处设置第三测压装置；所述冷却器的入口处设置第四测压装置，冷却器的出口处设置第五测压装置；所述出水侧压力控制组件的出口处设置第六测压装置。
进一步的，所述冷却器包括空冷塔；所述空冷塔经由循环泵与冷却器连通；所述空冷塔的进口处设置第五测温装置，空冷塔的出口处设置第六测温装置。
进一步的，所述测温装置均采用铠装K型热电偶。
进一步的，所述加热器依据第二测温装置所测温度进行自动功率控制。
本公开的第二目的是提供一种控制棒驱动机构冷热交变性能试验方法，利用所述控制棒驱动机构冷热交变性能试验系统，采用以下技术方案：
一种控制棒驱动机构冷热交变性能试验方法，步骤如下：
1、开启系统内所有阀门，启动柱塞泵，使回路内流入去离子水；
2、关闭进水侧压力控制组件的所有调节阀，保持出水侧压力控制组件的所有调节阀开启；使进水侧压力控制组件的所有柱塞式孔板投入使用，使加热器、控制棒驱动机构试验容器和冷却器上建立压力；开启加热器，使回路内去离子水加热；
3、逐一开启进水侧压力控制组件的调节阀，使进水侧压力控制组件的柱塞式孔板逐一失效；每开启一个进水侧压力控制组件的调节阀，同时关闭一个进水侧压力控制组件的调节阀，使出水侧压力控制组件的柱塞式孔板逐一启用；且每次失效一个柱塞式孔板并启用一个柱塞式孔板时，同步提高加热器功率，使回路内去离子水温度呈阶梯状上升，完成控制棒驱动机构试验容器的升温升压；
4、完成升温升压后，执行与步骤3相反的过程，逐一关闭进水侧压力控制组件的调节阀，使进水侧压力控制组件的柱塞式孔板逐一启用；每关闭一个进水侧压力控制组件的调节阀，同时开启一个进水侧压力控制组件的调节阀，使出水侧压力控制组件的柱塞式孔板逐一失效；且每次失效一个柱塞式孔板并启用一个柱塞式孔板时，同步降低加热器功率并提高冷却器功率，使回路内去离子水温度呈阶梯状下降，完成控制棒驱动机构试验容器的降温降压；
5、循环进行步骤3、步骤4，完成控制棒驱动机构冷热交变性能试验。
发明的有益效果
1、本申请利用柱塞式孔板调压，使回路内的去离子水因压力不同而达到不同的沸点，与控制棒驱动机构所处的密闭、高温、高压环境极为相近，实现了常规测试设备无法模拟的反应堆环境；
2、相较于通过向回路内输入冷热水以实现冷热交变的常规装置，本申请利用压力控制回路内水的沸点，实现远超常规装置的温度，实现进行100℃以上的交变温度试验，实现控制棒驱动机构的冷热交变性能测试；
3、本申请通过控制柱塞式孔板的启用或失效即可精确调整回路内水压，即准确调整水温，具有压力调节精确、快速、易操作的优点。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本申请实施例1的控制棒驱动机构冷热交变性能试验系统的结构示意图；
其中，1、去离子水箱；2、柱塞泵；3、进水侧压力控制组件；4、加热器；5、控制棒驱动机构试验容器；6、冷却器；7、和出水侧压力控制组件；8、空冷塔；9、循环泵；10、支路柱塞式孔板；11、支路调节阀；12、第一阀门；13、第二阀门；14、第三阀门；15、第四阀门；16、第五阀门；17、回路调节阀；18、第一测温装置；19、第二测温装置；20、第三测温装置；21、第四测温装置；22、第五测温装置；23、第六测温装置；24、第一测压装置；25、第二测压装置；26、第三测压装置；27、第四测压装置；28、第五测压装置； 29、第六测压装置；30、柱塞式孔板A；31、柱塞式孔板B；32、柱塞式孔板C；33、柱塞式孔板D；35、柱塞式孔板E；36、柱塞式孔板F；37、文丘里流量计。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本申请的技术方案。
正如背景技术所介绍的，常规冷热交变性能测试装置无法模拟反应堆中的高温高压环境，也难以进行100℃以上的交变温度试验，本申请提出了一种控制棒驱动机构冷热交变性能试验系统及方法。
实施例1
本申请的一种典型实施方式，如图1所示，提供了一种控制棒驱动机构冷热交变性能试验系统。
参考图1，本实施例提出一种控制棒驱动机构冷热交变性能试验系统，包括去离子水箱 1、柱塞泵2、进水侧压力控制组件3、加热器4、控制棒驱动机构试验容器5、冷却器6和出水侧压力控制组件7及连接各部件的管路；所述去离子水箱经由柱塞泵与进水侧压力控制组件的入口相连；所述进水侧压力控制组件经由加热器与控制棒驱动机构试验容器相连；所述控制棒驱动机构试验容器经由冷却器与出水侧压力控制组件连接；所述出水侧压力控制组件与去离子水箱连通；
所述进水侧压力控制组件包括多个相互串联的柱塞式孔板；
所述出水侧压力控制组件包括多个相互串联的柱塞式孔板。
具体的，所述冷却器包括空冷塔8；所述空冷塔经由循环泵9与冷却器连通，通过空冷塔向外散热以降低回路内水温。
所述柱塞泵与进水侧压力控制组件之间还设有支路；所述支路包括支路柱塞式孔板10 和支路调节阀11；所述柱塞泵与支路柱塞式孔板的入口相连；所述支路柱塞式孔板经由支路调节阀与去离子水箱连通；所述支路柱塞式孔板的性能参数为：去离子水流量100kg/h状态下，压降为13MPa。
进一步的，所述去离子水箱与柱塞泵之间的管道上设有第一阀门12；所述柱塞泵出口处设置第二阀门13；所述进水侧压力控制组件入口处设置第三阀门14；所述加热器的入口处设置第四阀门15；所述冷却器的出口处设置第五阀门16；所述出水侧压力控制组件出口处设置回路调节阀17；
可以理解的是，通过控制回路调节阀的开度和支路调节阀的开度，可对整个回路内精确施加少量压力，以便于达到回路内目标压力。
所述柱塞泵的入口处设置第一测温装置18；所述加热器的出口处设置第二测温装置19；所述控制棒驱动机构试验本体的出口处设置第三测温装置20；所述冷却器的出口处设置第四测温装置21；所述空冷塔的进口处设置第五测温装置22，空冷塔的出口处设置第六测温装置23；所述测温装置均采用铠装K型热电偶；
所述柱塞泵的出口处设置第一测压装置24；所述加热器的入口处设置第二测压装置25；所述加热器的出口处设置第三测压装置26；所述冷却器的入口处设置第四测压装置27，冷却器的出口处设置第五测压装置28；所述出水侧压力控制组件的出口处设置第六测压装置 29；所述测压装置均采用带4-20mA远传信号的压力表；
通过观测第二测压装置的示数，即可获取加热器、控制棒驱动机构试验容器和冷却器之间的压力，即控制棒驱动机构试验容器所受压力；而通过第三温度检测装置则可获取控制棒驱动机构试验容器内的水温。
在本实施例中，所述去离子水箱、柱塞泵、进水侧压力控制组件、加热器、控制棒驱动机构试验容器、冷却器和出水侧压力控制组件构成开式回路；基于对控制棒驱动机构运行环境的考虑，本实施例所述开式回路的目标压力调控范围为0.1-15.5Mpa，回路的目标最高运行温度为350℃；
具体的，所述进水侧压力控制组件包括柱塞式孔板A30，柱塞式孔板B31，柱塞式孔板 C32；所述出水侧压力控制组件包括柱塞式孔板D33，柱塞式孔板E34，柱塞式孔板F35；所述柱塞式孔板A～F的性能参数为：去离子水流量100kg/h状态下，压降为4.5MPa；
进一步的，为实现0.1-15.5Mpa的目标压力调控范围，所述出水侧压力控制组件还包括柱塞式孔板G36；所述柱塞式孔板G的性能参数为：去离子水流量100kg/h状态下，压降为 1.5MPa；
为实现柱塞式孔板的启用或失效，柱塞式孔板A～G均并联有调节阀；具体的，所述柱塞式孔板A～G与调节阀A～G一一对应；
进一步的，为检测回路内去离子水流量，本实施例还设置了文丘里流量计37，所述文丘里流量计安装在回路分支处与第三阀门之间。
可以理解的是，当进水侧压力控制组件的所有调节阀均关闭且出水侧压力控制组件的所有调节阀均开启时，柱塞式孔板A～C全部启用，柱塞式孔板D～G全部失效；此时控制棒驱动机构试验容器与去离子水箱之间液体交换无阻碍，即加热器、控制棒驱动机构试验容器和冷却器上无压力，第二压力测量装置的示数为0；
当柱塞式孔板A～C逐渐失效而柱塞式孔板D～G逐渐启用时，控制棒驱动机构试验容器与去离子水箱之间液体交换被柱塞式孔板所阻碍，实现在加热器、控制棒驱动机构试验容器和冷却器上建立压力；
随着压力升高，加热器、控制棒驱动机构试验容器和冷却器间的去离子水沸点随之提高，通过提升加热器功率以将水温随压力提高而上升；当柱塞式孔板D～G全部启用且配合回路调节阀和支路调节阀，即可到达15.5MPa的目标压力，此时控制棒驱动机构试验容器处温度达到350℃，实现模拟控制棒驱动机构的高温高压环境；
相反，只需使柱塞式孔板A～C逐渐启用而柱塞式孔板D～G逐渐失效，即可降低加热器、控制棒驱动机构试验容器和冷却器上的压力，实现降低去离子水沸点，配合冷却器对回路的散热，使去离子水温重回低温，即能够实现对控制棒驱动机构施加冷热交变，完成冷热交变性能测试。
实施例2
本申请的另一种典型实施方式，提供了一种控制棒驱动机构冷热交变性能试验方法。
本实施例提出一种控制棒驱动机构冷热交变性能试验方法，利用所述控制棒驱动机构冷热交变性能试验系统，包括以下步骤：
1、开启系统内所有阀门，启动柱塞泵，使回路内流入去离子水；
2、关闭进水侧压力控制组件的所有调节阀，保持出水侧压力控制组件的所有调节阀开启；使进水侧压力控制组件的所有柱塞式孔板投入使用，使加热器、控制棒驱动机构试验容器和冷却器上建立压力；开启加热器，使回路内去离子水加热；此时，在主路柱塞泵到柱塞式孔板C之间和柱塞泵到支路柱塞式孔板之间建立了13.5MPa的压力。第一测压装置显示13.5MPa。同时，主路的流量为100kg/h,支路的流量为400kg/h；
3、逐一开启进水侧压力控制组件的调节阀，使进水侧压力控制组件的柱塞式孔板逐一失效；每开启一个进水侧压力控制组件的调节阀，同时关闭一个进水侧压力控制组件的调节阀，使出水侧压力控制组件的柱塞式孔板逐一启用；且每次失效一个柱塞式孔板并启用一个柱塞式孔板时，同步提高加热器功率，使回路内去离子水温度呈阶梯状上升，完成控制棒驱动机构试验容器的升温升压；
具体的，升温升压过程包括：打开调节阀A使得柱塞式孔板A退出使用，同时关闭调节阀D使得柱塞式孔板D投入使用。此时，在加热器、控制棒驱动机构试验容器和冷却器上建立了4.5MPa的压力，第二测压装置显示4.5MPa；
投入加热器功率，使得控制棒驱动机构试验容器的温度迅速升高至150℃，第三测温装置显示150℃，第二测温装置显示温度小于160℃；
打开调节阀B使得柱塞式孔板B退出使用，同时关闭调节阀E使得柱塞式孔板E投入使用。此时，在加热器、控制棒驱动机构试验容器和冷却器上建立了9MPa的压力，第二测压装置显示9MPa；
增加加热器功率，使得控制棒驱动机构试验容器的温度迅速升高至200℃，第三测温装置显示200℃，第二测温装置显示温度小于210℃；
打开调节阀C使得柱塞式孔板C退出使用，同时关闭调节阀F使得柱塞式孔板F投入使用。此时，在加热器、控制棒驱动机构试验容器和冷却器上建立了13.5MPa的压力，第二测压装置显示13.5MPa；
关闭调节阀F使得柱塞式孔板F投入使用。此时，在加热器、控制棒驱动机构试验容器和冷却器上建立了15MPa的压力，第二测压装置显示15MPa；
进一步的，通过减少回路调节阀和支路调节阀的开度，微调系统压力至15.5MPa，第二测压装置显示15.5MPa；
增加加热器功率，使得控制棒驱动机构试验容器的温度迅速升高至200℃，第三测温装置显示343℃，第二测温装置显示温度小于350℃；
4、完成升温升压后，执行与步骤3相反的过程，逐一关闭进水侧压力控制组件的调节阀，使进水侧压力控制组件的柱塞式孔板逐一启用；每关闭一个进水侧压力控制组件的调节阀，同时开启一个进水侧压力控制组件的调节阀，使出水侧压力控制组件的柱塞式孔板逐一失效；且每次失效一个柱塞式孔板并启用一个柱塞式孔板时，同步降低加热器功率并提高冷却器功率，使回路内去离子水温度呈阶梯状下降，完成控制棒驱动机构试验容器的降温降压；
5、循环进行步骤3及步骤4，完成控制棒驱动机构冷热交变性能试验。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种控制棒驱动机构冷热交变性能试验系统，其特征是，包括去离子水箱、柱塞泵、进水侧压力控制组件、加热器、控制棒驱动机构试验容器、冷却器和出水侧压力控制组件及连接各部件的管路；所述去离子水箱经由柱塞泵与进水侧压力控制组件的入口相连；所述进水侧压力控制组件经由加热器与控制棒驱动机构试验容器相连；所述控制棒驱动机构试验容器经由冷却器与出水侧压力控制组件连接；所述出水侧压力控制组件与去离子水箱连通；
所述进水侧压力控制组件包括多个相互串联的柱塞式孔板；
所述出水侧压力控制组件包括多个相互串联的柱塞式孔板。
2.如权利要求1所述的一种控制棒驱动机构冷热交变性能试验系统，其特征是，所述进水侧压力控制组件还包括与柱塞式孔板并联的调节阀；所述调节阀设有多个，多个调节阀与多个柱塞式孔板一一对应；
所述出水侧压力控制组件还包括与柱塞式孔板并联的调节阀；调节阀设有多个，多个调节阀与多个柱塞式孔板一一对应。
3.如权利要求2所述的一种控制棒驱动机构冷热交变性能试验系统，其特征是，所述柱塞泵与进水侧压力控制组件之间设有支路；所述支路包括支路柱塞式孔板和支路调节阀；所述柱塞泵与支路柱塞式孔板的入口相连；所述支路柱塞式孔板经由支路调节阀与去离子水箱连通。
4.如权利要求1所述的一种控制棒驱动机构冷热交变性能试验系统，其特征是，所述去离子水箱与柱塞泵之间的管道上设有第一阀门；所述柱塞泵出口处设置第二阀门；所述进水侧压力控制组件入口处设置第三阀门；所述加热器的入口处设置第四阀门；所述冷却器的出口处设置第五阀门。
5.如权利要求1所述的一种控制棒驱动机构冷热交变性能试验系统，其特征是，所述柱塞泵的入口处设置第一测温装置；所述加热器的出口处设置第二测温装置；所述控制棒驱动机构试验本体的出口处设置第三测温装置；所述冷却器的出口处设置第四测温装置。
6.如权利要求1所述的一种控制棒驱动机构冷热交变性能试验系统，其特征是，所述柱塞泵的出口处设置第一测压装置；所述加热器的入口处设置第二测压装置；所述加热器的出口处设置第三测压装置；所述冷却器的入口处设置第四测压装置，冷却器的出口处设置第五测压装置；所述出水侧压力控制组件的出口处设置第六测压装置。
7.如权利要求1所述的一种控制棒驱动机构冷热交变性能试验系统，其特征是，所述冷却器包括空冷塔；所述空冷塔经由循环泵与冷却器连通；所述空冷塔的进口处设置第五测温装置，空冷塔的出口处设置第六测温装置。
8.如权利要求5所述的一种控制棒驱动机构冷热交变性能试验系统，其特征是，所述测温装置均采用铠装K型热电偶。
9.如权利要求5所述的一种控制棒驱动机构冷热交变性能试验系统，其特征是，所述加热器依据第二测温装置所测温度进行自动功率控制。
10.一种控制棒驱动机构冷热交变性能试验方法，利用如权利要求1-9任一项所述的控制棒驱动机构冷热交变性能试验系统，其特征是，包括以下步骤：
1)开启系统内所有阀门，启动柱塞泵，使回路内流入去离子水；
2)关闭进水侧压力控制组件的所有调节阀，保持出水侧压力控制组件的所有调节阀开启；使进水侧压力控制组件的所有柱塞式孔板投入使用，使加热器、控制棒驱动机构试验容器和冷却器上建立压力；开启加热器，使回路内去离子水加热；
3)逐一开启进水侧压力控制组件的调节阀，使进水侧压力控制组件的柱塞式孔板逐一失效；每开启一个进水侧压力控制组件的调节阀，同时关闭一个进水侧压力控制组件的调节阀，使出水侧压力控制组件的柱塞式孔板逐一启用；且每次失效一个柱塞式孔板并启用一个柱塞式孔板时，同步提高加热器功率，使回路内去离子水温度呈阶梯状上升，完成控制棒驱动机构试验容器的升温升压；
4)完成升温升压后，执行与步骤3相反的过程，逐一关闭进水侧压力控制组件的调节阀，使进水侧压力控制组件的柱塞式孔板逐一启用；每关闭一个进水侧压力控制组件的调节阀，同时开启一个进水侧压力控制组件的调节阀，使出水侧压力控制组件的柱塞式孔板逐一失效；且每次失效一个柱塞式孔板并启用一个柱塞式孔板时，同步降低加热器功率并提高冷却器功率，使回路内去离子水温度呈阶梯状下降，完成控制棒驱动机构试验容器的降温降压；
5)循环进行步骤3、步骤4，完成控制棒驱动机构冷热交变性能试验。
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