CN205748850U - 一种蒸汽发生器传热管流致振动实验台架 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于蒸汽发生器技术领域，具体涉及一种蒸汽发生器传热管流致振动实验台架。所述实验台架包括实验段和系统回路；实验段由不锈钢外罩、三根U型传热管、支撑板和进气层组成；系统回路由空气压缩机、压力表、进气流量调节阀、气体流量计、进水流量调节阀、液体流量计、水泵、储水箱、下部排水阀和排水系统组成。本实验台架能够准确通过实验得到不同工况下，核电厂蒸汽发生器传热管的流致振动参数，包括振幅、应变、频率等，这对蒸汽发生器流致振动现象的振动规律研究和机理研究具有重要的意义，同时能够为流致振动软件开发提供数据支持。
Description
技术领域
本实用新型属于蒸汽发生器技术领域，具体涉及一种蒸汽发生器传热管流致振动实验台架。
背景技术
蒸汽发生器是核电站的关键设备之一，作用是将一回路的热量传导给二回路，使二回路水受热后蒸发，推动汽轮机工作，其安全稳定运行对于核电站正常运行起着至关重要的作用。
目前，国内外对蒸汽发生器传热管的流致振动研究分为两种：数值计算和实验研究。其中大多为数值计算，实验研究较少。而振动实验研究主要分为两类：单向流和两相流。目前来说，无论是数值计算还是实验研究，都以单向流见多，两相流较少。两相流振动实验又分为使用蒸汽模拟和使用空气模拟两种方法。其中，使用蒸汽模拟实验时，不能有效地控制气体流量，蒸汽含量偏低，无法有效模拟出实际含气量。而实际上，温度对于物体的流致振动影响不大，因而本实验台架采用空气模拟，能十分有效地控制气体流量，且可满足大含气量的实验工况。
另一方面，目前对各行业的管壳式的蒸汽发生器的研究，大多针对直管式的传热管，针对核电厂使用的蒸汽发生器中特有的倒U型管的相当少。完全采用实际核电厂使用的传热管以及支撑板、且与原型保持如此高相似度的实验台架少之又少。
同时，国内虽然开展了一些流致振动试验，如上海核工程研究设计院早期做过秦山核电厂(Ⅰ期)压水堆吊篮组件流致振动试验，成都核动力院也做过秦山核电厂(Ⅱ期)压水堆吊篮组件流致振动实测试验，现在上海核工程研究设计院正计划AP1000项目的流致振动工程试验，但这些试验是主要针对个别部件的工程验证性试验，关于流致振动的基础性研究及机理性研究在国内尚未广泛开展。
实用新型内容
为克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种蒸汽发生器传热管流致振动实验台架，采用1:1局部模型，可进行不同流速，不同含气量的单相或两相工况下的流致振动实验，具体技术方案为：
一种蒸汽发生器传热管流致振动实验台架，包括实验段和系统回路；实验段由不锈钢外罩、三根U型传热管、支撑板和进气层组成；进气层一共有四层，每一层又分为三层细进气管，分别是第一进气管、第二进气管、第三进气管；进气层焊接固定在不锈钢外罩上；三根U型传热管穿过支撑板的四叶梅花孔，并通过胀接方式与四层支撑板连接；三根U型传热管通过焊接固定在实验段的底部管板上；
系统回路由空气压缩机、压力表、进气流量调节阀、气体流量计、进水流量调节阀、液体流量计、水泵、储水箱、下部排水阀和排水系统组成；
其中，进水流量调节阀、液体流量计、水泵、储水箱之间通过进水管道直接相连，所述进水管道和不锈钢外罩焊接；排水阀与不锈钢外罩的下部焊接，并通过排水软管与排水系统连接；
空气压缩机的出口处安装有压力表，空气压缩机通过高压进气管与进气流量调节阀连接，进气流量调节阀、气体流量计通过螺纹固定在进气层上。
优选地，储水箱与进水管道通过法兰连接，进水流量调节阀、液体流量计通过螺纹与进水管道相连。
优选地，第一进气管、第二进气管、第三进气管的进气方向依次为向上、向内、向下，目的是使每层的进气更加均匀，减少由于进气方向而引起的振动，防止对实验造成无关干扰。
本蒸汽发生器传热管流致振动实验台架针对核电厂蒸汽发生器特有的倒U型传热管的结构特点和运行条件，建立流固耦合试验技术中的缩比模型和相似准则，详细对核设备在不同工况下的流固耦合现象进行基础性及机理性研究，并开发一套流固耦合分析方法和软件，为核电站流固耦合作用下设备和结构抵抗流致振动设计和核安全评价提供服务。
本实验系统的U型传热管模型不是使用常规的建立缩比模型的做法，而是采用了1:1的局部模型思路，直接截取蒸汽发生器传热管的上半部分作为实验主体，避免了缩比造成的失真。本装置采用的U型管为实际蒸汽发生器使用的因科镍690传热管，因而材料的固有频率等参数与实际相同。采用四叶梅花孔的支撑板，传热管与支撑板的配合方式为胀接，这些高度保真的措施提高了实验的可信度。同时，本实验系统采用强迫循环，以水和空气作为二次侧的工作工质，其中的空气模拟实际蒸汽发生器中的蒸汽，能更加有效地控制含气量，且可以满足大气含量的实验要求。
利用本实验系统进行流致振动实验的具体过程为：
(一)进行单相实验时，
1、连接并检查实验装置，开启进水流量调节阀，关闭进气流量调节阀，开启水泵，设置较低频率运行，储水箱里的水通过进水流量调节阀、液体流量计进入实验段，形成强迫循环，检查系统回路的封闭性；
2、调节进水流量调节阀，至液体流量计的示数达到目标工况给水流量；
3、通过传感器测量直管段和弯管段各个测点的振动情况，通过信号采集系统采集数据；多次测量，取平均值；
4、改变流量，重新进行实验；
5、采集完成后，关闭水泵和进水流量调节阀，打开下部排水阀，进行排水，结束实验。
(二)进行两相实验时，
1、连接并检查实验装置，检查回路封闭性，封闭性良好后，进行排水；
2、启动空气压缩机，向装置内通入空气，调节每层的进气流量调节阀，使四层进气层分别通入不同进气量的空气，从而使实验段的含气量从底部到顶部有不同梯度的变化，至气体流量计的示数达到目标工况；
3、待通气稳定后，关闭下部排水阀，打开水泵和进水阀，调节进水流量调节阀，使进水量达到目标工况；
4、形成循环后，通过传感器将各个测点的振动情况输出给信号采集系统，进行数据采集；多次测量，取平均值；
5、改变流量，重新进行实验；
6、采集完成后，保持继续通气，关闭水泵和进水流量调节阀，打开下部排水阀，进行排水；
7、排水完成后，关闭空气压缩机，结束实验。
本实用新型的有益效果为：本实验台架能够准确通过实验得到不同工况下，核电厂蒸汽发生器传热管的流致振动参数，包括振幅、应变、频率等，这对蒸汽发生器流致振动现象的振动规律研究和机理研究具有重要的意义，同时能够为流致振动软件开发提供数据支持。
附图说明
图1为蒸汽发生器传热管流致振动实验台架示意图；
图2为蒸汽发生器传热管流致振动实验台架的局部放大图；
图中各编号的含义如下：1-空气压缩机，2-压力表，3-U型传热管，4-支撑板，5-进气流量调节阀，6-气体流量计，7-进气层，8-第一进气管，9-第二进气管，10-第三进气管，11-进水流量调节阀，12-液体流量计，13-水泵，14-储水箱，15-下部排水阀，16-排水系统，17-不锈钢外罩。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步的说明，但并不因此而限制本实用新型的保护范围。
如图1和图2所示，蒸汽发生器传热管流致振动实验台架包括实验段和系统回路；实验段由不锈钢外罩、三根U型传热管、支撑板和进气层组成；进气层一共有四层，每一层又分为三层细进气管，分别是第一进气管、第二进气管、第三进气管；进气层焊接固定在不锈钢外罩上；三根U型传热管穿过支撑板的四叶梅花孔，并通过胀接方式与四层支撑板连接；三根U型传热管通过焊接固定在实验段的底部管板上；
系统回路由空气压缩机、压力表、进气流量调节阀、气体流量计、进水流量调节阀、液体流量计、水泵、储水箱、下部排水阀和排水系统组成；
其中，进水流量调节阀、液体流量计、水泵、储水箱之间通过进水管道直接相连，所述进水管道和不锈钢外罩焊接；排水阀与不锈钢外罩的下部焊接，并通过排水软管与排水系统连接；
空气压缩机的出口处安装有压力表，空气压缩机通过高压进气管与进气流量调节阀连接，进气流量调节阀、气体流量计通过螺纹固定在进气层上。
储水箱与进水管道通过法兰连接，进水流量调节阀、液体流量计通过螺纹与进水管道相连。
第一进气管、第二进气管、第三进气管的进气方向依次为向上、向内、向下，目的是使每层的进气更加均匀，减少由于进气方向而引起的振动，防止对实验造成无关干扰。
利用本实验系统进行流致振动实验的具体过程为：
(一)进行单相实验时，
1、连接并检查实验装置，开启进水流量调节阀，关闭进气流量调节阀，开启水泵，设置较低频率运行，储水箱里的水通过进水流量调节阀、液体流量计进入实验段，形成强迫循环，检查系统回路的封闭性；
2、调节进水流量调节阀，至液体流量计的示数达到目标工况给水流量；
3、通过传感器测量直管段和弯管段各个测点的振动情况，通过信号采集系统采集数据；多次测量，取平均值；
4、改变流量，重新进行实验；
5、采集完成后，关闭水泵和进水流量调节阀，打开下部排水阀，进行排水，结束实验。
(二)进行两相实验时，
1、连接并检查实验装置，检查回路封闭性，封闭性良好后，进行排水；
2、启动空气压缩机，向装置内通入空气，调节每层的进气流量调节阀，使四层进气层分别通入不同进气量的空气，从而使实验段的含气量从底部到顶部有不同梯度的变化，至气体流量计的示数达到目标工况；
3、待通气稳定后，关闭下部排水阀，打开水泵和进水阀，调节进水流量调节阀，使进水量达到目标工况；
4、形成循环后，通过传感器将各个测点的振动情况输出给信号采集系统，进行数据采集；多次测量，取平均值；
5、改变流量，重新进行实验；
6、采集完成后，保持继续通气，关闭水泵和进水流量调节阀，打开下部排水阀，进行排水；
7、排水完成后，关闭空气压缩机，结束实验。
Claims (3)
1.一种蒸汽发生器传热管流致振动实验台架，其特征在于，包括实验段和系统回路；实验段由不锈钢外罩(17)、三根U型传热管(3)、支撑板(4)和进气层(7)组成；进气层(7)一共有四层，每一层又分为三层细进气管，分别是第一进气管(8)、第二进气管(9)、第三进气管(10)；进气层(7)焊接固定在不锈钢外罩(17)上；三根U型传热管(3)穿过支撑板(4)的四叶梅花孔，通过胀接方式与四层支撑板(4)连接；三根U型传热管(3)通过焊接固定在实验段的底部管板上；
系统回路由空气压缩机(1)、压力表(2)、进气流量调节阀(5)、气体流量计(6)、进水流量调节阀(11)、液体流量计(12)、水泵(13)、储水箱(14)、下部排水阀(15)和排水系统(16)组成；
其中，进水流量调节阀(11)、液体流量计(12)、水泵(13)、储水箱(14)之间通过进水管道直接相连，所述进水管道和不锈钢外罩(17)焊接；排水阀(15)与不锈钢外罩(17)的下部焊接，并通过排水软管与排水系统(16)连接；
空气压缩机(1)的出口处安装有压力表(2)，空气压缩机(1)通过高压进气管与进气流量调节阀(5)连接，进气流量调节阀(5)、气体流量计(6)通过螺纹固定在进气层(7)上。
2.根据权利要求1所述的一种蒸汽发生器传热管流致振动实验台架，其特征在于，储水箱(14)与进水管道通过法兰连接，进水流量调节阀(11)、液体流量计(12)通过螺纹与进水管道相连。
3.根据权利要求1所述的一种蒸汽发生器传热管流致振动实验台架，其特征在于，第一进气管(8)、第二进气管(9)、第三进气管(10)的进气方向依次为向上、向内、向下。
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