CN207439632U - 可视化先导钴靶件钴棒流致振动实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种可视化先导钴靶件钴棒流致振动实验装置，包括钴棒的可视化玻璃导向管、先导钴靶件钴棒、固定先导钴靶件钴棒上部支撑板件、可视化上封头和支撑台架五个部分。石英玻璃导向管由上到下分为三级，采用分级调控方式，保证先导钴靶件钴棒在导向管中的对中，导向管上端与上部支撑板件通过定管螺纹孔内的可调螺丝与氟胶O型环固定连接，上封头与上部支撑板之间采用密封法兰组压紧氟胶环的结构，上封头采用透明有机玻璃材料加工，与石英玻璃导向管相结合，本实用新型可以模拟先导钴靶件棒在导向管中的振动情况，从而对钴棒的抗流致振动特性进行可视化研究，本体设计简单，价格低廉，数据采集准确方便，研究工况范围广。

Description

可视化先导钴靶件钴棒流致振动实验装置

技术领域

本实用新型涉及一种可视化先导钴靶件钴棒流致振动实验装置，应用于不同流动工况下导向管内先导钴靶件钴棒振动特性研究，主要涉及到流体力学、材料力学、减振降噪、核安全等技术领域。

背景技术

由于流体流动诱发的部件振动问题在实际的工程应用中普遍存在，如机翼的颤振、蒸发器传热管的流致振动、海洋立管的涡致振动等。在反应堆结构中，同样大量存在着因流体的冲击引发的结构部件振动，例如在流动工质作用下的蒸汽发生器传热管、燃料棒、导向管中钴棒等。先导钴靶件在反应堆运行时，受到冷却剂的影响，导向管中的钴棒会产生激振现象。如果因钴棒设计不当，可能会造成钴棒振幅在某些流量范围内出现异常的振动峰值，当钴棒振动频率接近或等于其固有频率时，会导致钴棒产生剧烈的共振振动，并有可能与导向管发生碰撞，使其壁面发生形变甚至产生破损，对反应堆的运行带来安全隐患，因此，对于先导钴靶件钴棒流致振动的振动特性研究具有重大的意义。传统的测量手段，通常是在振动部件表面布置相应的传感器(位移传感器、压力传感器等)以采集振动信息，但是这种方法会对流场产生干扰，尤其是对于环隙极小的先导钴靶件钴棒而言，传统的传感器测量方式会对测量精度带来巨大影响。除了传统的实验手段，数值计算也是一种广泛应用的分析手段，具有方便、快捷、成本低等优点，但是其结果需要准确的实验数据验证，因此需要一种实验装置既克服数值模拟结果准确性的不足，又能够避免传统测量装置对流场扰动的现状。因此有必要设计一种用于模拟先导钴靶件钴棒振动特性测量的实验装置，实现对其振动特性方便、廉价、精准的测量。本实用新型提供的是一种先导钴靶件钴棒振动特性可视化测量的实验装置，可以通过扫流试验与台阶流量实验验证钴棒是否会运行流量范围内发生因流动引起的异常振动，分析其振幅大小及振动频率，通过检验振动谱中是否出现共振峰来验证钴棒的流致振动特性是否可被接受，提供可靠的实验数据，为评估钴棒安全性能以及改进钴棒的结构设计提供指导。

发明内容

本实用新型的目的是为了而提供一种结构简单，价格低廉，数据采集准确方便，研究工况范围广的可视化先导钴靶件钴棒流致振动实验装置。

本实用新型的目的是这样实现的：包括实验本体、蓄水箱、多级离心泵，实验本体的出水口与蓄水箱连通，实验本体的进水口依次连接电磁流量计、两个流量调节阀后与多级离心泵连接，多级离心泵与蓄水箱连接，所述实验本体包括上封头、设置在上封头上端的上封头排气口、设置在上封头侧面的出水口、设置在上封头下端的上部支撑板、石英导向管、钴棒，所述石英导向管由上至下分为三段管段，相邻两个管段之间通过中间连接套管连接，上方管段的上端设置有上部连接套管，上部连接套管伸入至上部支撑板下端的管状结构内，所述管状结构上设置有定位螺纹孔，上部连接套管与管状结构通过定位螺纹孔内的定位螺丝定位，下方管段的下端设置有底部连接套管，底部连接套管的端部是进水口，所述上部支撑板上还设置有定位梁，且定位梁与上部支撑板之间设置有定后塞尺，所述钴棒的上端与定位梁连接、下端穿过上部支撑板后伸入至石英导管内。

本实用新型还包括这样一些结构特征：

1.所述蓄水箱内设置有分隔板和换热器。

2.所述管状结构的下端部与上部连接套管的凸台之间设置有氟胶O型环。

3.所述上封头的材料是有机玻璃材料。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：(1)振动特性采用可视化测量的方法，不需在实验测量段布置相应的传感器，可以准确无扰地测量钴棒的振动特性，并且可以直观观测到整个实验过程中钴棒的振动特征；(2)采用硅胶片压紧密封以及压紧氟胶O型环的密封方式，既满足了实验良好密封性的要求，同时又保证了安装拆卸的灵活性；(3)导向管采用分级调节的调控方式，并通过定管螺纹孔内的可调螺丝对导向管的安装位置进行微调，充分保证实验装置的安装精度(4)结构简单，价格低廉，易加工。

本实用新型提供的是一种先导钴靶件钴棒振动特性可视化测量的实验装置，可实现不同实验工况下钴棒振动特性的可视化测量，在实验段区域通过高速摄像机拍摄、先进的图像后处理获得不同实验工况下的钴棒振动特性，包括：振动幅度、振动频率、振动速度等关键参数；采用高精度水平仪对实验台架以及高速摄像机进行调节，保证高速摄像机与拍摄面的垂直，防止光路畸变带来的测量误差；高速摄像机布置在高度可调节的升降平台上，可以根据实验需求调节高速摄像机的水平位置，进而获取不同区域处的钴棒振动规律；本装置采用可视化设计，可以直观观测到先导钴靶件钴棒在导向管中的振动情况，同时对导向管中的流场无干扰，不会改变流场特性，因此可以准确、方便、直观地测量不同区域、不同工况下的钴棒振动特性。导向管与上封头采用石英玻璃材料和有机玻璃材料，以保证实验的整体可视化效果；导向管采用不锈钢套管嵌套连接方式，以保证导向管的准直度以及强度；上封头采用硅胶片压紧密封方式，导向管与上部支撑板采用压紧氟胶O型环的密封方式，充分保证的整个实验段的密封性；钴棒通过定位梁固定在上部支撑板上，可以通过定位梁对钴棒进行对中微调，保证钴棒安装的准确度。

附图说明

图1为本实用新型的先导钴靶件钴棒振动特性可视化测量本体结构示意图；

图2为本实用新型的振动特性测量装置回路示意图；

图3为本实用新型的上部支撑板示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述。

结合图1，用于先导钴靶件钴棒振动特性测量的本体，提供了承压边界，实现了对流动工质和先导钴靶件棒的包容，满足了整体可视化的实验要求，可以在扫流以及台阶流速等不同的实验工况下测量钴靶件棒的振动特性。本体设置上主要包括上封头排气口1、出水口2、上封头3、扭力螺丝4、定位梁5、上部支撑板6、定厚塞尺7、定管螺纹孔8、氟胶O型环9、上部连接套管10、石英导向管11、中间连接套管12-13、钴棒14、底部连接套管15、进水口16，通过变频器调节多级离心泵以完成在扫流以及台阶流量等不同实验工况下钴棒振动特性参数的测量。本实用新型中导向管11与上封头3采用石英玻璃材料和有机玻璃材料，以保证实验的整体可视化效果，上部连接套管10与上部支撑板6之间采用压紧氟胶O型环的密封方式，保证了整个实验段的密封性；采用多种调控方式以保证钴棒与导向管之间的对中，钴棒14通过定位梁5定位和扭力螺丝4固定，上部连接套管10由支撑板上定位螺纹孔8固定，并通过定位螺纹孔8内的定位螺丝对导向管整体微调；另外，石英导向管11由上至下分成三段，采用局部分级调控的方式逐级微调控制导向管与钴棒保持良好的对中性，以确保实验测量的准确。

结合图2，是本实用新型的回路系统，由蓄水箱17、分隔板18、换热器19、排水阀20、多级离心泵21、流量调节阀22、旁通阀23、电磁流量计24、压力表25，26构成。实验开始之前，先打开旁通阀门22，关掉主回路阀门，用以稳定管路流量以及排除管路中的空气，此后通过调节主回路阀门的开度来调节回路流量，回路中工质在多级离心泵21的驱动下循环流动，工质经过管道进入导向管流道，待回路工况稳定以后，在相应的实验关注区域，采用高速摄像机对钴棒的振动特性参数进行测量，实验中通过蓄水箱中的换热器19保证回路工质的温度恒定，避免工质物性参数改变带来的实验误差。

结合图3，在导向管与上封头之间采用支撑板固定密封连接，支撑板上的螺纹孔用于连接固定相应密封以及受力部件，定厚塞尺7用以保证定位梁5与上部支撑板6出口之间的间隙，减小流动工质在此处的局部阻力，定位梁5用来对钴棒固定和定位，同时采用螺纹固定，保证了实验装置的拆装方便。

也即本实用新型的实验本体采用石英玻璃导向管与有机玻璃上封头相结合的设计方案，保证实验装置的整体可视化效果，既包容流动工质与先导钴靶件钴棒，又充当流动工质的承压边界；采用石英玻璃导向管与不锈钢连接管的嵌套连接方案，将石英玻璃导向管由上到下分为三级，通过分级调控方式，保证先导钴靶件棒在导向管中的对中，避免钴靶件棒的贴壁，有效保证了实验测量的可信度，实现振动特性的精准测量；导向管上端与上部支撑板件通过定管螺纹孔内的可调螺丝与氟胶O型环固定连接，定管螺纹孔可对导向管的安装位置进行微调，保证安装精度，通过压紧氟胶O型环可保证导向管与上部支撑板之间的密封性；上封头与上部支撑板之间采用密封法兰组压紧硅胶片的结构，充分保证了实验装置的密封性与安装的精准度。

综上，本实用新型提供的是一种先导钴靶件钴棒振动特性测量的实验装置，实验装置包括包容流动工质以及钴棒的可视化玻璃导向管、先导钴靶件钴棒、固定先导钴靶件钴棒上部支撑板件、可视化上封头和支撑台架五个部分。本实用新型的实验装置可以同时实现扫流流量以及台阶流量工况下先导钴靶件钴棒的振动特性测量。通过高速摄像机拍摄实现可视化导向管内先导钴靶件钴棒振动过程的获取；对于扫流实验，将流过钴靶件的流体流速从实验流速下限开始，确保采样频率满足香农采样定理，在一定时间内连续地增加到流速上限，同时记录各关键参量测量数据；对于台阶流速实验，流过钴靶件流速从实验工况范围流速下限开始到流速上限，在流速敏感区以较小流速间隔，在流速非敏感区较大流速间隔进行台阶式增加，同时进行靶件振动数据采集。将石英玻璃导向管由上到下分为三级，采用分级调控方式，保证先导钴靶件钴棒在导向管中的对中，避免了钴靶件棒的贴壁，有效保证了实验测量的可信度，提高了测量的准确性。导向管上端与上部支撑板件通过定管螺纹孔内的可调螺丝与氟胶O型环固定连接，上封头与上部支撑板之间采用密封法兰组压紧氟胶环的结构，充分保证了实验装置的密封性与安装的精准度。上封头采用透明有机玻璃材料加工，与石英玻璃导向管相结合，保证了实验装置整体可视化要求。本实用新型可以模拟先导钴靶件棒在导向管中的振动情况，从而对钴棒的抗流致振动特性进行可视化研究，本体设计简单，价格低廉，数据采集准确方便，研究工况范围广。

Claims (5)

1.可视化先导钴靶件钴棒流致振动实验装置，其特征在于：包括实验本体、蓄水箱、多级离心泵，实验本体的出水口与蓄水箱连通，实验本体的进水口依次连接电磁流量计、两个流量调节阀后与多级离心泵连接，多级离心泵与蓄水箱连接，所述实验本体包括上封头、设置在上封头上端的上封头排气口、设置在上封头侧面的出水口、设置在上封头下端的上部支撑板、石英导向管、钴棒，所述石英导向管由上至下分为三段管段，相邻两个管段之间通过中间连接套管连接，上方管段的上端设置有上部连接套管，上部连接套管伸入至上部支撑板下端的管状结构内，所述管状结构上设置有定位螺纹孔，上部连接套管与管状结构通过定位螺纹孔内的定位螺丝定位，下方管段的下端设置有底部连接套管，底部连接套管的端部是进水口，所述上部支撑板上还设置有定位梁，且定位梁与上部支撑板之间设置有定后塞尺，所述钴棒的上端与定位梁连接、下端穿过上部支撑板后伸入至石英导管内。

2.根据权利要求1所述的可视化先导钴靶件钴棒流致振动实验装置，其特征在于：所述蓄水箱内设置有分隔板和换热器。

3.根据权利要求1或2所述的可视化先导钴靶件钴棒流致振动实验装置，其特征在于：所述管状结构的下端部与上部连接套管的凸台之间设置有氟胶O型环。

4.根据权利要求1或2所述的可视化先导钴靶件钴棒流致振动实验装置，其特征在于：所述上封头的材料是有机玻璃材料。

5.根据权利要求3所述的可视化先导钴靶件钴棒流致振动实验装置，其特征在于：所述上封头的材料是有机玻璃材料。