【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于核动力设备性能验证性实验，具体涉及一种六自由度运动条件高温高压对称双环路系统自然循环特性实验装置及方法。
技术介绍
1、小型化堆因其具有诸多优点近年来受到国际核能界的持续关注、国际上很多国家都提出了自己的小型堆技术方案。目前的小型堆多普遍采用一体化设计思想，并尽量采用非能动安全固有安全技术。自然循环作为一种重要的固有安全技术在小型一体化反应堆中得到了广泛应用与研究，所谓自然循环，就是运行时靠堆芯与蒸汽发生器之间的密度差和高度差产生的驱动压头，来克服回路阻力并维持一定的流量持续将堆芯热量传输至蒸汽发生器二次侧。这种运行方式不受外部动力条件制约，省去主泵，使回路系统大大简化，同时可有效避免一回路大破口、全厂断电等一系列问题。
2、但将全自然循环技术应用到海上平台或船舶核动力装置上依然存在很大技术难题。海洋条件下的自然循环受海洋运动的影响，一方面核动力装置冷却剂系统的冷热段高度差和垂直加速度发生改变，自然循环驱动压力发生变化，影响系统的自然循环能力；另一方面，冷却剂受核动力装置升潜、摇摆或复杂运动引入的附加惯性力作用并可能产生附加流动，附加流动与冷却剂系统自身的自然循环流动相叠加，从而形成更为复杂的流动形式。
3、因此，对于一体化自然循环反应堆研究开发，必须开展相应一体化堆自然循环流动传热特性研究，通过在海洋运动模拟平台上搭建一体化自然循环模拟试验回路，研究反应堆堆内典型结构组件在海洋条件下的热工水力学特性规律。
技术实现思路
1、为研究反应堆堆内典
2、为了实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：
3、一种六自由度运动条件高温高压对称双环路系统自然循环特性实验装置，其特征在于：包括主循环回路系统、冷却水系统、六自由度运动平台、测量系统和电加热系统；
4、所述主循环回路系统包括棒束加热段1、两个对称布置的螺旋绕管换热器3、稳压器4、高压气瓶5、两个安全阀6、排气口7、两个调节阀8，所述棒束加热段1用于模拟燃料棒束，棒束加热段1采用焊接方式连接在主回路循环上升段中，主循环回路上升段、用于模拟堆芯和蒸汽发生器之间环隙的顶部水平连接段、螺旋绕管换热器3的壳侧、下降段、底部水平连接段、用于模拟堆芯下腔室的底部竖直管段依次相连，两个螺旋绕管换热器3位于两侧下降段并对称布置在棒束加热段1两侧；孔板流量计2安装在主循环回路上升段和两侧的顶部水平连接段，稳压器4与高压气瓶5放置于运动平台台体20外，通过高压金属软管与运动平台上的主循环回路底部连通，两个安全阀6分别位于主循环回路上升段顶部和稳压器4顶部出口，排气口7布置于主循环回路顶部，两个调节阀8分别安装于主循环回路上升段两侧底部水平连接段管线上，稳压器4上、稳压器4和主循环回路连接管线安装有截止阀9，稳压器4和高压气瓶5连接管线安装有阀门26，稳压器4的中部设置有中部截止阀25；
5、所述冷却水系统包括储水箱15、两个离心泵12、两个电磁流量计11、板式换热器14、冷却水塔18、两个螺旋绕管换热器3的管侧和四个球阀13，储水箱15出口分为两条平行的冷却水管线，与两台并联布置的离心泵12入口连通，离心泵12通过安装于配电柜23上的变频器调节冷却水流量，离心泵12出口管线通过高压金属软管与放置于运动平台上的水平管线连接，两条冷却水管线向上分别连通螺旋绕管换热器3的管侧以及棒束加热段1的环隙，螺旋绕管换热器3管侧顶端出口与竖直下降段管线相连，并通过高压金属软管与放置于运动平台外的水平回水管线连接，水平回水管线与板式换热器14入口相连，板式换热器14出口与储水箱15入口相连，两个电磁流量计11安装于运动平台上的水平管线上，四个球阀13分别安装于两个离心泵12入口之前和两个电磁流量计11出口，通过改变阀门开度调节两侧的冷却水流量，储水箱15与进水管线16相连，底部设置有排污口17；板式换热器14与外部的冷却水塔18中冷却水进行热交换；
6、所述六自由度运动平台包括机械台体20、驱动机构22及控制系统，驱动机构22与配电柜23和计算机24连接，通过计算机24中安装的控制程序控制驱动机构22达到预定的运动条件；
7、所述测量系统包括热电偶19、压力变送器、压差变送器10，热电偶19布置于棒束加热段1入口、出口和加热棒内壁面，以及两个螺旋绕管换热器3管侧出入口、壳侧出入口；压差变送器10安装于棒束加热段1、两个螺旋绕管换热器3入口和出口，还安装于主循环回路上升段两侧底部水平连接段管线和棒束加热段1出口；
8、所述电加热系统包括直流电源21、电缆、铜电极及棒束加热段1，直流电源21放置于机械台体20外，通过电缆连接铜电极夹持棒束加热段1的入口和出口法兰，对棒束加热段1内加热棒进行通电加热。
9、所述的一种六自由度运动条件高温高压对称双环路系统自然循环特性实验装置的实验方法，首先开启稳压器4与主循环回路连接管线的截止阀9，将稳压器4与主循环回路连通，并连接外部去离子水管线，打开主循环回路顶端排气口7，待排气口出水均匀稳定、不含气泡则表示稳压器4和主循环回路系统均已注满水，关闭排气口7和截止阀9，将稳压器4与主循环回路断开，然后打开稳压器4的中部截止阀25，将稳压器4内水位放至1/2高度，关闭中部截止阀25，再开启截止阀9和稳压器4与高压气瓶5之间的阀门26，通过高压气瓶5将主循环回路压力升高至实验工况的预定值；
10、启动离心泵12，并根据实验工况调节变频器与球阀13开度，使冷却水达到预定的流量，并开启外部冷却水管线；
11、启动直流电源21，逐步提升加热功率，直至达到实验工况预定的棒束入口和出口温度；记录静态下的温度、压力、流量参数作为基准，启动六自由度运动平台并升至中位，待参数重新稳定后，设置运动参数并启动六自由度运动平台，对于静态倾斜工况，记录六自由度运动平台从水平到倾斜稳定后，再恢复水平状态的全过程参数，对于动态工况，则记录主循环回路系统参数达到规律的正弦波动的数个周期内的数据，记录完成后关闭六自由度运动平台，使其重新回到中位，待主循环回路参数重新稳定后，开启六自由度运动平台，进行下一组运动条件实验；
12、所有运动条件实验完成后，关闭直流电源21，将六自由度运动平台回落到底位，待主循环回路温度降低至接近室温后，关闭离心泵12和外部冷却水，并关闭配电柜23电源，完成实验。
13、和现有技术相比较，本专利技术具备如下优点：
14、1、本专利技术所述实验装置及方法可以实现高温高压自然本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种六自由度运动条件高温高压对称双环路系统自然循环特性实验装置，其特征在于：包括主循环回路系统、冷却水系统、六自由度运动平台、测量系统和电加热系统；
2.根据权利要求1所述的一种六自由度运动条件高温高压对称双环路系统自然循环特性实验装置，其特征在于：所述棒束加热段(1)采用正方形套筒，内部加热棒采用3×3正方形排列用于模拟燃料棒束，加热棒两端材料为Inconel 690合金，中间发热段材料为N6；棒束加热段(1)及螺旋绕管换热器(3)内布置有压力变送器(10)和热电偶(19)，用于温度、压力和压降测量，分析棒束通道在运动条件下的流动换热特性，以及螺旋绕管换热器(3)壳侧流体在运动条件下的流动阻力特性。
3.根据权利要求1所述的一种六自由度运动条件高温高压对称双环路系统自然循环特性实验装置，其特征在于：主循环回路系统各部分，包括底部竖直圆管段、棒束加热段(1)，上升段，顶部水平连接段、下降段以及底部水平连接段的当量直径均根据原型反应堆的下腔室、堆芯、上腔室、驱动机构、环隙、下降段进行等比例缩比设计，螺旋绕管换热器(3)的两层管束结构是根据原型反应堆的蒸汽
4.根据权利要求1所述的一种六自由度运动条件高温高压对称双环路系统自然循环特性实验装置，其特征在于：主循环回路的主路和支路布置有孔板流量计(2)，用于测量运动条件下系统自然循环特性和两侧支路自然循环流量分配特性。
5.根据权利要求1所述的一种六自由度运动条件高温高压对称双环路系统自然循环特性实验装置，其特征在于：主循环回路系统两侧底部水平连接段管线安装有调节阀(8)，两侧支路左右对称设计，通过改变调节阀(8)开度调节两侧支路阻力以及支路与主路的通断，从而进行单回路循环实验或运动条件两侧偏环运行工况的自然循环特性和流动换热特性实验。
6.根据权利要求1所述的一种六自由度运动条件高温高压对称双环路系统自然循环特性实验装置，其特征在于：主循环回路系统放置于六自由度运动平台的机械台体(20)上，所述六自由度运动平台最大负载为5吨，最大摇摆、倾斜角为30°，最大平移距离为0.4m，能够进行静态倾斜、摇摆、起伏和不同参数耦合的运动条件实验。
7.根据权利要求1所述的一种六自由度运动条件高温高压对称双环路系统自然循环特性实验装置，其特征在于：主回路循环系统与稳压器(4)通过高压金属软管连接，并通过直流电源(21)对棒束加热段(1)进行通电加热，能够进行高温高压条件下的系统自然循环特性实验。
8.根据权利要求1所述的一种六自由度运动条件高温高压对称双环路系统自然循环特性实验装置，其特征在于：冷却水系统分为室内和室外部分，室内部分为闭式循环，采用储水箱(15)为冷却水管线供水，通过螺旋绕管换热器(3)的管侧完成主循环回路系统工质冷却后，经过板式换热器(14)与外部的冷却水塔(18)中冷却水进行热交换，并回到储水箱(15)；通过调节离心泵(12)频率和球阀(13)开度调节冷却水流量，控制冷却功率。
9.权利要求1至8任一项所述的一种六自由度运动条件高温高压对称双环路系统自然循环特性实验装置的实验方法，其特征在于：首先开启稳压器(4)与主循环回路连接管线的截止阀(9)，将稳压器(4)与主循环回路连通，并连接外部去离子水管线，打开主循环回路顶端排气口(7)，待排气口出水均匀稳定、不含气泡则表示稳压器(4)和主循环回路系统均已注满水，关闭排气口(7)和截止阀(9)，将稳压器(4)与主循环回路断开，然后打开稳压器(4)的中部截止阀(25)，将稳压器(4)内水位放至1/2高度，关闭中部截止阀(25)，再开启截止阀(9)和稳压器(4)与高压气瓶(5)之间的阀门(26)，通过高压气瓶(5)将主循环回路压力升高至实验工况的预定值；
...【技术特征摘要】
1.一种六自由度运动条件高温高压对称双环路系统自然循环特性实验装置，其特征在于：包括主循环回路系统、冷却水系统、六自由度运动平台、测量系统和电加热系统；
2.根据权利要求1所述的一种六自由度运动条件高温高压对称双环路系统自然循环特性实验装置，其特征在于：所述棒束加热段(1)采用正方形套筒，内部加热棒采用3×3正方形排列用于模拟燃料棒束，加热棒两端材料为inconel 690合金，中间发热段材料为n6；棒束加热段(1)及螺旋绕管换热器(3)内布置有压力变送器(10)和热电偶(19)，用于温度、压力和压降测量，分析棒束通道在运动条件下的流动换热特性，以及螺旋绕管换热器(3)壳侧流体在运动条件下的流动阻力特性。
3.根据权利要求1所述的一种六自由度运动条件高温高压对称双环路系统自然循环特性实验装置，其特征在于：主循环回路系统各部分，包括底部竖直圆管段、棒束加热段(1)，上升段，顶部水平连接段、下降段以及底部水平连接段的当量直径均根据原型反应堆的下腔室、堆芯、上腔室、驱动机构、环隙、下降段进行等比例缩比设计，螺旋绕管换热器(3)的两层管束结构是根据原型反应堆的蒸汽发生器简化设计，并保持流通面积比例与主回路循环系统其他部分与原型的比例一致，保证各部件与原型反应堆的流速相似。
4.根据权利要求1所述的一种六自由度运动条件高温高压对称双环路系统自然循环特性实验装置，其特征在于：主循环回路的主路和支路布置有孔板流量计(2)，用于测量运动条件下系统自然循环特性和两侧支路自然循环流量分配特性。
5.根据权利要求1所述的一种六自由度运动条件高温高压对称双环路系统自然循环特性实验装置，其特征在于：主循环回路系统两侧底部水平连接段管线安装有调节阀(8)，两侧支路左右对称设计，通过改变调节阀(8)开度调节两侧支路阻力以及支路与主路的通断，从而进行单回路循环实验或运动条件两侧偏环运行工况的自然循环特性和流动换热...
【专利技术属性】
技术研发人员：张魁，朱志明，田文喜，苏光辉，秋穗正，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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