[發(fā)明專利]甩負(fù)荷擾動(dòng)下管束間兩相流不穩(wěn)定性與交變熱應(yīng)力研究試驗(yàn)裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310421288.5
• 申請(qǐng)日: 2013-09-16
• 公開（公告）號(hào): CN103471810A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫寶芝;楊柳;李彥軍;宋福元;楊龍濱;張國(guó)磊;李曉明;張鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M10/00
• 分類號(hào): G01M10/00;G01N3/10
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種試驗(yàn)裝置，具體地說(shuō)是兩相流試驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)

蒸汽發(fā)生器是核動(dòng)力一、二回路進(jìn)行換熱的關(guān)鍵設(shè)備，其傳熱管壁厚僅為1mm左右，是一回路壓力邊界最薄弱的環(huán)節(jié)。船用核動(dòng)力蒸汽發(fā)生器由于船舶機(jī)動(dòng)性要求和汽輪機(jī)甩負(fù)荷條件的影響，運(yùn)行功率變化頻繁且幅度較大，蒸汽發(fā)生器流量多發(fā)生高頻周期性波動(dòng)，促使管壁溫度熱力型脈動(dòng)，進(jìn)而引發(fā)熱應(yīng)力的周期性交替變化，導(dǎo)致傳熱管應(yīng)力破損。交變熱應(yīng)力不僅受汽液兩相流流動(dòng)不穩(wěn)定性單獨(dú)作用，還與沸騰危機(jī)、臨界熱負(fù)荷等傳熱惡化現(xiàn)象密切相關(guān)。當(dāng)沸騰傳熱發(fā)生惡化時(shí)，傳熱管表面汽、液交替接觸，導(dǎo)致?lián)Q熱系數(shù)急劇變化，引起熱流密度大幅度振蕩，傳熱管壁產(chǎn)生交變熱應(yīng)力，從而導(dǎo)致傳熱管應(yīng)力破裂。在這種甩負(fù)荷擾動(dòng)的運(yùn)行條件下，船用蒸汽發(fā)生器傳熱管破損是常發(fā)事故。甩負(fù)荷擾動(dòng)下蒸汽發(fā)生器傳熱管應(yīng)力腐蝕破損的研究仍存在諸多問(wèn)題，單純二次側(cè)應(yīng)力腐蝕及晶間應(yīng)力腐蝕實(shí)驗(yàn)與機(jī)理層面的研究不能從本質(zhì)上揭示甩負(fù)荷引起的特定擾動(dòng)下蒸汽發(fā)生器傳熱管破損機(jī)制，傳熱管破損的誘發(fā)機(jī)理亟待進(jìn)一步探究。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)核電站甩負(fù)荷進(jìn)行了研究，但是，研究主要集中在對(duì)陸基核電站負(fù)荷變化時(shí)，控制系統(tǒng)和調(diào)節(jié)系統(tǒng)隨負(fù)荷變化的應(yīng)變能力的驗(yàn)證，甩負(fù)荷對(duì)蒸汽發(fā)生器內(nèi)的兩相流動(dòng)不穩(wěn)定性與交變熱應(yīng)力的影響尚不清楚。越來(lái)越多的國(guó)內(nèi)外專家認(rèn)識(shí)到甩負(fù)荷特定擾動(dòng)下蒸汽發(fā)生器二回路復(fù)雜的汽液兩相流動(dòng)不穩(wěn)定性、沸騰傳熱惡化與交變熱應(yīng)力作用機(jī)制及規(guī)律等方面的研究是短缺的，而這些正是解析甩負(fù)荷擾動(dòng)對(duì)傳熱管交變熱應(yīng)力作用規(guī)律、防止傳熱管應(yīng)力破損及提高蒸汽發(fā)生器安全性的關(guān)鍵。然而，對(duì)甩負(fù)荷條件下的兩相流動(dòng)不穩(wěn)定性和交變熱應(yīng)力的研究未見公開發(fā)表的文獻(xiàn)，沒(méi)有現(xiàn)成的可實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能的實(shí)驗(yàn)裝置。

本發(fā)明通過(guò)采用PLC系統(tǒng)控制的快開快關(guān)閥門實(shí)現(xiàn)不同做功方式甩負(fù)荷條件下兩相流動(dòng)不穩(wěn)定性和交變熱應(yīng)力的研究。旨在揭示甩負(fù)荷擾動(dòng)對(duì)蒸汽發(fā)生器汽液兩相流動(dòng)不穩(wěn)定性、熱力型脈動(dòng)及交變熱應(yīng)力變化特征與影響因素，最終提出蒸汽發(fā)生器兩相流不穩(wěn)定性與傳熱管交變熱應(yīng)力預(yù)測(cè)模型與方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供揭示甩負(fù)荷擾動(dòng)對(duì)蒸汽發(fā)生器汽液兩相流動(dòng)不穩(wěn)定性、熱力型脈動(dòng)及交變熱應(yīng)力變化特征與影響因素的甩負(fù)荷擾動(dòng)下管束間兩相流不穩(wěn)定性與交變熱應(yīng)力研究試驗(yàn)裝置。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明甩負(fù)荷擾動(dòng)下管束間兩相流不穩(wěn)定性與交變熱應(yīng)力研究試驗(yàn)裝置，其特征是：包括實(shí)驗(yàn)段、預(yù)熱器、冷凝器、汽水分離器、儲(chǔ)水箱，預(yù)熱器和汽水分離器分別與實(shí)驗(yàn)段的入口端和出口端連通，儲(chǔ)水箱通過(guò)分別與冷凝器和預(yù)熱器連通，汽水分離器與冷凝器和儲(chǔ)水箱分別連通；實(shí)驗(yàn)段包括筒體和安裝在筒體內(nèi)的U型管束，實(shí)驗(yàn)段的入口端包括一次側(cè)入口和二次側(cè)入口，出口端包括汽水分離出口和一次側(cè)出口，所述的一次側(cè)入口與U型管的一端連通，一次側(cè)出口與U型管的另一端相連通，從而形成一次側(cè)回路，預(yù)熱器與二次側(cè)入口連通，汽水分離器與汽水分離出口連通，U型管與筒體之間形成二次側(cè)流域，預(yù)熱器、二次側(cè)入口、二次側(cè)流域、汽水分離出口、汽水分離器、冷凝器、預(yù)熱器依次連通形成二次側(cè)回路。

本發(fā)明還可以包括：

1、所述的U型管包括A類U型管和B類U型管，A類U型管上布置有測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)的位置包括：U型管的彎管頂點(diǎn)處以及該頂點(diǎn)的兩側(cè)各取一個(gè)截面，每個(gè)截面上各設(shè)置三個(gè)測(cè)點(diǎn)，在U型管的兩個(gè)直管與彎管連接處各設(shè)置一個(gè)測(cè)點(diǎn)，在兩個(gè)直管的中部各設(shè)置一個(gè)測(cè)點(diǎn)；測(cè)點(diǎn)均連接數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

2、所述的U型管束包括8個(gè)U型管，采用正方形布置，其中包括3個(gè)A類U型管和5個(gè)B類U型管，U型管束的橫截面組成圓形區(qū)域里，圓的一個(gè)直徑上布置2個(gè)A類U型管，該直徑上方位于圓的邊緣處設(shè)置1個(gè)A類U型管，在該直徑與該圓邊緣處中間的橫向位置處設(shè)置2個(gè)B類U型管，在直徑下方對(duì)稱布置有3個(gè)B類U型管。

3、筒體的上、中、下三個(gè)位置上設(shè)置引壓孔，上、下引壓孔安裝壓差傳感器，中引壓孔安裝壓力傳感器，筒體上還裝有液位傳感器。

4、筒體的上引壓孔下方和中引壓孔下方均設(shè)置含汽率和表觀流速測(cè)量設(shè)備。

5、預(yù)熱器和二次側(cè)入口之間的管路上依次安裝Y型過(guò)濾器、孔板流量計(jì)；一次側(cè)入口的入口管路上依次安裝Y型過(guò)濾器、孔板流量計(jì)；汽水分離器和實(shí)驗(yàn)段之間的管路上安裝自力式壓力流量組合閥，自力式壓力流量組合閥通過(guò)PLC控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)。

本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于：