[發明專利]一種壓力容器外部冷卻試驗系統和方法

有效

• 申請號: 201710675976.2
• 申請日: 2017-08-09
• 公開（公告）號: CN107564593B
• 公開（公告）日: 2019-06-18
• 發明（設計）人: 鐘達文;孟繼安
• 申請（專利權）人: 華北電力大學;清華大學
• 主分類號: G21C17/00
• 分類號: G21C17/00
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

1.一種壓力容器外部冷卻試驗系統，其特征在于，所述壓力容器外部冷卻試驗系統包含壓力容器外部冷卻試驗件，用于存放和熔化低熔點金屬的高溫熔池，存放試驗過程所需冷卻水的試驗水箱，試驗件外側的流道結構，氮氣源，備用水箱、去離子水設備，空冷器、配電柜、儀表控制設備和數據采集設備；具體組成為試驗件(1)外側設置流道結構(3)，并放置在試驗水箱(2)中，試驗水箱(2)內布置有第二電加熱器(502)，在試驗水箱(2)上部和備用水箱(6)上部之間的旁通管道上安裝有第404閥門和第三流量計(203)，同時試驗水箱(2)與氮氣源(5)相連接，該連接管道上布置有第407閥門、第410閥門和第二壓力傳感器(702)；試驗水箱(2)下部通過水泵(301)、第一流量計(201)和第403閥門與備用水箱(6)下部連接；備用水箱(6)上部通過第401閥門和去離子水設備(7)下部連接；備用水箱(6)頂部通過第402閥門、第一溫度傳感器(601)與空冷器(8)連接；所述備用水箱(6)內安裝有第一電加熱器(501)和第二溫度傳感器(602)，備用水放凈閥(412)；空冷器(8)再通過第二流量計(202)、第405閥門與試驗水箱(2)的上部連接；試驗水箱(2)底部安裝有試驗水放凈閥(411)；試驗件(1)頂部通過第一壓力傳感器(701)、第406閥門與第407閥門、第410閥門的公共節點連接；試驗件(1)頂部通過液態金屬接管(106)、第408閥門與高溫熔池(4)及其內的液態金屬輸送管(109)相連，高溫熔池(4)通過第三壓力傳感器(703)、第409閥門與氮氣源(5)相連接；高溫熔池(4)內布置有第三電加熱器(503)，高溫熔池(4)安裝有第四溫度傳感器(604)；在壓力容器外部冷卻試驗系統外配置配電柜(9)、儀表控制設備(10) 和數據采集設備(11)。

2.根據權利要求1所述一種壓力容器外部冷卻試驗系統，其特征在于，所述試驗件(1)頂蓋中央安裝驅動電機(101)及其葉輪(102)，在試驗件(1)內腔內，圍繞葉輪(102)固定內循環流道結構(103)，在內循環流道(103)與內壁之間，用于加熱液態金屬的電加熱系統(104)固定在頂蓋上，試驗件殼體(105)中間設置隔熱層(110)，試驗件殼體(105)與壓力容器下封頭(107)分別安裝有試驗件殼體連接件(113)和下封頭連接件(114)，兩個連接件通過螺栓連接，連接件間放置有特制的耐高溫密封件(115)，連接件由耐高溫隔熱水泥(112)進行隔熱保護，同時在耐高溫隔熱水泥(112)外側安裝耐高溫防水隔熱密封件(116)；在驅動電機(101)周圍布置的液態金屬接管(106)和第一壓力傳感器(701)固定在頂蓋上，其中液態金屬接管(106)插入液態金屬(108)內；多個第五溫度傳感器(605)在電加熱系統(104)附近固定在頂蓋上，并插入液態金屬(108)內，插入深度不同，以測量試驗件內不同高度位置的液態金屬(108)的溫度；第六溫度傳感器(606)、第七溫度傳感器(607)分別固定在壓力容器下封頭(107)的內壁和外壁；第六溫度傳感器(606)用于測量試驗件壓力容器下封頭(107)內側附近不同傾角處的液態金屬溫度，第七溫度傳感器(607)用于測量壓力容器下封頭外表面的壁溫；所述試驗件內液態金屬接管可延長至試驗件的底部，通過向試驗件上部注入氮氣，同時對液態金屬接管進行預熱，從而將液態金屬從試驗件輸送回高溫熔池，如此能夠實現壓力容器下封頭的更換，從而能夠研究不同結構表面的沸騰換熱性能。

3.根據權利要求1所述一種壓力容器外部冷卻試驗系統，其特征在于，所述高溫熔池的體積容量必須大于試驗件(1)內液態金屬充滿的體積容量，其兩者容量比為(1.2:-1.5)：1。

4.根據權利要求1所述一種壓力容器外部冷卻試驗系統，其特征在于，所述壓力容器下封頭為變厚度的封頭，外表面為半徑R的半球形，內表面為類球形；實際核反應堆在嚴重事故工況下的熱流密度沿壓力容器下封頭從完全朝下即傾角0°到豎直即傾角90°逐漸增加，液態金屬由于熱導率高，近似認為液態金屬沿著壓力容器下封頭溫度變化很小，因此據此設計變厚度的壓力容器下封頭，傾角0°的厚度為δ₂，傾角90°的厚度為δ₁，根據熱流密度的分布特性，δ₂>δ₁。