CN110033872A - 一种通用型钠冷快堆组件单体水力实验台架及其实验方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于钠冷快堆组件的流动特性实验技术领域，尤其涉及一种通用型钠冷快堆组件单体水力实验台架及其实验方法。所述实验台架包括依次连接的：净水***、稳压***、主循环回路、实验段；其中，主循环回路中的加热段与实验段并联；实验段内部放置被测量的实验模拟件。所述实验方法包括：将去离子水打入主循环回路和实验段，并排出聚集在管路中的气体；启动主循环***的给水泵，在实验回路中建立稳定的循环流动；将实验工质加热至预定的温度后关闭加热器；调节主给水泵频率与出口阀门开度以实现不同实验工况的切换，完成实验数据的采集与记录。本发明可通过水力实验研究钠冷快堆各类组件及其对应棒束段的流动特性，具有较强的通用性与扩展性。
Description
技术领域
本发明属于钠冷快堆组件的流动特性实验技术领域，尤其涉及一种通用型钠冷快堆组件单体水力实验台架及其实验方法。
背景技术
钠冷快堆作为新一代核电堆型，堆芯中的相关功能组件分布位置不同、结构各异，对应的流动特性等亦存在较大差异，通过合理的结构设计使得组件满足预期的性能要求。由于组件内部结构极其复杂，导致冷却剂流动状态极其复杂、曲折，无法利用计算流体动力学等理论方法准确获得组件的流动特性，而组件流动特性直接关系到快堆安全性与经济性。因此在进行工程应用之前，必须通过实验验证其结构设计的正确性，并通过实验不断修改与完善，最终确定各个结构部件的结构尺寸。此外，由于钠冷快堆中用到的实际冷却剂钠化学性质活泼，在空气中易燃，遇水发生钠水反应，因此堆外实验采用钠工质具有较大的危险性，不易操作、维护。
目前，国内外关于钠冷快堆组件流动特性的研究存在问题主要表现在以下三个方面：
(1)研究方法多为数值模拟方法，而相关实验研究十分缺乏；
(2)所开展的实验研究多以带绕丝棒束段流动特性为研究重点，而全组件流动特性的实验研究较少；
(3)很多实验研究所利用的实验台架仅能针对特定类型的组件，扩展性较差。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提出了一种通用型钠冷快堆组件单体水力实验台架及其实验方法。
所述实验台架包括依次连接的：净水***、稳压***、主循环回路、实验段；其中，主循环回路中的加热段与实验段并联；实验段内部放置被测量的实验模拟件。
所述实验模拟件为三段式结构，自下而上依次为下封头、中部套筒、上封头，中部套筒在竖直方向上设置有观察窗，在中上部安装有三根排出管共同组成实验工质出口，下封头靠上部位有实验模拟件导向管，便于模拟件准确***模拟件管座。
所述净水***采用去离子水设备制备去离子水。
所述稳压***包括高位给水箱与一台循环泵。
所述主循环回路包括：送水回水管道、过滤器、主给水泵以及对应的阀门。
所述实验段上下两端监测流量、压力、温度。
所述实验方法包括：
将去离子水打入主循环回路和实验段，并排出聚集在管路中的气体；
启动主循环***的给水泵，在实验回路中建立稳定的循环流动；
将实验工质加热至预定的温度后关闭加热器；
调节主给水泵频率与出口阀门开度以实现不同实验工况的切换，完成实验数据的采集与记录。
实验前，启动净水***向稳压***高位给水箱中注入去离子水，同时监测水位，达到预定水位后关闭净水***。
所述实验方法在实验进程中稳压***通过阀门与主循环回路隔离，防止高温高压的水倒灌入稳压罐。
本发明的有益效果：本发明可通过水力实验研究钠冷快堆各类组件及其对应棒束段的流动特性，具有较强的通用性与扩展性，对于钠冷快堆堆外结构设计与验证具有重要的科研价值与工程意义。该实验台架可以实现：
(1)针对各类钠冷快堆组件开展水力实验研究其流动特性；
(2)具备各类钠冷快堆组件对应棒束段水力实验的能力，以及由此引申的管脚段流动特性的研究；
(3)流量覆盖各类组件额定流量，具备层流、过渡流、湍流不同流动区域的水力实验能力；
(4)可扩展到其他具有相似结构属性的快堆、压水堆全组件、棒束段堆外的水力实验验证。
附图说明
图1为本发明的实验台架***框图。
图2为本发明的实验段示意图。
图3为本发明的实验段下封头结构示意图。
图4为本发明的实验段中部套筒结构示意图。
图5为本发明的实验段实物图。
图6通用型钠冷快堆组件单体水力实验台架布置图。
具体实施方式
下面结合附图，对实施例作详细说明。
本发明的实验台架由净水***、稳压***、主循环***、实验段组成。净化***包括去离子水设备与一台给水泵，由于实验段中所用组件模拟件结构十分精细，若实验工质中存在较大杂质，极易引起表面结垢甚至出现杂质堆积堵塞流动通道，因此实验利用去离子水设备制备去离子水，其电导率小于0.5μs/cm，满足实验水质要求，从而从源头上保证了流动状况的可靠性同时也有利于测量准确性；稳压***主要包括高位给水箱与一台循环泵，去离子水在高位给水箱中暂存，实验前经循环泵打入实验回路，实验进程中稳压***通过阀门与实验回路隔离，防止高温高压的水倒灌入稳压罐；实验主回路包括对应的管道、过滤器、主给水泵以及对应阀门，当实验回路中充满水时，通过主给水泵实现工质循环，在主回路与实验段支路中稳定流动；温度控制***主要包括一台电加热器，在实验工质流动过程中，启动加热器将实验工质加热至预定的实验温度；实验段为不锈钢材质，内部放置被测量的实验模拟件，模拟件轴线与实验段轴线保持对中，实验工质由底部实验段进口进入，流经实验模拟件后由顶部出口流出，通过调节主给水泵频率与电动调节阀开度实现对流量、压降的精确控制；本实验需要测量流经实验模拟件的实验工质流量及压降，同时实时监测实验***温度，上述参数均采用自动采集方式，经过数据转化模块在PC端完成显示、实时监控与存储。实验台架主要参数如表1所示。
表1通用型钠冷快堆组件单体水力实验台架主要技术参数
| 参数 | 数值 | 备注 |
| 设计压力 | 1.6MPa | 闭式回路，工作时不允许任何泄露 |
| 工作介质 | 去离子水 | 电导率小于0.5μs/cm |
| 加热器最大功率 | 120KW | |
| 设计最大流量 | 150m<sup>3</sup>/h |
针对钠冷快堆各类组件的水力实验均在同一实验段中进行，该实验段具有较强的通用性与扩展性，具备全组件与棒束段实验能力。实验段材质为304不锈钢，整体为三段式结构，自下而上依次为下封头、中部套筒、上封头，三者之间通过法兰相互连接；下封头通过地脚螺栓固定在地面上；中部套筒在竖直方向上设置有3个观察窗，用于观察内部流动情况；上封头与下封头等径，在中上部安装有三根排出管共同组成实验工质出口；上封头顶部安装有丝扣，在实验段内部装有实验模拟件后，保持模拟件的压紧与对中；下封头靠上部位有实验模拟件导向管，便于模拟件准确***模拟件管座。实验段结构如图3所示。
实验方法及步骤：
(1)实验前先对整体实验台架进行检查，包括各个***设备的连接是否正确，各个接口以及实验水箱的密封完整，采集***正常工作。
(2)关闭实验段排水阀，依次打开回路中各阀门，保持流动通道的畅通；
(3)启动净水***向稳压***高位给水箱中注入去离子水，同时监测水位，达到预定水位后关闭净水***；
(4)开启稳压***的循环泵将暂存于高位给水箱中的去离子水打入实验回路，直至完全充满回路；
(5)打开实验回路顶部排气阀排出聚集在实验回路中的气体；
(6)启动主循环***的给水泵，在实验回路中建立稳定的循环流动；
(7)启动温度控制***所属的电加热器，将实验工质加热至预定的验温度后关闭加热器；
(8)调节给水泵频率与出口阀门开度以实现不同实验工况的切换，完成实验数据的采集与记录；
(9)实验完毕后打开排水阀，将实验回路中的水排向地坑。
(10)实验结束后，检查所有阀门开关、电源是否关闭，再次检查实验***各连接处的密封性；
(11)处理实验数据，完成相关实验报告。
此实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种通用型钠冷快堆组件单体水力实验台架，其特征在于，包括依次连接的：净水***、稳压***、主循环回路、实验段；其中，主循环回路中的加热段与实验段并联；实验段内部放置被测量的实验模拟件。
2.根据权利要求1所述实验台架，其特征在于，所述实验模拟件为三段式结构，自下而上依次为下封头、中部套筒、上封头，中部套筒在竖直方向上设置有观察窗，在中上部安装有三根排出管共同组成实验工质出口，下封头靠上部位有实验模拟件导向管，便于模拟件准确***模拟件管座。
3.根据权利要求1或2所述实验台架，其特征在于，所述净水***采用去离子水设备制备去离子水。
4.根据权利要求1或2所述实验台架，其特征在于，所述稳压***包括高位给水箱与一台循环泵。
5.根据权利要求1或2所述实验台架，其特征在于，所述主循环回路包括：送水回水管道、过滤器、主给水泵以及对应的阀门。
6.根据权利要求1或2所述实验台架，其特征在于，其特征在于，所述实验段上下两端监测流量、压力、温度。
7.一种基于权利要求1或2所述通用型钠冷快堆组件单体水力实验台架的实验方法，其特征在于，所述实验方法包括：
将去离子水打入主循环回路和实验段，并排出聚集在管路中的气体；
启动主循环***的给水泵，在实验回路中建立稳定的循环流动；
将实验工质加热至预定的温度后关闭加热器；
调节主给水泵频率与出口阀门开度以实现不同实验工况的切换，完成实验数据的采集与记录。
8.根据权利要求7所述实验方法，其特征在于，实验前，启动净水***向稳压***高位给水箱中注入去离子水，同时监测水位，达到预定水位后关闭净水***。
9.根据权利要求7所述实验方法，其特征在于，所述实验方法在实验进程中稳压***通过阀门与主循环回路隔离，防止高温高压的水倒灌入稳压罐。
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