CN111223582A - 一种抑制直接接触冷凝压力脉动的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抑制直接接触冷凝压力脉动的装置，包括鼓泡器和引射器；其中，所述引射器包括依次连接的吸入室、混合室、扩压室，所述吸入室设有喷嘴和引射入口，所述喷嘴为高压蒸汽入口，所述引射入口设置在所述吸入室的周侧；所述扩压室的出口连接鼓泡器的入口，所述鼓泡器开设有喷孔。本发明通过设置引射器，将引射器设置在鼓泡器前端，引射器的出口和鼓泡器的入口连接。利用高温高压蒸汽绝热膨胀形成的低压抽吸过冷水，可以提前让蒸汽与水在引射器内发生部分冷凝，降低蒸汽的压力和速度，从而降低随后蒸汽与水箱里水冷凝产生的压力脉动。

Description

一种抑制直接接触冷凝压力脉动的装置
技术领域
本发明属于反应堆设计技术，尤其涉及一种抑制直接接触冷凝压力脉动的装置。
背景技术
华龙一号，CAP1400和AP1000三种配置非能动安全***的核电站是当今中国核电发展的主流。所谓的非能动安全是利用重力和自然对流等自然特性来实现事故情况下的堆芯冷却。这就减少了泵，阀和交流电源的使用，简化了核电站的***，同时也可在较大程度上减少人为失误。
AP1000中的自动降压***(ADS)是非能动堆芯冷却***的重要组成部分。在核电站发生小破口失水事故后(SBLOCA)，若要实现自然对流引起的长期冷却，需要先利用自动卸压***(ADS)对反应堆冷却***降压。SBLOCA 试验和模拟结果表明从ADS触发到长期安注启动的过渡阶段内，堆芯的水装量达到最小，所以此阶段对堆芯安全非常关键和重要。自动降压***通过鼓泡器将高温高压蒸汽排放入内置换料水箱(IRWST)中，高温高压蒸汽与IRWST 内的过冷水发生直接接触冷凝(DCC)，直接接触冷凝过程中伴随着强烈的压力脉动。
传统的鼓泡器主要是在管道上钻孔加工而成，虽然经过大量的结构参数优化，其工作性能在一定程度上得到改善，但是蒸汽与内置换料水箱内的过冷水发生接触冷凝时产生压力脉动，对IRWST施加载荷。压力脉动将会损坏 IRWST和相关的设备。更严重的是，当压力脉动频率较低时，脉动将会与设备发生共振导致非能动堆芯冷却***的失效。所以减弱直接接触冷凝引起的压力脉动对反应堆安全有着非常重要的作用。
发明内容
本发明针对上述现有技术中的问题，提供了一种抑制直接接触冷凝压力脉动的装置，通过设置引射器，将引射器设置在鼓泡器前端，引射器的出口和鼓泡器的入口连接。利用高温高压蒸汽绝热膨胀形成的低压抽吸过冷水，可以提前让蒸汽与水在引射器内发生部分冷凝，降低蒸汽的压力和速度，从而降低随后蒸汽与水箱里水冷凝产生的压力脉动。
为解决上述问题，本发明的技术方案为：
一种抑制直接接触冷凝压力脉动的装置，包括鼓泡器和引射器；
其中，所述引射器包括依次连接的吸入室、混合室、扩压室，所述吸入室设有喷嘴和引射入口，所述喷嘴为高压蒸汽入口，所述引射入口设置在所述吸入室的周侧；
所述扩压室的出口连接鼓泡器的入口，所述鼓泡器开设有喷孔。
优选地，所述引射器的混合室和扩压室之间还设置喉部，所述混合室的出口连接所述喉部的入口，所述喉部的出口连接所述扩压室的入口，设计喉部能够得到较高的引射系数，引射系数是指从引射入口进入引射器的过冷水与从鼓泡器喷孔喷出的水的质量比，引射系数越大进入引射器的水越多，对压力脉动的抑制能力越好。
优选地，所述鼓泡器长度大于500mm，防止在蒸汽质量流速过低时，发生水箱里面过冷水从喷孔倒吸进抑压装置。
为了能够有效承受因蒸汽在抑制装置里发生冷凝产生的压力脉动，优选地，所述鼓泡器和所述引射器的厚度均大于3mm。
优选地，所述鼓泡器的入口直径等于所述引射器扩压室出口的直径。
优选地，所述混合室的长度为60-64mm，优选为62mm,为了能够得到较高的引射系数。
优选地，所述喉部的直径为10-14mm，优选为12mm，为了能够得到较高的引射系数。
优选地，所述扩压室长度的直径为100-104mm，优选为102mm，为了能够得到较高的引射系数。
优选地，所述引射器和所述鼓泡器上均设置固定所述抑制装置的支架。
本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：
本发明通过在鼓泡器前端设计引射器，将引射器的出口连接鼓泡器的入口，高温高压蒸汽通过喷嘴绝热膨胀，将内能转化为动能，压力降低速度提高，并在吸入室形成低压区，内置换料水箱(IRWST)中的过冷水在低压的作用下通过引射入口被吸入引射器内部。蒸汽与水在混合室内发生质量、动量和能量的交换，形成均匀的混合流，压力和速度都降低。随后混合流体经过扩压室的减速、升压过程后进入鼓泡器，通过鼓泡器的喷孔排到水箱中，混合流体与水池里的过冷水发生冷凝。因此，本发明提供的因直接接触冷凝引起的压力脉动抑制装置，利用高温高压蒸汽绝热膨胀形成的低压抽吸过冷水，可以提前让蒸汽与水在引射器内发生部分冷凝，降低蒸汽的压力和速度，从而降低随后蒸汽与水箱里水冷凝产生的压力脉动。
附图说明
图1为本发明实施例中抑制直接接触冷凝压力脉动的装置结构示意图；
图2为传统鼓泡器造成的水池内的压力脉动；
图3为本发明提供的压力脉动抑制装置在水池内的压力脉动。
附图标记说明：1-吸入室；101-喷嘴；102-引射入口；2-混合室；3-喉部；4-扩压室；5-鼓泡器。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种抑制直接接触冷凝压力脉动的装置作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。
参看图1，一种抑制直接接触冷凝压力脉动的装置，包括鼓泡器5和引射器；
其中，引射器是一种结构简单并且不消耗额外机械能的流体装置，引射器包括依次连接的吸入室1、混合室2、扩压室4，吸入室1设有喷嘴101和引射入口102，喷嘴101为高压蒸汽入口，引射入口102设置在吸入室1的周侧；
扩压室4的出口连接鼓泡器5的入口，鼓泡器5开设有喷孔。
本实施例通过在鼓泡器5前端设计引射器，将引射器的出口连接鼓泡器 5的入口，高温高压蒸汽通过喷嘴101绝热膨胀，将内能转化为动能，压力降低速度提高，并在吸入室1形成低压区，内置换料水箱(IRWST)中的过冷水在低压的作用下通过引射入口102被吸入引射器内部。蒸汽与水在混合室 2内发生质量、动量和能量的交换，形成均匀的混合流，压力和速度都降低。随后混合流体经过扩压室4的减速、升压过程后进入鼓泡器5，通过鼓泡器5的喷孔排到水箱中，混合流体与水池里的过冷水发生冷凝。因此，本实施例提供的因直接接触冷凝引起的压力脉动抑制装置，利用高温高压蒸汽绝热膨胀形成的低压抽吸过冷水，可以提前让蒸汽与水在引射器内发生部分冷凝，降低蒸汽的压力和速度，从而降低随后蒸汽与水箱里水冷凝产生的压力脉动。
优选实施方式，引射器的混合室2和扩压室4之间还设置喉部3，混合室2的出口连接喉部3的入口，喉部3的出口连接扩压室4的入口，设计喉部3能够得到较高的引射系数。
为防止在蒸汽质量流速过低时，发生水箱里面过冷水从鼓泡器5的喷孔倒吸进抑压装置，优选地，鼓泡器5长度大于500mm。
优选地，鼓泡器5和引射器的厚度均大于3mm，为了能够有效承受因蒸汽在装置里发生冷凝产生的压力脉动。
优选地，鼓泡器5的入口直径等于引射器扩压室4出口的直径。
优选地，混合室2的长度为60-64mm，为了能够得到较高的引射系数。
优选地，喉部3的直径为10-14mm，为了能够得到较高的引射系数。
优选地，扩压室4长度的直径为100-104mm，为了能够得到较高的引射系数。
优选地，引射器和鼓泡器5上均设置固定压力脉动抑制装置的支架。
采用实验室的设备对传统鼓泡器5和本申请的抑制装置对水池内的压力脉动的抑制情况作了对比，
具体的实验步骤如下：
(1)仪控***和回路设备状态检查：
蒸汽供应***：注水至液位3.1m，打开加热段电源,加热过程中排气，以挤出存留空气，10分钟后关闭排气阀，加热到目标压力后停止备用；
试验水箱：注水至液位1.5m，调整水温至目标温度，检查标尺、光源放置位置，高速摄像机焦点聚焦于鼓泡器5位置；
(2)打开电磁阀、手动阀，通过调节阀把流过鼓泡器5的质量流速调到目标值，进行直接冷凝试验，存储冷却水箱的温度、压力等数据，高速摄像机拍摄鼓泡器5喷放时喷放过程；
(3)等待蒸汽喷放结束后，检查水箱水温，若处于目标温度，则进行下一个质量流速试验，若水箱温度偏离目标温度较远，则向水箱内注水，调节水箱水温至目标温度，再进行下一个质量流速试验。试验过程中需监测水箱水温，锅炉液位，适时调整；
(4)试验工况全部完成后，关闭预热段和加热段电源，关闭蒸汽供应***的柱塞泵；
(5)打开主回路排气阀，将回路剩余蒸汽排入大气；
(6)关闭测控***和电源***，试验结束。
结果如图2和图3所示，从图中可看出，使用本申请的压力脉动抑制装置可明显降低直接接触冷凝造成的压力震荡。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种抑制直接接触冷凝压力脉动的装置，其特征在于，包括鼓泡器和引射器；
其中，所述引射器包括依次连接的吸入室、混合室、扩压室，所述吸入室设有喷嘴和引射入口，所述喷嘴为高压蒸汽入口，所述引射入口设置在所述吸入室的周侧；
所述扩压室的出口连接鼓泡器的入口，所述鼓泡器开设有喷孔。
2.根据权利要求1所述的抑制直接接触冷凝压力脉动的装置，其特征在于，所述引射器的混合室和扩压室之间还设置喉部，所述混合室的出口连接所述喉部的入口，所述喉部的出口连接所述扩压室的入口。
3.根据权利要求1所述的抑制直接接触冷凝压力脉动的装置，其特征在于，所述鼓泡器长度大于500mm。
4.根据权利要求1所述的抑制直接接触冷凝压力脉动的装置，其特征在于，所述鼓泡器和所述引射器的厚度均大于3mm。
5.根据权利要求1所述的抑制直接接触冷凝压力脉动的装置，其特征在于，所述鼓泡器的入口直径等于所述引射器扩压室出口的直径。
6.根据权利要求1所述的抑制直接接触冷凝压力脉动的装置，其特征在于，所述混合室的长度为60-64mm。
7.根据权利要求2所述的抑制直接接触冷凝压力脉动的装置，其特征在于，所述喉部的直径为12-16mm。
8.根据权利要求1所述的抑制直接接触冷凝压力脉动的装置，其特征在于，所述扩压室的长度为100-104mm。
9.根据权利要求1所述的抑制直接接触冷凝压力脉动的装置，其特征在于，所述引射器和所述鼓泡器上均设置支架。
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