CN113686538B - 一种研究运动工况下管流及仪表响应特性的实验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种研究运动工况下管流及仪表响应特性的实验装置。包括循环管路***、固定台架***、测量***，循环管路***包括进口段直管、强迫循环泵、进口段软管、上升段直管、纵向段直管、横向段直管、下降段直管、高位公共引压管、低位公共引压管、出口段软管、出口段直管、给水管路及连接件，进口段直管依次连接进口段软管、上升段直管、纵向段直管、横向段直管、下降段直管、出口段软管、出口段直管、给水管路及连接件，固定台架***包括连接底板、管路固定架、惯导连接架，管路固定架位于横向段直管下方。本发明结构简单，适用于多种海洋条件运动平台，可实现对海洋条件多种运动工况下管路内流动特性如差压、流量的测量及研究。

Description

一种研究运动工况下管流及仪表响应特性的实验装置
技术领域
本发明属于船用反应堆热工水力实验研究技术领域，具体涉及一种研究运动工况下管流及仪表响应特性的实验装置。
背景技术
管路***是常规陆基反应堆中较为常见的***，大量出现在各个回路中，管路中的各个参数如流量、压降等可用常规仪表仪器采集。压力测量是一种常见的信号测量方式。如流动阻力及局部阻力等产生的压降主要采用差压变送器进行测量。流量测量通常采用孔板流量计，其原理是流体通过孔板产生速度及静压变化，通过速度差可以计算出流经孔板的流量及速度。以上差压、流量测量实际上均为压力和压差测量。压力测量广泛使用的测量装置是差压变送器，其工作原理是将压力或压差信号转化为电信号，在一定范围内压力或压差信号与电信号呈线性关系，通过标定即可获得测量压差值。以上仪表一般应用于稳态、非运动条件下的测量，对传统的陆基反应堆是适应的。
不同于陆基反应堆，船用反应堆及海底反应堆通常会受到风、浪、涌等运行的影响。海洋条件运动会引起核动力装置做横摇等运动，这些运动改变了热工水力***与大地坐标的相对位置，对热工水力***引入了附加加速度。非惯性坐标系中，质量、能量守恒方程与惯性系的相同，但原始的动量方程不成立，需要引入惯性力。海洋条件下惯性加速度的引入包括平移加速度、向心加速度、切向加速度、科氏加速度。所以在海洋条件下的研究需要新的理论公式支撑，才能进行正确合理的理论分析。
在测量过程中，管路内流体流动特性会因为所受附加惯性力而改变，且仪表和测点之间通常由充满介质的导压管连接，当处于运动条件时，导压管内的导压介质受附加加速度的影响会引起一定的压力，引入一定的测量误差。另外，仪表内的压力转换部件，对瞬态变化也存在一定的响应时间，测量结果可能会滞后于实际变化发生时间。因此传统上适用于陆上静止状态下的差压、流量测量方法可能已不满足于海洋条件下的测量需求，需要对海洋条件运动工况下管流及仪表响应特性进行研究。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种研究运动工况下管流及仪表响应特性的实验装置。
本发明的目的通过如下技术方案来实现：本发明包括循环管路***和固定台架***，循环管路***包括进口段直管1-1、强迫循环泵1-2、进口段软管1-3、上升段直管1-4、弯头1-5、活接头1-6、纵向段直管1-7、横向段直管1-8、下降段直管1-9、高位公共引压管1-10、低位公共引压管1-11、出口段软管1-12、出口段直管1-13、给水管路及连接件1-14、加压水箱1-15、进口段阀门1-16、出口段阀门1-17、自然循环加热器1-18，进口段直管1-1依次连接进口段软管1-3、上升段直管1-4、纵向段直管1-7、横向段直管1-8、下降段直管1-9、出口段软管1-12、出口段直管1-13、给水管路及连接件1-14，上述所有直管、软管和给水管路及连接件1-14之间均通过弯头1-5和活接头1-6连接，强迫循环泵1-2设置在进口段软管1-3上，进口段阀门1-16设置在进口段软管1-3与上升段直管1-4连接的一端，自然循环加热器1-18设置在上升段直管1-4上，高位公共引压管1-10和低位公共引压管1-11设置在下降段直管1-9上，出口段阀门1-17设置在出口段软管1-12上，加压水箱1-15设置在给水管路及连接件1-14上，固定台架***包括连接底板2-1、管路固定架2-3、惯导连接架2-4，连接底板2-1上加工有连接孔2-2，管路固定架2-3位于横向段直管1-8下方，管路固定架2-3下方与连接孔2-2连接，管路固定架2-3与循环管路***连接，惯导连接架2-4与管路固定架2-3下方连接。
本发明还可以包括：
本发明还可以包括测量***，测量***包括横向孔板流量计3-1、纵向孔板流量计3-2、竖向孔板流量计3-3、1号差压变送器3-4、2号差压变送器3-5、3号差压变送器3-6、1号差压变送器引压管3-7、2号差压变送器引压管3-8、3号差压变送器引压管3-9、4号孔板流量计3-10、姿态传感器3-11，姿态传感器3-11与惯导连接架2-4连接，横向孔板流量计3-1设置在横向段直管1-8上，纵向孔板流量计3-2设置在纵向段直管1-7上，竖向孔板流量计3-3设置在上升段直管1-4上，4号孔板流量计3-10设置在出口段直管1-13上，1号差压变送器3-4、2号差压变送器3-5、3号差压变送器3-6分别设置在1号差压变送器引压管3-7、2号差压变送器引压管3-8、3号差压变送器引压管3-9上，三条差压变送器引压管均与高位公共引压管1-10和低位公共引压管1-11连接。
本发明的有益效果在于：
1、本发明实验***原理及结构简单，质量较轻，适用于多种海洋条件运动平台；
2、本发明多使用卡扣、螺栓、活接头等设备进行连接，方便拆卸与改造；
3、本发明可在一次实验中获得不同安装方式对仪表响应特性的影响，相比于单个仪表每次拆卸换位与安装，大幅度节省资源；
4、本发明可进行强迫循环、全自然循环、半自然半强迫循环及无流动条件下管流及仪表响应特性研究，无需大改管路。
附图说明
图1为本发明实验***整体示意图
图2为本发明实验段示意图
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
根据图1，本发明主要由循环管路***、固定台架***、测量***组成。所述循环管路***主要由进口段直管1-1、强迫循环泵1-2、进口段软管1-3、上升段直管1-4、弯头1-5、活接头1-6、纵向段直管1-7、横向段直管1-8、下降段直管1-9、高位公共引压管1-10、低位公共引压管1-11、出口段软管1-12、出口段直管1-13、给水管路及连接件1-14、加压水箱1-15、进口段阀门1-16、出口段阀门1-17、自然循环加热器1-18等组成。循环管路***主要提供强迫循环或自然循环，为研究海洋条件运动工况下管流及仪表响应特性提供研究对象与研究基础，循环管路***中所有的直管、弯头、阀门、波纹管应规格一致密封良好，材质应为不锈钢材质，进口段软管1-3及出口段软管1-12应为不锈钢波纹管，管路及连接件的规格也可根据研究具体需求或实际使用条件而定，所述强迫循环泵1-2和自然循环加热器1-18相互切换使用可分别研究强迫循环或全自然循环条件下管流及仪表响应特性，同时使用也可研究加热条件下半自然半强迫循环中管流及仪表响应特性，因本实验***中有装载于商用运动平台的运动部分及地面固定部分，因此设置进口段软管1-3和出口段软管1-12为两种不同状态的部分的软连接，进口段阀门1-16和出口段阀门1-17的开关，可分别研究运动工况下循环状态管流及仪表响应特性和无流动状态下仪表自身响应特性，位于运动部分主要有四条直管：上升段直管1-4、纵向段直管1-7、横向段直管1-8、下降段直管1-9，可为仪表提供不同的安装位置、朝向等选择，高位公共引压管1-10、低位公共引压管1-11为差压变送器等需要引压管线的仪表提供引压管线，以上管路排布、引压管布置等可根据研究方向和实际设备需求进行排布。所述固定台架主要由连接底板2-1、连接孔2-2、管路固定架2-3、惯导连接架2-4等组成，固定台架主要起对管路***及测量***的支撑作用，连接底板2-1一般用不锈钢板或预制孔板制成，上有一定数目的连接孔2-1，通过螺栓或销块等与不同的商用运动平台上平面进行连接，也可用其他方式进行连接，管路支撑架2-3由角钢、C型钢或铝型材等材料制成，可用螺栓与直角钢片进行连接、焊接、卡扣连接或者其他合适的连接方式相互连接，以及与连接底板2-1连接，与循环管路***之间尽量使用卡扣连接，使其方便拆卸或改造。所述测量***主要由横向孔板流量计3-1、纵向孔板流量计3-2、竖向孔板流量计3-3、1号差压变送器3-4、2号差压变送器3-5、3号差压变送器3-6、1号差压变送器引压管3-7、2号差压变送器引压管3-8、3号差压变送器引压管3-9、4号孔板流量计3-10、姿态传感器3-11等组成。三个孔板流量计分别设置于不同位置的直管段，若无横摇等海洋条件运动则测量值应相同，但当处于运动条件附加惯性力的作用下，管路内液体流动及仪表本身内部结构响应都会受到影响，以此来研究各种运动工况对流量测量的影响，三个差压变送器取压位置相同，在无横摇等海洋条件运动则测量值应相同，但当处于运动条件附加惯性力的作用下三个差压变送器引压管内液体受到附加惯性力及仪表本身内部结构响应都会受到影响，以此来研究各种运动工况对差压测量的影响，4号孔板流量计为对照组，考虑水不可压缩时输出流量参考值，姿态传感器3-11包括惯导***、陀螺仪、加速度计等姿态仪表，根据运动的特征输出姿态信号。
本发明管路***以运动商用平台为驱动载体，运动商用平台为海洋条件运动平台如液压摇摆平台、起伏平台、横荡平台、多自由度平台，研究海洋条件下各种运动工况对管路内流动特性以及仪表响应特性的影响。本发明所述管路***可实现对海洋条件多种运动工况下管路内流动特性如差压、流量的测量及研究，也可实现对仪表位置、朝向等安装参数对其响应特性影响的研究。本发明设计的管路***结构简单、适用性强，可适用于不同的海洋条件运动平台，可实现自然循环及强迫循环两种循环方式的转换，本发明可实现快速改装，本发明搭载惯导***，可实现姿态参数与流动及仪表特性之间关系的研究，实际工程意义较强，最终对海洋条件下核动力装置的设计、安全运行与、信号的合理分析处理具有较高的指导意义。
根据图2，自然循环加热器1-18的位置应根据具体需求，不限于只安装于上升段直管1-4中；孔板流量计的位置应不仅限于上升段直管1-4、纵向段直管1-7、横向段直管1-8，也可安装于下降段直管1-9上；同理高位公共引压管1-10和低位公共引压管的位置也不仅限于下降段直管1-9，三个差压变送器及对应引压管位置也应随具体需求改变。
进行强迫循环实验时，进口段阀门1-16、出口段阀门1-17应打开，强迫循环泵1-2应打开并调至既定参数，自然循环加热器1-18应关闭，待强迫循环稳定后使实验段进行设定的运动，测量数据。
进行自然循环实验时，进口段阀门1-16、出口段阀门1-17应打开，强迫循环泵1-2应关闭，自然循环加热器1-18应打开并调至既定参数，待自然循环形成并稳定后使实验段进行设定的运动，测量数据。
进行半自然半强迫循环实验时，进口段阀门1-16、出口段阀门1-17应打开，强迫循环泵1-2应打开并调至既定参数，自然循环加热器1-18应打开并调至既定参数，待循环稳定后使实验段进行设定的运动，测量数据。
进行无外部驱动力条件下实验时，进口段阀门1-16、出口段阀门1-17应关闭，强迫循环泵1-2应关闭，自然循环加热器1-18应关闭，随后使实验段进行设定的运动，测量数据。
所有测量仪表所得信号一同分析可得差压、流量等信号随姿态信号变化的数据，为船用核动力装置的设计于信号的分析起到借鉴作用。

Claims (2)

1.一种研究运动工况下管流及仪表响应特性的实验装置，其特征是：包括循环管路***和固定台架***，循环管路***包括进口段直管(1-1)、强迫循环泵(1-2)、进口段软管(1-3)、上升段直管(1-4)、弯头(1-5)、活接头(1-6)、纵向段直管(1-7)、横向段直管(1-8)、下降段直管(1-9)、高位公共引压管(1-10)、低位公共引压管(1-11)、出口段软管(1-12)、出口段直管(1-13)、给水管路及连接件(1-14)、加压水箱(1-15)、进口段阀门(1-16)、出口段阀门(1-17)、自然循环加热器(1-18)，进口段直管(1-1)依次连接进口段软管(1-3)、上升段直管(1-4)、纵向段直管(1-7)、横向段直管(1-8)、下降段直管(1-9)、出口段软管(1-12)、出口段直管(1-13)、给水管路及连接件(1-14)，上述所有直管、软管和给水管路及连接件(1-14)之间均通过弯头(1-5)和活接头(1-6)连接，强迫循环泵(1-2)设置在进口段软管(1-3)上，进口段阀门(1-16)设置在进口段软管(1-3)与上升段直管(1-4)连接的一端，自然循环加热器(1-18)设置在上升段直管(1-4)上，高位公共引压管(1-10)和低位公共引压管(1-11)设置在下降段直管(1-9)上，出口段阀门(1-17)设置在出口段软管(1-12)上，加压水箱(1-15)设置在给水管路及连接件(1-14)上，固定台架***包括连接底板(2-1)、管路固定架(2-3)、惯导连接架(2-4)，连接底板(2-1)上加工有连接孔(2-2)，管路固定架(2-3)位于横向段直管(1-8)下方，管路固定架(2-3)下方与连接孔(2-2)连接，管路固定架(2-3)与循环管路***连接，惯导连接架(2-4)与管路固定架(2-3)下方连接。
2.根据权利要求1所述的一种研究运动工况下管流及仪表响应特性的实验装置，其特征是：还包括测量***，测量***包括横向孔板流量计(3-1)、纵向孔板流量计(3-2)、竖向孔板流量计(3-3)、1号差压变送器(3-4)、2号差压变送器(3-5)、3号差压变送器(3-6)、1号差压变送器引压管(3-7)、2号差压变送器引压管(3-8)、3号差压变送器引压管(3-9)、4号孔板流量计(3-10)、姿态传感器(3-11)，姿态传感器(3-11)与惯导连接架(2-4)连接，横向孔板流量计(3-1)设置在横向段直管(1-8)上，纵向孔板流量计(3-2)设置在纵向段直管(1-7)上，竖向孔板流量计(3-3)设置在上升段直管(1-4)上，4号孔板流量计(3-10)设置在出口段直管(1-13)上，1号差压变送器(3-4)、2号差压变送器(3-5)、3号差压变送器(3-6)分别设置在1号差压变送器引压管(3-7)、2号差压变送器引压管(3-8)、3号差压变送器引压管(3-9)上，三条差压变送器引压管均与高位公共引压管(1-10)和低位公共引压管(1-11)连接。
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