核反應(yīng)堆燃料組件下管座水力沖刷試驗(yàn)系統(tǒng)及其試驗(yàn)方法
【專(zhuān)利摘要】一種核反應(yīng)堆燃料組件下管座水力沖刷試驗(yàn)系統(tǒng)及其試驗(yàn)方法，該系統(tǒng)包括由雙吸泵和閉式回路管道組成的循環(huán)模塊，由異物投放管段、試驗(yàn)段、異物收集器及相關(guān)設(shè)備組成的試驗(yàn)段模塊，由PIV設(shè)備和流場(chǎng)處理軟件及局域網(wǎng)計(jì)算機(jī)組成的流場(chǎng)信息采集模塊，由高速攝影和局域網(wǎng)計(jì)算機(jī)組成的影像采集模塊，由水箱、過(guò)濾器及相關(guān)管道和儀表組成的泵前調(diào)節(jié)監(jiān)視模塊，由冷卻泵、冷卻塔、冷凝器及閉式管道、閥門(mén)和儀表組成的冷卻模塊，由可編程邏輯控制器將電動(dòng)閥門(mén)、水泵及相關(guān)設(shè)備組成遠(yuǎn)程控制模塊；本發(fā)明還提供了該系統(tǒng)的試驗(yàn)方法；本發(fā)明能夠滿(mǎn)足大流量下反應(yīng)堆下管座水力沖刷性能可視化試驗(yàn)研究的需要，同時(shí)又能做到簡(jiǎn)便快速的調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
核反應(yīng)堆燃料組件下管座水力沖刷試驗(yàn)系統(tǒng)及其試驗(yàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于核動(dòng)力設(shè)備性能驗(yàn)證性試驗(yàn)研究技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種核反應(yīng)堆燃料組件下管座水力沖刷試驗(yàn)系統(tǒng)及其試驗(yàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]燃料組件是核反應(yīng)堆堆芯的關(guān)鍵組成部分，由包括定位格架，控制棒導(dǎo)向管，中子通量測(cè)量管，上管座和下管座所組成的“骨架”結(jié)構(gòu)和燃料元件組成。下管座作為核燃料組件的重要組成部分，主要用于燃料組件的支撐和定位，承擔(dān)著燃料組件的全部重量和來(lái)自燃料組件內(nèi)部、堆內(nèi)構(gòu)件和相關(guān)組件的載荷。同時(shí)，下管座還是冷卻劑進(jìn)入堆芯的入口，起到冷卻劑流量分配和異物過(guò)濾的功能，因此下管座的性能直接關(guān)系著燃料組件的完整性和安全性，對(duì)于核反應(yīng)堆安全運(yùn)行具有重要作用。
[0003]核電站運(yùn)行實(shí)踐表明，在反應(yīng)堆實(shí)際的安裝、運(yùn)行和設(shè)備維修過(guò)程中，不可避免的會(huì)造成諸如金屬切肩、碎片、螺釘和金屬顆粒等異物進(jìn)入冷卻劑系統(tǒng)中。一旦其中一些碎片和金屬顆粒通過(guò)下管座，容易卡陷在燃料組件支撐格架的“蛋箱”狀柵格壁和燃料棒管束的下端部之間的空隙中。隨著冷卻劑的高速流動(dòng)，帶動(dòng)異物旋轉(zhuǎn)或產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)，可能會(huì)導(dǎo)致燃料棒管束磨蝕破損甚至割穿燃料棒包殼，進(jìn)而導(dǎo)致放射性物質(zhì)和氣體外泄，造成核反應(yīng)堆停堆維修，經(jīng)濟(jì)損失巨大。因此對(duì)核反應(yīng)堆燃料組件下管座開(kāi)展堆外水力沖刷性能試驗(yàn)是十分必要和重要的。
[0004]核反應(yīng)堆燃料組件下管座堆外水力沖刷性能試驗(yàn)，主要研究的是下管座過(guò)濾結(jié)構(gòu)過(guò)濾異物的性能以及抗異物破壞的能力，同時(shí)研究下管座堵塞情況下壓力損失特性和碎片層穩(wěn)定后流量。因試驗(yàn)中要實(shí)現(xiàn)大流量下水力沖刷試驗(yàn)段的可視化研究，因此下管座水力沖刷試驗(yàn)對(duì)試驗(yàn)回路的流量調(diào)節(jié)能力、冷卻能力、可視化能力以及異物投放、回收能力等具有較高要求，這就需要試驗(yàn)系統(tǒng)具有較完備的系統(tǒng)配置和較高的可視化水平以及穩(wěn)定的調(diào)節(jié)能力。
[0005]中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)CN104236942A公開(kāi)了一種過(guò)濾器性能檢測(cè)方法、裝置及其系統(tǒng)。其試驗(yàn)裝置包括主循環(huán)回路、冷卻回路、旁通回路、排水回路，加料口投入的纖維、顆粒雜質(zhì)與加藥口投入的化學(xué)試劑反應(yīng)生成化學(xué)沉淀物，依靠循環(huán)栗帶動(dòng)流經(jīng)過(guò)濾器，通過(guò)測(cè)量過(guò)濾器兩端壓力降來(lái)判斷過(guò)濾器的性能。但是，其試驗(yàn)裝置研究對(duì)象是安全殼地坑過(guò)濾器，而非下管座過(guò)濾結(jié)構(gòu)，兩者結(jié)構(gòu)特點(diǎn)不同；其次該試驗(yàn)裝置關(guān)注并測(cè)量的是過(guò)濾器兩端壓降并以此來(lái)判斷過(guò)濾器性能是否滿(mǎn)足要求，而燃料組件中下管座所關(guān)心的性能指標(biāo)除了壓降特性，還包括過(guò)濾效率、抗沖刷破壞性能以及異物堵塞情況對(duì)下游流場(chǎng)的影響，因而該檢測(cè)方法、裝置及其系統(tǒng)不適用于核反應(yīng)堆燃料組件下管座水力沖刷性能測(cè)試領(lǐng)域。
[0006]又如中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)CN102620947A公開(kāi)了一種鹽霧過(guò)濾器性能檢測(cè)系統(tǒng)與方法。包括變頻風(fēng)機(jī)、鹽霧發(fā)生箱和粒子計(jì)數(shù)器，鹽霧發(fā)生箱產(chǎn)生的鹽霧在變頻風(fēng)機(jī)的抽吸作用下依次循環(huán)通過(guò)擋水板、中效過(guò)濾器和受試過(guò)濾器，第一空氣粒子計(jì)數(shù)器和第二空氣粒子計(jì)數(shù)器分別對(duì)過(guò)濾器前后鹽霧顆粒進(jìn)行采樣計(jì)數(shù)，計(jì)算過(guò)濾器的過(guò)濾效率。但是，其試驗(yàn)裝置應(yīng)用背景針對(duì)的是海上作業(yè)的設(shè)備和裝置中使用的鹽霧過(guò)濾器，異物是鹽霧，而核反應(yīng)堆工程中研究的是一回路冷卻劑攜帶固體顆粒、碎片及化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物等異物通過(guò)燃料組件下管座的水力沖刷性能研究，不僅關(guān)注下管座上過(guò)濾結(jié)構(gòu)過(guò)濾異物的效率，還包括異物堵塞下管座情況下的壓力損失特性、異物對(duì)流場(chǎng)的影響及下管座抗異物破壞性能，因而該檢測(cè)系統(tǒng)和方法不適用于核反應(yīng)堆燃料組件下管座水力沖刷性能試驗(yàn)。
[0007]再如，中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)CN204613032U公開(kāi)了一種測(cè)量反應(yīng)堆燃料組件管座變形的試驗(yàn)裝置。但是該裝置只能測(cè)量下管座所受的力和微小變形，不能進(jìn)行下管座過(guò)濾結(jié)構(gòu)沖刷過(guò)濾異物性能試驗(yàn)、下管座堵塞情況下壓力損失特性。中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)CN104614268A公開(kāi)了一種沖刷試驗(yàn)機(jī)，但是該裝置只能用來(lái)測(cè)試固定材料的耐沖刷特性，不能進(jìn)行核反應(yīng)堆下管座整套裝置的水力沖刷、過(guò)濾特性試驗(yàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是針對(duì)上述試驗(yàn)裝置或試驗(yàn)系統(tǒng)不適用或不滿(mǎn)足核工程領(lǐng)域?qū)θ剂辖M件下管座水力沖刷試驗(yàn)研究的需求，提供一種反應(yīng)堆燃料組件下管座堆外水力沖刷試驗(yàn)系統(tǒng)及其試驗(yàn)方法，本發(fā)明所述裝置及系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)試驗(yàn)段水力沖刷現(xiàn)象的可視化研究，同時(shí)又可以做到系統(tǒng)參數(shù)簡(jiǎn)便快速的調(diào)節(jié)，能夠獲得大量的壓力、壓降、流量、溫度等試驗(yàn)參數(shù)并且通過(guò)PIV技術(shù)獲得流體通過(guò)下管座后詳細(xì)的流場(chǎng)信息，以便對(duì)燃料組件下管座的水力沖刷特性進(jìn)行深入研究。
[0009]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0010]—種核反應(yīng)堆燃料組件下管座水力沖刷性能試驗(yàn)系統(tǒng)，包括主循環(huán)回路上的雙吸栗I和雙吸栗I上游管道上的第一過(guò)濾器1601，第一過(guò)濾器1601上游管道上的第十閥門(mén)610及其上游水箱10，安裝在雙吸栗I和第一過(guò)濾器1601之間管道上的第六溫度傳感器806，水箱10—側(cè)的液位計(jì)18，他們?cè)诨芈分械淖饔梅謩e是提供循環(huán)動(dòng)力、過(guò)濾栗入口流體、調(diào)節(jié)栗入口流量、儲(chǔ)液穩(wěn)壓、監(jiān)測(cè)栗入口流體溫度以及監(jiān)測(cè)水箱液位，以上組成了系統(tǒng)的栗前調(diào)節(jié)監(jiān)視模塊；
[0011 ]雙吸栗I下游管道上連接有第一軟管701，通過(guò)第一軟管701來(lái)減緩栗出口流體造成的管路振動(dòng)，在雙吸栗I和第一軟管701之間的管道上布置有第一壓力傳感器901，第一壓力傳感器901用來(lái)測(cè)量雙吸栗I出口處的流體壓力；
[0012]第一軟管701下游管道上安裝有一個(gè)三通，三通的兩個(gè)出口分別引出一條管道;其中一條管道上依次連接有第二閥門(mén)602和第九閥門(mén)609，第九閥門(mén)609下游管道與主循環(huán)回路末端三通的一條分支連通并最終和水箱10連接，以上組成了系統(tǒng)的旁通回路模塊，該旁通回路用以輔助調(diào)節(jié)主回路流量，其中通過(guò)調(diào)節(jié)第二閥門(mén)602的開(kāi)度實(shí)現(xiàn)旁通流量的調(diào)節(jié)；另一條管道依次安裝有第一溫度傳感器801、第一閥門(mén)601、渦街流量計(jì)2、第二軟管702、第三閥門(mén)603以及通過(guò)管道與其并聯(lián)安裝的第四閥門(mén)604，以上共同組成了主回路流量調(diào)節(jié)模塊；
[0013]第五閥門(mén)605上游通過(guò)管道與主回路相連，下游通過(guò)管道接入排水口，由于第五閥門(mén)605處于整個(gè)試驗(yàn)回路的最低位置，起到試驗(yàn)回路放空的作用，因此構(gòu)成了系統(tǒng)排放模塊。
[0014]第三閥門(mén)603下游主回路管道上安裝有第二過(guò)濾器1602，過(guò)濾進(jìn)入試驗(yàn)段流體的同時(shí)防止試驗(yàn)中異物元件逆流丟失；第二過(guò)濾器1602下游管道上串聯(lián)安裝兩只三通，兩只三通的垂直分支上分別安裝有第六閥門(mén)606和第八閥門(mén)608，第七閥門(mén)607(止回閥)兩側(cè)通過(guò)管道分別與兩個(gè)支路連通，試驗(yàn)中通過(guò)打開(kāi)第七閥門(mén)607(止回閥)兩側(cè)連接法蘭投放試驗(yàn)所需異物；第八閥門(mén)608下游主回路上依次安裝有第二溫度傳感器802、透明試驗(yàn)段3、壓力傳感器903、壓差傳感器902、第三軟管703、異物收集器4、第三過(guò)濾器1603，以上系統(tǒng)管道和連接件共同組成了試驗(yàn)段模塊；
[0015]第三過(guò)濾器1603下游管道安裝有第十一閥門(mén)611，第十一閥門(mén)611下游管道連接冷凝器5的管程入口，冷凝器5的管程出口通過(guò)管道與下游三通連接，與旁通回路匯合后返回水箱10;
[0016]冷凝器5殼程內(nèi)走冷卻水，按冷卻水流向下游管道上依次安裝有第四溫度傳感器804、第十二閥門(mén)612、電磁流量計(jì)17、冷卻塔14、第五溫度傳感器805、冷卻水栗15、第四壓力傳感器904，以上共同組成系統(tǒng)的冷卻模塊；
[0017]水箱10下部通過(guò)第十三閥門(mén)613和管道與排水井19連接，用于水箱排放水。
[0018]所述透明試驗(yàn)段3為方形結(jié)構(gòu)，材質(zhì)為有機(jī)玻璃，總長(zhǎng)1882mm，分上部和下部?jī)刹糠?，下部長(zhǎng)1062mm，上部長(zhǎng)820mm，中間依靠方形法蘭連接;透明試驗(yàn)段3內(nèi)腔下部距離中間方形法蘭11 Imm的位置設(shè)置有一圈方形環(huán)肋，下管座即放置在這一方形環(huán)肋上;方形法蘭上部?jī)?nèi)側(cè)向內(nèi)腔延伸緊密卡住試驗(yàn)件上緣，固定試驗(yàn)件并防止異物從縫隙中穿過(guò);透明試驗(yàn)段3下部距離中間方形法蘭352mm和452mm的位置上安裝有兩根引壓管，編號(hào)為01和02，透明試驗(yàn)段3上部距離中間方形法蘭400mm的位置上同樣引出一根引壓管，編號(hào)為03，其中編號(hào)為01和編號(hào)為03的引壓管分別與壓差傳感器902兩端連接，編號(hào)為02的引壓管和壓力傳感器903連接;透明試驗(yàn)段3上端和下端通過(guò)圓形法蘭與不銹鋼管道連接，且分別在上下圓形法蘭和中間方形法蘭與方管連接處安裝加固條加固。
[0019]相連接的高速攝影機(jī)11和局域網(wǎng)計(jì)算機(jī)13組成系統(tǒng)的影像采集模塊，其中高速攝影機(jī)11能夠方便的移動(dòng)位置，清晰地記錄異物穿過(guò)下管座的過(guò)程，以及下管座表面的劃傷、磨損情況。
[0020]激光發(fā)生器23設(shè)置在透明試驗(yàn)段3的一側(cè)，與激光發(fā)生器23依次連接的控制面板22、主機(jī)21和PIV專(zhuān)用跨幀CCD相機(jī)12共同組成系統(tǒng)的流場(chǎng)信息采集模塊，能夠監(jiān)測(cè)并觀察流體流經(jīng)下管座后的流場(chǎng)信息，方便分析下管座異物堵塞情況下對(duì)流場(chǎng)造成的影響。
[0021]試驗(yàn)系統(tǒng)上布置的所有溫度傳感器、壓力傳感器、壓差傳感器均通過(guò)信號(hào)采集系統(tǒng)連接到局域網(wǎng)計(jì)算機(jī)13上，組成系統(tǒng)的測(cè)量采集模塊。
[0022]試驗(yàn)系統(tǒng)中雙吸栗1、冷卻水栗15以及所有電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的控制均通過(guò)可編程邏輯控制器實(shí)現(xiàn)時(shí)時(shí)遠(yuǎn)程調(diào)控，組成了系統(tǒng)的控制模塊。
[0023]上述所述試驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)方法，試驗(yàn)開(kāi)始前對(duì)回路進(jìn)行充水檢漏、抗破壞試驗(yàn)，確?；芈吩诖罅髁肯聼o(wú)泄漏以及有機(jī)玻璃試驗(yàn)段完整無(wú)破壞；
[0024]開(kāi)啟主循環(huán)回路時(shí)，保持第十閥門(mén)610、第一閥門(mén)601、第三閥門(mén)603、第十一閥門(mén)611處于開(kāi)啟狀態(tài)，保持第四閥門(mén)604、第五閥門(mén)605、第六閥門(mén)606、第八閥門(mén)608、第十三閥門(mén)613處于關(guān)閉狀態(tài)，開(kāi)啟雙吸栗I;
[0025]開(kāi)啟冷卻模塊時(shí)，打開(kāi)第十二閥門(mén)612，開(kāi)啟冷卻水栗15;
[0026]調(diào)節(jié)主循環(huán)回路循環(huán)流量時(shí)，開(kāi)啟雙吸栗I，緩慢調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率，根據(jù)渦街流量計(jì)2的示數(shù)，調(diào)節(jié)第一閥門(mén)601的開(kāi)度，手動(dòng)微調(diào)第四閥門(mén)604;
[0027]調(diào)節(jié)旁通回路流量時(shí)，打開(kāi)第二閥門(mén)602，調(diào)節(jié)其開(kāi)度；
[0028]調(diào)節(jié)冷卻水流量時(shí)，根據(jù)電磁流量計(jì)17的示數(shù)調(diào)節(jié)第十二調(diào)節(jié)閥612;
[0029]進(jìn)行下管座過(guò)濾異物的性能試驗(yàn)時(shí)，向水中加入示蹤粒子，如上述步驟打開(kāi)主循環(huán)回路、旁通回路模塊和冷卻模塊，并調(diào)節(jié)至試驗(yàn)要求的流體流量后，待回路運(yùn)行穩(wěn)定后，即可投放試驗(yàn)用異物元件，同時(shí)打開(kāi)高速攝影機(jī)11，對(duì)試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行影像記錄;打開(kāi)測(cè)量采集模塊開(kāi)始記錄壓力、壓差、流量、流體溫度的試驗(yàn)數(shù)據(jù);投放試驗(yàn)用異物元件時(shí)，關(guān)閉第六閥門(mén)606、第八閥門(mén)608，打開(kāi)第七閥門(mén)607兩側(cè)連接法蘭，將異物放入管道，投放完擰緊第七閥門(mén)607兩側(cè)連接法蘭，依次打開(kāi)第六閥門(mén)606、第八閥門(mén)608;沖刷時(shí)間為半小時(shí)或沖刷至異物穩(wěn)定，打開(kāi)PIV專(zhuān)用跨幀CCD相機(jī)12，獲取下管座出口截面流場(chǎng)信息，試驗(yàn)結(jié)束后關(guān)閉雙吸栗I，收集整理異物并進(jìn)行書(shū)面記錄；回收異物包括通過(guò)下管座被異物收集器4攔截的異物、卡嵌在下管座上的異物、未通過(guò)下管座的異物三部分；
[0030]進(jìn)行下管座過(guò)濾結(jié)構(gòu)抗異物破壞性能試驗(yàn)時(shí)，將金屬絲類(lèi)條帶狀異物牢靠的掛在下管座過(guò)濾結(jié)構(gòu)網(wǎng)格上，如上述步驟打開(kāi)主循環(huán)回路、旁通回路模塊和冷卻模塊，并調(diào)節(jié)至試驗(yàn)要求的流體流量后，待回路運(yùn)行穩(wěn)定后，按上述投放異物的方法投放其他尺寸較大的異物元件;試驗(yàn)沖刷時(shí)間500?1000h，期間每隔24h對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行一次影像記錄，同時(shí)記錄壓力、壓差、流量、流體溫度的試驗(yàn)數(shù)據(jù);試驗(yàn)完成后取出并觀察下管座破壞情況，進(jìn)行影像和書(shū)面記錄同時(shí)回收異物。
[0031]和現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具備如下優(yōu)點(diǎn):
[0032]1、本發(fā)明所述試驗(yàn)系統(tǒng)及方法實(shí)現(xiàn)了堆外燃料組件下管座水力沖刷特性試驗(yàn)研究，通過(guò)向試驗(yàn)系統(tǒng)中投放異物，可以進(jìn)行下管座過(guò)濾結(jié)構(gòu)過(guò)濾異物性能試驗(yàn)、下管座過(guò)濾結(jié)構(gòu)抗異物破壞性能試驗(yàn)以及下管座堵塞工況下壓降特性試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)下管座性能的全面測(cè)試和評(píng)價(jià)；
[0033]2、試驗(yàn)段采用有機(jī)玻璃制造，滿(mǎn)足試驗(yàn)要求強(qiáng)度的條件下，具有較高的透明度，從而實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)過(guò)程的可視化研究；
[0034]3、試驗(yàn)段分為上下兩個(gè)部分，中間通過(guò)方形法蘭連接，方便拆卸，利于安放、更換試驗(yàn)件以及回收鉤掛在下管座上的異物；
[0035]4、使用高速攝影技術(shù)對(duì)試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行時(shí)時(shí)存盤(pán)記錄，完整的影像資料有利于試驗(yàn)結(jié)束后，進(jìn)行不同試驗(yàn)工況下結(jié)果的對(duì)比觀察，對(duì)試驗(yàn)現(xiàn)象及過(guò)程作進(jìn)一步的深入研究；
[0036]5、方便借助PIV等先進(jìn)流場(chǎng)信息采集設(shè)備獲取流場(chǎng)信息，研究不同種類(lèi)異物以及加入順序?qū)α黧w通過(guò)下管座后流場(chǎng)的影響；
[0037]6、回路設(shè)有冷卻模塊，在雙吸栗I及水箱10的入口均安裝有溫度傳感器，防止由于試驗(yàn)回路長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行導(dǎo)致循環(huán)水溫度升高。
【附圖說(shuō)明】
[0038]圖1為本試驗(yàn)系統(tǒng)的系統(tǒng)圖。
[0039]圖2為透明試驗(yàn)段下部結(jié)構(gòu)圖，其中:圖2a為正視圖，圖2b為圖2a沿1-1向的剖視圖，圖2c為圖2b沿2-2向的剖視圖，圖2d為下法蘭剖視圖。
[0040]圖3為透明試驗(yàn)段上部結(jié)構(gòu)圖，其中:圖3a為正視圖，圖3b為圖3a沿1_1向的剖視圖，圖3c為圖3b沿2-2向的剖視圖，圖3d為圖3b沿3-3向的剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0041 ]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)的說(shuō)明:
[0042]如圖1所示，本發(fā)明涉及一種核反應(yīng)堆燃料組件下管座水力沖刷試驗(yàn)系統(tǒng)，包括主循環(huán)回路上的雙吸栗I和雙吸栗I上游管道上的第一過(guò)濾器1601，第一過(guò)濾器1601上游管道上的第十閥門(mén)610及其上游水箱10，安裝在雙吸栗I和第一過(guò)濾器1601之間管道上的第六溫度傳感器806，水箱10—側(cè)的液位計(jì)18，他們?cè)诨芈分械淖饔梅謩e是提供整個(gè)試驗(yàn)回路所需壓頭和流量、過(guò)濾栗入口流體、調(diào)節(jié)栗入口流量、儲(chǔ)存流體并提供栗入口所需壓頭、監(jiān)測(cè)栗入口流體溫度以及監(jiān)測(cè)水箱液位，以上組成了系統(tǒng)的栗前調(diào)節(jié)監(jiān)視模塊;雙吸栗I下游官道上連接有第一軟管701，通過(guò)第一軟管701來(lái)減緩栗出口流體造成的管路振動(dòng)，在雙吸栗I和第一軟管701之間的管道上布置有第一壓力傳感器901，第一壓力傳感器901用來(lái)測(cè)量雙吸栗I出口處的流體壓力；第一軟管701下游管道上安裝有一個(gè)三通，三通的兩個(gè)出口分別引出一條管道;其中一條管道上依次連接有第二閥門(mén)602和第九閥門(mén)609，第九閥門(mén)609下游管道與主循環(huán)回路末端三通的一條分支連通并最終和水箱10連接，以上組成了系統(tǒng)的旁通回路模塊，該旁通回路用以輔助調(diào)節(jié)主回路流量，其中通過(guò)調(diào)節(jié)第二閥門(mén)602的開(kāi)度實(shí)現(xiàn)旁通流量的調(diào)節(jié);另一條管道依次安裝有第一溫度傳感器801、第一閥門(mén)601、渦街流量計(jì)2、第二軟管702、第三閥門(mén)603以及通過(guò)管道與其并聯(lián)安裝的第四閥門(mén)604，以上共同組成了主回路流量調(diào)節(jié)模塊;第五閥門(mén)605上游通過(guò)管道與主回路相連，下游通過(guò)管道接入排水口，由于第五閥門(mén)605處于整個(gè)試驗(yàn)回路的最低位置，起到試驗(yàn)回路放空的作用，因此構(gòu)成了系統(tǒng)排放模塊。第三閥門(mén)603下游管道上安裝有第二過(guò)濾器1602，其在過(guò)濾流體的同時(shí)防止試驗(yàn)中異物元件逆流丟失；第二過(guò)濾器1602下游管道上串聯(lián)安裝兩只三通，兩只三通的垂直分支上分別安裝有第六閥門(mén)606和第八閥門(mén)608，第七閥門(mén)607(止回閥)兩側(cè)通過(guò)管道分別與兩個(gè)支路連通，試驗(yàn)中通過(guò)打開(kāi)第七閥門(mén)607(止回閥)兩側(cè)連接法蘭投放試驗(yàn)所需異物;第八閥門(mén)608下游主回路上依次安裝有第二溫度傳感器802、透明試驗(yàn)段3、壓力傳感器903、壓差傳感器902、第三軟管703、異物收集器4、第三過(guò)濾器1603，以上系統(tǒng)管道和連接件共同組成了試驗(yàn)段模塊;第三過(guò)濾器1603下游管道安裝有第十一閥門(mén)611，第十一閥門(mén)611下游管道連接冷凝器5的管程入口，冷凝器5的管程出口通過(guò)管道與下游三通連接，與旁通回路匯合后返回水箱10;冷凝器5殼程內(nèi)走冷卻水，按冷卻水流向下游管道上依次安裝有第四溫度傳感器804、第十二閥門(mén)612、電磁流量計(jì)17、冷卻塔14、第五溫度傳感器805、冷卻水栗15、第四壓力傳感器904，以上共同組成系統(tǒng)的冷卻模塊;水箱10下部通過(guò)第十三閥門(mén)613和管道與排水井19連接，用于水箱排放水。
[0043]如圖2、圖3所示，所述透明試驗(yàn)段3為方形結(jié)構(gòu)，材質(zhì)為有機(jī)玻璃，總長(zhǎng)1882mm，分上部和下部?jī)刹糠?，下部長(zhǎng)1062mm，上部長(zhǎng)820mm，中間依靠方形法蘭連接;透明試驗(yàn)段3內(nèi)腔下部距離中間方形法蘭Illmm的位置設(shè)置有一圈方形環(huán)肋，下管座試驗(yàn)件即放置在這一方形環(huán)肋上;方形法蘭上部?jī)?nèi)側(cè)向內(nèi)延伸緊密卡住試驗(yàn)件上緣，固定試驗(yàn)件并防止異物從縫隙中穿過(guò);透明試驗(yàn)段3下部距離中間方形法蘭352mm和452mm的位置上安裝有兩根引壓管，編號(hào)為01和02，透明試驗(yàn)段3上部距離中間方形法蘭400mm的位置上同樣引出一根引壓管，編號(hào)為03，其中編號(hào)為01和編號(hào)為03的引壓管分別與壓力傳感器902兩端連接，編號(hào)為02的引壓管和壓力傳感器903連接。透明試驗(yàn)段3上端和下端通過(guò)圓形法蘭與不銹鋼管道連接，且分別在上下圓形法蘭和中間方形法蘭與方管連接處安裝加固條加固。
[0044]相連接的高速攝影機(jī)11和局域網(wǎng)計(jì)算機(jī)13組成系統(tǒng)的影像采集模塊，能夠清晰地記錄異物穿過(guò)下管座的過(guò)程，以及下管座表面的劃傷磨損情況。
[0045]激光發(fā)生器23設(shè)置在透明試驗(yàn)段3的一側(cè)，與激光發(fā)生器23依次連接的控制面板22、主機(jī)21和PIV專(zhuān)用跨幀CCD相機(jī)12共同組成系統(tǒng)的流場(chǎng)信息采集模塊，能夠監(jiān)測(cè)并觀察流體流經(jīng)下管座后的流場(chǎng)信息，方便分析下管座異物堵塞情況下對(duì)流場(chǎng)造成的影響。
[0046]試驗(yàn)系統(tǒng)上布置的所有溫度傳感器、壓力傳感器、壓差傳感器均通過(guò)信號(hào)采集系統(tǒng)連接到局域網(wǎng)計(jì)算機(jī)13上，以上組成了系統(tǒng)的測(cè)量采集模塊。
[0047]試驗(yàn)系統(tǒng)中雙吸栗1、冷卻水栗15以及所有電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的控制均通過(guò)可編程邏輯控制器實(shí)現(xiàn)時(shí)時(shí)遠(yuǎn)程調(diào)控，組成了系統(tǒng)的控制模塊。
[0048]如圖1所示，本發(fā)明核反應(yīng)堆燃料組件下管座水力沖刷性能試驗(yàn)方案，試驗(yàn)開(kāi)始前對(duì)回路進(jìn)行充水檢漏、抗破壞試驗(yàn)，確?；芈吩诖罅髁肯聼o(wú)泄漏以及有機(jī)玻璃試驗(yàn)段完整無(wú)破壞;開(kāi)啟主循環(huán)回路時(shí)，保持第十閥門(mén)610、第一閥門(mén)601、第三閥門(mén)603、第十一閥門(mén)611處于開(kāi)啟狀態(tài)，保持第四閥門(mén)604、第五閥門(mén)605、第六閥門(mén)606、第八閥門(mén)608、第十三閥門(mén)613處于關(guān)閉狀態(tài)，開(kāi)啟雙吸栗I;開(kāi)啟冷卻模塊時(shí)，打開(kāi)第十二閥門(mén)612，開(kāi)啟冷卻水栗15;調(diào)節(jié)主循環(huán)回路循環(huán)流量時(shí)，開(kāi)啟雙吸栗1，緩慢調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率，根據(jù)渦街流量計(jì)2的示數(shù)，調(diào)節(jié)第一閥門(mén)601的開(kāi)度，手動(dòng)微調(diào)第四閥門(mén)604;調(diào)節(jié)旁通回路流量時(shí)，打開(kāi)第二閥門(mén)602，調(diào)節(jié)其開(kāi)度;調(diào)節(jié)冷卻水流量時(shí)，根據(jù)電磁流量計(jì)17的示數(shù)調(diào)節(jié)第十二調(diào)節(jié)閥612;進(jìn)行下管座過(guò)濾異物的性能試驗(yàn)時(shí)，向水中加入示蹤粒子，如上述步驟打開(kāi)主循環(huán)回路、旁通回路模塊和冷卻模塊，并調(diào)節(jié)至試驗(yàn)要求的流體流量后，待回路運(yùn)行穩(wěn)定后，即可投放試驗(yàn)用異物元件，同時(shí)打開(kāi)高速攝影機(jī)11，對(duì)試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行影像記錄;打開(kāi)測(cè)量采集模塊開(kāi)始記錄壓力、壓差、流量、流體溫度的試驗(yàn)數(shù)據(jù);投放試驗(yàn)用異物元件時(shí)，關(guān)閉第六閥門(mén)606、第八閥門(mén)608，打開(kāi)第七閥門(mén)607兩側(cè)連接法蘭，將異物放入管道，同時(shí)擰緊第七閥門(mén)607兩側(cè)連接法蘭，依次打開(kāi)第六閥門(mén)606、第八閥門(mén)608;沖刷時(shí)間為半小時(shí)或沖刷至異物穩(wěn)定，打開(kāi)PIV專(zhuān)用跨幀CCD相機(jī)，獲取下管座出口截面流場(chǎng)信息，試驗(yàn)結(jié)束后關(guān)閉雙吸栗I，收集整理異物并進(jìn)行書(shū)面記錄?；厥债愇锇ㄍㄟ^(guò)下管座被異物收集器4攔截的異物、卡嵌在下管座上的異物、未通過(guò)下管座的異物三部分;進(jìn)行下管座過(guò)濾結(jié)構(gòu)抗異物破壞性能試驗(yàn)時(shí)，將金屬絲類(lèi)條帶狀異物牢靠的掛在下管座過(guò)濾結(jié)構(gòu)網(wǎng)格上，如上述步驟打開(kāi)主循環(huán)回路、旁通回路模塊和冷卻模塊，并調(diào)節(jié)至試驗(yàn)要求的流體流量后，待回路運(yùn)行穩(wěn)定后，按上述投放異物的方法投放其他尺寸較大的異物元件。試驗(yàn)沖刷時(shí)間500?I OOOh，期間每隔24h對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行一次影像記錄，同時(shí)記錄壓力、壓差、流量、流體溫度的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。試驗(yàn)完成后取出并觀察下管座破壞情況，進(jìn)行影像和書(shū)面記錄同時(shí)回收異物。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種核反應(yīng)堆燃料組件下管座水力沖刷性能試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:包括主循環(huán)回路上的雙吸栗(I)和雙吸栗(I)上游管道上的第一過(guò)濾器(1601)，第一過(guò)濾器(1601)上游管道上的第十閥門(mén)610及其上游水箱(10)，安裝在雙吸栗(I)和第一過(guò)濾器(1601)之間管道上的第六溫度傳感器(806)，水箱(10)—側(cè)的液位計(jì)(18)，他們?cè)诨芈分械淖饔梅謩e是提供循環(huán)動(dòng)力、過(guò)濾栗入口流體、調(diào)節(jié)栗入口流量、儲(chǔ)液穩(wěn)壓、監(jiān)測(cè)栗入口流體溫度以及監(jiān)測(cè)水箱液位，以上組成了系統(tǒng)的栗前調(diào)節(jié)監(jiān)視模塊； 雙吸栗(I)下游管道上連接有第一軟管(701)，通過(guò)第一軟管(701)來(lái)減緩栗出口流體造成的管路振動(dòng)，在雙吸栗(I)和第一軟管(701)之間的管道上布置有第一壓力傳感器(901),第一壓力傳感器(901)用來(lái)測(cè)量雙吸栗(I)出口處的流體壓力； 第一軟管(701)下游管道上安裝有一個(gè)三通，三通的兩個(gè)出口分別引出一條管道;其中一條管道上依次連接有第二閥門(mén)(602)和第九閥門(mén)(609)，第九閥門(mén)(609)下游管道與主循環(huán)回路末端三通的一條分支連通并最終和水箱(10)連接，以上組成了系統(tǒng)的旁通回路模塊，該旁通回路用以輔助調(diào)節(jié)主回路流量，其中通過(guò)調(diào)節(jié)第二閥門(mén)(602)的開(kāi)度實(shí)現(xiàn)旁通流量的調(diào)節(jié);另一條管道依次安裝有第一溫度傳感器(801)、第一閥門(mén)(601)、渦街流量計(jì)(2)、第二軟管(702)、第三閥門(mén)(603)以及通過(guò)管道與其并聯(lián)安裝的第四閥門(mén)(604)，以上共同組成了主回路流量調(diào)節(jié)模塊； 第五閥門(mén)(605)上游通過(guò)管道與主回路相連，下游通過(guò)管道接入排水口，由于第五閥門(mén)(605)處于整個(gè)試驗(yàn)回路的最低位置，起到試驗(yàn)回路放空的作用，因此構(gòu)成了系統(tǒng)排放模塊。 第三閥門(mén)(603)下游主回路管道上安裝有第二過(guò)濾器(1602)，過(guò)濾進(jìn)入試驗(yàn)段流體的同時(shí)防止試驗(yàn)中異物元件逆流丟失；第二過(guò)濾器(1602)下游管道上串聯(lián)安裝兩只三通，兩只三通的垂直分支上分別安裝有第六閥門(mén)(606)和第八閥門(mén)(608)，第七閥門(mén)(607)兩側(cè)通過(guò)管道分別與兩個(gè)支路連通，試驗(yàn)中通過(guò)打開(kāi)第七閥門(mén)(607)兩側(cè)連接法蘭投放試驗(yàn)所需異物;第八閥門(mén)(608)下游主回路上依次安裝有第二溫度傳感器(802)、透明試驗(yàn)段(3)、壓力傳感器(903)、壓差傳感器(902)、第三軟管(703)、異物收集器(4)、第三過(guò)濾器(1603)，以上系統(tǒng)管道和連接件共同組成了試驗(yàn)段模塊； 第三過(guò)濾器(1603)下游管道安裝有第十一閥門(mén)(611)，第十一閥門(mén)(611)下游管道連接冷凝器(5)的管程入口，冷凝器(5)的管程出口通過(guò)管道與下游三通連接，與旁通回路匯合后返回水箱(10); 冷凝器(5)殼程內(nèi)走冷卻水，按冷卻水流向下游管道上依次安裝有第四溫度傳感器(804)、第十二閥門(mén)(612)、電磁流量計(jì)(I7)、冷卻塔(I4)、第五溫度傳感器(805)、冷卻水栗(15)、第四壓力傳感器(904)，以上共同組成系統(tǒng)的冷卻模塊； 水箱(10)下部通過(guò)第十三閥門(mén)(613)和管道與排水井(19)連接，用于水箱排放水。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核反應(yīng)堆燃料組件下管座水力沖刷性能試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:所述透明試驗(yàn)段(3)為方形結(jié)構(gòu)，材質(zhì)為有機(jī)玻璃，總長(zhǎng)1882mm，分上部和下部?jī)刹糠郑虏块L(zhǎng)1062mm，上部長(zhǎng)820mm，中間依靠方形法蘭連接;透明試驗(yàn)段(3)內(nèi)腔下部距離中間方形法蘭Illmm的位置設(shè)置有一圈方形環(huán)肋，下管座即放置在這一方形環(huán)肋上;方形法蘭上部?jī)?nèi)側(cè)向內(nèi)腔延伸緊密卡住試驗(yàn)件上緣，固定試驗(yàn)件并防止異物從縫隙中穿過(guò);透明試驗(yàn)段(3)下部距離中間方形法蘭352mm和452mm的位置上安裝有兩根引壓管，編號(hào)為01和02，透明試驗(yàn)段(3)上部距離中間方形法蘭400mm的位置上同樣引出一根引壓管，編號(hào)為03，其中編號(hào)為01和編號(hào)為03的引壓管分別與壓差傳感器(902)兩端連接，編號(hào)為02的引壓管和壓力傳感器(903)連接;透明試驗(yàn)段(3)上端和下端通過(guò)圓形法蘭與不銹鋼管道連接，且分別在上下圓形法蘭和中間方形法蘭與方管連接處安裝加固條加固。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核反應(yīng)堆燃料組件下管座水力沖刷性能試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:相連接的高速攝影機(jī)(11)和局域網(wǎng)計(jì)算機(jī)(13)組成系統(tǒng)的影像采集模塊，其中高速攝影機(jī)(11)能夠方便的移動(dòng)位置，清晰地記錄異物穿過(guò)下管座的過(guò)程，以及下管座表面的劃傷、磨損情況。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核反應(yīng)堆燃料組件下管座水力沖刷性能試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:激光發(fā)生器(23)設(shè)置在透明試驗(yàn)段(3)的一側(cè)，與激光發(fā)生器(23)依次連接的控制面板(22)、主機(jī)(21)和PIV專(zhuān)用跨幀CCD相機(jī)(12)共同組成系統(tǒng)的流場(chǎng)信息采集模塊，能夠監(jiān)測(cè)并觀察流體流經(jīng)下管座后的流場(chǎng)信息，方便分析下管座異物堵塞情況下對(duì)流場(chǎng)造成的影響。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核反應(yīng)堆燃料組件下管座水力沖刷性能試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:所述試驗(yàn)系統(tǒng)上布置的所有溫度傳感器、壓力傳感器、壓差傳感器均通過(guò)信號(hào)采集系統(tǒng)連接到局域網(wǎng)計(jì)算機(jī)(13)上，組成系統(tǒng)的測(cè)量采集模塊。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核反應(yīng)堆燃料組件下管座水力沖刷性能試驗(yàn)系統(tǒng)，其特征在于:所述試驗(yàn)系統(tǒng)中的雙吸栗(I)、冷卻水栗(15)以及所有電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的控制均通過(guò)可編程邏輯控制器實(shí)現(xiàn)時(shí)時(shí)遠(yuǎn)程調(diào)控，組成了系統(tǒng)的控制模塊。7.權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述試驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)方法，其特征在于:試驗(yàn)開(kāi)始前對(duì)回路進(jìn)行充水檢漏、抗破壞試驗(yàn)，確保回路在大流量下無(wú)泄漏以及有機(jī)玻璃試驗(yàn)段完整無(wú)破壞； 開(kāi)啟主循環(huán)回路時(shí)，保持第十閥門(mén)(610)、第一閥門(mén)(601)、第三閥門(mén)(603)、第十一閥門(mén)(611)處于開(kāi)啟狀態(tài)，保持第四閥門(mén)(604)、第五閥門(mén)(605)、第六閥門(mén)(606)、第八閥門(mén)(608)、第十三閥門(mén)(613)處于關(guān)閉狀態(tài)，開(kāi)啟雙吸栗(I); 開(kāi)啟冷卻模塊時(shí)，打開(kāi)第十二閥門(mén)(612)，開(kāi)啟冷卻水栗(15); 調(diào)節(jié)主循環(huán)回路循環(huán)流量時(shí)，開(kāi)啟雙吸栗(I)，緩慢調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率，根據(jù)渦街流量計(jì)(2)的示數(shù)，調(diào)節(jié)第一閥門(mén)(601)的開(kāi)度，手動(dòng)微調(diào)第四閥門(mén)(604); 調(diào)節(jié)旁通回路流量時(shí)，打開(kāi)第二閥門(mén)(602)，調(diào)節(jié)其開(kāi)度； 調(diào)節(jié)冷卻水流量時(shí)，根據(jù)電磁流量計(jì)(17)的示數(shù)調(diào)節(jié)第十二調(diào)節(jié)閥(612); 進(jìn)行下管座過(guò)濾異物的性能試驗(yàn)時(shí)，向水中加入示蹤粒子，如上述步驟打開(kāi)主循環(huán)回路、旁通回路模塊和冷卻模塊，并調(diào)節(jié)至試驗(yàn)要求的流體流量后，待回路運(yùn)行穩(wěn)定后，即可投放試驗(yàn)用異物元件，同時(shí)打開(kāi)高速攝影機(jī)(U)，對(duì)試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行影像記錄;打開(kāi)測(cè)量采集模塊開(kāi)始記錄壓力、壓差、流量、流體溫度的試驗(yàn)數(shù)據(jù);投放試驗(yàn)用異物元件時(shí)，關(guān)閉第六閥門(mén)(606)、第八閥門(mén)(608)，打開(kāi)第七閥門(mén)(607)兩側(cè)連接法蘭，將異物放入管道，投放完擰緊第七閥門(mén)(607)兩側(cè)連接法蘭，依次打開(kāi)第六閥門(mén)(606)、第八閥門(mén)(608);沖刷時(shí)間為半小時(shí)或沖刷至異物穩(wěn)定，打開(kāi)PIV專(zhuān)用跨幀CCD相機(jī)(12)，獲取下管座出口截面流場(chǎng)信息，試驗(yàn)結(jié)束后關(guān)閉雙吸栗(I)，收集整理異物并進(jìn)行書(shū)面記錄；回收異物包括通過(guò)下管座被異物收集器(4)攔截的異物、卡嵌在下管座上的異物、未通過(guò)下管座的異物三部分； 進(jìn)行下管座過(guò)濾結(jié)構(gòu)抗異物破壞性能試驗(yàn)時(shí)，將金屬絲類(lèi)條帶狀異物牢靠的掛在下管座過(guò)濾結(jié)構(gòu)網(wǎng)格上，如上述步驟打開(kāi)主循環(huán)回路、旁通回路模塊和冷卻模塊，并調(diào)節(jié)至試驗(yàn)要求的流體流量后，待回路運(yùn)行穩(wěn)定后，按上述投放異物的方法投放其他尺寸較大的異物元件;試驗(yàn)沖刷時(shí)間500?lOOOh，期間每隔24h對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行一次影像記錄，同時(shí)記錄壓力、壓差、流量、流體溫度的試驗(yàn)數(shù)據(jù);試驗(yàn)完成后取出并觀察下管座破壞情況，進(jìn)行影像和書(shū)面記錄同時(shí)回收異物。
【文檔編號(hào)】B01D29/00GK105938074SQ201610326688
【公開(kāi)日】2016年9月14日
【申請(qǐng)日】2016年5月17日
【發(fā)明人】蘇光輝, 于國(guó)軍, 孫汝雷, 陳榮華, 田文喜, 秋穗正
【申請(qǐng)人】西安交通大學(xué)