核反應(yīng)堆燃料組件下管座水力沖刷試驗系統(tǒng)及其試驗方法
【專利摘要】一種核反應(yīng)堆燃料組件下管座水力沖刷試驗系統(tǒng)及其試驗方法，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、試驗段、異物收集器及相關(guān)設(shè)備組成的試驗段模塊，由PIV設(shè)備和流場處理軟件及局域網(wǎng)計算機組成的流場信息采集模塊，由高速攝影和局域網(wǎng)計算機組成的影像采集模塊，由水箱、過濾器及相關(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、閥門和儀表組成的冷卻模塊，由可編程邏輯控制器將電動閥門、水泵及相關(guān)設(shè)備組成遠程控制模塊；本發(fā)明還提供了該系統(tǒng)的試驗方法；本發(fā)明能夠滿足大流量下反應(yīng)堆下管座水力沖刷性能可視化試驗研究的需要，同時又能做到簡便快速的調(diào)節(jié)系統(tǒng)參數(shù)。
【專利說明】
核反應(yīng)堆燃料組件下管座水力沖刷試驗系統(tǒng)及其試驗方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于核動力設(shè)備性能驗證性試驗研究技術(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系統(tǒng)及其試驗方法。
【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，承擔著燃料組件的全部重量和來自燃料組件內(nèi)部、堆內(nèi)構(gòu)件和相關(guān)組件的載荷。同時，下管座還是冷卻劑進入堆芯的入口，起到冷卻劑流量分配和異物過濾的功能，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，對于核反應(yīng)堆安全運行具有重要作用。
[0003]核電站運行實踐表明，在反應(yīng)堆實際的安裝、運行和設(shè)備維修過程中，不可避免的會造成諸如金屬切肩、碎片、螺釘和金屬顆粒等異物進入冷卻劑系統(tǒng)中。一旦其中一些碎片和金屬顆粒通過下管座，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，帶動異物旋轉(zhuǎn)或產(chǎn)生強烈的振動，可能會導(dǎo)致燃料棒管束磨蝕破損甚至割穿燃料棒包殼，進而導(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)濟損失巨大。因此對核反應(yīng)堆燃料組件下管座開展堆外水力沖刷性能試驗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，主要研究的是下管座過濾結(jié)構(gòu)過濾異物的性能以及抗異物破壞的能力，同時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。因試驗中要實現(xiàn)大流量下水力沖刷試驗段的可視化研究，因此下管座水力沖刷試驗對試驗回路的流量調(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]中國專利申請公開號CN104236942A公開了一種過濾器性能檢測方法、裝置及其系統(tǒng)。其試驗裝置包括主循環(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試劑反應(yīng)生成化學沉淀物，依靠循環(huán)栗帶動流經(jīng)過濾器，通過測量過濾器兩端壓力降來判斷過濾器的性能。但是，其試驗裝置研究對象是安全殼地坑過濾器，而非下管座過濾結(jié)構(gòu)，兩者結(jié)構(gòu)特點不同；其次該試驗裝置關(guān)注并測量的是過濾器兩端壓降并以此來判斷過濾器性能是否滿足要求，而燃料組件中下管座所關(guān)心的性能指標除了壓降特性，還包括過濾效率、抗沖刷破壞性能以及異物堵塞情況對下游流場的影響，因而該檢測方法、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試領(lǐng)域。
[0006]又如中國專利申請公開號CN102620947A公開了一種鹽霧過濾器性能檢測系統(tǒng)與方法。包括變頻風機、鹽霧發(fā)生箱和粒子計數(shù)器，鹽霧發(fā)生箱產(chǎn)生的鹽霧在變頻風機的抽吸作用下依次循環(huán)通過擋水板、中效過濾器和受試過濾器，第一空氣粒子計數(shù)器和第二空氣粒子計數(shù)器分別對過濾器前后鹽霧顆粒進行采樣計數(shù)，計算過濾器的過濾效率。但是，其試驗裝置應(yīng)用背景針對的是海上作業(yè)的設(shè)備和裝置中使用的鹽霧過濾器，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、碎片及化學反應(yīng)產(chǎn)物等異物通過燃料組件下管座的水力沖刷性能研究，不僅關(guān)注下管座上過濾結(jié)構(gòu)過濾異物的效率，還包括異物堵塞下管座情況下的壓力損失特性、異物對流場的影響及下管座抗異物破壞性能，因而該檢測系統(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。
[0007]再如，中國專利申請公開號CN204613032U公開了一種測量反應(yīng)堆燃料組件管座變形的試驗裝置。但是該裝置只能測量下管座所受的力和微小變形，不能進行下管座過濾結(jié)構(gòu)沖刷過濾異物性能試驗、下管座堵塞情況下壓力損失特性。中國專利申請公開號CN104614268A公開了一種沖刷試驗機，但是該裝置只能用來測試固定材料的耐沖刷特性，不能進行核反應(yīng)堆下管座整套裝置的水力沖刷、過濾特性試驗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是針對上述試驗裝置或試驗系統(tǒng)不適用或不滿足核工程領(lǐng)域?qū)θ剂辖M件下管座水力沖刷試驗研究的需求，提供一種反應(yīng)堆燃料組件下管座堆外水力沖刷試驗系統(tǒng)及其試驗方法，本發(fā)明所述裝置及系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)試驗段水力沖刷現(xiàn)象的可視化研究，同時又可以做到系統(tǒng)參數(shù)簡便快速的調(diào)節(jié)，能夠獲得大量的壓力、壓降、流量、溫度等試驗參數(shù)并且通過PIV技術(shù)獲得流體通過下管座后詳細的流場信息，以便對燃料組件下管座的水力沖刷特性進行深入研究。
[0009]為了達到上述目的，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濾器1601，第一過濾器1601上游管道上的第十閥門610及其上游水箱10，安裝在雙吸栗I和第一過濾器1601之間管道上的第六溫度傳感器806，水箱10—側(cè)的液位計18，他們在回路中的作用分別是提供循環(huán)動力、過濾栗入口流體、調(diào)節(jié)栗入口流量、儲液穩(wěn)壓、監(jiān)測栗入口流體溫度以及監(jiān)測水箱液位，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，通過第一軟管701來減緩栗出口流體造成的管路振動，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用來測量雙吸栗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三通，三通的兩個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602和第九閥門609，第九閥門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，其中通過調(diào)節(jié)第二閥門602的開度實現(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601、渦街流量計2、第二軟管702、第三閥門603以及通過管道與其并聯(lián)安裝的第四閥門604，以上共同組成了主回路流量調(diào)節(jié)模塊；
[0013]第五閥門605上游通過管道與主回路相連，下游通過管道接入排水口，由于第五閥門605處于整個試驗回路的最低位置，起到試驗回路放空的作用，因此構(gòu)成了系統(tǒng)排放模塊。
[0014]第三閥門603下游主回路管道上安裝有第二過濾器1602，過濾進入試驗段流體的同時防止試驗中異物元件逆流丟失；第二過濾器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606和第八閥門608，第七閥門607(止回閥)兩側(cè)通過管道分別與兩個支路連通，試驗中通過打開第七閥門607(止回閥)兩側(cè)連接法蘭投放試驗所需異物；第八閥門608下游主回路上依次安裝有第二溫度傳感器802、透明試驗段3、壓力傳感器903、壓差傳感器902、第三軟管703、異物收集器4、第三過濾器1603，以上系統(tǒng)管道和連接件共同組成了試驗段模塊；
[0015]第三過濾器1603下游管道安裝有第十一閥門611，第十一閥門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612、電磁流量計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下部通過第十三閥門613和管道與排水井19連接，用于水箱排放水。
[0018]所述透明試驗段3為方形結(jié)構(gòu)，材質(zhì)為有機玻璃，總長1882mm，分上部和下部兩部分，下部長1062mm，上部長820mm，中間依靠方形法蘭連接;透明試驗段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;方形法蘭上部內(nèi)側(cè)向內(nèi)腔延伸緊密卡住試驗件上緣，固定試驗件并防止異物從縫隙中穿過;透明試驗段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，編號為01和02，透明試驗段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，編號為03，其中編號為01和編號為03的引壓管分別與壓差傳感器902兩端連接，編號為02的引壓管和壓力傳感器903連接;透明試驗段3上端和下端通過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11和局域網(wǎng)計算機13組成系統(tǒng)的影像采集模塊，其中高速攝影機11能夠方便的移動位置，清晰地記錄異物穿過下管座的過程，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21和PIV專用跨幀CCD相機12共同組成系統(tǒng)的流場信息采集模塊，能夠監(jiān)測并觀察流體流經(jīng)下管座后的流場信息，方便分析下管座異物堵塞情況下對流場造成的影響。
[0021]試驗系統(tǒng)上布置的所有溫度傳感器、壓力傳感器、壓差傳感器均通過信號采集系統(tǒng)連接到局域網(wǎng)計算機13上，組成系統(tǒng)的測量采集模塊。
[0022]試驗系統(tǒng)中雙吸栗1、冷卻水栗15以及所有電動調(diào)節(jié)閥的控制均通過可編程邏輯控制器實現(xiàn)時時遠程調(diào)控，組成了系統(tǒng)的控制模塊。
[0023]上述所述試驗系統(tǒng)對應(yīng)的試驗方法，試驗開始前對回路進行充水檢漏、抗破壞試驗，確?；芈吩诖罅髁肯聼o泄漏以及有機玻璃試驗段完整無破壞；
[0024]開啟主循環(huán)回路時，保持第十閥門610、第一閥門601、第三閥門603、第十一閥門611處于開啟狀態(tài)，保持第四閥門604、第五閥門605、第六閥門606、第八閥門608、第十三閥門613處于關(guān)閉狀態(tài)，開啟雙吸栗I;
[0025]開啟冷卻模塊時，打開第十二閥門612，開啟冷卻水栗15;
[0026]調(diào)節(jié)主循環(huán)回路循環(huán)流量時，開啟雙吸栗I，緩慢調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率，根據(jù)渦街流量計2的示數(shù)，調(diào)節(jié)第一閥門601的開度，手動微調(diào)第四閥門604;
[0027]調(diào)節(jié)旁通回路流量時，打開第二閥門602，調(diào)節(jié)其開度；
[0028]調(diào)節(jié)冷卻水流量時，根據(jù)電磁流量計17的示數(shù)調(diào)節(jié)第十二調(diào)節(jié)閥612;
[0029]進行下管座過濾異物的性能試驗時，向水中加入示蹤粒子，如上述步驟打開主循環(huán)回路、旁通回路模塊和冷卻模塊，并調(diào)節(jié)至試驗要求的流體流量后，待回路運行穩(wěn)定后，即可投放試驗用異物元件，同時打開高速攝影機11，對試驗過程進行影像記錄;打開測量采集模塊開始記錄壓力、壓差、流量、流體溫度的試驗數(shù)據(jù);投放試驗用異物元件時，關(guān)閉第六閥門606、第八閥門608，打開第七閥門607兩側(cè)連接法蘭，將異物放入管道，投放完擰緊第七閥門607兩側(cè)連接法蘭，依次打開第六閥門606、第八閥門608;沖刷時間為半小時或沖刷至異物穩(wěn)定，打開PIV專用跨幀CCD相機12，獲取下管座出口截面流場信息，試驗結(jié)束后關(guān)閉雙吸栗I，收集整理異物并進行書面記錄；回收異物包括通過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、未通過下管座的異物三部分；
[0030]進行下管座過濾結(jié)構(gòu)抗異物破壞性能試驗時，將金屬絲類條帶狀異物牢靠的掛在下管座過濾結(jié)構(gòu)網(wǎng)格上，如上述步驟打開主循環(huán)回路、旁通回路模塊和冷卻模塊，并調(diào)節(jié)至試驗要求的流體流量后，待回路運行穩(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;試驗沖刷時間500?1000h，期間每隔24h對試驗進行一次影像記錄，同時記錄壓力、壓差、流量、流體溫度的試驗數(shù)據(jù);試驗完成后取出并觀察下管座破壞情況，進行影像和書面記錄同時回收異物。
[0031]和現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具備如下優(yōu)點:
[0032]1、本發(fā)明所述試驗系統(tǒng)及方法實現(xiàn)了堆外燃料組件下管座水力沖刷特性試驗研究，通過向試驗系統(tǒng)中投放異物，可以進行下管座過濾結(jié)構(gòu)過濾異物性能試驗、下管座過濾結(jié)構(gòu)抗異物破壞性能試驗以及下管座堵塞工況下壓降特性試驗，實現(xiàn)對下管座性能的全面測試和評價；
[0033]2、試驗段采用有機玻璃制造，滿足試驗要求強度的條件下，具有較高的透明度，從而實現(xiàn)了試驗過程的可視化研究；
[0034]3、試驗段分為上下兩個部分，中間通過方形法蘭連接，方便拆卸，利于安放、更換試驗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)對試驗過程進行時時存盤記錄，完整的影像資料有利于試驗結(jié)束后，進行不同試驗工況下結(jié)果的對比觀察，對試驗現(xiàn)象及過程作進一步的深入研究；
[0036]5、方便借助PIV等先進流場信息采集設(shè)備獲取流場信息，研究不同種類異物以及加入順序?qū)α黧w通過下管座后流場的影響；
[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，防止由于試驗回路長期連續(xù)運行導(dǎo)致循環(huán)水溫度升高。
【附圖說明】
[0038]圖1為本試驗系統(tǒng)的系統(tǒng)圖。
[0039]圖2為透明試驗段下部結(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。
【具體實施方式】
[0041 ]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作詳細的說明:
[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濾器1601，第一過濾器1601上游管道上的第十閥門610及其上游水箱10，安裝在雙吸栗I和第一過濾器1601之間管道上的第六溫度傳感器806，水箱10—側(cè)的液位計18，他們在回路中的作用分別是提供整個試驗回路所需壓頭和流量、過濾栗入口流體、調(diào)節(jié)栗入口流量、儲存流體并提供栗入口所需壓頭、監(jiān)測栗入口流體溫度以及監(jiān)測水箱液位，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，通過第一軟管701來減緩栗出口流體造成的管路振動，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用來測量雙吸栗I出口處的流體壓力；第一軟管701下游管道上安裝有一個三通，三通的兩個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602和第九閥門609，第九閥門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，其中通過調(diào)節(jié)第二閥門602的開度實現(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601、渦街流量計2、第二軟管702、第三閥門603以及通過管道與其并聯(lián)安裝的第四閥門604，以上共同組成了主回路流量調(diào)節(jié)模塊;第五閥門605上游通過管道與主回路相連，下游通過管道接入排水口，由于第五閥門605處于整個試驗回路的最低位置，起到試驗回路放空的作用，因此構(gòu)成了系統(tǒng)排放模塊。第三閥門603下游管道上安裝有第二過濾器1602，其在過濾流體的同時防止試驗中異物元件逆流丟失；第二過濾器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606和第八閥門608，第七閥門607(止回閥)兩側(cè)通過管道分別與兩個支路連通，試驗中通過打開第七閥門607(止回閥)兩側(cè)連接法蘭投放試驗所需異物;第八閥門608下游主回路上依次安裝有第二溫度傳感器802、透明試驗段3、壓力傳感器903、壓差傳感器902、第三軟管703、異物收集器4、第三過濾器1603，以上系統(tǒng)管道和連接件共同組成了試驗段模塊;第三過濾器1603下游管道安裝有第十一閥門611，第十一閥門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612、電磁流量計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下部通過第十三閥門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，所述透明試驗段3為方形結(jié)構(gòu)，材質(zhì)為有機玻璃，總長1882mm，分上部和下部兩部分，下部長1062mm，上部長820mm，中間依靠方形法蘭連接;透明試驗段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，下管座試驗件即放置在這一方形環(huán)肋上;方形法蘭上部內(nèi)側(cè)向內(nèi)延伸緊密卡住試驗件上緣，固定試驗件并防止異物從縫隙中穿過;透明試驗段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，編號為01和02，透明試驗段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，編號為03，其中編號為01和編號為03的引壓管分別與壓力傳感器902兩端連接，編號為02的引壓管和壓力傳感器903連接。透明試驗段3上端和下端通過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11和局域網(wǎng)計算機13組成系統(tǒng)的影像采集模塊，能夠清晰地記錄異物穿過下管座的過程，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21和PIV專用跨幀CCD相機12共同組成系統(tǒng)的流場信息采集模塊，能夠監(jiān)測并觀察流體流經(jīng)下管座后的流場信息，方便分析下管座異物堵塞情況下對流場造成的影響。
[0046]試驗系統(tǒng)上布置的所有溫度傳感器、壓力傳感器、壓差傳感器均通過信號采集系統(tǒng)連接到局域網(wǎng)計算機13上，以上組成了系統(tǒng)的測量采集模塊。
[0047]試驗系統(tǒng)中雙吸栗1、冷卻水栗15以及所有電動調(diào)節(jié)閥的控制均通過可編程邏輯控制器實現(xiàn)時時遠程調(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方案，試驗開始前對回路進行充水檢漏、抗破壞試驗，確?；芈吩诖罅髁肯聼o泄漏以及有機玻璃試驗段完整無破壞;開啟主循環(huán)回路時，保持第十閥門610、第一閥門601、第三閥門603、第十一閥門611處于開啟狀態(tài)，保持第四閥門604、第五閥門605、第六閥門606、第八閥門608、第十三閥門613處于關(guān)閉狀態(tài)，開啟雙吸栗I;開啟冷卻模塊時，打開第十二閥門612，開啟冷卻水栗15;調(diào)節(jié)主循環(huán)回路循環(huán)流量時，開啟雙吸栗1，緩慢調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率，根據(jù)渦街流量計2的示數(shù)，調(diào)節(jié)第一閥門601的開度，手動微調(diào)第四閥門604;調(diào)節(jié)旁通回路流量時，打開第二閥門602，調(diào)節(jié)其開度;調(diào)節(jié)冷卻水流量時，根據(jù)電磁流量計17的示數(shù)調(diào)節(jié)第十二調(diào)節(jié)閥612;進行下管座過濾異物的性能試驗時，向水中加入示蹤粒子，如上述步驟打開主循環(huán)回路、旁通回路模塊和冷卻模塊，并調(diào)節(jié)至試驗要求的流體流量后，待回路運行穩(wěn)定后，即可投放試驗用異物元件，同時打開高速攝影機11，對試驗過程進行影像記錄;打開測量采集模塊開始記錄壓力、壓差、流量、流體溫度的試驗數(shù)據(jù);投放試驗用異物元件時，關(guān)閉第六閥門606、第八閥門608，打開第七閥門607兩側(cè)連接法蘭，將異物放入管道，同時擰緊第七閥門607兩側(cè)連接法蘭，依次打開第六閥門606、第八閥門608;沖刷時間為半小時或沖刷至異物穩(wěn)定，打開PIV專用跨幀CCD相機，獲取下管座出口截面流場信息，試驗結(jié)束后關(guān)閉雙吸栗I，收集整理異物并進行書面記錄?；厥债愇锇ㄍㄟ^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、未通過下管座的異物三部分;進行下管座過濾結(jié)構(gòu)抗異物破壞性能試驗時，將金屬絲類條帶狀異物牢靠的掛在下管座過濾結(jié)構(gòu)網(wǎng)格上，如上述步驟打開主循環(huán)回路、旁通回路模塊和冷卻模塊，并調(diào)節(jié)至試驗要求的流體流量后，待回路運行穩(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。試驗沖刷時間500?I OOOh，期間每隔24h對試驗進行一次影像記錄，同時記錄壓力、壓差、流量、流體溫度的試驗數(shù)據(jù)。試驗完成后取出并觀察下管座破壞情況，進行影像和書面記錄同時回收異物。
【主權(quán)項】
1.一種核反應(yīng)堆燃料組件下管座水力沖刷性能試驗系統(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濾器(1601)，第一過濾器(1601)上游管道上的第十閥門610及其上游水箱(10)，安裝在雙吸栗(I)和第一過濾器(1601)之間管道上的第六溫度傳感器(806)，水箱(10)—側(cè)的液位計(18)，他們在回路中的作用分別是提供循環(huán)動力、過濾栗入口流體、調(diào)節(jié)栗入口流量、儲液穩(wěn)壓、監(jiān)測栗入口流體溫度以及監(jiān)測水箱液位，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)，通過第一軟管(701)來減緩栗出口流體造成的管路振動，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)用來測量雙吸栗(I)出口處的流體壓力； 第一軟管(701)下游管道上安裝有一個三通，三通的兩個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(602)和第九閥門(609)，第九閥門(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，其中通過調(diào)節(jié)第二閥門(602)的開度實現(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(601)、渦街流量計(2)、第二軟管(702)、第三閥門(603)以及通過管道與其并聯(lián)安裝的第四閥門(604)，以上共同組成了主回路流量調(diào)節(jié)模塊； 第五閥門(605)上游通過管道與主回路相連，下游通過管道接入排水口，由于第五閥門(605)處于整個試驗回路的最低位置，起到試驗回路放空的作用，因此構(gòu)成了系統(tǒng)排放模塊。 第三閥門(603)下游主回路管道上安裝有第二過濾器(1602)，過濾進入試驗段流體的同時防止試驗中異物元件逆流丟失；第二過濾器(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(606)和第八閥門(608)，第七閥門(607)兩側(cè)通過管道分別與兩個支路連通，試驗中通過打開第七閥門(607)兩側(cè)連接法蘭投放試驗所需異物;第八閥門(608)下游主回路上依次安裝有第二溫度傳感器(802)、透明試驗段(3)、壓力傳感器(903)、壓差傳感器(902)、第三軟管(703)、異物收集器(4)、第三過濾器(1603)，以上系統(tǒng)管道和連接件共同組成了試驗段模塊； 第三過濾器(1603)下游管道安裝有第十一閥門(611)，第十一閥門(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(612)、電磁流量計(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)下部通過第十三閥門(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系統(tǒng)，其特征在于:所述透明試驗段(3)為方形結(jié)構(gòu)，材質(zhì)為有機玻璃，總長1882mm，分上部和下部兩部分，下部長1062mm，上部長820mm，中間依靠方形法蘭連接;透明試驗段(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;方形法蘭上部內(nèi)側(cè)向內(nèi)腔延伸緊密卡住試驗件上緣，固定試驗件并防止異物從縫隙中穿過;透明試驗段(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，編號為01和02，透明試驗段(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，編號為03，其中編號為01和編號為03的引壓管分別與壓差傳感器(902)兩端連接，編號為02的引壓管和壓力傳感器(903)連接;透明試驗段(3)上端和下端通過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系統(tǒng)，其特征在于:相連接的高速攝影機(11)和局域網(wǎng)計算機(13)組成系統(tǒng)的影像采集模塊，其中高速攝影機(11)能夠方便的移動位置，清晰地記錄異物穿過下管座的過程，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系統(tǒng)，其特征在于:激光發(fā)生器(23)設(shè)置在透明試驗段(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(21)和PIV專用跨幀CCD相機(12)共同組成系統(tǒng)的流場信息采集模塊，能夠監(jiān)測并觀察流體流經(jīng)下管座后的流場信息，方便分析下管座異物堵塞情況下對流場造成的影響。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系統(tǒng)，其特征在于:所述試驗系統(tǒng)上布置的所有溫度傳感器、壓力傳感器、壓差傳感器均通過信號采集系統(tǒng)連接到局域網(wǎng)計算機(13)上，組成系統(tǒng)的測量采集模塊。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系統(tǒng)，其特征在于:所述試驗系統(tǒng)中的雙吸栗(I)、冷卻水栗(15)以及所有電動調(diào)節(jié)閥的控制均通過可編程邏輯控制器實現(xiàn)時時遠程調(diào)控，組成了系統(tǒng)的控制模塊。7.權(quán)利要求1至6任一項所述試驗系統(tǒng)對應(yīng)的試驗方法，其特征在于:試驗開始前對回路進行充水檢漏、抗破壞試驗，確保回路在大流量下無泄漏以及有機玻璃試驗段完整無破壞； 開啟主循環(huán)回路時，保持第十閥門(610)、第一閥門(601)、第三閥門(603)、第十一閥門(611)處于開啟狀態(tài)，保持第四閥門(604)、第五閥門(605)、第六閥門(606)、第八閥門(608)、第十三閥門(613)處于關(guān)閉狀態(tài)，開啟雙吸栗(I); 開啟冷卻模塊時，打開第十二閥門(612)，開啟冷卻水栗(15); 調(diào)節(jié)主循環(huán)回路循環(huán)流量時，開啟雙吸栗(I)，緩慢調(diào)節(jié)變頻器輸出頻率，根據(jù)渦街流量計(2)的示數(shù)，調(diào)節(jié)第一閥門(601)的開度，手動微調(diào)第四閥門(604); 調(diào)節(jié)旁通回路流量時，打開第二閥門(602)，調(diào)節(jié)其開度； 調(diào)節(jié)冷卻水流量時，根據(jù)電磁流量計(17)的示數(shù)調(diào)節(jié)第十二調(diào)節(jié)閥(612); 進行下管座過濾異物的性能試驗時，向水中加入示蹤粒子，如上述步驟打開主循環(huán)回路、旁通回路模塊和冷卻模塊，并調(diào)節(jié)至試驗要求的流體流量后，待回路運行穩(wěn)定后，即可投放試驗用異物元件，同時打開高速攝影機(U)，對試驗過程進行影像記錄;打開測量采集模塊開始記錄壓力、壓差、流量、流體溫度的試驗數(shù)據(jù);投放試驗用異物元件時，關(guān)閉第六閥門(606)、第八閥門(608)，打開第七閥門(607)兩側(cè)連接法蘭，將異物放入管道，投放完擰緊第七閥門(607)兩側(cè)連接法蘭，依次打開第六閥門(606)、第八閥門(608);沖刷時間為半小時或沖刷至異物穩(wěn)定，打開PIV專用跨幀CCD相機(12)，獲取下管座出口截面流場信息，試驗結(jié)束后關(guān)閉雙吸栗(I)，收集整理異物并進行書面記錄；回收異物包括通過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、未通過下管座的異物三部分； 進行下管座過濾結(jié)構(gòu)抗異物破壞性能試驗時，將金屬絲類條帶狀異物牢靠的掛在下管座過濾結(jié)構(gòu)網(wǎng)格上，如上述步驟打開主循環(huán)回路、旁通回路模塊和冷卻模塊，并調(diào)節(jié)至試驗要求的流體流量后，待回路運行穩(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;試驗沖刷時間500?lOOOh，期間每隔24h對試驗進行一次影像記錄，同時記錄壓力、壓差、流量、流體溫度的試驗數(shù)據(jù);試驗完成后取出并觀察下管座破壞情況，進行影像和書面記錄同時回收異物。
【文檔編號】B01D29/00GK105938074SQ201610326688
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年5月17日
【發(fā)明人】蘇光輝, 于國軍, 孫汝雷, 陳榮華, 田文喜, 秋穗正
【申請人】西安交通大學