本发明涉及热工水力实验模拟系统，尤其是涉及一种模拟核电站蒸汽发生器二次侧工况的实验系统。
背景技术：
蒸汽发生器是核电站核岛系统中的关键设备，在新型核电堆型研发和设计过程中，开展大量的蒸汽发生器关键设备实验研究，是蒸汽发生器原型设计改进的必由之路。蒸汽发生器模拟体的主要功能是模拟在核岛内蒸汽发生器原型一次侧与二次侧间的能量交换过程，以及蒸汽发生器原型内部的热工水力特性。实验要求在蒸汽发生器模拟体中，二次侧进口水和进口蒸汽总焓值较高，常规的电加热元件无法满足要求，一般需要为实验系统配备大功率电加热元件（20mw级）或寻找电厂高焓值工质作为热源。
而且，现有的模拟蒸汽发生器二次侧工况的实验装置，包括模拟蒸汽发生器二次侧余热排出系统的实验装置，于蒸汽发生器二次侧均设置有冷源模拟体或换热器，将二次侧热量排出，无法对蒸汽发生器二次侧热量进行循环利用，亦导致其需要配置高功率热源作为能量输入或需电厂高焓值工质作为热源。
例如中国发明专利申请公布号第cn105608979a号提供的一种模拟蒸汽发生器二次侧余热排出系统的试验装置，其包括热源模拟体、冷源模拟体、最终热阱换热器、最终热阱水箱、第一管道和第二管道。在该试验装置中，蒸汽发生器二次侧热量由热源模拟体提供，且蒸汽发生器二次侧热量通过最终热阱换热器传递给最终热阱水箱，无法实现热量的循环利用，故热源模拟体所需功率较大，而较大的设计功率给热源模拟体结构设计带来较大困难。
在中国发明专利申请公布号第cn106289834a号所提供的构建蒸汽发生器二次侧初始工况的实验系统中，直接将一次侧u型传热管束和盘管换热器设置于二次侧筒体蒸汽空间中，且一次侧u型传热管束设置有电热元件，盘管换热器布置于二次侧筒体蒸汽空间上部，如此通过电热元件和盘管换热器的联合作用来实现蒸汽发生器二次侧筒体内的温度、压力及液位的控制以符合要求。然而，首先，在蒸汽发生器本体内增加电热元件和盘管换热器两个设备，就改变了蒸汽发生器原型原有结构，其次，蒸汽发生器二次侧热量亦被带出二次侧筒体，无法实现热量的循环利用，且蒸汽发生器二次侧蒸汽是通过加热饱和单相水获取，因此电热元件所需功率亦较大，此外，该实现系统通过调节液位来间接调节蒸汽发生器二次侧汽水比例，仅能实现稳态工况的调节，在开展瞬态工况实验时调节精度难以保证。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术存在的上述不足，提供一种模拟蒸汽发生器二次侧工况的实验系统，能够实现蒸汽发生器二次侧的能量循环和工质循环，从而减小所需热源功率，降低试验经费。
本发明所采用的技术方案在于，提供一种模拟蒸汽发生器二次侧工况的实验系统，能够实现蒸汽发生器二次侧汽水流量比例在稳态和瞬态工况下的快速、精确调节。
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术存在的上述不足，提供一种模拟蒸汽发生器二次侧工况的实验系统，无需于蒸汽发生器模拟体内部额外设置加热元件、换热器等设备，保证蒸汽发生器模拟体完全尊重原型进行结构参数模化，减小模化失真。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种模拟蒸汽发生器二次侧工况的实验系统，其包括蒸汽发生器模拟体、蒸汽产生装置、汽水混合器、风机、循环泵、第一管道以及第二管道，所述风机、所述汽水混合器和所述蒸汽发生器模拟体通过所述第一管道互连形成一回路，所述循环泵、所述汽水混合器和所述蒸汽发生器模拟体通过所述第二管道互连形成二回路，所述蒸汽产生装置的出口端连接于所述一回路中，其中，该一回路用于供饱和蒸汽流动于其中，该第二回路用于供饱和水流动于其中，所述汽水混合器用于供该饱和蒸汽和该饱和水在其内进行混合后进入所述蒸汽发生器模拟体。
较佳地，在所述一回路中，所述蒸汽发生器模拟体的蒸汽出口端藉由所述第一管道经所述风机连接至所述汽水混合器的第一进口端；在所述二回路中，所述蒸汽发生器模拟体的水出口端藉由所述第二管道经所述循环泵连接至所述汽水混合器的第二进口端；该汽水混合器的出口端经所述第一管道或所述第二管道连接至所述蒸汽发生器模拟体的进口端。
较佳地，所述蒸汽产生装置经其出口端向所述一回路注入饱和蒸汽并向所述二回路注入饱和水，且该蒸汽产生装置的进口端连接一补水回路，该补水回路连接于一外接水源且包括补水管道和设置于该补水管道上的补水阀门。
较佳地，该实验系统还包括调温预热器，该调温预热器设置于所述一回路中，位于所述风机的出口和所述汽水混合器的第一进口端之间。
较佳地，所述实验系统还于所述一回路和所述二回路中分别设置有第一阀门和第二阀门，其中该第一阀门设置于所述风机的出口，该第二阀门设置于所述循环泵的出口。
较佳地，所述风机为多级变频风机。
较佳地，所述实验系统还于所述一回路和所述二回路中设置有多个流量计。
较佳地，所述多个流量计包括分别设于所述汽水混合器的第一进口端和第二进口端的第一流量计和第二流量计以及设置于所述蒸汽发生器模拟体的蒸汽出口端的第三流量计。
较佳地，所述第一流量计为涡街流量计、电磁流量计或超声波流量计；所述第二流量计为涡街流量计、电磁流量计、文丘里流量计或超声波流量计；所述第三流量计为涡街流量计、电磁流量计或超声波流量计。
较佳地，所述实验系统还包括蒸汽排放回路，该蒸汽排放回路包括排放管道以及设置在该排放管道上的排放阀门，其中该排放管道与所述一回路连通。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
本发明模拟蒸汽发生器二次侧工况的实验系统将蒸汽发生器模拟体二次侧生成的饱和蒸汽再次输入一回路，进入一回路的饱和蒸汽循环，如此，能够实现蒸汽发生器二次侧饱和蒸汽的循环利用，即实现二次侧能量循环和工质循环，使得采用较低功率的热源的情况下亦能够满足蒸汽发生器二次侧较大焓值蒸汽流量需求，因此，能实现以较低功率输入开展大型蒸汽发生器工程实验，如蒸汽发生器汽水分离器实验、蒸汽发生器干燥器实验，降低实验经费；且采用功率较低的蒸汽产生装置作为实验系统的热源，亦降低了热源的设计难度。其次，本发明模拟蒸汽发生器二次侧工况的实验系统结构简单，不在蒸汽发生器模拟体内部额外设置加热元件、换热器等设备，保证蒸汽发生器模拟体完全尊重原型进行结构参数模化，减小模化失真。而且，本发明模拟蒸汽发生器二次侧工况的实验系统能够藉由风机和循环泵对饱和蒸汽流量和饱和水流量进行粗略调节、藉由第一阀门和第二阀门对饱和蒸汽流量和饱和水流量进行精细调节，实现蒸汽发生器二次侧进口端的饱和蒸汽流量和饱和水流量在稳态和瞬态工况下的快速、精确调节，解决蒸汽发生器二次侧进口端汽水流量比例调节困难的问题，实现蒸汽发生器二次侧汽水流量比例灵活调节。
附图说明
图1是本发明模拟蒸汽发生器二次侧工况的实验系统的一实施例的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明模拟蒸汽发生器二次侧工况的实验系统，包括蒸汽发生器模拟体1、风机2、汽水混合器3、蒸汽产生装置4、循环泵5、第一管道18以及第二管道19。其中，风机2、汽水混合器3和蒸汽发生器模拟体1通过第一管道18互连形成一回路7，该一回路7用于供饱和蒸汽流动于其中；循环泵5、汽水混合器3和蒸汽发生器模拟体1通过第二管道19互连形成二回路8，该第二回路8用于供饱和水流动于其中。
在一回路7中，蒸汽发生器模拟体1的蒸汽出口端藉由第一管道18经风机2连接至汽水混合器3的第一进口端；在二回路8中，蒸汽发生器模拟体1的水出口端藉由第二管道19经循环泵5连接至汽水混合器3的第二进口端；而该汽水混合器3的出口端经第一管道18或第二管道19连接至蒸汽发生器模拟体1的进口端。
亦即，汽水混合器3的第一进口端连接于一回路7中，用于供一回路7中的饱和蒸汽进入该汽水混合器3；汽水混合器3的第二进口端连接于二回路8中，用于供二回路8中的饱和水进入该汽水混合器3；而进入汽水混合器3的饱和蒸汽和饱和水在其内进行混合后经汽水混合器3的出口端，由蒸汽发生器模拟体1的进口端进入蒸汽发生器模拟体1，以进行热交换。
该饱和蒸汽和饱和水由蒸汽产生装置4提供。该蒸汽产生装置4的进口端连接一补水回路，该补水回路连接于一外接水源且包括补水管道9和设置于该补水管道9上的补水阀门10，其中，补水管道9连接至蒸汽产生装置4的进口端。蒸汽产生装置4的出口端则连接入一回路7中，藉此向一回路7注入饱和蒸汽并向二回路8注入饱和水。在本实施例中，该蒸汽产生装置4的出口端连接于风机2与汽水混合器3的第一进口端之间，但不以此为限。
在一回路7中还设有调温预热器6，用于对回路散热进行能量补偿，从而保持一回路7中蒸汽温度满足参数要求。在本实施例中，该调温预热器6设于风机2出口和汽水混合器3的第一进口端之间，但不以此为限，其亦可设置于蒸汽发生器模拟体1的蒸汽出口端与汽水混合器3的第一进口端之间的其他位置处。该调温预热器6可以进行直流电加热，也可以进行交流电加热。
此外，本实施例亦于一回路7和二回路8中分别设置有电动调节阀门，如第一阀门16和第二阀门14，来对一回路7内的饱和蒸汽流量和二回路8中的饱和水流量进行调节。其中，第一阀门16设置于风机2出口与调温预热器6之间，第二阀门19设置于循环泵5出口与汽水混合器3的第二进口端之间。在此要说明的是，在本发明中，风机2和循环泵5亦可分别用于对一回路7内的饱和蒸汽流量和二回路8中的饱和水流量进行调节，但风机2和循环泵5是用来进行粗略调节，而第一阀门16和第二阀门14则可实现精细调节。
本发明模拟蒸汽发生器二次侧工况的实验系统还可设置多个流量计，以实时测量回路中相应位置的饱和蒸汽流量或饱和水流量，进而便于对饱和蒸汽流量和饱和水流量进行调节。例如，如图1所示，在一回路7中和二回路8中，分别于汽水混合器3的第一进口端和第二进口端设置第一流量计15、第二流量计13，以分别对进入汽水混合器3的饱和蒸汽的流量和饱和水的流量进行实时测量；在蒸汽发生器模拟体1二次侧蒸汽出口端设置第三流量计17，以对该出口端的蒸汽流量进行实时测量。基于该实时测量的结果，由风机2和循环泵5、第一阀门16和第二阀门14对饱和蒸汽流量和饱和水流量进行相应调节，以满足参数要求。其中，第一流量计15可为涡街流量计、电磁流量计或超声波流量计，第二流量计13可为涡街流量计、电磁流量计、文丘里流量计或超声波流量计，第三流量计17可为涡街流量计、电磁流量计或超声波流量计。
为便于对一回路7中的蒸汽进行排放以调节压力，本发明模拟蒸汽发生器二次侧工况的实验系统于一回路7连接有一蒸汽排放回路，该蒸汽排放回路包括排放管道11以及设置在该排放管道11上的排放阀门12，其中该排放管道11与一回路7连通，且在本实施例中，该排放管道11是连接于接近蒸汽发生器模拟体1蒸汽出口端一侧的管道上，但不以此为限，亦可设置于一回路7其他位置。
接下来，结合图1，对本发明模拟蒸汽发生器二次侧工况的实验系统的工作过程进行说明。
首先，外接水源经补水管线9向蒸汽产生装置4和一回路7、二回路8补水。而后，打开与一回路7连通的排放管道11上的排放阀门12，并利用电加热元件作为热源对蒸汽产生装置4内的水进行加热并使之沸腾，于是，该蒸汽产生装置4将由此产生的饱和蒸气输入至一回路7中。随后，调节蒸汽发生器模拟体1二次侧水位满足参数要求，并持续升温升压，当蒸汽发生器模拟体1二次侧水位、压力、温度均达到参数要求后，打开二回路8中第二阀门14，开启循环泵5，实现二回路8中的饱和水循环；打开一回路7中第一阀门16，开启风机2，实现一回路7中的饱和蒸汽循环。此时，一回路7中的饱和蒸汽和二回路8中的饱和水分别经汽水混合器3的第一进口端和第二进口端进入汽水混合器3，并在汽水混合器3混合后进入蒸汽发生器模拟体1二次侧，在蒸汽发生器模拟体1中完成热交换，其中饱和水接收热量后变成饱和蒸汽，由蒸汽发生器模拟体1的蒸汽出口端再进入一回路7，进入饱和蒸汽循环；饱和蒸汽则释放热量后成为饱和水，经由蒸汽发生器模拟体1与二回路8连通的水出口进入二回路8，进入饱和水循环。在进行一回路7中的饱和蒸汽循环时，开启一回路7中的调温预热器6，对回路散热进行能量补偿，藉由调节调温预热器6的功率，保持一回路7中饱和蒸汽的温度满足参数要求。
在实验系统的工作过程中，通过调节一回路7中的风机2的频率可对一回路7内的饱和蒸汽流量进行粗略调节，该风机2可为多级变频风机；调节二回路8的循环泵5的频率则可实现对二回路8内的饱和水流量进行粗略调节。而对一回路7内的饱和蒸汽流量和二回路8内的饱和水流量的精细调节则分别藉由调节第一阀门16和第二阀门14的开度来实现。
由此可见，本发明模拟蒸汽发生器二次侧工况的实验系统将蒸汽发生器模拟体1二次侧生成的饱和蒸汽再次输入一回路7，进入一回路7的饱和蒸汽循环，如此，能够实现蒸汽发生器二次侧饱和蒸汽的循环利用，即实现二次侧热量循环利用，使得采用较低功率的热源的情况下亦能够满足蒸汽发生器二次侧较大焓值蒸汽流量需求，因此，能实现以较低功率输入开展大型蒸汽发生器工程实验，如蒸汽发生器汽水分离器实验、蒸汽发生器干燥器实验，降低实验经费；且采用功率较低的蒸汽产生装置作为实验系统的热源，亦降低了热源的设计难度。其次，本发明模拟蒸汽发生器二次侧工况的实验系统结构简单，不在蒸汽发生器模拟体1内部额外设置加热元件、换热器等设备，保证蒸汽发生器模拟体1完全尊重原型进行结构参数模化，减小模化失真。而且，本发明模拟蒸汽发生器二次侧工况的实验系统能够藉由风机2和循环泵5对饱和蒸汽流量和饱和水流量进行粗略调节、藉由第一阀门16和第二阀门14对饱和蒸汽流量和饱和水流量进行精细调节，实现蒸汽发生器二次侧进口端的饱和蒸汽流量和饱和水流量在稳态和瞬态工况下的快速、精确调节，解决蒸汽发生器二次侧进口端汽水流量比例调节困难的问题，实现蒸汽发生器二次侧汽水流量比例灵活调节。