一种堆芯补水箱模拟体的改进结构的制作方法

本发明涉及核反应堆非能动堆芯冷却系统中高压安注系统，具体涉及一种堆芯补水箱模拟体的改进结构。

背景技术：
堆芯补水箱（CoreMake-upTank，简称CMT）是第三代核反应堆非能动堆芯冷却系统中高压安注系统的核心设备，为高压安注系统存储大体积的高压安注流体。在反应堆发生非LOCA事故和LOCA事故后，堆芯补水箱依靠重力作用以非能动的方式向堆芯注入低温水，同时冷凝通过压力平衡管以自然循环方式进入堆芯补水箱的饱和状态的汽水混合物。堆芯补水箱能够在长时间内向堆芯提供相对高流量的安注。因此，掌握堆芯补水箱的运行特性对于反应堆非能动安全注入系统的设计非常重要。为了获得堆芯补水箱的运行特性，需要详细研究堆芯补水箱的重力排水规律、蒸汽在堆芯补水箱的凝结行为、堆芯补水箱安注时的水位变化规律和堆芯补水箱内流体及内外壁轴向温度分布等。然而堆芯补水箱内的蒸汽冷凝行为会使液位测量时产生虚假液位问题，影响液位测量的精度。此外，通过压力平衡管进入堆芯补水箱的流体和其内部原有流体存在温度差，造成流体存在温度分层问题，增大了堆芯补水箱的能量耗散问题研究难度。

技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种堆芯补水箱模拟体的改进结构，解决目前的补水箱模拟体存在的液位虚假、流体温度分层测量的问题。本发明通过下述技术方案实现：一种堆芯补水箱模拟体的改进结构，包括堆芯补水箱模拟体筒体，在所述堆芯补水箱模拟体筒体的顶部和底部分别安装有流体进口接管，在所述堆芯补水箱模拟体筒体的底部安装有流体出口接管，在堆芯补水箱模拟体筒体的侧面设置有磁翻板液位计，在堆芯补水箱模拟体筒体的侧面还设置有四层测压组件，测压组件通过脉冲管线连通，并在相邻两层测压组件之间的脉冲管线上安装差压液位计；在堆芯补水箱模拟体筒体的侧面还安装有9组测温组件。本发明差压液位计连接堆芯补水箱模拟体筒体两个不同测压组件引出的脉冲管线，9组测温组件安装在堆芯补水箱模拟体筒体的外侧，采用磁翻板液位计和差压液位计分别测量模拟体的总液位和分段液位，使堆芯补水箱模拟体具有自身校准液位测量的优点，能更加准确地实现模拟体的液位测量，这种新的模拟体结构，不仅仅解决了堆芯补水箱内的蒸汽冷凝行为会使液位测量时产生虚假液位问题，大大提高了液位测量的精度，通过设置的9组测温组件进行温度测量，克服了流体温度分层测量问题，降低了堆芯补水箱的能量耗散问题研究难度。磁翻板液位计的浮子会根据实际水位的变化而相应地跟随变化，进而给出堆芯补水箱的液位值，该方式能较好地测量稳态下的液位值，但是在快速瞬态情况下，由于浮子运动是惯性系下物体的加速或减速运动，虽然能真实地反应液位的变化趋势，但其响应速度相对滞后。而差压液位计采用正负极压差测量液位，由于压力以音速传播，因此在瞬态测量时，响应速度快。但是由于冷凝现象的作用，其引压头可能受冷凝后附着的液体影响，使其产生短暂的虚假液位，因此此时可以采用磁翻板液位计测量液位，根据惯性延迟修正，校核并替代差压液位计的液位，进而获得堆芯补水箱的此时刻的液位。这种自身校准液位测量方法可以有效地避免虚假液位，既能保证堆芯补水箱液位测量的响应速度，又能保证其测量的精度。堆芯补水箱在安注投入时，高温流体通过流体进口接管（9）进入，低温流体通过流体出口接管（10）流出，此时堆芯补水箱内流体从上往下存在流体温度分层现象。此时，研究该容器能量耗散问题时，并不能简单的采用集总参数方法进行计算，即采用某一点的流体温度和壁面温度等参数进行计算，而是需要尽量精细地分层进行计算即分布参数方法计算，因此存在流体温度分层测量的问题。为了解决该问题，本发明在堆芯补水箱设置了9层测温组件，分别测量流体温度、内壁面温度和外壁面温度，并采用了180°交错对称测量布置，该布置方式能有效避免同方向温度测量布置的单方向温度偏离问题，从物理上提高布置方式的合理性，进而提高测量的准确性。所述的四层测压组件是这样分布的：以堆芯补水箱模拟体筒体的轴线为圆心，以任意一条半径所在的外壁为0°起始点，四层测压组件分别设置在堆芯补水箱模拟体筒体轴线的四个高度位置，且第一层位于180°位置，第二层位于0°位置，第三层位于180°位置，第四层位于0°位置。该交错对称布置方式可以削弱同水平面上压力分布各项异性问题，避免同一轴向面上压力测量单向偏差的问题。所述的测温组件包括贯穿堆芯补水箱模拟体筒体侧壁的流体测温装置，在流体测温装置的两侧分别安装有内壁温度测量装置和外壁温度测量装置。以流体测温装置的轴线所在半径，沿逆时针方向转动10°，在堆芯补水箱模拟体筒体的侧壁上设置有孔，内壁温度测量装置安装在该孔内；外壁温度测量装置安装在以流体测温装置的轴线所在半径，沿顺时针方向转动10°的位置。在堆芯补水箱能量耗散问题研究时，需要采用同一径向的流体温度、内壁面温度和外壁面温度来计算能量耗散的热流密度，但是在实验测量时三种测量装置并不能重叠安装，因此本发明在尽量靠近流体测温装置的左右两侧安装内壁面测温装置和外壁温测量装置，测量内壁面温度和外壁面温度。由于堆芯补水箱为高压承压设备，需要考虑承压强度，因此本发明在综合考虑承压强度的基础上，使内壁面测温装置和外壁面测温装置尽量靠近流体测温装置，并采用了左右偏差10°。所述的9组测温组件分布在堆芯补水箱模拟体筒体轴线的不同位置，且：以堆芯补水箱模拟体筒体的轴线为圆心，以任意一条半径所在的外壁为0°起始点，任意相邻两层的测温组件交替分布在90°和270°的位置。选取90°和270°交错布置是为了避免安装时与测压组件冲突，因此避开了测压组件的0°和180°。所述的堆芯补水箱模拟体筒体由上部球形封头、中间圆筒筒体和下部球形封头通过焊接而成。进一步讲，本发明采用上部球形封头、下部球形封头和中间圆柱筒体分体加工焊接成型的堆芯补水箱模拟体筒体结构，降低了加工难度和成本。本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：1、本发明一种堆芯补水箱模拟体的改进结构，采用磁翻板液位计和差压液位计分别测量模拟体的总液位和分段液位，使堆芯补水箱模拟体具有自身校准液位测量的优点，能更加准确地实现模拟体的液位测量，这种新的模拟体结构，不仅仅解决了堆芯补水箱内的蒸汽冷凝行为会使液位测量时产生虚假液位问题，大大提高了液位测量的精度，通过设置的9组测温组件进行温度测量，克服了流体温度分层测量问题，降低了堆芯补水箱的能量耗散问题研究难度；2、本发明一种堆芯补水箱模拟体的改进结构，采用上部球形封头、下部球形封头和中间圆柱筒体分体加工焊接成型的设计，降低了加工难度和成本；温度测量点布置合理，能精确监控堆芯补水箱模拟体的流体、内壁面和外壁面温度；3、本发明一种堆芯补水箱模拟体的改进结构，可以准确测量堆芯补水箱模拟体的液位、流体温度分布、内壁面温度分布和外壁面温度分布，具有设计合理，整体结构简单，便于实现，成本低，温度测量布置方式有效合理，液位测量能实现自身校准等优点。附图说明此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：图1为本发明结构示意图；图2为偶数层测温组件的放大示意图；图3为奇数层测温组件的放大示意图。附图中标记及对应的零部件名称：1-堆芯补水箱模拟体筒体，2-磁翻板液位计，3-流体测温装置，4-内壁面测温装置；5-外壁面测温装置；6-测压组件；7-脉冲管线；8-差压液位计，9-流体进口接管，10-流体出口接管。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。实施例如图1至3所示，堆芯补水箱模拟体筒体1由上部球形封头、中间圆筒筒体和下部球形封头通过焊接组成，上部球形封头顶部开孔，焊接流体进口接管9；下部球形封头底部开孔，焊接流体出口接10管，在堆芯补水箱模拟体筒体1上安装磁翻板液位计2，用于测量堆芯补水箱模拟体筒体1内流体的液位变化；磁翻板液位计2安装在堆芯补水箱模拟体筒体1上，并与堆芯补水箱模拟体筒体1的轴向中心线平行，可以准确测量模拟体的总液位；贯穿堆芯补水箱模拟体筒体1安装测压组件6，沿着堆芯补水箱模拟体筒体1的轴向不同高度布置四层，第一层的180°方位布置一个，第二层的0°方位布置一个，第三层的180°方位布置一个，第四层的0°方位布置一个，采用直径为f8*1mm的脉冲管线7将不同高度的测压组件6与差压液位计8连接，用于测量堆芯补水箱的液位。在本模拟体上，采用4个测压组件6和3个差压液位计8测量模拟体上的三段分液位，通过磁翻板液位计和差压液位计相互校准测量总液位。如图1所示，在模拟体筒体（1）上一共布置9层测温装置，每层都布置有流体测温装置（3）、内壁面测温装置（4）和外壁面测温装置（5），从下向上分为奇数层和偶数层，一共有5层奇数层和4层偶数层，不同测温装置的布置方式和位置如图2至3所示。贯穿堆芯补水箱模拟体筒体1安装流体测温装置3，用于测量流体温度分布，该测温装置3沿着堆芯补水箱模拟体筒体1的轴向不同高度布置9层，每层布置1个一共9个，相邻两层测温装置3交替布置在90°和270°方位，奇数层布置在90°方位，偶数层布置在270°方位，该测温装置3的测温元件为N型热电偶，通过紫铜垫进行密封；在保证堆芯补水箱模拟体筒体1强度的基础上从堆芯补水箱模拟体筒体1外壁面向内打一定深度的孔，但不能贯穿堆芯补水箱模拟体筒体1，安装内壁面测温装置4，用于测量堆芯补水箱模拟体筒体1的内壁面温度分布，该测温装置4沿着筒体1的轴向不同高度布置9层，每层布置1个一共9个，相邻两层内壁面测温装置4交替布置在100°和280°方位，紧靠流体测温装置3，奇数层布置在100°方位，偶数层布置在280°方位，该测温装置4的测温元件为N型热电偶，测温头与内壁面接触；在堆芯补水箱模拟体筒体1外壁面安装外壁面测温装置5，用于测量堆芯补水箱模拟体筒体1的外壁面温度分布，该测温装置5沿着堆芯补水箱模拟体筒体1的轴向不同高度布置9层，每层布置1个一共9个，相邻两层外壁面测温装置5交替布置在80°和260°方位，紧靠流体测温装置3，该测温装置5的测温元件为N型热电偶，测温头与外壁面接触。以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。