一种核电厂安全壳喷淋系统喷淋性能试验装置的制作方法

本发明涉及喷嘴性能测试评价领域，针对大型喷雾场，多喷嘴、多角度、变间距的应用背景，属于对不同流量、大覆盖面积的相干喷雾场喷淋特性测试测量技术设备，具体涉及一种核电厂安全壳喷淋系统喷淋性能试验装置。

背景技术：

安全壳喷淋系统是核动力装置中一项重要的专设安全设施，该系统保证在事故工况下包容放射性裂变产物的安全壳不超压，维持压力边界完整。因为单个喷嘴工作能力有限，为实现安全壳喷淋系统对内部空间的喷淋覆盖，其喷嘴布置是通过喷淋环管进行布置的。不同的喷嘴具有不同的布置角度、布置间距，相邻的喷嘴之间会出现不同程度的相干现象，单个喷嘴的测试测量无法应对相干现象的影响，需要对相干现象进行针对测试，了解不同相干情形对喷淋效果的影响才能对整体喷淋效果做出准确的评估。由于安全壳喷淋系统尺寸较大，目前并未有能够适用的专利或设备公开。

专利cn201610908769介绍了一种安全壳喷淋试验装置及方法，包括安全壳模拟体、将冷却水喷淋至安全壳模拟体内的喷淋系统、为喷淋系统提供冷却水的储水箱、模拟安全壳的内部状态为安全壳模拟体提供气源的气体供应系统；喷淋系统连接在安全壳模拟体和储水箱之间，气体供应系统连接安全壳模拟体；安全壳模拟体上设有用于分别测量其内部温度和压力的温度测量点和压力测量点。发明主要针对系统的降温降压性能，较为宏观，未针对相邻喷嘴干涉现象及喷淋雾化具体指标进行研究，且未给出装置具体结构。

专利cn201020190365介绍了一种喷雾性能综合试验台，包括主框架，可调喷头安装架、集雾槽、接液槽、幕布、超声波喷雾分布均匀性测试系统、药液循环系统、液泵测试系统，以及计算机视觉系统和控制系统等，用于农业植保机械喷洒部件(吸管、接头和喷头)与增压部件(筒、泵)性能试验测试。该专利没有针对多喷嘴多角度的喷淋相干现象，亦无法适用于类似安全壳喷淋这样的大型开放式喷雾场。

专利cn201120528754.6介绍了一种喷嘴性能测试用试验台装置。采用2维导轨设计，主要针对喷嘴的雾量分布指标进行测量，没有给出其他雾化指标，例如雾化颗粒度，的测量。也无法应对多喷嘴的相干问题。

专利201610297315.6公开一种核电厂乏燃料池喷淋冷却系统的性能试验装置，装置针对核电厂乏燃料池喷淋进行设计，乏燃料池喷淋为单侧喷淋，喷嘴布置位置均在覆盖区同一侧，与安全壳喷淋不同。专利虽然设计了可变化的偏置角度和间距，但其偏置角度朝向均在竖直平面的同一侧，难以进行竖直向下的喷淋试验，如果进行反侧喷淋，喷雾场会覆盖到试验支架上，无法进行试验测量。

在实际试验生产实践中发现，针对核电厂安全壳喷雾头，喷淋覆盖范围直径可达五米及以上，现有装置、方法具有一定的不足之处。核电厂安全壳喷雾头在安全壳中的安装布置具有多种偏置角度，这与传统喷雾头性能测试有较大区别，不同的偏置角度使同一个喷雾头在不同角度下的覆盖范围有相当大的差别，根据实际需求设计了核电厂安全壳喷淋系统喷淋性能试验装置。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术的缺点，提供了一种核电厂安全壳喷淋系统喷淋性能试验装置，可用于核电厂安全壳喷淋系统喷淋性能的测试试验。

本发明采用如下技术方案：

一种核电厂安全壳喷淋系统喷淋性能试验装置，包括1号支路调节阀1、1号球阀2、旁通调节阀3、旁通支路4、2号支路调节阀5、供水泵6、侧向管线间距-角度调节机构7、侧向喷嘴8、侧向管线压力变送器9、3号球阀10、进口过滤器11、集水坑12、中部管线压力变送器13、中部管线间距-角度调节机构14、中部喷嘴15、4号球阀16、喷淋水池17及2号球阀18；所述喷淋性能试验装置以长方形的喷淋水池17为基础，南北方向为短边，东西方向为长边；所述喷淋性能试验装置设置有四路喷淋管线，分别为南侧1号喷淋管线、南侧2号喷淋管线、北侧1号喷淋管线和北侧2号喷淋管线，南侧1号喷淋管线和北侧1号喷淋管线位于喷淋水池17西侧围栏上方，南侧2号喷淋管线和北侧2号喷淋管线位于喷淋水池17中央上方，南侧1号喷淋管线与北侧1号喷淋管线、南侧2号喷淋管线与北侧2号喷淋管线沿喷淋水池17长度方向中轴线结构对称；在水池围栏的西北角位置设有正方形的集水坑12，供水泵6设在集水坑12旁边的水池外侧泵坑内，集水坑12底部留有进口过滤器11，进口过滤器11通过供水管线与供水泵6相连，集水坑12中的水经由进口过滤器11被吸入供水泵6中，供水泵6出口通过管线连接y型过滤器，之后在喷淋水池17外侧布置管线，在喷淋水池17短边中点处连接四通管，分为三路管线，第一路为四通管中间方向连接旁通调节阀3和旁通支路4，旁通支路贴水池内壁面连通到集水坑12中；第二路为四通管南侧方向为南侧1号喷淋管线、南侧2号喷淋管线供水，第三路为四通管北侧方向为北侧1号喷淋管线和北侧2号喷淋管线供水；对于南侧1号喷淋管线和南侧2号喷淋管线，四通接头处向南侧沿水池围栏顶端接出管线，间隔20倍管径位置处安装流量计，流量计下游15倍管径处安装1号支路调节阀1，1号支路调节阀1控制南侧1号喷淋管线和南侧2号喷淋管线的流量，1号支路调节阀1下游安装三通接头，分为两路，分别连接南侧1号喷淋管线和南侧2号喷淋管线，一路竖直向上引出，距接头10倍管径处安装1号球阀2，1号球阀2之后布置直管段，到达距地面高度5.5米处接90度弯头，弯向北方，距弯头10倍管径处安装侧向管线间距-角度调节机构7，下游安装侧向管线压力变送器9及侧向喷嘴8，构成南侧1号喷淋管线；在1号支路调节阀1下游三通接头处，引出另一路管线，沿水池围栏顶端布置，到水池长边中点位置处，接90度向上弯头，距接头10倍管径处安装2号球阀18，2号球阀18之后布置直管段，到达距地面高度5.5米处接90度弯头，弯向北方，距弯头10倍管径处安装中部管线间距-角度调节机构14，下游安装中部管线压力变送器13及中部喷嘴15，构成南侧2号喷淋管线；对于北侧1号喷淋管线和北侧2号喷淋管线，四通接头处向北侧沿水池围栏顶端接出管线，分别与南侧1号喷淋管线和南侧2号喷淋管线对称布置，构成北侧1号喷淋管线和北侧2号喷淋管线；各路喷淋管线通过侧向管线间距-角度调节机构7及中部管线间距-角度调节机构14分别独立进行喷嘴布置角度及相对位置的调节，各路喷淋管线通过各管线对应的1号球阀2、2号球阀18、3号球阀10及4号球阀16实现各路的分别开启。

所述侧向管线间距-角度调节机构7和中部管线间距-角度调节机构14具有两种选择形式，选择形式一由两对活套法兰19及位于两对活套法兰19间的一段可更换管段22组成，通过更换不同长度的可更换管段22实现喷嘴间距调节，通过活套法兰19的旋转实现偏置角度的调节，适用于喷嘴出口方向与流体进口呈90°的旋流式喷嘴；选择形式二由3个活动接头20及3个弯管段21组成，通过3个活动接头20配合实现间距及偏置角度的调节，适用于喷嘴出口方向与流体进口在同一方向上的喷嘴。

同时开启相对位置的南侧1号喷淋管线和北侧1号喷淋管线，或南侧2号喷淋管线和北侧2号喷淋管线进行相邻喷嘴干涉效应测试试验；处于喷淋水池17中部上方的南侧2号喷淋管线和北侧2号喷淋管线进行竖直向下喷淋与侧向喷淋干涉，或两个小偏置角度喷嘴的喷淋干涉；处于水池西侧围栏上方的南侧1号喷淋管线和北侧1号喷淋管线进行大偏置角度喷嘴的喷淋干涉，充分利用场地空间。

所述喷淋管线悬空部分在上部进行吊装固定，喷嘴下方及侧方无干扰结构。

所述核电厂安全壳喷淋系统喷淋性能试验装置可进行包括压降特性、雾化锥角及雾化颗粒度在内的喷雾性能指标测试，其中压降特性通过装置仪表测量，雾化锥角可采用图像法测量，雾化颗粒度可通过激光粒度仪测量。

本发明具有以下优点和有益效果：

1.本发明提供的核电厂安全壳喷淋系统喷淋性能试验装置，可用于核电厂安全壳喷淋系统喷淋性能的测试试验。

2.本发明可对单个喷嘴各不同偏置角度条件下的喷淋性能进行测试试验，同时可对相邻喷嘴的不同角度、不同间距的干涉效应进行测试试验。

3.本发明中所述间距-角度调节机构具有两种可选形式，可根据实际需求灵活调整装置适用尺寸，简单可靠，便于操作。

4.本发明试验结果可为安全壳喷淋系统优化设计及安全评审提供依据。

5.本发明在测试区留有较大喷雾场发展空间，保证喷雾场无干扰的同时，留有较高的扩展性，可以方便的进行改装。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图。

图2为本发明中的组成部分“间距-角度调节机构”可选形式1的结构示意图。

图3为本发明中的组成部分“间距-角度调节机构”可选形式2的结构示意图。

图4为本发明处于中部喷淋管线开启状态工作示意图。

图5为本发明处于侧方喷淋管线开启状态工作示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，一种核电厂安全壳喷淋系统喷淋性能试验装置，包括1号支路调节阀1、1号球阀2、旁通调节阀3、旁通支路4、2号支路调节阀5、供水泵6、侧向管线间距-角度调节机构7、侧向喷嘴8、侧向管线压力变送器9、3号球阀10、进口过滤器11、集水坑12、中部管线压力变送器13、中部管线间距-角度调节机构14、中部喷嘴15、4号球阀16、喷淋水池17及2号球阀18。

所述喷淋性能试验装置以长方形的喷淋水池17为基础，南北方向为短边，东西方向为长边；所述喷淋性能试验装置设置有四路喷淋管线，分别为南侧1号喷淋管线、南侧2号喷淋管线、北侧1号喷淋管线和北侧2号喷淋管线，南侧1号喷淋管线和北侧1号喷淋管线位于喷淋水池17西侧围栏上方，南侧2号喷淋管线和北侧2号喷淋管线位于喷淋水池17中央上方，南侧1号喷淋管线与北侧1号喷淋管线、南侧2号喷淋管线与北侧2号喷淋管线沿喷淋水池17长度方向中轴线结构对称；在水池围栏的西北角位置设有正方形的集水坑12，供水泵6设在集水坑12旁边的水池外侧泵坑内，集水坑12底部留有进口过滤器11，进口过滤器11通过供水管线与供水泵6相连，集水坑12中的水经由进口过滤器11被吸入供水泵6中，供水泵6出口通过管线连接y型过滤器，之后在喷淋水池17外侧布置管线，在喷淋水池17短边中点处连接四通管，分为三路管线，第一路为四通管中间方向连接旁通调节阀3和旁通支路4，旁通支路贴水池内壁面连通到集水坑12中；第二路为四通管南侧方向为南侧1号喷淋管线、南侧2号喷淋管线供水，第三路为四通管北侧方向为北侧1号喷淋管线和北侧2号喷淋管线供水；对于南侧1号喷淋管线和南侧2号喷淋管线，四通接头处向南侧沿水池围栏顶端接出管线，间隔20倍管径位置处安装流量计，流量计下游15倍管径处安装1号支路调节阀1，1号支路调节阀1控制南侧1号喷淋管线和南侧2号喷淋管线的流量，1号支路调节阀1下游安装三通接头，分为两路，分别连接南侧1号喷淋管线和南侧2号喷淋管线，一路竖直向上引出，距接头10倍管径处安装1号球阀2，1号球阀2之后布置直管段，到达距地面高度5.5米处接90度弯头，弯向北方，距弯头10倍管径处安装侧向管线间距-角度调节机构7，下游安装侧向管线压力变送器9及侧向喷嘴8，构成南侧1号喷淋管线；在1号支路调节阀1下游三通接头处，引出另一路管线，沿水池围栏顶端布置，到水池长边中点位置处，接90度向上弯头，距接头10倍管径处安装2号球阀18，2号球阀18之后布置直管段，到达距地面高度5.5米处接90度弯头，弯向北方，距弯头10倍管径处安装中部管线间距-角度调节机构14，下游安装中部管线压力变送器13及中部喷嘴15，构成南侧2号喷淋管线；对于北侧1号喷淋管线和北侧2号喷淋管线，四通接头处向北侧沿水池围栏顶端接出管线，分别与南侧1号喷淋管线和南侧2号喷淋管线对称布置，构成北侧1号喷淋管线和北侧2号喷淋管线；各路喷淋管线通过侧向管线间距-角度调节机构7及中部管线间距-角度调节机构14分别独立进行喷嘴布置角度及相对位置的调节，各路喷淋管线通过各管线对应的1号球阀2、2号球阀18、3号球阀10及4号球阀16实现各路的分别开启。

如图2和图3所示，给出了所述间距-角度调节机构具有两种可选形式，选择形式一由两对活套法兰19及位于两对活套法兰19间的一段可更换管段22组成，通过更换不同长度的可更换管段22实现喷嘴间距调节，通过活套法兰19的旋转实现偏置角度的调节，适用于喷嘴出口方向与流体进口呈90°的旋流式喷嘴；选择形式二由3个活动接头20及3个弯管段21组成，通过3个活动接头20配合实现间距及偏置角度的调节，适用于喷嘴出口方向与流体进口在同一方向上的喷嘴。

如图4和图5所示，同时开启相对位置的南侧1号喷淋管线和北侧1号喷淋管线，或南侧2号喷淋管线和北侧2号喷淋管线进行相邻喷嘴干涉效应测试试验；处于喷淋水池17中部上方的南侧2号喷淋管线和北侧2号喷淋管线进行竖直向下喷淋与侧向喷淋干涉，或两个小偏置角度喷嘴的喷淋干涉；处于水池西侧围栏上方的南侧1号喷淋管线和北侧1号喷淋管线进行大偏置角度喷嘴的喷淋干涉，充分利用场地空间。

作为本发明的优选实施方式，所述喷淋管线悬空部分在上部进行吊装固定，喷嘴下方及侧方无干扰结构。

本发明核电厂安全壳喷淋系统喷淋性能试验装置可进行包括压降特性、雾化锥角及雾化颗粒度在内的喷雾性能指标测试，其中压降特性通过装置仪表测量，雾化锥角可采用图像法测量，雾化颗粒度可通过激光粒度仪测量。

其中压降特性的具体测试方法为：以使用南侧2号喷淋管线为例，开启需要测试的南侧2号喷淋管线上的2号球阀18，关闭1号球阀2、3号球阀10及4号球阀16，调节中部管线间距-角度调节机构14使中部喷嘴15至额定偏置角度，开启供水泵6，调节旁通调节阀3及1号支路调节阀1控制流量至额定工况，待运行稳定后进行试验测试，通过试验装置上布置的流量计及中部管线压力变送器13，能够分别获得额定工况下的流量及压降数据，多次侧量不同工况下的流量及压降数据即可绘制压降特性曲线。

雾化锥角的具体测试方法为：以使用南侧2号喷淋管线为例，开启需要测试的南侧2号喷淋管线上的2号球阀18，关闭1号球阀2、3号球阀10及4号球阀16，调节中部管线间距-角度调节机构14使中部喷嘴15至额定偏置角度，开启供水泵6，调节旁通调节阀3及1号支路调节阀1控制流量至额定工况，待运行稳定后进行试验测试，围绕喷嘴出口轴线方向选取三个间隔120°的不同固定视角进行雾化锥角的拍照和测定，相机与喷雾头出口沿轴线方向距离10cm处位于同一水平位置，所选相机镜头在该拍照距离下视窗范围至少能涵盖最大喷雾角喷头出口轴线方向50cm所有液滴。拍摄照片后，使用imageattach命令将图片导入autocad软件，使用line命令勾画出雾化锥角边缘，使用角度标注命令dimangular，即可得到雾化锥角。

雾化颗粒度的具体测试方法为：以使用南侧2号喷淋管线为例，开启需要测试的南侧2号喷淋管线上的2号球阀18，关闭1号球阀2、3号球阀10及4号球阀16，调节中部管线间距-角度调节机构14使中部喷嘴15至额定偏置角度。调节激光粒度仪，使其光路通过喷雾场中心位置，待激光粒度仪背景测试状态稳定之后，开启供水泵6，调节旁通调节阀3及1号支路调节阀1控制流量至额定工况，待运行稳定后进行试验测试，通过激光粒度仪采集10-20条记录进行平均，可得到喷雾场各项特征粒径参数。进行相邻喷嘴干涉效应测试方法相似，以使用北侧2号喷淋管线和南侧2号喷淋管线为例，开启需要测试的北侧2号喷淋管线上的4号球阀16，南侧2号喷淋管线上的2号球阀18，关闭1号球阀2和3号球阀10，调节中部管线间距-角度调节机构14使中部喷嘴15至额定偏置角度和额定间距。调节激光粒度仪，使其光路通过两个喷雾场的相干位置，待激光粒度仪背景测试状态稳定之后，开启供水泵6，调节旁通调节阀3及1号支路调节阀1和2号支路调节阀5控制流量至额定工况，待运行稳定后进行试验测试，通过激光粒度仪采集10-20条记录进行平均，可得到喷雾场相干效应下各项特征粒径参数。

本发明装置工作可靠，方法可行，能够较好地实现功能。整个装置操作简便，能够显著提高试验工作效率。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。