本发明涉及反应堆热工水力及安全技术领域，具体涉及一种喷淋式冷凝装置，并公开了利用该喷淋式冷凝装置构成的反应堆模拟试验装置二回路系统。
背景技术：
核反应堆是将核能转化为电能或机械能的复杂热力系统。现有的核反应堆多为压水堆，压水堆主要包括一回路和二回路系统。其中，一回路负责将核能转化为热能，并将获得的热能传递给二回路。二回路负责将从一回路得到的热能转化为电能或机械能。实际的反应堆二回路中，常采用汽轮机作为能量转换装置，即通过蒸汽在汽轮机中做功，将蒸汽的热能转化为机械能，再通过发电机将机械能转换为电能。由于汽轮机结构复杂，造价高昂，因而在反应堆模拟试验中，如果采用汽轮机作为耗汽装置则导致成本较高。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是：由于汽轮机的造价高昂，导致在反应堆模拟试验中如果采用汽轮机作为耗汽装置则成本较高的问题，目的在于提供一种喷淋式冷凝装置，替代反应堆模拟试验中的汽轮机，解决上述反应堆模拟试验中采用汽轮机作为耗汽装置导致试验成本较高的问题。
有鉴于汽轮机的造价高昂的问题，本发明设计了一种可用于反应堆模拟试验的喷淋式冷凝装置，本发明通过下述技术方案实现：
一种喷淋式冷凝装置，包括具有进口接管和出口接管的压力容器，设置在压力容器顶部的喷淋接管，设置在压力容器内部且与喷淋接管连通的喷头；所述出口接管位于压力容器的底部，所述进口接管位于压力容器的上部。
试验过程中，从蒸汽发生器产生的蒸汽通过主蒸汽管道进入喷淋冷凝装置后，与喷淋装置中喷出的大量低温液滴混合，部分蒸汽迅速凝结成水，并沉降至装置的下部水空间。蒸汽凝结后，在装置上部汽空间形成低压区，进一步抽吸主蒸汽管道中的蒸汽进入装置。
本发明中，该一种喷淋式冷凝装置可以通过喷淋使蒸汽在装置上部空间冷凝而产生局部的真空，形成低压区，可为蒸汽管道中蒸汽的流动提供驱动力，驱动蒸汽不断进入喷淋装置，有效模拟了汽轮机运行中通过调节背压产生的抽汽效果，实现了对反应堆二回路汽轮机抽汽作用的模拟。喷淋冷凝装置利用蒸汽冷凝产生局部真空这一物理效应产生蒸汽循环驱动力，效果明显且可靠性高。
并且，该一种喷淋式冷凝装置又可将蒸汽冷凝为饱和水，使其完成相变后更容易进行换热，进而便于通过进一步换热达到蒸汽发生器二次侧给水的温度标准。本发明使用该装置后，只要在回路中增加相应的换热设备，就可以完整模拟整个二回路热力循环过程，极大地节约模拟系统的成本，效果十分显著。
进一步，所述压力容器内的底部位置处设置有电加热元件，所述电加热元件的数量为四组，每组电加热元件的投入或切除可独立控制。该压力容器内还设置有用于检测压力容器的内部压力的压力测量装置，该压力测量装置的数量为两个，分别设置在压力容器的顶部和底部。该喷淋接管上还设置有喷淋支路调节阀。
本发明的一种喷淋式冷凝装置中还配备了电加热元件、喷淋支路调节阀和压力测量装置，通过调节喷淋流量和电热元件的启停状态，可以有效控制冷凝装置及二回路的压力，因而本发明的一种喷淋式冷凝装置还可以作为二回路的稳压器使用，实现对二回路压力的控制，进一步减少二回路的设备，极大地降低了反应堆模拟试验装置二回路系统的设备投入成本。因而，本发明的一种喷淋式冷凝装置可代替回路稳压器，使试验系统中的回路设备减小，不仅有利于降低试验成本，也有利于回路系统的紧凑布置。
本发明的喷淋流量可通过喷淋支路调节阀进行实时调节，能满足蒸汽产量不同的稳态和瞬态工况需求。喷淋支路调节阀优选为气动调节阀。
更进一步地，所述压力容器顶端还设置有排汽阀，所述压力容器底端还设置有排水阀。本发明在容器的顶部装有泄压阀，便于在超压时通过排放泄压，在底部装有排污阀，便于清洁容器时排出污水。
为了达到更加均匀喷水的目的，所述喷头由贯穿压力容器的主管，一端固定在主管上且与主管中心轴线垂直设置的支管，以及设置在支管上的喷口组成。所述支管的数量为四个，均匀分布在主管一周，该喷口位于支管下方。
反应堆模拟试验装置二回路系统，包括上述的一种喷淋式冷凝装置，与一种喷淋式冷凝装置的进口接管连通的蒸汽发生器，与一种喷淋式冷凝装置的出口接管连通的换热器，连通换热器出水端和蒸汽发生器的二次侧给水端的给水泵。
进一步，所述给水泵位置处还设置有与给水泵并联的泵旁路，该泵旁路上设置有泵旁路调节阀；所述给水泵出水端还通过管路与一种喷淋式冷凝装置的喷淋接管连通。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明一种喷淋式冷凝装置实现了对反应堆二回路汽轮机抽汽作用的模拟；
2、本发明在冷凝装置的下部水空间装有功率可调的电加热元件，与上部喷淋系统配合，可控制二回路系统压力，实现蒸汽稳压器的基本功能，因而本发明的冷凝装置可代替回路稳压器，使试验系统中的回路设备减小，不仅有利于降低试验成本，也有利于回路系统的紧凑布置；
3、本发明的冷凝装置采用汽水直接混合的方式对蒸汽进行冷凝，有效克服间接式冷凝设备中传热热阻对换热效果的影响，使换热过程更加高效和迅速。
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为本发明中一种喷淋式冷凝装置的结构示意图。
图2为本发明中反应堆模拟试验装置二回路系统的结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-压力容器，2-进口接管，3-排水阀，4-出口接管，5-电加热元件，6-喷头，7-排汽阀，8-喷淋接管，9-压力测量装置，10-蒸汽发生器，11-换热器，12-给水泵，13-喷淋支路调节阀，14-泵旁路调节阀。
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1
如图1所示，本发明一种喷淋式冷凝装置，包括具有进口接管2和出口接管4的压力容器1，设置在压力容器1顶部的喷淋接管8，设置在压力容器1内部且与喷淋接管8连通的喷头6；所述出口接管4位于压力容器1的底部，所述进口接管2位于压力容器1的上部。
喷淋水从喷淋装置的进入压力容器1后，分别从四组喷头表面的大量斜向小孔中高速喷出，并被迅速雾化为液滴。液滴与从进口接管进入的蒸汽充分混合，使部分蒸汽冷凝为液滴，沉降至压力容器1的下部水空间内。由于蒸汽的凝结，压力容器1上部形成低压区，可进一步抽吸主蒸汽管道中的蒸汽进入压力容器1中。
采用上述冷凝装置应用到二回路试验装置中时构成本发明的反应堆模拟试验装置二回路系统，具体包括顺次连接的一种喷淋式冷凝装置、换热器11、给水泵12、蒸汽发生器10，蒸汽发生器10的二次侧出气端与一种喷淋式冷凝装置的进口接管2连通，如图2所示。
即采用本发明中冷凝装置安装到二回路试验装置中时，蒸汽发生器二次侧产生的蒸汽从蒸汽发生器的顶部进入进口接管2中，在蒸汽在管道中受到压差驱动，进入压力容器1内部。在压力容器1中，蒸汽被冷凝为饱和水，饱和水送入换热器11中进行换热降温，成为二次侧给水，并通过给水泵12的作用，经由给水管线流入蒸汽发生器10二次侧给水端，完成循环。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于，本实施例中增加了电加热元件5、压力测量装置9、喷淋支路调节阀13等结构，具体设置如下：
所述压力容器1内底部位置处设置有电加热元件5，该压力容器1的内部还设置有用于检测压力容器1内部压力的压力测量装置9；该喷淋接管8上还设置有喷淋支路调节阀13。本实施例中该电加热元件5设置为四组，每组元件的投入或切除可独立控制。该压力测量装置9的数量为两个，分别设置在压力容器1的顶部和底部。
本实施例中，所述压力容器1顶部还设置有排汽阀7，所述压力容器1底部还设置有排水阀3。所述喷头6由贯穿压力容器1的主管，一端固定在主管上且与主管中心轴线垂直设置的支管，以及设置在支管上的喷口组成；所述支管的数量为四个，均匀分布在主管一周，该喷口位于支管下方，如图1所示。
实施例3
本实施例与实施例2的区别在于，本实施例中优化了反应堆模拟试验装置二回路系统的具体结构，如图2所示，设置如下：
所述给水泵12位置处还设置有与给水泵12并联的泵旁路，该泵旁路上设置有泵旁路调节阀14。所述给水泵12出水端还通过管路与一种喷淋式冷凝装置的喷淋接管8连通。
本发明的具体工作过程如下：
1)启动装置前的准备工作。
首先，在压力容器1中装入具有一定液位的工质。液位通过顶部和底部的压力测量装置9获得的压差进行计算。启动电加热元件5，使压力容器1中的工质升温，当水温升至100℃时，打开顶部排汽阀7，排出空气及其它不凝性气体。继续升温，直至水温达到二回路预定压力下的饱和温度后，关闭电加热元件5。此时，压力容器1上部空间充满饱和蒸汽。
2)正式工作。
试验中，当蒸汽发生器10开始产生蒸汽后，打开喷淋支路调节阀13，启动给水泵12，使喷淋水在给水泵12的驱动下进入压力容器1。喷淋水从压力容器1的喷淋接管8进入后，分别从四组喷头6表面的大量斜向小孔中高速喷出，并被迅速雾化为液滴。液滴与从进口接管2进入的蒸汽充分混合，使部分蒸汽冷凝为液滴，沉降至压力容器1下部水空间。由于蒸汽的凝结，压力容器1上部形成低压区，可进一步抽吸主蒸汽管道中的蒸汽进入压力容器1。为了实现装置的稳压功能，试验中根据顶部的压力测量装置9测得的压力值，调节喷淋流量及电加热元件5的启停状态，保证二回路压力。具体方法为：
(1)当测量压力值低于设定压力时，减小喷淋支路调节阀13开度，降低喷淋流量，同时开启电加热元件5，使压力容器1上部蒸汽量增加，压力回升。
(2)当测量压力值高于设定压力时，增加喷淋支路调节阀13开度，提高喷淋流量，使压力容器1上部的蒸汽量下降，压力降低。
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。