模拟海洋核反应堆流体自然循环回路的试验装置的制作方法

本发明涉及核电工程试验技术领域，尤其涉及一种模拟海洋核反应堆流体自然循环回路的试验装置。

背景技术：

目前，相关技术中，存在以下技术方案：一是模拟陆上核反应堆的自然循环流动特性，不能模拟海洋摇摆情况，不适用于海上核反应堆；二是模拟海洋条件，但实现的方式不同且其无并联自然循环回路，因此不能研究摇摆对并联自然循环回路的影响。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，提供一种模拟海洋核反应堆流体自然循环回路的试验装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种模拟海洋核反应堆流体自然循环回路的试验装置，包括摇摆台以及自然循环回路装置；

所述摇摆台包括定位平台以及驱动组件，所述自然循环回路装置设于所述定位平台上，所述驱动组件支撑并带动所述定位平台做多自由度运动，进而带动所述自然循环回路装置摆动以模拟海洋运动条件；

所述自然循环回路装置包括热源模拟体、以及与所述热源模拟体通过循环管线连通的冷源模拟体，所述热源模拟体中的工作介质加热后经过所述循环管线分别流向所述冷源模拟体中，经过降温后回流到所述热源模拟体中。

优选地，所述驱动组件包括在空间上间隔分布的多个液压缸，每一所述液压缸包括缸筒、可伸缩安装于所述缸筒中的活塞杆，所述缸筒内设有与所述活塞杆连接、用于驱动所述活塞杆运动的活塞；

所述活塞杆的顶端与所述定位平台的侧边可转动连接，所述缸筒的底端可转动地安装到基座上。

优选地，所述缸筒底部通过转动机构可转动连接在所述基座上；

所述转动机构包括万向节。

优选地，所述液压缸为三对，每一对所述液压缸的底端连接在同一个基座上，每一对所述液压缸的活塞杆顶端则分散连接在所述定位平台相邻的侧边上，所述活塞杆分别进行伸缩运动、且配合所述缸筒绕所述基座转动，以实现多自由度运动，进而驱动所述自然循环回路装置摆动以模拟海洋运动条件。

优选地，所述试验装置还包括与所述液压缸连接、用于控制所述液压缸工作状态的控制装置。

优选地，所述热源模拟体包括一台，所述冷源模拟体包括两台；

两台所述冷源模拟体对称设于所述热源模拟体两侧。

优选地，所述热源模拟体包括带电加热元件的立式压力容器，用于模拟反应堆压力容器产生热量；

所述立式压力容器呈圆筒结构，包括外筒体以及内筒体，所述外筒体与内筒体之间形成环形空间；

所述电加热元件的加热部设于所述内筒体中，与所述加热部连接的接口伸出所述立式压力容器，以与外部供能装置连接；

所述立式压力容器两侧对称设置有进水口以及位于所述进水口上方的出水口；

其中，所述工作介质从所述进水口流入、且沿所述环形空间流向所述立式压力容器的底部，在向上流动的同时，被所述电加热元件加热到预设温度，后经所述出水口流出。

优选地，所述冷源模拟体为立式管壳式单流程逆流式水-水换热器；

所述立式管壳式单流程逆流式水-水换热器上方设有进液口，其下方设有出液口，所述进液口高度高于所述立式压力容器的出水口高度，所述出液口高度低于所述立式压力容器的进水口高度。

优选地，所述循环管线上设有用于调节所述循环管线阻力以实现自然循环回路阻力比的多个阻力调节阀。

优选地，所述循环管线上还设有用于测量自然循环流量的流量计；

所述流量计为超声波式流量计。

优选地，还包括与所述自然循环回路装置连接的水冷套管，以及与所述水冷套管通过液压软管连接的氮气稳压器；

所述水冷套管为套管式水-水换热器，用于冷却进入到所述液压软管的工作介质，其包括供热介质流动的内管，以及供冷介质流动的外管，二者逆流布置；

所述氮气稳压器为填充预定容积氮气的立式压力容器。

实施本发明具有以下有益效果：在摇摆台上设置自然循环回路装置，该摇摆台通过做多自由度运动，进而带动自然循环回路装置摆动以模拟海洋运动条件，为各类自然循环回路提供可靠的试验参数。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明摇摆台的结构示意图；

图2是本发明自然循环回路装置的结构示意图；

图3是本发明一实施例的自然循环回路装置的俯视图；

图4是本发明另一实施例的自然循环回路装置的俯视图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。以下描述中，需要理解的是，“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”、“纵”、“横”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“头”、“尾”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系、以特定的方位构造和操作，仅是为了便于描述本技术方案，而不是指示所指的装置或元件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本发明的限制。

还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“设置”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。当一个元件被称为在另一元件“上”或“下”时，该元件能够“直接地”或“间接地”位于另一元件之上，或者也可能存在一个或更多个居间元件。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅是为了便于描述本技术方案，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

如图1-4所示，是本发明的模拟海洋核反应堆流体自然循环回路的试验装置，包括摇摆台1以及自然循环回路装置2。

如图1所示，该摇摆台1包括定位平台11以及驱动组件12，自然循环回路装置2设于定位平台11上，驱动组件12支撑并带动定位平台11做多自由度运动，进而带动自然循环回路装置2摆动以模拟海洋运动条件。

在本实施例中，该定位平台11大致呈矩形平板结构，或是圆形平板结构、三角平板结构等，其结构形状可以根据实际需求进行选择。该定位平台11可以为金属件或高强度的聚合物材质制成，进一步的，该定位平台11可以是钢平台。

驱动组件12包括在空间上间隔分布的多个液压缸，每一液压缸包括缸筒、可伸缩安装于缸筒中的活塞杆，缸筒内设有与活塞杆连接、用于驱动活塞杆运动的活塞，活塞杆的顶端与定位平台11的侧边可转动连接，缸筒的底端可转动地安装到基座上。如缸筒121，以及可伸缩安装在该缸体中的活塞杆122。该液压缸的尺寸以及性能可以根据实际需求进行选择设置。

进一步的，该缸筒底部通过转动机构可转动连接在基座上，转动机构包括万向节，如图1所示，缸筒121的底部通过万向节连接到基座127上，使得整个液压缸可以通过该万向节绕着该基座127转动，以此带动定位平台11摆动，模拟海洋核反应堆受海浪冲击情形。当然，这个转动机构不局限于万向节，还可以是其他结构形式，这里不做具体限定。

在一些实施例中，该液压缸为三对，每一对液压缸的底端连接在同一个基座上，每一对液压缸的活塞杆顶端则分散连接在定位平台11相邻的侧边上，活塞杆分别进行伸缩运动、且配合缸筒绕基座转动，以实现六自由度运动，进而驱动自然循环回路装置2摆动以模拟海洋运动条件，如图1所示，缸筒121与缸筒124连接在基座127上，而活塞杆122与活塞杆125连接在定位平台11的相邻侧面上。

可以理解的，如图1中所示，活塞杆122、活塞杆125、活塞杆129、活塞杆1212、活塞杆1216、活塞杆1219可以处于动态伸缩或停留在某一伸缩位置，缸筒121、缸筒124、缸筒128、缸筒1211、缸筒1215、缸筒1218可以处于动态转动或是停留在某一位置，使得该摇摆台1实现六自由度运动，当然每一液压缸的运动都是独立的。

三对液压缸在空间上间隔均匀布置，且每一液压缸呈倾斜设置，使得具备一定的转动空间，而活塞杆具备足够的伸缩空间。当然，液压缸还可以是一对、两对、四对等，其设置数量以及设置位置可以根据实际需求进行选择，这里仅提供一较优实施例。

进一步的，该试验装置还包括与液压缸连接、用于控制液压缸工作状态的控制装置，如控制装置123、控制装置126等，该控制装置可以控制液压缸运动到预设状态，如控制活塞杆的伸缩量以及液压缸的转动角度等。

该控制装置还设有通讯模块，以与控制终端通讯连接，该通讯模块可以是zigbee模块、蓝牙模块、wifi模块等。

进一步的，基座均设置在定位支架上，如定位支架131、定位支架132、定位支架133，以提高固定支撑，且使得该驱动组件2与地面保持一定距离，为液压缸提供更多的运动空间，且在一定程度上过滤地面抖动等造成的影响。

如图2-4所示，自然循环回路装置2包括热源模拟体21、以及与热源模拟体21通过循环管线连通的冷源模拟体，热源模拟体21中的工作介质加热后经过循环管线分别流向冷源模拟体中，经过降温后回流到热源模拟体21中。

在本实施例中，该自然循环回路装置2通过固定支架安装到定位平台11上。

进一步的，热源模拟体21包括一台，冷源模拟体包括两台，如冷源模拟体22和冷源模拟体23，两台冷源模拟体对称设于热源模拟体21两侧。

进一步的，该热源模拟体21包括带电加热元210的立式压力容器，用于模拟反应堆压力容器产生热量，该立式压力容器呈圆筒结构，包括外筒体以及内筒体，外筒体与内筒体之间形成环形空间，电加热元件210的加热部设于内筒体中，与加热部连接的接口伸出立式压力容器，以与外部供能装置连接，立式压力容器两侧对称设置有进水口以及位于进水口上方的出水口。

其中，工作介质从进水口流入、且沿环形空间流向立式压力容器的底部，在向上流动的同时，被电加热元件加热到预设温度，后经出水口流出，流向冷源模拟体中。该工作介质为除氧后的去离子水。

在本实施例中，该冷源模拟体为立式管壳式单流程逆流式水-水换热器，立式管壳式单流程逆流式水-水换热器上方设有进液口，其下方设有出液口，进液口高度高于立式压力容器的出水口高度，出液口高度低于立式压力容器的进水口高度。

进一步的，循环管线上设有用于调节循环管线阻力以实现自然循环回路阻力比的多个阻力调节阀，如阻力调节阀24、阻力调节阀25、阻力调节阀26、阻力调节27。该阻力调节阀可根据实验需要，无级调节，实现多种冷、热源阻力比的模拟，实现与原型堆相似，适用于各种阻力分配的原型堆自然循环模拟试验。

进一步的，该循环管线上还设有用于测量自然循环流量的流量计，如流量计28、流量计29，该流量计为超声波式流量计，其具有正向以及逆向流量测量功能。

进一步的，还包括与自然循环回路装置2连接的水冷套管211，以及与水冷套管211通过液压软管213连接的氮气稳压器212，水冷套管211为套管式水-水换热器，用于冷却进入到液压软管213的工作介质，其包括供热介质流动的内管，以及供冷介质流动的外管，二者逆流布置，使用液压软管213可以应对试验中的摇摆工况。

该氮气稳压器212固定安装到外部支架上，其为填充预定容积氮气的立式压力容器，在本实施例中，该氮气稳压器212内部水大概占据三分之二容积，氮气占据三分之一的空间，氮气在氮气稳压器212内，不会流入到回路中，其用于缓冲回路中的压力变化。可以理解的，采用氮气作为稳压介质，其有效容积能够覆盖自然循环回路介质膨胀。

在本实施例中，自然循环回路的设计参数与原型堆保持一致。空间结构与原型堆一回路相似，对热源模拟体21按原型堆空间尺寸按比例缩小。冷源模拟体与热源模拟体21位芯高度差、位芯水平距离、循环管线水力直径等按原型堆采用相似理论缩小，回路阻力分布与原型堆相似。

进一步的，自然循环回路中的热源模拟体、冷源模拟体、阻力调节阀及循环管线布置于同一竖起平面内，采用紧凑、完全对称的设计，保证试验的准确性。

进一步的，该试验装置设计有控制系统，该控制系统包括摇摆台控制系统、自然循环回路控制系统以及监视系统。摇摆台控制系统负责控制摇摆台按预期的运动规律运动，自然循环回路控制系统负责控制自然循环回路设备按预期工况运行，并监测试验回路中的重要参数(如压力值、温度值、液位参数等)，参与试验回路的工况调节、联锁保护，将数据传输至控制系统上位机中实时显示；监视系统负责监视现场各设备的运行状况，将画面投至主控室大屏幕显示，该监视系统包括多个摄像单元。同时，试验装置还包括电气系统，为试验装置的各用电设备供电。

在本实施例中，该模拟海洋核反应堆流体自然循环回路的试验装置工作过程如下：

1.自然循环回路补水加压过程：

自然循环回路启动过程：启动过程中，摇摆台1处于原位静止状态，冷却水回路处于在线状态；开启热源模拟体21，加热功率逐步设为200kw；通过调节阻力调节阀24和/或阻力调节阀24、氮气稳压器212排水泄压阀使自然循环回路达到运行工况。

2.回路稳定运行过程：试验回路经前述操作，进入稳定运行状态，此时运行摇摆台1，模拟海洋摇摆工况，实现试验运行，仪控系统记录运行过程中的压力、温度、流量参数，验证摇摆状态下的自然循环性能。

3.回路停运过程：摇摆台1复原至原位静止，停运热源模拟体21，调节循环冷却去离子水为最大流量，回路冷却至预定温度降压排水。

本发明通过在摇摆台1上设计自然循环回路装置2，实现摇摆工况下的自然循环模拟试验。

真实模拟原型堆的阻力比，在热源模拟体21和冷源模拟体(22、23)出口增加了阻力调节阀，用于调节自然循环回路阻力比，可模拟多种冷热源阻力比，为各类自然循环回路提供可靠的试验参数；可通过实验操作调节，实现多种自然循环工况(包括单相与少量含汽状态)的模拟。

可以理解的，以上实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围；因此，凡跟本发明权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。