可拆式破口模拟件及其安装方法及破口模拟系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及两相临界流实验研宄领域，具体地，涉及一种可拆式破口模拟件及其安装方法以及具有该可拆式破口模拟件的破口模拟系统。
【背景技术】
[0002]在核电技术领域，核电站反应堆压力容器或管道发生破裂时，回路中的循环水从破口向外喷射，高温高压水在很大的压力差作用下发生闪蒸，形成汽水混合物，并很快达到喷射最大流量，此时下游压力变化时流量不受影响，成为临界流。破口的临界流流量决定了堆芯冷却剂的丧失速度和一回路系统的泄压速度，它的大小不仅直接影响到堆芯的冷却能力，而且还决定各种安全和应急系统的动作时间。在破口形成的两相临界流中，存在着质量、动量与能量的交换，以及动力学和热力学的不平衡，即速度滑移和温差，流动传热机理相当复杂，现有的临界流模型(如Henry-Fauske非平衡模型)只能针对特定的破口结构尺寸和工况范围，难以全面覆盖反应堆失水事故的两相临界流。在电站锅炉、石油、化工等系统中，两相临界流现象同样广泛存在，因而对两相临界流进行深入的实验研宄具有重要的意义。
[0003]在反应堆失水事故应急安全系统的实验研宄中，破口所在位置一般与反应堆压力容器模拟体、稳压器、泵等大型设备很近，且处于一回路管道、二回路管道、安全系统管道、辅助系统管道、仪表管道等各种类型管道交叉纵横最密集的范围，从而使得难以在破口位置附近布置破口模拟装置、破口控制阀、破口流量测量系统。
[0004]此外，根据已有的研宄表明，两相临界流除取决于上游流体的滞止参数外，还与破口结构尺寸有关，而一般的破口模拟件采用整体设计，每个尺寸或每种结构都对应一个破口模拟件，加工成本和安装要求都比较高。现有技术中，有将破口模拟本体对破口件采用两端塞入固定的方式，这种方式使得破口模拟件的拆卸难度非常大而且容易损坏；也有将破口件加工为T形结构，通过法兰压紧固定破口件的圆环形肩面的方式，这种方式使得破口件固定方式容易密封失效，或由于快速的温度变化导致漏流，由于前述两种方式或拆装难度大或密封易失效，其应用并不多，目前破口模拟件多采用整体设计。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是提供一种可拆式破口模拟件，该可拆式破口模拟件在主体结构不变的情况下通过更换破口管以模拟不同的破口结构尺寸，解决了破口模拟件整体设计导致的加工成本和安装要求高的问题，本发明还提供了该可拆式破口模拟件的安装方法以及具有该可拆式破口模拟件的破口模拟系统，该破口模拟系统系统可以在一定距离外收集破口喷放流体从而可以布设在距离大型设备、管道交叉处一定距离的地方，更加容易布设安装。
[0006]本发明解决上述问题所采用的技术方案是:
可拆式破口模拟件，包括承压筒体和破口管；所述破口管包括管体和连接在管体进口端的环形端面板，所述环形端面板的外径大于管体外径且小于承压筒体内径；所述承压筒体内设置有环形的固定孔板，该固定孔板固定在承压筒体进口端，其内径大于破口管管体的外径；所述破口管安装在承压筒体内部，其轴向与承压筒体相同，且其出口端朝向承压筒体的出口端、进口端朝向承压筒体的进口端，破口管的环形端面板通过非永久性连接件固定在固定孔板上。在长期的研宄实验中，发明人发现现有技术中的破口模拟件或存在拆卸难度大、易损坏或密封容易失效的问题，有鉴于此，发明人设计了上述结构的破口模拟件，破口模拟件的破口管是模拟破口的主要结构，其采用非永久性连接件可拆卸地固定在承压筒体内，当需要对其他尺寸或结构的破口进行模拟时，只需更换破口管即可，即在破口模拟系统主体结构不变的情况下通过更换破口管以模拟不同的破口结构尺寸，便于破口管的更换，可以简化破口模拟件的安装流程，减小实验成本，降低了加工成本和安装要求。
[0007]进一步，上述可拆式破口模拟件还包括安装在承压筒体内的破口支撑环，所述破口支撑环包括中空圆筒体和连接在中空圆筒体两端的环形支撑板，破口管的管体穿设在破口支撑环内，且破口管、破口支撑环、承压筒体的轴向相同；所述破口管的环形端面板和破口支撑环的环形支撑板分别固定在承压筒体的固定孔板两侧，且破口管的环形端面板更靠近承压筒体的进口。本方案中，发明人考虑到试验中破口喷放的高速流体对破口管具有较强的振动冲击，为了增加破口管连接及破口喷放流道的稳定性，在破口模拟件增设了破口支撑环，使得破口管在承压筒体内的连接更加稳定。更换时，只需更换破口管和破口支撑环即可。
[0008]进一步，上述环形支撑板与中空圆筒体的圆心和中心轴线均重合，且环形支撑板的外径大于中空圆筒体外径且小于承压筒体内径；所述中空圆筒体的内径比破口管的管体外径大1.8mm~2.2_。所述破口支撑环中空圆筒体的内径和破口管管体的外径为定值，更换时不改变这两个值，根据破口管管体的长度，破口支撑环与破口管进行配做。更换时，将破口管和破口支撑环同时更换。
[0009]进一步，上述可拆式破口模拟件的环形支撑板和固定孔板上都均匀设置有偶数个同心等径小孔，小孔一半为螺纹孔，一半为非螺纹孔，螺纹孔与非螺纹孔依次间隔设置，且固定孔板的螺纹孔正对环形支撑板的非螺纹孔；上述破口管的环形端面板上设置有与小孔对应的安装孔，所述安装孔由靠近破口管出口端的第一安装孔和远离破口管的出口端的第二安装孔构成，所述第一安装孔和第二安装孔轴线相同，第一安装孔的孔径等于非螺纹孔的内径，第二安装孔的孔径大于上述非永久连接件的外径。在安装时，发明人考虑到由于两个螺纹孔难以做到同轴度完全相同，一个非永久连接件难以同时跟两个固定的螺纹孔对接，为提高非永久连接件固定安装的可操作性，破口模拟件采用一个非永久连接件只与一个螺纹孔对接的上述结构，采用非永久性连接件固定时操作更加方便和简单。
[0010]进一步，上述可拆式破口模拟件还包括连接在承压筒体两端的螺纹管接头，所述螺纹管接头与承压筒体两端法兰连接，本方案中增设螺纹管接头使得整个破口模拟件在管路上的连接更加方便。
[0011]可拆式破口模拟件的安装方法，包括以下步骤:
(a)将破口管从承压筒体的进口端放入承压筒体，旋转破口管，使其环形端面板上的安装孔与承压筒体的固定孔板上的小孔对齐；
(b )将破口支撑环从承压筒体的出口端放入承压筒体，旋转破口支撑环，使其环形支撑板的螺纹孔与破口管的环形端面板上的安装孔对齐；
(C)采用非永久连接件将破口管的环形端面板和承压筒体的固定孔板固定在一起；
(d)采用非永久连接件将破口支撑环的环形支撑板、破口管的环形端面板、承压筒体的固定孔板固定在一起；
(e)安装承压筒体进出口端的螺纹法兰组件，将两个螺纹管接头固定在承压筒体(14)两端。
[0012]破口模拟系统，包括依次相连的大小头、破口模拟件、气动快开阀、常闭电动闸阀和隔离阀，所述大小头的小头端与回路破口相连，大头端连接破口模拟件，所述隔离阀与破口流量测量系统和/或安全壳模拟体相连，所述破口模拟件为上述方案中任一种可拆式破口模拟件。前述回路破口是指，回路中压力容器、管道等装置发生破裂时喷放流体的破口，该回路为相关领域反应系统的回路，例如在核电站反应堆系统中，其为反应堆一回路，回路破口是指反应堆一回路中压力容器或管道破裂时的破口。上述的大小头即异径管。上述的气动快开阀、常闭电动闸阀一般采用常闭类阀门。本方案中，大小头、破口模拟件、气动快开阀、常闭电动闸阀和隔离阀以及连接它们的管道构成破口管线，大小头通过连接管道与喷放流体的回路破口相连，使该破口喷放的流体流入大小头中进入破口管线，将流体收集到破口模拟件中进行远程破口模拟，防止在回路破口处发生临界流和产生较大压降。该破口管线进口处通过大小头形成大口径管道作为破口管线的主管道从而实现了破口模拟件上游压力等于回路压力，而下游压力可以通过连接安全壳模拟体等于安全壳模拟体压力，解决了现有技术中实验装置设备管道难以布置的技术问题。其工作原理是，在未启动破口模拟件的破口之前，气动快开球阀和电动闸阀处于关闭状态，对回路中高温高压流体与下游的常温常压的安全壳模拟体和破口测量系统进行了双重隔离；在破口启动时，打开隔离阀和电动闸阀之后，快速开启气动快开阀实现破口的触发，使破口喷放流体进入到安全壳模拟体或破口流量测量系统。
[0013]进一步，所述大小头通过一个平直连接管道连接回路破口，进一步增大整个破口管线以及破口流量测量系统、安全壳模拟体装置与离大型设备、管道交叉处的距离，使得其布设和安装更加方便。
[0014]进一步，所述隔离阀数量为2个，2个隔离阀中，一个与安全壳模拟体相连，另一个与破口流量测量系统相连，且2个隔离阀均与常闭电动闸阀相连。
[0015]进一步，所述隔离阀为气动隔离球阀；所述平直连接管道长度不大于100_ ;所述大小头为渐扩的大小头，其大口端内径为小口端内径的4到5倍，渐扩角度为8° ~12°。本方案中，渐扩的大小头将管径大幅度扩大，极大的减小了破口管线的阻力。
[0016]综上，本发明的有益效果是:
1、本发明的可拆式破口模拟件采用可拆卸式连接，能在破口模