一种蒸汽发生器传热管束模拟装置

摘要

本发明公开了一种蒸汽发生器传热管束模拟装置，包括流量分配板（3）、元件管板（5）及多个U形电加热元件（1），其中，流量分配板（3）设于元件管板（5）的上方，流量分配板（3）设有贯穿其上下端面的介质流通孔和多个加热元件穿孔（301），U形电加热元件（1）的两个端头均由上至下依次穿过加热元件穿孔（301）、元件管板（5）后连接在元件管板（5）上。本发明采用上述结构，整体结构简单，便于实现，成本低，本发明能对原型蒸汽发生器传热管束加热功率、几何结构尺寸进行合理模拟，为主要研究蒸汽发器二次侧特性的蒸汽发生器模拟体提供传热管束模拟装置。

说明书

技术领域

本发明涉及ACP1000二次侧非能动余热排出系统实验装置的蒸汽发生器模拟体结构，具体是一种蒸汽发生器传热管束模拟装置。

背景技术

目前，全球压水反应堆蒸汽发生器普遍采用立式自然循环蒸汽发生器，蒸汽发生器内部介质循环流程为：二次侧给水经给水接管进入给水环，并分配到给水室，与汽水分离器分离出来的再循环水混合后，进入管束套筒与蒸汽发生器筒体之间的环形下降腔内向下流动。在底部经管束套筒缺口折流向上，经传热管束区并沿管间流道向上吸收一次侧的热量，被加热至沸腾，产生蒸汽。汽水混合物离开传热管束后先进入第一级汽水分离器，由此分离出大部分的水，再进入人字形板组成的第二级汽水分离器。分离出的水向下经疏水管，与其它再循环水混合，进入给水室，继续下一个循环。

蒸汽发生器传热管束是带出一回路热量，将蒸汽发生器二次侧给水变为蒸汽的能量传递媒介和蒸汽发生器内部自然循环的动力，传热管束对保障反应堆安全运行极为重要。在立式自然循环蒸汽发生器模拟体设计中，传热管束模拟装置的设计是蒸汽发生器模拟体设计的最主要工作内容之一。在蒸汽发生器模拟体设计过程中，针对传热管束的模拟设计普遍采用与原型相同的圆管管束结构，如美国AP600非能动安全系统为模拟对象的非能动堆芯冷却系统SPES-2综合模拟实验装置、以韩国开发的先进大型压水堆APR1400为模拟对象而建成的ATLAS实验装置等，这些实验装置的传热管束与原型相同，多用于开展综合实验，实验装置结构复杂，模拟比例一般较小，费用高。

发明内容

 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种蒸汽发生器传热管束模拟装置，其结构简单，便于实现，成本低，取消了一回路模拟系统，能实现对原型蒸汽发生器传热管束加热功率、几何结构尺寸进行合理模拟，并能为蒸汽发生器模拟体内部循环阻力提供可调空间。

    本发明解决上述问题主要通过以下技术方案实现：一种蒸汽发生器传热管束模拟装置，包括流量分配板、元件管板及多个U形电加热元件，所述流量分配板设于元件管板的上方，流量分配板设有贯穿其上下端面的介质流通孔和多个加热元件穿孔，所述U形电加热元件的两个端头均由上至下依次穿过加热元件穿孔、元件管板后连接在元件管板上。其中，元件管板采用法兰结构，管板的直径、厚度及法兰结构选型依据工艺要求确定。

进一步的，所述流量分配板为圆环状，所述介质流通孔包括流量分配板中央构成的圆形介质流通孔，以及两个贯穿流量分配板上下端面且分别位于圆形介质流通孔两侧的第一腰型介质流通孔，两个个第一腰型介质流通孔在同一径向方向上设置。

进一步的，一种蒸汽发生器传热管束模拟装置，还包括支撑板，所述支撑板水平设置且在U形电加热元件直段分布，所述支撑板构成有贯穿其上下端面的梅花孔和三个第二腰型介质流通孔，三个第二腰型介质流通孔在同一径向方向上设置，所述U形电加热元件穿过支撑板的梅花孔。如此，本发明应用时，可由支撑板对U形电加热元件进行限位，能减小本发明应用时U形电加热元件的晃动。

进一步的，所述支撑板的数量为多块，多块支撑板中的任意相邻两块支撑板在竖直方向间隔一定距离设置。

进一步的，所述支撑板的数量少于或等于9块。

进一步的，所述支撑板的数量为6块。

为了便于对支撑板和流量分配板进行定位，进一步的，一种蒸汽发生器传热管束模拟装置，还包括支撑杆，所述支撑杆竖直设置且其下端固定在元件管板上，所述支撑板和流量分配板均固定在支撑杆上。

进一步的，一种蒸汽发生器传热管束模拟装置，还包括管板垫板，所述管板垫板构成有多个贯穿其上下端面的圆形穿孔，管板垫板与元件管板同心设置且连接在元件管板上端面，所述支撑杆下端嵌入管板垫板的圆形通孔内与管板垫板连接，所述U形电加热元件的两个端头均穿过管板垫板的圆形穿孔。如此，本发明应用时，在管板垫板上打孔，使得管板垫板与支撑杆直接连接，可以有效地减少元件管板上的开孔数量，有利于提高元件管板的强度。

进一步的，所述U形电加热元件的外壳材料为不锈钢。

综上所述，本发明具有以下有益效果：（1）本发明整体结构简单，便于实现，成本低，本发明采用U形电加热元件，可以准确地实现对原型传热管束一次侧传给二次侧功率的模拟，能对原型蒸汽发生器传热管束加热功率、几何结构尺寸进行合理模拟，为蒸汽发生器模拟体内部循环阻力提供可调空间，满足实验要求的前提下能省略了一回路系统（反应堆堆芯、主泵及冷却剂的模拟），因此，本发明为主要研究蒸汽发器二次侧特性的蒸汽发生器模拟体提供传热管束模拟装置。

（2）本发明的流量分配板设有介质流通孔和多个加热元件穿孔，其中，介质流通孔包括流量分配板中央构成的圆形介质流通孔，以及两个贯穿流量分配板上下端面且分别位于圆形介质流通孔两侧的第一腰型介质流通孔，本发明通过合理配置不同区域的开孔，能减小蒸汽发生器模拟体内电热元件传热管束区流量分配的不均匀。

（2）本发明包括支撑板，其中，支撑板采用少于原型支撑板数量的结构形式，有效地减小了二次侧介质流经传热管束模拟装置的压降损失。

附图说明

    图1为本发明一个具体实施例的结构示意图；

图2为本发明一个具体实施例中流量分配板的结构示意图；

图3为本发明一个具体实施例中支撑板的结构示意图；

图4为本发明一个具体实施例中管板垫板的结构示意图；

图5为本发明一个具体实施例中U形电加热元件与元件管板的连接结构示意图；

图6为本发明一个具体实施例中支撑杆与管板垫板的连接结构示意图。

    附图中附图标记所对应的名称为：1、U形电加热元件，2、支撑板，201、梅花孔，202、第二腰型介质流通孔，3、流量分配板，301、加热元件穿孔，302、圆形介质流通孔，303、第一腰型介质流通孔，4、管板垫板，5、元件管板，6、支撑杆。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明做进一步地的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

如图1所示，一种蒸汽发生器传热管束模拟装置，包括U形电加热元件1、流量分配板3及元件管板5，其中，U形电加热元件1的数量为多个，U形电加热元件1为U形管形式，采用间接均匀加热、双端出线的结构，U形电加热元件1使用电压范围0~220V，工作功率范围为0~3000kW，且连续可调。U形电加热元件1的外壳材料采用不锈钢材料，U形电加热元件1可承受最高外压为20MPa，可承受最高温度为300℃。流量分配板3设于元件管板5的上方，流量分配板3设有贯穿其上下端面的介质流通孔和多个加热元件穿孔301，每个U形电加热元件1的两个端头均由上至下依次穿过加热元件穿孔301、元件管板5后连接在元件管板5上。本实施例中加热元件穿孔301的数量与所有U形电加热元件1端头数量之和相同，一个加热元件穿孔301对应穿过一个端头。如图5所示，本实施例在具体设置时，U形电加热元件1采用氩弧焊接或银钎焊接方式与元件管板5连接，U形电加热元件1外露长度为25mm，焊接过程应杜绝对U形电加热元件1绝缘层的破坏。

本实施例应用时，采用U形电加热元件，可以准确地实现对原型传热管束一次侧传给二次侧功率的模拟，在满足实验要求的前提下能省略一回路。本实施例应用时采用RELAP5程序对二次侧非能动运行阶段的事故进行了分析，分析结果表明直接采用给定功率的方法来模拟蒸汽发生器一次侧传给二次侧的热量是合理可行的。

实施例2：

如图2所示，本实施例在实施例1的基础上做出了如下进一步限定：本实施例的流量分配板3为圆环状，介质流通孔包括流量分配板3中央构成的圆形介质流通孔302，以及两个贯穿流量分配板3上下端面且分别位于圆形介质流通孔302两侧的第一腰型介质流通孔303，两个个第一腰型介质流通孔303在同一径向方向上设置。

实施例3：

如图3所 ，本实施例在实施例1或实施例2的基础上做出了如下进一步限定：本实施例还包括支撑板2，支撑板2水平设置且在U形电加热元件1直段分布，支撑板2构成有贯穿其上下端面的梅花孔201和三个第二腰型介质流通孔202，三个第二腰型介质流通孔202在同一径向方向上设置，U形电加热元件1穿过支撑板2的梅花孔201。本实施例的梅花孔201采用六叶梅花孔，本实施例应用时，梅花孔201在径向上防止U形电加热元件1晃动，同时还能确保U形电加热元件1与梅花孔201孔间的流速，确保安全传热。

实施例4：

为了提升本实施例的稳固性，本实施例在实施例3的基础上做出了如下进一步限定：本实施例中支撑板2的数量少于或等于9块，在支撑板2的数量为多块时，任意相邻两块支撑板2在竖直方向间隔一定距离设置。本实施例针对ACP1000二次侧非能动余热排出系统实验装置的蒸汽发生器模拟体结构的具体工作参数和流动介质的流速，通过理论计算分析，采用6块支撑板2，能满足使用要求，并能有效地减小阻力。

实施例5：

为了便于支撑板2和流量分配板3的定位，本实施例在实施例2或实施例3的基础上做出了如下进一步限定：本实施例还包括支撑杆6，其中，支撑杆6竖直设置且其下端固定在元件管板5上，支撑板2和流量分配板3均固定在支撑杆6上。本实施例在具体设置时，通过支撑杆6穿过支撑板2和流量分配板3，再对支撑板2和流量分配板3进行固定。

实施例6：

如图4所示，本实施例在实施例5的基础上做出了如下进一步限定：本实施例还包括管板垫板4，其中，管板垫板4构成有多个贯穿其上下端面的圆形穿孔，管板垫板4与元件管板5同心设置且连接在元件管板5上端面，支撑杆6下端嵌入管板垫板4的圆形通孔内与管板垫板4连接，U形电加热元件1的两个端头均穿过管板垫板4的圆形穿孔。本实施例中管板垫板4与元件管板5采用周向点焊的方式进行连接。如图6所示，本实施例中支撑杆6与管板垫板4直接焊接。

如上所述，可较好的实现本发明。