可转动平板表面水膜分布装置及使用方法

摘要

本发明提供了一种可转动平板表面水膜分布装置及使用方法，包括水膜重力作用水箱、第一旋转轴、第二旋转轴、第一转动轨道、第二转动轨道、可转动液压调节平板、第一固定支架和第二固定支架；其中，第一固定支架和第二固定支架相对设置在可转动液压调节平板上；第一固定支架上设置有第一转动轨道；第二固定支架上设置有第二转动轨道；水膜重力作用水箱的两端分别设置有第一旋转轴和第二旋转轴；第一旋转轴设置在第一转动轨道中；第二旋转轴设置在第二转动轨道中。本发明中液压升降台驱动可转动液压调节平板绕第三旋转轴逆时针转动，那么水膜重力作用水箱则绕第一旋转轴和第二旋转轴顺时针转动，从而水膜可以均匀地从V型槽溢出，均匀覆盖平板。

说明书

技术领域

本发明涉及水膜均匀分配装置，具体地，涉及一种可转动平板表面水膜分布装 置及使用方法。

背景技术

第三代核反应堆采用了先进的非能动安全壳冷却系统(PCCS)，即在设计基准事 故(DBA)发生后，由安全壳顶部的储水箱提供的冷却水，在重力作用下流出，通过 多级围堰对水流进行均匀分配，在安全壳外表面形成水膜覆盖。事故中释出的热量 在钢质安全壳和导流板组成的环形通道内通过水膜蒸发换热、水膜显热换热、空气 与水膜的对流换热、以及安全壳自身辐射换热等形式向外部输出，从而保证在事故 状态下安全壳内部温度和压力低于设计限值，确保安全壳结构完整性和防止放射性 物质外泄。

为了验证非能动安全壳冷却系统的有效性和适用性，目前有效的方法是采用大 平板进行不同角度下水膜覆盖冷却试验，以获得反映水膜传热传质与各影响因素之 间的作用规律。在试验中，水膜沿平板表面流动过程中会形成一定的表面波，表面 波会对水膜传热传质造成影响。为了保证试验中获取的水膜传热传质与各影响因素 之间作用规律的可靠性，必须使每一个试验工况中，入口位置的水膜分布均匀。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种可转动平板表面水膜分布装 置。具体为，一种在可转动大平板试验台架上利用水膜重力作用通过多级围堰V型 槽流出，实现任意角度平板表面形成不同宽度均匀水膜覆盖的可转动平板表面水膜 分布装置。

根据本发明一个方面提供的可转动平板表面水膜分布装置，包括水膜重力作用水 箱、第一旋转轴、第二旋转轴、第一转动轨道、第二转动轨道、可转动液压调节平板、 第一固定支架和第二固定支架；

其中，所述第一固定支架和所述第二固定支架相对设置在所述可转动液压调节平板 上；所述第一固定支架上设置有第一转动轨道；所述第二固定支架上设置有第二转动轨 道；

所述水膜重力作用水箱的两端分别设置有第一旋转轴和第二旋转轴；所述第一旋转 轴设置在所述第一转动轨道中；所述第二旋转轴设置在所述第二转动轨道中。

优选地，所述水膜重力作用水箱内设置有中间隔板；所述中间隔板将所述水箱内部 的空间分割成前腔室和后腔室；

所述后腔室设置有水膜分配干管；所述水膜分配干管的底端设置有水膜排出口；所 述水膜分配干管的顶端连通设置在所述水膜重力作用水箱的水箱顶板上的水膜输入口；

所述水膜重力作用水箱的水箱前板上设置有水膜排出槽；所述中间隔板的高度低于 所述水膜重力作用水箱的高度。

优选地，还包括第三旋转轴、可转动液压调节基板和液压升降台；

其中，所述可转动液压调节平板通过所述第三旋转轴连接所述可转动液压调节基板；

所述液压升降台用于驱动所述可转动液压调节平板绕所述第三旋转轴转动。

优选地，所述第一旋转轴和第二旋转轴设置在所述水膜重力作用水箱后侧的下端部。

优选地，所述第一转动轨道和第二转动轨道呈弧形；所述弧形的角度为0至90度；

所述第一旋转轴和所述第二旋转轴至所述水膜重力作用水箱的底端之间的垂直距 离小于所述第一旋转轴至第一固定支架的底端的垂直距离。

优选地，所述水膜分配干管包括水膜输入管、水膜分配管和水膜输出管；

所述水膜分配管呈U形；所述水膜分配管包括横向延伸管、第一竖向输出管和第二 竖向输出管；所述第一竖向输出管和所述第二竖向输出管分别设置在所述横向延伸管的 两端；

所述水膜输入管连通所述横向延伸管；所述第一竖向输出管和所述第二竖向输出管 连通所述水膜输出管；

所述水膜输入管连通水箱顶板上的水膜输入口；所述水膜输出管呈线形，沿所述水 膜输出管的长度方向设置有多个水膜排出口。

优选地，所述水膜排出槽呈V形、圆弧形、棱形、方形或椭圆形；

所述水膜排出槽沿所述水膜重力作用水箱的长度方向均匀分布；

所述水膜排出槽下端的高度低于所述中间隔板的高度。

优选地，所述中间隔板的数量为多个；多个所述中间隔板将所述水箱内部的空间分 割成依次排列的前腔室、若干个过渡腔室和后腔室；

优选地，所述中间隔板的上端设置有多个依次排列的锯齿形凹槽或弧形凹槽。

优选地，还包括刻度盘；

所述刻度盘设置在第一转动轨道或第二转动轨道的上侧，沿所述第一转动轨道或第 二转动轨道的长度方向延伸；

所述第一固定支架和所述第二固定支架的底端紧贴所述可转动液压调节平板的上 表面。

根据本发明另一个方面提供的所述的可转动平板表面水膜分布装置的使用方法，包 括如下步骤：

步骤1：将水膜从水膜重力作用水箱入水口注入，通过水膜分配干管底部小孔流出；

步骤2：水膜重力作用水箱的后腔室液面逐渐地均匀增高，当液面达到一定高度后， 就会沿着中间隔板的锯齿形槽溢出，流入水膜重力作用水箱的前腔室，从而使前腔室液 面逐渐升高；

步骤3：当前腔室水膜面超过前腔室的V型槽底部高度时，水膜就会沿着V型槽在 重力作用下均匀地溢出来，覆盖在可转动平板表面上；

步骤4：当液压升降台驱动可转动液压调节平板绕第三旋转轴逆时针转动，则水膜 重力作用水箱绕第一旋转轴和第二旋转轴顺时针转动，或当液压升降台驱动可转动液压 调节平板绕第三旋转轴顺时针转动，则水膜重力作用水箱绕第一旋转轴和第二旋转轴逆 时针转动，从而在任意角度下，前腔室的V型槽出水截面法线方向跟水平面重合

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明中液压升降台驱动可转动液压调节平板绕第三旋转轴逆时针转动，那么 水膜重力作用水箱则绕第一旋转轴和第二旋转轴顺时针转动，水膜重力作用水箱前腔室 V型槽出水截面法线方向跟水平面重合，这样水膜可以均匀地从V型槽溢出，均匀覆盖 可转动液压调节平板；

2、本发明中设置有中间隔板，能够使保持开有V型槽出水截面的前腔室内液面尽 量平静；

3、本发明中设置有水膜分配干管，能够使水膜在后腔室内的高度缓慢上升。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、 目的和优点将会变得更明显：

图1、图2、图3共同示出了为本发明中水膜重力作用水箱的结构示意图；

图4为本发明中中间隔板的结构示意图；

图5为本发明中水膜分配干管的结构示意图；

图6为本发明的结构示意图。

图中：

1为水膜重力作用水箱；

2为可转动液压调节平板；

3为第三旋转轴；

4为第一旋转轴；

5为中间隔板；

6为第一固定支架；

7为第一转动轨道；

8为刻度盘。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人 员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技 术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，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。

在本实施例中，本发明提供的可转动平板表面水膜分布装置，包括水膜重力作用水 箱1、第一旋转轴4、第二旋转轴、第一转动轨道7、第二转动轨道、可转动液压调节平 板2、第一固定支架6和第二固定支架；其中，所述第一固定支架6和所述第二固定支 架相对设置在所述可转动液压调节平板2上，具体为，第一固定支架6和第二固定支架 通过螺栓被连接在可转动液压调节平板2上，第一固定支架6和第二固定支架底部紧贴 平板表面；所述第一固定支架6上设置有第一转动轨道7；所述第二固定支架上设置有 第二转动轨道，在本实施例中，所述第一转动轨道7和第二转动轨道呈弧形；所述弧形 的角度为0至90度。所述第一旋转轴4和所述第二旋转轴至所述水膜重力作用水箱1 的底端之间的垂直距离小于所述第一旋转轴4至第一固定支架6的底端的垂直距离。所 述水膜重力作用水箱1的两端分别设置有第一旋转轴4和第二旋转轴，更为具体地，第 一旋转轴4和第二旋转轴设置在所述水膜重力作用水箱1后侧的下端部。所述第一旋转 轴4设置在所述第一转动轨道7中；所述第二旋转轴设置在所述第二转动轨道中。第一 旋转轴4和第二旋转轴的端部设置有螺纹，通过螺栓分别锁定在第一固定支架6和所述 第二固定支架。

所述水膜重力作用水箱1内设置有中间隔板5，所述中间隔板5的上端设置有多个 依次排列的锯齿形凹槽或弧形凹槽。所述中间隔板5将所述水箱内部的空间分割成前腔 室和后腔室；在变形例中，所述中间隔板5的数量为多个；多个所述中间隔板5将所述 水箱内部的空间分割成依次排列的前腔室、若干个过渡腔室和后腔室。

所述后腔室设置有水膜分配干管；所述水膜分配干管的底端设置有水膜排出口，具 体为，在水膜分配干管的底部上，被均匀地钻出一排小孔；所述水膜分配干管的顶端连 通设置在所述水膜重力作用水箱1的水箱顶板上的水膜输入口；所述水膜重力作用水箱 1的水箱前板上设置有水膜排出槽，所述水膜排出槽呈V形、圆弧形、棱形、方形或椭 圆形；在本实施例中，水膜排出槽采用V型槽。所述水膜排出槽沿所述水膜重力作用水 箱1的长度方向均匀分布；所述水膜排出槽下端的高度低于所述中间隔板5的高度。所 述中间隔板5的高度低于所述水膜重力作用水箱1的高度。

本发明提供的可转动平板表面水膜分布装置，还包括第三旋转轴3、可转动液压调 节基板和液压升降台；其中，所述可转动液压调节平板2通过所述第三旋转轴3连接所 述可转动液压调节基板；所述液压升降台用于驱动所述可转动液压调节平板2绕所述第 三旋转轴3转动。

所述水膜分配干管包括水膜输入管、水膜分配管和水膜输出管；所述水膜分配管呈 U形；所述水膜分配管包括横向延伸管、第一竖向输出管和第二竖向输出管；所述第一 竖向输出管和所述第二竖向输出管分别设置在所述横向延伸管的两端；所述水膜输入管 连通所述横向延伸管；所述第一竖向输出管和所述第二竖向输出管连通所述水膜输出管； 所述水膜输入管连通水箱顶板上的水膜输入口；所述水膜输出管呈线形，沿所述水膜输 出管的长度方向设置有多个水膜排出口。

本发明提供的可转动平板表面水膜分布装置，还包括刻度盘8；所述刻度盘8设置 在第一转动轨道7或第二转动轨道的上侧，沿所述第一转动轨道7或第二转动轨道的长 度方向延伸；所述第一固定支架6和所述第二固定支架的底端紧贴所述可转动液压调节 平板2的上表面。

根据本发明另一个方面提供的所述的可转动平板表面水膜分布装置的使用方法，包 括如下步骤：

步骤1：将水膜从水膜重力作用水箱入水口注入，通过水膜分配干管底部小孔流出；

步骤2：水膜重力作用水箱的后腔室液面逐渐地均匀增高，当液面达到一定高度后， 就会沿着中间隔板的锯齿形槽溢出，流入水膜重力作用水箱的前腔室，从而使前腔室液 面逐渐升高；

步骤3：当前腔室水膜面超过前腔室的V型槽底部高度时，水膜就会沿着V型槽在 重力作用下均匀地溢出来，覆盖在可转动平板表面上；

步骤4：当液压升降台驱动可转动液压调节平板绕第三旋转轴逆时针转动，则水膜 重力作用水箱绕第一旋转轴和第二旋转轴顺时针转动，或当液压升降台驱动可转动液压 调节平板绕第三旋转轴顺时针转动，则水膜重力作用水箱绕第一旋转轴和第二旋转轴逆 时针转动，从而在任意角度下，前腔室的V型槽出水截面法线方向跟水平面重合

更为具体的，当使用本发明提供的可转动平板表面水膜分布装置时，水膜从水膜重 力作用水箱1入水口注入，通过水膜分配干管底部小孔流出。随着时间积累，水膜重力 作用水箱1的后腔室液面逐渐地均匀增高。当液面达到一定高度后，就会沿着中间隔板 的锯齿形槽溢出，流入前腔室，从而使前腔室液面逐渐升高。前腔室出水截面上被均匀 开出一排不同角度的V型槽，当前腔室水面超过V型槽底部高度时，水膜就会沿着V型 槽在重力作用下均匀地溢出来，覆盖在平板表面上。当重力水箱入水口水膜注入流量很 大时，可以增加中间挡板的数量，保持开有V型槽出水截面的前腔室内液面尽量平静， 从而使水流沿V型槽均匀溢出，保证平板水膜入口段均匀分布。此外，还可以通过调节 V型槽开口角度，以及改变V型槽数量等方法，保证不同宽度的均匀水膜覆盖。

本发明提供的可转动平板表面水膜分布装置通过同时调节第一旋转轴4和第二旋转 轴的角度和液压升降台，可保证任意角度下，水膜重力作用水箱1前腔室V型槽出水截 面法线方向跟水平面重合，这样水膜可以均匀地从V型槽溢出，均匀覆盖可转动液压调 节平板2。调节过程中，如果液压升降台驱动可转动液压调节平板2绕第三旋转轴3逆 时针转动，那么水膜重力作用水箱1则绕第一旋转轴4和第二旋转轴顺时针转动，反之， 也亦然，也就是说水膜重力作用水箱1转动方向与液压升降台旋转方向始终相反。设液 压升降台绕轴转动的转角为α，水箱绕旋转轴转动角为β，只要保证转角α与β相 等即可。具体实现过程如图6所示。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上 述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改， 这并不影响本发明的实质内容。