多流道輻照裝置各流道流量分配測量

史寶磊+張愛民+馬勇哲

【摘 要】本文利用堆外試驗(yàn)回路開展輻照裝置進(jìn)行流量測量試驗(yàn)，通過同等工況下，輻照裝置兩側(cè)的壓差相等則流經(jīng)輻照裝置的流量相等的原理進(jìn)行流量測量，分別采取措施堵住輻照裝置的各流道，然后測量各流道在額定壓差下的流量。最終為輻照裝置入堆提供數(shù)據(jù)支持。

【關(guān)鍵詞】壓差；流量測量；輻照裝置

0 引言

輻照裝置是一種放入研究堆中進(jìn)行輻照試驗(yàn)，用來進(jìn)行同位素生產(chǎn)的一套裝置。由于放入研究堆中，不能影響研究堆的安全，設(shè)計(jì)要求非常嚴(yán)格。在輻照試驗(yàn)過程中，輻照裝置需要有合適的流道結(jié)構(gòu)，使得冷卻劑等充分的帶走本身所產(chǎn)生的熱量。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求，在裝置設(shè)計(jì)完成后，需要進(jìn)行堆外驗(yàn)證試驗(yàn)，對結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)合理性進(jìn)行驗(yàn)證。

本文利用一套等尺寸的模擬輻照莊子在堆外試驗(yàn)回路進(jìn)行試驗(yàn)，來進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗(yàn)證。

1 試驗(yàn)設(shè)施簡介

堆外水力試驗(yàn)設(shè)施包括兩個(gè)部分：一部分為水力試驗(yàn)回路，另一部分為模擬堆內(nèi)水冷同位素孔道結(jié)構(gòu)尺寸的試驗(yàn)段。

1.1 堆外水力試驗(yàn)回路

堆外水力試驗(yàn)回路可為輻照裝置提供試驗(yàn)所需的介質(zhì)流量、溫度及壓力等條件。回路系統(tǒng)主要參數(shù)見表1。

水力試驗(yàn)回路主要由主泵、穩(wěn)壓罐、熱交換器、閥門等設(shè)備及管道組成。穩(wěn)壓罐壓力由氮?dú)馄刻峁?。通過主閥門和旁路閥可調(diào)節(jié)回路流量?；芈钒惭b有流量、壓力測量儀表及溫度傳感器，通過工控機(jī)監(jiān)測回路運(yùn)行參數(shù)。試驗(yàn)回路示意圖見圖1。

1.2 試驗(yàn)段

堆外試驗(yàn)段主要模擬輻照裝置在堆內(nèi)水冷同位素孔道中的部分。試驗(yàn)段長約2m，內(nèi)徑與孔道內(nèi)管尺寸相同（Φ70mm），其組成主要包括：上端蓋、外套筒、下端蓋、進(jìn)出水管、密封圈、模擬輻照裝置等。試驗(yàn)段示意圖見圖2。試驗(yàn)段的設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。

2 驗(yàn)證試驗(yàn)內(nèi)容

2.1 試驗(yàn)參數(shù)

堆外驗(yàn)證試驗(yàn)回路參數(shù)見表2。

2.2 輻照裝置壓降測量試驗(yàn)

水力試驗(yàn)回路的冷卻劑溫度、回路壓力、水質(zhì)參數(shù)應(yīng)滿足表1所規(guī)定的要求，分別測量25%、50%、75%、100%、125%及150%額定流量情況下，輻照裝置造成的壓降。此壓降數(shù)值作為各流道流量分配試驗(yàn)壓降參考。

2.3 輻照裝置各流道流量分配試驗(yàn)

水力試驗(yàn)回路冷卻劑溫度、回路壓力、水質(zhì)參數(shù)應(yīng)滿足表1所規(guī)定的要求，參照2.2節(jié)中測出的額定流量下的壓降，分別測量50%、75%、100%、125%及150%額定流量壓差下，流經(jīng)輻照裝置的中心孔、內(nèi)流道、外流道和屏蔽管外間隙的冷卻劑流量。

3 結(jié)果及分析

3.1 壓降測量

設(shè)定水力試驗(yàn)回路冷卻劑壓力為額定值，調(diào)節(jié)回路流量，使流量值分別為輻照裝置的額定流量值的20%～120%，同時(shí)測量相應(yīng)流量下輻照裝置的壓降。

試驗(yàn)從最大流量開始，逐漸減少到最小流量，然后再從最小流量逐漸增加到最大流量。試驗(yàn)回路流量的實(shí)際調(diào)節(jié)范圍為0.6～12.4m3/h，輻照裝置壓降的測量結(jié)果見圖3。

結(jié)果分析：

1）從圖3中看出，兩組壓降的測量數(shù)據(jù)符合的非常好，最大偏差在1%以內(nèi)，試驗(yàn)測量的數(shù)據(jù)重復(fù)性好；

2）在設(shè)計(jì)流量7 m3/h條件下，流體流經(jīng)輻照輻照裝置產(chǎn)生的壓降為15.4±1.0kPa。

3.2 輻照裝置各流道流量分配試驗(yàn)

設(shè)定水力試驗(yàn)回路冷卻劑壓力為額定值，通過更換模擬靶件下端頭的形式，分別堵住靶件的間隙、內(nèi)或外流道，調(diào)節(jié)試驗(yàn)回路流量，并測量靶件的壓降值達(dá)到15.4kPa時(shí)的靶件內(nèi)、外流道的流量。間隙、內(nèi)、外流道流量與壓降的關(guān)系見圖4。

結(jié)果分析：

1）從圖4中可以看出，在相同壓降的條件下，外流道流量比內(nèi)流道流量大；相同流量下，內(nèi)流道產(chǎn)生的壓降大于外流道的壓降。與內(nèi)外流道的流量相比間隙中的流量很小。

2）在設(shè)計(jì)流量7 m3/h情況下，內(nèi)流道的流量測量結(jié)果為3.52m3/h，內(nèi)流道的流量測量結(jié)果為3.27m3/h，間隙的流量測量結(jié)果為0.86 m3/h，內(nèi)外流道的熱工設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果為3.63 m3/h 和3.01 m3/h，理論值與試驗(yàn)值的最大偏差在10%以內(nèi)。間隙的熱工設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果為0.43 m3/h，與測量結(jié)果相差較大，是由于設(shè)計(jì)計(jì)算中孔道的內(nèi)徑為Φ70，然而沖刷試驗(yàn)試驗(yàn)段孔道的直徑為Φ70.3，經(jīng)過推算，試驗(yàn)段孔道為Φ70時(shí)，間隙的流量應(yīng)為0.57 m3/h。

3.3 水力沖刷試驗(yàn)

利用堆外試驗(yàn)回路模擬裝置在輻照時(shí)的流量、溫度及壓力條件，對輻照莊子進(jìn)行75天（100%的輻照時(shí)間）的穩(wěn)定性沖刷試驗(yàn)。在試驗(yàn)的第20天及75天時(shí)，停止回路運(yùn)行將輻照裝置從試驗(yàn)段中取出，對輻照裝置結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查，分別檢查模擬輻照裝置各部件變形及松動(dòng)情況。

結(jié)果分析：經(jīng)過75天的沖刷試驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)輻照裝置結(jié)構(gòu)發(fā)生變形和松動(dòng)情況，輻照裝置結(jié)構(gòu)保持完整。

4 結(jié)論

通過分析可以看出，在額定流量下，輻照裝置的流阻為15.4±1.0kPa。并通過試驗(yàn)測量出了個(gè)流道的流量，與計(jì)算結(jié)果對比可知，誤差在10%以內(nèi)。測量結(jié)果是準(zhǔn)確，可信的。為輻照裝置入堆試驗(yàn)提供了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。另外，沖刷試驗(yàn)表明輻照裝置的設(shè)計(jì)是穩(wěn)定可靠的，不會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)、磨損的現(xiàn)象。

【參考文獻(xiàn)】

[1]于平安，朱瑞安，等.核反應(yīng)堆熱工分析[M].上海交通大學(xué)出版社，2002，2.

[2]周雪漪，張兆琪.工程流體力學(xué)[M].清華大學(xué)水力學(xué)教研組，1986.

[責(zé)任編輯：楊玉潔]