可拆式破口模擬件及其安裝方法及破口模擬系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及兩相臨界流實驗研宄領域，具體地，涉及一種可拆式破口模擬件及其安裝方法以及具有該可拆式破口模擬件的破口模擬系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]在核電技術領域，核電站反應堆壓力容器或管道發(fā)生破裂時，回路中的循環(huán)水從破口向外噴射，高溫高壓水在很大的壓力差作用下發(fā)生閃蒸，形成汽水混合物，并很快達到噴射最大流量，此時下游壓力變化時流量不受影響，成為臨界流。破口的臨界流流量決定了堆芯冷卻劑的喪失速度和一回路系統(tǒng)的泄壓速度，它的大小不僅直接影響到堆芯的冷卻能力，而且還決定各種安全和應急系統(tǒng)的動作時間。在破口形成的兩相臨界流中，存在著質量、動量與能量的交換，以及動力學和熱力學的不平衡，即速度滑移和溫差，流動傳熱機理相當復雜，現有的臨界流模型(如Henry-Fauske非平衡模型)只能針對特定的破口結構尺寸和工況范圍，難以全面覆蓋反應堆失水事故的兩相臨界流。在電站鍋爐、石油、化工等系統(tǒng)中，兩相臨界流現象同樣廣泛存在，因而對兩相臨界流進行深入的實驗研宄具有重要的意義。
[0003]在反應堆失水事故應急安全系統(tǒng)的實驗研宄中，破口所在位置一般與反應堆壓力容器模擬體、穩(wěn)壓器、泵等大型設備很近，且處于一回路管道、二回路管道、安全系統(tǒng)管道、輔助系統(tǒng)管道、儀表管道等各種類型管道交叉縱橫最密集的范圍，從而使得難以在破口位置附近布置破口模擬裝置、破口控制閥、破口流量測量系統(tǒng)。
[0004]此外，根據已有的研宄表明，兩相臨界流除取決于上游流體的滯止參數外，還與破口結構尺寸有關，而一般的破口模擬件采用整體設計，每個尺寸或每種結構都對應一個破口模擬件，加工成本和安裝要求都比較高。現有技術中，有將破口模擬本體對破口件采用兩端塞入固定的方式，這種方式使得破口模擬件的拆卸難度非常大而且容易損壞；也有將破口件加工為T形結構，通過法蘭壓緊固定破口件的圓環(huán)形肩面的方式，這種方式使得破口件固定方式容易密封失效，或由于快速的溫度變化導致漏流，由于前述兩種方式或拆裝難度大或密封易失效，其應用并不多，目前破口模擬件多采用整體設計。
【發(fā)明內容】
[0005]本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種可拆式破口模擬件，該可拆式破口模擬件在主體結構不變的情況下通過更換破口管以模擬不同的破口結構尺寸，解決了破口模擬件整體設計導致的加工成本和安裝要求高的問題，本發(fā)明還提供了該可拆式破口模擬件的安裝方法以及具有該可拆式破口模擬件的破口模擬系統(tǒng)，該破口模擬系統(tǒng)系統(tǒng)可以在一定距離外收集破口噴放流體從而可以布設在距離大型設備、管道交叉處一定距離的地方，更加容易布設安裝。
[0006]本發(fā)明解決上述問題所采用的技術方案是:
可拆式破口模擬件，包括承壓筒體和破口管；所述破口管包括管體和連接在管體進口端的環(huán)形端面板，所述環(huán)形端面板的外徑大于管體外徑且小于承壓筒體內徑；所述承壓筒體內設置有環(huán)形的固定孔板，該固定孔板固定在承壓筒體進口端，其內徑大于破口管管體的外徑；所述破口管安裝在承壓筒體內部，其軸向與承壓筒體相同，且其出口端朝向承壓筒體的出口端、進口端朝向承壓筒體的進口端，破口管的環(huán)形端面板通過非永久性連接件固定在固定孔板上。在長期的研宄實驗中，發(fā)明人發(fā)現現有技術中的破口模擬件或存在拆卸難度大、易損壞或密封容易失效的問題，有鑒于此，發(fā)明人設計了上述結構的破口模擬件，破口模擬件的破口管是模擬破口的主要結構，其采用非永久性連接件可拆卸地固定在承壓筒體內，當需要對其他尺寸或結構的破口進行模擬時，只需更換破口管即可，即在破口模擬系統(tǒng)主體結構不變的情況下通過更換破口管以模擬不同的破口結構尺寸，便于破口管的更換，可以簡化破口模擬件的安裝流程，減小實驗成本，降低了加工成本和安裝要求。
[0007]進一步，上述可拆式破口模擬件還包括安裝在承壓筒體內的破口支撐環(huán)，所述破口支撐環(huán)包括中空圓筒體和連接在中空圓筒體兩端的環(huán)形支撐板，破口管的管體穿設在破口支撐環(huán)內，且破口管、破口支撐環(huán)、承壓筒體的軸向相同；所述破口管的環(huán)形端面板和破口支撐環(huán)的環(huán)形支撐板分別固定在承壓筒體的固定孔板兩側，且破口管的環(huán)形端面板更靠近承壓筒體的進口。本方案中，發(fā)明人考慮到試驗中破口噴放的高速流體對破口管具有較強的振動沖擊，為了增加破口管連接及破口噴放流道的穩(wěn)定性，在破口模擬件增設了破口支撐環(huán)，使得破口管在承壓筒體內的連接更加穩(wěn)定。更換時，只需更換破口管和破口支撐環(huán)即可。
[0008]進一步，上述環(huán)形支撐板與中空圓筒體的圓心和中心軸線均重合，且環(huán)形支撐板的外徑大于中空圓筒體外徑且小于承壓筒體內徑；所述中空圓筒體的內徑比破口管的管體外徑大1.8mm~2.2_。所述破口支撐環(huán)中空圓筒體的內徑和破口管管體的外徑為定值，更換時不改變這兩個值，根據破口管管體的長度，破口支撐環(huán)與破口管進行配做。更換時，將破口管和破口支撐環(huán)同時更換。
[0009]進一步，上述可拆式破口模擬件的環(huán)形支撐板和固定孔板上都均勻設置有偶數個同心等徑小孔，小孔一半為螺紋孔，一半為非螺紋孔，螺紋孔與非螺紋孔依次間隔設置，且固定孔板的螺紋孔正對環(huán)形支撐板的非螺紋孔；上述破口管的環(huán)形端面板上設置有與小孔對應的安裝孔，所述安裝孔由靠近破口管出口端的第一安裝孔和遠離破口管的出口端的第二安裝孔構成，所述第一安裝孔和第二安裝孔軸線相同，第一安裝孔的孔徑等于非螺紋孔的內徑，第二安裝孔的孔徑大于上述非永久連接件的外徑。在安裝時，發(fā)明人考慮到由于兩個螺紋孔難以做到同軸度完全相同，一個非永久連接件難以同時跟兩個固定的螺紋孔對接，為提高非永久連接件固定安裝的可操作性，破口模擬件采用一個非永久連接件只與一個螺紋孔對接的上述結構，采用非永久性連接件固定時操作更加方便和簡單。
[0010]進一步，上述可拆式破口模擬件還包括連接在承壓筒體兩端的螺紋管接頭，所述螺紋管接頭與承壓筒體兩端法蘭連接，本方案中增設螺紋管接頭使得整個破口模擬件在管路上的連接更加方便。
[0011]可拆式破口模擬件的安裝方法，包括以下步驟:
(a)將破口管從承壓筒體的進口端放入承壓筒體，旋轉破口管，使其環(huán)形端面板上的安裝孔與承壓筒體的固定孔板上的小孔對齊；
(b )將破口支撐環(huán)從承壓筒體的出口端放入承壓筒體，旋轉破口支撐環(huán)，使其環(huán)形支撐板的螺紋孔與破口管的環(huán)形端面板上的安裝孔對齊；
(C)采用非永久連接件將破口管的環(huán)形端面板和承壓筒體的固定孔板固定在一起；
(d)采用非永久連接件將破口支撐環(huán)的環(huán)形支撐板、破口管的環(huán)形端面板、承壓筒體的固定孔板固定在一起；
(e)安裝承壓筒體進出口端的螺紋法蘭組件，將兩個螺紋管接頭固定在承壓筒體(14)兩端。
[0012]破口模擬系統(tǒng)，包括依次相連的大小頭、破口模擬件、氣動快開閥、常閉電動閘閥和隔離閥，所述大小頭的小頭端與回路破口相連，大頭端連接破口模擬件，所述隔離閥與破口流量測量系統(tǒng)和/或安全殼模擬體相連，所述破口模擬件為上述方案中任一種可拆式破口模擬件。前述回路破口是指，回路中壓力容器、管道等裝置發(fā)生破裂時噴放流體的破口，該回路為相關領域反應系統(tǒng)的回路，例如在核電站反應堆系統(tǒng)中，其為反應堆一回路，回路破口是指反應堆一回路中壓力容器或管道破裂時的破口。上述的大小頭即異徑管。上述的氣動快開閥、常閉電動閘閥一般采用常閉類閥門。本方案中，大小頭、破口模擬件、氣動快開閥、常閉電動閘閥和隔離閥以及連接它們的管道構成破口管線，大小頭通過連接管道與噴放流體的回路破口相連，使該破口噴放的流體流入大小頭中進入破口管線，將流體收集到破口模擬件中進行遠程破口模擬，防止在回路破口處發(fā)生臨界流和產生較大壓降。該破口管線進口處通過大小頭形成大口徑管道作為破口管線的主管道從而實現了破口模擬件上游壓力等于回路壓力，而下游壓力可以通過連接安全殼模擬體等于安全殼模擬體壓力，解決了現有技術中實驗裝置設備管道難以布置的技術問題。其工作原理是，在未啟動破口模擬件的破口之前，氣動快開球閥和電動閘閥處于關閉狀態(tài)，對回路中高溫高壓流體與下游的常溫常壓的安全殼模擬體和破口測量系統(tǒng)進行了雙重隔離；在破口啟動時，打開隔離閥和電動閘閥之后，快速開啟氣動快開閥實現破口的觸發(fā)，使破口噴放流體進入到安全殼模擬體或破口流量測量系統(tǒng)。
[0013]進一步，所述大小頭通過一個平直連接管道連接回路破口，進一步增大整個破口管線以及破口流量測量系統(tǒng)、安全殼模擬體裝置與離大型設備、管道交叉處的距離，使得其布設和安裝更加方便。
[0014]進一步，所述隔離閥數量為2個，2個隔離閥中，一個與安全殼模擬體相連，另一個與破口流量測量系統(tǒng)相連，且2個隔離閥均與常閉電動閘閥相連。
[0015]進一步，所述隔離閥為氣動隔離球閥；所述平直連接管道長度不大于100_ ;所述大小頭為漸擴的大小頭，其大口端內徑為小口端內徑的4到5倍，漸擴角度為8° ~12°。本方案中，漸擴的大小頭將管徑大幅度擴大，極大的減小了破口管線的阻力。
[0016]綜上，本發(fā)明的有益效果是:
1、本發(fā)明的可拆式破口模擬件采用可拆卸式連接，能在破口模