屏蔽式核主泵冷卻系統的溫度分布測定方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及流體機械領域，特別涉及的是屏蔽式核主栗冷卻系統的溫度分布測定方法。
【背景技術】
[0002]屏蔽栗是一種無動密封栗，栗和驅動電機都被密封在一個被栗送介質充滿的壓力容器內，此壓力容器為靜密封，通過驅動轉子而由一個電線繞組來提供旋轉磁場。由于屏蔽栗的這種結構取消了傳統離心栗具有的旋轉軸密封裝置，故能做到完全無泄漏。
[0003]屏蔽栗以其無泄漏的技術優勢，被廣泛應用于能源、化工等眾多行業。在第三代核電技術中，為了提高反應堆的安全性，大型屏蔽式核主栗被用作堆芯冷卻劑循環動力源以取代傳統的軸封式主栗。屏蔽式核主栗內部流體冷卻回路熱源包含了高速流體內摩擦生熱，栗頭一回路高溫熱傳導，軸承發熱以及電機繞組電磁渦流生熱。
[0004]冷卻回路流經的軸承、線圈等部件對溫度要求嚴格，關鍵部件耐受熱沖擊的性能也需要冷卻液來保障，正是由于內部熱源多、損耗大、關鍵件溫度要求高的嚴格條件，屏蔽式核主栗內部流體冷卻系統的溫度預測和計算在主栗的設計中尤其重要。且目前大型屏蔽式核主栗的溫度分析僅局限于單一的功能區域，比如軸承區、飛輪區等，沒有系統的溫度檢測分析。
【發明內容】
[0005]本發明所要解決的技術問題是提供一種屏蔽式核主栗冷卻系統的溫度分布測定方法，能夠獲得屏蔽式核主栗冷卻系統的整體溫度分布，便于系統分析。
[0006]為解決上述問題，本發明提出一種屏蔽式核主栗冷卻系統的溫度分布測定方法，所述屏蔽式核主栗冷卻系統包括用于冷卻液循環流動的上冷卻回路和下冷卻回路，所述上冷卻回路和下冷卻回路的總匯流點和總分流點之間為共用支路，所述共用支路上設有輔助葉輪；
[0007]所述上冷卻回路上設有屏蔽套、上徑向軸承和換熱器，其中，所述總分流點的一部分冷卻液流入所述屏蔽套，在所述屏蔽套之后為子分流點，子分流點的一部分冷卻液流入上徑向軸承的內部流道中，子分流點的另一部分冷卻液流入上徑向軸承的外部流道中，所述內部流道和外部流道的冷卻液在子匯流點匯合，流入換熱器進行換熱，之后流回所述總匯流點；
[0008]所述下冷卻回路上設有下徑向軸承，所述總分流點的另一部分冷卻液流入所述下徑向軸承，下徑向軸承的冷卻液流回所述總匯流點；
[0009]該方法包括以下步驟:
[0010]S1:建立所述屏蔽式核主栗冷卻系統的等效物理模型，將所述上冷卻回路和下冷卻回路上的裝置設置為節點，節點和回路的連接構建為一拓撲結構；
[0011 ] S2:獲取各節點內冷卻液的質量流量Qm、等效熱影響功率P、冷卻液的比熱C;根據CQmA T = P確定相應節點的溫度變化△ T，或者，通過數值仿真的方法獲得相應節點的溫度變化AT;
[0012]S3:獲取各匯流點的兩個支路匯流前的流量Ql和Q2，及匯流后的流量Q，根據能量守恒，確定匯流點的溫度變化關系CQ1(T-T1) =CQ2(T2-T1),其中，TjPT2為兩個支路匯流前的溫度，T為匯流后的溫度；
[0013]S4:選取回路中的一點作為溫度起點，根據所述拓撲結構將溫度變化串接起來，以獲得所述等效物理模型的溫度分布。
[0014]根據本發明的一個實施例，所述屏蔽套包括同軸設置的內套和外套，所述屏蔽套內設置有定子和轉子，所述轉子的兩端分別通過轉軸可轉動連接所述上徑向軸承和所述下徑向軸承;其中，所述定子設置在所述內套和外套之間，所述轉子設置在所述內套內，或者，所述轉子設置在所述內套和外套之間，所述定子設置在所述內套內，冷卻液流經屏蔽套電機繞組帶走其電磁渦流生熱，以使其對應的節點的出入口溫度產生相應變化。
[0015]根據本發明的一個實施例，所述上冷卻回路上還設有用于增加連接所述上徑向軸承的轉軸轉動慣量的上飛輪，所述上徑向軸承的內部流道的冷卻液流過所述上飛輪的下端面，之后流至所述子匯流點;冷卻液流經所述上飛輪的下端面帶走軸承損耗生熱，以使其對應的節點的出入口溫度產生相應變化。
[0016]根據本發明的一個實施例，所述下冷卻回路上還設有用于增加連接所述下徑向軸承的轉軸轉動慣量的下飛輪，所述下徑向軸承的冷卻液進入所述下飛輪，通過下飛輪的豎向間隙流出，之后流回至所述總匯流點;冷卻液流經所述下飛輪帶走軸承損耗生熱，以使其對應的節點的出入口溫度產生相應變化。
[0017]根據本發明的一個實施例，所述上冷卻回路上還設有集水環，設置在所述子匯流點的出口部位，用以加強冷卻液的冷卻作用;冷卻液流經所述集水環帶走集水環所環裝置的生熱，以使其對應的節點的出入口溫度產生相應變化。
[0018]根據本發明的一個實施例，還包括步驟S5:測量所述溫度起點的溫度，根據等效物理模型的溫度分布確定所述屏蔽式核主栗冷卻系統的溫度分布。
[0019]根據本發明的一個實施例，所述等效熱影響功率P為每個節點裝置各自的生熱功率與散熱功率之差。
[0020]采用上述技術方案后，本發明相比現有技術具有以下有益效果:屏蔽式核主栗冷卻系統中，通過上冷卻回路和下冷卻回路分合循環流動的冷卻液，通過上徑向軸承進一步分合循環流動的冷卻液，在拓撲結構上呈現多元件、多支路、串并聯的特征，滿足同一流道內不同功能區域的差異化溫度要求，根據屏蔽電機內冷液體流經部件的發熱量以及內冷液體流經區域的流道特征，建立等效物理模型，并對等效物理模型的進行溫度分布的測定，將內冷流道分三種類型進行溫度計算:有熱源的單一支路流動、溫度不同的支路匯合流動、分叉流動，根據回路進行多熱源的溫度等效計算，根據外部換熱器的輸出溫度或回路中一點的溫度，便可以確定屏蔽式核主栗電機的內部冷卻系統溫度在各點的分布，從而系統地反應核主栗內冷卻系統的整體溫度分布及其關聯特性。
【附圖說明】
[0021 ]圖1是本發明實施例的屏蔽式核主栗冷卻系統的結構示意圖；
[0022]圖2是本發明實施例的溫度分布測定方法的流程示意圖；
[0023]圖3是本發明實施例的屏蔽式核主栗冷卻系統的等效物理模型結構框圖；
[0024]圖4是本發明實施例的下冷卻回路的溫度分布示意圖。
【具體實施方式】
[0025]為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】做詳細的說明。
[0026]在下面的描述中闡述了很多具體細節以便于充分理解本發明。但是本發明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣，因此本發明不受下面公開的具體實施的限制。
[0027]參看圖1，本實施例的屏蔽式核主栗冷卻系統，包括用于冷卻液循環流動的上冷卻回路I和下冷卻回路2，上冷卻回路I和下冷卻回路2的總匯流點和總分流點之間為共用支路，共用支路上設有輔助葉輪3，輔助葉輪3用來提供離心力帶動冷卻液轉動從而推動冷卻液流動，也就是提供冷卻液循環流動的動力，輔助葉輪3設置在共用支路上，可以同時提供上冷卻回路I和下冷卻回路2的流體循環動力。
[0028]上冷卻回路I上設有屏蔽套11、上徑向軸承12和換熱器14。屏蔽套11內用于設置核主栗的轉子和定子，轉子和定子可以是繞組和磁芯，通過轉子和定子的相對轉動產生電磁渦流，以提供核主栗的動力。換熱器14用于為冷卻液換熱，以對冷卻液制冷。本發明的冷卻系統，換熱器14置于核主栗的壓力容器之外，其余裝置均設置在核主栗的壓力容器之內。
[0029]可以參看圖1和3，在上冷卻回路I中，總分流點A2將共用支路中的冷卻液進行分流，總分流點A2的一部分冷卻液流入屏蔽套11，冷卻液在屏蔽套11的內外套之間的縫隙中流過，在屏蔽套11之后為子分流點BI，子分流點BI將屏蔽套11內出來的冷卻液進行分流，子分流點BI的一部分冷卻液流入上徑向軸承12的內部流道121中，子分流點BI的另一部分冷卻液流入上徑向軸承12的外部流道122中，上徑向軸承12的內部流道121和外部流道122均可以有多個，內部流道121例如可以是四個，外部流道122例如可以是八個，內部流道121和外部流道122的冷卻液在子匯流點B2匯合，流入換熱器14進行換熱，之后流回總匯流點Al。在圖1中，內部流道121的冷卻液通過回流孔16流出，與外部流道122的冷卻液匯合。
[0030]在一個實施例中，上冷卻回路I上還設有上飛輪13，用于增加連接上徑向軸承12的轉軸轉動慣量，上徑向軸承12的內部流道121的冷卻液流過上飛輪下端面131，之后流至子匯流點B2，上飛輪13僅在下端面處流經冷卻液，上飛輪上端為死水區132，在死水區中冷卻液一般不發生對流。冷卻液流經所述上飛輪的下端面帶走軸承損耗生熱，以使其對應的節點的出入口溫度產生相應變化。
[0031]在一個實施例中，上冷卻回路I上還設有集水環15，設置在子匯流點B2的出口部位，具體是設置在上徑向軸承12的冷卻液出口處，用以加強冷卻液的冷卻作用，集水環15的形狀具體可以是槽型的。冷卻液流經所述集水環帶走集水環所環裝置的生熱，以使其對應的節點的出入口溫度產生相應變化。
[0032]下冷卻回路2上設有下徑向軸承21，在下冷卻回路2中，總分流點A2的另一部分冷卻液流入下徑向軸承21，下徑向軸承21的冷卻液流回總匯流點Al。
[0033]在一個實施例中，下冷卻回路2上還設有下飛輪22，用于增加連接下徑向軸承21的轉軸轉動慣量的下飛輪22，下徑向軸承21的冷卻液進入下飛輪22，通過下飛輪22的豎向間隙流出，之后流回至總匯流點Al。冷卻液流經所述下飛輪帶走軸承損耗生熱，以使其對應的節點的出入口溫度產生相應變化。
[0034]具體的，屏蔽套11可以包括同軸設置的內套和外套，屏蔽套11內設置有定子和轉子，轉子的兩端分別通過轉軸可轉動連接上徑向軸承13和下徑向軸承21;其中，定子設置在內套和外套之間，轉子設置在內套內，或者，轉子設置在內套和外套之間，定子設置在內套內。冷卻液流經屏蔽套電機繞組帶走其電磁渦流生熱，以使其對應的節點的出入口溫度產生相應變化。
[0035]參看圖2，本實施例的溫度分布測定方法，用來測定前述屏蔽式核主栗