一种六自由度运动条件下多环路自然循环实验装置及方法制造方法及图纸

一种六自由度运动条件下多环路自然循环实验装置及方法，该装置包括六自由度运动模拟平台，由蛇形预热器、实验段、两个套管式冷凝器、加压循环泵、稳压器及相关设备组成的多环路主循环回路，由套管式冷凝器、板式换热器、冷却塔、冷却风机、冷却水箱及相关设备组成的冷却水系统，由直流电源、低压功率控制器、变压器组成的电加热系统；本发明专利技术还提供了该装置的实验方法；本发明专利技术能够满足六自由度运动条件下，各种不同冷却环路布置的核动力系统自然循环回路特性实验研究需要，同时可以有效减小运动条件下实验系统的误差。

【技术实现步骤摘要】
一种六自由度运动条件下多环路自然循环实验装置及方法
本专利技术属于运动条件下核动力设备性能验证性实验研究
，具体涉及一种六自由度运动条件下多环路自然循环实验装置及方法。
技术介绍
在核反应堆中，自然循环是指闭合回路中冷、热段流体的密度差引起的循环流动。自然循环可以在反应堆停堆时，非能动地辅助排出堆芯余热，而无需提供任何外部驱动力。因此可以在发生诸如全厂断电等事故时，有效地冷却堆芯，保证堆芯安全，对于反应堆的安全保障起到重大作用。海上的舰船和核动力平台受到风浪影响，船体会产生倾斜、摇摆以及平动等六个自由度的运动及其耦合运动。海洋运动条件会给反应堆冷却剂系统带来附加的惯性力，使回路内冷却剂的流动和传热特性变得更加复杂。不同的核动力系统往往采用不同的冷却环路布置，常见的包括双环路对称布置、呈一定夹角的双环路非对称布置及三环路对称布置等。在多环路自然循环系统中，环路之间存在着偏环循环、内外环循环等复杂流动现象，且这些流动现象随着海洋运动附加惯性力与自然循环系统相对方向的变化而变化。因此，对海洋运动条件下的多环路自然循环特性进行实验研究是十分必要和重要的。六自由度运动条件下多环路自然循环实验，主要研究的是多环路自然循环回路在海洋运动条件下，冷却剂的流动、传热特性，以及各回路间的流量变化关系，局部流动现象。因此对实验系统的六自由度运动模拟能力、不同核动力装置模拟能力、误差控制水平有较高要求，需要能模拟倾斜、摇摆、升潜、加速平动及耦合运动等典型海洋条件；能改变环路间相对位置以模拟不同核动力系统的自然循环回路；能避免六自由度运动条件给测量仪器带来的误差。中国专利申请公开号CN111210920A公开了一种模拟海洋核反应堆流体自然循环回路的试验装置，装置包括摇摆台以及自然循环回路系统，摇摆台采用了液压驱动方式。但是，其全部实验装置固定于台面，局部构件无法灵活改变方位，且仅用于摇摆条件下的研究，没有实现六自由度的运动模拟；其冷却环路为对称布置，无法改变相对夹角和位置，不能模拟常见的非对称布置核动力系统。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述实验装置或实验系统不适用或不满足核工程领域对运动条件下核动力设备性能验证性实验研究的需求，提供一种六自由度运动条件下多环路自然循环实验装置及方法，本专利技术所述实验装置可以实现六个自由度的运动及耦合运动模拟；两个冷却环路可以改变相对位置，实现对不同核动力系统自然循环回路的模拟；能够根据需求改变加热段方位，以减小运动模拟带来的误差。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种六自由度运动条件下多环路自然循环实验装置，包括六自由度运动模拟平台、多环路主循环回路、冷却水系统、电加热系统；所述六自由度运动模拟平台由机械台体、驱动系统及控制系统组成；所述多环路主循环回路包括蛇形预热器4、实验段1、加压循环泵7、稳压器6、电磁流量计5、排气阀14、两个套管式冷凝器15组成，其中蛇形预热器4、实验段1、加压循环泵7通过桁架结构固定于所述六自由度运动模拟平台的机械台体上；桁架结构上固定有圆弧形导轨17，两个套管式冷凝器15分别固定于圆弧形导轨17上，多环路主循环回路的上升段、下降段通过T形三通16及软管与两个套管式冷凝器15的进出口分别相连，构成多环路主循环回路的两个冷却回路；实验段1通过旋转式绝缘法兰22连接在多环路主循环回路的上升段中，蛇形预热器4、上升段和下降段分别焊接相连，加压循环泵7及排气阀14与下降段入口处连通，稳压器6与蛇形预热器4入口段连通，电磁流量计5安装于蛇形预热器4入口段；所述冷却水系统由套管式冷凝器15、板式换热器13、冷却塔11、冷却风机12、冷却水箱10、循环泵、电磁流量计组成；两个套管式冷凝器15的冷却水通道使用不锈钢软管串联，并与板式换热器13一次侧相连，构成冷却水系统的室内部分；板式换热器13二次侧与冷却水箱10、冷却塔11连接构成冷却水系统的室外部分，冷却风机12安装于冷却塔11内部；冷却水系统的室内部分和室外部分分别安装了电磁流量计、闸阀和循环泵；所述电加热系统由直流电源2、低压功率控制器、变压器3组成，直流电源2固定于机械台体上台面8上，输出恒定功率至实验段1，变压器3输入端与低压功率控制器连接，输出端与蛇形预热器4连接，输出恒定功率至预热器4。所述六自由度运动模拟平台的机械台体包括上台面8和下基座9，驱动系统包括六个伸缩缸23及关节铰链24，伸缩缸23使用伺服电机驱动，采用并联布置，两端分别通过关节铰链24与上台面8及下基座9相连接；通过六个伸缩缸23的伸缩运动实现上台面8的六自由度运动。所述冷却水系统的室内部分固定于六自由度运动模拟平台上，通过不锈钢软管与室外部分相连接，包括冷、热源的整个自然循环实验装置在实验时均处于运动状态。所述两个套管式冷凝器15能够在圆弧形导轨17上改变方位，进而改变两个冷却环路的夹角。所述的两个冷却回路分别配有阻力调节阀门18，能够对两个冷却回路设置不同的阻力工况，实现两个冷却回路间的偏环运行。所述实验段1为圆管实验段，直接由直流电源2通电加热，功率控制灵敏度高；所述实验段1壁面上每隔100mm等距布置有热电偶21测量壁温，进出口中心位置插入热电偶测量流体温度，实时监测实验段内流体及壁面状态；所述实验段上设置的引压管19设有绝缘法兰20，避免因与实验段1形成并联回路而被直流电源2加热；所述实验段1能够通过旋转式绝缘法兰22使实验段绕其中心轴线旋转，根据运动形式的不同改变引压管19的方位，减少附加压降的影响。所述的一种六自由度运动条件下多环路自然循环实验装置的实验方法，实验开始前对多环路主循环回路及冷却水系统进行充水检漏、抗压实验，确保回路在大流量及高压状态下无泄漏；实验开始前，开启加压循环泵7与排气阀14，排出多环路主循环回路内气体，保持多环路主循环回路内全部工质为单相水；然后关闭排气阀14，断开加压循环泵7连接，调节稳压器6，使多环路主循环回路的压力为实验目标工况压力；调整套管式冷凝器15的位置与冷却回路的阻力调节阀18，使两个冷却回路的夹角与阻力为实验目标工况；开启冷却水系统时，保持冷却水系统的室内部分和室外部分的闸阀为开启状态，分别开启两部分的循环泵，开启冷却风机12加速冷却塔11内流体冷却；开启电加热系统时，逐步缓慢提升实验段1与预热器4的加热功率，每次升功率保证实验段1壁温升幅不超过15℃，待实验段1壁温与多环路主循环回路流量达到稳定后进行下一次升功率操作，直至实验段1进口流体温度达到实验目标工况温度；开启六自由度运动模拟平台时，保证各伸缩缸的基准经过校正，开启驱动电机电源，进入运动模拟控制系统，升起机械台体至一定高度，为后续各种运动的模拟留足空间裕量，设定实验目标运动工况进行运动模拟。和现有技术相比较：本专利技术具备如下优点：1、本专利技术所述实验系统及方法实现了六自由度运动条件下多环路自然循环特性实验研究，通过六个伸缩缸的伸缩运动可以实现沿任意方向的倾斜，沿x、y、z轴的平本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种六自由度运动条件下多环路自然循环实验装置，其特征在于：包括六自由度运动模拟平台、多环路主循环回路、冷却水系统、电加热系统；/n所述六自由度运动模拟平台由机械台体、驱动系统及控制系统组成；/n所述多环路主循环回路包括蛇形预热器(4)、实验段(1)、加压循环泵(7)、稳压器(6)、电磁流量计(5)、排气阀(14)、两个套管式冷凝器(15)组成，其中蛇形预热器(4)、实验段(1)、加压循环泵(7)通过桁架结构固定于所述六自由度运动模拟平台的机械台体上；桁架结构上固定有圆弧形导轨(17)，两个套管式冷凝器(15)分别固定于圆弧形导轨(17)上，多环路主循环回路的上升段、下降段通过T形三通(16)及软管与两个套管式冷凝器(15)的进出口分别相连，构成多环路主循环回路的两个冷却回路；实验段(1)通过旋转式绝缘法兰(22)连接在多环路主循环回路的上升段中，蛇形预热器(4)、上升段和下降段分别焊接相连，加压循环泵(7)及排气阀(14)与下降段入口处连通，稳压器(6)与蛇形预热器(4)入口段连通，电磁流量计(5)安装于蛇形预热器(4)入口段；/n所述冷却水系统由套管式冷凝器(15)、板式换热器(13)、冷却塔(11)、冷却风机(12)、冷却水箱(10)、循环泵、电磁流量计组成；两个套管式冷凝器(15)的冷却水通道使用不锈钢软管串联，并与板式换热器(13)一次侧相连，构成冷却水系统的室内部分；板式换热器(13)二次侧与冷却水箱(10)、冷却塔(11)连接构成冷却水系统的室外部分，冷却风机(12)安装于冷却塔(11)内部；冷却水系统的室内部分和室外部分分别安装了电磁流量计、闸阀和循环泵；/n所述电加热系统由直流电源(2)、低压功率控制器、变压器(3)组成，直流电源(2)固定于机械台体上台面(8)上，输出恒定功率至实验段(1)，变压器(3)输入端与低压功率控制器连接，输出端与蛇形预热器(4)连接，输出恒定功率至预热器(4)。/n...

【技术特征摘要】
1.一种六自由度运动条件下多环路自然循环实验装置，其特征在于：包括六自由度运动模拟平台、多环路主循环回路、冷却水系统、电加热系统；
所述六自由度运动模拟平台由机械台体、驱动系统及控制系统组成；
所述多环路主循环回路包括蛇形预热器(4)、实验段(1)、加压循环泵(7)、稳压器(6)、电磁流量计(5)、排气阀(14)、两个套管式冷凝器(15)组成，其中蛇形预热器(4)、实验段(1)、加压循环泵(7)通过桁架结构固定于所述六自由度运动模拟平台的机械台体上；桁架结构上固定有圆弧形导轨(17)，两个套管式冷凝器(15)分别固定于圆弧形导轨(17)上，多环路主循环回路的上升段、下降段通过T形三通(16)及软管与两个套管式冷凝器(15)的进出口分别相连，构成多环路主循环回路的两个冷却回路；实验段(1)通过旋转式绝缘法兰(22)连接在多环路主循环回路的上升段中，蛇形预热器(4)、上升段和下降段分别焊接相连，加压循环泵(7)及排气阀(14)与下降段入口处连通，稳压器(6)与蛇形预热器(4)入口段连通，电磁流量计(5)安装于蛇形预热器(4)入口段；
所述冷却水系统由套管式冷凝器(15)、板式换热器(13)、冷却塔(11)、冷却风机(12)、冷却水箱(10)、循环泵、电磁流量计组成；两个套管式冷凝器(15)的冷却水通道使用不锈钢软管串联，并与板式换热器(13)一次侧相连，构成冷却水系统的室内部分；板式换热器(13)二次侧与冷却水箱(10)、冷却塔(11)连接构成冷却水系统的室外部分，冷却风机(12)安装于冷却塔(11)内部；冷却水系统的室内部分和室外部分分别安装了电磁流量计、闸阀和循环泵；
所述电加热系统由直流电源(2)、低压功率控制器、变压器(3)组成，直流电源(2)固定于机械台体上台面(8)上，输出恒定功率至实验段(1)，变压器(3)输入端与低压功率控制器连接，输出端与蛇形预热器(4)连接，输出恒定功率至预热器(4)。


2.根据权利要求1所述的一种六自由度运动条件下多环路自然循环实验装置，其特征在于：所述六自由度运动模拟平台的机械台体包括上台面(8)和下基座(9)，驱动系统包括六个伸缩缸(23)及关节铰链(24)，伸缩缸(23)使用伺服电机驱动，采用并联布置，两端分别通过关节铰链(24)与上台面(8)及下基座(9)相连接；通过六个伸缩缸(23)的伸缩运动实现上台面(8)的六自由度运动。


3.根据权利要求1所述的一种六自由度运动条件下多环路自然循环实验装置，其特征在于：所述冷却水系统的室内部分固定于六自由度运动模拟平台上，通过不锈钢软管与室...

【专利技术属性】
技术研发人员：田文喜，赖志贤，王明军，陈冲，朱志明，章静，秋穗正，苏光辉，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61