[发明专利]一种可视化三段式自然循环工作段

说明书

技术领域

本发明属于机械设备及核能发电领域，具体涉及一种可视化三段式自然循环工作段，可以通过透明的工作段对运行过程中通道内的现象进行观察记录，从而直观的掌握通道内的流动状况。能够在一定工作条件下长期运行，有利于机械设备制造、热工水力方面的研究与应用。

背景技术

自然循环是指由流体内部密度梯度所引起的流体的循环流动，而密度梯度通常是由流体本身的温度场所引起的，因而其运动强度也取决于温度梯度大小。

自然循环在工业上的应用很广泛，在火电厂的锅炉中、第二代核反应堆中、第三代先进核反应堆AP1000中就较多的利用了自然循环的原理。

锅炉是火电机组的重要组成部分，其动态特性直接影响整个机组的平稳运行。锅炉中的循环系统就是自然循环系统，一般将锅炉汽水系统分为下降管、水冷壁、汽包三大部分，这三部分分别对应自然循环系统的下降段、冷凝器及预热段和工作段。而锅炉运行过程中，容易形成汽包壁温差大的情况，较大的温差可以使汽包发生弯曲变形等现象，严重影响汽包的安全运行。因此，在汽包运行过程中，如果能够直观的看到汽包内发生的变化，有利于分析这些变化产生的原因，找出去除或减小这些不利影响因素的方法。

非能动安全先进核电厂AP1000中，在非LOCA事件时，非能动余热排出热交换器将应急排出堆芯余热。该热交换器由一组连接在管板上的C型管束和布置在上部（入口）和底部（出口）的封头组成。热交换器的入口管线与RCS热管段相连接，出口管线与蒸汽发生器的下封头冷腔室相连接，它们与RCS热管段和冷管段组成了一个非能动余热排出的自然循环回路。在这个自然循环回路中，余热排出热交换器相当于自然循环系统中的冷凝器，堆芯则相当于预热段和工作段，堆芯内发生的现象影响着整个反应堆的安全。因此，在堆芯运行过程中，可以通过相关电子设备将堆芯中发生的现象实时的可视化导出，并利用转换设备转换显示在主控室的控制屏幕上，将有助于分析这些现象产生的原因，并及时的针对这些不利因素，提出相关措施，保证反应堆安全稳定运行。

但是自然循环的一些形成机理目前还没有被充分的认识，因此，需要通过建立自然循环实验台架，通过实验的方式来探索更多自然循环的形成机理。但是，目前的实验台架的工作段大部分不是可视的，不能够直观的观察实验过程中的现象，少部分可视化的工作段都是单段式的，而且其中的大部分只能通过工作段上的小孔观察工作段内发生的现象，导致能观察到的实验现象很少，不足以充分说明自然循环过程中的一些机理。

大部分自然循环工作段经过多次反复实验，或在工程中应用时间过长都会出现工作压力逐渐下降，密封性能逐渐降低的现象，对测试结果和工作人员的安全会造成不可预知的影响。因此，有必要设计一种更安全、密封性能更好的可视化自然循环工作段。

发明内容

本发明提供了一种可视化三段式自然循环工作段，工作段可视化部分分为三段，所述三段式自然循环工作段通道中，有一个面是不锈钢加热背板，其余三面均为耐高温透明石英玻璃。

工作段在系统中竖直放置，工作段下端与预热段相连，工作段上端与冷凝器相连，工质水从下端入口进入加热段后，通过加热段的观测之后由上端口流出加热段。

工作段内部可以加工成各种通道；通道有一个面是不锈钢加热背板，其余三面均为透明石英玻璃，在工作过程中通过高速摄像仪记录可视化工作段内的流动现象。

所述可视化三段式自然循环工作段的整个工作段长度为120mm-1500mm，采用三段可视玻璃进行密封安装，中间过渡段采用下埋通道的方式进行连接。三段玻璃每段长度范围为50mm-500mm，有效观察窗为30mm-480mm，则整个可视段长度范围为90mm-1440mm，耐高温透明石英玻璃为中间带槽结构。

所述可视化三段式自然循环工作段加热功率可根据实际需求设定，工作段采用低电压高电流加热板进行加热。在背面钢板上打小孔安装热电偶，共两排，每排10个，用以记录加热板壁面上不同点的温度变化。

可视化工作段上设有温控装置，当加热板壁面温升超过15℃/s时，系统将会自动切断电源，停止加热以保护加热段。

所述可视化三段式自然循环工作段工作压力范围为0.1MPa-4.4MPa，温度范围为0℃-350℃。整个工作段包裹以珍珠岩材料，用来保温。可视化工作段通过在螺栓上包裹绝缘材料实现与其他管路的电绝缘。

本发明的有益效果为：