用于风门性能测试的试验台及测试方法与流程

本发明的实施例涉及热交换设备的风门使用性能测试，具体涉及一种用于风门性能测试的试验台及测试方法。
背景技术：
：钠-空气热交换器是反应堆事故余热排出系统的主要设备之一，其作用是将事故余热排出系统中间回路钠的热量传递给空气，由空气带走堆芯余热。通常，钠-空气热交换器设置有进、出口风门，用于控制空气介质流通，其中，钠介质在管路中自上而下流动，空气自下而上流动，两种介质形成逆向对流循环，从而实现堆芯余热排出。钠-空气热交换器的进、出口风门是保证空气换热的重要结构之一，因而其使用可靠性需要满足一定要求。通常情况下，在进、出口风门正常投入使用前，需要在一定条件下测试其性能，例如其对温度等因素的适应，以及操作灵活性等性能，以便能够提高风门在热交换器实际使用过程中的安全性和可靠性。技术实现要素：为了解决上述技术问题中的至少一个方面，本发明的实施例提供了一种用于风门性能测试的试验台及测试方法，试验台用于模拟热交换器在实际使用过程中的环境，为风门测试提供试验环境；测试方法则通过在试验环境下对风门实施开启或关闭来测试风门的使用情况；其中，试验台的设计结构简单，能够满足模拟实际环境的需求，进一步通过测试方法进行测试，以提高风门使用的安全性和可靠性。根据本发明的一个方面，提供一种用于对待测风门进行测试的试验台，包括：腔体，设置成提供试验空间；气流口，设置在所述腔体的一端，用于控制所述腔体内空气流通；加热器，设置在所述腔体内部，用于对所述腔体内的空气进行加热；搅拌器，相对所述加热器的四周布置，用于使所述腔体内空气形成对流，并使腔体内温度均匀；以及传感器，设置在所述腔体内，用于测量所述腔体内环境参数；其中，当所述试验台的腔体内形成一定温度和压力条件时，进行待测风门的性能测试；所述待测风门设置在所述腔体的内部并临近所述加热器布置。进一步地，试验台还包括：导流板，设置在靠近所述气流口的腔体的一端，用于对腔体内空气流动进行导流；摄像头，设置在远离所述气流口的腔体的另一端，用于实时监测待测风门的状态；保温层，设置在所述腔体的外壁，用于隔热保温；泄压阀，设置在所述腔体上，用于调控腔体内压力参数。进一步地，加热器具有自动启停的功能，当所述腔体内温度高于设定值时，所述加热器自动关闭；当所述腔体内温度低于设定值时，所述加热器自动启动；所述设定值根据热交换器处于备用工况或保温工况时的温度进行设置。根据本发明的另外一个方面，提供一种风门性能测试方法，包括如下步骤：s1将待测风门放置入上述的试验台内；s2对试验台进行备用工况或保温工况环境模拟；s3对待测风门的挡板的转动情况进行测试。进一步地，s2步骤还包括：s21开启加热器和搅拌器，对腔体内的气体进行加热并使气体形成对流，当腔体内具有第一温度和第一压力时，所述试验台处于备用工况；s22当腔体内具有第二温度和第二压力时，所述试验台处于保温工况。进一步地，s3步骤还包括：s31当所述试验台处于备用工况时，连续开启和关闭所述待测风门，并记录待测风门开启和关闭的时间；s32当所述试验台处于保温工况时，连续开启和关闭所述待测风门，并记录待测风门开启和关闭的时间。进一步地，s31步骤还包括：对待测风门的执行机构进行电动控制，连续开启和关闭所述待测风门，并记录待测风门开启和关闭的时间；对待测风门的执行机构进行手动控制，连续开启和关闭所述待测风门，并记录待测风门开启和关闭的时间。进一步地，s32步骤还包括：对待测风门的执行机构进行电动控制，连续开启和关闭所述待测风门，并记录待测风门开启和关闭的时间；对待测风门的执行机构进行手动控制，连续开启和关闭所述待测风门，并记录待测风门开启和关闭的时间。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果中的至少一个：(1)本发明试验台，其结构设计简单，控制方式灵活，为风门测试创造了高效的模拟环境，有利于提高测试的精确性把控；(2)本发明风门性能测试方法，通过对实际使用环境进行模拟，有利于提高试验结果的可信度，提高测试的精确度；同时地，根据测试结果，能够清楚地了解风门在使用过程中存在的缺陷，以便根据测试结果对风门的结构设计等进行完善或改进，从而提高其使用安全性和可靠性。附图说明通过下文中参照附图对本发明所作的描述，本发明的其它目的和优点将显而易见，并可帮助对本发明有全面的理解。图1为根据本发明示例性实施例的用于测试进口风门的试验台结构简图；以及图2为根据本发明示例性实施例的用于测试出口风门的试验台结构简图。需要说明的是，附图并不一定按比例来绘制，而是仅以不影响读者理解的示意性方式示出。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一个实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。在实际应用中，钠-空气热交换器的风门设置，例如可以将进口风门设置成单段式，出口风门设置成双段式。风门的结构例如可以包括框架、传动轴、挡板和执行机构；其中，挡板能够相对于传动轴转动，并且能够在0～90°的范围内固定；执行机构具有电动和手动两种功能。当对风门进行开启或关闭操作时，可以通过电动和手动两种方式实现。当采用手动方式执行时，可以通过操作执行机构上的手轮来控制传动轴从而使得挡板转动进行开启或关闭；当采用电动方式执行时，可以采用遥控设备对执行机构附带的轴位置信号装置进行控制，从而控制传动轴使得挡板转动进行开启或关闭；无论是采用手动还是电动方式，都能够通过风门开度调节装置使得风门在0～90°范围内任一角度停驻，实现灵活控制。将执行机构设置成具有电动和手动两种功能，当供电系统中断时，可通过手动调节风门开合，而在电动情况下，能够实现远距离控制风门开合，有效提高了风门操作的可靠性和灵活性。风门的挡板通常具有保温结构，能够保证风门的保温和密封性良好。本发明实施方式的试验台能够对钠-空气热交换器的实际使用环境进行模拟，从而提高风门测试的精确性。通常情况下，钠-空气热交换器使用环境条件包括备用工况和保温工况，备用工况即当反应堆正常运行时(满功率运行或提升功率过程中)，钠-空气热交换器所处的状态，此状态下，通过调节进、出口风门的开启角度，从而实现一定需求的换热；保温工况即当反应堆处于停堆状态时，钠-空气热交换器所处的状态，此状态下，进、出口风门处于关闭状态。另外，冷却工况属于备用工况的一个特殊情况，即在失厂外电、所有蒸汽发生器给水中断、地震等事故工况下，当反应堆余热无法通过主热传输系统正常排出时，反应堆保护系统自动触发进、出口风门全部打开以实现换热；如果自动触发失败，则由操纵人员手动触发进、出口风门全部打开。表1为钠-空气热交换器处于额定备用工况时对应的各条件参数；根据实际运行条件能够为风门测试的模拟环境提供参考；其中，设计温度和设计压力，即为试验台能够承受的最高温度和压力值。表1钠-空气热交换器技术参数表(额定备用工况)名称单位数值换热功率mw0.75钠侧进口温度℃520钠侧出口温度℃458空气侧进口温度℃50空气侧出口温度℃507设计温度℃580设计压力mpa1.0长期运行，运行时间年40反应堆冷、热停堆次数(启停次数)次500参考图1，根据本发明实施方式的用于对待测风门进行测试的试验台，包括：腔体11，设置成提供试验空间；气流口12，设置在腔体11的一端，用于控制腔体内空气流通；加热器13，设置在腔体11内部，用于对腔体内的空气进行加热；搅拌器14，相对加热器13的四周布置，用于使腔体内空气形成对流，并使腔体内温度均匀；以及传感器15，设置在腔体11内，用于测量腔体内环境参数；其中，当试验台的腔体内形成一定温度和压力条件时，进行待测风门的性能测试；待测风门设置在腔体11的内部并临近加热器13布置。进一步地，试验台还包括：导流板(图中未示出)，设置在靠近气流口12的腔体的一端，用于对腔体内空气流动进行导流；摄像头16，设置在远离气流口12的腔体的另一端，用于实时监测待测风门的状态；保温层17，设置在腔体11的外壁，用于隔热保温；泄压阀18，设置在腔体11上，用于调控腔体内压力参数。参考图1，根据本发明的一个实施例的用于对待测进口风门进行测试的试验台100，包括：腔体11，该腔体11能够为风门性能测试提供试验环境，即模拟风门在钠-空气热交换器实际使用时所处的环境；该腔体11的外壁上设有保温层17，用于对试验环境进行隔热保温，减小腔体内的温度损失；在腔体11的一端设有气流口12，试验开始前，通过控制该气流口的开度来控制腔体内的空气流通；而在整个试验过程中，气流口12完全关闭，以使试验台的腔体内形成密封空间；基于钠-空气热交换器在实际使用过程中，其管路间具有较高的温度，为了模拟这一条件，在腔体11的内部设有加热器13，用来对腔体内的空气介质进行加热(因为在实际情况中，钠-空气热交换器通过空气介质流动来带走热钠的热量)，而在加热的同时，为了保证空气流动能够形成对流，在加热器13的四周布置搅拌器14，搅拌的同时还能够实现均匀加热，提高加热效率；对于搅拌器14的数量和位置设置，如图1所示，可以在腔体11的两端相对加热器13的四周布置，如本实施例设有4个搅拌器，可以理解的是，搅拌器的数量和位置分布也可以根据实际需要来设置；为了进一步加强腔体11内空气的对流效果，可以在靠近气流口12的腔体的一端设置导流板(图中未示出)，从而与搅拌器14配合使用。进一步地，当试验台100模拟实际工况环境时，腔体11内需要具备一定的温度和压力条件，因而对温度和压力的控制至关重要；腔体11内设置了温度传感器1501和压力传感器1502，能够实时测量环境参数从而及时调整，保证试验台模拟的精确性；待测进口风门设置在如图1中f1所示的位置，例如可以采用螺栓对待测风门进行固定安装，以便其在测试过程中能够稳定；腔体11内的温度需要严格控制，因而可以在待测风门的四周布置多个温度传感器1501，或者在腔体11内根据需要均匀布置多个温度传感器，在对温度进行测量时，例如可以采用多个测量数值取其平均值的方式；同时地，为了保证良好的保温效果，待测风门自身的结构具有一定的保温层(风门的挡板通常采用双层挡板的结构，在两层挡板之间填充保温材料)，且腔体11内设有待测风门所在位置的现场保温，即开始试验前，将待测风门所固定区域的腔体的外壁上设置保温层，从而进一步加强保温效果；待测风门上设有执行机构轴温探测装置z，用于对执行机构的轴温以及设置于执行机构上的电机的温度进行测量；进一步地，对于腔体11内压力因素的控制，通过压力传感器1502进行实时测量，同时使用泄压阀18来调控所需要达到的压力范围；如图1所示，本实施例设置2个压力传感器1502，位于加热器13和待测进口风门位置之间，当然，可以理解的是，压力传感器的数量和位置设置可以根据实际需要进行布置；泄压阀18靠近压力传感器1502设置；进一步地，在远离气流口12的腔体的另一端设有摄像头16，用于实时监测待测风门的状态，以便观察和记录待测风门的使用情况。参考图2，根据本发明的另外一个实施例的用于对待测出口风门进行测试的试验台200，包括：支架21，用来固定支撑试验台200，腔体22，气流口23，导流板(图中未示出)，加热器24，搅拌器25，温度传感器2601，压力传感器2602，摄像头27，保温层28和泄压阀29；其中，试验台200的各部分结构设置与试验台100具有相同的作用；待测出口风门设置在如图2中f2所示的位置，待测出口风门上设有执行机构轴温探测装置z，由于出口风门为双段式结构，其分别控制上、下两段挡板的执行机构上均设置轴温探测装置z。其中，试验台100与试验台200的方位设置不同；用于测试进口风门的试验台100为水平布置，相应地，待测进口风门在试验台100内也为水平放置；用于测试出口风门的试验台200为垂直布置，相应地，待测出口风门在试验台200内也为垂直放置；这是因为，在实际应用中，进口风门在热交换器中为水平布置，出口风门在热交换器中为垂直布置，为了提高模拟准确性，对试验台100、进口风门以及试验台200、出口风门的布置方位需要与实际使用状态中保持一致。参考图1或图2，进一步地，为了灵活控制腔体内的温度变化，加热器13或加热器24具有自动启停的功能，当腔体内温度高于设定值时，加热器13或24自动关闭；当腔体内温度低于设定值时，加热器13或24自动启动；其中，设定值根据热交换器处于备用工况或保温工况时的温度进行设置。加热器根据腔体内的温度测量和设定值进行比较，自动进行加热或停止加热，能够实现灵活控制温度，同时避免出现腔体内温度过高时对待测风门的结构造成影响。上述用于测试风门性能的试验台，其结构设计简单，控制方式灵活，为风门测试创造了高效的模拟环境，有利于提高测试的精确性把控。根据本发明的实施方式，还提供风门性能测试方法，包括如下步骤：s1将待测风门放置入上述实施方式的试验台内；s2对试验台进行备用工况或保温工况环境模拟；s3对待测风门的挡板的转动情况进行测试。其中，s1步骤中，当对进口风门进行测试时，试验前，将待测进口风门放置如图1中f1所示的位置，并进行固定；具体操作为：将待测进口风门水平放置，即进口风门的挡板处于关闭状态(即风门开度为0°)，挡板与框架整体相对于地面垂直，挡板朝向试验台的气流口；然后用螺栓等对进口风门的框架进行固定，能够确保进口风门在整个试验过程中稳定保持；测试过程中，进口风门的挡板进行转动在0～90°的范围内开合，进口风门的框架始终保持稳定不动。对于出口风门，可以将待测出口风门放置如图2中f2所示的位置，并进行固定；具体操作为：将待测出口风门垂直放置，即出口风门的挡板处于关闭状态(即风门开度为0°)，挡板与框架整体相对于地面平行，挡板朝向试验台的气流口；然后用螺栓等对出口风门的框架进行固定，能够确保出口风门在整个试验过程中稳定保持；测试过程中，出口风门的挡板进行转动在0～90°的范围内开合，出口风门的框架始终保持稳定不动。由于出口风门采用双段挡板式结构，测试前，将其上、下两段挡板均关闭再进行放置，测试过程中，可以单独控制其中一段挡板转动或者同时控制两段挡板均转动。s2步骤中，对试验台进行备用工况或保温工况环境模拟的步骤包括：s21开启加热器和搅拌器，对腔体内的气体进行加热并使气体形成对流，当腔体内具有第一温度和第一压力时，试验台处于备用工况；s22当腔体内具有第二温度和第二压力时，试验台处于保温工况。其中，初始状态下，腔体内温度为常温，由于钠-空气热交换器在实际使用时内部具有较高的温度，因而需开启加热器对腔体进行加热，并同时开启搅拌器，保证均匀加热；随着不断加热，当腔体内温度和压力达到设定值时，可以停止加热而进行保温，从而保持测试环境的温度稳定；根据不同的工况控制不同的温度和压力范围。进一步地，s3步骤包括：s31当试验台处于备用工况时，连续开启和关闭待测风门，并记录待测风门开启和关闭的时间；s32当试验台处于保温工况时，连续开启和关闭待测风门，并记录待测风门开启和关闭的时间。其中，基于风门的执行机构具有电动和手动执行两种模式，对风门的开启和关闭可以采用电动执行或手动执行操作；由此，s31步骤可以包括：对待测风门的执行机构进行电动控制，连续开启和关闭待测风门，并记录待测风门开启和关闭的时间；对待测风门的执行机构进行手动控制，连续开启和关闭待测风门，并记录待测风门开启和关闭的时间。s32步骤可以包括：对待测风门的执行机构进行电动控制，连续开启和关闭待测风门，并记录待测风门开启和关闭的时间；对待测风门的执行机构进行手动控制，连续开启和关闭待测风门，并记录待测风门开启和关闭的时间。其中，待测风门的执行机构沿传动轴所在的轴线延伸出试验台的腔体外部，该执行机构具有手轮，当需要手动控制执行机构时，操作人员转动手轮即可控制执行机构，从而使待测风门的挡板进行转动。根据本发明的一个实施例，对进口风门性能的测试方法，包括如下步骤：(1)将待测进口风门放置入如图1所示的试验台100内；具体放置入图1中f1处位置，并进行固定；具体操作为：将待测进口风门水平放置，即进口风门的挡板处于关闭状态(即风门开度为0°)，挡板与框架整体相对于地面垂直，挡板朝向试验台的气流口；然后用螺栓等对进口风门的框架进行固定，能够确保进口风门在整个试验过程中稳定保持；测试过程中，进口风门的挡板进行转动在0～90°的范围内开合，进口风门的框架始终保持稳定不动；保证待测进口风门在整个测试过程中，其挡板在转动过程中，风门能够稳定直立；(2)关闭气流口12，使试验台100内形成密闭环境；开启加热器13，对腔体11内的空气介质进行持续加热，并同时保证搅拌器14持续搅拌，在导流板的共同作用下，使腔体内气体形成对流并使各处温度均匀；根据钠-空气热交换器处于备用工况时的条件参数，例如设定第一温度为520℃，第一压力为常压0.1mpa，在加热器13加热的过程中，利用温度传感器1501和压力传感器1502进行实时测量，当测量温度高于设定值时，加热器13执行自动关闭功能，完成加热，当测量温度低于设定值时，加热器13持续加热；同时通过控制泄压阀18调控压力范围；(3)当试验台100处于备用工况环境时，测试进口风门的使用情况；a电动执行模式：通过操作远程遥控设备等，使执行机构接收指示信号并控制挡板进行转动。初始状态时，待测进口风门的挡板为闭合状态(即风门开度为0°)，测试开始后，操作执行机构使得挡板相对于传动轴在0～90°的行程内实施开启和关闭；在相同的操作条件下，连续开启和关闭待测进口风门，分别记录待测进口风门从0°至90°开启以及从90°至0°关闭所需的时间；开启和关闭分别重复测试10次，并记录时间；测试过程中，通过摄像头16实时监测待测进口风门的挡板转动情况，记录有无卡顿现象；表2为待测进口风门在备用工况下的连续运转时间记录，从多次测量结果可以看到，进口风门在较高的温度(520℃)下能够灵活地连续运转，无卡顿现象，具有较高的使用可靠性；表2备用工况下进口风门启闭时间(电动执行模式)(4)使试验台100腔体内进行降温，当温度从520℃降至220℃～250℃范围时，使腔体内维持保温状态(实际情况中，当反应堆处于冷停堆时，为防止换热管中钠发生凝结(钠的熔点97.81℃)，热交换器需要处于电加热的保温状态)；例如设定第二温度为250℃，第二压力为常压0.1mpa，此时，试验台处于保温工况条件；当试验台100处于保温工况环境时，测试进口风门的使用情况；a电动执行模式：初始状态时，待测进口风门的挡板为闭合状态(即风门开度为0°)，测试开始后，操作执行机构使得挡板相对于传动轴在0～90°的行程内实施开启和关闭；在相同的操作条件下，连续开启和关闭待测进口风门，分别记录待测进口风门从0°至90°开启以及从90°至0°关闭所需的时间；开启和关闭分别重复测试10次，并记录时间；测试过程中，通过摄像头16实时监测待测进口风门的挡板转动情况，记录有无卡顿现象；表3为待测进口风门在保温工况下的连续运转时间记录，比较表2和表3，可以看到，从备用工况过渡到保温工况，即从较高的温度降温后，进口风门仍能够保持良好的运转情况，这表明进口风门具备承受温度变化的能力，具有较强的适应性，能够在不同工况下正常连续运转，因而具有较高的使用可靠性；另外，当测试完毕，试验台腔体内温度降至常温时，检查风门的结构，观察其是否发生明显的热膨胀变形等，并根据测试的全过程，考察温度等因素对风门结构产生的影响，判断风门的结构设计是否存在缺陷，能否满足实际需求，从而根据反馈结果，对风门的结构进行调整或改进；表3保温工况下进口风门启闭时间(电动执行模式)(5)当采用手动执行控制待测进口风门时，其测试结果如下(方法同上，仅改变风门挡板的执行模式)：b手动执行模式：通过转动伸出试验台腔体外的执行机构的手轮进行操作。开启和关闭分别重复测试次数为5次。表4为待测进口风门在备用工况下的连续运转时间记录；表5为待测进口风门在保温工况下的连续运转时间记录；表4备用工况下进口风门启闭时间(手动执行模式)表5保温工况下进口风门启闭时间(手动执行模式)从表4和表5可以看出，采用手动执行模式时，进口风门的开启和关闭更易于控制，相比电动执行模式，其开启和关闭所需的时间缩短；因此，即使在进口风门的执行机构的电动结构出现故障时，仍能够采用手动操作进行控制，进一步保障了风门的使用安全和可靠性。根据本发明的另外一个实施例，对出口风门的使用性能进行测试，其测试方法基本同上述进口风门，不同之处为出口风门采用双段挡板式结构，因而对上、下两段挡板的转动情况分别进行测试。对出口风门的测试结果如下表6、表7、表8和表9所示。表6备用工况下出口风门启闭时间(电动执行模式)表7保温工况下出口风门启闭时间(电动执行模式)表8备用工况下出口风门启闭时间(手动执行模式)表9保温工况下出口风门启闭时间(手动执行模式)从表6-9所记录的时间可以看到，无论采用电动执行模式还是手动执行模式，出口风门的上、下两段挡板均能够连续、平稳运转，具有较高的操作灵活性；同时地，将进门风门的单个挡板开启或关闭的时间与出口风门的上挡板(或下挡板)开启或关闭的时间进行比较发现，前者所需时间较短，这是因为在热交换器实际使用过程中，需要控制空气介质快速进入管路与钠进行热交换，而换热操作需要在一定时间内进行，其出口风门的开启不能马上进行，而是等待换热完成，再控制出口风门打开，使热空气排出，因此，进口风门打开的时间控制在较短的时间内完成。另外地，在对上述待测风门采用电动执行模式进行操作时，用于控制风门运行的电机的设置需要同时考虑；实际情况中，在不影响换热系统实施换热的情况下，需要保证风门电机的运行环境温度为低于60℃，因而电机的设置应当与风门所处位置具有一定的距离；根据本发明实施方式的电机，设置在执行机构的末端，同时地，设置在执行机构上的轴温探测装置能够测量执行机构所在轴的温度以及电机的温度，例如可以采用红外测温仪测量电机的温度。在上述测试过程中，对处于不同工况试验条件下，电机所处的温度进行测量，结果表明，其温度测量值为25℃左右，能够满足风门电机的运行环境温度为低于60℃，因而符合实际应用需求。另外，执行机构的温度测试情况也低于60℃，不影响操作人员对其进行手动执行操作。根据本发明实施例的风门性能测试方法，在不同工况条件下，采用不同控制方式操作风门挡板进行转动，考察温度、压力等环境因素对风门结构以及运转情况的影响，一方面通过模拟实际使用环境提高试验结果的可信度，另一方面通过测试以获知风门的设计是否符合要求，例如对不同环境的适应性，使用安全性等；同时地，根据测试结果，能够对风门在实际使用之前提出完善或改进措施，例如针对其适应性较差提出采用耐环境能力强的结构、材料或工艺等，从而提高风门产品的质量使其满足实际使用需求，由此来提高风门在实际使用过程中的可靠度，从而提高其所处系统的整体工作效率和使用效果。对于本发明的实施例，还需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。当前第1页1 2 3