一种核电金属保温层传热性能试验装置的制作方法

本发明涉及核电保温设备试验技术领域，具体涉及一种核电金属保温层传热性能试验装置。

背景技术：

目前，国内自主研制和设计的第三代核电站主设备保温层全部采用金属保温层，而我国尚缺乏测量金属保温层结构热性能数据的试验装置，也没有金属保温层系统热性能试验数据，其发明主要目的是测定不同厚度金属保温层样块在模拟实际运行条件下保温层外表温度和热流密度。

金属反射保温块由多层金属箔片保持一定间隙重叠，组成多层气隙的保温结构。该结构存在着复杂的导热、对流和辐射热传递过程，并受环境温度、风速因素影响很大。要测得实际工况下金属保温层综合导热性能和热流密度就必须有能模拟出实际工况下环境温度、风速的机械组件。机械组件模拟环境工况越真实于实际运行工况，测量的金属保温层热性能数据越准确。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种核电金属保温层传热性能试验装置，其解决了现有的传热试验装置无法满足金属保温层试验件综合传热性能的测试问题。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种核电金属保温层传热性能试验装置，所述装置包括可移动框架、环形腔、换热管、软管、冷水机和风机，所述环形腔安装在可移动框架上，环形腔包括循环连通的左腔室和右腔室，所述换热管安装在环形腔的左腔室内，且换热管通过软管连接冷水机，所述风机安装在环形腔的右腔室内，且风机的出风口朝下，所述环形腔的左腔室左侧为开口，用于将核电金属保温层冷面封堵在开口处。

进一步改进在于，所述环形腔由内壳钢板和内壳钢板拼装组成，且在外壳钢板的内表面粘贴有隔热橡胶海棉。

进一步改进在于，所述环形腔的左腔室右侧通过圆柱凸台安装有散热网，所述散热网罩在换热管左侧。

进一步改进在于，所述环形腔的左腔室内还设有若干个风速仪以及铠装热电偶，所述风速仪和铠装热电偶在散热网的左侧间隔安装。

进一步改进在于，所述装置还包括控制器，所述控制器的信号输入端与风速仪和铠装热电偶的信号输出端连接，控制器的信号输出端与冷水机和风机的控制端连接。

进一步改进在于，所述环形腔的外部设有锁紧机构，用于将核电金属保温层冷面封堵在开口处时对核电金属保温层进行锁紧固定。

进一步改进在于，所述换热管采用蛇形铜质换热管。

进一步改进在于，所述风机采用变频可调速轴流风机，且风机有水平间隔安装的三个。

进一步改进在于，所述环形腔的左腔室和右腔室均为直线型结构，用于连通左腔室和右腔室的顶部和底部通道均为弧线型结构。

进一步改进在于，所述可移动框架的底部设有若干个滚轮。

本发明的有益效果在于：该试验装置可模拟反应堆压力容器实际工况环境条件下，金属保温层外壁与反应堆压力容器堆坑壁之间的空气流动速度和温度环境，且模拟环境与实际环境一致度极高，使得综合传热试验测得的热性能数据十分精确；另外，该试验装置还具有组装方便、自动化调节、效率高、灵活性好等优点。

附图说明

图1为本发明主体架构剖面示意图；

图2为本发明的侧面示意图；

图3为控制器的控制原理图；

图中：1、可移动框架；2、环形腔；201、内壳钢板；202、外壳钢板；3、换热管；4、软管；5、冷水机；6、风机；7、隔热橡胶海棉；8、散热网；9、风速仪；10、铠装热电偶；11、控制器；12、锁紧机构；13、滚轮；100、保温层试验件。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。

本发明的描述中需要说明的是术语“左腔室”、“右腔室”、“左侧”、“右侧”等指示的位置关系是基于说明书附图1所示的位置关系。

结合图1至图3所示，一种核电金属保温层传热性能试验装置，装置包括可移动框架1、环形腔2、换热管3、软管4、冷水机5和风机6，环形腔2安装在可移动框架1上，环形腔2包括循环连通的左腔室和右腔室，换热管3安装在环形腔2的左腔室内，且换热管3通过软管4连接冷水机5，风机6安装在环形腔2的右腔室内，且风机5的出风口朝下，环形腔2的左腔室左侧为开口，用于将核电金属保温层试验件冷面封堵在开口处。

本发明中，风机6采用变频可调速轴流风机，且风机6有水平间隔安装的三个，风机6的出风口均朝下，启动时使得环形腔2内空气气体的流动方向为右腔室从上向下流动、左腔室从下向上流动，并通过上、下部连通通道形成循环流动气流；同时，可以满足环形腔2截面风速大小一样，减小环形腔2内气体涡流现象，最重要是保证左腔室试验件竖直面区域截面气体风速大小一样，按试验要求调整掠过试验件冷面的风速。

本发明中，冷水机5采用工业冷水机，其功能是调节输出水温，通过连接软管4输送到换热管3内、再回流到冷水机5水槽里，调节流过换热管3水温，控制掠过核电金属保温层试验样件冷面的通风温度，冷水机5的水温可调范围为3-80℃。

本发明中，软管4有两根，一根连接在冷水机5出水口与换热管3入水口之间，另一根连接在换热管3出水口与冷水机5入水口之间。由于试验装置需要左右移动而冷水机5是固定不动的，因此软管4可以方便随试验装置移动。

本发明中，换热管3采用蛇形铜质换热管，换热管3安装在左腔室开口对立面板壁上，壁上设计有卡扣用以固定换热管3。换热管3内流动介质水的热量传递到铜管表面，换热管3增大了热交换面积，使得换热管3产生的热量快速向左型腔环境释放。

本发明中，环形腔2由内壳钢板201和外壳钢板202拼装组成，钢板厚度大约在3mm，且在外壳钢板202的内表面粘贴有隔热橡胶海棉7，隔热橡胶海棉7能够阻隔环形腔2内空气温度与外部环境的热交换。

本发明中，环形腔2的左腔室右侧通过圆柱凸台安装有散热网8，散热网8罩在换热管3左侧，散热网8采用铝合金材料，散热网8可以把换热管3传递的热量更快速、更均布的向环形腔2空气散发。

本发明中，环形腔2的左腔室内还设有若干个风速仪9以及铠装热电偶10，风速仪9和铠装热电偶10在散热网8的左侧间隔安装。具体的为：在左腔室空气流动的入、出口分别水平布置了三个等间距的风速仪9，以测量试验样件冷面底部和顶部的入口风速和出口风速，根据测得的风速与目标值风速相比较，调整风机6的频率值改变风机6转速，进入稳态后使得测得的风速与目标值风速相一致，达到试验组态要求的风速；同时，在左腔室空气流动的入、出口风速测量点的轴向高度范围内竖直等间距设置三层风温测点，且每层分别水平布置了三个等间距的铠装热电偶10，用以测量试验样件冷面(左腔室)底部、中部、顶部的风温，根据测得的风温与目标值风温比较，调整冷水机5的水温值，进入稳态后使得测得的风温与目标值风温相一致，达到试验组态要求的风温。

本发明中，装置还包括控制器11，控制器11的信号输入端与风速仪9和铠装热电偶10的信号输出端连接，控制器11的信号输出端与冷水机5和风机6的控制端连接。在试验前，可对控制器11进行参数设置，设置要求的风温以及风速标准值，试验时控制器11获取风速仪9和铠装热电偶10测量的数据，并将测量数据与预设的标准值进行比较，若测量数据高于标准值则控制冷水机5降低水温或控制风机6降低转速，若测量数据低于标准值则控制冷水机5提升水温或控制风机6提升转速，直到测量数据与标准值一致。通过该方式，实现了风温和风速的自动化调节，准确度以及效率明显提升。

本发明中，环形腔2的外部设有锁紧机构12，用于将核电金属保温层试验件冷面封堵在开口处时对核电金属保温层进行锁紧固定，确保试验件完全将开口堵住，形成密封的循环通道。

本发明中，环形腔2的左腔室和右腔室均为直线型结构，用于连通左腔室和右腔室的顶部和底部通道均为弧线型结构，该环形腔2可降低气体在流动时的能量损耗，节省电能，且能更加真实的模拟反应堆压力容器实际工况。

本发明中，可移动框架1的底部设有若干个滚轮13，便于装置的左右移动。

试验具体实施步骤如下：先将金属保温层试验件100安装在试验主机上，并将试验主机旋转竖直状态，再将本发明试验装置移动至竖直状态的保温层试验件100冷面侧边，使保温层试验件100冷面封挡住环形腔2的左腔室开口，再将试验主机与本发明试验装置用螺栓锁紧机构12连接锁紧，使本发明试验装置内部形成封闭的循环通道。按照金属保温层试验件100综合试验要求的通风风速和风温设定控制器11，并通过控制器11自动调节风机6风速和工业冷水机5出口水温温度，直到风速和风温达到试验标准值，并进入稳定状态，此时模拟出了反应堆压力容器实际工况环境条件下，金属保温层外壁与反应堆压力容器堆坑壁之间的空气流动速度和温度，金属保温层试验件100综合热性能测量试验开始，并按astmc1061标准要求完成试验，通过试验主机收集试验数据。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。