船用反应堆稳压器晃荡现象抑制装置.docx

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1、船用反应堆稳压器晃荡现象抑制装置丁聪I褚嘉贺2,贾世丰31 .哈尔滨工程大学，黑龙江省哈尔滨市150(XX);2,哈尔滨工程大学，黑龙江省哈尔滨市150000;3.哈尔滨工程大学，黑龙江省哈尔滨市150000摘要：核能是我国建设海洋强国所依靠的重要能源，而稳压器作为反应堆一回路压力安全系统的核心设备，在反应堆各种正常运行或者事故情况下，对一回路冷却剂压具有调节、控制和保护的重要作用。然而船用反应堆在运行时常常受到风浪、潮汐、海啸等的影响，引起稳压器内出现严重的水跃，造成液舱晃荡现象，继而会引起电加热棒的裸露或喷淋管嘴的淹没，威胁设备运行可靠性；导致水装量测量出现较大误差，对水位以至于一回路压力

2、控制造成威胁；强烈的水跃会冲击内构件及壁面测量设备，对其安全性及可靠性造成威胁。最终会导致一回路压力安全性降低、核动力装置可靠性降低、反应堆系统的总效率降低、整个舰船或的经济性和安全性降低。为了抑制水跃现象的发生，提高船用核动力系统的安全性、经济性与恶劣工况下运行的能力，我们结合一体化反应堆内置稳压器的结构特点，设计出抑制水跃现象的环形抑制板，参考了多种抑制晃荡或水跃的装置，利用CFD软件进行模拟验证效果，随后结合水跃特点对抑制装置进行改进，最终设计出一系列的水跃抑制器。水跃抑制器采用模块化设计，以轻质环形隔板为主体，将水跃波的动能与位能之间的转换，转化为液体内部紊流耗散，装置运行完全非能动，

3、设计简单，成本较低，且安装和维修简便，即使损坏也可起到较强的抑制作用，适用性和拓展性强。另外，该类装置在地震工况、航行工况、飞行工况下的反应堆内拥有自由液面的容器、货船的液货舱、农用飞机的载水箱等等载液容器，均可合理改装并应用。关键词：海上核动力；液舱晃荡；抑制水跃；非能动MarineReactorStabi1izerOsci11ationSuppressionDeviceDingCong,ChuJiahe2*JiaShifeng31. HarbinEngineeringUniversity;Harbin,Hci1ongjiangProvince150000；2.HarbinEngineeri

4、ngUniversity;Harbin,Hci1ongjiangProvince150000j3.HarbinEngineeringUniversity;Harbin,Hei1ongjiangProvince150000Abstract：Nuc1earenergyisanimportantenergysourcethatChinare1iesontobui1dastrongoceanstate,andthepressureregu1ator,asthecoreequipmentofthereactorfirst-1ooppressuresafetysystem,hasanimportantro

5、1einregu1ating,contro11ingandprotectingthefirst-1oopcoo1antpressureundervariousnorma1operationoraccidentconditionsofthereactor.However,marinereactorsareoftenaffectedbywind,tide,tsunami,etc.,causingseriouswater1eapintheregu1ator,resu1tingin1iquidtankshakingphenomenon,andthenwi11causetheexposureofe1ec

6、tricheatingrodsorspraynozz1ef1ooding,threateningthere1iabi1ityofequipmentoperation;resu1tingina1argeerrorinthemeasurementofwater1oading,thethreattothewater1eve1andeventhefirstcircuitpressurecontro1;strongwater1eapwi11impacttheinterna1componentsandwa11measurementEquipment,itssafetyandre1iabi1itythrea

7、tened.U1timate1y,thiswi111eadtoareductioninthesafetyofthefirst-1ooppressure,areductioninthere1iabi1ityofthenuc1earpowerp1ant,areductionintheovera11efficiencyofthereactorsystem,andareductionintheeconomyandsafetyoftheshipasawho1e.Inordertosuppresstheoccurrenceofwaterjumpphenomenonandimprovethesafety,e

8、conomyandcapabi1ityofthemarinenuc1earpowersystemtooperateundersevereoperatingconditions,wecombinedthestructura1characteristicsoftheintegratedreactorbui1t-inpressurestabi1izer,designedaringsuppressionp1atetosuppressthewaterjumpphenomenon,referredtoavarietyofdevicestosuppresswobb1eorwaterjump,usedCFDs

9、oftwaretosimu1ateandverifytheeffect,andthenimprovedthesuppressiondevicebycombiningthecharacteristicsofwaterjump,andfina11yAseriesofwaterjumpsuppressorsweredesigned.Themodu1ardesignofthewaterjumpsuppressorisbasedona1ightweightannu1arspacer,whichconvertstheconversionbetweenkineticenergyandpotentia1ene

10、rgyofthewaterjumpwaveintointerna1turbu1entdissipationofthe1iquid,andtheoperationofthedeviceiscomp1ete1ynon-energetic,simp1eindesign,1owincost,easytoinsta11andmaintain,andcanp1ayastrongsuppressionro1eevenifitisdamaged.Inaddition,thistypeofdevicecanbereasonab1ymodifiedandapp1iedtovesse1swithfree1iquid

11、surfaceinthereactorunderseismicconditions,navigationconditions,f1ightconditions,1iquidcargotanksofcargoships,watertanksofagricu1tura1aircraftandother1iquid-carryingvesse1s.Keywordszoffshorenuc1earpower;1iquidtanksway;suppressionofwaterjump;non-energetic第一章研究背景和意义自二十世纪人类实现可控的核能发电以来，核能发展迅速，并在能源领域内成为不可

12、或缺的一份子。作为一种清洁的能源，核能因其能量密度高且无污染等优点而受到人们关注，甚至成为大型军用海上舰艇的最佳能源，但是船用核动力设备的运行条件十分恶劣，发生事故的后果也不可设想，所以应使用先进的核能装备且提出更高的标准。一体化小型堆采用模块化设计、模块化生产和模块化组装的技术，具有良好的安全特性，并且用途广泛。由于体积小，前期投资风险低，因此经济竞争力强。另外，既可用于陆基，也可用于海洋，厂址适应性好。可用于电力需求规模小但是功率变化大、电网基础设施相对薄弱的国家和地区，也可用于边远地区电力供应、普通居民供暖和工业生产供热、海上石油开采平台电力和能源供应、海水淡化领域等，具有非常广阔的市场

13、前景。稳压器作为船舶核动力装置中一回路压力安全系统的主要设备，在反应堆的各种正常运行或者事故情况下，对一回路冷却剂压力进行调节、控制和保护，其作用极其重要。不同于常规反应堆，一体化小型堆的稳压器或稳压空间一般布置在反应堆的顶部，其形状不同于常规反应堆稳压器的胶囊形状，而常为半球形顶部和圆柱形筒体结合的形状，且内部有电加热棒、控制棒导向筒等复杂且大型的内构件。强风、波浪、潮汐、航行等都会使海上核动力平台、核动力舰船、浮动式核电站等海基反应堆处于运动工况下，稳压器等核动力装置都会受到附加惯性力的作用。稳压器内具有两相空间，自由液面会在附加惯性力作用下脱离平整状态，形成水跃。中国地处风浪多发的西太平

14、洋地区，势必会经受更严重的影响。水跃现象会引起三类负面影响：一是引起电加热棒的裸露或喷淋管嘴的淹没，威胁设备运行可靠性，二是会导致水装量测量出现较大误差，对水位以至于一回路压力控制造成威胁，三是强烈的水跃会冲击内构件及壁面测量设备，对其安全性及可靠性造成威胁。三者最终会导致一回路压力安全性降低、核动力装置可靠性降低、反应堆系统的总效率降低、整个舰船或平台的经济性和安全性降低，因此有必要开发相应装置以抑制水跃现象的发生。所设计的装置抑制水跃现象的效果明显且可配备性高，不仅仅只限于在海洋条件下一体化反应堆内置型稳压器中应用，在地震工况、航行工况、飞行工况下的反应堆内所有拥有自由液面的容器、货船的液

15、货舱、农用飞机的载水箱等等载液容器，均可使用合理改装后的装置第一章研究背景和意义.自二十世纪人类实现可控的核能发电以来，核能发展迅速，并在能源领域内成为不可或缺的一份子。作为一种清洁的能源，核能因其能量密度高且无污染等优点而受到人们关注，甚至成为大型军用海上舰艇的最佳能源，但是船用核动力设备的运行条件十分恶劣，发生事故的后果也不可设想，所以应使用先进的核能装备且提出更高的标准。一体化小型堆采用模块化设计、模块化生产和模块化组装的技术，具有良好的安全特性，并且用途广泛。由于体积小，前期投资风险低，因此经济竞争力强。另外，既可用于陆基，也可用于海洋，厂址适应性好。可用于电力需求规模小但是功率变化大

16、、电网基础设施相对薄弱的国家和地区，也可用于边远地区电力供应、普通居民供暖和工业生产供热、海上石油开采平台电力和能源供应、海水淡化领域等，具有非常广阔的市场前景。稳压器作为船舶核动力装置中一回路压力安全系统的主要设备，在反应堆的各种正常运行或者事故情况下，对一回路冷却剂压力进行调节、控制和保护，其作用极其重要。不同于常规反应堆，一体化小型堆的稳压器或稳压空间一般布置在反应堆的顶部，其形状不同于常规反应堆稳压器的胶囊形状，而常为半球形顶部和圆柱形筒体结合的形状，且内部有电加热棒、控制棒导向筒等复杂且大型的内构件。强风、波浪、潮汐、航行等都会使海上核动力平台、核动力舰船、浮动式核电站等海基反应堆处于运动工况下，稳压器等核动力装置都会受到附加惯性力的作用。稳压器内具有两相空间，自由液面会在附加惯性力作用下脱离平整状态，形成水跃。中国地处风浪多发的西太平洋地区，势必会经受更严重的影响。水跃现象会引起三类负面影响：一是引起电加热棒的裸露或喷淋管嘴的淹没，威胁设备运行可靠性，二是会导致水装量测量出现