一种核反应堆管道泄漏率测量实验装置

技术领域

本发明涉及核反应堆模拟设备，特别是一种核反应堆管道泄漏率测量实验装置。

背景技术

核动力系统中，采用韧性材料的反应堆高能管道在应力载荷影响下形成裂纹，边界的破坏造也有的受到外物的影响导致去破裂。放射性物质外泄严重威胁反应堆安全，破前泄漏技术通过泄漏探测以确定裂纹的位置和尺寸，裂口泄漏率的预测精度决定了裂口尺寸的准确预估和泄漏率探测器的精度。在受到外物击打使得开口处的碎片向内扩张的形状；或由于内部气压过大或管道磨损严重使得管道被迫撑爆，使得开口处的碎片向外扩张的形状；有的碎片呈不规则形状；有的开口的形状不规则状。而由于裂口的这些特殊形貌，裂纹泄漏过程中上述物理现象与常规通道有较大差异，进一步增加了破前泄漏率现象研究的难度。

现有的实验装置大多在管道上进行切割形成裂纹，该方法难以确定初始时裂纹内部的具体形貌，且研究不同尺寸的裂纹需要更换不同的管道，成本较高，且模拟程度与实际差距巨大，容易造成实验误差。

发明内容

为解决上述问题，一种核反应堆管道泄漏率测量实验装置，其可以模拟不同形态的管道泄漏状态，同时测量泄漏程度。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种核反应堆管道泄漏率测量实验装置，其特征在于：包括管道和破口模拟装置，所述管道开设有沿管道周向延伸且投影面为矩形的缺口，所述缺口的周向边缘开设有滑道；

所述破口模拟装置包括若干个模拟块、转动驱动机构、轴向驱动机构、链节驱动条和齿轮套，所述模拟块的尾部阻尼转动的连接在缺口的周向边缘，若干个所述模拟块依次端壁抵接并封闭所述管道的缺口，每一所述模拟块的尾部均开设有曲形且横截面为圆形的通道，所述通道的内壁开设有沿通道径向开设的驱动配合凹槽，当模拟块完全封闭缺口时，若干个所述模拟块的凹槽中的驱动配合凹槽依次连续，

所述链节驱动条的头部具有柱状的导向头，导向头的环形面上具有凹槽，所述阻挡斜块能够沿导向头的径向滑动的安装在导向头的内凹槽中，阻挡斜块的底部和导向头的内凹槽之间安装有用于驱动阻挡斜块外探的弹簧二，所述链节驱动条插装在通道中，且所述阻挡斜块能够与所述驱动配合凹槽配合；所述齿轮套套装在链节驱动条的外部，齿轮套能够沿链节驱动条的长度方向滑动并能够通过自身转动驱动链节驱动条旋转；

所述转动驱动机构与所述齿轮套连接，以驱动齿轮套转动；所述轴向驱动机构与所述链节驱动条连接，以驱动链节驱动条在通道内移动。

作为优选的，所述模拟块的均具有一个转动连接环，且模拟块通过转动连接环安装在滑道上，所述模拟块可沿转动连接环阻尼转动。

作为优选的，所述链节驱动条的主体为多个链节，所述轴向驱动机构包括连接柱、电机三和两个齿轮二，所述连接柱通过轴承可转动安装在管道的外壁且临近缺口的轴向边缘，连接柱与管道的轴线平行，两个所述齿轮二分别安装在连接柱的端部，所述电机三的动力端与连接柱连接，所述管道上对应齿轮二的位置开设通道一，所述齿轮二穿过通道一与链节驱动条连接，且齿轮二的齿装配到所述链节驱动条相邻两个链节之间。

作为优选的，所述链节的端面为外突的锥形面。

作为优选的，所述转动驱动机构安装在管道外壁且在缺口周向边缘的延长线上，转动驱动机构包括电机一和安装在电机一输出端的齿轮一，所述管道上开设有通道二，所述齿轮套的外环面具有环形排列的驱动齿结构，齿轮一与所述齿轮套外环面的驱动齿结构啮合。

作为优选的，所述链节驱动条的链节均具有滑动槽一，且若干个所述链节的滑动槽一在同一连续的曲形空间中，所述齿轮套的内环面具有与滑动槽一配合的条形凸起，所述齿轮套可沿链节驱动条的长度方向滑动，并始终使条形凸起滑动槽一配合。

作为优选的，所述模拟块为非规则形状的具有和管道具有相同曲率的板状体。

作为优选的，所述管道上还设有流量传感器和压力传感器，所述管道对应缺口的位置具有泄漏液承接机构，所述管道的末端设置有储存盒，储存盒上开设有气阀。

作为优选的，所述转动连接环的外环面具有用于连接滑道的挂杆，所述管道临近缺口周向侧边的位置开设有限位缺口，所述限位缺口的内部安装有阻挡块，所述阻挡块的尾端与所述限位缺口的内壁之间安装有弹簧一。

使用本发明的有益效果是：

本实验装置可以通过破口模拟装置模拟各个尺寸、多种形状的破口，以模拟管道突然破裂时产生的效果，通过向管道内输送气体和/或液体的混合流体，可使通过本实验装置进行破口处泄漏流体压力、流体体积、流体速度等多种参数的试验。

本实验装置不需要人工扳动模拟块，可通过链节驱动条配合驱动模拟块逐个转动，每个模拟块的转动角度均可调，缺口的破开效果可远程操控，使用方便。

附图说明

图1为本发发明核反应堆管道泄漏率测量实验装置的整体示意图。

图2为本发发明核反应堆管道泄漏率测量实验装置拆卸一个泄漏液承接机构后的示意图。

图3为管道和破口模拟装置的示意图。

图4为图3中的A处局部放大图。

图5为破口模拟装置的放大图。

图6为破口模拟装置的另一视角的示意图。

图7为图6中B处局部放大图。

图8为链节驱动条和等状块的配合示意图。

图9为链节驱动条的示意图。

图10为图9中D处放大图。

图11为多个平面连接块的配合示意图。

图12为管道中破口模拟装置安装位置示意图。

图13图12中的C处局部放大图。

图14为阻挡块的示意图。

附图标记包括：

1-阀门；2-流量传感器；3-压力传感器；4-支架；5-管道；6-泄漏液承接机构；7-储存盒；8-气阀；9-破口模拟装置；

501-运输管；502-安装口；503-弹簧一；504-滑道；505-阻挡块；506-斜面；901-密封板；902-模拟块；903-电机一；904-齿轮一；905-齿轮二；906-连接柱；9061-电机三；907-链节驱动条；908-齿轮套；909-输出轴；910-电机二；911-丝杠；9021-平面连接块一；9022-等状块；9023-转动连接环；9024-平面连接块二；9025-平面连接块三；9026-不规则块；9027-通道；9071-弹簧二；9072-阻挡斜块；9073-滑动槽一；9074-链节；9075-导向头；9081-条形凸起；9082-驱动齿结构。

具体实施方式

为使本技术方案的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式，对本技术方案进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而不是要限制本技术方案的范围。

如图1-图14所示，本实施例提出一种核反应堆管道5泄漏率测量实验装置。如图1-图2所示，本实验装置基于破口液体扩散原理，管道5上还设有流量传感器2和压力传感器3，底部设置支架4，管道5对应缺口的位置具有泄漏液承接机构6，管道5的末端设置有储存盒7，储存盒7上开设有气阀8。管道5由阀门1控制；压力传感器3与管道5连接，用于测量压力；记流传感器与管道5连接，用于测量压力；破口模拟装置9位于管道5上，用于模拟破口；泄漏液承接机构6用于将泄漏的水进行收纳，且其内部设有压力检测装置，检测液体喷射的压力，进而可计算出液体喷溅的距离，储存盒7用于收纳液体，模拟液体运输的终端。管道5主体为运输管501，运输管501上开设有安装口502，安装口502用于安装流量传感器2和压力传感器3。

核反应堆管道5泄漏率测量实验装置包括管道5和破口模拟装置9，管道5开设有沿管道5周向延伸且投影面为矩形的缺口，缺口的周向边缘开设有滑道504；破口模拟装置9包括若干个模拟块902、转动驱动机构、轴向驱动机构、链节驱动条907和齿轮套908，模拟块902的尾部阻尼转动的连接在缺口的周向边缘，若干个模拟块902依次端壁抵接并封闭管道5的缺口，每一模拟块902的尾部均开设有曲形且横截面为圆形的通道9027，通道9027的内壁开设有沿通道9027径向开设的驱动配合凹槽90271，当模拟块902完全封闭缺口时，若干个模拟块902的凹槽中的驱动配合凹槽90271依次连续。

链节驱动条907的头部具有柱状的导向头9075，导向头9075的环形面上具有凹槽，阻挡斜块9072可沿导向头9075的径向滑动的安装在导向头9075的内凹槽中，阻挡斜块9072的底部和导向头9075的内凹槽之间安装有用于驱动阻挡斜块9072外探的弹簧二9071，链节驱动条907插装在通道9027中，且阻挡斜块9072能够与驱动配合凹槽90271配合；齿轮套908套装在链节驱动条907的外部，齿轮套908能够沿链节驱动条907的长度方向滑动并能够通过自身转动驱动链节驱动条907旋转。

转动驱动机构与齿轮套908连接，以驱动齿轮套908转动；轴向驱动机构与链节驱动条907连接，以驱动链节驱动条907在通道9027内移动。

具体的，结合图8-图11所示，本实施例中，链节驱动条907的头部的导向头9075可被驱动插入到模拟块902尾部的通道9027，同时阻挡斜块9072插入到驱动配合凹槽90271中，当扭动链节驱动条907时，阻挡斜块9072驱动驱动配合凹槽90271使得模拟块902转动。因此，驱动链节驱动条907移动到不同的位置，导向头9075移动到对应不同的模拟块902时，可对应驱动不同的模拟块902转动到预定的角度，由于模拟块902的尾部阻尼转动的连接在缺口的周向边缘，因此模拟块902可定位。在试验开始时，所有模拟块902均为图7所示状态，模拟块902封闭缺口。试验过程中可驱动链节驱动条907移动到对应的模拟块902，通过导向头9075驱动对应的模拟块902转动预定角度。

如图8所示，模拟块902的均具有一个转动连接环9023，且模拟块902通过转动连接环9023安装在滑道504上，模拟块902可沿转动连接环9023阻尼转动。转动连接环9023的作用是为模拟块902主体转动提供转动支撑，另一个作用是方便将模拟块902安装到滑道504中。如图12-图14所示，转动连接环9023的外环面具有用于连接滑道504的挂杆，管道5临近缺口周向侧边的位置开设有限位缺口，限位缺口的内部安装有阻挡块505，阻挡块505的尾端与限位缺口的内壁之间安装有弹簧一503。

安装模拟块902时，可推动阻挡块505压缩弹簧一503，使得弹簧一503退出滑道504，然后将模拟块902通过转动连接环9023背部的挂杆插入到滑道504中，推动模拟块902在滑动中移动，使得模拟块902移动到对应的位置，当所有模拟块902安装完毕后，释放阻挡块505且弹簧一503回弹，阻挡模拟块902在滑道504内移动。阻挡块505的顶部为斜面506，方便转动连接环9023以及背部的挂杆进入到滑道504。

如图3和图4所示，链节驱动条907的主体为多个链节9074，轴向驱动机构包括连接柱906、电机三9061和两个齿轮二905，连接柱906通过轴承可转动安装在管道5的外壁且临近缺口的轴向边缘，连接柱906与管道5的轴线平行，两个齿轮二905分别安装在连接柱906的端部，电机三9061的动力端与连接柱906连接，管道5上对应齿轮二905的位置开设通道一，齿轮二905穿过通道一与链节驱动条907连接，且齿轮二905的齿装配到链节驱动条907相邻两个链节9074之间。

当电机三9061转动时，连接柱906驱动两个两个齿轮二905转动，两个齿轮二905可同步带动链节驱动条907在通道9027中移动。在此过程中，齿轮套908的位置保持不动，其目的是使得导向头9075移动到对应的模拟块902的位置。

作为优选的，链节9074的端面为外突的锥形面，以方便和齿轮二905的齿面配合。

如图5、图6所示，转动驱动机构安装在管道5外壁且在缺口周向边缘的延长线上，转动驱动机构包括电机一903和安装在电机一903的输出轴909上的齿轮一904，管道5上开设有通道二，齿轮套908的外环面具有环形排列的驱动齿结构9082，齿轮一904与齿轮套908外环面的驱动齿结构9082啮合。

当链节驱动条907移动到对应模拟块902的位置后，电机一903驱动齿轮一904转动，齿轮一904与齿轮套908外环面的驱动齿结构9082啮合，带动链节驱动条907转动，链节驱动条907转动即可通过导向头9075带动对应的模拟块902转动，完成单个模拟块902的转动。

如图9和图10所示，链节驱动条907的链节9074均具有滑动槽一9073，且若干个链节9074的滑动槽一9073在同一连续的曲形空间中，齿轮套908的内环面具有与滑动槽一9073配合的条形凸起9081，齿轮套908可沿链节驱动条907的长度方向滑动，并始终使条形凸起9081滑动槽一9073配合。链节驱动条907和齿轮套908通过条形凸起9081和滑动槽一9073配合，因此链节驱动条907转动的最终动力源为电机一903。

如图4和图5所示，在缺口的位置，缺口轴向边缘设置有丝杠911，丝杆通过轴承安装在运输管501的外壁上，密封板901有两个，密封板901为与运输管501曲率一致的板状结构，密封板901长度方向的一端开设螺纹孔，该螺纹孔与丝杠911配合，密封板901长度方向的另一端通过光杆导向。电机二910的动力端连接丝杆，且丝杆的外环面具有以长度方向的中心对称设置的两段螺纹，两段螺纹螺纹旋向相反，因此电机二910驱动丝杆旋转时，可驱动密封板901同步的对向移动或背向移动，以打开缺口或封闭缺口。

如图8所示，模拟块902为包括位于两端位置的平面连接块一9021、以及多个位于中间位置的等状块9022，所有等状块9022的大小结构均一致。

如图11所示，模拟块902为非规则形状的具有和管道5具有相同曲率的板状体，例如平面连接块二9024、平面连接块三9025和不规则块9026。

本装置可通过上述的两种模拟块902实现规则的缺口打开，或者不规则的缺口打开。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本技术内容的思想，在具体实施方式及应用范围上可以作出许多变化，只要这些变化未脱离本发明的构思，均属于本专利的保护范围。