一种基于声学与力学反馈机制的自动卸压装置及卸压方法

本发明涉及一种基于声学与力学反馈机制的自动卸压装置及卸压方法，属于压力容器的自动卸压。

背景技术：

1、自动卸压装置广泛应用于能源与核工业、石油化学工业及军工业等领域。在事故条件下通过自动卸压装置将压力容器内高温高压蒸汽导向最终热阱，完成压力容器卸压过程，保障设备或系统安全。在蒸汽向热阱(水池)内过冷水中排放过程，不可避免的会出现蒸汽射流冷凝现象，蒸汽射流冷凝过程中可能出现各种冷凝流型，其中可大致分为喘振区、冷凝振荡区、稳定冷凝区。喘振区由于蒸汽质量流速较小，池水过冷度高，蒸汽在喷管内被全部冷凝，汽-液界面在喷管内振荡强烈，并伴随有剧烈噪声；冷凝振荡区则是汽-液界面在管外发生剧烈振荡，并且能够测得周期性的压力振荡信号，并伴随有剧烈噪声；稳定冷凝区通常在蒸汽射流达到临界时出现，喷嘴处形成稳定射流气羽，相比于其他两个流型，稳定射流的振荡强度很弱，显著地小于另外两个流型；当池水水温较高时，池水冷凝作用减弱射流蒸汽不能完全被冷凝而部分蒸汽会从水面溢出，并且随着池水温度进一步升高至饱和，蒸汽最终将无法冷凝，池内蒸汽射流将转变为类似“不凝性”气体浸没射流，此时若射流流速较高时，则会产生射流回击现象，造成水池内产生强烈压力振荡，并且还会对喷管带来较大的冲击载荷。自动卸压装置启动后，随着压力容器压力降低和排放水池温度升高，卸压装置会依次出现稳定冷凝射流、冷凝振荡、喘振、射流回击等四种现象，其中除了稳定冷凝外，其他的射流流型都会产生强烈的压力振荡及剧烈的噪声，甚至造成设备或附近系统结构共振损坏。

2、目前市场及科研过程中已设计了较多类型的自动卸压系统，大多是从系统设计角度出发，通过卸压管路调整以及系统布置调整进行自动卸压系统或专设安全设施的设计，但上述现有技术依旧无法保持喷洒器的稳定冷凝射流流型，也没有考虑终端喷洒器的结构设计及其射流流型可能对设备和系统的威胁，且现有的喷嘴设计不能有效应对上游压力及射流流型变化带来的影响。例如卸压过程中出现喘振、冷凝振荡等复杂射流状态，以及复杂射流状态下产生的强烈动态载荷及剧烈噪声。

3、因此，亟需一种能够实现喷洒器长期稳定冷凝射流状态且能够削弱射流所产生的强烈压力振荡的自动卸压装置及卸压方法。

技术实现思路

1、本发明是为了解决上述技术问题，进而提供了一种基于声学与力学反馈机制的自动卸压装置及卸压方法。

2、本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

3、一种基于声学与力学反馈机制的自动卸压装置，包括压力容器、分配联箱、冷却水池、噪声剂量计、压力变送器、阀门开度控制模块及若干喷洒器，其中压力容器的出口与分配联箱的入口之间通过卸压管道连接，卸压管道上沿高压蒸汽输送方向依次设置有隔离闸阀及电动调节阀，若干喷洒器均设置在冷却水池内且对应通过管路连接至分配联箱的若干出口，噪声剂量计固装在冷却水池的上部侧壁，冷却水池内以及每个喷洒器内均安装有压力变送器，噪声剂量计、压力变送器及电动调节阀分别与阀门开度控制模块电连接；喷洒器下部沿其周向开设有若干喷孔，每个所述喷孔均为沿喷洒器高度方向开设的长孔。

4、进一步地，若干喷孔沿喷洒器高度方向呈多组分布，且每上下相邻的两组喷孔在高度方向一一正对布置。

5、进一步地，沿喷洒器周向每相邻的两个喷孔之间均开设有狭缝辅助孔。

6、进一步地，每上下相邻的两组狭缝辅助孔在高度方向一一正对布置。

7、进一步地，每组狭缝辅助孔均沿喷洒器周向均布。

8、进一步地，喷洒器的数量为三个。

9、进一步地，沿喷洒器高度方向布置有三组喷孔。

10、进一步地，所述分配联箱为球形结构。

11、进一步地，每个喷洒器内至少设置一个压力变送器，冷却水池内的各压力变送器靠近喷孔设置。

12、一种上述自动卸压装置的卸压方法，包括如下步骤：当需要进行卸压时，相继开启隔离闸阀及电动调节阀，将压力容器中的高压蒸汽通过若干喷洒器排放到冷却水池中，阀门开度控制模块检测压力变送器所采集的喷洒器喷放过程的力学参数和噪声剂量计采集的声学参数，判断喷洒器是否处于稳定冷凝射流状态，如是，则保持电动调节阀的开度，如不是，则增大电动调节阀的开度，并继续由阀门开度控制模块检测压力变送器的力学参数和噪声剂量计的声学参数，继续判断喷洒器是否处于稳定冷凝射流状态，如此循环，直至保持处于稳定冷凝射流状态。

13、本发明与现有技术相比具有以下效果：

14、本发明中通过将噪声剂量计、压力变送器及电动调节阀分别与阀门开度控制模块电连接，建立了一套基于声学与力学反馈机制的自动卸压装置运行逻辑，阀门开度控制模块通过检测压力变送器的力学参数和噪声剂量计的声学参数，自动调整电动调节阀的开度，保持喷洒器处于长期稳定的临界射流状态。

15、本发明中通过在喷洒器上游设计了分配联箱，通过在分配联箱处进行压力的二次分配，使各喷洒器内的流量分配更均匀。

16、本发明中通过将喷洒器的喷孔设计为长孔形并竖向开设，该喷孔形式在自由剪切层由kelvin–helmholtz不稳定性引发的展向涡，能够卷吸环境流体，增强蒸汽浸没射流过程中射流主体与环境流体的掺混效果，大大削弱冷凝振荡强度。

17、本发明通过独特的联箱结构设计，使各喷洒器内的流量分配更加均匀，同时基于声学与力学反馈机制的阀门控制逻辑和喷洒器喷孔设计，有效地削弱了喷洒器的动态载荷及剧烈噪声，减小了冷却水池的设计尺寸，提高了自动卸压装置的稳定性与安全性。

技术特征：

1.一种基于声学与力学反馈机制的自动卸压装置，其特征在于：包括压力容器(1)、分配联箱(2)、冷却水池(3)、噪声剂量计(4)、压力变送器(5)、阀门开度控制模块(6)及若干喷洒器(7)，其中压力容器(1)的出口与分配联箱(2)的入口之间通过卸压管道(8)连接，卸压管道(8)上沿高压蒸汽输送方向依次设置有隔离闸阀(9)及电动调节阀(10)，若干喷洒器(7)均设置在冷却水池(3)内且对应通过管路连接至分配联箱(2)的若干出口，噪声剂量计(4)固装在冷却水池(3)的上部侧壁，冷却水池(3)内以及每个喷洒器(7)内均安装有压力变送器(5)，噪声剂量计(4)、压力变送器(5)及电动调节阀(10)分别与阀门开度控制模块(6)电连接；喷洒器(7)下部沿其周向开设有若干喷孔(71)，每个所述喷孔(71)均为沿喷洒器(7)高度方向开设的长孔。

2.根据权利要求1所述的一种基于声学与力学反馈机制的自动卸压装置，其特征在于：若干喷孔(71)沿喷洒器(7)高度方向呈多组分布，且每上下相邻的两组喷孔(71)在高度方向一一正对布置。

3.根据权利要求2所述的一种基于声学与力学反馈机制的自动卸压装置，其特征在于：沿喷洒器(7)周向每相邻的两个喷孔(71)之间均开设有狭缝辅助孔(72)。

4.根据权利要求3所述的一种基于声学与力学反馈机制的自动卸压装置，其特征在于：每上下相邻的两组狭缝辅助孔(72)在高度方向一一正对布置。

5.根据权利要求3或4所述的一种基于声学与力学反馈机制的自动卸压装置，其特征在于：每组狭缝辅助孔(72)均沿喷洒器(7)周向均布。

6.根据权利要求1、2、3或4所述的一种基于声学与力学反馈机制的自动卸压装置，其特征在于：喷洒器(7)的数量为三个。

7.根据权利要求2所述的一种基于声学与力学反馈机制的自动卸压装置，其特征在于：沿喷洒器(7)高度方向布置有三组喷孔(71)。

8.根据权利要求1所述的一种基于声学与力学反馈机制的自动卸压装置，其特征在于：所述分配联箱(2)为球形结构。

9.根据权利要求1所述的一种基于声学与力学反馈机制的自动卸压装置，其特征在于：每个喷洒器内至少设置一个压力变送器，冷却水池内的各压力变送器靠近喷孔设置。

10.一种上述权利要求1～9中任一权利要求所述自动卸压装置的卸压方法，其特征在于：包括如下步骤：当需要进行卸压时，相继开启隔离闸阀(9)及电动调节阀(10)，将压力容器(1)中的高压蒸汽通过若干喷洒器(7)排放到冷却水池(3)中，阀门开度控制模块(6)检测压力变送器(5)所采集的喷洒器(7)喷放过程的力学参数和噪声剂量计(4)采集的声学参数，判断喷洒器(7)是否处于稳定冷凝射流状态，如是，则保持电动调节阀(10)的开度，如不是，则增大电动调节阀(10)的开度，并继续由阀门开度控制模块(6)检测压力变送器(5)的力学参数和噪声剂量计(4)的声学参数，继续判断喷洒器(7)是否处于稳定冷凝射流状态，如此循环，直至保持处于稳定冷凝射流状态。

技术总结一种基于声学与力学反馈机制的自动卸压装置及卸压方法，属于压力容器的自动卸压技术领域。本发明解决了现有技术无法保持喷洒器的稳定冷凝射流状态的问题。卸压管道上沿高压蒸汽输送方向依次设置有隔离闸阀及电动调节阀，噪声剂量计固装在冷却水池的上部侧壁，冷却水池内以及每个喷洒器内均安装有压力变送器，噪声剂量计、压力变送器及电动调节阀分别与阀门开度控制模块电连接；喷洒器下部沿其周向开设有若干喷孔，每个所述喷孔均为沿喷洒器高度方向向开设的长孔。基于声学与力学反馈机制的阀门控制逻辑和喷洒器喷孔设计，有效地削弱了喷洒器的动态载荷及剧烈噪声，减小了冷却水池的设计尺寸，提高了自动卸压装置的稳定性与安全性。技术研发人员：孟兆明,尚政润,吕笃峰,孙中宁,于沛,肖家禹,边浩志受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18