具有電絕緣功能的高溫高壓混合器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及熱工水力試驗研宄領域，具體是指具有電絕緣功能的高溫高壓混合器。
【背景技術】
[0002]在高溫高壓熱工水力試驗中，電絕緣一直是困擾試驗本體設計的技術問題，這是由于在試驗中一般采用電加熱模擬反應堆的核釋熱或鍋爐高溫火焰產生的熱量，而本體的出口溫度通常遠大于常規絕緣墊圈所能承受的問題，不能通過常規的絕緣法蘭實現試驗本體的電絕緣。為此，需要采用特殊的結構設計把高溫高壓條件的絕緣問題轉變為低溫高壓的絕緣問題。同時，高溫高壓熱工試驗本體的出口可能為過熱蒸汽或干度較高的飽和蒸汽，以換熱器的形式對其直接冷卻，不僅增加了換熱器的設計溫度，提高了設計難度，而且由于蒸汽在換熱器中從汽相變為液相，密度有很大變化，可能引起水錘、流動不穩定性等損壞換熱器結構的物理現象。為此，需要采用混合器把本體出口蒸汽與低溫過冷水充分混合，使換熱器進口流體的溫度降低到飽和溫度或擬臨界溫度以下，從而使換熱器中的流體密度變化很小，避免了水錘、流動不穩定性等現象。因此，在高溫高壓熱工水力試驗中，電絕緣的結構設計和汽水混合器設計是不能回避的技術問題，如果有一種混合器既可使本體出口蒸汽與過冷水充分混合又可實現電絕緣功能，那么可取消本體出口的高溫高壓絕緣裝置及其相關的附件和管道，節約試驗裝置的建造成本，也可大幅縮短本體出口的高溫蒸汽管道長度，提高了試驗裝置的安全性。本專利技術正是基于這一工程背景和技術需求，通過技術創新和試驗驗證獲得專利技術。
[0003]通過以上對國內外文獻和專利技術的查詢表明，至今為止，未見關于適用于具有電絕緣功能的高溫高壓混合器的專利記錄。

【發明內容】

[0004]本發明的目的在于提供一種具有電絕緣功能的高溫高壓混合器，該混合器要求既可使試驗本體可實現電絕緣功能，要求加工容易，工藝簡單，能有效防止汽液混合時可能出現的倒流。本發明解決了高溫高壓熱工水力試驗中不能回避的電絕緣結構設計和汽水混合器設計等技術問題，可取消本體出口的高溫高壓絕緣裝置及其相關的附件和管道，節約試驗裝置的建造成本，也可大幅縮短本體出口的高溫蒸汽管道長度，提高了試驗裝置的安全性。
[0005]本發明的實現方案如下:具有電絕緣功能的高溫高壓混合器，包括互相連通的絕緣法蘭A和絕緣法蘭B，絕緣法蘭A和絕緣法蘭B之間設置有絕緣密封墊圈，還包括三通管，三通管包括互相連通的主管和側管，主管的一端與絕緣法蘭B遠離絕緣法蘭A的一端連接，主管的另一端連接到異型管接頭管的出口端端面，還包括內套管，內套管的一端延伸到絕緣法蘭A的中空內部，內套管的另一端與異型管接頭管的出口端端面連接，內套管的外徑小于主管的內徑，內套管的內部與異型管接頭管的內部連通形成熱流通道，內套管的外壁與主管內徑面之間存在間隙A，內套管的外壁與絕緣法蘭B之間存在間隙B，內套管的外壁與絕緣法蘭A之間存在間隙C，間隙A、間隙B、間隙C互相連通并構成冷流通道。
[0006]上述結構的設計原理為:本發明利用內套管、異型管接頭管、三通管的主管、絕緣法蘭A和絕緣法蘭B按照上述結構設計后形成2個流通通道，一個是間隙A、間隙B、間隙C構成的冷流通道，一個是內套管內部、異型管接頭管內部構成的熱流通道，利用試驗旁路的低溫過冷水從支管進入到主管，然后流通在冷流通道內，這樣就隔離了絕緣密封墊圈與內套筒中的高溫蒸汽，把高溫高壓條件的絕緣問題轉變為低溫高壓的絕緣問題。為了能充分混合冷流通道和熱流通道流體，可以在絕緣法蘭A的端面加載一個漸縮大小頭，漸縮大小頭和絕緣法蘭A圓形通道形成的混合腔室，這樣的混合腔室對水平來流的高溫蒸汽和低溫過冷水進行混合，冷流通道內的低溫過冷水處于高速過流狀態，在漸縮大小頭和冷流通道內高速低溫過冷水的作用下，混合腔室形成較大強度的渦流，促使高溫蒸汽和低溫過冷水充分混合。
[0007]另外，為了起到絕對的絕緣效果，本發明需要加設一個高純陶瓷圈，高純陶瓷圈的設計方案有2種，具體情況如下:
高純陶瓷圈的安裝方案之一為:內套管遠離異型管接頭管的一端為混合界面端，混合界面端的外徑面套設有一圈與內套管同軸的高純陶瓷圈。
[0008]高純陶瓷圈的安裝方案之二為:內套管遠離異型管接頭管的一端連接有一段小套管，小套管外徑小于內套管外徑，小套管的外徑面套設有與小套管同軸的高純陶瓷圈，還包括螺釘，螺釘從小套管外徑面插入到小套管內部，高純陶瓷圈處于螺釘與內套管之間，高純陶瓷圈的內徑尺寸介于內套管的外徑尺寸與內徑尺寸之間，高純陶瓷圈的外徑尺寸大于內套管的外徑尺寸。即沿混合界面端的端面向異型管接頭管方向對內套筒外壁進行打薄處理，打薄處理后，內套筒存在高外徑端，高純陶瓷圈套設在臺階缺口處，同時采用螺釘插入臺階缺口。
[0009]本發明設置上述高純陶瓷圈后，具體的可以是在內套筒出口一側通過對外壁進行減薄處理以及布置內六角螺釘固定高純陶瓷圈，高純陶瓷圈的作用為:固定內套筒，避免內套筒與絕緣法蘭接觸影響電絕緣性能；減小環形通道出口的流通面積，既可防止汽液混合時可能出現的倒流，又可增大低溫水進入到混合腔室的流速從而增強混合腔室的渦流強度。另外，本發明采用水平布置，混合器的支撐結構可在同一層鋼平臺上，方便了混合器在試驗裝置鋼平臺上的安裝。
[0010]另外，異型管接頭管的出口端端面開有與異型管接頭管同軸的環形凹槽，以環形凹槽為分界線，環形凹槽至異型管接頭管面外徑面的區域為外壁體，環形凹槽至異型管接頭管面內徑面的區域為內壁體，外壁體與主管的端面連接，內壁體與內套管的端面連接。環形凹槽是在異型管接頭管的出口端端面畫設2個直徑不同的圓，這2個圓與異型管接頭管同心，沿著這2個圓進行銑切，將2個圓之間的區域挖空形成環形凹槽。
[0011]實際上與異型管接頭管連接的主管、內套管可以是與異型管接頭管一體結構，即將外壁體和內壁體都延長，外壁體延長后形成主管，在主管上設置支管，即上面所述的三通管，將內壁體延長形成內套管。這樣的技術方案雖然可以減少很多焊接工序，但在實際處理中，卻不能加工出來，這是由于冷流通道需要的長度無法被加工出來，因此才采用上述分段加工的方式進行處理。
[0012]還包括連接在絕緣法蘭A遠離絕緣法蘭B —端的出口管。
[0013]優選的，所述出口管為一個漸縮大小頭，在絕緣法蘭B指向絕緣法蘭A的方向上，漸縮大小頭的內徑尺寸是由大到小進行漸變的。采用上述結構特點的出口管，是為了能充分混合冷流通道和熱流通道流體，即在絕緣法蘭A的端面加載一個漸縮大小頭，漸縮大小頭和絕緣法蘭A圓形通道形成的混合腔室，這樣的混合腔室對水平來流的高溫蒸汽和低溫過冷水進行混合，冷流通道內的低溫過冷水處于高速過流狀態，在漸縮大小頭和冷流通道內高速低溫過冷水的作用下，混合腔室形成較大強度的渦流，促使高溫蒸汽和低溫過冷水充分混合。
[0014]優選的，絕緣法蘭A的內徑尺寸、絕緣法蘭B的內徑尺寸、主管的內徑尺寸均相同。
[0015]優選的，所述絕緣法蘭A為T型絕緣法蘭，絕緣法蘭B為G型絕緣法蘭。
[0016]優選的，絕緣法蘭A和絕緣法蘭B都設置有外延部，采用雙頭螺柱貫穿外延部將絕緣法蘭A和絕緣法蘭B連接在一起，雙頭螺柱兩端都加載有螺母，螺母與外延部之間設置有絕緣墊片。
[0017]本發明的效果在于:本發明利用試驗旁路的低溫過冷水流通絕緣法蘭圓形通道與內套筒形成的環形流道的方式隔離絕緣法蘭的絕緣密封墊圈與內套筒中的高溫蒸汽，從而采用常規的絕緣墊圈就可實現電絕緣的功能；采用漸縮大小頭和絕緣法蘭圓形通道形成的混合腔室，輔以環形流道出口的高純陶瓷圈，實現了高溫蒸汽和低溫過冷水的充分混合，并防止了汽液混合時可能出現的倒流。本發明加工容易，工藝簡單，易于安裝，可用于高溫高壓熱工水力試驗中，特別是超臨界熱工水力試驗中，試驗本體出口的電絕緣和流體冷卻。本發明可取消本體出口的高溫高壓絕緣裝置及其相關的附件和管道，節約試驗裝置的建造成本，也可大幅縮短本體出口的高溫蒸汽管道長度，提高了試驗裝置的安全性。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發明的整體結構示意圖。
[0019]圖2為圖1中A區的放大示意圖。
[0020]圖3為異型管接頭管端面開設環形凹槽后的示意圖。
[0021]圖中的標號分別表示為:1、漸縮大小頭；2、絕緣法蘭A ;3、雙頭螺柱；4、螺母；5、絕緣密封墊圈；6、絕緣法蘭B ;7、絕緣墊片；8、三通管；9、內套管；10、異型管接頭管；11、高純陶瓷圈；12、螺釘；13、環形凹槽；14、外壁體；15、內壁體；16、熱流通道。
【具體實施方式】
[0022]實施例一
如圖1至圖3所示。
[0023]具有電絕緣功能的高溫高壓混合器，包括互相連通的絕緣法蘭A2和絕緣法蘭B6，絕緣法蘭A2和絕緣法蘭B6之間設置有絕緣密封墊圈5，還包括三通管8，三通管包括互相連通的主管和側管，主管的一端與絕緣法蘭B6遠離絕緣法蘭A2的一端連接，主管的另一端連接到異型管接頭管10的出口端端面，還包括內套管9，內套管9的一端延伸到絕緣法蘭A2的中空內部，內套管9的另一端與異型管接頭管10的出口端端面連接，內套管9的外徑小于主管的內徑，內套管9的內部與異型管接頭管10的內部連通形成熱流通道16，內套管9的外壁與主管內徑面之間存在間隙A，內套管9的外壁與絕緣法蘭B6之間存在間隙B，內套管9的外壁與絕緣法蘭A2之間存在間隙C，間隙A、間隙B、間隙C互相連通并構成冷流通道。
[0024]上述結構的設計原理為:本發明利用內套管9、異型管接頭管10、三通管的主管、絕緣法蘭A2和絕緣法蘭B6按照上述結構設計后形成2個流通通道，一個是間隙A、間隙B、間隙C構成的冷流通道，一個是內套管9內部、異型管接頭管10內部構成的熱流通道，利用試驗旁路的低溫過冷水從支管進入到主管，然后流通在冷流通道內，這樣就隔離了絕緣密封墊圈與內套筒中的高溫蒸汽，把高溫高壓條件的絕緣問題轉變為低溫高壓的絕緣問