上旋式液態(tài)無窗中子散裂靶件的自由液面形成構(gòu)件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及散裂中子源及放射性核廢料處理的上旋式液態(tài)金屬無窗中子散裂靶件，更具體地說，散裂靶件的自由液面形成構(gòu)件。
【背景技術(shù)】
[0002]加速器驅(qū)動(dòng)次臨界系統(tǒng)——ADS系統(tǒng)可以利用核嬗變反應(yīng)將長(zhǎng)壽命、高放射性核素轉(zhuǎn)化為中短壽命、低放射性核素，實(shí)現(xiàn)核廢料的安全處置，利于核能的長(zhǎng)期持續(xù)發(fā)展。ADS系統(tǒng)包括質(zhì)子加速器、中子散裂靶件和次臨界堆芯，而中子散裂靶件是質(zhì)子加速器與次臨界堆芯的耦合部件，對(duì)系統(tǒng)整體的性能和安全有著至關(guān)重要的作用。另外，散裂中子源也可以獨(dú)立作為大科學(xué)裝置，為材料、物理、生命等學(xué)科提供科研技術(shù)手段。
[0003]現(xiàn)有的加速器驅(qū)動(dòng)次臨界系統(tǒng)的上旋式液態(tài)無窗中子散裂靶件的一種結(jié)構(gòu)如圖1所示，其由貫通的流體通道構(gòu)成，液態(tài)金屬由下向上流入，經(jīng)過位置固定的葉輪I后產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，之后在圓管段中邊旋轉(zhuǎn)邊上升，到達(dá)排出段2，排出段2具有漸擴(kuò)的表面，由于離心力的原因液態(tài)金屬形成下凹的自由液面4，并且拋灑出來，撞擊在外壁3上。在這種設(shè)計(jì)中，液態(tài)金屬在排出段會(huì)產(chǎn)生拋灑，碎裂為液滴，并且液態(tài)金屬撞擊在外壁3時(shí)也容易產(chǎn)生回流，使得自由液面不穩(wěn)定，液態(tài)金屬也無法穩(wěn)定順利地排出。另外，葉輪I過大的芯軸也容易使下游產(chǎn)生漩渦滯止區(qū)，可能會(huì)使靶件傳熱惡化，對(duì)靶件的正常工作造成威脅。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的液態(tài)無窗中子散裂靶件形成的自由液面不穩(wěn)定以及存在漩渦滯止區(qū)的上述缺陷，提供一種能夠形成可靠的自由液面的散裂靶件的自由液面形成構(gòu)件。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種散裂靶件的自由液面形成構(gòu)件，包括一連續(xù)的流道，所述連續(xù)的流道由圓管段和排出段組成:所述圓管段的入口位置后方的圓管中設(shè)置有葉輪；所述葉輪位置始終固定，所述葉輪具有若干傾斜的葉片，所述葉輪中間有圓柱形芯軸，所述芯軸中間有通孔；所述排出段具有漸擴(kuò)的傾斜表面，所述傾斜表面上方連接設(shè)置若干個(gè)月牙形導(dǎo)流葉片；所述排出段有與所述圓管段同軸并設(shè)置在所述導(dǎo)流葉片外面的保證流體經(jīng)導(dǎo)流后向下流動(dòng)并穩(wěn)定排出的外套管。
[0007]在本發(fā)明的散裂靶件的自由液面形成構(gòu)件中，所述圓管段除葉輪以外的長(zhǎng)度根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中質(zhì)子入射深度改變或調(diào)整。
[0008]在本發(fā)明的散裂靶件的自由液面形成構(gòu)件中，所述葉輪的葉片包括連續(xù)且光滑過渡的導(dǎo)入段以及傾斜段；其中，所述導(dǎo)入段與所述葉輪的軸線方向相平行；所述傾斜段與所述葉輪的軸線方向形成偏角。
[0009]在本發(fā)明的散裂靶件的自由液面形成構(gòu)件中，所述葉輪葉片的傾斜段的偏角非均一分布，靠近所述葉片的中心的部分偏斜度小，靠近所述葉片的外圍的部分偏斜度大，并且不是線性變化，而是依從隨半徑增大變化率逐漸增大的規(guī)律變化。
[0010]在本發(fā)明的散裂靶件的自由液面形成構(gòu)件中，所述芯軸的位于所述葉片的傾斜段外側(cè)的一端逐漸縮小，并且為圓弧光滑過渡式縮小。
[0011]在本發(fā)明的散裂靶件的自由液面形成構(gòu)件中，所述葉輪外側(cè)設(shè)有套管，所述葉片與套管連接。
[0012]在本發(fā)明的散裂靶件的自由液面形成構(gòu)件中，所述月牙形導(dǎo)流葉片均勻分布在所述排出段的傾斜漸擴(kuò)表面上方，所述外套管與圓管段同軸并設(shè)置在所述導(dǎo)流葉片外側(cè)。
[0013]在本發(fā)明的散裂靶件的自由液面形成構(gòu)件中，所述芯軸中間設(shè)置的通孔為圓形。
[0014]在本發(fā)明的散裂靶件的自由液面形成構(gòu)件中，所述芯軸外徑為所述圓管段直徑的1/5。
[0015]在本發(fā)明的散裂靶件的自由液面形成構(gòu)件中，所述葉輪葉片的偏角平均值為45度。
[0016]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0017]第一，本發(fā)明的散裂靶件的自由液面形成構(gòu)件優(yōu)化了葉輪的形狀和偏角設(shè)置，可以有效避免葉輪下游漩渦滯止區(qū)產(chǎn)生，具有更好的輸熱能力，壓降更小。只要入口流速在一定范圍內(nèi)，如0.85m/S?1.7m/S或其它可形成穩(wěn)定液面的入口流速，均可形成滿足工業(yè)應(yīng)用的穩(wěn)定的自由液面；
[0018]第二，本發(fā)明的上旋式的自由液面形成構(gòu)件設(shè)計(jì)的排出段可以保證入流流體可以穩(wěn)定、順暢地排出靶件，不會(huì)影響自由液面的穩(wěn)定性；
[0019]第三，本發(fā)明的上旋式的自由液面形成構(gòu)件中葉輪葉片的偏角更小，為45度左右，而現(xiàn)有技術(shù)中葉輪葉片的偏角為70度左右，更小的偏角設(shè)計(jì)再加上芯軸的通孔，可以進(jìn)一步降低靶件的壓降；
[0020]第四，本發(fā)明的上旋式的自由液面形成構(gòu)件中，芯軸外徑為圓管段直徑的1/5左右，相比于現(xiàn)有技術(shù)中葉輪的芯軸外徑為圓管段直徑的1/3左右，從而進(jìn)一步避免了下游產(chǎn)生漩渦滯止區(qū)。
[0021]當(dāng)然，實(shí)施本發(fā)明的任一產(chǎn)品并不一定需要同時(shí)達(dá)到以上所述的所有優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0022]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的上旋式液態(tài)無窗中子散裂靶件的典型結(jié)構(gòu)；
[0023]圖2是本發(fā)明實(shí)施例的上旋式液態(tài)無窗散裂靶件的自由液面形成構(gòu)件的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖3a和圖3b是本發(fā)明實(shí)施例的上旋式液態(tài)無窗散裂靶件的自由液面形成構(gòu)件的葉輪的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖4是本發(fā)明實(shí)施例的上旋式液態(tài)無窗散裂靶件的自由液面形成構(gòu)件的排出段的月牙形導(dǎo)流葉片的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下方結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的描述。
[0027]實(shí)施例1
[0028]如圖2所示，本實(shí)施例提供的散裂靶件的自由液面形成構(gòu)件，可以用于加速器驅(qū)動(dòng)次臨界系統(tǒng)及散裂中子源中。
[0029]本實(shí)施例中的散裂靶件的自由液面形成構(gòu)件，包括一連續(xù)的流道，該連續(xù)的流道由圓管段和排出段組成:所述圓管段的入口位置后方的圓管中設(shè)置有葉輪；所述葉輪位置始終固定，所述葉輪具有若干傾斜的葉片，所述葉輪中間有圓柱形芯軸，所述芯軸中間有圓形通孔；所述排出段具有漸擴(kuò)的傾斜表面，該傾斜表面上方連接設(shè)置若干個(gè)月牙形導(dǎo)流葉片；所述排出段有與所述圓管段同軸并設(shè)置在所述導(dǎo)流葉片外面的保證流體經(jīng)導(dǎo)流后向下流動(dòng)并穩(wěn)定排出的外套管。所述芯軸外徑為所述圓管段直徑的1/5左右。
[0030]請(qǐng)參見圖2?圖4，該散裂靶件的自由液面形成構(gòu)件包括連續(xù)流道10，該連續(xù)流道10由圓管段11和排出段12組成；該圓管段11的下部為進(jìn)口，而排出段12的頂部為質(zhì)子束轟擊的位置。圓管段11的入口位置后方的圓管中設(shè)置有葉輪20 ;圖3a和圖3b所示為葉輪的結(jié)構(gòu)示意圖，所述葉輪20位置始終固定，所述葉輪20具有若干傾斜的葉片22，所述葉輪中間有圓柱形的芯軸21，所