專利名稱:應(yīng)用于氣冷反應(yīng)堆的吸收球第二停堆系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于核反應(yīng)堆安全技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及落球傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和吸收球氣力輸送技術(shù)的一種應(yīng)用于氣冷反應(yīng)堆的吸收球第二停堆系統(tǒng)。
技術(shù)背景本發(fā)明涉及的吸收球停堆裝置是為清華大學(xué)建造的10MW高溫氣冷實(shí)驗(yàn)堆研制的第二停堆系統(tǒng)。當(dāng)控制棒失效時(shí)，碳化硼中子吸收球落入堆芯反射層的吸收球?qū)ＴO(shè)孔道內(nèi)，實(shí)現(xiàn)緊急停堆；反應(yīng)堆再次臨界前，利用氣力輸送裝置將在緊急停堆時(shí)已進(jìn)入堆芯反射層孔道內(nèi)的碳化硼吸收球送回到位于堆頂?shù)馁A球罐內(nèi)，是實(shí)現(xiàn)正常開堆或反應(yīng)堆再臨界的必要前提。
在高溫氣冷堆的發(fā)展歷史上，已有幾種形式的第二停堆系統(tǒng)得到應(yīng)用；在美國(guó)桃花谷(Peach Bottom)反應(yīng)堆的上反射層內(nèi)，設(shè)置了掛有吸收棒的安全保險(xiǎn)絲，當(dāng)溫度超過設(shè)定值時(shí)，保險(xiǎn)絲熔化，吸收棒落入堆芯。在美國(guó)圣·符倫堡(Fort St.Vrain)堆中，直徑12.6mm的碳化硼吸收球可以通過圓柱型管道進(jìn)入堆芯。在德國(guó)釷高溫氣冷球床堆(THTR-300)上試驗(yàn)了將直徑只有燃料球若干分之一的碳化硼小球撒進(jìn)堆芯的方法，小球穿進(jìn)球床形成一定的分布，可以作為異常情況下(如地震)的停堆手段。以上幾種停堆方式均將中子吸收材料直接投入到堆芯核燃料區(qū)，不便于中子吸收材料的分離、再利用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供傳動(dòng)鏈較短、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于加工制造、整機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定可靠的一種應(yīng)用于氣冷反應(yīng)堆的吸收球第二停堆系統(tǒng)，所述吸收球第二停堆系統(tǒng)主要由落球裝置和氣力輸送裝置兩大部分組成。其特征在于所述落球裝置主要由三相電動(dòng)機(jī)1、多功能套筒2、絲杠3、貯球罐4、球位探針5、旋風(fēng)分離器6、吸收球7、閥頭8、反射層通道9、以及閥桿、行程開關(guān)從上至下連接而成，用于當(dāng)控制棒全部失效時(shí)，它能將碳化硼中子吸收球落入堆芯反射層相應(yīng)的孔道內(nèi)，實(shí)現(xiàn)緊急停堆；其吸收球系統(tǒng)貯球罐4位于反應(yīng)堆壓力殼內(nèi)的上部，其殼體起貯存吸收球7的作用，其落球機(jī)構(gòu)起機(jī)械傳動(dòng)作用，在吸收球系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，落球機(jī)構(gòu)動(dòng)作，閥頭8開啟，使貯存在貯球罐4中的幾十萬個(gè)小直徑的碳化硼吸收球7依靠重力下落，實(shí)現(xiàn)安全停堆；所述的氣力輸送裝置主要由貯球罐4、球位探針5、旋風(fēng)分離器6、誘導(dǎo)式供料器10、輸球氣體閥11、羅茨風(fēng)機(jī)12、氣體入口管路13、旁路氣體管路14、旁路氣體閥15、氣體入口截止閥16、輸球氣體管17以及調(diào)頻電源、承壓罐零部件依次連接組成，用于在重新開堆時(shí)，落球機(jī)構(gòu)帶動(dòng)閥頭關(guān)閉，使吸收球在氣力輸送的作用下返回貯球罐，從而實(shí)現(xiàn)順利開堆。
本發(fā)明的有益效果是1.當(dāng)反應(yīng)堆的控制棒全部失效時(shí)，落球裝置能將碳化硼中子吸收球落入堆芯反射層相應(yīng)的孔道內(nèi)，實(shí)現(xiàn)緊急停堆，其吸收球是投入反射層孔道內(nèi)而非堆芯，使該系統(tǒng)能重復(fù)使用；2.當(dāng)反應(yīng)堆再次臨界之前，利用氣力輸送裝置將吸收球輸送回到位于堆頂?shù)馁A球罐內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)順利開堆，使得該系統(tǒng)具有工作穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易行、能動(dòng)部件少等特點(diǎn)。3.提供了一種傳動(dòng)鏈較短、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于加工制造、整機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定可靠的吸收球停堆系統(tǒng)，為反應(yīng)堆事故工況下的安全停堆提供更可靠的手段。



圖1為吸收球第二停堆系統(tǒng)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
本發(fā)明所提供的是應(yīng)用于氣冷反應(yīng)堆的吸收球第二停堆系統(tǒng)。圖1所示該停堆系統(tǒng)主要由落球裝置和氣力輸送裝置兩大部分組成。其落球裝置由三相電動(dòng)機(jī)1、多功能套筒2、絲杠3、行程開關(guān)連接成轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，伸入貯球罐4內(nèi)，球位探針5、旋風(fēng)分離器6分別固定在絲杠3外套筒外面，吸收球7堆積于貯球罐4內(nèi)，閥頭8固定在貯球罐4內(nèi)下端口與絲杠3連接的閥桿上，反射層通道9由閥桿與閥頭8連接。氣力輸送裝置的貯球罐4通過輸球氣體管路17將誘導(dǎo)式供料器10、輸球氣體閥11、反射層吸收球孔道9連接成回路，羅茨風(fēng)機(jī)12分別與氣體入口管路13、旁路氣體管路14、輸球氣體閥11、旁路氣體閥15及氣體入口截止閥16連接后和調(diào)頻電源、承壓罐連接；氣體入口截止閥16還與貯球罐4接通。
在控制棒第一停堆系統(tǒng)發(fā)生故障而不能落棒從而實(shí)現(xiàn)安全停堆時(shí)，或控制棒系統(tǒng)需要維修的時(shí)候，利用手動(dòng)或由反應(yīng)堆保護(hù)信號(hào)自動(dòng)投入吸收球第二停堆系統(tǒng)。由三相電動(dòng)機(jī)1驅(qū)動(dòng)多功能套筒2和絲杠3，將電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)殚y頭8的垂直直線運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)閥頭、閥桿組件按給定的信號(hào)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)閥頭8的開啟，這時(shí)貯存在位于堆芯上部壓力殼內(nèi)部的貯球罐4內(nèi)的碳化硼吸收球7靠重力落入堆芯反射層吸收球孔道9內(nèi)，使反應(yīng)堆由熱態(tài)最終達(dá)到冷態(tài)次臨界狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)安全停堆。吸收球停堆裝置依靠吸收球的重力下落來實(shí)現(xiàn)停堆功能，吸收球的直徑只有5mm，對(duì)于堆芯側(cè)反射層孔道的準(zhǔn)直度要求不高，可以全部順利落入反射層孔道內(nèi)，提供足夠的負(fù)反應(yīng)性使堆內(nèi)熱中子裂變反應(yīng)中止，確保了反應(yīng)堆的安全性。
三相交流電機(jī)直接拖動(dòng)落球傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的雙頭絲杠，絲杠螺母上端與雙頭絲杠連接，下端掛提閥桿一閥頭。為落球時(shí)不會(huì)“搭橋”受阻，絲杠螺母的上提距離為64mm。在絲杠螺母旁邊相關(guān)的位置上裝了上、下兩個(gè)限位行程開關(guān)，作為絲杠螺母的超位保護(hù)，控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)。行程開關(guān)要求定位正確，確保電機(jī)轉(zhuǎn)、停準(zhǔn)時(shí)。球位探針5由金屬材料制成，指示貯球罐4內(nèi)的碳化硼吸收球7的存儲(chǔ)狀況。碳化硼吸收球?yàn)閷?dǎo)電體，如果貯球罐內(nèi)的吸收球堆積到一定高度，則兩只球位探針電路導(dǎo)通，表示罐內(nèi)有碳化硼球；如果兩只球位探針電路未導(dǎo)通，則表示罐內(nèi)無球。
在重新開堆之前，采用氣力輸送碳化硼吸收球則具有啟動(dòng)快、工作穩(wěn)定可靠、能動(dòng)部件少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。高溫堆吸收球停堆系統(tǒng)的氣力輸送介質(zhì)為氦氣，輸送對(duì)象為一定含量的碳化硼的石墨球，密度為1900kg/m3，數(shù)量為27萬個(gè)。以羅茨風(fēng)機(jī)12為動(dòng)力源，氦氣/碳化硼吸收球(直徑為5mm)兩相流先后經(jīng)過的管道和器件有位于壓力殼內(nèi)的誘導(dǎo)式供料器10、垂直輸球管路17、90°彎頭、水平管道和旋風(fēng)分離器6。大量的吸收球在流道中呈均勻分散的懸浮流動(dòng)狀態(tài)，靠氣力推動(dòng)而向上運(yùn)動(dòng)。經(jīng)旋風(fēng)分離器6后，碳化硼吸收球落7入貯球罐4內(nèi)，純氦氣經(jīng)氣體入口管路13、彎頭、氣體入口截止閥16返回羅茨風(fēng)機(jī)12，再由羅茨風(fēng)機(jī)經(jīng)承壓罐、管路、彎頭、輸球氣體閥11輸送至壓力殼內(nèi)，從而構(gòu)成閉合回路。羅茨風(fēng)機(jī)12、隔離閥組(輸球氣體閥11、旁路氣體閥15、氣體入口截止閥16)均位于反應(yīng)堆壓力殼外面，便于維護(hù)檢修。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用于氣冷反應(yīng)堆的吸收球第二停堆系統(tǒng)，所述吸收球第二停堆系統(tǒng)主要由落球裝置和氣力輸送裝置兩大部分組成，其特征在于所述落球裝置主要由三相電動(dòng)機(jī)(1)、多功能套筒(2)、絲杠(3)、貯球罐(4)、球位探針(5)、旋風(fēng)分離器(6)、吸收球(7)、閥頭(8)、反射層通道(9)、以及閥桿、行程開關(guān)從上至下連接而成，用于當(dāng)控制棒全部失效時(shí)，它能將碳化硼中子吸收球落入堆芯反射層相應(yīng)的孔道內(nèi)，實(shí)現(xiàn)緊急停堆；其吸收球系統(tǒng)貯球罐(4)位于反應(yīng)堆壓力殼內(nèi)的上部，其殼體起貯存吸收球(7)的作用，其落球機(jī)構(gòu)起機(jī)械傳動(dòng)作用，在吸收球系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，落球機(jī)構(gòu)動(dòng)作，閥頭(8)開啟，使貯存在貯球罐(4)中的幾十萬個(gè)小直徑的碳化硼吸收球(7)依靠重力下落，實(shí)現(xiàn)安全停堆；所述的氣力輸送裝置主要由貯球罐(4)、球位探針(5)、旋風(fēng)分離器(6)、誘導(dǎo)式供料器(10)、輸球氣體閥(11)、羅茨風(fēng)機(jī)(12)、氣體入口管路(13)、旁路氣體管路(14)、旁路氣體閥(15)、氣體入口截止閥(16)、輸球氣體管(17)以及調(diào)頻電源、承壓罐零部件依次連接組成，用于在重新開堆時(shí)，落球機(jī)構(gòu)帶動(dòng)閥頭關(guān)閉，使吸收球在氣力輸送的作用下返回貯球罐，從而實(shí)現(xiàn)順利開堆。
專利摘要
本發(fā)明公開了屬于核反應(yīng)堆安全技術(shù)領(lǐng)域：
一種應(yīng)用于氣冷反應(yīng)堆的吸收球第二停堆系統(tǒng)。包括落球驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和氣力輸送返球裝置兩部分。在需要緊急停堆時(shí)，吸收球系統(tǒng)運(yùn)行，落球機(jī)構(gòu)動(dòng)作，通過絲杠、閥桿的傳動(dòng)，閥頭被提起，使貯存在貯球罐中的大量碳化硼吸收球依靠重力下落，進(jìn)入堆芯側(cè)反射層，實(shí)現(xiàn)安全停堆。在重新開堆前，落球機(jī)構(gòu)反向運(yùn)行，帶動(dòng)閥頭關(guān)閉，氣力輸送以反應(yīng)堆冷卻氣體為工作介質(zhì)，經(jīng)羅茨風(fēng)機(jī)的抽吸作用，氣流流經(jīng)堆芯底部的送料器、攜帶一定數(shù)量的吸收球進(jìn)入輸球管，吸收球隨著氣流流動(dòng)向上提升，返回貯球罐。它是一種新的落球、輸球系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、輸球效率高，可重復(fù)使用。本發(fā)明還可推廣應(yīng)用于形狀規(guī)則的物料顆粒氣力輸送系統(tǒng)上。
文檔編號(hào)G21C9/02GKCN1447342SQ03109313
公開日2003年10月8日 申請(qǐng)日期2003年4月4日
發(fā)明者吳宗鑫, 周惠忠, 黃志勇, 刁興中, 吳元強(qiáng), 程云升 申請(qǐng)人:清華大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan