專利名稱:高溫氣冷堆堆芯進球裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及反應堆工程設備技術領域：
，特別是涉及一種高溫氣冷堆燃料元件堆芯進球裝置。
背景技術：
作為清潔的、安全、環(huán)保的能源，核能發(fā)電對于緩解世界及各國能源安全和全球氣候變化問題都具有重要意義。雖然經(jīng)過了美國三哩島和前蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站事故挫折，人們仍然在積極開發(fā)更安全、經(jīng)濟性更好的核能發(fā)電技術。目前，第三代核電技術已經(jīng)基本成熟。正在研發(fā)的第四代核能系統(tǒng)中，高溫氣冷堆可以實現(xiàn)很高的出口溫度，具有高發(fā)電效率和高品位熱供應能力，引起人們廣泛關注。
高溫氣冷堆采用陶瓷型包覆顆粒燃料元件，氦氣作為冷卻劑，石墨作慢化劑，堆芯出口溫度可以達到700°C，直至950 1000°C。高溫氣冷堆是一種安全性能好的堆型，這是由于1)優(yōu)異的燃料元件性能；2)石墨堆芯的熱容量大；3)全范圍的負反應性溫度系數(shù)； 4)氦冷卻劑為惰性氣體，化學穩(wěn)定性好，不會發(fā)生相變。
根據(jù)燃料元件的形狀不同，高溫氣冷堆被分為球床堆與柱狀堆。前者把包覆顆粒燃料與石墨基體一起壓制成直徑6厘米的燃料球，形成能流動的球床堆芯，實現(xiàn)不停堆在線更換核燃料。后者把包覆顆粒燃料與石墨一起壓制成圓柱狀芯塊，然后再放入六角形棱柱形燃料組件中，形成固定型的棱柱狀堆芯。
相對于棱柱形高溫氣冷堆，球床式高溫氣冷堆具有如下特點1)不停堆裝卸燃料元件，電站可用率高；2)堆芯過剩反應性小，便于反應性控制，中子經(jīng)濟性高；3)卸料燃耗均勻，卸料燃耗高，燃料利用率高；4)正常運行時燃料顆粒溫度低，易于進一步提高反應堆出口溫度。
中國的IOMW高溫氣冷實驗堆是全球第一個模塊式球床高溫氣冷堆的實驗堆。這一反應堆的設計、建造、臨界、運行表明，我國已經(jīng)形成了具有自主知識產(chǎn)權的模塊式高溫氣冷堆技術，達到了國際先進水平。2006年1月國務院正式發(fā)布的《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020年)》中“大型先進壓水堆及高溫氣冷堆核電站”被列入國家重大專項。在該專項的支持下，目前正在建設一座電功率為20萬千瓦級的高溫氣冷堆核電站示范工程。
球床高溫氣冷堆的不停堆裝卸燃料功能利用球形燃料元件有利的幾何形狀來實現(xiàn)。球形燃料元件松散堆積在堆芯中，通過燃料裝卸系統(tǒng)實現(xiàn)了燃料的裝卸和多次通過堆芯，保證最佳燃料循環(huán)，從而使得堆芯內過剩反應性保持在最小值，使得卸出的乏燃料燃耗較均勻。高溫氣冷堆核電站示范工程(HTR-PM)所用燃料為一種直徑60毫米的球形元件， 除每天裝入一批新的燃料元件外，每天參加循環(huán)的燃料球數(shù)量接近1萬。
反應堆正常運行過程中，石墨球在反應堆堆芯和卸料管中靠重力自上而下流動， 從堆芯下部卸料管經(jīng)單一化和碎球分選后，碎球落入碎球罐中另行處理。完好的元件按批次順序通過隔離閥后，被逐個輸送到燃耗測量定位器上進行燃耗測量。未達到目標燃耗深度的元件進入向堆芯反向提升的輸送管道，在高壓氦氣的推動下，燃料元件通過提升到達反應堆壓力容器頂部，然后通過堆芯進球裝置被送至堆芯。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種高溫氣冷堆球形燃料元件的堆芯進球裝置，該裝置實現(xiàn)了燃料元件在到達球床時的緩沖減速以及雙路進球功能，并滿足初裝和再裝料設備穿過的需要，適用于所有球床式高溫氣冷堆。
為達到上述目的，提供一種依照本發(fā)明實施方式的高溫氣冷堆堆芯進球裝置，其包括上部裝料管、中部裝料管和下部裝料管，所述上部裝料管的內徑大于所述中部裝料管的內徑，所述上部裝料管和中部裝料管之間設置有緩沖接頭，所述中部裝料管和下部裝料管之間通過法蘭連接，在所述上部裝料管的上部設置有兩個與上部裝料管相切的進球管。
優(yōu)選地，所述上部裝料管采用光壁上部裝料管或者螺旋上部裝料管。
優(yōu)選地，所述螺旋上部裝料管的內壁為雙螺旋結構，具有兩條平行的內突導軌，所述導軌的邊緣設計為圓弧狀。
優(yōu)選地，所述螺旋上部裝料管的內突高度為5 40mm，所述兩條內突之間的距離在80 120mm之間。
優(yōu)選地，所述上部裝料管上部的不同水平高度處分別設置有兩個進球管，所述兩個進球管與所述兩條內突平行導軌相對應。
優(yōu)選地，所述兩個進球管分別具有螺旋進球口，所述螺旋進球口與上部裝料管軸線的垂線成10°夾角，所述螺旋進球口在水平方向與所述垂線分別具有10°和35°的夾角。
優(yōu)選地，所述緩沖接頭具有45°夾角環(huán)形斜面結構。
優(yōu)選地，在所述上部裝料管的上部、進球管的下方設置有環(huán)形的固定板，在所述固定板和所述上部裝料管之間設置有筋板。
優(yōu)選地，所述中部裝料管和下部裝料管的內徑應不小于100mm。
上述技術方案具有如下優(yōu)點進球管與上部裝料管的結構設計使得燃料元件以一定速度從進球管切向進入上部裝料管后沿管壁呈螺旋漸開線軌跡下落；不同水平高度處兩個螺旋進球口的布置方式，可使兩個燃料元件同時進入時沿著兩條不同的螺旋軌跡旋轉下落而不發(fā)生相互碰撞現(xiàn)象；緩沖接頭的45°夾角環(huán)形斜面使得燃料元件垂直向下的速度方向反射為水平方向速度，元件的不規(guī)則旋轉或與管道內壁撞擊后產(chǎn)生緩沖效果，使得下落的燃料元件減速；裝料管和緩沖接頭的結構設計便于初裝料和再裝料設備的穿過。


圖1是本發(fā)明實施例的高溫氣冷堆堆芯進球裝置的結構示意圖；
圖2是本發(fā)明實施例的高溫氣冷堆堆芯進球裝置的光壁上部裝料管的結構示意圖；
圖3是本發(fā)明實施例的高溫氣冷堆堆芯進球裝置的螺旋導軌上部裝料管的結構示意圖；
圖4是本發(fā)明實施例的高溫氣冷堆堆芯進球裝置的進球管與上部裝料管的連接示意圖。
其中，1 進球管；2 筋板；3 固定板；4 上部裝料管；5 緩沖接頭；6 中部裝料管；7 法蘭；8 下部裝料管；9 光壁上部裝料管；10 螺旋導軌上部裝料管。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
如圖1所示，本發(fā)明提出了一種高溫氣冷堆球形燃料元件堆芯進球裝置，該裝置主要包括進球管1、筋板2、固定板3、上部裝料管4、緩沖接頭5、中部裝料管6、法蘭7、下部裝料管8。如圖2和圖3所示，所述上部裝料管4具有兩種結構形式光壁上部裝料管9 和螺旋導軌上部裝料管10。其中螺旋導軌上部裝料管10是在光壁上部裝料管9的內壁通過焊接或機械加工方法增加兩條平行并具有一定內突高度和一定螺旋長度的螺旋導軌，內突高度可在5 40mm之間選擇，螺旋長度可在進球管1管口以下上部裝料管4的高度范圍內選擇，第一層內突與第二層內突之間的距離在80 120mm之間，且螺旋導軌內突邊緣均為圓弧化設計。
如圖4所示，進球管1焊接在上部裝料管4上，相對應地兩個螺旋進球口與上部裝料管4軸線垂線成10°夾角，兩螺旋進球口在水平方向與所述垂線分別具有但不僅限于 10°和35°夾角。筋板2和固定板3焊接在上部裝料管4的上端；上部裝料管4和中部裝料管通過緩沖接頭5焊接連接；下部裝料管8與中部裝料管6通過法蘭連接。在使用時，進球管1與燃料元件球流管路焊接，固定板3在堆芯相應位置處固定。
下面結合實施例進一步說明
本發(fā)明第一個實施例燃料元件通過進球管1切向進入光壁上部裝料管9后以一定速度沿管壁呈旋轉漸開線軌跡下落；由于上部裝料管4的兩個螺旋進球口布置在不同水平高度，當同時有兩個燃料元件進入時，兩個燃料元件沿兩條不同的螺旋軌跡旋轉下行，因而不發(fā)生相互碰撞；燃料元件到達緩沖接頭5時，45°夾角環(huán)形斜面使得燃料元件垂直向下的速度方向反射為水平方向速度，元件沿臺階呈不規(guī)則旋轉或與管道內壁撞擊后產(chǎn)生緩沖效果，使得元件沿環(huán)狀臺階呈自由落體下落到下面的堆芯球床表面；中部裝料管6和下部裝料管8內徑不小于100mm，較大內徑的裝料管和緩沖接頭5的結構設計便于初裝料和再裝料設備的穿過。
本發(fā)明第二個實施例燃料元件以一定初速度通過進球管1切向進入螺旋上部裝料管10，受螺旋導軌的限制，只能沿管壁上螺旋導軌軌跡下落；由于上部裝料管4的兩個螺旋進球口及兩螺旋導軌布置在不同水平高度，兩個燃料元件只能沿兩條不同的螺旋軌跡旋轉運行，因而不發(fā)生相互碰撞；燃料元件到達緩沖接頭5時，45°夾角環(huán)形斜面使得燃料元件垂直向下的速度方向反射為水平方向速度，元件沿臺階呈不規(guī)則旋轉或與管道內壁撞擊后產(chǎn)生緩沖效果，使得元件沿環(huán)狀臺階呈自由落體下落到下面的堆芯球床表面。
該發(fā)明由于能夠同時滿足燃料元件在進入堆芯時兩路同時進球和減速緩沖功能， 以及初裝料、再裝料設備穿過的需要，因而適用于所用球床式高溫氣冷堆燃料元件進入堆芯的要求。
由以上實施例可以看出，本發(fā)明實施例通過采用進球管與上部裝料管的結構設計使得燃料元件以一定速度從進球管切向進入上部裝料管后沿管壁呈螺旋漸開線軌跡下落； 不同水平高度處兩個螺旋進球口的布置方式，可使兩個燃料元件同時進入時沿著兩條不同的螺旋軌跡旋轉下落而不發(fā)生相互碰撞現(xiàn)象；緩沖接頭的45°夾角環(huán)形斜面使得燃料元件垂直向下的速度方向反射為水平方向速度，元件的不規(guī)則旋轉或與管道內壁撞擊后產(chǎn)生緩沖效果，使得下落的燃料元件減速；裝料管和緩沖接頭的結構設計便于初裝料和再裝料設備的穿過。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域：
的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變型，這些改進和變型也應視為本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種高溫氣冷堆堆芯進球裝置，其特征在于，所述進球裝置包括上部裝料管、中部裝料管(6)和下部裝料管(8)，所述上部裝料管(4)的內徑大于所述中部裝料管(6)的內徑，所述上部裝料管(4)和中部裝料管(6)之間設置有緩沖接頭(5)，所述中部裝料管(6) 和下部裝料管(8)之間通過法蘭(7)連接，在所述上部裝料管的上部設置有兩個與上部裝料管(4)相切的進球管(1)。
2.如權利要求
1所述的高溫氣冷堆堆芯進球裝置，其特征在于，所述上部裝料管(4)采用光壁上部裝料管(9)或者螺旋上部裝料管(10)。
3.如權利要求
2所述的高溫氣冷堆堆芯進球裝置，其特征在于，所述螺旋上部裝料管 (10)的內壁為雙螺旋結構，具有兩條平行的內突導軌，所述導軌的邊緣設計為圓弧狀。
4.如權利要求
3所述的高溫氣冷堆堆芯進球裝置，其特征在于，所述螺旋上部裝料管 (10)的內突高度為5 40mm，所述兩條內突之間的距離在80 120mm之間。
5.如權利要求
3所述的高溫氣冷堆堆芯進球裝置，其特征在于，所述上部裝料管(4)上部的不同水平高度處分別設置有兩個進球管(1)，所述兩個進球管(1)與所述兩條內突平行導軌相對應。
6.如權利要求
5所述的高溫氣冷堆堆芯進球裝置，其特征在于，所述兩個進球管(1)分別具有螺旋進球口，所述螺旋進球口與上部裝料管(4)軸線的垂線成10°夾角，所述螺旋進球口在水平方向與所述垂線分別具有10°和35°的夾角。
7.如權利要求
1所述的高溫氣冷堆堆芯進球裝置，其特征在于，所述緩沖接頭(5)具有 45°夾角環(huán)形斜面結構。
8.如權利要求
1所述的高溫氣冷堆堆芯進球裝置，其特征在于，在所述上部裝料管的上部、進球管(1)的下方設置有環(huán)形的固定板(3)，在所述固定板C3)和所述上部裝料管 (4)之間設置有筋板(2)。
9.如權利要求
1-8任一項所述的高溫氣冷堆堆芯進球裝置，其特征在于，所述中部裝料管(6)和下部裝料管(8)內徑應不小于100mm。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種高溫氣冷堆堆芯進球裝置，其包括上部裝料管(4)、中部裝料管(6)和下部裝料管(8)，所述上部裝料管(4)的內徑大于所述中部裝料管(6)的內徑，所述上部裝料管(4)和中部裝料管(6)之間設置有緩沖接頭(5)，所述中部裝料管(6)和下部裝料管(8)之間通過法蘭(7)連接，在所述上部裝料管(4)的上部設置有兩個與上部裝料管(4)相切的進球管(1)。本發(fā)明的高溫氣冷堆堆芯進球裝置實現(xiàn)了燃料元件在到達球床時的緩沖減速以及雙路進球功能，并滿足了裝料設備穿過的需要，適用于所有球床式高溫氣冷堆。
文檔編號G21C19/20GKCN101777397SQ201010033867
公開日2012年5月16日 申請日期2010年1月11日
發(fā)明者劉繼國, 吳宗鑫, 張作義, 張海泉, 李紅克, 王鑫 申請人:清華大學導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (5), 非專利引用 (2),