CN101777397B - 高温气冷堆堆芯进球装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高温气冷堆堆芯进球装置，其包括上部装料管(4)、中部装料管(6)和下部装料管(8)，所述上部装料管(4)的内径大于所述中部装料管(6)的内径，所述上部装料管(4)和中部装料管(6)之间设置有缓冲接头(5)，所述中部装料管(6)和下部装料管(8)之间通过法兰(7)连接，在所述上部装料管(4)的上部设置有两个与上部装料管(4)相切的进球管(1)。本发明的高温气冷堆堆芯进球装置实现了燃料元件在到达球床时的缓冲减速以及双路进球功能，并满足了装料设备穿过的需要，适用于所有球床式高温气冷堆。
Description
技术领域
本发明涉及反应堆工程设备技术领域，特别是涉及一种高温气冷堆燃料元件堆芯进球装置。
背景技术
作为清洁的、安全、环保的能源，核能发电对于缓解世界及各国能源安全和全球气候变化问题都具有重要意义。虽然经过了美国三哩岛和前苏联切尔诺贝利核电站事故挫折，人们仍然在积极开发更安全、经济性更好的核能发电技术。目前，第三代核电技术已经基本成熟。正在研发的第四代核能系统中，高温气冷堆可以实现很高的出口温度，具有高发电效率和高品位热供应能力，引起人们广泛关注。
高温气冷堆采用陶瓷型包覆颗粒燃料元件，氦气作为冷却剂，石墨作慢化剂，堆芯出口温度可以达到700℃，直至950～1000℃。高温气冷堆是一种安全性能好的堆型，这是由于：1)优异的燃料元件性能；2)石墨堆芯的热容量大；3)全范围的负反应性温度系数；4)氦冷却剂为惰性气体，化学稳定性好，不会发生相变。
根据燃料元件的形状不同，高温气冷堆被分为球床堆与柱状堆。前者把包覆颗粒燃料与石墨基体一起压制成直径6厘米的燃料球，形成能流动的球床堆芯，实现不停堆在线更换核燃料。后者把包覆颗粒燃料与石墨一起压制成圆柱状芯块，然后再放入六角形棱柱形燃料组件中，形成固定型的棱柱状堆芯。
相对于棱柱形高温气冷堆，球床式高温气冷堆具有如下特点：1)不停堆装卸燃料元件，电站可用率高；2)堆芯过剩反应性小，便于反应性控制，中子经济性高；3)卸料燃耗均匀，卸料燃耗高，燃料利用率高；4)正常运行时燃料颗粒温度低，易于进一步提高反应堆出口温度。
中国的10MW高温气冷实验堆是全球第一个模块式球床高温气冷堆的实验堆。这一反应堆的设计、建造、临界、运行表明，我国已经形成了具有自主知识产权的模块式高温气冷堆技术，达到了国际先进水平。2006年1月国务院正式发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》中“大型先进压水堆及高温气冷堆核电站”被列入国家重大专项。在该专项的支持下，目前正在建设一座电功率为20万千瓦级的高温气冷堆核电站示范工程。
球床高温气冷堆的不停堆装卸燃料功能利用球形燃料元件有利的几何形状来实现。球形燃料元件松散堆积在堆芯中，通过燃料装卸系统实现了燃料的装卸和多次通过堆芯，保证最佳燃料循环，从而使得堆芯内过剩反应性保持在最小值，使得卸出的乏燃料燃耗较均匀。高温气冷堆核电站示范工程(HTR-PM)所用燃料为一种直径60毫米的球形元件，除每天装入一批新的燃料元件外，每天参加循环的燃料球数量接近1万。
反应堆正常运行过程中，石墨球在反应堆堆芯和卸料管中靠重力自上而下流动，从堆芯下部卸料管经单一化和碎球分选后，碎球落入碎球罐中另行处理。完好的元件按批次顺序通过隔离阀后，被逐个输送到燃耗测量定位器上进行燃耗测量。未达到目标燃耗深度的元件进入向堆芯反向提升的输送管道，在高压氦气的推动下，燃料元件通过提升到达反应堆压力容器顶部，然后通过堆芯进球装置被送至堆芯。
发明内容
本发明的目的是提供一种高温气冷堆球形燃料元件的堆芯进球装置，该装置实现了燃料元件在到达球床时的缓冲减速以及双路进球功能，并满足初装和再装料设备穿过的需要，适用于所有球床式高温气冷堆。
为达到上述目的，提供一种依照本发明实施方式的高温气冷堆堆芯进球装置，其包括上部装料管、中部装料管和下部装料管，所述上部装料管的内径大于所述中部装料管的内径，所述上部装料管和中部装料管之间设置有缓冲接头，所述中部装料管和下部装料管之间通过法兰连接，在所述上部装料管的上部设置有两个与上部装料管相切的进球管。
优选地，所述上部装料管采用光壁上部装料管或者螺旋上部装料管。
优选地，所述螺旋上部装料管的内壁为双螺旋结构，具有两条平行的内突导轨，所述导轨的边缘设计为圆弧状。
优选地，所述螺旋上部装料管的内突高度为5～40mm，所述两条内突之间的距离在80～120mm之间。
优选地，所述上部装料管上部的不同水平高度处分别设置有两个进球管，所述两个进球管与所述两条内突平行导轨相对应。
优选地，所述两个进球管分别具有螺旋进球口，所述螺旋进球口与上部装料管轴线的垂线成10°夹角，所述螺旋进球口在水平方向与所述垂线分别具有10°和35°的夹角。
优选地，所述缓冲接头具有45°夹角环形斜面结构。
优选地，在所述上部装料管的上部、进球管的下方设置有环形的固定板，在所述固定板和所述上部装料管之间设置有筋板。
优选地，所述中部装料管和下部装料管的内径应不小于100mm。
上述技术方案具有如下优点：进球管与上部装料管的结构设计使得燃料元件以一定速度从进球管切向进入上部装料管后沿管壁呈螺旋渐开线轨迹下落；不同水平高度处两个螺旋进球口的布置方式，可使两个燃料元件同时进入时沿着两条不同的螺旋轨迹旋转下落而不发生相互碰撞现象；缓冲接头的45°夹角环形斜面使得燃料元件垂直向下的速度方向反射为水平方向速度，元件的不规则旋转或与管道内壁撞击后产生缓冲效果，使得下落的燃料元件减速；装料管和缓冲接头的结构设计便于初装料和再装料设备的穿过。
附图说明
图1是本发明实施例的高温气冷堆堆芯进球装置的结构示意图；
图2是本发明实施例的高温气冷堆堆芯进球装置的光壁上部装料管的结构示意图；
图3是本发明实施例的高温气冷堆堆芯进球装置的螺旋导轨上部装料管的结构示意图；
图4是本发明实施例的高温气冷堆堆芯进球装置的进球管与上部装料管的连接示意图。
其中，1：进球管；2：筋板；3：固定板；4：上部装料管；5：缓冲接头；6：中部装料管；7：法兰；8：下部装料管；9：光壁上部装料管；10：螺旋导轨上部装料管。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示，本发明提出了一种高温气冷堆球形燃料元件堆芯进球装置，该装置主要包括：进球管1、筋板2、固定板3、上部装料管4、缓冲接头5、中部装料管6、法兰7、下部装料管8。如图2和图3所示，所述上部装料管4具有两种结构形式：光壁上部装料管9和螺旋导轨上部装料管10。其中螺旋导轨上部装料管10是在光壁上部装料管9的内壁通过焊接或机械加工方法增加两条平行并具有一定内突高度和一定螺旋长度的螺旋导轨，内突高度可在5～40mm之间选择，螺旋长度可在进球管1管口以下上部装料管4的高度范围内选择，第一层内突与第二层内突之间的距离在80～120mm之间，且螺旋导轨内突边缘均为圆弧化设计。
如图4所示，进球管1焊接在上部装料管4上，相对应地两个螺旋进球口与上部装料管4轴线垂线成10°夹角，两螺旋进球口在水平方向与所述垂线分别具有但不仅限于10°和35°夹角。筋板2和固定板3焊接在上部装料管4的上端；上部装料管4和中部装料管通过缓冲接头5焊接连接；下部装料管8与中部装料管6通过法兰连接。在使用时，进球管1与燃料元件球流管路焊接，固定板3在堆芯相应位置处固定。
下面结合实施例进一步说明：
本发明第一个实施例：燃料元件通过进球管1切向进入光壁上部装料管9后以一定速度沿管壁呈旋转渐开线轨迹下落；由于上部装料管4的两个螺旋进球口布置在不同水平高度，当同时有两个燃料元件进入时，两个燃料元件沿两条不同的螺旋轨迹旋转下行，因而不发生相互碰撞；燃料元件到达缓冲接头5时，45°夹角环形斜面使得燃料元件垂直向下的速度方向反射为水平方向速度，元件沿台阶呈不规则旋转或与管道内壁撞击后产生缓冲效果，使得元件沿环状台阶呈自由落体下落到下面的堆芯球床表面；中部装料管6和下部装料管8内径不小于100mm，较大内径的装料管和缓冲接头5的结构设计便于初装料和再装料设备的穿过。
本发明第二个实施例：燃料元件以一定初速度通过进球管1切向进入螺旋上部装料管10，受螺旋导轨的限制，只能沿管壁上螺旋导轨轨迹下落；由于上部装料管4的两个螺旋进球口及两螺旋导轨布置在不同水平高度，两个燃料元件只能沿两条不同的螺旋轨迹旋转运行，因而不发生相互碰撞；燃料元件到达缓冲接头5时，45°夹角环形斜面使得燃料元件垂直向下的速度方向反射为水平方向速度，元件沿台阶呈不规则旋转或与管道内壁撞击后产生缓冲效果，使得元件沿环状台阶呈自由落体下落到下面的堆芯球床表面。
该发明由于能够同时满足燃料元件在进入堆芯时两路同时进球和减速缓冲功能，以及初装料、再装料设备穿过的需要，因而适用于所用球床式高温气冷堆燃料元件进入堆芯的要求。
由以上实施例可以看出，本发明实施例通过采用进球管与上部装料管的结构设计使得燃料元件以一定速度从进球管切向进入上部装料管后沿管壁呈螺旋渐开线轨迹下落；不同水平高度处两个螺旋进球口的布置方式，可使两个燃料元件同时进入时沿着两条不同的螺旋轨迹旋转下落而不发生相互碰撞现象；缓冲接头的45°夹角环形斜面使得燃料元件垂直向下的速度方向反射为水平方向速度，元件的不规则旋转或与管道内壁撞击后产生缓冲效果，使得下落的燃料元件减速；装料管和缓冲接头的结构设计便于初装料和再装料设备的穿过。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种高温气冷堆堆芯进球装置，其特征在于，所述进球装置包括上部装料管(4)、中部装料管(6)和下部装料管(8)，所述上部装料管(4)的内径大于所述中部装料管(6)的内径，所述上部装料管(4)和中部装料管(6)之间设置有缓冲接头(5)，所述中部装料管(6)和下部装料管(8)之间通过法兰(7)连接，在所述上部装料管(4)的上部设置有两个与上部装料管(4)相切的进球管(1)。
2.如权利要求1所述的高温气冷堆堆芯进球装置，其特征在于，所述上部装料管(4)采用光壁上部装料管(9)或者螺旋上部装料管(10)。
3.如权利要求2所述的高温气冷堆堆芯进球装置，其特征在于，所述螺旋上部装料管(10)的内壁为双螺旋结构，具有两条平行的内突导轨，所述导轨的边缘设计为圆弧状。
4.如权利要求3所述的高温气冷堆堆芯进球装置，其特征在于，所述螺旋上部装料管(10)的内突高度为5～40mm，所述两条内突之间的距离在80～120mm之间。
5.如权利要求3所述的高温气冷堆堆芯进球装置，其特征在于，所述上部装料管(4)上部的不同水平高度处分别设置有两个进球管(1)，所述两个进球管(1)与所述两条内突平行导轨相对应。
6.如权利要求5所述的高温气冷堆堆芯进球装置，其特征在于，所述两个进球管(1)分别具有螺旋进球口，所述螺旋进球口与上部装料管(4)轴线的垂线成10°夹角，所述螺旋进球口在水平方向与所述垂线分别具有10°和35°的夹角。
7.如权利要求1所述的高温气冷堆堆芯进球装置，其特征在于，所述缓冲接头(5)具有45°夹角环形斜面结构。
8.如权利要求1所述的高温气冷堆堆芯进球装置，其特征在于，在所述上部装料管(4)的上部、进球管(1)的下方设置有环形的固定板(3)，在所述固定板(3)和所述上部装料管(4)之间设置有筋板(2)。
9.如权利要求1-8任一项所述的高温气冷堆堆芯进球装置，其特征在于，所述中部装料管(6)和下部装料管(8)内径应不小于100mm。
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