CN102148065B - 球床反应堆燃料元件管路循环桥联装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于核反应堆燃料元件输送技术领域，特别涉及一种球床反应堆燃料元件管路循环桥联装置。装置由后向前依次分为桥联机构、磁力传动机构和驱动机构三部分，箱体分为缓冲腔和导向腔，缓冲腔内安装缓冲芯，导向腔内安装导向芯，安装舌板的主传动轴与内磁转子转轴连接，外磁转子转轴与驱动机构的输出轴相连，利用内磁转子与外磁转子之间的磁力传动使舌板可从中间位置向左极限位置或向右极限位置转动，实现分球功能。本发明应用于球床反应堆燃料元件多路循环管路系统中，实现燃料元件多种循环运行模式，提高循环系统的可靠度；磁力传动的密封结构实现了气氛隔离；装置结构简单，控制方便，适用于高安全、高可靠运行要求的核反应堆。

Description

球床反应堆燃料元件管路循环桥联装置

技术领域

本发明属于核反应堆燃料元件输送技术领域，特别涉及一种球床反应堆燃料元件管路循环桥联装置。

背景技术

模块化高温球床气冷反应堆是目前正在研究开发的具有第四代特征的新型核反应堆，该堆芯燃料元件加工成球状，外径约60mm。球床堆采用燃料元件多次通过堆型的循环运行方式，实现这种运行方式是借助于球床堆重要子系统——燃料元件循环系统，燃料元件通过卸料装置从堆芯底部单一排出，进入管道输送系统中，经过缓冲、燃料测量、计数、气力提升等过程，最终返回至堆芯中，完成一次循环。单个燃料元件从堆芯卸出到返回堆芯经历的这条管线称为一条燃料元件循环回路。在循环过程中，燃料元件从较高位置运行到低处是借助燃料元件自重滚动实现的，这些管段被称作缓冲管段。一般情况，单个堆芯具有多条循环回路，堆芯运行要求每个循环回路每天的循环量应达到几千次。老式的球床堆燃料元件循环回路中未设计有桥联装置，各回路自行封闭循环运行，当单个循环回路中的一个设备出现故障时，此条循环回路将停止循环，其余设备即使正常也不再使用，其结果减少了堆芯的循环总量、降低设备的利用率以及循环系统的可靠性。通过系统可靠性计算可知，如果在各条循环回路之间引入结构简单、运行控制方便的桥联装置，并能够实现多种循环运行模式，即各条循环回路独立运行和单路向双路分流，这样将大幅度提高整个循环系统运行的可靠性，提高设备利用率。

发明内容

本发明的目的是为了提高球床堆燃料元件循环系统可靠性，提供一种球床反应堆燃料元件管路循环桥联装置。

本发明所采用的技术方案为：

球床反应堆燃料元件管路循环桥联装置由桥联机构和驱动机构组成，驱动机构安装在桥联机构的导向腔法兰盖57上，外部通过驱动机构的外壳与导向腔法兰盖57固接，内部通过驱动机构输出轴与桥联机构的主传动轴17连接实现桥联机构与驱动机构的连接；

所述桥联机构主要包括箱体23、缓冲芯21、导向芯14、舌板19、主传动轴17和导向腔压盖12，桥联机构是以箱体23的垂直中心面B-B面为对称面的左右对称结构，缓冲腔237在箱体23的上部，导向腔238在箱体23的下部，缓冲腔237的左上方为左燃料元件进口231，缓冲腔237的右上方为右燃料元件进口233，导向腔238的左下方为左燃料元件出口232，导向腔238的右下方为右燃料元件出口234，缓冲腔237和导向腔238通过两个互相平行又不相通的左连通通道235和右连通通道236连通，左燃料元件进口231、右燃料元件进口233、左燃料元件出口232和右燃料元件出口234均通过各自的接管24与外部回路系统连接；

缓冲腔237中安装缓冲芯21，缓冲芯21中有一对互相平行且不相通的左缓冲过球通道211和右缓冲过球通道212，缓冲芯21的左缓冲过球通道211和右缓冲过球通道212的上端分别与左燃料元件进口231和右燃料元件进口233连通，缓冲芯21的左缓冲过球通道211和右缓冲过球通道212的下端分别与左连通通道235和右连通通道236连通，缓冲腔压盖26压紧缓冲芯21固接在箱体23上，缓冲腔法兰盖27覆盖缓冲腔压盖26并固接在箱体23上；

导向腔238的下部安装导向芯14，导向芯14有左导向过球通道141和右导向过球通道142，左导向过球通道141、右导向过球通道142分别与左燃料元件出口232和右燃料元件出口234连通，导向腔压盖12固接在箱体23上，并压紧导向芯14，导向腔法兰盖57覆盖导向腔压盖12并固接在箱体23上，轴承IV18固定在导向腔238的底面中心的轴承座上。

主传动轴17置于导向腔238中，并垂直于箱体23的底面，其后端与轴承IV18的内圆固接，前端穿过导向腔法兰盖57的中心孔与驱动机构的输出轴直接连接，令O-O’轴线为主传动轴17的旋转轴线，O-O’轴线位于B-B面上，O-O’轴线垂直于左导向过球通道141和右导向过球通道142的过球方向，舌板19在导向腔238中垂直固接在主传动轴17中部，主传动轴17位于导向芯14的上方，舌板19的下端底面到导向芯14的上部顶面的距离小于燃料元件130的最小尺寸；

左限位块191和右限位块192分别固接在导向腔238左右两侧壁上，左限位块191限制舌板19向左转动的极限角度，使得舌板19以O-O’为轴线转动到左极限位置时舌板的右侧面与B-B面的夹角θ小于90度，右限位块192限制舌板19向右转动的极限角度，使得舌板19以O-O’为轴线转动到右极限位置时舌板的左侧面与B-B面的夹角θ小于90度；

舌板19在中间位置时，左燃料元件进口231、左缓冲过球通道211、左连通通道235、导向腔的左半空间、左导向过球通道141和左燃料元件出口232构成左燃料元件通道，右燃料元件进口233、右缓冲过球通道212、右连通通道236、导向腔的右半空间、右导向过球通道142和右燃料元件出口234构成右燃料元件通道；

所述驱动装置包括电机1、减速器2和联轴器3，驱动装置安装在导向腔法兰盖57上，驱动装置的输出轴与桥联机构的主传动轴17连接。

本发明第二个技术方案为在球床反应堆燃料元件管路循环桥联装置的桥联机构和驱动机构之间插入磁力传动机构，即球床反应堆燃料元件管路循环磁力传动桥联装置，装置由后向前依次分为桥联机构、磁力传动机构和驱动机构三部分，磁力传动机构安装在桥联机构的箱体23上，外部通过磁力传动机构的套筒6覆盖桥联机构的导向腔压盖12并与箱体23固接，内部通过磁力传动机构的内磁转子转轴91与桥联机构的主传动轴17同轴固接实现桥联机构和磁力传动机构的连接，驱动机构安装在磁力传动机构的法兰盘5上，外部通过驱动机构的外壳与磁力传动机构的法兰盘5固接，内部通过驱动机构输出轴与磁力传动机构的外磁转子转轴71固接实现磁力传动机构与驱动机构的连接；

所述桥联机构主要包括箱体23、缓冲芯21、导向芯14、舌板19、主传动轴17和导向腔压盖12，桥联机构是以箱体23的垂直中心面B-B面为对称面的左右对称结构，缓冲腔237在箱体23的上部，导向腔238在箱体23的下部，缓冲腔237的左上方为左燃料元件进口231，缓冲腔237的右上方为右燃料元件进口233，导向腔238的左下方为左燃料元件出口232，导向腔238的右下方为右燃料元件出口234，缓冲腔237和导向腔238通过两个互相平行又不相通的左连通通道235和右连通通道236连通，左燃料元件进口231、右燃料元件进口233、左燃料元件出口232和右燃料元件出口234均通过各自的接管24与外部回路系统连接；

缓冲腔237中安装缓冲芯21，缓冲芯21中有一对互相平行且不相通的左缓冲过球通道211和右缓冲过球通道212，缓冲芯21的左缓冲过球通道211和右缓冲过球通道212的上端分别与左燃料元件进口231和右燃料元件进口233连通，缓冲芯21的左缓冲过球通道211和右缓冲过球通道212的下端分别与左连通通道235和右连通通道236连通，缓冲腔压盖26压紧缓冲芯21固接在箱体23上，缓冲腔法兰盖27覆盖缓冲腔压盖26并固接在箱体23上；

导向腔238的下部安装导向芯14，导向芯14有左导向过球通道141和右导向过球通道142，左导向过球通道141、右导向过球通道142分别与左燃料元件出口232和右燃料元件出口234连通，导向腔压盖12固接在箱体23上，并压紧导向芯14，轴承IV18固定在导向腔238的底面中心的轴承座上；

主传动轴17置于导向腔238中，并垂直于箱体23的底面，其后端与轴承IV18的内圆固接，前端穿过导向腔法兰盖57的中心孔与驱动机构的输出轴直接连接，令O-O’轴线为主传动轴17的旋转轴线，O-O’轴线位于B-B面上，O-O’轴线垂直于左导向过球通道141和右导向过球通道142的过球方向，舌板19在导向腔238中垂直固接在主传动轴17中部，主传动轴17位于导向芯14的上方，舌板19的下端底面到导向芯14的上部顶面的距离小于燃料元件130的最小尺寸；

左限位块191和右限位块192分别固接在导向腔238左右两侧壁上，左限位块191限制舌板19向左转动的极限角度，使得舌板19以O-O’为轴线转动到左极限位置时舌板的右侧面与B-B面的夹角θ小于90度，右限位块192限制舌板19向右转动的极限角度，使得舌板19以O-O’为轴线转动到右极限位置时舌板的左侧面与B-B面的夹角θ小于90度；

舌板19在中间位置时，左燃料元件进口231、左缓冲过球通道211、左连通通道235、导向腔的左半空间、左导向过球通道141和左燃料元件出口232构成左燃料元件通道，右燃料元件进口233、右缓冲过球通道212、右连通通道236、导向腔的右半空间、右导向过球通道142和右燃料元件出口234构成右燃料元件通道；

所述磁力传动机构中，圆盘形转子隔离套11覆盖导向腔压盖12并由套筒6压紧固接在箱体23上，在圆盘形转子隔离套11与导向腔压盖12之间的空间内，轴承V30置于导向腔压盖12上的导向腔压盖轴承座121中，轴承III29置于内磁转子轴承座92中，圆盘形内磁转子9顶部呈圆盘形，圆盘形内磁转子9的圆盘底部与内磁转子转轴91固接，内磁转子转轴91与轴承V30的内圆固接后与主传动轴17同轴固接，轴承III29的内圆与圆盘形转子隔离套11上的内磁转子定位凸台112固接，圆盘形内磁转子9的表面嵌有圆盘形内磁转子永磁体10；圆筒形的套筒6套在圆盘形转子隔离套11外压紧圆盘形转子隔离套11并固接在箱体23上；

法兰盘5与套筒6的前端固接，在套筒6内，轴承I 4固接在法兰盘5后表面中心的轴承座内，轴承II28置于外磁转子轴承座72中，圆盘形外磁转子7的圆盘底部与外磁转子转轴71固接，圆盘形外磁转子7的表面嵌有圆盘形外磁转子永磁体8；外磁转子转轴71与轴承I4的内圆固接后再与联轴器3连接，轴承II28的内圆与圆盘形转子隔离套11的外磁转子定位凸台111固接，达到主传动轴17、内磁转子转轴91和外磁转子转轴71三者同轴连接的要求，圆盘形外磁转子永磁体8和圆盘形内磁转子永磁体10的互相吸引实现磁力传动；

所述驱动装置包括电机1、减速器2和联轴器3，驱动装置安装在法兰盖5上，驱动装置的输出轴与磁力传动机构的外磁转子转轴71连接。

本发明第三个技术方案是用圆筒结构的磁力传动机构替代第二技术方案中圆盘结构的磁力传动机构的球床反应堆燃料元件管路循环磁力传动桥联装置，所述磁力传动机构采用圆筒形结构，圆筒形外磁转子51呈圆筒形，圆筒形内磁转子52呈圆柱状，圆筒形转子隔离套55覆盖导向腔压盖12由套筒6压紧固接在箱体23上，在圆筒形转子隔离套55与导向腔压盖12之间的空间内，轴承V30置于导向腔压盖12上的导向腔压盖轴承座121中，轴承III29置于内磁转子轴承座92中，圆筒形内磁转子52插入圆筒形转子隔离套55的圆筒内部，圆筒形内磁转子52的内磁转子转轴91与轴承V30的内圆固接后再与主传动轴17同轴固接，轴承III29的内圆与圆筒形转子隔离套55上的内磁转子定位凸台112固接，圆筒形内磁转子52外表面嵌有圆筒形内磁转子永磁体54，圆筒形的套筒6套在圆筒形转子隔离套55外，圆筒形的套筒6压紧圆筒形转子隔离套55并固接在箱体23上；

法兰盘5与套筒6的前端固接，在套筒6内，轴承I4固接在法兰盘5后表面中心的轴承座内，轴承II28置于外磁转子轴承座72中，圆筒形外磁转子51套在隔离套55的圆筒外部，圆筒形外磁转子51的外磁转子转轴71与轴承I4的内圆固接后再与联轴器3连接，轴承II28的内圆与圆筒形转子隔离套55上的外磁转子定位凸台111固接，达到主传动轴17、内磁转子转轴91和外磁转子转轴71三者同轴连接的要求，圆筒形外磁转子永磁体53嵌在圆筒形外磁转子51内表面，圆筒形外磁转子永磁体53和圆筒形内磁转子永磁体54的互相吸引实现磁力传动。本技术方案的桥联机构和驱动机构与第二技术方案相同。

本发明的有益效果为：

1.本发明的球床反应堆燃料元件管路循环桥联装置安装在球床堆燃料元件多个循环回路中，可实现燃料元件多种循环运行模式，提高整个循环系统运行可靠性。既可实现双路同时独立循环，又可实现单路向双路分配燃料元件的功能。双路独立循环时，驱动设备不工作；单边燃料元件上游设备出现故障时，驱动设备才开始运行。因此，管路循环桥联装置结构简单，运行控制方便，提高球床堆燃料元件循环系统运行的可靠性。

2.采用磁力传动机构的球床反应堆燃料元件管路循环磁力传动桥联装置磁力传动机构结构简单、磁力传输效率高；装置的整个装置具有严密的密封空间，降低了泄漏率，实现了气氛隔离，适用于核电装置中流体介质的隔离。

3.将燃料元件的缓冲与导向功能整合在一个装置中，装置整体结构紧凑；箱体内燃料元件流通通道的设计引入了嵌入式模块组合的方法，模块设计方法既保证燃料元件顺畅流动，又降低了零件加工难度。

附图说明

图1为球床反应堆燃料元件管路循环磁力传动桥联装置示意图，其中内、外磁转子为圆盘形；

图2为球床反应堆燃料元件管路循环桥联装置的立面剖面图，其中驱动机构与桥联机构为直接连接；

图3为图1所示的球床反应堆燃料元件管路循环磁力传动桥联装置的立面剖面图；

图4为实施例3的球床反应堆燃料元件管路循环磁力传动桥联装置立面剖面图，其中内、外磁转子为圆筒形；

图5为图2中A-A剖面图，图中虚线绘制的舌板为舌板顺时针或逆时针转动的极限位置；

图6为箱体三维示意图；

图7为缓冲芯三维示意图；

图8为导向芯三维示意图；

图9为圆盘形外磁转子组件图；

图10为圆盘形内磁转子组件图；

图11为圆盘形转子隔离套示意图；

图12为导向腔压盖示意图；

图13为圆筒形外磁转子组件图；

图14为圆筒形内磁转子组件图；

图15为球床反应堆燃料元件管路循环桥联装置应用于循环系统中的布置示意图；

图16为桥联装置两种运行方式示意图，图中虚线代表燃料元件运行轨迹。其中，图16(a)为第一种工作方式，即桥联装置无需分球；图16(b)和图16(c)为第二种工作方式，即桥联装置分球工作方式。

其中：1--电机，2--减速器，3--联轴器，4--轴承I，5--法兰盖，6--套筒，7--圆盘形外磁转子，8--圆盘形外磁转子永磁体，9--圆盘形内磁转子，10--圆盘形内磁转子永磁体，11--圆盘形转子隔离套，12--导向腔压盖，13--密封圈，14--导向芯，17--主传动轴，18--轴承IV，19--舌板，21--导向芯，23--箱体，24--接管，25--密封圈B，26--缓冲腔压盖，27--缓冲腔法兰盖，28--轴承II，29--轴承III，30--轴承V，51--圆筒形外磁转子，52--圆筒形内磁转子，53--圆筒形外磁转子永磁体，54--圆筒形内磁转子永磁体，55--圆筒形转子隔离套，57--导向腔法兰盖，231--左燃料元件进口，233--右燃料元件进口，232--左燃料元件出口，234--右燃料元件出口，211--左缓冲过球通道，212--右缓冲芯过球通道，237--缓冲腔，238--导向腔，235--左连通通道，236--右连通通道，141--左导向过球通道，142--右导向过球通道，71--外磁转子转轴，72--外磁转子轴承座，91--内磁转子转轴，92--内磁转子轴承座，111--外磁转子定位凸台，112--内磁转子定位凸台，121--导向腔压盖轴承座，130--燃料元件，θ为舌板19的转动角度。

具体实施方式

下面结合附图及实施例进一步说明本发明的具体结构及工作方式。

实施例1

图2为实施例1的结构示意图，球床反应堆燃料元件管路循环桥联装置由桥联机构和驱动机构组成，驱动机构安装在桥联机构的导向腔法兰盖57上，外部通过驱动机构的外壳与导向腔法兰盖57固接，内部通过驱动机构输出轴与桥联机构的主传动轴17连接实现桥联机构与驱动机构的连接。

图5为图2中桥联机构的A-A剖面图，桥联机构主要包括箱体23、缓冲芯21、导向芯14、舌板19、主传动轴17和导向腔压盖12。桥联机构是以箱体23的垂直中心面B-B面为对称面的左右对称结构。缓冲腔237在箱体23的上部，导向腔238在箱体23的下部，缓冲腔237的左上方为左燃料元件进口231，缓冲腔237的右上方为右燃料元件进口233，导向腔238的左下方为左燃料元件出口232，导向腔238的右下方为右燃料元件出口234，缓冲腔237和导向腔238通过两个互相平行又不相通的左连通通道235和右连通通道236连通，左燃料元件进口231、右燃料元件进口233、左燃料元件出口232和右燃料元件出口234均通过各自的接管24与外部回路系统连接，箱体23的结构如图6所示。

缓冲腔237中安装缓冲芯21。缓冲芯21结构如图7所示，缓冲芯21中有一对互相平行且不相通的左缓冲过球通道211和右缓冲过球通道212。缓冲芯21的左缓冲过球通道211和右缓冲过球通道212的上端分别与左燃料元件进口231和右燃料元件进口233连通，缓冲芯21的左缓冲过球通道211和右缓冲过球通道212的下端分别与左连通通道235和右连通通道236连通。缓冲腔压盖27通过螺钉固定在箱体23上，并压紧缓冲芯21，密封圈B 25放置在缓冲腔237前沿凹台的密封沟槽内，缓冲腔法兰盘26上有与密封沟槽配合的凸台，缓冲腔法兰盖27覆盖缓冲腔压盖26通过螺柱固接在箱体23上，缓冲腔法兰盘凸台压紧密封圈B 25实现缓冲腔密封。缓冲腔作用是为了让高速运行的燃料元件在进入导向腔之前减缓其运行速度，防止对导向腔内部元件造成较大的冲击

导向腔238的下部安装导向芯14。如图8所示，导向芯14有左导向过球通道141和右导向过球通道142，左导向过球通道141、右导向过球通道142分别与左燃料元件出口232和右燃料元件出口234连通，导向腔压盖12固接在箱体23上，并压紧导向芯14。导向芯作用是为了保证燃料元件顺畅地从导向腔向左燃料元件出口232和右燃料元件出口234排出。

导向腔中，轴承IV18固定在导向腔238的底面中心的轴承座上，主传动轴17置于导向腔238中，并垂直于箱体23的底面，其后端与轴承IV18的内圆固接，前端与驱动机构的输出轴直接连接。令O-O’轴线为主传动轴17的旋转轴线，O-O’轴线位于B-B面上，O-O’轴线垂直于左导向过球通道141和右导向过球通道142的过球方向。舌板19在导向腔238中垂直固接在主传动轴17中部，主传动轴17位于导向芯14的上方，舌板19的下端底面到导向芯14的上部顶面的距离小于燃料元件130的最小尺寸。

左限位块191和右限位块192分别固接在导向腔238左右两侧壁上。左限位块191限制舌板19向左转动的极限角度，使得舌板19以O-O’为轴线转动到左极限位置时舌板的右侧面与B-B面的夹角θ小于90度。右限位块192限制舌板19向右转动的极限角度，使得舌板19以O-O’为轴线转动到右极限位置时舌板的左侧面与B-B面的夹角θ小于90度。

如图5所示，舌板19在中间位置时，左燃料元件进口231、左缓冲过球通道211、左连通通道235、导向腔的左半空间、左导向过球通道141和左燃料元件出口232构成左燃料元件通道；右燃料元件进口233、右缓冲过球通道212、右连通通道236、导向腔的右半空间、右导向过球通道142和右燃料元件出口234构成右燃料元件通道。

驱动机构包括电机1、减速器2和联轴器3，驱动装置安装在法兰盖5上，驱动机构的输出轴与桥联机构的主传动轴17连接。为了控制舌板的旋转角度，在驱动机构输出轴中加入编码器，达到精确控制转角的目的。

实施例2

实施例2的示意图如图1和图3所示，球床反应堆燃料元件管路磁力传动循环桥联装置由后向前依次分为桥联机构、磁力传动机构和驱动机构三部分。磁力传动机构安装在桥联机构的箱体23上，外部通过磁力传动机构的套筒6覆盖桥联机构的导向腔压盖12并与箱体23固接，内部通过磁力传动机构的内磁转子转轴91与桥联机构的主传动轴17同轴固接实现桥联机构和磁力传动机构的连接。驱动机构安装在磁力传动机构的法兰盘5上，外部通过驱动机构的外壳与磁力传动机构的法兰盘5固接，内部通过驱动机构输出轴与磁力传动机构的外磁转子转轴71固接实现磁力传动机构与驱动机构的连接。

如图1和图3所示，磁力传动机构主要包括圆盘形外磁转子7、外磁转子转轴71、圆盘形外磁转子永磁体8、圆盘形内磁转子9、内磁转子转轴91、圆盘形内磁转子永磁体10、圆盘形转子隔离套11、轴承I 4、法兰盖5、套筒6、轴承I 4、轴承II28、轴承III29和轴承V30。圆盘形转子隔离套11覆盖导向腔压盖12并由套筒6压紧固接在箱体23上，在圆盘形转子隔离套11与导向腔压盖12之间的空间内，轴承V30置于如图12所示的导向腔压盖12的导向腔压盖轴承座121中，轴承III29置于内磁转子轴承座92中。圆盘形内磁转子9顶部呈圆盘形，圆盘形内磁转子9的圆盘底部与内磁转子转轴91固接，内磁转子转轴91与轴承V30的内圆固接后与主传动轴17同轴固接，轴承III29的内圆与如图11所示的圆盘形转子隔离套11上的内磁转子定位凸台112固接。如图9所示，圆盘形内磁转子9的前表面有4个扇形凹槽，扇形的圆盘形内磁转子永磁体10镶嵌在圆盘形内磁转子9前表面的扇形凹槽内。密封圈13放置在导向腔238上表面凹台上的密封沟槽内，圆筒形的套筒6套在圆盘形转子隔离套11外压紧圆盘形转子隔离套11通过螺柱固接在箱体23上，圆盘形转子隔离套11压紧密封圈I13，达到箱体内部气氛与外界隔离的目的。

法兰盘5与套筒6的前端固接。在套筒6内，轴承I 4固接在法兰盘5后表面中心的轴承座内，轴承II28置于外磁转子轴承座72中，圆盘形外磁转子7的圆盘底部与外磁转子转轴71固接，外磁转子转轴71与轴承I 4的内圆固接后再与驱动机构的输出轴连接，轴承II28的内圆与如图11所示的圆盘形转子隔离套11的外磁转子定位凸台111固接，达到主传动轴17、内磁转子转轴91和外磁转子转轴71三者同轴连接的要求。如图10所示，圆盘形外磁转子7的表面有4个扇形凹槽，扇形的圆盘形外磁转子永磁体8镶嵌在圆盘形外磁转子7后表面的扇形凹槽内，圆盘形外磁转子永磁体8和圆盘形内磁转子永磁体10的互相吸引实现磁力传动。

本实施例的桥联机构和驱动机构与实施例1相同，不再详述。

实施例3

图4为实施例3的球床反应堆燃料元件管路循环磁力传动桥联装置立面剖面图，与实施例2相比，最大区别在于磁力传动机构为双圆筒结构，磁力传动机构中，内、外磁转子采用了圆筒形，适用于具有较高工作压力要求的场合。球床反应堆燃料元件管路磁力传动循环桥联装置由后向前依次分为桥联机构、磁力传动机构和驱动机构三部分，磁力传动机构安装在桥联机构的箱体23上，外部通过磁力传动机构的套筒6覆盖桥联机构的导向腔压盖12并与箱体23固接，内部通过磁力传动机构的内磁转子转轴91与桥联机构的主传动轴17同轴固接实现桥联机构和磁力传动机构的连接，驱动机构安装在磁力传动机构的法兰盘5上，外部通过驱动机构的外壳与磁力传动机构的法兰盘5固接，内部通过驱动机构输出轴与磁力传动机构的外磁转子转轴71固接实现磁力传动机构与驱动机构的连接。

如图13和图14所示，圆筒形结构的磁力传动机构的圆筒形外磁转子51呈圆筒形，圆筒形内磁转子52呈圆柱状。圆筒形转子隔离套55覆盖导向腔压盖12由套筒6压紧固接在箱体23上，在圆筒形转子隔离套55与导向腔压盖12之间的空间内，轴承V30置于导向如图12所示的导向腔压盖12的导向腔压盖轴承座121中，轴承III29置于内磁转子轴承座92中，圆筒形内磁转子52插入圆筒形转子隔离套55的圆筒内部，圆筒形内磁转子52的内磁转子转轴91与轴承V30的内圆固接后再与主传动轴17同轴固接，轴承III29的内圆与圆筒形转子隔离套55上的内磁转子定位凸台112固接。圆筒形内磁转子52外表面有8个用于安装永磁体的矩形凹槽，其间嵌入8块圆弧形内磁转子永磁体54。密封圈I13放置在导向腔238上表面凹台上的密封沟槽内，圆筒形的套筒6套在圆筒形转子隔离套55外通过螺柱压紧圆筒形转子隔离套55，圆筒形转子隔离套55压紧密封圈I13，达到箱体内部气氛与外界隔离的目的。

法兰盘5与套筒6的前端固接，在套筒6内，轴承I4固接在法兰盘5后表面中心的轴承座内，轴承II28置于外磁转子轴承座72中，圆筒形外磁转子51套在隔离套55的圆筒外部，圆筒形外磁转子51的外磁转子转轴71与轴承I4的内圆固接后再与驱动机构的输出轴连接，轴承II28的内圆与圆筒形转子隔离套55上的外磁转子定位凸台111固接，达到主传动轴17、内磁转子转轴91和外磁转子转轴71三者同轴连接的要求。圆筒形外磁转子51内表面有8个用于安装永磁体的矩形凹槽，其间嵌入8块圆弧形的圆筒形外磁转子永磁体53，圆筒形外磁转子永磁体53和圆筒形内磁转子永磁体54的互相吸引实现磁力传动。

实施例3的桥联机构和驱动机构的结构与实施例1相同。

实施例4

球床反应堆燃料元件管路循环磁力传动桥联装置在多路循环管路系统中的应用实施例如图15和图16所示。

球床反应堆燃料元件管路循环磁力传动桥联装置在循环系统中的布置方式示意如图15所示。例如，当一个球床反应堆燃料元件管路循环桥联装置接入循环回路I和循环回路II中，从左燃料元件进口231到左燃料元件出口232构成的左燃料元件通道处于循环回路I中，左燃料元件进口231为循环回路I的上游桥联装置的终端，左燃料元件出口232为循环回路I的下游桥联装置的始端。从右燃料元件进口233到右燃料元件出口234构成的右燃料元件通道处于循环回路II中，右燃料元件进口233为循环回路II的上游桥联装置的终端，右导向过球通道142为循环回路II的下游桥联装置的始端，

多个球床反应堆燃料元件管路循环磁力传动桥联装置在多路循环管路系统中可互为上游桥联装置的终端或下游桥联装置的始端。整个装置安装时沿着燃料元件运行的方向需要有一定的倾斜角度，装置左燃料元件入口231和右燃料元件入口233高于左燃料元件出口232和右燃料元件出口234，保证燃料元件能够依靠自重滚动。

球床反应堆燃料元件管路循环磁力传动桥联装置的工作方式：

第一种工作方式如图16(a)所示。

从管路系统C到管路系统D可构成一条循环回路，从管路系统E到管路系统F可构成另一条循环回路。

当管路系统C和管路系统E上游的设备都正常工作时，桥联装置的驱动机构无需工作，舌板19长方向与B-B面平行，如图5中所示用实线绘制的舌板所在位置，两边的循环回路各自独立运行输送球状的燃料元件130。

在管路系统C中的高速运行的燃料元件130从箱体23上端左燃料元件进口231进入，通过缓冲芯21缓冲作用降低其运行速度，并依次通过缓冲芯21的左缓冲过球通道211、左连通通道235、导向芯14的左导向过球通道141，最后经过左燃料元件出口232排出，进入管路系统D中。在管路系统E中高速运行的燃料元件130从箱体23上端右燃料元件进口233进入，通过缓冲芯21缓冲作用降低其运行速度，并依次通过缓冲芯21的右缓冲过球通道212、右连通通道236、导向芯14的右导向过球通道142，最后经过箱体下端右燃料元件出口234排出，进入管路系统F中。

这种工作方式可以实现左燃料元件进口231和右燃料元件进口233同时输入燃料元件。两路燃料元件分别在管路系统C与管路系统D构成一条循环回路和管路系统E与管路系统F构成另一条循环回路中实现独立的循环。

第二种工作方式如图16(b)和图16(c)所示。

当管路系统C或管路系统E上游的某个设备都出现故障时，桥联装置的驱动机构开始工作，驱动机构带动舌板19左右摆动，向管路系统D或管路系统F分球。

例如，当管路系统E上游某个设备出现故障，为了保证总循环量不变，可以加大C管系上游的循环总量，从管路系统C向管路系统F分球。管路系统C向管路系统F分球的过程如下：磁力传动机构开始工作，电机1通过减速器2及联轴器3带动圆盘形外磁转子7逆时针转动，在圆盘形外磁转子永磁体8和圆盘形内磁转子永磁体10之间产生的磁场力的作用下，圆盘形内磁转子9与圆盘形外磁转子7同步转动，圆盘形内磁转子9通过主传动轴17带动舌板19与圆盘形外磁转子7同步转动，此时编码器将圆盘形外磁转子7的转角信号反馈给控制系统，当圆盘形外磁转子7转角达到系统的设定值时，控制系统给电机1发出停转信号，电机停转，此时舌板19逆时针转到最大位置。在管路系统C中高速运行的燃料元件130从箱体23上端左燃料元件进口231进入，通过缓冲芯缓冲作用降低其运行速度，并依次通过缓冲芯的左缓冲过球通道211、左连通通道235进入导向腔238，在舌板19的引导下进入导向芯14的右导向过球通道142，最后经过箱体23下端右燃料元件出口234排出，进入管路系统F，实现管路系统C向管路系统F输送燃料元件130，如图16(b)所示。然后，圆盘形外磁转子7顺时针转动，带动舌板19同步转动，舌板19回到起始位置，完成燃料元件从管路系统C向管路系统F的输送，管路系统C又向管路系统D输送燃料元件130，如图16(c)所示。

本发明应用于球床堆燃料元件多路循环管路系统中，实现燃料元件多种循环运行模式，提高循环系统的可靠度。同时，密封结构实现了气氛隔离，装置结构简单，控制方便，适用于高安全、高可靠运行要求的核反应堆。

Claims (3)

1.一种球床反应堆燃料元件管路循环桥联装置，其特征为，球床反应堆燃料元件管路循环桥联装置由桥联机构和驱动机构组成，驱动机构安装在桥联机构的导向腔法兰盖(57)上，外部通过驱动机构的外壳与导向腔法兰盖(57)固接，内部通过驱动机构输出轴与桥联机构的主传动轴(17)连接实现桥联机构与驱动机构的连接；

所述桥联机构主要包括箱体(23)、缓冲芯(21)、导向芯(14)、舌板(19)、主传动轴(17)和导向腔压盖(12)，桥联机构是以箱体(23)的垂直中心面B-B面为对称面的左右对称结构，缓冲腔(237)在箱体(23)的上部，导向腔(238)在箱体(23)的下部，缓冲腔(237)的左上方为左燃料元件进口(231)，缓冲腔(237)的右上方为右燃料元件进口(233)，导向腔(238)的左下方为左燃料元件出口(232)，导向腔(238)的右下方为右燃料元件出口(234)，缓冲腔(237)和导向腔(238)通过两个互相平行又不相通的左连通通道(235)和右连通通道(236)连通，左燃料元件进口(231)、右燃料元件进口(233)、左燃料元件出口(232)和右燃料元件出口(234)均通过各自的接管(24)与外部回路系统连接；

缓冲腔(237)中安装缓冲芯(21)，缓冲芯(21)中有一对互相平行且不相通的左缓冲过球通道(211)和右缓冲过球通道(212)，缓冲芯(21)的左缓冲过球通道(211)和右缓冲过球通道(212)的上端分别与左燃料元件进口(231)和右燃料元件进口(233)连通，缓冲芯(21)的左缓冲过球通道(211)和右缓冲过球通道(212)的下端分别与左连通通道(235)和右连通通道(236)连通，缓冲腔压盖(26)压紧缓冲芯(21)固接在箱体(23)上，缓冲腔法兰盖(27)覆盖缓冲腔压盖(26)并固接在箱体(23)上；

导向腔(238)的下部安装导向芯(14)，导向芯(14)有左导向过球通道(141)和右导向过球通道(142)，左导向过球通道(141)、右导向过球通道(142)分别与左燃料元件出口(232)和右燃料元件出口(234)连通，导向腔压盖(12)固接在箱体(23)上，并压紧导向芯(14)，导向腔法兰盖(57)覆盖导向腔压盖(12)并固接在箱体(23)上，轴承IV(18)固定在导向腔(238)的底面中心的轴承座上；

主传动轴(17)置于导向腔(238)中，并垂直于箱体(23)的底面，其后端与轴承IV(18)的内圆固接，前端穿过导向腔法兰盖(57)的中心孔与驱动机构的输出轴直接连接，令O-O’轴线为主传动轴(17)的旋转轴线，O-O’轴线位于B-B面上，O-O’轴线垂直于左导向过球通道(141)和右导向过球通道(142)的过球方向，舌板(19)在导向腔(238)中垂直固接在主传动轴(17)中部，主传动轴(17)位于导向芯(14)的上方，舌板(19)的下端底面到导向芯(14)的上部顶面的距离小于燃料元件(130)的最小尺寸；

左限位块(191)和右限位块(192)分别固接在导向腔(238)左右两侧壁上，左限位块(191)限制舌板(19)向左转动的极限角度，使得舌板(19)以O-O’为轴线转动到左极限位置时舌板的右侧面与B-B面的夹角θ小于90度，右限位块(192)限制舌板(19)向右转动的极限角度，使得舌板(19)以O-O’为轴线转动到右极限位置时舌板的左侧面与B-B面的夹角θ小于90度；

舌板(19)在中间位置时，左燃料元件进口(231)、左缓冲过球通道(211)、左连通通道(235)、导向腔的左半空间、左导向过球通道(141)和左燃料元件出口(232)构成左燃料元件通道，右燃料元件进口(233)、右缓冲过球通道(212)、右连通通道(236)、导向腔的右半空间、右导向过球通道(142)和右燃料元件出口(234)构成右燃料元件通道；

所述驱动机构包括电机(1)、减速器(2)和联轴器(3)，驱动机构安装在导向腔法兰盖(57)上，驱动机构的输出轴与桥联机构的主传动轴(17)连接。

2.一种球床反应堆燃料元件管路循环磁力传动桥联装置，其特征为，球床反应堆燃料元件管路磁力传动循环桥联装置由后向前依次分为桥联机构、磁力传动机构和驱动机构三部分，磁力传动机构安装在桥联机构的箱体(23)上，外部通过磁力传动机构的套筒(6)覆盖桥联机构的导向腔压盖(12)并与箱体(23)固接，内部通过磁力传动机构的内磁转子转轴(91)与桥联机构的主传动轴(17)同轴固接实现桥联机构和磁力传动机构的连接，驱动机构安装在磁力传动机构的法兰盘(5)上，外部通过驱动机构的外壳与磁力传动机构的法兰盘(5)固接，内部通过驱动机构输出轴与磁力传动机构的外磁转子转轴(71)固接实现磁力传动机构与驱动机构的连接；

所述桥联机构主要包括箱体(23)、缓冲芯(21)、导向芯(14)、舌板(19)、主传动轴(17)和导向腔压盖(12)，桥联机构是以箱体(23)的垂直中心面B-B面为对称面的左右对称结构，缓冲腔(237)在箱体(23)的上部，导向腔(238)在箱体(23)的下部，缓冲腔(237)的左上方为左燃料元件进口(231)，缓冲腔(237)的右上方为右燃料元件进口(233)，导向腔(238)的左下方为左燃料元件出口(232)，导向腔(238)的右下方为右燃料元件出口(234)，缓冲腔(237)和导向腔(238)通过两个互相平行又不相通的左连通通道(235)和右连通通道(236)连通，左燃料元件进口(231)、右燃料元件进口(233)、左燃料元件出口(232)和右燃料元件出口(234)均通过各自的接管(24)与外部回路系统连接；

缓冲腔(237)中安装缓冲芯(21)，缓冲芯(21)中有一对互相平行且不相通的左缓冲过球通道(211)和右缓冲过球通道(212)，缓冲芯(21)的左缓冲过球通道(211)和右缓冲过球通道(212)的上端分别与左燃料元件进口(231)和右燃料元件进口(233)连通，缓冲芯(21)的左缓冲过球通道(211)和右缓冲过球通道(212)的下端分别与左连通通道(235)和右连通通道(236)连通，缓冲腔压盖(26)压紧缓冲芯(21)固接在箱体(23)上，缓冲腔法兰盖(27)覆盖缓冲腔压盖(26)并固接在箱体(23)上；

导向腔(238)的下部安装导向芯(14)，导向芯(14)有左导向过球通道(141)和右导向过球通道(142)，左导向过球通道(141)、右导向过球通道(142)分别与左燃料元件出口(232)和右燃料元件出口(234)连通，导向腔压盖(12)固接在箱体(23)上，并压紧导向芯(14)，轴承IV(18)固定在导向腔(238)的底面中心的轴承座上；

主传动轴(17)置于导向腔(238)中，并垂直于箱体(23)的底面，其后端与轴承IV(18)的内圆固接，前端与磁力传动机构的内磁转子转轴(91)同轴固接，令O-O’轴线为主传动轴(17)的旋转轴线，O-O’轴线位于B-B面上，O-O’轴线垂直于左导向过球通道(141)和右导向过球通道(142)的过球方向，舌板(19)在导向腔(238)中垂直固接在主传动轴(17)中部，主传动轴(17)位于导向芯(14)的上方，舌板(19)的下端底面到导向芯(14)的上部顶面的距离小于燃料元件(130)的最小尺寸；

左限位块(191)和右限位块(192)分别固接在导向腔(238)左右两侧壁上，左限位块(191)限制舌板(19)向左转动的极限角度，使得舌板(19)以O-O’为轴线转动到左极限位置时舌板的右侧面与B-B面的夹角θ小于90度，右限位块(192)限制舌板(19)向右转动的极限角度，使得舌板(19)以O-O’为轴线转动到右极限位置时舌板的左侧面与B-B面的夹角θ小于90度；

舌板(19)在中间位置时，左燃料元件进口(231)、左缓冲过球通道(211)、左连通通道(235)、导向腔的左半空间、左导向过球通道(141)和左燃料元件出口(232)构成左燃料元件通道，右燃料元件进口(233)、右缓冲过球通道(212)、右连通通道(236)、导向腔的右半空间、右导向过球通道(142)和右燃料元件出口(234)构成右燃料元件通道；

所述磁力传动机构中，圆盘形转子隔离套(11)覆盖导向腔压盖(12)并由套筒(6)压紧固接在箱体(23)上，在圆盘形转子隔离套(11)与导向腔压盖(12)之间的空间内，轴承V(30)置于导向腔压盖(12)上的导向腔压盖轴承座(121)中，轴承III(29)置于内磁转子轴承座(92)中，圆盘形内磁转子(9)顶部呈圆盘形，圆盘形内磁转子(9)的圆盘底部与内磁转子转轴(91)固接，内磁转子转轴(91)与轴承V(30)的内圆固接后与主传动轴(17)同轴固接，轴承III(29)的内圆与圆盘形转子隔离套(11)上的内磁转子定位凸台(112)固接，圆盘形内磁转子(9)的表面嵌有圆盘形内磁转子永磁体(10)，圆筒形的套筒(6)套在圆盘形转子隔离套(11)外压紧圆盘形转子隔离套(11)并固接在箱体(23)上；

法兰盘(5)与套筒(6)的前端固接，在套筒(6)内，轴承I(4)固接在法兰盘(5)后表面中心的轴承座内，轴承II(28)置于外磁转子轴承座(72)中，圆盘形外磁转子(7)的圆盘底部与外磁转子转轴(71)固接，圆盘形外磁转子(7)的表面嵌有圆盘形外磁转子永磁体(8)，外磁转子转轴(71)与轴承I(4)的内圆固接后再与驱动机构的输出轴连接，轴承II(28)的内圆与圆盘形转子隔离套(11)的外磁转子定位凸台(111)固接，达到主传动轴(17)、内磁转子转轴(91)和外磁转子转轴(71)三者同轴连接的要求，圆盘形外磁转子永磁体(8)和圆盘形内磁转子永磁体(10)的互相吸引实现磁力传动；

所述驱动机构包括电机(1)、减速器(2)和联轴器(3)，驱动机构安装在法兰盖(5)上，驱动机构的输出轴与磁力传动机构的外磁转子转轴(71)连接。

3.根据权利要求2所述的一种球床反应堆燃料元件管路循环磁力传动桥联装置，其特征为，所述磁力传动机构采用圆筒形结构，圆筒形外磁转子(51)呈圆筒形，圆筒形内磁转子(52)呈圆柱状，圆筒形转子隔离套(55)覆盖导向腔压盖(12)由套筒(6)压紧固接在箱体(23)上，在圆筒形转子隔离套(55)与导向腔压盖(12)之间的空间内，轴承V(30)置于导向腔压盖(12)上的导向腔压盖轴承座(121)中，轴承III(29)置于内磁转子轴承座(92)中，圆筒形内磁转子(52)插入圆筒形转子隔离套(55)的圆筒内部，圆筒形内磁转子(52)的内磁转子转轴(91)与轴承V(30)的内圆固接后再与主传动轴(17)同轴固接，轴承III(29)的内圆与圆筒形转子隔离套(55)上的内磁转子定位凸台(112)固接，圆筒形内磁转子(52)外表面嵌有圆筒形内磁转子永磁体(54)，圆筒形的套筒(6)套在圆筒形转子隔离套(55)外，圆筒形的套筒(6)压紧圆筒形转子隔离套(55)并固接在箱体(23)上；

法兰盘(5)与套筒(6)的前端固接，在套筒(6)内，轴承I(4)固接在法兰盘(5)后表面中心的轴承座内，轴承II(28)置于外磁转子轴承座(72)中，圆筒形外磁转子(51)套在圆筒形转子隔离套(55)外部，圆筒形外磁转子(51)的外磁转子转轴(71)与轴承I(4)的内圆固接后再与驱动机构的输出轴连接，轴承II(28)的内圆与圆筒形转子隔离套(55)上的外磁转子定位凸台(111)固接，达到主传动轴(17)、内磁转子转轴(91)和外磁转子转轴(71)三者同轴连接的要求，圆筒形外磁转子永磁体(53)嵌在圆筒形外磁转子(51)内表面，圆筒形外磁转子永磁体(53)和圆筒形内磁转子永磁体(54)的互相吸引实现磁力传动。

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