CN103137226B - 球床型高温气冷堆堆芯燃料球位测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种球床型高温气冷堆堆芯燃料球位测量装置。堆芯为石墨块堆砌形成的具有锥形底部的圆柱形腔室，石墨块形成侧反射层，燃料为以石墨为基体的球形体。测量装置包括多个间隔设置在侧反射层上的球位探极，每个球位探极连接电极引线，电极引线连接二次指示仪表，以显示球位探极所探测的燃料球位信息。本发明结构简单、稳定可靠，能够提供准确的堆内球位信息，目前高温气冷实验堆尚未实现此功能；电极接触式测量适应各种测量范围和分辨率要求，可用指示仪表直接显示球位信息，显著简化了测量电路，提高稳定性；球位探极上的环形气嘴和导气通道能实现氦气冲刷，避免石墨粉尘堆积，保证测量系统长期运行。
Description
技术领域
本发明属于核反应堆堆内测量领域，特别是涉及一种球床型高温气冷堆堆芯燃料球位测量装置。
背景技术
模块式球床型高温气冷堆是国际公认的新一代先进反应堆。清华大学核研院负责的10兆瓦高温气冷实验堆(HTR-10)的建造成功标志着我国在高温气冷堆技术领域已达到世界先进水平，为我国以及世界核能事业的发展做出了重要的贡献。
球床型高温气冷堆堆芯是由石墨反射层砌成的具有锥形底部的圆柱形腔室。燃料元件采用内含陶瓷型涂敷颗粒燃料的以石墨为基体的球形结构，直径为6cm。燃料球通过堆顶装料管添加到反应堆堆芯，多次循环，最后通过堆底卸料管流出反应堆堆芯。采用化学惰性和热工性能良好的氦气作为冷却剂。
反应堆堆芯内燃料球位是涉及反应堆安全运行的重要过程参数。现有高温气冷实验堆尚没有在压力壳内设置球位计对燃料球位进行监测。
反应堆运行时的堆内环境十分复杂，内部元件将承受高温、高压及高辐射，燃料球在循环过程中会与自身以及其它堆内构件发生摩擦磨损，并产生大量石墨粉尘。传统的工业料位计种类较多，诸如电阻式、电感式、电容式、超声波式、激光式等物位传感器，但是能够适应反应堆堆内运行条件并满足核级仪表要求的却很少。比如，电容式传感器在实际应用中需要配合复杂的测量电路，结构复杂，易出故障，不符合反应堆内元件稳定可靠，减少维修次数，避免辐射污染的要求。雷达、超声波物位计在高温环境下容易死机，且容器内粉尘较多，吸收严重，料位与空气之间的界面不清，无法正常使用。粉尘环境下，各类物位传感器探头安置时间稍长后，石墨粉尘将粘附在探头上或探头与侧壁之间，越积越厚，形成短路或阻碍声波的进出，造成探测器失效。另外，堆芯内安装传感器探头还需注意不能阻碍燃料球的球流运动。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、稳定可靠的高温气冷堆堆芯燃料球位测量装置，提供反应堆堆芯内准确的球位信息，保证球床型高温气冷堆的有效运行。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种球床型高温气冷堆堆芯燃料球位测量装置，所述高温气冷堆堆芯为石墨块堆砌形成的具有锥形底部的圆柱形腔室，堆芯上部设有燃料装入管，堆芯底部设有燃料卸料管，所述石墨块形成侧反射层，所述燃料为以石墨为基体的球形体，所述测量装置包括多个间隔设置在侧反射层上的球位探极，所述每个球位探极连接电极引线，所述电极引线连接二次指示仪表，以显示所述球位探极所探测的燃料球位信息。
其中，所述球位探极包括中心电极和设置在中心电极外围的绝缘套筒，所述中心电极与电极引线相连。
其中，所述中心电极安装在所述侧反射层上，所述中心电极与所述侧反射层的侧壁相贴平。
其中，所述中心电极由石墨制成，为矩形块状电极；所述绝缘套筒为陶瓷绝缘套筒。
其中，所述绝缘套筒与所述侧反射层相接触的端面上设置有环形气嘴，所述绝缘套筒筒壁上设置有多个与套筒轴向相平行的导气通道，所述导气通道一端与环形气嘴相连通，另一端与侧反射层内的冷氮气流通通道相连。
其中，所述侧反射层上最底部的球位探极设置为零位。
(三)有益效果
上述技术方案具有如下优点：(1)提供了一种结构简单、稳定可靠的高温气冷堆堆芯燃料球位测量装置，为反应堆安全运行提供准确的堆内球位信息；(2)电极接触式测量方式能够灵活适应各种测量范围，分辨率要求，结构简单，稳定可靠，可用指示仪表直接显示球位信息，显著简化了测量电路，提高稳定性；(3)球位探极上的环形气嘴和导气通道能实现氦气冲刷，避免石墨粉尘堆积，保证测量系统长期运行。
附图说明
图1是本发明实施例的球床型高温气冷堆堆芯燃料球位测量装置；
图2是本发明实施例中球位电极的结构示意图；
图3是图2的端面结构示意图。
其中，1：反应堆堆芯；2：侧反射层；3：燃料球；4：球位探极；5：冷氦气流通孔道；6：二次指示仪表；7：中心电极；8：绝缘套筒；9：电极引线；10：环形气嘴；11：导气通道。
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，反应堆堆芯1是由石墨块堆砌而成的具有锥形底部的圆柱形腔室，直径180cm，高度为240cm。反应堆堆芯1上部设有燃料装入管，反应堆堆芯1底部设有燃料卸料管。耐高温的石墨构成侧反射层2，充当慢化剂和堆芯结构材料。燃料球3采用以石墨为基体的球形结构。
高温气冷堆堆芯燃料球位测量装置主体由一组球位探极4组成，包括多个球位探极4，间隔设置在侧反射层2上，球位探极4通过电极引线与二次指示仪表6连接。球位探极4的具体结构如图2和3所示，由中心电极7和套设在中心电极7外围的绝缘套筒8构成，中心电极7与电极引线9相连。中心电极7采用石墨制造，为矩形块状电极，面向堆芯的截面尺寸为6cm×12cm。绝缘套筒8采用高纯度陶瓷。电极引线9为耐高温铠装电缆，外皮为1Cr18Ni9Ti，绝缘层为氧化镁粉，芯线材料选用纯铜或康铜皆可。绝缘套筒8与侧反射层2相接触的端面上设置有环形气嘴10，绝缘套筒8筒壁上设置有多个与套筒轴向相平行的导气通道11，导气通道11一端与环形气嘴10相连通，另一端与侧反射层2内的冷氮气流通通道5相连。导气通道11均匀对称分布在环形气嘴10底部。冷氦气经主氦风机升压后，沿冷氦气孔道流动，经导气通道11、环形气嘴10注入反应堆堆芯1内，冲刷中心电极7，在其外围形成环形隔离带，保证中心电极7上无石墨粉尘堆积，避免中心电极7与侧反射层2的侧壁短路。球位探极4纵向依次密集安装在侧反射层2上，中心电极7端面与侧反射层2的侧壁相贴平，不影响燃料的球流运动。球位探极4的数量和布置方式依测量范围和精度要求而定。本实施例中共设六个球位探极4，以最底部探极位置为基本零位，作为零位探极，相邻探极间隔40cm，指示堆芯内的石墨燃料球3的存储状况。石墨燃料球3为导电体，如果反应堆堆芯1内的燃料球3堆积到一定高度，则该位置的球位探极4与零位探极同时与石墨燃料球3接触，由于石墨燃料球3的良导电性，两个探极之间可视为电学上的“短路状态”，电路导通，控制台上相应的信号灯亮，显示反应堆堆芯1内相应的燃料球位。耐高温电极引线9集束引出至二次指示仪表6。二次指示仪表6采用公知的指示仪表即可。球位探极4的接通与否，最简单的可以直接用指示仪表上的指示灯显示，也可以通过相应的转换电路，将输出信号转换成高、低电平，再由开关电路进行逻辑判断，经过译码电路进行数字显示。
本实施例的测量装置结构简单、稳定可靠，为反应堆安全运行提供准确的堆内球位信息；电极接触式测量方式能够灵活适应各种测量范围，分辨率要求，结构简单，稳定可靠，可用指示仪表直接显示球位信息，显著简化了测量电路，提高稳定性；球位探极上的环形气嘴和导气通道能实现氦气冲刷，避免石墨粉尘堆积，保证测量系统长期运行。
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替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种球床型高温气冷堆堆芯燃料球位测量装置，所述高温气冷堆堆芯为石墨块堆砌形成的具有锥形底部的圆柱形腔室，堆芯上部设有燃料装入管，堆芯底部设有燃料卸料管，所述石墨块形成侧反射层，所述燃料为以石墨为基体的球形体，其特征在于，所述测量装置包括多个间隔设置在侧反射层上的球位探极，所述每个球位探极连接电极引线，所述电极引线连接二次指示仪表，以显示所述球位探极所探测的燃料球位信息；
所述球位探极包括中心电极和设置在中心电极外围的绝缘套筒，所述中心电极与电极引线相连；
所述中心电极安装在所述侧反射层上，所述中心电极与所述侧反射层的侧壁相贴平；
所述绝缘套筒与所述侧反射层相接触的端面上设置有环形气嘴，所述绝缘套筒筒壁上设置有多个与套筒轴向相平行的导气通道，所述导气通道一端与环形气嘴相连通，另一端与侧反射层内的冷氮气流通通道相连。
2.如权利要求1所述的球床型高温气冷堆堆芯燃料球位测量装置，其特征在于，所述中心电极由石墨制成，为矩形块状电极；所述绝缘套筒为陶瓷绝缘套筒。
3.如权利要求1所述的球床型高温气冷堆堆芯燃料球位测量装置，其特征在于，所述侧反射层上最底部的球位探极设置为零位。
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