CN103745757B - 一种应用于高温气冷堆的转向器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种应用于高温气冷堆的转向器，转向器包括箱体组件、动力部件、轴封连接组件和转子组件，其中设置了兼作轴向屏蔽的轴封连接组件，箱体设置了第一直通孔和第一旁通孔，转子转鼓设置了第二直通孔和第二旁通孔，且第二直通孔与第二旁通孔的轴线夹角与第一直通孔和第一旁通孔的轴线夹角相等，从而形成了根据转子转动来相互切换的直通球路和旁通球路。该转向器具有“一分二”的球流分配功能，且结构简单、管路安装空间小，满足强辐照工作环境中长期运转的可靠性要求。

Description

一种应用于高温气冷堆的转向器

技术领域

本发明涉及反应堆工程，具体涉及一种应用于高温气冷堆的转向器。

背景技术

球床高温气冷堆采用球形燃料元件(下文简称球形元件)多次通过堆芯的方式运行，高温堆核电站的可利用性和经济性在很大程度上依赖于其特有的燃料装卸系统。中国发明专利CN101083153B公开了一种在线换料的球床模块式高温气冷堆燃料装卸系统，由于需要由公用的装料子系统向双堆堆芯装料，且对于单堆，又需要对高富集度元件、低富集度元件、石墨球、乏燃料球等不同种类的球形元件在识别或区分后向不同管路定向输送，或者从公用的乏燃料卸料管路进行取样，这些操作均需要在相应管路设置一种控制管路球流的分配装置，实现球形元件由一路向两个方向管路的定向输送，另一方面，由于燃料装卸系统的球路管路的复杂性，对于依靠自重流动的球流管路，需要在保证球流畅通的前提下，做到安装空间最省，以降低土建和安装成本。

现有技术中，一种气动活塞结构的手动分配器具有类似功能，但其需要预置球流联通通道，不能实时地对连续或离散球流进行自动转向分配，仅适用极少动作的场合。另外，使用一些转向输送装置也可以执行类似功能，其装置的转子上设置有两个呈120°布置的接球杯，通过转角控制，可以实现单路球流向两个管路的离散输送，而对于连续同方向输送的串列球形元件，其装置需要频繁地启动停止，而且不可避免地存在卡球风险，不适用于连续执行“一分二”的球流分配功能。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供一种应用于高温气冷堆的转向器，该转向器具有“一分二”的球流分配功能，且结构简单、管路安装空间小，满足强辐照工作环境中长期运转的可靠性要求。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种应用于高温气冷堆的转向器，其特征在于，所述转向器包括箱体组件、动力部件、轴封连接组件和转子组件，其中：

箱体组件包括表面带有过球通孔和转子沉孔的箱体，以及与箱体焊接的等径过球管；所述过球通孔的轴线与转子沉孔的轴线垂直；

轴封连接组件通过第一组紧固件和密封件与箱体相连；

转子组件包括轴承和转子，置于轴封连接组件和箱体组件构成的密封空间内；所述转子由转鼓与转轴组成，所述转鼓包括过球孔，并通过所述轴承支撑于箱体的转子沉孔中；所述过球管、过球通孔和过球孔的直径相等；

箱体的所述过球通孔包括轴线相交的第一直通孔和第一旁通孔，且两通孔的轴线都与转子沉孔的轴线垂直；所述过球管包括一个进球管、与之同轴的直通出球管，和一个旁通出球管；进球管和直通出球管同轴，且轴线与第一直通孔的轴线重合，旁通出球管的轴线与第一旁通孔的轴线重合；

转鼓的所述过球孔包括轴线相交的第二直通孔和第二旁通孔，且其夹角与箱体的第一直通孔与第一旁通孔的夹角相等；第一直通孔、第一旁通孔、第二直通孔和第二旁通孔的轴线共面，且相交或重合。

优选地，所述过球管、过球通孔和过球孔的直径在62-65mm范围内。

优选地，所述轴封连接组件包括支架、中法兰和填料组件，填料组件由填料、填料压盖、填料压板和紧固件组成，填料压板与填料压盖之间采用球面接触，中法兰的轴向厚度不小于250mm。

优选地，所述轴封连接组件是一个筒式磁力传动器。

优选地，所述动力部件由带旋转变压器的交流伺服电机和行星齿轮减速机组成。

优选地，所述箱体与转子的转鼓上设有相匹配的限位槽与限位柱，且限位角度与第一直通孔及第一旁通孔的轴线的夹角相等。

优选地，所述转向器还包括周向屏蔽，周向屏蔽与轴封连接组件的支架相连，所述动力部件置于周向屏蔽内。

优选地，所述箱体的第一直通孔轴线与第一旁通孔轴线的夹角为60°。

优选地，所述轴承为耐热耐磨合金轴承。

(三)有益效果

本发明至少具有如下的有益效果：

本发明的转向器主要通过控制转子的旋转来执行“一分二”的球流分配。转子的转鼓上设置有第二直通孔和第二旁通孔，在使第二直通孔与直通球路(箱体的第一直通孔和直通出球管)相联通时，球流就可以通过第二直通孔来进入直通球路；而在使第二旁通孔与旁通球路(箱体的第一旁通孔和旁通出球管)相联通时，球流就可以通过第二旁通孔来进入旁通球路。从而，通过动力部件来控制转子的旋转，就可以使转鼓的过球孔联通不同的球路，以执行“一分二”的球流分配。

本发明的转向器的球流通道由直通球路和旁通球路组成，结构紧凑，转向器的动力部件、联轴器组件、轴封连接组件和转子组件构成的驱动线垂直于各过球管轴线平面安装，相对于现有技术，本发明的转向器具有体积小、安装和维修方便、轴承承载状况良好等优点。

进一步地，所述过球管、过球通孔和过球孔的直径相等，且在62-65mm范围内，也就是均略大于球形元件的直径。这样就能使球流的传输顺畅，并较不容易发生卡球的现象。

进一步地，其轴封连接组件的一种结构包括支架、中法兰和填料组件，填料组件中的填料压盖与填料压板采用球面接触，便于调节密封压紧程度，既能保证转轴运转灵活，也能保证有效的密封，中法兰具有足够的周向厚度，因而可以兼作轴向屏蔽和填料函，避免动力部件承受过量辐照照射，从而保证使用寿命。

进一步地，其轴封连接组件的另一种结构是筒式磁力传动器，磁力传动器将转子的动密封转化为隔离罩的静密封，以及内外磁组件之间的无接触传动，不仅密封可靠，而且，内磁组件和外磁组件具有足够的轴向厚度，避免动力部件承受过量辐照照射，从而保证使用寿命。

进一步地，按照本技术发明的转向器，还设置了周向屏蔽，动力部件置于周向屏蔽内，强放射性的球形元件仅在瞬时通过轴心时对驱动线形成直射，而在绝大部分时间均只是受到斜射γ射线的照射，由于其动力部件被周向屏蔽和轴封连接组件，相对于仅能安装于无放射性的新燃料球管路和舱室的多向分配器，本技术发明的转向器能够满足燃料装卸系统所有舱室及过球管路中球流转向的控制要求。

进一步地，本技术发明转向器的的第一直通孔与第一旁通孔角度、第二直通孔与第二旁通孔角度、转子与箱体的限位角度，均采用60°，价值采用了带旋转变压器的交流伺服电机和减速机，相对于仅仅依靠伺服系统来分度控制的多向分配器，可以更加精确、平稳地控制转角，以保证球形元件的流动畅通。

当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个实施例中转向器的结构剖切主视图；

图2是本发明一个实施例中转向器的本体结构局部剖切详图；

图3-1是本发明一个实施例中的转向器处于直通工作状态的左视剖切图，图3-2是本发明一个实施例中的转向器处于旁通工作状态的左视剖切图，图3-3是本发明一个实施例中的转向器处于另一种直通状态和限位设置方式的左视剖切图；

图4是本发明一个实施例中转向器的结构剖切主视图；

图5是本发明一个实施例中转向器的本体结构局部剖切详图；

图6-1是本发明一个实施例中转向器处于直通工作状态的左视剖切图，图6-2是本发明一个实施例中转向器处于旁通工作状态的左视剖切图。

其中，1：动力部件；2：联轴器组件；3：轴封连接组件；

3a：中法兰连接组件；3b：磁力传动器；4：中法兰；

5：转子组件；6：箱体组件；7：伺服电机；8：减速机；

9：联轴器；10：连接支架；11：第二组紧固件；12：碟簧；

13：填料压板；14：填料压盖；15：填料；16：进球管；

17：箱体；18：进球通孔；19：转鼓；20：限位柱；

21：限位槽；22a：第一直通孔；22b：第一旁通孔；

23a：直通出球管；23b：旁通出球管；24a：第二直通孔；

24b：第二旁通孔；24c：通孔桥；25：轴承；26：密封件；

27a：止口；27b：密封唇边；28：第一组紧固件；

29：转轴；30：第三组紧固件；31：第四组紧固件；

32：联轴器；33：周向屏蔽；34：外磁组件；

35：传动器支架；36：内磁组件；37：隔离罩。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明实施例提出了一种基于填料轴封的应用于高温气冷堆的右转向器，参见图1，本发明所涉及的高温气冷堆转向器包括动力部件1、联轴器组件2、轴封连接组件3、转子组件5和箱体组件6，其中轴封连接组件3a是一个以中法兰4为主体的中法兰连接组件。

参见图1和图2，轴封连接组件3a由支架10和中法兰4构成连接主体，中法兰4具有足够的厚度，能够有效阻止球形元件对动力部件1的轴向累积、持续的辐照造成损伤。所述转子包括转鼓19与转轴29，转鼓19置于轴封连接组件3a的中法兰4和箱体组件6的箱体17构成的密封空间内，中法兰4同时还设置有填料函，其内装填密封填料15，通过第二组紧固件11和碟簧12将填料压板13及填料压盖14压紧填料15，实现对转子的转轴密封，并且中法兰4利用止口27a，通过第一组紧固件28和密封件26与箱体17相连，这种动密封与静密封的配置适用于球形元件在空气或氮气下输送的转向控制密封，主要执行对放射性粉尘的密封。在该实施例中，周向屏蔽33与轴封连接组件3a的支架10相连，动力部件1由带旋转变压器的伺服电机7和减速机8组成，所述动力部件2置于周向屏蔽33内，并通过联轴器组件9与轴封连接组件3a的支架10相连，所述转子的转鼓19通过轴承25支撑于箱体17的转子沉孔中；第一直通孔22a、第一旁通孔22b、第二直通孔24a和第二旁通孔24b的轴线共面，且相交或重合。

如图3-1和图3-2所示，所述箱体组件6由箱体17和与之焊接的等径过球管组成，所述箱体17包括轴线相交的第一直通孔22a和第一旁通孔22b，以及一个与两通孔轴线面垂直的(未标示的)转子沉孔，所述过球管包括一个进球管16及与之同轴的直通出球管23a和旁通出球管23b，进球管16和直通出球管23a同轴且轴线与第一直通孔22a的轴线重合，旁通出球管23b的轴线与所述箱体17的第一旁通孔22b的轴线重合，由于箱体17的旁通管23b位于驱动线右侧而将该转向器定义为右转向器；转子组件5包括转子和轴承25，转子的转鼓19包括轴线相交的第二直通孔24a和第二旁通孔24b，且其夹角与所述箱体17的第一直通孔22a与第一旁通孔22b的夹角相等，均为60°，两通孔之间有一个很窄小的过渡连接，即通孔桥24c。右转向器处于直通状态时的转子转鼓19的限位位置如图3-1，图3-2则是右转向器处于旁通状态时的转子转鼓19的限位位置。如果按图3-3所示设置120°限位，虽然也可以实现图3-2所示的旁通状态，但是在图3-3情况下，球形元件将可能在球管和通道内流动时发生撞击变向，从而砸到通孔桥24c的内侧小棱边上而造成损伤；而图3-1中转鼓19处于直通状态，通过60°转角控制，转鼓19处于旁通状态，由于两种状态下通孔桥24c均置于转子中线上部，不会发生球形元件撞击孔桥24c内侧小棱边的风险。

实施例2

本发明实施例提出了一种基于磁力传动器无轴封的应用于高温气冷堆的左转向器，参见图4，本发明所涉及的高温气冷堆转向器包括动力部件1、联轴器组件2、轴封连接组件3、转子组件5和箱体组件6，其中轴封连接组件是一个磁力传动器3b。

参见图4和图5，动力部件1、联轴器组件2、转子组件5和箱体组件6的配置与结构与实施例1相同，各部件的位置关系及连接方式也基本相同。但由于本实施例采用了磁力传动器3b作为轴封连接组件，适用于氦气气氛的密封传动。所述磁力传动器3b的隔离罩37与箱体组件16的箱体17构成密封空间，并通过第一组紧固件28和密封件26与箱体17相连，且在所述隔离罩37与所述箱体之间设置有密封唇边27b，必要时可对密封唇边27b实施密封焊接，能够实现对渗透性强的放射性的氦气可靠密封。周向屏蔽33与磁力传动器3b的支架35相连；所述转子组件的转轴与磁力传动器的内磁组件36相连，动力部件1则通过联轴器组件2的弹性联轴器32与磁力传动器的外磁组件34相连，由于筒式磁力传动器3a的内磁组件36、外磁组件34和转子组件5所固有的厚度，与周向屏蔽33一起，共同保障强辐照剂量下动力部件1的使用寿命。

图6-1和图6-2是第二实施例左转向器在直通和旁通两种状态下转鼓19的位置示意图，其箱体17的旁通管23b位于驱动线左侧，因而定义为左转向器。与图3-3类似，左转向器也可能有选择120°转角限位，但是由于通孔桥24c的存在而导致球形元件碰撞的潜在风险，转子转鼓19的限位应采用如图6-1所示的60°转角控制，而不应是120°转角限位。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。只要转向器设置了兼作轴向屏蔽的轴封连接组件，箱体设置了第一直通孔和第一旁通孔，转子转鼓设置了第二直通孔和第二旁通孔，且第二直通孔与第二旁通孔的轴线夹角与第一直通孔和第一旁通孔的轴线夹角相等，无论夹角多大，是否采用磁力传动器，是否采用机械限位，其均在本发明的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种应用于高温气冷堆的转向器，其特征在于，所述转向器包括箱体组件、动力部件、轴封连接组件和转子组件，其中：

箱体组件包括表面带有过球通孔和转子沉孔的箱体，以及与箱体焊接的等径过球管；所述过球通孔的轴线与转子沉孔的轴线垂直；

轴封连接组件通过第一组紧固件和密封件与箱体相连；

转子组件包括轴承和转子，置于轴封连接组件和箱体组件构成的密封空间内；所述转子由转鼓与转轴组成，所述转鼓包括过球孔，并通过所述轴承支撑于箱体的转子沉孔中；所述过球管、过球通孔和过球孔的直径相等；

箱体的所述过球通孔包括轴线相交的第一直通孔和第一旁通孔，且两通孔的轴线都与转子沉孔的轴线垂直；所述过球管包括一个进球管、与之同轴的直通出球管，和一个旁通出球管；进球管和直通出球管同轴，且轴线与第一直通孔的轴线重合，旁通出球管的轴线与第一旁通孔的轴线重合；

转鼓的所述过球孔包括轴线相交的第二直通孔和第二旁通孔，且其夹角与箱体的第一直通孔与第一旁通孔的夹角相等；第一直通孔、第一旁通孔、第二直通孔和第二旁通孔的轴线共面，且相交或重合。

2.根据权利要求1所述的转向器，其特征在于，所述过球管、过球通孔和过球孔的直径在62-65mm范围内。

3.根据权利要求1所述的转向器，其特征在于，所述轴封连接组件包括支架、中法兰和填料组件，填料组件由填料、填料压盖、填料压板和紧固件组成，填料压板与填料压盖之间采用球面接触，中法兰的轴向厚度不小于250mm。

4.根据权利要求1所述的转向器，其特征在于，所述轴封连接组件是一个筒式磁力传动器。

5.根据权利要求1所述的转向器，其特征在于，所述动力部件由带旋转变压器的交流伺服电机和行星齿轮减速机组成。

6.根据权利要求1所述的转向器，其特征在于，所述箱体与转子的转鼓上设有相匹配的限位槽与限位柱，且限位角度与第一直通孔及第一旁通孔的轴线的夹角相等。

7.根据权利要求1所述的转向器，其特征在于，所述转向器还包括周向屏蔽，周向屏蔽与轴封连接组件的支架相连，所述动力部件置于周向屏蔽内。

8.根据权利要求1所述的转向器，其特征在于，所述箱体的第一直通孔轴线与第一旁通孔轴线的夹角为60°。

9.根据权利要求1所述的转向器，其特征在于，所述轴承为耐热耐磨合金轴承。