CN103778982A - 一种应用于高温气冷堆的阻流器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种应用于高温气冷堆的阻流器，包括动力部件、磁力传动器、箱体组件和转子组件，其中箱体组件包括表面带有过球通孔和转子沉孔的箱体，以及与箱体焊接的进球管和出球管；过球通孔、进球管和出球管同轴等径；转子组件包括轴承和转子，转子由转鼓与转轴组成；转轴与磁力传动器的内磁组件相连，转鼓通过轴承支撑于箱体的转子沉孔内，转鼓曲面与转子沉孔曲面均为圆柱面，两曲面为间隙很小的基孔制松配合面；并且转鼓上有一个深度不小于两倍球形元件直径的沉孔形接球杯。该阻流器结构紧凑，具有减缓球形元件速度和限制上下游气流流通的双重功能，并可快速、平稳、精确地执行停球与输送功能，满足长期运行的可靠性要求。

Description

一种应用于高温气冷堆的阻流器

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阻流器。

背景技术

球床高温气冷堆采用球形燃料元件（下文简称为球形元件）多次通过堆芯的方式运行，这依赖于其特有的燃料装卸系统，该系统通过长时间连续不断地执行球形元件的装卸、循环、输送与暂存等功能，实现高温堆不停堆连续运行，确保核电站的可利用性和经济性。中国发明专利CN101083153B针对华能石岛湾高温气冷堆示范工程（HTR-PM）项目公开了一种在线换料的燃料装卸系统，该系统一方面利用球形元件有利的几何外形和重力实现竖直和倾斜向下管路的球流输送，另一方面则通过气力输送实现竖直和倾斜向上的管路中球形元件的提升输送。

HTR-PM燃料装卸系统设备及管路布置中，气力输送管道顶部大弯头至堆芯球床的表面垂直高度以及球床中心的水平距离均超过7米，此外，堆芯卸料装置的各球路出口距相应燃耗测量点的垂直距离也在6米以外。根据运动分析，进出堆芯球路上的燃料元件的末速度均将突破10m/s的速度限制。因此，在气力提升后的下降管段以及堆芯卸料装置后的出口管段，必须采取措施以控制球形元件的输送速度，以避免球形元件与设备、管路、球床或停球的过度撞击，导致球形元件破损或损伤，影响后续球流输送，甚至产生安全隐患。

针对正常运行过程中来自堆芯卸料并循环再次进入堆芯的燃料元件或来自新燃料装料系统的新燃料元件，现有技术中，有方案通过对气力输送气体流量的反馈调节以控制和降低所述系统管路的出口球速，并结合HTR-PM燃料装卸系统的实际布置与运行工况，主体上基于调节阀、测速器、气体分流器、测量仪表、配套气路与管路等设备与管路来实现输运减速。这一类系统通常都存在以下不足：1）管路系统、流程及控制均过于复杂；2）在实际的反应堆舱室中由于空间受限，难以进行三维布置；3）在HTR-PM示范电站中，单堆每天参与循环的燃料球数量达6000～9000个，这些球形元件由于循环次数以及不同运动轨迹而磨损的形状和尺寸有所差别，系统控制必须频繁自动调节，尤其是调节阀阀芯的频繁动作将导致其波纹管密封部件快速失效，系统的可靠性和可运行性受到挑战；4）由于受到球形元件强放射性的照射、堆内热态氦气的温度影响、以及球流输送中的振动等不利因素影响，各电气设备与仪表的寿命有限，维修更换将对反应堆的可利用性造成较大影响。

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阻流器，该阻流器结构紧凑，具有减缓球形元件速度和限制上下游气流流通的双重功能，并可快速、平稳、精确地执行停球与输送功能，满足长期运行的可靠性要求。

（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阻流器，其特征在于，所述阻流器包括动力部件、磁力传动器、箱体组件和转子组件，其中：

箱体组件包括表面带有过球通孔和转子沉孔的箱体，以及与所述箱体焊接的进球管和出球管；所述过球通孔、进球管和出球管同轴等径；

磁力传动器包括内磁组件、隔离罩、外磁组件和支架，所述支架通过第一组紧固件和第一密封件压紧隔离罩，并与箱体组件相连；

转子组件包括轴承和转子，所述转子由转鼓与转轴组成；所述转轴与进球管和出球管的轴线垂直，并与磁力传动器的内磁组件相连，所述转鼓通过所述轴承支撑于箱体的转子沉孔内，转鼓曲面与转子沉孔曲面均为圆柱面，且两个曲面为间隙小于0.5mm的基孔制松配合面；并且所述转鼓上有一个深度不小于两倍球形元件直径的沉孔形接球杯；

所述动力部件通过联轴器组件与磁力传动器的外磁组件相连。

优选地，所述转子的转鼓上还有一个弧形的通气槽，其中心角度小于180度。

优选地，所述转子的转鼓上还有两个联通沉孔形接球杯与通气槽的通气孔，所述沉孔形接球杯的轴线、通气孔的轴线和通气槽的中性面共面，且所述通气槽与两个通气孔关于沉孔形接球杯的轴线对称。

优选地，所述阻流器还包括一个设有散热翅片和通孔的中法兰，所述中法兰两端通过紧固件和密封件分别与箱体组件和磁力传动器相连，转子的转轴穿过中法兰通孔。

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，所述轴承为耐热耐磨合金轴承。

优选地，所述阻流器还包括屏蔽，所述屏蔽与磁力传动器的支架相连，所述动力部件置于屏蔽内。

（三）有益效果

本发明至少具有如下的有益效果：

本发明首先通过在转子上设置沉孔形接球杯，球形元件由球流管路的输送至沉孔形接球杯内并停稳后，再以该装置为起点输送，可以有效降低球形元件的后续输送速度。

而且其采用了一个略大于2倍球形元件直径的沉孔形接球杯作为转鼓，由于单一沉孔形接球杯能够容纳至少两个球形元件及可能的碎球与碎屑，具有单一和双球过球控制功能，比较起一倍球形元件直径的沉孔形接球杯，规避了卡球风险，省略了排除卡球故障的结构，简化了设备本体、管路系统和流程。

另外，所述阻流器的转子转鼓与箱体配合面间隙很小，具有限制上下游气流流量的功能。并且当球形元件进入阻流器时，由于沉孔形接球杯沉孔深度较大，球形元件压缩气体时会形成气垫，从而减缓球速和减轻元件对转子的撞击，相对于现有技术具有更好的元件与设备保护作用。

此外，本发明技术方案的阻流器没有设置限位结构，转子组件可以360°全行程回转，既可以长时间低速连续不间断运行，也可以长时间间歇式运转，相对于现有技术，在执行气流阻流和球输送功能方面运行更可靠。

进一步地，本发明技术方案所提供的高温气冷堆阻流器，在其转子的转鼓上还有一个弧形通气槽，与现有技术相比，由于通气槽的导流及容纳功能，使通过转鼓与箱体配合面间隙的气体漏流量减少，从而具有更好的气体阻流功能。

进一步地，本发明技术方案所提供的高温气冷堆阻流器，在其转子的转鼓上还设置了两个联通停球沉孔与通气槽的通气孔，停球沉孔轴线、通气孔轴线和通气槽的中性面共面，且通气槽与两个通气孔关于停球沉孔轴线对称；当球形元件进入沉孔形接球杯后，通气孔和通气槽具有排气泄压功能，不至于因气垫悬浮使球形元件难以停稳。

进一步地，本发明所述阻流器设置了专用的带散热翅片的法兰，可自由设置散热结构，加工、制造和安装方便，成本低，散热效果好，能够有效保证伺服系统免受燃料元件余热的热作用；而现有技术方案将散热片设置在磁力传动器的隔离罩上，由于首要保证隔离罩的承压功能，隔离罩采用了涡流损耗小的薄壁TC4钛合金，其上设置的散热翅片数量和尺寸受限、加工难度大、制造成本高，散热效果受到限制，导致磁力传动器和伺服系统在一定的温度下长期工作，影响二者的使用性能和寿命。

进一步地，本发明所述阻流器中还设置了屏蔽，能够有效降低来自燃料元件的γ射线对伺服系统的辐照损伤，保证其使用寿命。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是本发明一个实施例中所涉及的高温气冷堆阻流器的结构剖切主视图；

图2是本发明一个实施例中所涉及的高温气冷堆阻流器本体结构的局部剖切详图;

图3为本发明本发明一个实施例中所涉及的高温气冷堆阻流器结构的剖切侧视图;

图4-1至4-3是阻流器工作过程示意图。

其中，1：动力部件；2：联轴器组件；3：磁力传动器；

4：转子组件；5：中法兰；6：箱体组件；7：伺服系统；

8：联轴器；9：外磁组件；10：支架；11：内磁组件；

12：隔离罩；13：转子沉孔；14：进球管孔；15：进球管；

16：箱体；17：转鼓；18：轴承；19：出球管；20：进球通孔；

21：沉孔形接球杯；22：通气槽；23：通气孔；24：出球通孔；

25：出球管孔；26：沉孔圆柱面；27：接球孔底面；

28：转鼓圆柱面；29：转子中性面；30：第一密封件；

31：第一密封唇边；32：第一组紧固件；33：散热翅片；

34：第二密封唇边；35：第二密封件；36：第二组紧固件；

37：转轴；38：屏蔽；39：球形元件。

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。

本发明实施例提出了一种应用于高温气冷堆的阻流器，参见图1至图3，本发明所涉及的高温气冷堆阻流器包括动力部件1、联轴器组件2、磁力传动器3、转子组件4、箱体组件6和屏蔽38。

箱体组件6包括表面带有进球通孔20、出球通孔24（统称过球通孔）及转子沉孔13的箱体，以及与所述箱体16焊接的进球管15和出球管19；进球通孔20、出球通孔24、进球管15和出球管19同轴且等径。

转子组件4包括转子和轴承18，所述转子由转鼓17与转轴37组成；转子的转轴37与磁力传动器3的内磁组件11相连，而转鼓17则通过其两侧的一对轴承18支撑于箱体16的转子沉孔13内。转鼓曲面28与箱体的转子沉孔曲面26均为圆柱面，且两个曲面为间隙小于0.5mm的基孔制松配合面。并且所述转鼓17上有一个深度不小于两倍球形元件直径（约为125mm）的沉孔形接球杯21。

所述进球管15内径、出球管19内径、进球通孔20、出球通孔24和沉孔形接球杯21的直径均为Φ65mm，略大于球形元件直径Φ60mm，所述阻流器安装于内径为Φ65mm的垂直或倾斜过球管道上，球形元件可利用其有利的几何形状和自身重力在各通道和进出球管内流动，而不至于发生卡堵。

所述屏蔽38与磁力传动器3的支架10相连，动力部件1置于屏蔽38内，并通过联轴器组件2与磁力传动器3的外磁组件9相连。

所述阻流器还包括一个中法兰5，通过其上设置的散热翅片33，能够实现对阻流器内停留球形元件的余热有效散热，而具有足够壁厚和长度的中法兰筒体则可以充当轴向屏蔽的，与用作径向屏蔽的屏蔽38一起，共同实现对位于屏蔽38内及磁力传动器3外的动力部件1的屏蔽，保护动力部件1免受过量的γ射线辐照，保证动力部件1的运行寿命。

所述磁力传动器3的隔离罩12、中法兰5和箱体组件6的箱体16组成一个承压的氦气空间，为实现对渗透性很强的氦气的可靠密封，所述中法兰5的一端通过第一组紧固件32与箱体组件6的箱体16相连，并利用第一密封件30实现连接界面处的静密封，其另一端则借助于第二组紧固件36，通过磁力传动器3的支架10压紧隔离罩12，并利用第二密封件35实现连接界面处的静密封，此外，中法兰5的两端还可分别通过对第一密焊封唇边31和第二密封焊唇边34实施密封焊，以实现该界面处对渗透性很强的放射性氦气的零泄漏密封。由于磁力传动器3的磁耦合作用，动力部件1与转子组件4之间的动力传递为无接触的柔性传动，在磁力传动器3的隔离罩12隔离作用下，将动密封转化为静密封，不仅实现了放射性氦气的密封，也改善了动力部件1的运行环境。

所述转子的转鼓17上设有一个弧形通气槽22，此外还包括两个联通沉孔形接球杯21并与所述通气槽22联通的通气孔23，沉孔形接球杯轴线、通气孔轴线和通气槽的中性面共面，且通气槽22与两个通气孔23相对于沉孔形接球杯轴线对称。所述弧形通气槽22的底面为一圆弧曲面，通气槽22和通气孔23的直径约为10mm，可以保证粉尘和小的碎渣通过。通气槽22的中心角度小于180°，由于转子的转鼓曲面28和箱体的转子沉孔曲面26均为圆柱面且二者为基孔制松配合面，因而在转鼓任一时刻转动时，其配合面始终能够实现对进球通孔和出球通孔的阻流。

所述动力部件1由带旋转变压器的交流伺服电机和行星齿轮减速机组成，由于交流伺服电机具有的良好矩频特性，以及旋转变压器高精度的分辨率，可以保证伺服系统以满足频繁启停、运转平稳和输出轴精确到位的转角控制要求。

所述轴承18为耐热耐磨的合金轴承，具有优于陶瓷轴承的塑形和韧性，在无润滑剂情况下仍能满足轴承耐温和耐辐照的长寿命运行要求。

所述阻流器工作原理如图4-1～4-3所示：转子转鼓17初始处于如图4-1所示位置，当球形元件自进球管15进入阻流器进球通孔20时，压缩沉孔形接球杯21内的气体，同时气流从通气槽22两侧及通气孔23进入沉孔形接球杯21内，由于配合间隙小、阻力大，只有极少量气流从转子的转鼓曲面28和箱体的转子沉孔曲面26的配合间隙中流向下游出球管19，阻流效果明显。

当球形元件进入沉孔形接球杯21内时，被压缩的气体则反向通过通气孔23经由通气槽22向进球管15逸出，而沉孔形接球杯21底部向上的压缩气流则形成气垫，对球形元件的下落形成缓冲，具有保护球形元件39和转鼓17免受撞击的功能。在随后受到主控制系统指令后，动力部件1通过磁力传动器3驱动转子组件旋转180°，球形元件39及可能落入沉孔形接球杯21内的粉尘与碎渣在重力作用下，从出球球管19向下游输送。由于通气槽22的圆心角小于180°，转子转鼓转动过程中，始终对进球通孔20和出球通孔24之一的气流口形成封堵，从配合间隙中渗透的氦气流量有限，具有很好的阻流效果。

在燃料装卸系统的球形元件装料、卸料与循环管路中，所述阻流器可设置在气力输送球形元件的发射与接收位置，也可以设置在依靠重力流动的落差较大的竖直或倾斜管路上，用于实现对球流的阻流和对球形元件缓冲保护。

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。

Claims (7)

1.一种应用于高温气冷堆的阻流器，其特征在于，所述阻流器包括动力部件、磁力传动器、箱体组件和转子组件，其中：

箱体组件包括表面带有过球通孔和转子沉孔的箱体，以及与所述箱体焊接的进球管和出球管；所述过球通孔、进球管和出球管同轴等径；

磁力传动器包括内磁组件、隔离罩、外磁组件和支架，所述支架通过第一组紧固件和第一密封件压紧隔离罩，并与箱体组件相连；

转子组件包括轴承和转子，所述转子由转鼓与转轴组成；所述转轴与进球管和出球管的轴线垂直，并与磁力传动器的内磁组件相连，所述转鼓通过所述轴承支撑于箱体的转子沉孔内，转鼓曲面与转子沉孔曲面均为圆柱面，且两个曲面为间隙小于0.5mm的基孔制松配合面；并且所述转鼓上有一个深度不小于两倍球形元件直径的沉孔形接球杯；

所述动力部件通过联轴器组件与磁力传动器的外磁组件相连。

2.根据权利要求1所述的阻流器，其特征在于，所述转子的转鼓上还有一个弧形的通气槽，其中心角度小于180度。

3.根据权利要求2所述的阻流器，其特征在于，所述转子的转鼓上还有两个联通沉孔形接球杯与通气槽的通气孔，所述沉孔形接球杯的轴线、通气孔的轴线和通气槽的中性面共面，且所述通气槽与两个通气孔关于沉孔形接球杯的轴线对称。

4.根据权利要求1所述的阻流器，其特征在于，所述阻流器还包括一个设有散热翅片和通孔的中法兰，所述中法兰两端通过紧固件和密封件分别与箱体组件和磁力传动器相连，转子的转轴穿过中法兰通孔。

5.根据权利要求1所述的阻流器，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所述的阻流器，其特征在于，所述轴承为耐热耐磨合金轴承。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的阻流器，其特征在于，所述阻流器还包括屏蔽，所述屏蔽与磁力传动器的支架相连，所述动力部件置于屏蔽内。

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