CN107154277A - 换料系统和具有该换料系统的加速器驱动次临界反应堆 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例提供了一种用于加速器驱动次临界反应堆的换料系统和具有该换料系统的加速器驱动次临界反应堆。换料系统包括：安装在反应堆顶盖上且能够旋转的旋塞(2)；换料机(1)，换料机(1)包括旋杆(8)，与旋杆(8)的下端连接的悬臂(7)以及与悬臂(7)的远离旋杆(8)的端部连接的换料抓头(6)，旋杆(8)安装在旋塞(2)上且能够绕自身轴线旋转并且能够上下运动。根据本发明的实施例的换料系统结构简单、紧凑并且采用根据本发明的实施例的换料系统，换料操作更加简便。

Description

换料系统和具有该换料系统的加速器驱动次临界反应堆
技术领域
本发明的实施例涉及一种用于加速器驱动次临界反应堆的换料系统和具有该换料系统的加速器驱动次临界反应堆。
背景技术
加速器驱动次临界系统(Accelerator Driven Sub-critical System，简称 ADS)主要由加速器、重核散裂靶及次临界反应堆构成，其原理是利用加速器产生的高能强流质子束流轰击重核散裂靶，产生宽能谱、中高通量中子作为外源来驱动次临界反应堆中的裂变材料发生持续的链式反应，使得长寿命高反射性核素最终变为非放射性或者短寿命的放射性核素，并维持反应堆运行，是提高核燃料利用率，减少高放废物地质积存量的有效技术手段之一。次临界反应堆是ADS系统的重要组成部分，其冷却剂为液态共晶金属铅铋(LBE)。
ADS次临界反应堆不具备自持的链式核裂变反应的能力，必须依靠外源中子的驱动。在ADS中，如果加速器质子束流切断，散裂靶的散列裂反应停止，反应堆堆芯中的中子随着时间越来越少，核反应自动停止，具有物理上的固有安全性。
ADS次临界反应堆因为需要外源驱动，其功率的升降和控制完全由加速器的质子束流进行控制，同临界反应堆相比，不需要控制棒及其驱动机构。
ADS次临界反应堆由于需要外源驱动，需要从堆芯到反应堆顶盖的旋塞上留出加速器质子束流与散裂靶的接口，而其它的液态金属反应堆(如铅冷快堆或者钠冷快堆)不存在该结构；
目前液态金属反应堆以池式反应堆为主，相比回路式，池式反应堆冷却剂装量大。对于ADS反应堆而言，铅铋密度大、价格昂贵，大装量的铅铋影响反应堆的抗震性能；增加建造成本，因此设计更加紧凑，冷却剂装量更小的反应堆是其发展方向之一。根据ADS次临界反应堆的特性，反应堆的铅铋装量主要由反应堆顶盖结构及堆内构件及堆芯尺寸所决定，而堆内构件和堆芯尺寸可降低的空间很小，更加紧凑的堆顶结构或者说更加紧凑的换料机构是减少冷却剂装量的关键。
目前液态金属反应堆的换料系统多采用大小旋塞配合的多旋塞换料系统。小旋塞一般都安装在大旋塞上，并偏心布置，由于小旋塞要圆周扫掠进行换料，使得大旋塞尺寸大于堆芯尺寸，使换料系统占用大量堆顶空间，不利于反应堆的紧凑化设计。ADS次临界反应堆没有控制棒及其驱动系统，换料过程中可不更换束流与散裂靶接口。
发明内容
本发明的实施例的目的是提供一种用于加速器驱动次临界反应堆的换料系统和具有该换料系统的加速器驱动次临界反应堆，由此例如简化系统的结构。
本发明的实施例提供了一种用于加速器驱动次临界反应堆的换料系统，包括：安装在反应堆顶盖上且能够旋转的旋塞；换料机，换料机包括旋杆，与旋杆的下端连接的悬臂以及与悬臂的远离旋杆的端部连接的换料抓头，旋杆安装在旋塞上且能够绕自身轴线旋转并且能够上下运动。
根据本发明的实施例，旋塞与反应堆顶盖同心，且换料机的旋杆与旋塞偏心。
根据本发明的实施例，换料系统还包括：束流与散裂靶接口，束流与散裂靶接口穿过旋塞中心并同旋塞同轴。
根据本发明的实施例，旋塞能够转动，具有圆盘状形状，并且具有两个通孔，旋杆穿过两个通孔中的一个，束流与散裂靶接口穿过两个通孔中的另一个，旋塞能够绕束流与散裂靶接口进行旋转。
根据本发明的实施例，旋塞的外径小于等于堆芯的外径，换料机的换料抓头的最大扫掠抓取范围大于堆芯的外径。
根据本发明的实施例，换料机还包括传动机构，传动机构集成在旋杆和悬臂内，用于使换料抓头进行旋转和抓取动作。
根据本发明的实施例，悬臂大致水平延伸，并且旋杆大致竖直延伸。
本发明的实施例提供了一种加速器驱动次临界反应堆，该加速器驱动次临界反应堆包括：上述的换料系统。
根据本发明的实施例的换料系统结构简单、紧凑并且采用根据本发明的实施例的换料系统，换料操作更加简便。
附图说明
图1是根据本发明实施例的换料系统的示意俯视图；
图2是根据本发明实施例的换料系统的示意正视图；以及
图3是根据本发明实施例的换料机的结构示意图。
具体实施方式
参见图1至3，根据本发明实施例的一种加速器驱动次临界反应堆包括换料系统。
参见图1至3，根据本发明实施例的用于加速器驱动次临界反应堆的换料系统包括：安装在反应堆顶盖5上且能够旋转的旋塞2；换料机1，换料机1包括旋杆8，与旋杆8的下端连接的悬臂7以及与悬臂7的远离旋杆8的端部连接的换料抓头6，旋杆8安装在旋塞2上且能够绕自身轴线旋转并且能够上下运动。悬臂7大致水平延伸，并且旋杆8大致竖直延伸。
根据本发明的实施例，旋塞2与反应堆顶盖5同心，且换料机1的旋杆8与旋塞2偏心。
根据本发明的实施例，换料系统还包括：束流与散裂靶接口4，束流与散裂靶接口4穿过旋塞2的中心并同旋塞2同轴设置。
根据本发明的实施例，旋塞2能够转动，具有圆盘状形状，并且具有两个通孔，旋杆8穿过两个通孔中的一个，束流与散裂靶接口4穿过两个通孔中的另一个，旋塞2能够绕束流与散裂靶接口4进行旋转。
根据本发明的实施例，旋塞2的外径小于或等于堆芯3的外径，换料机1的换料抓头6的最大扫掠抓取范围大于堆芯3的外径。
根据本发明的实施例，换料机1还包括传动机构9，传动机构9集成在旋杆8和悬臂7内，用于使换料抓头6进行旋转和抓取动作。旋杆8和悬臂7是空心结构，形成内腔，传动机构9设置在该内腔中。
如图1所示，在本发明的一个示例中，换料系统包括换料机1、旋塞2以及束流与散裂靶接口4。旋塞2安装在反应堆顶盖5上，与反应堆顶盖5同心，换料机1安装在旋塞2上，并与旋塞2偏心布置，束流与散裂靶接口穿过旋塞2中心并同旋塞2同轴；加速器驱动次临界反应堆进行换料操作时，旋塞2绕束流与散裂靶接口4转动(即绕轴线A-A轴转动，见图2)，带动换料机1运动，同时换料机1绕自身轴线(B-B，见图2)转动进行扇形扫掠，旋塞2和换料机1的耦合联动使得换料机抓头6对准反应堆堆芯3的任一组件，通过集成在换料机1内的传动机构9实现抓头6 绕自身轴线(C-C轴，见图2、图3)转动并进行调节，实现对燃料组的精确定位并抓取燃料组件，进行反应堆的换料操作。
如图2所示，在本发明的一个示例中，旋塞2为圆盘状结构，其上开有2个通孔，其一用于换料机1的安装、布置以及换料机1或旋杆8的转动和上下运动的导向(其轴线为B-B轴)，其二用于束流与散裂靶接口4 的安装与布置(其轴线为A-A轴)。
如图1和图2所示，旋塞2的外径可以小于等于堆芯3的外径，换料机1的悬臂7的末端的换料抓头6的最大扫掠抓取范围大于堆芯3的外径，整个换料系统结构紧凑。
如图3所示，在本发明的一个示例中，换料机1为悬臂式结构，由换料抓头6、悬臂7、旋杆8以及传动机构9构成。换料机1可绕其轴线(B-B 轴，见图2、图3)旋转和上下运动，换料抓头6通过传动机构9实现绕其轴线(C-C轴，见图2、图3)的转动并进行组件的抓取；传动机构9 集成在旋杆8和悬臂7内。
如图3所示，传动机构9包括万向传动轴10、伸缩杆11和导向杆12 构成。万向传动轴10连接驱动头和换料抓头6，并实现换料抓头6的转动。伸缩杆11和导向杆12连接在一起，通过伸缩杆11的上下运动带动导向杆12上下运动，导向杆12的上下运动推动换料抓头6上的爪子13伸出和收进，以实现抓取动作。驱动头可以是任何合适的驱动装置。
本发明的实施例的换料运行模式：
(1)卸料过程
卸料操作开始时，加速器驱动次临界反应堆停堆，旋塞2和换料机1位于初始位置。旋塞2绕A-A轴转动，同时换料机1绕B-B轴转动进行扇形扫掠，二者的复合联动使得换料机1的悬臂7的末端的换料抓头6对准堆芯3上需要换料的组件位置，换料机1或旋杆8沿B-B轴向下运动，到达堆芯组件位置，通过传动机构9使抓头6抓取燃料组件，换料机1或旋杆8沿B-B轴向上运动使燃料组件脱离堆芯，再通过旋塞2的转动和换料机1绕B-B轴转动，二者的复合联动将燃料组件送至出入堆暂存位置，通过传动机构9使抓头6放下燃料组件。旋塞2和换料机1回复到初始位置。
(2)装料过程
装料操作开始时，加速器驱动次临界反应堆停堆，旋塞2和换料机1位于初始位置。旋塞2绕A-A轴转动，同时换料机1绕B-B轴转动，二者的复合联动使换料机1的悬臂7的末端的换料抓头6对准出入堆暂存位置的燃料组件，通过传动机构9使抓头6抓取燃料组件，再通过旋塞2绕 A-A轴转动以及换料机1绕B-B轴转动的复合联动使得换料抓头6对准堆芯3需要装料的组件位置，同时通过传动机构9使换料抓头6绕其轴线 C-C轴转动，对燃料组件周向位置进行微调，使得燃料组件满足进入堆芯 3的定位条件。换料机1沿B-B轴向下运动将燃料组件插入堆芯，通过传动机构9使换料抓头6放下燃料组件。旋塞2和换料机1回复到初始位置。
本发明的实施例的换料系统结构更加简单。传统液态金属反应堆的换料系统多采用大小旋塞配合的多旋塞换料系统，其小旋塞一般都安装在大旋塞上，并偏心布置，换料机安装在小旋塞上，通过大旋塞的转动和小旋塞的圆周扫掠进行换料操作。本发明的实施例的换料系统只有一个旋塞，换料机直接安转在旋塞上，同传统的换料系统相比，本发明的实施例的换料系统的结构更加简单。
本发明的实施例的换料系统结构更加紧凑。传统液态金属反应堆的换料系统，小旋塞安装在大旋塞上，小旋塞通过圆周扫掠进行换料，为了保证换料系统能够覆盖整个堆芯，并考虑到旋塞中央的密封要求(液态金属密封或者机械密封)，大旋塞的尺寸大于堆芯尺寸。同传统换料系统相比，本发明的实施例的换料系统采用悬臂式换料机，通过悬臂的作用扩大换料机可覆盖的堆芯范围，使得旋塞的尺寸可以小于等于堆芯的尺寸，整体换料系统所占堆顶空间更小，反应堆堆顶设计可以更加紧凑，受堆顶尺寸影响的主容器可以更小，冷却剂装量可以更少。
本发明的实施例的换料系统的换料操作更加简便。传统的液态金属反应堆的换料系统，需要通过大、小旋塞以及换料机三者的联动才可以实现燃料组件的抓取和提升以完成换料操作，本发明的实施例的换料系统只要通过旋塞和换料机的联动就可实现换料操作，因此本发明的实施例的换料系统换料操作更加简便。

Claims (8)

1.一种用于加速器驱动次临界反应堆的换料系统，包括：
安装在反应堆顶盖上且能够旋转的旋塞(2)；
换料机(1)，换料机(1)包括旋杆(8)，与旋杆(8)的下端连接的悬臂(7)以及与悬臂(7)的远离旋杆(8)的端部连接的换料抓头(6)，旋杆(8)安装在旋塞(2)上且能够绕自身轴线旋转并且能够上下运动。
2.根据权利要求1所述的用于加速器驱动次临界反应堆的换料系统，其中：
旋塞(2)与反应堆顶盖(5)同心，且换料机(1)的旋杆(8)与旋塞(2)偏心。
3.根据权利要求1所述的用于加速器驱动次临界反应堆的换料系统，还包括：
束流与散裂靶接口(4)，束流与散裂靶接口(4)穿过旋塞(2)的中心并同旋塞(2)同轴设置。
4.根据权利要求3所述的用于加速器驱动次临界反应堆的换料系统，其中：
旋塞(2)能够转动，具有圆盘状形状，并且具有两个通孔，旋杆(8)穿过两个通孔中的一个，束流与散裂靶接口(4)穿过两个通孔中的另一个，旋塞(2)能够绕束流与散裂靶接口(4)进行旋转。
5.根据权利要求4所述的用于加速器驱动次临界反应堆的换料系统，其中：
旋塞(2)的外径小于或等于堆芯(3)的外径，换料机(1)的换料抓头(6)的最大扫掠抓取范围大于堆芯(3)的外径。
6.根据权利要求1所述的用于加速器驱动次临界反应堆的换料系统，其中：
换料机(1)还包括传动机构(9)，传动机构(9)集成在旋杆(8)和悬臂(7)内，用于使换料抓头(6)进行旋转和抓取动作。
7.根据权利要求1所述的用于加速器驱动次临界反应堆的换料系统，其中：
悬臂(7)大致水平延伸，并且旋杆(8)大致竖直延伸。
8.一种加速器驱动次临界反应堆，包括：
权利要求1所述的换料系统。
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