CN107606371A - 一种带膛线的过球膨胀节 - Google Patents
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Abstract
一种带膛线的过球膨胀节，包括进口端管、导流筒、出口端管组件，出口端管组件由相连接的出口管A和出口管B组成，所述的进口端管、导流筒与出口管B的内径大小一致，依次在进口端管、导流筒至出口管B的内壁上开设膛线。针对高温气冷堆介质为氦气和燃料球的特殊情况，解决燃料球输送管道用波纹管膨胀节处的燃料球卡阻问题，保证燃料球可顺利通过。
Description
技术领域
本发明属于波纹管技术应用领域，可应用于高温气冷堆燃料装卸系统过球管线的一种带膛线的过球膨胀节。
背景技术
华能山东石岛湾核电厂高温气冷堆核电站示范工程（HTR-PM），是在由清华大学自主设计、建造和运营的10兆瓦高温气冷实验堆的技术基础上建设的具有我国自主知识产权的20万千瓦高温气冷堆核电站示范工程，是中国第一座高温气冷堆商用示范电站。该工程于2006年2月列入国家中长期科技发展规划（2006-2020）的16个国家科技重大专项之一，是我国建设创新型国家的一项标志性工程。燃料装卸系统是高温气冷堆核电站中影响其经济并关系到反应堆安全性的关键系统之一。
燃料装卸系统燃料球输送管道的热位移需采用波纹管膨胀节进行补偿，因受内部燃料球输送的限制（管道内径略大于燃料球外径，约2mm），为保证燃料球可顺利通过并减少燃料球与管壁的碰撞损耗，膨胀节内径必须与管道内径一致，如图1所示。此种情况下，波纹管处内径比管道内径大，造成管道局部体积变大，管道内推送燃料球运动的气体压强下降，使得气体推力减小，造成燃料球在有膨胀节的部位运动不畅，特别是管道变向部位，甚至会出现球体滞留情况，难以满足顺畅过球的要求，对经济性和安全性造成一定影响。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种带膛线的过球膨胀节，针对高温气冷堆介质为氦气和燃料球的特殊情况，解决燃料球输送管道用波纹管膨胀节处的燃料球卡阻问题，保证燃料球可顺利通过。
为实现上述技术目的，所采用的技术方案是：一种带膛线的过球膨胀节，包括进口端管、导流筒、出口端管组件，出口端管组件由相连接的出口管A和出口管B组成，出口管A的内径大小略大于出口管B的内径大小，进口端管与导流筒的一端连接，导流筒的另一端承插入出口管A内，导流筒根据膨胀节的缩涨在出口管A内实现轴向位移，导流筒和出口管A之间设有径向间隙，所述的进口端管、导流筒与出口管B的内径大小一致，依次在进口端管、导流筒至出口管B的内壁上开设膛线。本发明所述的膛线贯穿膨胀节内表面，每条膛线连续无错口。
本发明所述的所述的出口管B和出口管A的连接处与导流筒的筒口之间的轴向间隙大于导流筒的轴向位移1-2mm。
本发明所述的导流筒的筒口沿轴向开设多个长槽豁口，在出口管A的内壁上对应长槽豁口设有轴向凸台，多个轴向凸台插入对应长槽豁口内，轴向凸台的底面与导流筒的内壁平齐，轴向凸台在长槽豁口内可移动的距离大于或等于导流筒的轴向位移。
本发明所述的轴向凸台的底面为弧面，轴向凸台的弧面半径与导流筒（2）的内径大小一致。
本发明有益效果是：本发明采用在等内径膨胀节内壁增加膛线的技术方案，利用高速气体通过膛线凹槽形成的螺旋气流对燃料球进行提速，并通过增加其自旋运动保持运动的稳定性，从而可有效解决燃料装卸系统燃料球输送管道用波纹管膨胀节处的燃料球卡阻问题，保证燃料球可顺利通过。
附图说明
图1常用等内径过球膨胀节构造图；
图2为本发明内壁带膛线的等内径过球膨胀节构造图；
图3为本发明带膛线的端管横截面图；
图4为本发明导流筒与出口管A装配示意图；
图5为本发明弯管压力平衡型过球膨胀节的结构示意图；
图中：1、进口端管，2、导流筒，2-1、长槽豁口，3、限位板，4、波纹管，5、出口端管组件，5-1、出口管A，5-2、出口管B，5-3、轴向凸台，6、中接管，7、外管，8、出口支撑端环，A、提速区，B、降速区，C、稳速区，9、工作波纹管，10、工作波出口端环，11、装运螺母，12、弯头，13、大拉杆，14、平衡波进口端环，15、球、锥面垫圈，16、平衡波纹管，17、限位环，18、封盖组件，19、膛线。
具体实施方式
一种带膛线的过球用波纹管膨胀节，见图2，所述的膨胀节包括波纹管、接管、导流筒等其他常规膨胀节所含主要构件，主要区别在于：
（1）膨胀节内径要求一致，不能出现扩径或缩径；
（2）膨胀节由进口端管1、导流筒2、出口端管组件5等组成膨胀节内壁的构件的内表面增设膛线。膛线横截面型式如图3所示。管道内高速气体通过膨胀节内壁时，在膛线凹槽内形成螺旋气流，带动燃料球加速并产生旋转运动，提高燃料球运动稳定性，促使燃料球高速稳定通过膨胀节（因管道内径增大产生的降压区），避免卡阻情况发生。
（3）为保证燃料球顺利通过膨胀节不出现卡阻情况，膨胀节设计时可划分为3个区域，如图2所示，提速区、降速区和稳速区。燃料球先通过进口端管1膛线区提前加速（提速区），速度达到设计预定值，同时增加燃料球的自旋转运动以保持运动平稳，避免燃料球运动时发生颤动与管坯碰撞；膨胀节波纹管4部分因管道空间变大，气体压强降低，属于压降区，气体推力减小，燃料球通过时速度降低，按设计预期，待燃料球经过速度下降至正常值时刚好通过压降区，随即进入稳速区，通过出口端管组件5的剩余部分。进入稳速区的燃料球速度与管道其他部位燃料球速度相当，避免因速度过高与管道其他部位燃料球发生碰撞。为实现上述设计效果（提速区燃料球速度设计值和稳速区速度设计值），在设计时需计算的参数包括进口端管1的长度L1和出口端管组件5的长度L2（主要影响燃料球加速区域长度）、膛线数量（一般取3~12条，主要由管径、气压和气体流速确定）、膛线深度、缠角、缠距等。
（4）为降低膨胀节波纹管部分的压降程度，减少进入波纹管空腔部分气体，导流筒2与出口管B5-2之间的轴向间隙△略大于轴向位移（1~2mm左右），保证工作状态下轴向间隙基本贴合；另外导流筒2与出口管A5-1重叠部分设计成承插结构，如图4所示，导流筒沿轴向开设长槽豁口2-1，出口管A5-1与导流筒2重叠的部分预留轴向凸台5-3，组装时相互交叉，工作状态下可进一步减少进入4波纹管部分的气体，起到降低压降程度的效果。
如图2所示，内壁带膛线的等内径过球膨胀节，包括进口端管1、导流筒2、出口端管组件5，在出口端管组件外套设有相串联的波纹管，波纹管通过端环和外管7，波纹管4与外管之间形成介质空间，出口端管组件5由相连接的出口管A5-1和出口管B5-2组成，出口管A5-1的内径大小略大于出口管B5-2的内径大小（1-2mm），进口端管1与导流筒2的一端连接，进口端管1与导流筒为一体成型，导流筒2的另一端承插入出口管A5-1内，导流筒2根据膨胀节的缩涨在出口管A5-1内实现轴向位移，导流筒2和出口管A5-1之间设有径向间隙，所述的进口端管1、导流筒2与出口管B5-2的内径大小一致，因内径大小一致，导流筒2与出口管A5-1之间具有用于介质流出较小间隙，从该间隙介质可流入介质空间实现对波纹管施压，依次在进口端管1、导流筒2至出口管B5-2的内壁上开设膛线19，该膛线19从进口端管1管口开设到出口管B5-2管尾，采用同一缠角和缠距。
如图5所示，图5是带膛线的弯管压力平衡型过球膨胀节的应用实施例。如图5所示，工作波纹管9和平衡波纹管16设计为外压结构，通过大拉杆13将工作波出口端环9和平衡波进口端环14相连，吸收了膨胀节的压力推力，减少了管系固定支架及相连设备的受力；为保证石墨燃料球的顺利通过，导流筒2与进口端环1采用整体棒料加工而成，内径与筒节内径相同。弯头12上避开曲率半径最大位置，设计若干φ3的连通孔，均匀分布于靠近接管内壁的位置，避免对通过的燃料球造成损伤，并防止较大的石墨颗粒对气孔的堵塞。在零部件总装组对前，进口端管1、导流筒2、出口端管组件和弯头12内壁加工膛线，膛线参数（膛线数量、膛线深度、缠距和缠角等）根据膨胀节工况进行确定。总装组对焊接时，控制进口端管1、导流筒2、出口端管组件和弯头12方位，防止错位，保证内壁膛线相对位置能够构成完整膛线。
工作状态下，膨胀节内部高压气体推动燃料球自1进口端管端运动至弯头端，因工作波纹管9口径较大且采用外压结构，此部位管道内径较其他部位大，导致气体压力下降，燃料球推动无力，易在此部位形成卡阻或堆积，不利于燃料球的顺利通过。通过增设膨胀节内壁膛线，管道内高速气体通过膨胀节内壁时，在膛线凹槽内形成螺旋气流，带动燃料球加速并产生旋转运动，促使燃料球高速稳定通过膨胀节，避免卡阻情况发生。
导流筒2的筒口与进口管B之间的轴向间隙大于导流筒2的轴向位移1-2mm。
如图4所示，导流筒2的筒口沿轴向开设多个长槽豁口2-1，多个长槽豁口2-1沿导流筒2周向分布设置，在出口管A5-1的内壁上对应长槽豁口2-1设有轴向凸台5-3，多个轴向凸台5-3插入对应长槽豁口2-1内，轴向凸台5-3的宽度与长槽豁口2-1的宽度相匹配，轴向凸台5-3的底面与导流筒2的内壁平齐，轴向凸台5-3在长槽豁口2-1内可移动的距离大于或等于导流筒2的轴向位移，最优情况为，轴向凸台5-3在长槽豁口2-1内可移动的距离与轴向间隙△相等。
轴向凸台5-3的底面为弧面，轴向凸台5-3的弧面半径与导流筒2的内径大小一致，即保证导流筒2内壁的完全平整。
Claims (4)
1.一种带膛线的过球膨胀节，包括进口端管（1）、导流筒（2）、出口端管组件（5），出口端管组件（5）由相连接的出口管A（5-1）和出口管B（5-2）组成，出口管A（5-1）的内径大小略大于出口管B（5-2）的内径大小，进口端管（1）与导流筒（2）的一端连接，导流筒（2）的另一端承插入出口管A（5-1）内，导流筒（2）根据膨胀节的缩涨在出口管A（5-1）内实现轴向位移，导流筒（2）和出口管A（5-1）之间设有径向间隙，其特征在于：所述的进口端管（1）、导流筒（2）与出口管B（5-2）的内径大小一致，依次在进口端管（1）、导流筒（2）至出口管B（5-2）的内壁上开设膛线（19）。
2.如权利要求1所述的一种带膛线的过球膨胀节，其特征在于：所述的出口管B（5-2）和出口管A（5-1）的连接处与导流筒（2）的筒口之间的轴向间隙大于导流筒（2）的轴向位移1-2mm。
3.如权利要求1所述的一种带膛线的过球膨胀节，其特征在于：所述的导流筒（2）的筒口沿轴向开设多个长槽豁口（2-1），在出口管A（5-1）的内壁上对应长槽豁口（2-1）设有轴向凸台（5-3），多个轴向凸台（5-3）插入对应长槽豁口（2-1）内，轴向凸台（5-3）的底面与导流筒（2）的内壁平齐，轴向凸台（5-3）在长槽豁口（2-1）内可移动的距离大于或等于导流筒（2）的轴向位移。
4.如权利要求3所述的一种带膛线的过球膨胀节，其特征在于：所述的轴向凸台（5-3）的底面为弧面，轴向凸台（5-3）的弧面半径与导流筒（2）的内径大小一致。
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