CN108022661B - 流体介质中球形元件的卸料方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种流体介质中球形元件的卸料方法及其装置。该卸料方法包括如下步骤：将卸料管垂直置于流体介质中，卸料管的吸入口底部距流体液面的距离L1满足：L为卸料管的吸入口底部至卸料出口底部的距离，ρp、dp分别为球形元件的密度、直径，ρf为流体介质的密度，ρf＞ρp；使卸料管转动即可。该卸料装置包括一卸料管及一驱动部件；卸料管的内径满足：1＜D1/dp＜2，D1为卸料管的内径；驱动部件用于驱动卸料管的转动；卸料管的上端侧壁开设一卸料出口；卸料管的底部设有径向向外凸出的扰动部件；卸料管的底部设有一吸入口。该卸料方法卸料完全、卸料速率可控，该卸料装置结构简单。

Description

流体介质中球形元件的卸料方法及其装置
技术领域
本发明涉及一种流体介质中球形元件的卸料方法及其装置。
背景技术
在第四代核能系统熔盐堆基础上发展而来，同时采用高温气冷堆燃料元件形式，即含包覆燃料颗粒的燃料球，熔盐冷却球床堆具有可持续性、经济性、安全性、可靠性、防核扩散等特点。在反应堆中，燃料球在堆芯随机堆积形成球床，流动熔盐将热量带出堆芯。目前该堆型作为中科院战略性先导科技专项“未来先进核裂变能—钍基熔盐堆核能系统”的重点研究项目，具有很大的发展前景。
熔盐球床堆属于新概念反应堆，熔盐条件下的卸料方案尚不成熟。目前，高温气冷堆的球床主要有两种卸料方式，即重力卸料方式和真空负压卸料方式。随机堆积的球床堆，主要采用重力卸料方式，利用燃料球的重力从堆芯容器底部卸料。规则堆积的球床堆则采用真空负压的方式，根据层距，卸料机械逐步伸入堆芯，通过负压将燃料球吸入吸嘴从容器上方卸料。而对于熔盐冷却球床堆，重力卸料方式和真空负压卸料方式均须停堆并排空熔盐，而实际过程中，由于熔盐无法完全排空，残留的熔盐对燃料球易形成焊接作用会影响其卸出。此外，对于需在线换料(即不停堆状态下的装料、循环、卸料过程)的熔盐冷却球床堆，因熔盐作为冷却剂始终循环，无法排空，故上述高温气冷堆的两种卸料方式并不适用。因此，开发一种新的卸料方式，满足流体介质中卸料需求，是目前亟须解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是为了克服现有技术中熔盐冷却球床堆难以卸料的缺陷，提供一种流体介质中球形元件的卸料方法及其装置，该卸料方法满足流体介质中卸料需求、且卸料完全。该卸料方法用于熔盐冷却球床堆停堆卸料彻底完全、还能够实现在线换料时的卸料，且卸料速率可控。本发明的卸料装置结构简单，可靠性高，可实现球形元件的单列卸料，也可用于熔盐冷却球床堆中燃料球的单列卸料。
本发明提供了一种流体介质中球形元件的卸料方法，包括如下步骤：
(1)将卸料管垂直置于流体介质中，所述卸料管的吸入口底部距流体液面的垂直距离L1为：
其中，L为所述卸料管的吸入口底部至卸料出口底部的垂直距离，ρp为所述球形元件的密度，dp为所述球形元件的直径，ρf为所述流体介质的密度，ρf＞ρp；
(2)使所述卸料管转动，即可。
本发明的卸料方法中，所述卸料管转动时，位于所述吸入口处的球形元件受到扰动，会顺利占据所述卸料管底部，实现球形元件依次进入卸料管，进而实现卸料。
本发明的卸料方法中，卸料速率取决于卸料管的转速和L1；卸料管的转速越大，球形元件越容易受扰动进入卸料管进行卸料；L1的值越大，浮力越大，越利于推动球形元件使之排出。本领域技术人员均知可根据实际需求调整卸料速率。对于熔盐冷却球床堆的停堆卸料，卸料速率可达20个/min。对于熔盐冷却球床堆的在线换料，卸料速率的大小与反应堆堆芯设计有关，通常卸料速率为100-200个/天。因此，满足停堆卸料需求的卸料装置均可满足在线换料时的卸料需求。
在卸料过程中，随着球形元件的排出，液位降低，但本领域技术人员均知为实现顺利卸料应当根据本发明的方法将卸料管的吸入口底部距流体液面的距离L1保持在前述限定的范围内。具体地，在实际操作中，以熔盐球床堆为例，随着燃料球的排出，液位降低，流体介质内部压力发生变化，压力传感器将压力信号传给熔盐球床堆体系中控制柜，经变频泵调节流体液位，使之保持在一定高度范围，实际卸料过程中，卸料管位置无需变化。
本发明的卸料方法用于在线换料时的卸料，由于卸料过程持续进行，故不涉及球形元件滞留于卸料管中的情形。
本发明的卸料方法用于停堆卸料，卸料过程停止时，流体介质中无滞留球，卸料管中滞留球数量n满足下式：
对于熔盐堆而言，当燃料球不再卸出，通常会加入不含燃料的石墨球，滞留于卸料管中的滞留球会随着石墨球进入卸料管而卸出，本发明的卸料方法用于停堆卸料彻底完全。
本发明还提供一种流体介质中球形元件的卸料装置，其包括一卸料管及一驱动部件；所述卸料管的内径满足：1＜D1/dp＜2，其中，D1为所述卸料管的内径，dp为所述球形元件的直径；所述驱动部件用于驱动所述卸料管的转动；所述卸料管的上端侧壁开设一卸料出口，用作所述球形元件的出口；所述卸料管的底部设有扰动部件，所述扰动部件具有凸出的结构；所述扰动部件设于所述卸料管的外部，且沿所述卸料管的径向设置，在所述卸料管转动时起到局部扰动作用；所述卸料管的底部设有一吸入口，确保球形元件逐个进入所述卸料管。
本发明的卸料装置中，所述卸料管的顶端用于与卸出的球形元件接触的部位可为圆弧形，便于球形元件的顺利排出。
本发明的卸料装置中，所述卸料出口可为圆孔，所述圆孔的直径D2满足：1＜D2/dp＜2，确保球形元件逐个排出所述卸料管。
本发明的卸料装置中，所述卸料出口处还可相应地设有一卸料槽，便于收集球形元件，如熔盐球床堆的燃料球。
其中，所述卸料槽包括一围板及一底板，所述围板套设于所述卸料管上，用于汇聚所述球形元件，所述底板用于导料，为便于导料所述球形元件可设有角度倾斜，且α＞arctanμ，其中α为底板的倾角，μ为底板摩擦系数；所述围板一般通过支架固定，以减少球形元件排出带来的振动，确保所述卸料管的平稳运行。
其中，所述卸料槽还可与一出球管连接，便于及时导出所述球形元件。
本发明的卸料装置中，所述扰动部件为本领域在流体介质中可实现局部扰动作用的部件，所述吸入口靠近所述扰动部件。
本发明的卸料装置中，所述扰动部件可为弯管或扇形叶片；当所述扰动部件为扇形叶片时，所述吸入口位于所述扇形叶片的中心；当所述扰动部件为弯管时，所述吸入口位于沿所述卸料管的径向设置的所述弯管的一端。
本发明的卸料装置中，所述驱动部件包括一电机及一传动部件，所述电机按照本领域常规，一般通过所述传动部件带动所述卸料管转动，所述电机一般由固定支架进行固定，以减少电机振动，确保所述卸料管的平稳运行。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：本发明的卸料方法满足流体介质中卸料需求、且卸料完全。该卸料方法用于熔盐冷却球床堆停堆卸料彻底完全、还能够实现在线换料时的卸料，且卸料速率可控。本发明的卸料装置结构简单，可靠性高，可实现球形元件的单列卸料，也可用于熔盐冷却球床堆中燃料球的单列卸料。
附图说明
图1为本发明一较佳实施例的卸料装置侧视图。
图2为本发明一较佳实施例的卸料装置立体图。
图3为本发明一较佳实施例的卸料槽结构图。
附图标记说明：
卸料管1，卸料出口11，扰动部件12，吸入口121，卸料管通道13；
电机2，传动轴21，固定支架22；
卸料槽3，围板31，底板32，支架33；
出球管4，出球口41。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
如图1-3所示，本实施例是一个模拟卸料装置，采用水和塑料球分别模拟熔盐和燃料球，通过流体中球体受力分析进行了装置结构和实验参数的等效，可以完全模拟停堆卸料过程，所述塑料球直径为3cm，塑料球的密度与水的密度比值为0.84。所述卸料管包括一卸料管1及一电机2；所述卸料管1的长度为85cm；所述卸料管1的内径为32mm；所述卸料管1的上端侧壁开设一卸料出口11，所述卸料出口11为圆孔，所述圆孔的直径为40mm；所述卸料管1的下端连接扰动部件12，所述扰动部件12为弯头，且弯头沿径向的一端作为吸入口121；所述卸料管1的顶端为圆弧形；所述卸料槽3包括一围板31及一底板32，所述围板31套设于所述卸料管1上，所述围板31的顶部通过支架33固定，所述围板31的底部与底板32相连接，所述底板32向下方倾斜，所述底板32经由卸料管通道13套设于所述卸料管1上；所述围板32底端侧壁设有一出球口41，所述卸料槽3通过所述出球口41与出球管4相连通；所述电机2通过传动轴21与所述卸料管1的上端连接；所述电机2通过固定支架22固定。
本实施例的卸料方法：将卸料管垂直置于流体介质中，调节液位L1/L＝77cm/85cm，满足开启电机，设定电机频率，即可。
技术效果：在电机频率为500hz、1000hz和1500hz时，卸料管转速分别为1r/min、2r/min、3r/min，卸料速率分别为4个/min、8个/min和12个/min；此外，经过相应的卸料时间，流体介质中所有球形元件均被卸出，卸料管中滞留球的数量为22个。
本发明的卸料方法及卸料装置用于停堆卸料彻底完全，卸料速率可控，明显优于现有技术中的卸料方案。

Claims (10)

1.一种流体介质中球形元件的卸料方法，其特征在于，其包括如下步骤：
(1)将卸料管垂直置于流体介质中，所述卸料管的吸入口底部距流体液面的垂直距离L1为：
其中，L为所述卸料管的吸入口底部至卸料出口底部的垂直距离，ρp为所述球形元件的密度，dp为所述球形元件的直径，ρf为所述流体介质的密度，ρf＞ρp；
(2)使所述卸料管转动，即可。
2.一种流体介质中球形元件的卸料装置，其特征在于，其包括一卸料管及一驱动部件；所述卸料管的内径满足：1＜D1/dp＜2，其中，D1为所述卸料管的内径，dp为所述球形元件的直径；所述驱动部件用于驱动所述卸料管的转动；所述卸料管的上端侧壁开设一卸料出口；所述卸料管的底部设有扰动部件；所述扰动部件具有凸出的结构；所述扰动部件设于所述卸料管的外部，且沿所述卸料管的径向设置；所述卸料管的底部设有一吸入口。
3.如权利要求2所述的卸料装置，其特征在于，所述卸料管的顶端用于与卸出的球形元件接触的部位为圆弧形。
4.如权利要求2所述的卸料装置，其特征在于，所述卸料出口为圆孔，所述圆孔的直径D2满足：1＜D2/dp＜2。
5.如权利要求2所述的卸料装置，其特征在于，所述卸料出口处设有一卸料槽。
6.如权利要求5所述的卸料装置，其特征在于，所述卸料槽包括一围板及一底板。
7.如权利要求6所述的卸料装置，其特征在于，所述围板套设于所述卸料管上。
8.如权利要求5所述的卸料装置，其特征在于，所述卸料槽与一出球管连接。
9.如权利要求2所述的卸料装置，其特征在于，所述扰动部件为弯管或扇形叶片；当所述扰动部件为扇形叶片时，所述吸入口位于所述扇形叶片的中心；当所述扰动部件为弯管时，所述吸入口位于沿所述卸料管的径向设置的所述弯管的一端。
10.如权利要求2所述的卸料装置，其特征在于，所述驱动部件包括一电机及一传动部件。
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