CN109373097B - 一种用于反应堆的涡流二极管系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于反应堆工程技术领域，公开了一种用于反应堆的涡流二极管系统。该系统的两端分别与液体流入管道和液体流出管道连接；该二极管系统包括圆盘形芯材及芯材内设置的1个二极管或多个并联排列的二极管，根据二极管数量的不同，该多个二极管在圆盘形芯材内按照排布成一圈或二圈的形式均匀分布。采用本发明提供的二极管系统对反应堆中液体流量进行输送，尤其是对快中子反应堆中的冷却介质钠进行输送，可以用于控制液体钠在正常工况及事故状态下的流动状态和流速、流量要求。

Description

一种用于反应堆的涡流二极管系统
技术领域
本发明属于反应堆工程技术领域，具体涉及一种用于反应堆的涡流二极管系统。
背景技术
涡流二极管作为流体控制中的单向流元件，在流体输送中，尤其是替代逆止阀的水锤防护中具有重要的应用价值。目前，它主要是用于控制流体流动的堵塞调节阀和放射性溶液的输送装置。但是由于专业间跨度较大和技术条件的差别，目前二极管在反应堆行业没有应用。
涡流二极管的典型结构由切线管、轴向管和涡流腔室三部分组成。当流体从切向管流入时，在涡流腔室内形成强旋流，产生高阻；而当流体从轴向管流入时，流动阻力很小。因此可以将它视作单向阀，起到电路中“二极管”单向导通的作用。其性能的评价指标为双级性D(D＝ξR/ξF)。
清华大学郭彦华等公开了涡流二极管的原理实验研究，但是该公开文献中最大流速仅为3m/s，但是反应堆中节流件的平均流速限值通常为12m/s，而且流量也不能太小。因此公开文献中提供的二极管不能满足反应堆工程需要，需要寻求一种既能满足流速需求又能满足流量需求的二极管装置。
发明内容
(一)发明目的
根据现有技术存在的问题，本发明提供了一种既能够满足反应堆对冷却液体流速需求又能满足流量需求的二极管系统，使得在流体流动方向不一样的时候产生较大的压降差别。。
(二)技术方案
为了解决现有技术存在的问题，本发明提供的技术方案如下：
一种用于反应堆的涡流二极管系统，该系统的两端分别与液体流入管道和液体流出管道连接；该二极管系统包括圆盘形芯材及芯材内设置的1个二极管或多个并联排列的二极管，根据二极管数量的不同，该多个二极管在圆盘形芯材内按照排布成一圈或二圈的形式均匀分布；
所述二极管包括第一轴向管、涡流腔、切线管、连接球和第二轴向管，其中第二轴向管与第一轴向管平行且开口朝向相反；所述涡流腔位于第一轴向管和切线管之间，所述切线管位于涡流腔的切线方向上，切线管远离涡流腔的一端设置有连接球，第二轴向管的一端通过连接球与切线管连接；
所述第一轴向管位于芯材内设置的第一圆柱体的径向中心，该第一圆柱体的数量与所需二极管的数量一致，第一圆柱体径向中心处设置的贯穿的孔道即为第一轴向管；该第一圆柱体位于芯材内设置的第一孔道内，第一圆柱体、第一孔道及芯材的上表面平齐，第一孔道的长度小于芯材的厚度；其中第一孔道分为上、下两部分，其中上部分的孔径大于下部分孔径，以便于固定第一圆柱体；第一圆柱体的形状和尺寸与第一孔道的形状和尺寸吻合且第一圆柱体下部分的长度小于第一孔道下部分的长度，第一孔道位于第一圆柱体下方的部分即为涡流腔；
所述第二轴向管通过连接球与切线管连接，第二轴向管为芯材下方设置的第三孔道，该第三孔道为圆柱体形且下端与芯材底部平齐。
优选地，第一轴向管和切线管直径相同；连接球和第二轴向管直径相同，且第二轴向管的直径为第一轴向管直径的1.3～1.7倍，涡流腔直径是第一轴向管的3.5～4.5倍，切线管长度是涡流腔直径的0.6～0.8倍；
优选地，所述二极管的数量为1～18个。
优选地，所述二极管的数量为18个。
优选地，所述液体流入管道和液体流出管道内的液体为钠。
优选地，所述第二轴向管的直径为第一轴向管直径的1.5倍。
优选地，所述芯材为不锈钢。
优选地，所述芯材的直径与液体流入管道、液体流出管道的直径一致。
二极管系统的加工方法，该方法包括以下步骤：
(1)根据反应堆内对液体流量的需要及液体流入管道和液体流出管道的直径，计算出二极管系统内所需二级管的数量；
(2)在一个圆盘形芯材内切削出与所需二极管数量吻合的第一孔道，该第一孔道分为上、下两部分，其中上部分的孔径大于下部分孔径，同时将从第一孔道切削出的圆柱体作为第一圆柱体，该第一圆柱体的形状和尺寸与第一孔道一致；第一圆柱体外径较小的下部分在长度方向上切去与所需涡流腔高度一致的一段，同时将第一圆柱体的径向中心加工贯穿的通孔后置于第一孔道内，该通孔即作为该二极管的第一轴向管，第一圆柱体下方的孔道部分为二极管的涡流腔区域；
(3)从芯材外壁上涡流腔的切线位置处切削出一个类似圆柱形的第二孔道，得到一个与涡流腔相切的第二类圆柱体；
(4)从芯材底部切削出第三孔道，该通道为圆柱体型，长度从芯材底端延伸至切线管所在高度位置；再从第三孔道内用球刀切削出一个球状体，该球状体与切线管和第三孔道连接；该第三孔道即为二级管的第二轴向管；
(5)将第二类圆柱体置入第二孔道内，第二类圆柱体的一端连接球状体且不堵塞球状体和切线管，并将第二类圆柱体长出芯材外壁的部分切除。
(三)有益效果
本发明的有益效果为：
采用本发明提供的二极管系统对反应堆中液体流量进行输送，尤其是对快中子反应堆中的冷却介质钠进行输送，可以用于控制液体钠在正常工况及事故状态下的流动状态和流速、流量要求。
目前传统的二极管分为轴向管、涡流腔、切线管，液体进口和出口是在垂直的平面上，且传统二极管的流速较小仅几米每秒，能够通过的冷却剂流量非常小。考虑到反应堆中节流件12m/s的流速限制需求，即使将传统的二极管流速提高到12m/s，能够通过的冷却剂流量仍然非常有限。另外，即使将多个传统二极管并联起来，由于轴向管、切线管在不同平面上，加工上也实现不了。
本申请创造性地在传统二级管的基础上加入了第二轴向管，并将相关结构尺寸按照一定的比例进行扩大，使得在每一横截面处平均流速不超过12m/s的情况下，又能保证比较合适的流量，单个二极管的流量达到了0.8kg/s。第二轴向管和球状体的设置使得液体的进口和出口在平行的平面上，避免了各管之间的互相干涉，同时也便于反应堆中液体流入管道和流出管道的布置。实际使用中，根据所需流量和流速的要求，设计不同数量的二极管，满足反应堆的实际需求。
通过合理的限定第二轴向管的直径为第一轴向管直径的1.3～1.7倍，涡流腔直径是第一轴向管的3.5～4.5倍，切线管长度是涡流腔直径的0.6～0.8倍；使得双极性D最大且二极管尺寸也限定在合理范围内。例如，第二轴向管的直径为第一轴向管直径的1.5倍，双极性值达到最大5.48。
附图说明
图1是二极管结构示意图；图2是二极管系统示意图；
其中1是第一轴向管；2是涡流腔；3是切线管；4是连接球；5是第二轴向管；6是芯材；7是第一圆柱体。
具体实施方式
下面将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步阐述。
实施例1
一种用于某反应堆的涡流二极管系统，如图1和图2所示。该系统用于输送反应堆中钠冷却剂。该二极管系统的两端分别与液体流入管道和液体流出管道连接；该二极管系统包括圆盘形芯材及芯材内设置的18个并联排列的二极管，该18个二极管在圆盘形芯材内按照排布成二圈的形式均匀分布；
所述二极管包括第一轴向管1、涡流腔2、切线管3、连接球4和第二轴向管5，其中第二轴向管5与第一轴向管1平行且开口朝向相反；所述涡流腔2位于第一轴向管1和切线管3之间，所述切线管3位于涡流腔2的切线方向上，切线管3远离涡流腔2的一端设置有连接球4，第二轴向管5的一端通过连接球4与切线管3连接；
所述第一轴向管1位于芯材内设置的第一圆柱体7的径向中心，该第一圆柱体7的数量与所需二极管的数量一致，第一圆柱体7径向中心处的设置的贯穿的通道即为第一轴向管1；该第一圆柱体7位于芯材内设置的第一孔道内，第一圆柱体7、第一孔道及芯材6的上表面平齐，第一孔道的长度小于芯材6的厚度；其中第一孔道分为上、下两部分，其中上部分的孔径大于下部分孔径，以便于固定第一圆柱体7；第一圆柱体7的形状和尺寸与第一孔道的形状和尺寸吻合且第一圆柱体7下部分的长度小于第一孔道下部分的长度，第一孔道位于第一圆柱体7下方的部分即为涡流腔2；
所述第二轴向管5通过连接球4与切线管3连接，第二轴向管5为芯材6下方设置的第二孔道，该第二孔道为圆柱体形且下端与芯材6底部平齐；
第一轴向管1和切线管3直径相同；连接球4和第二轴向管5直径相同，且第二轴向管5的直径为第一轴向管1直径的1.5倍，涡流腔2直径是第一轴向管的4倍，切线管长度是涡流腔直径的0.7倍；
所述二极管的数量为18个。所述芯材为不锈钢。所述芯材的直径与液体流入管道、液体流出管道的直径一致。
二极管系统的加工方法，该方法包括以下步骤：
(1)根据反应堆内对液体流量的需要及液体流入管道和液体流出管道的直径，计算出二极管系统内所需二级管的数量；
(2)在一个圆盘形芯材内切削出与所需二极管数量吻合的第一孔道，该第一孔道分为上、下两部分，其中上部分的孔径大于下部分孔径，同时将从第一孔道切削出的圆柱体作为第一圆柱体，该第一圆柱体的形状和尺寸与第一孔道一致；第一圆柱体外径较小的下部分在长度方向上切去与所需涡流腔高度一致的一段，同时将第一圆柱体的径向中心加工贯穿的通孔后置于第一孔道内，该通孔即作为该二极管的第一轴向管，第一圆柱体下方的孔道部分为二极管的涡流腔区域；
(3)从芯材外壁上涡流腔的切线位置处切削出一个类似圆柱形的第二孔道，得到一个与涡流腔相切的第二类圆柱体；
(4)从芯材底部切削出第三孔道，该通道为圆柱体型，长度从芯材底端延伸至切线管所在高度位置；再从第三孔道内用球刀切削出一个球状体，该球状体与切线管和第三孔道连接；该第三孔道即为二级管的第二轴向管；
(5)将第二类圆柱体置入第二孔道内，第二类圆柱体的一端连接球状体且不堵塞球状体和切线管，并将第二类圆柱体长出芯材外壁的部分切除。
实施例2
与实施例1不同的是，二极管的数量为6个，沿着芯材排成一圈均匀分布；所述第二轴向管的直径为第一轴向管1直径的1.3倍，涡流腔直径是第一轴向管的3.5倍，切线管长度是涡流腔直径的0.6倍。
实施例3
与实施例1不同的是，二极管的数量为12个，沿着芯材排成二圈均匀分布；所述第二轴向管的直径为第一轴向管1直径的1.7倍，涡流腔直径是第一轴向管的4.5倍，切线管长度是涡流腔直径的0.8倍。

Claims (6)

1.一种用于反应堆的涡流二极管系统，其特征在于，该二极管系统的两端分别与液体流入管道和液体流出管道连接；该二极管系统包括圆盘形芯材及芯材内设置的1个二极管或多个并联排列的二极管，根据二极管数量的不同，该多个二极管在圆盘形芯材内按照排布成一圈或二圈的形式均匀分布；
所述二极管包括第一轴向管、涡流腔、切线管、连接球和第二轴向管，其中第二轴向管与第一轴向管平行且开口朝向相反；所述涡流腔位于第一轴向管和切线管之间，所述切线管位于涡流腔的切线方向上，切线管远离涡流腔的一端设置有连接球，第二轴向管的一端通过连接球与切线管连接；
所述第一轴向管位于芯材内设置的第一圆柱体的径向中心，该第一圆柱体的数量与所需二极管的数量一致，第一圆柱体径向中心处设置的贯穿的孔道即为第一轴向管；该第一圆柱体位于芯材内设置的第一孔道内，第一圆柱体、第一孔道及芯材的上表面平齐，第一孔道的长度小于芯材的厚度；其中第一孔道分为上、下两部分，其中上部分的孔径大于下部分孔径，以便于固定第一圆柱体；第一圆柱体的形状和尺寸与第一孔道的形状和尺寸吻合且第一圆柱体下部分的长度小于第一孔道下部分的长度，第一孔道位于第一圆柱体下方的部分即为涡流腔；
所述第二轴向管通过连接球与切线管连接，第二轴向管为芯材下方设置的第三孔道，该第三孔道为圆柱体形且下端与芯材底部平齐;
第一轴向管和切线管直径相同；连接球和第二轴向管直径相同，且第二轴向管的直径为第一轴向管直径的1.3～1.7倍，涡流腔直径是第一轴向管的3.5～4.5倍，切线管长度是涡流腔直径的0.6～0.8倍;所述液体流入管道和液体流出管道内的液体为钠。
2.根据权利要求1所述的一种用于反应堆的涡流二极管系统，其特征在于，所述二极管的数量为1~18个。
3.根据权利要求1所述的一种用于反应堆的涡流二极管系统，其特征在于，所述二极管的数量为18个。
4.根据权利要求1所述的一种用于反应堆的涡流二极管系统，其特征在于，所述第二轴向管的直径为第一轴向管直径的1.5倍。
5.根据权利要求1所述的一种用于反应堆的涡流二极管系统，其特征在于，所述芯材为不锈钢。
6.根据权利要求1所述的一种用于反应堆的涡流二极管系统，其特征在于，所述芯材的直径与液体流入管道、液体流出管道的直径一致。
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