CN111063465A - 核电站严重事故研究用融物释放和形状控制装置 - Google Patents

核电站严重事故研究用融物释放和形状控制装置 Download PDF

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Abstract

核电站严重事故研究用融物释放和形状控制装置。一种高温熔融物释放和形状控制装置，包括：石墨坩埚、气动释放机构和刺破机构，其中：熔融物储于石墨坩埚中，刺破机构设置于气动释放机构的内底部，石墨坩埚经气动释放机构与刺破机构相撞击从而将熔融物释放。本发明能够实现温度高达2750℃的熔融物顺利释放，并且熔融物形状能保持连续完整的圆柱状，熔融物直径可根据实际需要调整，解决了公斤量级超高温熔融金属与冷却剂相互作用时熔融物如何安全可控进入冷却剂的问题。

Description

核电站严重事故研究用融物释放和形状控制装置
技术领域
本发明涉及的是一种核工业领域的技术，具体是一种核电站严重事故研究用融物释放和形状控制装置。
背景技术
在核电站发生严重事故的过程中，当堆芯熔融物落入压力容器下封头或者在下封头被熔穿后落入安全壳时，高温熔融物都可能与残留的冷却水发生剧烈的相互作用，引起冷却水快速蒸发，这种快速蒸发可能引起蒸汽爆炸，导致压力激增，对压力容器甚至安全壳造成严重破坏，诱发大规模放射性物质泄漏，危害公共安全。物质泄漏，危害公众安全。因此深入研究高温熔融物与冷却剂相互作用这一复杂的物理现象具有重要的科学和工程意义。而研究这一现象的一大难点在于获得进入冷却剂前完整连续，形状可控的超高温熔融物，这主要取决于熔融物的释放。现有的释放装置通常采用提拉塞杆式的释放方式，但这种释放方式当熔融物在超高温下长时间加热时，塞杆底部锥头与坩埚密封处容易出现腐蚀致熔融物泄漏，并且熔融物释放时容易与其他设备接触，引起危险。另外一种释放方式是将坩埚置于对开的支撑翻板上，当达到设定的加热温度后，翻动翻板，使熔融物随坩埚一起落入下方的石墨锥上，通过碰撞破坏坩埚，随后熔融物通过石墨锥侧壁上的孔洞流入延时板，将延时板熔化后流入冷却剂，这种释放方式由于要翻动翻板，占用较大空间，导致高温炉体积过大，增加成本，也影响加热效率，并且由于翻板要受热和承受重量，导致翻板结构复杂且由于破坏锥采用石墨材料，极易断裂，基本为一次性的。此外，由于熔融物是将延时板融化后流入冷却剂的，不但形状和直径难以控制，而且引入了新的杂质。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种核电站严重事故研究用融物释放和形状控制装置，能够实现温度高达2750℃的熔融物顺利释放，并且熔融物形状能保持连续完整的圆柱状，熔融物直径可根据实际需要调整，解决了公斤量级超高温熔融金属与冷却剂相互作用时熔融物如何安全可控进入冷却剂的问题。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明包括：石墨坩埚、气动释放机构和刺破机构，其中：熔融物储于石墨坩埚中，刺破机构设置于气动释放机构的内底部，石墨坩埚经气动释放机构与刺破机构相撞击从而将熔融物释放。
所述的气动释放机构包括：设置于高温炉内的石墨坩埚悬挂装置，与高温炉出口连接的释放管，以及分别与控制台相连并接收对应信号的放料气缸、隔热石墨挡板、密封阀门和气动挡板阀，其中：悬挂装置包括：设置于石墨拉杆顶部的水冷旋转套，套接于石墨拉杆底部由内而外依次设置的石墨吊盖、石墨感应筒和石墨压盖，石墨坩埚通过石墨吊盖悬挂于石墨感应筒上，放料气缸设置于高温炉顶部外侧，隔热石墨挡板位于悬挂装置和高温炉出口之间，密封阀门位于高温炉出口与释放管之间，气动挡板阀位于释放管的底部。
所述的石墨拉杆的结构为两段通过圆台连接的中通圆柱体，直径大的圆柱体的端部设有四个与水冷旋转套连接的槽，直径小的圆柱体的外表面设有与石墨吊盖连接的螺纹，中部的圆台面与石墨压盖内表面圆台面连接。
所述的石墨吊盖为下部具有四个凸起的中通圆柱帽体，其内表面设有与石墨拉杆配合的螺纹。
所述的石墨坩埚为圆柱体，该圆柱体的顶部径向均布四个凸块，其中：外部凸块与石墨感应筒的凹槽相接触以固定石墨坩埚，使之不能周向旋转，内部凸块与石墨吊盖的凸起相接触。
所述的石墨压盖为圆环结构，内表面为上大下小的圆台面，且顶部内径小于石墨拉杆中部圆台顶部直径，从而石墨压盖能卡在石墨拉杆中部圆台处，石墨压盖外表面为圆柱面，外径与石墨感应筒外径相等，石墨压盖放在石墨感应筒顶部。
所述的刺破机构为带有四个沿周向均布的引流孔的冲孔器。
所述的释放管与气动挡板阀之间设有用于调节底部出口直径的石墨漏斗，该漏斗采用双层结构，外层为不锈钢支撑罩，内层为石墨层。
技术效果
与现有技术相比，本发明能够实现温度高达2750℃的熔融物顺利释放，并且熔融物形状能保持连续完整的圆柱状，熔融物直径可根据实际需要调整，解决了公斤量级超高温熔融金属与冷却剂相互作用时熔融物如何安全可控进入冷却剂的问题。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的局部放大图；
图3为石墨拉杆的结构示意图；
图4为石墨压盖的结构示意图；
图5为石墨吊盖的结构示意图；
图6为石墨坩埚的结构示意图；
图7为刺破机构的结构示意图；
图8为支撑底座的结构示意图；
图中：高温炉1、石墨拉杆2、石墨坩埚3、隔热石墨挡板4、密封阀门5、释放管6、冲孔器7、气动挡板阀8、水冷旋转套9、放料气缸10、气动释放机构11、刺破机构12、石墨压盖13、石墨吊盖14、石墨感应筒15、漏斗16、支撑底座17、凸起18、凸块19、凹槽20、槽21、梯形引流孔22、引流檐23。
具体实施方式
如图1和图2所示，本实施例包括：石墨坩埚3、气动释放机构11和刺破机构12，其中：熔融物储于石墨坩埚3中，刺破机构12设置于气动释放机构11的内底部，石墨坩埚3经气动释放机构11与刺破机构12相撞击从而将熔融物释放。
所述的气动释放机构11包括：设置于高温炉1内的石墨坩埚3悬挂装置，与高温炉1出口连接的释放管6，以及分别与控制台相连并接收对应信号的放料气缸10、隔热石墨挡板4、密封阀门5和气动挡板阀8，其中：悬挂装置包括：设置于石墨拉杆2顶部的水冷旋转套9，套接于石墨拉杆2底部由内而外依次设置的石墨吊盖14、石墨感应筒15和石墨压盖13，石墨坩埚3通过石墨吊盖14悬挂于石墨感应筒15上，放料气缸10设置于高温炉1顶部外侧，隔热石墨挡板4位于悬挂装置和高温炉1出口之间，密封阀门5位于高温炉1出口与释放管6之间，气动挡板阀8位于释放管6的底部。
如图3所示，所述的石墨拉杆2的结构为两段通过圆台连接的中通圆柱体，直径大的圆柱体的端部设有四个与水冷旋转套9连接的槽21，直径小的圆柱体的外表面设有与石墨吊盖14连接的外螺纹，圆台的小直径部位与石墨压盖13接触以将其卡住。
如图4所示，所述的石墨压盖13为圆环结构。
如图5所示，所述的石墨吊盖14为下部具有四个凸起18的中通圆柱帽体，其内表面面设有与石墨拉杆2配合的内螺纹。
如图6所示，所述的石墨坩埚3为圆柱体，该圆柱体的顶部径向均布四个凸块19，其中：外部凸块19与石墨感应筒15的凹槽20相接触以固定石墨坩埚3，内部凸块19与石墨吊盖14的凸起18相接触。
如图7所示，所述的刺破机构12为带有四个沿周向均布的梯形引流孔22的锥形结构的冲孔器7。
所述的释放管6与气动挡板阀8之间设有用于调节底部出口直径的石墨漏斗16，该漏斗16采用双层结构，外层为不锈钢支撑罩，内层为石墨层。
所述的释放管6的外部为不锈钢，其内部嵌套石墨层。
所述的冲孔器7由钨制成，厚度为6mm，锥顶为30°。
如图8所示，所述的释放管6的外底部通过螺栓连有支撑底座17。
所述的设有防止熔融物凝固后将冲孔器7和支撑底座17连在一起的熔融物引流檐23，该引流檐长为8mm，厚为5mm。
所述的气动挡板阀8采用双层结构，与高温熔融物接触层为石墨材质，底部支撑材料为不锈钢板。
上述装置具体通过以下步骤释放熔融物：
1)达到释放条件后，控制台控制密封阀门5和隔热石墨挡板4依次打开，并关闭气动挡板阀8；
2)放料气缸10接收到控制台的信号而推动水冷旋转套9旋转，相应带动石墨拉杆2及石墨吊盖14旋转，而石墨坩埚3由于卡在石墨感应筒15的凹槽20内而无法转动，当放料气缸10至限位点后，石墨坩埚3从石墨吊盖14的凸起18上脱开并由重力作用而下落，同时控制台发出打开命令至气动挡板阀8；
3)下落的石墨坩埚3在重力加速下通过释放管6并撞击在冲孔器7上，石墨坩埚3内的熔融物从石墨坩埚3底部流出至漏斗汇集；
4)气动挡板阀8在接收到控制台打开命令后延时1s打开以便将不连续的熔融物汇集在漏斗内，使其呈规则的圆柱状释放进入冷却剂中。
与现有技术相比，本装置技术改进包括：
1、结构紧凑，占用空间小，使高温炉体积小，加热效率更高，且熔融物加热过程中不会因腐蚀泄露，从而使熔融物能加热至2750℃的高温释放。
2、释放管为双层结构，内部嵌套有石墨，从而能保证承受2750℃的高温且价格便宜。
3、冲孔器为钨材料，硬度高，且设有引流檐，能防止熔融物凝固后将冲孔器和支撑底座连在一起，因此冲孔器戳破可靠性高，能多次使用。
4、释放管底部加有漏斗及气动挡板阀，能保证熔融物连续，形状规则，且直径可控，更好的满足高温熔融物与冷却剂相互作用实验要求。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (6)

1.一种高温熔融物释放和形状控制装置，其特征在于，包括：石墨坩埚、气动释放机构和刺破机构，其中：熔融物储于石墨坩埚中，刺破机构设置于气动释放机构的内底部，石墨坩埚经气动释放机构与刺破机构相撞击从而将熔融物释放；
所述的气动释放机构包括：设置于高温炉内的石墨坩埚悬挂装置，与高温炉出口连接的释放管，以及分别与控制台相连并接收对应信号的放料气缸、隔热石墨挡板、密封阀门和气动挡板阀，其中：悬挂装置包括：设置于石墨拉杆顶部的水冷旋转套，套接于石墨拉杆底部由内而外依次设置的石墨吊盖、石墨感应筒和石墨压盖，石墨坩埚通过石墨吊盖悬挂于石墨感应筒上，放料气缸设置于高温炉顶部外侧，隔热石墨挡板位于悬挂装置和高温炉出口之间，密封阀门位于高温炉出口与释放管之间，气动挡板阀位于释放管的底部；
所述的石墨坩埚为圆柱体，该圆柱体的顶部径向均布四个凸块，其中：外部凸块与石墨感应筒的凹槽相接触以固定石墨坩埚，内部凸块与石墨吊盖的凸起相接触；
所述的刺破机构为带有四个沿周向均布的引流孔的冲孔器；冲孔器的底部设有熔融物引流檐；
所述的释放管与气动挡板阀之间设有用于调节底部出口直径的石墨漏斗。
2.根据权利要求1所述的高温熔融物释放和形状控制装置，其特征是，所述的石墨拉杆的结构为两段通过圆台连接的中通圆柱体，直径大的圆柱体的端部设有四个与水冷旋转套连接的槽，直径小的圆柱体的外表面设有与石墨吊盖连接的螺纹。
3.根据权利要求1所述的高温熔融物释放和形状控制装置，其特征是，所述的石墨吊盖为下部具有四个凸起的中通圆柱帽体，其内表面设有与石墨拉杆配合的螺纹。
4.根据权利要求1所述的高温熔融物释放和形状控制装置，其特征是，所述的释放管和漏斗的外部均为不锈钢层，其内部均为石墨层。
5.根据权利要求1所述的高温熔融物释放和形状控制装置，其特征是，所述的释放管的外底部设有支撑底座。
6.根据权利要求1所述的高温熔融物释放和形状控制装置，其特征是，所述的冲孔器由钨制成，厚度为6mm，锥顶为30°。
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