CN111672859B - 用于高温气冷堆的收屑装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及反应堆配套设备领域，特别是涉及一种用于高温气冷堆的收屑装置。收屑装置包括过球管，其内部设置有过球通道，至少部分过球通道开设有槽口，槽口上间隔地设置有格栅，槽口的宽度小于球形元件的直径；收集罐，与过球管连通且收集罐的开口与至少部分槽口对应。该收屑装置可以实时高效地收集碎屑和粉尘，能够更有效可靠、更高效地规避管路卡堵故障的发生。

Description

用于高温气冷堆的收屑装置

技术领域

本发明涉及反应堆配套设备领域，特别是涉及一种用于高温气冷堆的收屑装置。

背景技术

球床高温气冷堆是具有固有安全特性的第四代先进反应堆堆型，通过其全自动运行的燃料装卸系统实现不停堆连续运行。由于高温堆球形元件是以石墨为基体的等静压成型的球形元件，相对于强韧性的钢质管路和设备，球形元件是一种硬脆性的非金属制成品。

数量庞大的球形元件具有离散性和随机性，在燃料装卸系统中与钢质设备和管路摩擦与碰撞，不可避免地会发生小概率的损伤而产生碎球、碎屑与粉尘。在重力流管路中水平倾斜角度小的管段，可能会发生球形元件碎屑卡堵，或者因粉尘积存而导致球形元件流动受阻而滞留的情况。一旦发生球流管路卡堵和滞留，就需要立即、快速地进行卡堵故障解除操作，由于管路卡堵的解除操作工序复杂，且现场操作人员会承受γ射线剂量照射的风险，故此对于球形元件碎屑的收集并没有切实有效的办法。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种结构紧凑、安全可靠的用于高温气冷堆的收屑装置，能够避免和降低管路卡堵风险。

本发明提供一种用于高温气冷堆的收屑装置，包括：

过球管，其内部设置有过球通道，至少部分所述过球通道开设有槽口，所述槽口上间隔地设置有格栅，所述槽口的宽度小于球形元件的直径；

收集罐，与所述过球管连通且所述收集罐的开口与至少部分所述槽口对应。

进一步地，所述过球通道包括：

进球段，连接于所述过球管的进端；

出球段，连接于所述过球管的出端；

导流段，连接于所述进球段和出球段之间，所述槽口开设于所述导流段，且所述槽口两侧的导流段的内壁倾斜设置。

进一步地，所述导流段包括：

至少两个相互拼接的导流分段，至少两个所述导流分段之间具有夹角，且相邻两个所述导流分段之间光滑过渡。

进一步地，所述过球管内部设置有分离腔，至少两个所述导流分段置于所述分离腔内，所述收集罐与所述分离腔连通。

进一步地，至少两个所述导流分段的曲率半径的取值范围为40毫米至60毫米，沿由所述出球段向所述进球段的方向，所述导流分段的休止角逐渐变大。

进一步地，所述导流段的两端所在的端面之间的夹角的取值范围为30度至105度。

进一步地，所述收集罐包括：

罐本体，用于收集碎屑；

缩颈段，连接于所述罐本体与所述过球管之间。

进一步地，所述缩颈段与过球管的连接位置设置有密封件。

进一步地，所述格栅倾斜向下凸出于所述导流段的外壁，且所述格栅呈椭圆弧型。

进一步地，所述槽口的宽度的取值范围为25毫米至40毫米。

本发明提供的用于高温气冷堆的收屑装置，安装于重力流管路的管路变向位置，利用在过球管内设置过球通道，并光滑过渡过球通道中的过球面，保证正常运行工况下的球流畅通，并不会对球形元件和管路造成不利影响。当由来自上游的碎屑和粉尘在自重及球形元件流动带动下，粉尘和碎屑可通过开设在过球通道上的槽口掉入收集罐中。通过在槽口位置处设置格栅，可以阻拦掉入收集罐中的碎屑通过槽口反弹回过球通道，进而越过槽口进入下游管路。由于球形元件破损是小概率事件，并且主要的碎球和碎屑会在碎球分离器处分离并收集，因此连接在碎球分离器下游的管路中产生碎屑的概率相对较低，收集罐的容量能够满足系统足够长时间的连续运行要求。在检修或大修期间，可以方便地拆卸收集罐进行碎屑与粉尘的转移储存。此外，本发明实施例提供的用于高温气冷堆的收屑装置还具有两方面的优点，一方面在于相对于现有与主设备集成的碎球收屑装置，本发明实施例提供的用于高温气冷堆的收屑装置独立于设备，作为管道的组成件安装于球流管路的转向处，从工艺、结构、控制和布局上均更加简单、便捷。另一方面的优点在于在管路中设置本发明实施例提供的用于高温气冷堆的收屑装置后，可以实时高效地收集碎屑和粉尘，能够更有效可靠、更高效地规避管路卡堵故障的发生。

附图说明

图1为本发明实施例提供的用于高温气冷堆的收屑装置的示意性剖视图；

图2为本发明实施例提供的用于高温气冷堆的收屑装置的示意性立体图；

图3为本发明实施例提供的过球管的示意性剖视图；

图4为本发明实施例提供的导流分段的示意性剖视图；

图5为本发明实施例提供的导流分段的一个角度的示意性立体图；

图6为本发明实施例提供的导流分段的另一个角度的示意性立体图；

图7为本发明实施例提供的收集罐的示意性剖视图。

附图标号说明：

100、过球管；102、过球通道；104、槽口；106、格栅；108、收集罐；110、进球段；112、出球段；114、导流分段；116、分离腔；118、罐本体；120、缩颈段；122、密封件；124、紧固件。

具体实施方式

为使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合发明中的附图，对发明中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

如图1至图7所示，本发明提供一种用于高温气冷堆的收屑装置，包括过球管100，其内部设置有过球通道102，至少部分过球通道102开设有槽口104，槽口104上间隔地设置有格栅106，槽口104的宽度小于球形元件的直径；收集罐108与过球管100连通且收集罐108的开口与至少部分槽口104对应。

本发明提供的用于高温气冷堆的收屑装置，安装于重力流管路的管路变向位置，利用在过球管100内设置过球通道102，并光滑过渡过球通道102中的过球面，保证正常运行工况下的球流畅通，并不会对球形元件和管路造成不利影响。当由来自上游的碎屑和粉尘在自重及球形元件流动带动下，粉尘和碎屑可通过开设在过球通道102上的槽口104掉入收集罐108中。通过在槽口104位置处设置格栅106，可以阻拦掉入收集罐108中的碎屑通过槽口104反弹回过球通道102，进而越过槽口104进入下游管路。由于球形元件破损是小概率事件，并且主要的碎球和碎屑会在碎球分离器处分离并收集，因此连接在碎球分离器下游的管路中产生碎屑的概率相对较低，收集罐108的容量能够满足系统足够长时间的连续运行要求。在检修或大修期间，可以方便地拆卸收集罐108进行碎屑与粉尘的转移储存。此外，本发明实施例提供的用于高温气冷堆的收屑装置还具有两方面的优点，一方面在于相对于现有与主设备集成的碎球收屑装置，本发明实施例提供的用于高温气冷堆的收屑装置独立于设备，作为管道的组成件安装于球流管路的转向处，从工艺、结构、控制和布局上均更加简单、便捷。另一方面的优点在于在管路中设置本发明实施例提供的用于高温气冷堆的收屑装置后，可以实时高效地收集碎屑和粉尘，能够更有效可靠、更高效地规避管路卡堵故障的发生。

具体来说，过球管100一方面用于容纳过球通道102，另一方面起到对过球通道102提供保护的作用，防止过球通道102中的碎屑掉落至过球管100的外部。

其中，至少部分过球通道102上开设有槽口104，需要说明的是，为了方便收集碎屑，槽口104是开设在过球通道102的下方的。这样一来，当球形元件从过球通道102中经过时，携带的碎屑就可以在自重的作用下，有槽口104掉出，进而不会在过球通道102中产生堆积，避免了过球通道102的堵塞。

此外，为了防止球形元件从槽口104中掉落，在槽口104上还间隔地设置有格栅106，其中，槽口104的宽度小于球形元件的直径。这样一来，当球形元件从槽口104位置经过时，就不会从槽口104中，或者从相邻两个格栅106之间掉落。需要说明的是，为了保证球形元件能够顺利地从槽口104位置经过，槽口104两侧的侧板均为斜板，由此，过球通道102的截面呈多棱柱形。

为了将碎屑收集，在本发明实施例中的过球管100上还连通有收集罐108，通过设置收集罐108能够及时地将碎屑收集。由此，收集罐108的开口与至少部分槽口104对应，这样一来，当碎屑从槽口104中掉落后，就能够直接掉落到收集罐108中。此外，需要说明的是，收集罐108与过球管100的连接位置并不是凸出于过球管100的内表面的，也就是说，当碎屑从槽口104掉落至过球管100的内壁上时，可沿着过球管100的内壁滑落至收集罐108中。

进一步地，槽口104的宽度的取值范围为25毫米至40毫米。

由于球形元件的直径为60毫米，如果槽口104的宽度过大，球形元件更容易进入槽口104而沿两侧侧板滚动或滑动下行，自重和运动惯性有可能导致球形元件卡塞在两侧侧板上。如果槽口104宽度过小，将不利于碎屑和粉尘由槽口104流入到收集罐108中。更可能避开槽口104，而沿两侧侧板下行，经出球段112流动到下游管路，从而发生下游管路卡堵风险。

进一步地，过球通道102包括进球段110，连接于过球管100的进端；出球段112，连接于过球管100的出端；导流段，连接于进球段110和出球段112之间，槽口104开设于导流段，且槽口104两侧的导流段的内壁倾斜设置。

在本发明实施例中，过球通道102包括依次连接的进球段110、导流段以及出球段112。其中，进球段110连接于过球管100的进端用以进球；导流段连接在进球段110以及出球段112之间用以对球形元件实现导流；出球段112连接于过球管100的出端用以出球。此外，需要说明的是，进球段110的轴线、导流段的轴线以及出球段112的轴线并不共线，也就是说，进球段110、导流段以及出球段112是依次倾斜的，这样方便碎屑顺利地落入到收集罐108中。而且，槽口104两侧的导流段的内壁是倾斜设置的，这样可以避免球形元件卡在槽口104内，从能够保护球形元件不受磕碰，进而有效地避免了卡球情况的发生。

进一步地，导流段包括至少两个相互拼接的导流分段114，至少两个导流分段114之间具有夹角，且相邻两个导流分段114之间光滑过渡。

导流段包括至少两个相互拼接的导流分段114。以导流分段114是两个为例，两个导流分段114相互拼接形成导流段。两个导流分段114之间具有夹角，其中，两个导流分段114之间的夹角为钝角。而且，两个导流分段114之间的过渡段为光滑过渡，例如，导流分段114可以是直段，两个直段形的导流分段114之间的过渡段是弧形段，这样能够进一步地保证碎屑顺利地落入收集罐108中。

进一步地，格栅106倾斜向下凸出于导流段的外壁，且格栅106呈椭圆弧型。

格栅106一方面可以对碎屑产生缓冲，使碎屑更快递掉入收集罐108，进而进收屑罐；另一方面，如果碎屑反弹，很容易被格栅106阻挡，从而极大地降低了碎屑落入收集罐108中的概率。格栅106可以为椭圆弧形薄片，并以倾斜方式通过点焊或分段焊与导流段组成为整体结构，并且弧形薄片的内口为椭圆片段，保证球形元件在槽口104的两侧侧板上滚动或滑动时不会与格栅106接触，从而可以避免格栅106对流动的球形元件造成磕碰及剐蹭损伤。由于引入了格栅106，使得具有槽口104的导流段的结构强度更好，进而可以适当加大槽口104的开口宽度，更有利于碎屑进入落下。采用格栅106和加大槽口104宽度后的试验表明，收屑成功率均由初始的40％至60％提高到90％以上。

进一步地，过球管100内部设置有分离腔116，至少两个导流分段114置于分离腔116内，收集罐108与分离腔116连通。

如前所述，若碎屑掉落到过球管100中，为了保证掉落到过球管100中的碎屑也能够顺利地落入收集罐108中，过球管100中的管内壁的连接位置同样可以做成弧形段以实现上述目的。此外，收集罐108与过球管100的连接位置也可以设置弧形倒角。

换而言之，过球管100的内部形成有分离腔116，分离腔116的内径尺寸大于过球通道102的外径尺寸，尤其是大于设置有槽口104的过球通道102的外径尺寸。这样可以进一步地保证落入过球管100中的碎屑能够落入到收集罐108中。

再进一步地，由于具有结构紧凑的要求，优选地，进球段110、出球段112和导流段为一个整体加工件，或者焊接连接为一个承压整体件，且导流段优选采用整体锻件。

上文所述的导流分段114置于分离腔116内，以实现对碎屑的分离；上文所述的收集罐108与分离腔116相连，以实现对碎屑的收集。

进一步地，至少两个导流分段114的曲率半径的取值范围为40毫米至60毫米，沿由出球段112向进球段110的方向，导流分段114的休止角逐渐变大。

如果曲率半径过大，势必导致该收屑装置的结构增大，增加材料和加工成本与制造难度；如果曲率半径过小，则会对球形元件造成的冲击和碰撞影响增大，加大球形元件损伤风险，也会对收屑装置的导流段的长期运行寿命造成影响。

球形元件从进球段110进入导流段，由于惯性与离心力作用，球形元件经过导流段后，其主要流动状态是随机沿槽口104的两侧侧板下行，而后经出球段112流动到下游管路。槽口104的两侧侧板以及槽口104的槽口104的边缘应打磨光滑，一方面保证碎屑和粉尘能够沿两侧侧板下行经过槽口104，进而在经过槽口104时能够被收集至收集罐108中；另一方面，有些球形元件也可能部分进入槽口104，从而在两侧侧板的支撑下沿槽口104向下流动，因此更应保证两侧侧板以及槽口104的边缘的圆角光滑，以避免对球形元件造成损伤。

从加工成形角度，过球管100的管内壁包含多个曲面，各曲面之间应圆滑过渡，各曲面切向相对于水平面的夹角应不小于15度，并且越远离碎屑通道，夹角应越大，越有利于碎屑和粉尘向收集罐108流动。即，碎屑的流动惯性和球形元件的推动作用均是通过倾斜设置的导流分段114来实现的。

进一步地，导流段的两端所在的端面之间的夹角，即如图4所示的角α的取值范围为30度至105度。

如果导流段的两端所在的端面之间的夹角过小，则导流段中靠近收集罐108处的曲面倾角过小，可能造成由槽口104进入分离腔116内的粉尘和碎屑流动不畅而聚集，从而影响球流运动和碎屑的收集。如果导流段的两端所在的端面之间的夹角过大，一方面进球段110处的转向变化过大，导致对该收屑装置中的各个元件和管道的碰撞和冲击加大，对球形元件的表面完好性及该收屑装置长期运行寿命造成不利影响；另一方面导流段的两端所在的端面之间的夹角增大，导致碎屑流动速度过快，增加了碎屑、粉尘越过槽口104而进入下游管道的风险，从而影响碎屑和粉尘的收集效率。

进一步地，收集罐108包括罐本体118，用于收集碎屑；缩颈段120，连接于罐本体118与过球管100之间。

收集罐108采用轴对称结构，是满足承压并适配过球管100结构的合理形式。有效收容碎屑和粉尘也是本发明实施例提供的用于高温气冷堆的收屑装置的主要功能，不仅要保证收集罐108具有合适的容量，而且要保证从槽口104分离的碎屑和粉尘能够可靠收集到收集罐108中。由于该收屑装置结构紧凑，故收集罐108采用适配过球管100的轴对称结构。

收集罐108的等效容积为6～10个完好球形元件的体积，根据球形元件设计要求及试验数据预测，该容积满足系统一个检修期间的该处管段中碎屑与粉尘的收容能力要求。本发明实施例提供的收屑装置与上下游管道通过焊接连接为不可拆卸的管道。对于该收屑装置而言，只有收集罐108为可拆卸部件。

具体地，罐本体118用以收集碎屑，连接在罐本体118和过球管100之间的缩颈段120主要起到连接的作用，此外，在检修期间，可利用缩颈段120作为夹持段，便于拆卸收集罐108和安全转移收集罐108内具有低放射性的碎球和粉尘。

进一步地，缩颈段120与过球管100的连接位置设置有密封件122。

收集罐108利用密封件122和紧固件124，通过法兰盘上的螺纹孔与过球管100中的分离腔116紧固和密封，以保证收屑器的密封承压功能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于高温气冷堆的收屑装置，其特征在于，包括：

过球管，其内部设置有过球通道，至少部分所述过球通道开设有槽口，所述槽口上间隔地设置有格栅，所述槽口的宽度小于球形元件的直径；

收集罐，与所述过球管连通且所述收集罐的开口与至少部分所述槽口对应；

所述过球通道包括由上向下依次拼接的进球段、导流段以及出球段；

所述导流段包括至少两个相互拼接的导流分段；至少两个所述导流分段之间具有夹角，所述夹角为钝角；所述过球管内部设置有分离腔，至少两个所述导流分段置于所述分离腔内；

至少两个所述导流分段的曲率半径的取值范围为40毫米至60毫米，沿由所述出球段向所述进球段的方向，所述导流分段的休止角逐渐变大；

所述导流段的两端所在的端面之间的夹角的取值范围为30度至105度。

2.根据权利要求1所述的用于高温气冷堆的收屑装置，其特征在于，所述进球段连接于所述过球管的进端；所述出球段连接于所述过球管的出端；所述导流段连接于所述进球段和出球段之间，所述槽口开设于所述导流段，且所述槽口两侧的导流段的内壁倾斜设置。

3.根据权利要求2所述的用于高温气冷堆的收屑装置，其特征在于，且相邻两个所述导流分段之间光滑过渡。

4.根据权利要求3所述的用于高温气冷堆的收屑装置，其特征在于，所述收集罐与所述分离腔连通。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的用于高温气冷堆的收屑装置，其特征在于，所述收集罐包括：

罐本体，用于收集碎屑；

缩颈段，连接于所述罐本体与所述过球管之间。

6.根据权利要求5所述的用于高温气冷堆的收屑装置，其特征在于，所述缩颈段与过球管的连接位置设置有密封件。

7.根据权利要求2至4中任一项所述的用于高温气冷堆的收屑装置，其特征在于，所述格栅倾斜向下凸出于所述导流段的外壁，且所述格栅呈椭圆弧型。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的用于高温气冷堆的收屑装置，其特征在于，所述槽口的宽度的取值范围为25毫米至40毫米。

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