CN1127092C - 试验核反应堆用多轴旋转闸门 - Google Patents
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Abstract
本发明为大功率高通量试验核反应堆用水平旋转闸门，其采用5个整体转盘，主轴不贯穿中心，依靠转盘外“滚轮”。沿外壳内圆旋转，大大提高了水平中子孔道的屏蔽中子和γ射线的能力。
Description
技术领域
本发明属核反应堆领域，尤其涉及试验核反应堆中子孔道上用的旋转闸门。
背景技术
在试验核反应堆中通常都要设置旋转式闸门，其目的是为了引出核反应堆中的热中子在反应堆大厅内做若干核物理试验，为了试验的目的，要求提高核试验反应堆中子通量和功率。旋转式闸门就是能够实现引出堆中的热中子在核物理试验中应用，当不做实验时要求能够关闭闸门，以便能够屏蔽反应堆内的中子和γ射线对反应堆大厅的辐射，把反应堆大厅内的辐照剂量降低到规定的标准。在现有的旋转闸门中有两种正在使用的结构，一种是日本JRR3堆中使用的整体式旋转闸门，其结构是在一个旋转圆柱体上沿某一个径向位置上沿轴向挖空，成为中子孔道，在相对的一侧对应位置上用铅、铁和轻物质如环氧树脂等做成屏蔽塞结构，如此利用柱体旋转不同角度来实现孔道开启和关闭的功能。这种结构可以实现旋转闸门的开启和关闭要求，但是由于试验堆外屏蔽墙的厚度有限，所以这样整体式孔道不能做的太长，否则当旋转闸门处在关闭的位置时，另一侧的孔道过长，使得剩余的屏蔽墙厚度过薄，屏蔽能力减弱。因此会使大厅的剂量达不到要求，所以日本JRR3堆的旋转闸门长度只有一米，闸门屏蔽能力不够又增加了约500mm的铁附加屏蔽结构。另一种旋转闸门如我国清华大学核能技术设计研究院等单位的苏式901堆单轴旋转闸门。这种闸门的结构形式是在一个粗大的中心主轴上套装了5个可以旋转的屏蔽转盘，当转盘上的开孔对齐一致时孔道就可以允许中子通过，当每个转盘旋转到一个适当位置时，即每个转盘上的开孔都相隔60°时，则在每个转盘开孔的位置上都对应其它四个转盘不开孔的位置，即每四个转盘厚度相加的一段长度内是有屏蔽材料屏蔽中子和γ射线的，每一个转盘内都是采用铁、铅和环氧树脂等材料，采用适当配比和厚度，可以达到屏蔽中子和γ射线的要求。但是这个结构中心是采用一个粗铁柱做成的，其截面面积已经和孔道开孔面积相当。由于铁不能很好的屏蔽中子，所以这种结构不能满足高通量大功率试验堆的要求。一般只适用功率在2000千瓦级试验堆的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能适应大功率高通量试验堆的要求的旋转闸门。采用本发明能够大大提高旋转闸门的屏蔽能力，尤其是能适用于功率在2万千瓦级试验堆的要求。
本发明的特征在于：试验核反应堆用旋转闸门，采用多轴的旋转闸门，转盘由五个整体转盘组成，转盘的中心填满屏蔽中子和γ射线的材料，转盘两侧设短轴，不贯穿转盘的中心区。第2、4个转盘的圆周加两排滚轮；滚轮支承在外壳的内圆上，由此实现了孔道开启关闭的屏蔽功能。
本发明采用了新的结构形式，即取消了5个旋转闸门的中心粗大主轴，使得每个转盘都是由铁、铅和环氧树脂材料及吸收中子的材料B4C做成的夹心结构，中心不设粗大贯通的主轴而改成比较细小的短轴。在5个转盘中的第2和第4个转盘外圆圆周另加两排滚轮，使得它们可以绕着外壳的内圆旋转，其它第1、3、5个转盘中心分别由外壳两端的固定平板和第2、4个转盘的支承中心短轴实现旋转的要求，就是以外壳内圆为支承，实现了五个转盘的旋转，又达到了取消中心粗大主轴的目的，这样大大提高了旋转闸门的屏蔽能力，通过计算，可以降低反应堆大厅剂量60倍以上。这就解决了大功率高通量试验堆的旋转闸门要求。
本发明的技术方案是这样实现的：本发明采取了5个整体转盘，由多轴和外壳内圆支承的旋转闸门技术。现有使用的技术中5个转盘中心要套在一个粗大的铁柱轴上，本发明采用5个整体转盘短轴不贯穿中心区，保持了屏蔽结构的完整性，中心区增加了轻材料大大提高了中子屏蔽能力上千倍。整体转盘的旋转是靠相邻两转盘中心轴承支承的，5个转盘中有相间隔的第2、4个转盘靠外圆圆周上的滚轮支承在外壳内圆上成为支承转盘。第2、4个转盘依靠外圆圆周上的16～26个φ50左右滚轮旋转，第1、3、5个转盘是靠两端固定平板和第2、4个转盘支承中心短轴实现旋转的。由于5个转盘中4个转盘厚度和剩余屏蔽墙中部分厚度累加在一起起到屏蔽中子和γ射线的作用，因此适当调整每个转盘的厚度可以实现大功率高通量堆对旋转闸门的要求。因为其中四个转盘厚度和剩余屏蔽墙厚度相加在一起起到屏蔽的作用，所以整个旋转闸门的长度，可以做到略短于试验堆屏蔽墙厚度，使得整个有效屏蔽距离比日本单轴式闸门长得多，大大提高了闸门的屏蔽能力。
本发明能够达到大功率高通量试验堆旋转闸门的要求，比单轴式闸门的屏蔽能力提高了60多倍。
附图说明
图1高通量试验堆多轴旋转闸门；
图2多轴旋转闸门的转盘；
图3多轴旋转闸门支承转盘；
图4多轴旋转闸门的实例。
[1]闸门、[2]转盘、[3]支承转盘、[4]外壳、[5]滚轮、[6]屏蔽及吸收中子材料、[7]屏蔽γ射线材料、[8]短轴。
结合附图进一步详细描述本发明：图1给出了高通量试验堆多轴旋转闸门的结构图，其主要特点是五个可以转动的转盘[2]、[3]，其中心不被粗轴贯穿，代替它的是细小的短轴[8]，其次特点是依靠第二、四个支承转盘[3]靠旋转盘周边的两排滚轮[5]沿外壳[4]内圆旋转，在B-B和D-D剖面图中视出滚轮[5]。图2给出了多轴旋转闸门的转盘结构图，在内部中心区域全部充填了屏蔽和吸收中子及屏蔽γ射线的材料：环氧树脂+B4C[6]及铅[7]。图3给出了支承转盘[3]的内部结构，除了内部充满铅和环氧树脂等材料外，在外周边缘加装了两排滚轮[5]，目的是使其可以沿着外壳[4]的内圆旋转。具体实施方式
图4给出了多轴旋转闸门的实用例子，在试验核反应堆中，通常都需要在堆芯中心高度附近在屏蔽墙内安装若干个水平旋转通道，水平旋转孔道的关键设备就是旋转闸门，旋转闸门的整体尺寸在φ1000×1500-1800左右，5个直径大小不同的转盘依次安装在外壳内，大头在外，小头在内，外壳是经过精密加工的有不同直径的圆筒体。两端有平板圆盘固定。在大头转盘一头的外侧镶一个蜗轮毂，和蜗轮相配合，在外壳内安装一个蜗杆，通过电机和减速器带动蜗杆，实现转盘的旋转。总共旋转300。，一正一反，达到开启和闭合的目的。
采用多轴式旋转闸门后，闸门外大厅剂量率达到D＝1.67×10-3mSv/h，小于设计限值6.0×10-3mSv/h，如果用单轴式旋转闸门，同样长度的闸门其剂量率是限值的18.3倍。两种闸门的屏蔽效果相差65倍。
Claims (1)
1.一种试验核反应堆用旋转闸门，其包括旋转转盘、轴承、外壳，其特征在于：所说的转盘采用五个整体转盘[2]、[3]组成，转盘[2]、[3]的中心填满屏蔽和吸收中子及屏蔽γ射线的材料环氧树脂+B4C[6]及铅[7]；
转盘两侧设短轴[8]，不贯穿转盘的中心区；
第2、4个转盘的圆周加两排滚轮[5]；滚轮[5]支承在外壳[4]的内圆上；
第1、3、5个转盘是靠两端固定平板和第2、4个转盘支承中心短轴实现旋转的，5个直径大小不同的转盘依次安装在外壳内，大头在外，小头在内，外壳是经过精密加工的有不同直径的圆筒体，两端有平板圆盘固定，在大头转盘一头的外侧镶一个蜗轮毂，和蜗轮相配合，在外壳内安装一个蜗杆，通过电机和减速器带动蜗杆，实现转盘的旋转。
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