CN113205897A - 一种高温气冷堆球形燃料新型提升装置 - Google Patents

一种高温气冷堆球形燃料新型提升装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高温气冷堆球形燃料新型提升装置，反应堆的底部与卸料系统的入口相连接，卸料系统的循环燃料球出口与提升装置进球口管道的入口相连通，卸料系统的碎球出口与分离收集装置的入口相连通，提升装置进球口管道的出口与提升装置压力壳底部侧面的入口相连通，提升杆主轴位于提升装置压力壳中，旋转电机的输出轴与提升杆主轴的上端相连接，提升杆主轴上设置有若干螺旋叶片，提升装置压力壳顶部侧面的出口经提升装置出球口管道与装料系统的入口相连通，装料系统的出口与反应堆的入口相连通，该装置能够实现燃料球运行速度的控制。

Description

一种高温气冷堆球形燃料新型提升装置
技术领域
本发明属于核能开发和利用的领域，涉及一种高温气冷堆球形燃料新型提升装置。
背景技术
我国自主建设的高温气冷堆示范工程反应堆活性区为圆柱形球床堆芯，每个堆由42万个球形燃料元件堆积而成，燃料元件为全陶瓷包覆颗粒球形燃料元件，球形燃料元件的直径为60mm。球形燃料元件在反应堆内的循环次数为15次，循环动力为压缩氦气，球形燃料元件在管道内提升过程中受氦气流作用形成气固两相流，燃料球在气流作用下产生较大的速度，同时燃料球的运行速度较难控制，容易导致燃料球受高速撞击而损坏。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种高温气冷堆球形燃料新型提升装置，该装置能够实现燃料球运行速度的控制。
为达到上述目的，本发明所述的高温气冷堆球形燃料新型提升装置包括反应堆、卸料系统、提升装置进球口管道、分离收集装置、提升装置压力壳、提升杆主轴、旋转电机、提升装置出球口管道及装料系统；
反应堆的底部与卸料系统的入口相连接，卸料系统的循环燃料球出口与提升装置进球口管道的入口相连通，卸料系统的碎球出口与分离收集装置的入口相连通，提升装置进球口管道的出口与提升装置压力壳底部侧面的入口相连通，提升杆主轴位于提升装置压力壳中，旋转电机的输出轴与提升杆主轴的上端相连接，提升杆主轴上设置有若干螺旋叶片，提升装置压力壳顶部侧面的出口经提升装置出球口管道与装料系统的入口相连通，装料系统的出口与反应堆的入口相连通。
提升装置压力壳的底部出口通过碎球及粉尘收集管与碎球及粉尘收集罐相连通。
还包括电机腔压力壳、氦气供应系统、氦气压力调节系统控制器、氦气压力调节阀及氦气隔离阀；
电机腔压力壳位于提升装置压力壳的顶部，旋转电机位于电机腔压力壳内，氦气供应系统的出口经氦气压力调节阀及氦气隔离阀与电机腔压力壳相连通，电机腔压力壳内设置有压力传感器，其中，所述压力传感器及氦气压力调节阀与氦气压力调节系统控制器相连接。
还包括设备冷却水系统、流量孔板、设备冷却水进水隔离阀及设备冷却水出水隔离阀；
电机腔压力壳内设置有电机腔氦气冷却器，其中，设备冷却水系统的出口经流量孔板及设备冷却水进水隔离阀与电机腔氦气冷却器的入口相连通，电机腔氦气冷却器的出口经设备冷却水出水隔离阀与设备冷却水系统的入口相连通。
电机腔压力壳的底部与提升装置压力壳的顶部之间采用迷宫密封。
旋转电机的旋转电机轴与提升杆主轴通过电机轴法兰及提升杆法兰连接。
电机腔压力壳的顶部开口处设置有提升装置压力壳上封头，电机腔压力壳的顶部开口与提升装置压力壳上封头的密封面上开设有两道密封槽，两道密封槽内分别安装有Ω型密封内环及Ω型密封外环。
旋转电机通过电机支承裙及紧固螺栓安装于提升装置压力壳上封头上。
提升杆主轴的顶部套接有上部轴承套、上部支承轴承及上部径向轴承，上部支承部件套接于提升杆主轴的上侧，上部支承轴承与上部轴承套为整体部件，安装于上部支承部件与提升装置压力壳上封头之间。
提升装置压力壳的底部开口处设置有提升装置压力壳下封头，提升杆主轴的底部套接有下部轴承套、下部支承轴承及上部径向轴承，下部支承部件套接于提升杆主轴的下侧，下部支承轴承与下部轴承套为整体部件，安装于下部支承部件与提升装置压力壳下封头之间。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的高温气冷堆球形燃料新型提升装置在具体操作时，通过旋转电机带动提升杆主轴转动，提升杆主轴带动螺旋叶片转动，通过螺旋叶片提升燃料球，取消气固两相流的燃料球提升方式，避免燃料球被高速气流带动而冲击损坏的问题；燃料球在循环过程中的速率由旋转电机的转速控制，可控性较好；提升装置为垂直布置，取消停球器等辅助设备，简化了设计和空间布置；提升装置的垂直布置，同时提升装置内部空间大且无气流流动，有利于碎球及石墨粉尘的自然沉降。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1中A-A/处的截面图；
图3为图1中C-C/处的截面图；
图4为电机支撑的结构图；
图5为图1中B-B/处的截面图；
图6为燃料球的运动图；
图7为燃料球的受力图。
其中，1为反应堆、2-1为卸料系统、2-2为装料系统、3为分离收集装置、4为设备冷却水系统、5为氦气供应系统、6为氦气压力调节系统控制器、7为旋转电机、8为电机腔压力壳、9-1为氦气压力调节阀、9-2为氦气隔离阀、10-1为设备冷却水进水隔离阀、10-2为设备冷却水出水隔离阀、11为电机腔氦气冷却器、12为流量孔板、13为压力传感器、14-1为提升装置出球口管道、14-2为提升装置进球口管道、15为提升装置压力壳、16为螺旋叶片、17为提升杆主轴、17-1为提升杆法兰、17-2为上部支承部件、17-3为下部支承部件、18-1为球提升通道、18-2为支承柱、19为碎球及粉尘收集管、20为碎球及粉尘收集罐、21为电机轴、21-1为电机轴法兰、22为法兰连接螺栓、23为电机腔压力壳紧固螺栓、24-1为上部轴承套、24-2为下部轴承套、25为螺栓垫片、26为Ω型密封内环、27为Ω型密封外环、28-1为提升装置压力壳上封头、28-2为提升装置压力壳下封头、29-1为上部支承轴承、29-2为下部支承轴承、30-1为上部径向轴承、30-2为下部径向轴承、31为迷宫密封、32为电机支承裙、33为紧固螺栓、50为燃料球50。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。基于本发明中的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
在附图中示出了根据本发明公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
参考图1至图7，本发明所述的高温气冷堆球形燃料新型提升装置包括反应堆1、卸料系统2-1、提升装置进球口管道14-2、分离收集装置3、提升装置压力壳15、提升杆主轴17、旋转电机7、提升装置出球口管道14-1及装料系统2-2；
高温气冷堆反应堆1中有42万个燃料球50，反应堆1的底部与卸料系统2-1的入口相连接，在卸料系统2-1中进行燃耗测量及碎球筛选，乏燃料和碎球经过分离后进入分离收集装置3中，筛选出来的堆芯循环燃料球50经卸料系统2-1底部出口进入到提升装置进球口管道14-2中，然后经提升装置进球口管道14-2进入到提升装置压力壳15中，提升杆主轴17位于提升装置压力壳15中，旋转电机7的输出轴与提升杆主轴17的上端相连接，提升杆主轴17上设置有若干螺旋叶片16，旋转电机7位于电机腔压力壳8中，提升装置压力壳15的顶部出口经提升装置出球口管道14-1与装料系统2-2的入口相连通，装料系统2-2的出口与反应堆1的入口相连通；
提升装置压力壳15的底部出口通过碎球及粉尘收集管19与碎球及粉尘收集罐20相连通。
氦气供应系统5的出口经氦气压力调节阀9-1及氦气隔离阀9-2与电机腔压力壳8相连通，电机腔压力壳8内设置有压力传感器13，其中，所述压力传感器13及氦气压力调节阀9-1与氦气压力调节系统控制器6相连接。
电机腔压力壳8内设置有电机腔氦气冷却器11，其中，设备冷却水系统4的出口经流量孔板12及设备冷却水进水隔离阀10-1与电机腔氦气冷却器11的入口相连通，电机腔氦气冷却器11的出口经设备冷却水出水隔离阀10-2与设备冷却水系统4的入口相连通。
燃料球50在提升装置中受到3个力的作用，即螺旋叶片16和燃料球50的作用力F1、球提升通道18-1与燃料球50的作用力F2、支承柱18-2与燃料球50的作用力F3，提升装置对燃料球50的作用力合力F方向向上，由F1、F2及F3产生，用于克服燃料球50的重力G，随着螺旋叶片16的旋转，燃料球50不断提升直到达到提升装置出球口管道14-1。
反应堆1、卸料系统2-1、装料系统2-2及本发明相关连接管道，正常运行压力一致，均为7MPa，燃料球50在循环过程中仅受到重力、摩擦力及提升力的作用。
电机腔压力壳8的底部与提升装置压力壳15的顶部之间采用迷宫密封31，提升装置运行期间，当产生碎球或粉尘时，由于整个装置中无气体流动，碎球或粉尘会在自身重力作用下落入装置底部，最终被碎球及粉尘收集罐20收集。由于机械结构的特点，提升杆主轴17与提升装置压力壳15之间存在间隙，为防止高压氦气及石墨粉尘泄漏，电机腔压力壳8的正常运行压力为7.2MPa，略高于主系统压力，电机腔压力壳8的运行压力由氦气供应系统5输出的干净氦气提供。
为了便于检修，电机腔压力壳8的顶部开口与提升装置压力壳上封头28-1采用法兰连接，并通过若干电机腔压力壳紧固螺栓23及螺栓垫片25紧固；旋转电机7的旋转电机轴21与提升杆主轴17通过电机轴法兰21-1与提升杆法兰17-1连接，其中，电机轴法兰21-1与提升杆法兰17-1通过若干法兰连接螺栓22连接。
电机腔压力壳8的顶部开口处设置有提升装置压力壳上封头28-1，电机腔压力壳8的顶部开口与提升装置压力壳上封头28-1的密封面开设有两道密封槽，密封槽内安装有Ω型密封内环26和Ω型密封外环27，提升装置压力壳15的底部开口处设置有提升装置压力壳下封头28-2。
旋转电机7通过电机支承裙32及紧固螺栓33安装于提升装置压力壳上封头28-1上。提升杆主轴17的顶部套接有上部轴承套24-1、上部支承轴承29-1及上部径向轴承30-1，提升杆主轴17的底部套接有下部轴承套24-2、下部支承轴承29-2及上部径向轴承30-1，其中，上部支承轴承29-1及下部支承轴承29-2均为滚动轴承，为便于维修和更换，上部支承部件17-2套接于提升杆主轴17的上侧，下部支承部件17-3套接于提升杆主轴17的下侧，其中，上部支承轴承29-1与上部轴承套24-1为整体部件，安装于上部支承部件17-2与提升装置压力壳上封头28-1之间，下部支承轴承29-2与下部轴承套24-2为整体部件，安装于下部支承部件17-3与提升装置压力壳下封头28-2之间，用于承受装置的重力及旋转过程的摩擦力，上部径向轴承30-1及下部径向轴承30-2均为滑动轴承，用于限制装置运行过程中的径向偏移。

Claims (10)

1.一种高温气冷堆球形燃料新型提升装置，其特征在于，包括反应堆(1)、卸料系统(2-1)、提升装置进球口管道(14-2)、分离收集装置(3)、提升装置压力壳(15)、提升杆主轴(17)、旋转电机(7)、提升装置出球口管道(14-1)及装料系统(2-2)；
反应堆1的底部与卸料系统(2-1)的入口相连接，卸料系统(2-1)的循环燃料球出口与提升装置进球口管道(14-2)的入口相连通，卸料系统(2-1)的碎球出口与分离收集装置(3)的入口相连通，提升装置进球口管道(14-2)的出口与提升装置压力壳(15)底部侧面的入口相连通，提升杆主轴(17)位于提升装置压力壳(15)中，旋转电机(7)的输出轴与提升杆主轴(17)的上端相连接，提升杆主轴(17)上设置有若干螺旋叶片(16)，提升装置压力壳(15)顶部侧面的出口经提升装置出球口管道(14-1)与装料系统(2-2)的入口相连通，装料系统(2-2)的出口与反应堆(1)的入口相连通。
2.根据权利要求1所述的高温气冷堆球形燃料新型提升装置，其特征在于，提升装置压力壳(15)的底部出口通过碎球及粉尘收集管(19)与碎球及粉尘收集罐(20)相连通。
3.根据权利要求1所述的高温气冷堆球形燃料新型提升装置，其特征在于，还包括电机腔压力壳(8)、氦气供应系统(5)、氦气压力调节系统控制器(6)、氦气压力调节阀(9-1)及氦气隔离阀(9-2)；
电机腔压力壳(8)位于提升装置压力壳(15)的顶部，旋转电机(7)位于电机腔压力壳(8)内，氦气供应系统(5)的出口经氦气压力调节阀(9-1)及氦气隔离阀(9-2)与电机腔压力壳(8)相连通，电机腔压力壳(8)内设置有压力传感器(13)，其中，所述压力传感器(13)及氦气压力调节阀(9-1)与氦气压力调节系统控制器(6)相连接。
4.根据权利要求2所述的高温气冷堆球形燃料新型提升装置，其特征在于，还包括设备冷却水系统(4)、流量孔板(12)、设备冷却水进水隔离阀(10-1)及设备冷却水出水隔离阀(10-2)；
电机腔压力壳(8)内设置有电机腔氦气冷却器(11)，其中，设备冷却水系统(4)的出口经流量孔板(12)及设备冷却水进水隔离阀(10-1)与电机腔氦气冷却器(11)的入口相连通，电机腔氦气冷却器(11)的出口经设备冷却水出水隔离阀(10-2)与设备冷却水系统(4)的入口相连通。
5.根据权利要求2所述的高温气冷堆球形燃料新型提升装置，其特征在于，电机腔压力壳(8)的底部与提升装置压力壳(15)的顶部之间采用迷宫密封(31)。
6.根据权利要求1所述的高温气冷堆球形燃料新型提升装置，其特征在于，旋转电机(7)的旋转电机轴(21)与提升杆主轴(17)通过电机轴法兰(21-1)及提升杆法兰(17-1)连接。
7.根据权利要求1所述的高温气冷堆球形燃料新型提升装置，其特征在于，电机腔压力壳(8)的顶部开口处设置有提升装置压力壳上封头(28-1)，电机腔压力壳(8)的顶部开口与提升装置压力壳上封头(28-1)的密封面上开设有两道密封槽，两道密封槽内分别安装有Ω型密封内环(26)及Ω型密封外环(27)。
8.根据权利要求7所述的高温气冷堆球形燃料新型提升装置，其特征在于，旋转电机(7)通过电机支承裙(32)及紧固螺栓(33)安装于提升装置压力壳上封头(28-1)上。
9.根据权利要求7所述的高温气冷堆球形燃料新型提升装置，其特征在于，提升杆主轴(17)的顶部套接有上部轴承套(24-1)、上部支承轴承(29-1)及上部径向轴承(30-1)，上部支承部件(17-2)套接于提升杆主轴(17)的上侧，上部支承轴承(29-1)与上部轴承套(24-1)为整体部件，安装于上部支承部件(17-2)与提升装置压力壳上封头(28-1)之间。
10.根据权利要求9所述的高温气冷堆球形燃料新型提升装置，其特征在于，提升装置压力壳(15)的底部开口处设置有提升装置压力壳下封头(28-2)，提升杆主轴(17)的底部套接有下部轴承套(24-2)、下部支承轴承(29-2)及上部径向轴承(30-1)，下部支承部件(17-3)套接于提升杆主轴(17)的下侧，下部支承轴承(29-2)与下部轴承套(24-2)为整体部件，安装于下部支承部件(17-3)与提升装置压力壳下封头(28-2)之间。
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