CN114005566A - 一种高温气冷堆燃料球容器及具有其的运输设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及高温气冷堆燃料球运输技术领域，具体涉及一种高温气冷堆燃料球容器及具有其的运输设备。高温气冷堆燃料球容器，包括：容纳筒体，为封闭结构，容纳筒体内侧至少一个底面上安装有第一加速度传感器；集束管，平行设有多根，集束管固定安装在容纳筒体内，多根集束管之间呈蜂窝状排列且相邻的集束管之间固定设置，集束管与容纳筒体之间填充有缓冲层，集束管外侧壁上安装有第二加速度传感器。当第一加速度传感器或第二加速度传感器的数值大于预定阈值时，通过调整高温气冷堆燃料球容器的运动状态，实时对燃料球的实际运动状态进行记录和调整。保证燃料球运输和移动过程的稳定性。

Description

一种高温气冷堆燃料球容器及具有其的运输设备
技术领域
本发明涉及高温气冷堆燃料球运输技术领域，具体涉及一种高温气冷堆燃料球容器及具有其的运输设备。
背景技术
模块式球床型高温气冷堆是国际公认的新一代先进反应堆。该堆型的球形燃料元件直径为6cm，分为燃料区和非燃料区，燃料区直径5cm，燃料区和非燃料区的基体材料相同。球形燃料元件中，核燃料均匀分散在燃料区的基体石墨中，由于该燃料元件的高稳定性，有效改善了反应堆的安全性和经济性问题，同时极大提高了核燃料利用率，成为推动新一代核电站稳定运行的重要基石，也成为可再生能源领域的规则改变者。
燃料元件从厂家制造后，需经车辆运输抵达核电站，再经过专用装卸料装置载入高温气冷堆堆芯，然后参与核反应发出电力。按照国家标准《GB＿11806－2019放射性物品安全运输规程》中7.2.7要求：(燃料运输的)货包应能经受在常规运输条件下可能产生的任何加速度、制动或共振的影响。现有技术中的运输设备的加速度传感器仅能用于监控运输设备的运动状态，而运输设备上的货物的运动状态或运动趋势与运输设备的运动存在差异，导致在燃料元件运输过程中，无法准确提供完整的燃料球运输加速度的状态记录，这为事后针对性的运输状况评估，无法提供详细的数据支持。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的运输设备无法满足高温气冷堆球形燃料元件的运输要求的缺陷，从而提供一种高温气冷堆燃料球容器及具有其的运输设备。
为了解决上述技术问题，本发明一种高温气冷堆燃料球容器，包括：
容纳筒体，为封闭结构，所述容纳筒体内侧至少一个底面上安装有第一加速度传感器；
集束管，平行设有多根，所述集束管固定安装在所述容纳筒体内，多根所述集束管之间呈蜂窝状排列且相邻的所述集束管之间固定设置，所述集束管与所述容纳筒体之间填充有缓冲层，所述集束管外侧壁上安装有第二加速度传感器。
可选地，所述容纳筒体上安装有地理位置探测器。
可选地，所述第二加速度传感器沿所述集束管的轴向间隔布置有多个。
可选地，所述第一加速度传感器至少设置有两个，两个所述第一加速度传感器沿所述容纳筒体底面的直径方向布置。
可选地，所述容纳筒体外侧壁上沿周向设置有缓冲筋，所述缓冲筋上安装有第三加速度传感器。
可选地，所述容纳筒体外侧至少一个底面上安装有两个第四加速度传感器，所述第四加速度传感器沿对应底面的直径方向布置。
可选地，所述容纳筒体上还安装有存储器和远程通讯模块，所述存储器、所述远程通讯模块、所述第一加速度传感器以及所述第二加速度传感器之间电连接。
可选地，所述第一加速度传感器和所述第二加速度传感器内均集成有陀螺仪模块。
本发明还提供一种运输设备，具有本发明中所述的高温气冷堆燃料球容器。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的高温气冷堆燃料球容器，包括：容纳筒体，为封闭结构，所述容纳筒体内侧至少一个底面上安装有第一加速度传感器；集束管，平行设有多根，所述集束管固定安装在所述容纳筒体内，多根所述集束管之间呈蜂窝状排列且相邻的所述集束管之间固定设置，所述集束管与所述容纳筒体之间填充有缓冲层，所述集束管外侧壁上安装有第二加速度传感器。
在对燃料球进行搬动运输过程中，通过将燃料球装入到集束管的内腔中，通过高温气冷堆燃料球容器带动燃料球进行运动。通过在内部容器进行针对性改进，将专用的第一加速度传感器和第二加速度传感器分别放置到容器的内侧底面上和集束管上，能够准确测量内外部加速度的真实数值。当第一加速度传感器或第二加速度传感器的数值大于预定阈值时，通过调整高温气冷堆燃料球容器的运动状态，实时对燃料球的实际运动状态进行记录和调整。保证燃料球运输和移动过程的稳定性，避免燃料球在移动过程中发生损坏，保证燃料球的安全性。
2.本发明提供的高温气冷堆燃料球容器，所述容纳筒体上安装有地理位置探测器。通过地理位置探测器，实时监控燃料球运输过程中的经纬度信息，通过对不同地理位置处燃料球的加速度信息进行统计整理，为后续燃料球的运输过程提供参考。
3.本发明提供的高温气冷堆燃料球容器，所述容纳筒体外侧壁上沿周向设置有缓冲筋，所述缓冲筋上安装有第三加速度传感器。当容纳筒体发生碰撞或跌落时，容纳筒体外侧壁上的缓冲筋先发生碰撞，然后将力传递到容纳筒体的内部。通过第三加速度传感器对缓冲筋上的加速度进行实时监控，当缓冲筋上的加速度超过阈值时，根据反馈的加速度信息主动控制容纳筒体的运动状态，能够降低撞击、跌落等对容纳筒体内部的燃料球的影响。
4.本发明提供的高温气冷堆燃料球容器，所述容纳筒体外侧至少一个底面上安装有两个第四加速度传感器，所述第四加速度传感器沿对应底面的直径方向布置。同时对容纳筒体的加速度以及容纳筒体内燃料球的实际加速度进行同时监控，通过第四加速度传感器与第一加速度传感器和第二加速度传感器之间的数值进行对比，通过多个传感器配合对燃料球和容纳筒体的加速度同时监控，避免燃料球与容纳筒体之间的相对运动加速度过快导致燃料球发生损坏，保证燃料球的稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的实施方式中提供的高温气冷堆燃料球容器的结构示意图。
图2为抖动状态下燃料球的加速度与时间的曲线图。
图3为发生碰撞时燃料球的加速度与时间的曲线图。
图4为发生碰撞时燃料球的倾角与时间的曲线图。
附图标记说明：1、容纳筒体；2、集束管；3、第一加速度传感器；4、第二加速度传感器；5、第三加速度传感器；6、第四加速度传感器。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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，或一体地连接；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，可以是两个元件内部的连通。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中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
如图1至图4所示为本实施例提供的一种高温气冷堆燃料球容器，包括：容纳筒体1和设于容纳筒体1内的集束管2。
容纳筒体1为封闭结构。容纳筒体1包括筒本体和盖体，盖体和筒本体之间通过法兰固定连接，以实现对容纳筒体1的密封。容纳筒体1内侧一个底面上安装有第一加速度传感器3。第一加速度传感器3设置有两个，两个第一加速度传感器3沿容纳筒体1底面的直径方向布置。在容纳筒体1上安装有地理位置探测器。用于对容纳筒体1的实时地理位置进行监控。在容纳筒体1外侧壁上沿周向设置有缓冲筋，缓冲筋上安装有第三加速度传感器5。
集束管2平行设有多根，集束管2固定安装在容纳筒体1内，多根集束管2之间呈蜂窝状排列且相邻的集束管2之间固定设置，集束管2与容纳筒体1之间填充有作为缓冲层的阻燃聚氨酯泡沫，集束管2外侧壁上安装有第二加速度传感器4，第二加速度传感器4沿集束管2的轴向间隔布置有多个。由于容纳筒体1内部填充阻燃聚氨酯泡沫，因此容纳筒体1和集束管2在相同的运输条件下，不同部位在相同加速度情况下实际受力情况是不同的。为了对容纳筒体1内外的加速度实际情况同时进行实时监控，容纳筒体1外侧一个底面上安装有两个第四加速度传感器6，第四加速度传感器6沿对应底面的直径方向布置。
容纳筒体1上还安装有处理器、存储器和远程通讯模块，处理器、存储器、远程通讯模块、地理位置探测器、第一加速度传感器3、第二加速度传感器4、第三加速度传感器5和第四加速度传感器6之间电连接。为了对加速度的角度进行监控，在第一加速度传感器3、第二加速度传感器4、第三加速度传感器5和第四加速度传感器6内均集成有陀螺仪模块。处理器用于对多个加速度传感器读取到的数据进行处理，存储器用于对数据进程存储，便于后续的数据分析。远程通讯模块用于将燃料球的实时状态传输到远程控制中心，远程控制中心根据接收到的数据能够对燃料球容器的运动状态进行辅助操作。
当利用高温气冷堆燃料球容器对燃料球进行吊装装车或进行远距离运输时，由于燃料球的个体差异小，它们在运输过程中的状态变化类别相对单一，通过重力加速度、侧向加速度和倾角的变化参数进行分析，可以获知该燃料元件的运动变化。
利用第二加速度传感器对燃料球的实时加速度和倾角进行监控，利用处理器将燃料球的状态用加速度a和倾角θ建立数学表达。
静止状态时：静止的时候加速度a和倾角θ的输出都是零，另外需要注意的是，带有陀螺仪模块的加速度传感器在静止状态下的各轴输出不全为0。在静止状态下，X、Y、Z哪一轴的方向与重力加速度方向反向，则该轴的输出为1g，其他两轴输出为0；与重力加速度同向，则该轴的输出为－1g，其他两轴输出为0。综上所述，静止状态下的a和θ的表达式为：
a＝ax+ay+az＝1g (1)
θ＝0° (2)
抖动状态：当运输车辆运送燃料元件时的震动，可以将燃料球与燃料球容器作为整体看待，燃料球会随着运输的状态变化可以看做分解监测在三个不同的方向抖动。这种抖动的特点是幅度小，速度快，持续时间短，而且只要是加速度的变化，倾角几乎不发生变化。同时多个加速度传感器的采样的频率维持在10赫兹。
这里我们设定一个变量A用来表示合加速度向量的大小，即
Figure BDA0003332603930000071
其中ax，ay，az为X，Y，Z三个轴的加速度数据，A是三轴的合加速度矢量的幅值，它的大小与运输车辆速度变化的剧烈程度有关。将抖动用A来表示的话，可以看作是加速度在一个原点做来回的摆动。
当正常运输过程，加速度幅值A随时间的变化曲线如图2所示，很短时间内加速度的变化是密集的，同时都集中在原点附近进行上下摆动。此时倾角θ是不变的。
当运输过程出现剧烈不规则变化时，加速度幅值A随时间的变化曲线如图3所示，倾角θ随时间的变化曲线如图4所示，说明运输过程遇到急刹车或大的颠簸，造成有一个持续的运动，表现在加速度上就是持续的大幅度的变化，而且不规则，此时倾角的变化也比较大。当燃料球容器遇到障碍物瞬间，燃料球的倾角θ迅速抬升，保持短暂保持后迅速下落后逐渐保持静止。
以上就是燃料元件不同状态下的数学表达，可以发现每种状态所对应的加速的变化和倾角变化还是非常明显的，所以利用重力加速度和倾角的阀值算法来判断燃料球的运输状态。同时，为了更好区别抖动和不规则运动时加速度变化的快慢差别，引入了时间阀值。
通过在高温气冷堆燃料球容器上内侧和外侧的不同位置上安装多个加速度传感器，对燃料球的实时加速度进行实时监控，当加速度传感器的数值大于预定阈值时，通过调整高温气冷堆燃料球容器的运动状态，实时对燃料球的实际运动状态进行记录和调整。保证燃料球运输和移动过程的稳定性，避免燃料球在移动过程中发生损坏，保证在吊装装车过程和远距离运输过程中燃料球的安全性。
实施例2
本实施例提供一种运输设备，具有实施例1中所述的高温气冷堆燃料球容器。运输设备可以为运输车、运输轮船、运输飞机等用于货物远距离运输的设备。通过将高温气冷堆燃料球容器预先安装在运输设备上，再将燃料球装入到集束管中。在运输过程中能够实时对燃料球和容纳筒体的实时加速度进行监控，并对运输设备的运动状态进行实时调整，保证燃料球的稳定性和安全性。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种高温气冷堆燃料球容器，其特征在于，包括：
容纳筒体(1)，为封闭结构，所述容纳筒体(1)内侧至少一个底面上安装有第一加速度传感器(3)；
集束管(2)，平行设有多根，所述集束管(2)固定安装在所述容纳筒体(1)内，多根所述集束管(2)之间呈蜂窝状排列且相邻的所述集束管(2)之间固定设置，所述集束管(2)与所述容纳筒体(1)之间填充有缓冲层，所述集束管(2)外侧壁上安装有第二加速度传感器(4)。
2.根据权利要求1所述的高温气冷堆燃料球容器，其特征在于，所述容纳筒体(1)上安装有地理位置探测器。
3.根据权利要求1或2所述的高温气冷堆燃料球容器，其特征在于，所述第二加速度传感器(4)沿所述集束管(2)的轴向间隔布置有多个。
4.根据权利要求1或2所述的高温气冷堆燃料球容器，其特征在于，所述第一加速度传感器(3)至少设置有两个，两个所述第一加速度传感器(3)沿所述容纳筒体(1)底面的直径方向布置。
5.根据权利要求1或2所述的高温气冷堆燃料球容器，其特征在于，所述容纳筒体(1)外侧壁上沿周向设置有缓冲筋，所述缓冲筋上安装有第三加速度传感器(5)。
6.根据权利要求1或2所述的高温气冷堆燃料球容器，其特征在于，所述容纳筒体(1)外侧至少一个底面上安装有两个第四加速度传感器(6)，所述第四加速度传感器(6)沿对应底面的直径方向布置。
7.根据权利要求1或2所述的高温气冷堆燃料球容器，其特征在于，所述容纳筒体(1)上还安装有存储器和远程通讯模块，所述存储器、所述远程通讯模块、所述第一加速度传感器(3)以及所述第二加速度传感器(4)之间电连接。
8.根据权利要求1或2所述的高温气冷堆燃料球容器，其特征在于，所述第一加速度传感器(3)和所述第二加速度传感器(4)内均集成有陀螺仪模块。
9.一种运输设备，其特征在于，具有权利要求1至8任一项中所述的高温气冷堆燃料球容器。
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