CN115295193A - 一种燃料元件的提升装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种一种燃料元件的提升装置，包括磁体和提升单元；所述磁体的内部中空形成提升通道；所述提升单元设置于所述提升通道；所述提升单元包括第一导轨和第二导轨，所述第一导轨以及所述第二导轨分别设置于所述提升通道的内部并沿所述提升通道的长度方向延伸，所述第一导轨与所述第二导轨之间形成预设距离；位于所述提升通道内的燃料元件作为第一导轨和第二导轨的导电介质并处于所述磁体的磁场中；在所述提升单元通电时，燃料元件在电磁力的作用下沿第一导轨以及第二导轨由下至上做提升运动。本发明的一个技术效果在于，设计合理，保证了燃料元件安全稳定的提升，进而实现燃料装卸系统稳定的运行。
Description
技术领域
本发明属于高温气冷堆燃料循环技术领域，具体涉及一种燃料元件的提升装置。
背景技术
球床模块式高温气冷堆核电站(High Temperature Reactor-PebblebedModules，HTR-PM)平衡循环堆芯中装入的燃料元件总数约为420000个。从初始循环堆芯向平衡堆芯过渡的过程中，根据反应堆运行维持临界的反应性要求以及与安全相关的其他要求(如事故分析、最小停堆深度、过剩反应性等)补充新燃料元件，一直到体积为77.8m3的堆芯全部由燃料元件充满，此后，保持新装入的燃料元件数与卸出的乏燃料元件数相同。对于平衡堆芯，HTR-PM中的燃料元件平均15次通过堆芯，单个反应堆每天装卸元件数为6000个/堆，其中有400个新燃料元件以及5600个再循环燃料元件，即每天需提升燃料元件至堆芯5600次。
目前的燃料装卸系统采用氦气压缩机对燃料元件进行气力提升，在提升的过程中易存在阻流器跳磁或切碎燃料元件、碎球进入提升管路、燃料元件提升过程中剧烈震荡或提升不成功、球速过快导致计数器漏计或多计等较多问题，进而导致燃料装卸系统频繁故障并停运维修。
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，提供一种燃料元件的提升装置的新技术方案。
根据本发明的一个方面，提供了一种燃料元件的提升装置，包括：
磁体，所述磁体的内部中空形成提升通道；
提升单元，所述提升单元设置于所述提升通道；所述提升单元包括第一导轨和第二导轨，所述第一导轨以及所述第二导轨分别设置于所述提升通道的内部并沿所述提升通道的长度方向延伸，所述第一导轨与所述第二导轨之间形成预设距离；位于所述提升通道内的燃料元件作为第一导轨和第二导轨的导电介质并处于所述磁体的磁场中；
在所述提升单元通电时，燃料元件在电磁力的作用下沿第一导轨以及第二导轨由下至上做提升运动。
可选地，燃料元件的提升装置还包括直流电源，所述直流电源的正极与所述第一导轨电连接，负极与所述第二导轨电连接。
可选地，燃料元件的提升装置还包括提升管路，所述提升管路的一端与反应堆的燃料装卸系统连接，另一端与反应堆的堆芯连接；
所述提升通道设置于所述提升管路的内部并沿所述提升管路的长度方向延伸。
可选地，所述提升管路的内部沿长度方向依次分布有多个磁体；
每个所述磁体均对应设置有所述提升单元，在各个提升单元通电时，燃料元件可在电磁力的作用下由提升管路的底部提升至顶部并进入反应堆的堆芯。
可选地，燃料元件的提升装置还包括碎球罐，所述碎球罐设置于所述提升管路的下方，位于提升管路中的碎屑在重力的作用下落入所述碎球罐内。
可选地，所述磁体包括第一磁性件和第二磁性件；
所述第一磁性件和所述第二磁性件围合构成所述提升通道。
可选地，所述第一磁性件为永磁体或电磁体；所述第二磁性件为永磁体或电磁体。
可选地，所述提升通道沿预设角度倾斜设置。
可选地，所述预设角度为70°-80°。
可选地，所述预设距离为50mm-56mm。
本发明的一个技术效果在于：
在本申请实施例中，磁体的内部中空形成提升通道，燃料元件在提升通道内实现提升；提升单元包括第一导轨和第二导轨，第一导轨以及第二导轨分别设置于提升通道的内部并沿提升通道的长度方向延伸，第一导轨与第二导轨之间形成预设距离，由于燃料元件具有导电性能，与第一导轨以及第二导轨接触的燃料元件即可连通第一导轨和第二导轨；位于提升通道内的燃料元件作为第一导轨和第二导轨的导电介质并处于磁体的磁场中；在提升单元通电时，燃料元件在电磁力的作用下沿第一导轨以及第二导轨由下至上做提升运动。因此，燃料元件在电磁力的作用下能够实现稳定的提升，有效地避免了燃料元件在提升过程中因氦气压缩机对燃料元件进行气力提升而导致的阻流器跳磁或切碎燃料元件、碎球进入提升管路、燃料元件提升过程中剧烈震荡或提升不成功、球速过快导致计数器漏计或多计等较多问题，从而保证燃料装卸系统安全稳定的运行。
进一步地，通过采用电磁力对燃料元件进行提升以避免使用氦气压缩机对燃料元件进行提升，第一方面，较好地避免了阻流器跳磁或切碎燃料元件；第二方面，本申请的燃料元件的提升过程不存在气流将石墨粉尘吹入反应堆堆芯的情况，保证了反应堆堆芯安全稳定的运行；第三方面，通过燃料元件移动至第一导轨以及第二导轨的不同位置而导致的电路中电阻的大小不同，实现对燃料元件的位置进行准确地监测。第四方面，由于第一导轨和第一导轨之间形成预设距离，使得小于预设距离的有损伤的燃料元件直接由第一导轨以及第二导轨之间的间隙下落，实现了碎球分离功能。第五方面，根据第一导轨和第二导轨的电阻的情况，能够实现对燃料元件的提升数量进行统计，结果较为准确。第六方面，通过控制磁场的强度以及第一导轨以及第二导轨中电流的大小，实现对燃料元件提升速度的控制，操作简单可行。
附图说明
图1为本发明一实施例的一种燃料元件的提升装置的结构示意图；
图2为本发明一实施例的一种燃料元件的提升装置的提升单元与燃料元件的配合关系示意图；
图3为本发明一实施例的一种燃料元件的提升装置的提升单元与燃料元件的倾斜状态示意图。
图中：1、磁体；11、第一磁性件；12、第二磁性件；101、提升通道；2、提升单元；21、第一导轨；22、第二导轨；3、燃料元件；4、直流电源。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本申请的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。
下面将详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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申请和简化描述，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申请的限制。
在本申请的描述中，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申请中的具体含义。
如图1至图3所示，本申请实施例提供一种燃料元件的提升装置，其用于实现对燃料元件3进行稳定的提升，提升效果较好。
需要说明的是，燃料元件3为石墨球，其作为反应堆堆芯的燃料，有助于保证反应堆堆芯稳定的运行。
具体地，燃料元件的提升装置包括磁体1和提升单元2。其中，所述磁体1的内部中空形成提升通道101；所述提升单元2设置于所述提升通道101。通过设置在提升通道101内的提升单元2实现对燃料元件3的提升。
需要说明的是，磁体1可以由单个磁性件构成；也可以由多个磁性元件构成，多个磁性件按照预设规则分布，以在多个磁性件围合构成的提升通道101内形成稳定的磁场，从而使得由电流通过的燃料元件3能够在磁场力的作用下沿着第一导轨21以及第二导轨22移动，以实现对燃料元件3安全稳定的提升，提升方式比较简单，提升效果较好。
进一步具体地，所述提升单元2包括第一导轨21和第二导轨22，例如，第一导轨21和第二导轨22具有预设阻值。需要强调的是，第一导轨21和第二导轨22的长度以及阻值可以根据反应堆堆芯对燃料元件3的提升要求以及提升距离具体确定，只要能保证燃料元件3在电磁力的作用下实现提升即可。
所述第一导轨21以及所述第二导轨22分别设置于所述提升通道101的内部并沿所述提升通道101的长度方向延伸，所述第一导轨21与所述第二导轨22之间形成预设距离；位于所述提升通道101内的燃料元件3作为第一导轨21和第二导轨22的导电介质并处于所述磁体1的磁场中。燃料元件3在提升的过程中始终与第一导轨21以及第二导轨22接触，这是为了保证通电的燃料元件3能够在电磁力的作用下实现由下之上的提升效果。
例如，提升通道101的顶端与反应堆堆芯连通，燃料元件3能够在电磁力的作用下提升至反应堆堆芯，从而实现燃料元件3在反应堆堆芯内的循环。
在所述提升单元2通电时，燃料元件3在电磁力的作用下沿第一导轨21以及第二导轨22由下至上做提升运动。即，通电的燃料元件3能够在磁场中做切割磁感线运动，从而实现对燃料元件3的提升。
在本申请实施例中，燃料元件3在电磁力的作用下能够实现稳定的提升，有效地避免了燃料元件3在提升过程中因氦气压缩机对燃料元件3进行气力提升而导致的阻流器跳磁或切碎燃料元件3、碎球进入提升管路、燃料元件3提升过程中剧烈震荡或提升不成功、球速过快导致计数器漏计或多计等较多问题，从而保证燃料装卸系统安全稳定的运行。
可选地，燃料元件的提升装置还包括直流电源4，所述直流电源4的正极与所述第一导轨21电连接，负极与所述第二导轨22电连接。
在上述实施方式中，直流电源4能够为第一导轨21以及第二导轨22提供稳定的电流，从而使得与第一导轨21以及第二导轨22接触的燃料元件3通入稳定的电流并在电磁力的作用下稳定的提升。
例如，可以通过控制电流的大小实现对燃料元件3的提升速度的控制，便于操作。
可选地，燃料元件的提升装置还包括提升管路，所述提升管路的一端与反应堆的燃料装卸系统连接，另一端与反应堆的堆芯连接；
所述提升通道101设置于所述提升管路的内部并沿所述提升管路的长度方向延伸。
在上述实施方式中，提升管路能够保证燃料元件3提升过程的安全性，有效地防止反应堆堆芯在反应过程中的放射性物质外泄，保证了反应堆堆芯安全运行。
需要说明的是，提升管路与第一导轨21以及第二导轨22之间绝缘，保证了与第一导轨21以及第二导轨22接触的燃料元件3内部电流的稳定性，保证燃料元件3提升过程的安全性和稳定性。
可选地，所述提升管路的内部沿长度方向依次分布有多个磁体1；
每个所述磁体1均对应设置有所述提升单元2，在各个提升单元2通电时，燃料元件3可在电磁力的作用下由提升管路的底部提升至顶部并进入反应堆的堆芯。
在上述实施方式中，当提升管路的长度较长时，可以沿提升管路的长度方向设置多个磁体1以及提升单元2，一方面，避免了第一导轨21和第二导轨22的长度过长，影响燃料元件3内部电流的稳定性，保证了燃料元件3提升的稳定性，另一方面，每个提升单元2对应一个燃料元件3，可以对燃料元件3的位置进行准确计算，而且，沿提升管路的长度方向可以同时提升多个燃料元件3，显著提升燃料元件3的提升效率。
再例如，提升管路中沿水平方向可以设置多个磁体1，每个磁体1均对应设置有提升单元2，从而实现在水平方向上同时对多个燃料元件3进行提升，进一步提高了燃料元件3的提升效率。
需要说明的是，可根据电压和电流计算出回路阻值变化来确定燃料元件3的具体位置。而且，每个提升单元2在运行期间最多只允许对一个燃料元件3进行提升，这是为了实现对燃料元件3的位置计算以及对燃料元件3的提升数量计算的准确性。
可选地，燃料元件的提升装置还包括碎球罐，所述碎球罐设置于所述提升管路的下方，位于提升管路中的碎屑(燃料元件的直径低于预设距离)在重力的作用下落入所述碎球罐内。
若燃料元件的直径低于第一导轨21以及第二导轨22之间的预设距离，其会在运动过程中从第一导轨21以及第二导轨22之间的间隙下落，继而依靠重力回收到下方碎球罐，操作简单方便，回收效果较好。
可选地，所述磁体1包括第一磁性件11和第二磁性件12；
所述第一磁性件11和所述第二磁性件12围合构成所述提升通道101。
在上述实施方式中，提升通道101的形成方式比较简单，便于操作。
可选地，所述第一磁性件11为永磁体1或电磁体1；所述第二磁性件12为永磁体1或电磁体1。这使得能够为燃料元件3的提升运动提升稳定的磁场。例如，当第一磁性件11和/或第二磁性件12为电磁场时，能够更加方便地控制燃料元件3所在的磁场强度，从而能够保证燃料元件3安全稳定的提升。当第一磁性件11和/或第二磁性件12为永磁场时，结构简单，便于安装。
可选地，所述提升通道101沿预设角度倾斜设置。而提升单元2沿提升通道101的长度方向延伸，则提升单元2也沿预设角度倾斜设置。
由于提升单元2的设置需保证一定的倾斜度以便于燃料元件3贴合第一导轨21以及第二导轨22，并便于碎球顺畅回流，当燃料元件3进入第一导轨21以及第二导轨22后，有直流电通过燃料元件3，在磁场的作用下产生电磁力推动燃料元件3运动，同时施加一个使燃料元件3与第一导轨21以及第二导轨22贴紧的作用力，而碎球(直径小于预设距离的燃料元件3)掉落时也会加快其掉落速度。
可选地，所述预设角度为70°-80°。这使得燃料元件3在电磁力的作用下能够贴紧第一导轨21以及第二导轨22做提升运动，提升效果较好。
可选地，所述预设距离为50mm-56mm。由于燃料元件3的直径为60mm，而第一导轨21和第二导轨22之间的距离为50mm-56mm，能够保证燃料元件3能够同时与第一导轨21以及第二导轨22接触，同时，直径小于预设距离的燃料元件3能够经过第一导轨21以及第二导轨22之间的间隙下落，从而实现对提升进入反应堆堆芯的燃料元件3进行有效筛选。
在本申请实施例中，通过采用电磁力对燃料元件3进行提升以避免使用氦气压缩机对燃料元件3进行提升，第一方面，较好地避免了阻流器跳磁或切碎燃料元件3；第二方面，本申请的燃料元件3的提升过程不存在气流将石墨粉尘吹入反应堆堆芯的情况，保证了反应堆堆芯安全稳定的运行；第三方面，通过燃料元件3移动至第一导轨21以及第二导轨22的不同位置而导致的电路中电阻的大小不同，实现对燃料元件3的位置进行准确地监测。第四方面，由于第一导轨21和第一导轨21之间形成预设距离，使得小于预设距离的有损伤的燃料元件3直接由第一导轨21以及第二导轨22之间的间隙下落，实现了碎球分离功能。第五方面，根据第一导轨21和第二导轨22的电阻的情况，能够实现对燃料元件3的提升数量进行统计，结果较为准确。第六方面，通过控制磁场的强度以及第一导轨21以及第二导轨22中电流的大小，实现对燃料元件3提升速度的控制，操作简单可行。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种燃料元件的提升装置，其特征在于，包括：
磁体，所述磁体的内部中空形成提升通道；
提升单元，所述提升单元设置于所述提升通道；所述提升单元包括第一导轨和第二导轨，所述第一导轨以及所述第二导轨分别设置于所述提升通道的内部并沿所述提升通道的长度方向延伸，所述第一导轨与所述第二导轨之间形成预设距离；位于所述提升通道内的燃料元件作为第一导轨和第二导轨的导电介质并处于所述磁体的磁场中；
在所述提升单元通电时，燃料元件在电磁力的作用下沿第一导轨以及第二导轨由下至上做提升运动。
2.根据权利要求1所述的燃料元件的提升装置，其特征在于，还包括直流电源，所述直流电源的正极与所述第一导轨电连接，负极与所述第二导轨电连接。
3.根据权利要求1所述的燃料元件的提升装置，其特征在于，还包括提升管路，所述提升管路的一端与反应堆的燃料装卸系统连接，另一端与反应堆的堆芯连接；
所述提升通道设置于所述提升管路的内部并沿所述提升管路的长度方向延伸。
4.根据权利要求3所述的燃料元件的提升装置，其特征在于，所述提升管路的内部沿长度方向依次分布有多个磁体；
每个所述磁体均对应设置有所述提升单元，在各个提升单元通电时，燃料元件可在电磁力的作用下由提升管路的底部提升至顶部并进入反应堆的堆芯。
5.根据权利要求1所述的燃料元件的提升装置，其特征在于，还包括碎球罐，所述碎球罐设置于所述提升管路的下方，位于提升管路中的碎屑在重力的作用下落入所述碎球罐内。
6.根据权利要求1所述的燃料元件的提升装置，其特征在于，所述磁体包括第一磁性件和第二磁性件；
所述第一磁性件和所述第二磁性件围合构成所述提升通道。
7.根据权利要求6所述的燃料元件的提升装置，其特征在于，所述第一磁性件为永磁体或电磁体；所述第二磁性件为永磁体或电磁体。
8.根据权利要求1所述的燃料元件的提升装置，其特征在于，所述提升通道沿预设角度倾斜设置。
9.根据权利要求8所述的燃料元件的提升装置，其特征在于，所述预设角度为70°-80°。
10.根据权利要求1所述的燃料元件的提升装置，其特征在于，所述预设距离为50mm-56mm。
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2022
- 2022-08-19 CN CN202210999529.3A patent/CN115295193B/zh active Active
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