CN1267932C - 用于减慢球床核反应堆中球形元件的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及具有球床型核反应堆(11)的核电设备(10)，使用球形燃料元件和/或减速剂元件及元件输送系统(20)，该元件输送系统至少具有一个球流路(22)，在流体流的作用下球可沿此球流路运送。特别地，本发明涉及一种在从球流路(22)的排出端(24)排出球之前使其减速的方法。本发明延及元件输送系统(20)、用于在从球流路(22)的排出端(24)排出球形元件之前使其减速的减速组件(26)、及用于在从球流路(22)的排出端(24)排出球形元件之前使其减速的减速装置。
Description
本发明涉及核能，特别涉及在从球流路的排出端排出球形元件之前使其减速的方法，及核电设备、减速组件、减速器装置。
在高温气冷型核反应堆中，经常使用球形燃料元件和减速剂元件，这些被称为“球”，并且这种类型的反应堆通常被称为球床反应堆。在球床反应堆中进行多通路供应燃料的方案是已知的，此方案是将燃料球不止一次地通过反应堆的堆芯以最优化燃料的燃烧。部分由于重力但主要是使用加压气的原因，在球流路中的燃料球和减速剂球(如果适用)可被运送到反应堆容器或贮存容器的进口处。
虽然本发明具有特别是燃料球的应用，但是如前所述本发明也具有减速剂球的应用。在本说明书的上下文中，术语“球”被认为足够广泛，其既包括燃料球也包括在需要时的减速剂球。
该球通过球流路加进反应堆容器内，该球流路具有通向反应堆容器的排出端。该球在反应堆容器上方处或与上方相近处被加进反应堆容器，该球从该处落到反应堆堆芯中球床的上表面上。
为了减小球和球弹跳的损害危险，需要该球以相对较低的速度进入该反应堆容器，球弹跳可能导致在反应堆堆芯中球位置不适当。
根据本发明的一个方面，在具有球床型核反应堆的核电设备中，使用球形燃料元件、减速剂元件及元件输送系统，该元件输送系统至少具有一个球流路，在流体流的作用下球可沿此球流路运送，提供一种在从球流路的排出端排出球之前使其减速的方法，该方法包括如下步骤：
在第一流体流的作用下将球沿球流路朝其排出端运送；
在邻近该球流路排出端的位置处将逆流流体引入该球流路；及
在与该球流路排出端间隔的位置处以一定速度从该球流路中抽提出流体，以使得至少部分逆流向内流动远离排出端，以使球在从该球流路排出端排出球之前使其减速。
该球流路至少部分地可以由一定长度的导管所限定，该方法包括经过逆流进口将逆流加进该导管内，该逆流进口延伸通过与构成该球流路排出端的导管端相邻近的导管管壁。
对于高温反应堆，因为置于高温之下可能导致对元件的损害，该元件被用在球流路中，如密封装置，所以需要在反应堆内留有冷却剂但不使其通过该球流路。由此，当该球流路排出端通向核反应堆的反应堆容器时，该方法可包括以一定速度从球流路中抽提流体，此速度可导致部分逆流通过该球流路排出端流进该反应堆容器，从而限制高温冷却剂从反应堆容器进入该球流路内。
根据本发明的另一个方面，提供一种具有球床型核反应堆和元件输送系统的核电设备，用于传输球形燃料元件和/或减速剂元件的该元件输送系统包括：
至少一个球流路，在第一流体流的作用下球可沿此球流路运送，该球流路具有球可从其中被排出的排出端；
在邻近该球流路排出端的位置处与球流路导通的逆流流体进口，该逆流流体进口与或可以与流体加压供应源相连；及
与该球流路导通的流体抽提出口，其位于这样的位置，与该逆流流体进口相比，其与该球流路排出端的间距更远，该流体抽提出口与或可以与流体抽提装置相连，由此可以经过该流体抽提出口将流体从球流路中抽提出。
该逆流流体进口可以包括多个环形分开的进口，该进口将环绕球流路周围的进料室与该球流路导通，该进料室具有与或可以与流体加压供应源相连通的进口。
该流体抽提出口可以包括多个环形分开的出口，该出口将该球流路与环绕该球流路的抽提室导通，该抽提室具有与或可以与流体抽提装置相连通的出口。
该核电设备可以包括控制装置，用于通过该逆流流体进口和该流体抽提出口至少之一来调节流体流动的速度。该控制装置可构造成将通过该流体抽提出口的流体流速保持在一定的速度，此速度比在第一流体流中的流速大，但比在第一流体流中流动和通过该逆流流体进口流动的速度总和小。
该球流路的排出端可以通向该核反应堆的反应堆容器。
根据本发明的另一个方面，提供一种减速组件，用于在从球流路的排出端排出球形元件之前使其减速，在流体流的作用下该球形元件可沿此球流路运送，该组件包括：
与该球流路导通的第一流体进口；
在邻近该球流路排出端并在第一流体流进口的下游位置处与球流路导通的逆流流体进口，该逆流流体进口可以与流体加压供应源相连；及
在该第一流体流进口和该逆流流体进口的中间位置处与该球流路导通的流体抽提出口。
该组件具有特别是作为如上所述类型的核电设备的元件输送系统的一部分而应用。
因此，该球流路的排出端可以通向核反应堆的反应堆容器。
根据本发明的另一个方面，提供一种减速装置，用于在从球流路的排出端排出球形元件之前使其减速，在流体流的作用下该球形元件可沿此球流路运送，该装置包括：
构成球流路端部的球流路端部构件，该球流路端部构件设有球进口端和球出口端，该球进口端可以与该球流路的上游部分相连，该球出口端在使用时形成该球流路的排出端；及
至少一个逆流流体进口，该逆流流体进口可以与流体压力供应源相连通以进行流动传送，并与在球进口端和球出口端的球流路部分导通。
该装置可以作为如上所述类型的核电设备的元件输送系统的一部分而应用。
该逆流流体进口可以设在靠近该球出口端或该球流路的排出端处。
该球流路端部构件可以是管形的圆柱状，该逆流流体进口可以包括在球流路端部构件中的多个环形分开的进口。
该逆流流体进口可以与环绕球流路端部构件周围的进料室导通，该进料室具有与流体加压供应源相连的进口。
现在将结合所附的附图通过实施例说明本发明。
在附图中，
图1表明本发明核电设备的一部分；
图2表明本发明减速组件的透视图；
图3表明本发明图2中的组件和减速装置的一部分的剖面透视图；及
图4表明图2中的组件的另一部分的剖面透视图。
在附图的图1中，标号10通常代表本发明的核电设备的一部分。该核电设备10包括球床型核反应堆11，其具有通常是圆柱状的反应堆容器，通常用标号12标示。在反应堆容12内设有堆芯腔14。该核反应堆11包括多个进口16，进口之一如图1中所示，其设在反应堆容器12的顶部18中，球形的燃料元件和/或减速剂元件可通过该进口16装进该堆芯腔14内。该进口16延伸通过设在反应堆容器11内部并在其顶部18处的石墨反射体。这样布置该进口16以使球在希望的位置被排进该容器12内。
这种类型的核反应堆11经常按多通路供应燃料方案操作，此方案是将燃料球不止一次地通过反应堆11的堆芯14以最优化燃料的燃烧。为达到此目的，在该反应堆容器12的底部(图未示)设有球出口(图未示)，通过此球出口可将燃料元件和/或减速剂元件从该反应堆容器12中抽提出。
现在也参考附图的图2和图3，该设备10包括元件输送系统，其一部分通常用标号20标示，该元件输送系统是在该反应堆容器的外部，由此燃料元件和/或减速剂元件可被运送到在该设备10内的希望位置。
如图2所示的该元件输送系统20的一部分是用来通过该进口16将燃料元件和/或减速剂元件加进到该反应堆容器12。
该元件输送系统20包括具有排出端24的球流路22，通过该球流路可将球通过该进口16排出到该堆芯腔14内。在以加压气体形式存在的第一流体流的作用下将球沿该球流路22运送。
从附图中可以看出，排出端24向下开口。由此，第一流体流作用和沿着该球流路22行进的球的重力作用的组合将往往引起该球以相对较高的速度进入该反应堆容器12。这将可能导致由在堆芯腔14内的球和/或球弹跳而引起的损害，球弹跳可能导致球在反应堆12堆芯14内处于所不希望的位置。
由此，为了减小球进入该堆芯腔14的速度，该设备10包括通常用标号26标示的减速组件，用来在从球流路22的排出端24将球排出到堆芯腔14之前使其减速。
排出端24从其开口的该球流路22的一端由以一定长度管状圆柱管道或导管28形式的球流路端部构件形成。该一定长度管道28的上游端与球流路的剩余部分以气密形式连接。
从附图的图3中可看出，在一定长度的管道28中，在该球流路22的排出端24的邻近处，提供延伸通过管道28管壁31的逆流进口30。该逆流进口30包括多个环形分开的延伸通过管道28管壁31的进口32。套管34环绕管道28的端部延伸留有间隙，其内提供有该逆流进口30，并在其端部与管道28相连以构成环形进料室36，该环形进料室通过进口32与该球流路22以流体相连通。
相似地，该减速组件26包括套管40(图4)，其在与套管34上游间隔的位置处环绕该管道28，构成排气室或抽提室100，该排气室或抽提室与进料室相似并通过多个分开的出口50与该球流路22以流体连通。出口42与套管40导通并且可以与流体抽提装置相连。该出口42通常与送风机(图未示)吸气侧的进口管相连，该送风机可提供在加压气体供应系统的进口和出口之间所需要的压力差，以将气体供应至该元件输送系统。
如上所述，在使用时，在加压流体的作用下球沿球流路22运送，通过逆流进口30将流体逆流引入该球流路22。此外，通过出口42从球流路22中抽提出流体。控制从出口42中抽提出流体的速度，以使通过出口42的流速比沿球流路22运送球的流体流的流速大，使得通过逆流进口30被加进球流路22内的流体的至少一部分向远离球流路22排出端24的方向流动，由此用来在从球流路22的排出端24排出球之前使其减速。
沿球流路22运送球的流体流的流速通常由设在流路22中的针形阀和座阀、稳压阀或稳流阀控制。因为稳流阀或者稳压阀内有多个通过公用管相互连接的球流路，所以使用稳流阀或稳压阀可以减轻动态流体相互作用的影响，由此可提高系统操作的稳定性。
逆流流体的减速作用与通过逆流进口30的流体的进入速度成比例。一个或更多个流动控制针形阀和座阀被用来控制通过逆流进口30的流体流速。应该理解，压力和温度以及球直径会影响所需的流体进入速度。流体从出口42被抽提出的速度也被调节以确保获得所需的进入堆芯内的泄漏流。流体抽提的速度控制一般受针形阀和座阀的影响。
在高温气冷反应堆中，因为置于高温之下可能导致对球流路22元件的损害，如密封装置等，所以需要在反应堆容器12内留有高温冷却剂，而不能使其通过球流路22的排出端24进入该球流路。由此，流体通过出口42从球流路22被抽提出的速度和通过进口30进入球流路22的速度可被调节，以使被加进逆流进口30内的流体的一部分向下流动，并从球流路22的排出端24流入该反应堆容器11，即流体抽提出的速度比在运送球的流体流中流动的和通过逆流进口30流动的速度总和小。这一点将对形成密封有效，密封可限制高温冷却剂进入球流路22内。
发明人相信，在高温和高辐射环境下及可变气体密度条件下，本发明可提供在进入球床型反应堆容器12之前使球减速的有效装置。此外，本发明可调节泄露进入反应堆容器12内的气体和从反应堆容器12进入元件输送系统20内的热气体。
Claims (14)
1.在具有球床型核反应堆的核电设备中，使用球形燃料元件和/或减速剂元件及元件输送系统，该元件输送系统至少具有一个球流路，在流体流的作用下球可沿此球流路运送，该球流路具有排出端，通过该排出端可从该球流路中排出球，提供一种在从球流路的排出端排出球之前使其减速的方法，该方法包括如下步骤：
在第一流体流的作用下将球沿球流路朝其排出端运送；
在邻近该球流路排出端并与其分开的位置处通过入口将逆流流体引入该球流路；及
在与该逆流流体被引入球流路，邻近该球流路排出端并与其分开的位置相比，与该球流路排出端间隔更远的位置处，以一定速度从该球流路中通过出口抽提出流体，以使得至少部分逆流流体在远离球流路排出端的方向向内流动，以使球在从该球流路排出端排出之前减速。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，该球流路至少部分地由一定长度导管所形成，该球流路的一端形成排出端，该方法包括经过逆流进口将逆流加进该导管内，该逆流进口延伸通过与构成该球流路排出端的一定长度导管端相邻并与其分开的导管管壁。
3.根据权利要求1或2所述的方法，当该球流路排出端通向核反应堆的反应堆容器时，该方法包括以一定速度从球流路中抽提流体，其导致部分逆流通过该球流路排出端流进该反应堆容器，从而限制高温冷却剂从反应堆容器进入该球流路内。
4.一种具有球床型核反应堆和元件输送系统的核电设备，该元件输送系统用于输送球形燃料元件和/或减速剂元件包括：
至少一个球流路，在第一流体流的作用下球可沿此球流路运送，该球流路具有球可从其中被排出的排出端；
在邻近该球流路排出端并与其分开的位置处，逆流流体进口导入球流路，该逆流流体进口与或可以与流体加压供应源相连；及
在与该逆流流体进口相比，与该球流路排出端间隔更远的位置处，该球流路与流体抽提出口导通，该流体抽提出口与或可以与流体抽提装置相连，由此可以经过该流体抽提出口将流体从球流路中抽提出。
5.根据权利要求4所述的核电设备，其中，该逆流流体进口包括多个环形分开的进口，该进口将环绕球流路周围的进料室与该球流路导通，该进料室具有与或可以与流体加压供应源相连通的进口。
6.根据权利要求4或5所述的核电设备，其中，该流体抽提出口包括多个环形分开的出口，该出口将该球流路与环绕该球流路的抽提室导通，该抽提室具有与或可以与流体抽提装置相连的出口。
7.根据权利要求4或5中任何一项所述的核电设备，包括控制装置，用于通过该逆流流体进口和该流体抽提出口至少之一来调节流体流速。
8.根据权利要求7所述的核电设备，其中，该控制装置可构造成使通过该流体抽提出口的流体流速保持在一定的速度，此速度比在第一流体流中的流速大，但比在第一流体流中流速和通过该逆流流体进口流速的速度总和小。
9.根据权利要求4或5中任何一项所述的核电设备，其中，该球流路的排出端通向该核反应堆的反应堆容器。
10.一种减速组件，用于在从球流路的排出端排出球形元件之前使其减速，在流体流的作用下该球形元件可沿此球流路运送，该组件包括：
与该球流路导通的第一流体进口，用于将所述的流体流引入该球流路；
在邻近该球流路排出端并与其分开，并在第一流体流进口下游位置处，与球流路导通的逆流流体进口，该逆流流体进口可以与流体加压供应源以流体相连通；及
在该第一流体流进口和该逆流流体进口的中间位置处，与该球流路导通的流体抽提出口。
11.根据权利要求10所述的减速组件，其中，该球流路的排出端通向核反应堆的反应堆容器。
12.一种减速装置，用于在从球流路的排出端排出球形元件之前使其减速，在流体流的作用下该球形元件可沿此球流路运送，该装置包括：
构成球流路端部的球流路端部构件，该球流路端部构件形成球进口和球出口，该球进口可以与该球流路的上游部分相连，该球出口与球进口间隔，在使用时形成该球流路的排出端；及
多个环形分开的逆流流体进口，该逆流流体进口设在靠近该球出口处并可以与流体压力供应源以流体相连通，并与在球进口和球出口之间的球流路端部导通。
13.根据权利要求12所述的减速装置，其中，该球流路端部构件是管形的圆柱状，该进口是环形分开的。
14.根据权利要求12或13所述的减速装置，其中，该逆流流体进口与环绕球流路端部构件周围的进料室导通，该进料室具有与流体加压供应源相连的进口。
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