CN220357818U - 一种核燃料微球穿衣设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种核燃料微球穿衣设备，包括穿衣主机、基体粉供给系统、溶剂输送系统、供风系统、排风除尘系统。其中，穿衣主机包括穿衣筒、行星盘、传动机构、导流板、上盖、机架。行星盘将穿衣筒空间分割为穿衣腔和气腔；行星盘的外沿与穿衣筒内壁之间均匀分布有环形气隙。工作时，核燃料微球在穿衣腔内产生兼有公转和自转的行星式运动，实现包覆颗粒的“穿衣”。本实用新型克服了现有技术中存在的夹存和碾压颗粒的可能性，杜绝了可能发生的核燃料受损的隐患，另外，本实用新型的设备还能实现穿衣层密度在一定范围内的可控制备。

Description

一种核燃料微球穿衣设备

技术领域

本实用新型涉及核燃料加工设备技术领域，具体涉及核燃料元件制造中的包覆核燃料微球外包裹基体粉的设备。

背景技术

高温气冷堆作为第四代核反应堆的代表堆型之一，已经成功实现商业示范级的并网发电，未来也将迎来更大的发展空间。高温气冷堆具有卓越的安全性能，其安全的第一道屏障依赖于弥散在核燃料中的包覆颗粒。高温气冷堆核燃料元件所用包覆燃料颗粒是在燃料核芯小球外依次包覆了疏松热解炭、致密热解炭、炭化硅、和外致密热解炭，粒径约0.92mm。其通过与基体材料混合后并经压制而被束缚在基体材料中。其它类型的核反应堆，如熔盐堆、压水堆、快堆等，出于提高安全性的考虑，也在将包覆燃料微球用于各种形状的核燃料中。这些核燃料的成型基本都使用了粉体压制技术，由于压制过程中压力较高，为避免燃料微球间因直接接触受压导致包覆层破裂，压制前需要在核燃料微球外包裹一层与基体材料相同的粉体(俗称基体粉)作为包覆燃料微球之间的缓冲，以保护包覆层，该包裹层俗称“穿衣层”，该工艺俗称“穿衣”，在包覆核燃料微球表面包裹基体粉的方法是减少压制过程中核燃料破损最直接有效的手段。

现有技术中一种典型的用于球形颗粒的穿衣设备主要包括穿衣锅、给粉装置、溶剂喷给装置，穿衣锅双锥鼓状，给粉一般通过螺旋给料器从鼓体后边伸入鼓体内实现。该设备存在以下技术问题：(1)随着生产规模的扩大，设备的处理产能也大幅增加，穿衣锅尺寸变大，所需要的螺旋也越来越长。长的螺旋带来了传输稳定性差、堵塞风险增加等问题；(2)后背板的动态密封虽然使用柔性橡胶密封，但与鼓体旋转的相对旋转剪切运动，存在夹存、碾压颗粒导致包覆层破坏的可能性，这种破坏极有可能导致整批产品的报废；另外，清洗过程中也容易因操作不当导致洗液渗漏；(3)前操作窗口在侧面，在穿衣过程中，由于颗粒的复杂运动和彼此间的碰撞，存在从窗口漏颗粒的可能。

实用新型内容

为克服现有技术存在的问题，本实用新型提供了一种核燃料微球穿衣设备，以解决上述技术问题。本实用新型提供了以下技术方案：

一种行星式核燃料微球穿衣设备，包括穿衣主机、基体粉供给系统、溶剂输送系统、供风系统、排风除尘系统。

其中，所述穿衣主机包括穿衣筒、行星盘、传动机构、导流板、上盖、机架。

所述行星盘通过所述传动机构的传动轴支撑安装于所述穿衣筒内部，将穿衣筒空间分割为上下两部分，上部分为穿衣腔，下部为气腔；所述行星盘的外沿与所述穿衣筒内壁之间均匀分布有环形气隙，用于气体从穿衣筒的下部气腔向穿衣腔传输，也可防止生产过程中的粉尘落入机器内部。

穿衣筒体底部分布有位于中心的传动用开孔、所述供风系统输出端连接入口；上盖与所述穿衣筒体密封连接，分布有穿衣颗粒装料入口、所述基体粉供给系统的供粉管道入口、所述溶剂输送系统的溶剂管道入口。

所述传动机构包括传动电机和传动轴，传动轴与行星盘相连，支撑并带动行星盘旋转。

所述的穿衣筒、传统机构都固定安装在所述机架上。

进一步地，所述导流板位于穿衣腔内、靠近穿衣筒内壁；所述导流板、溶剂管道入口、供粉管道入口沿着行星盘旋转方向依次布置。

所述环形气隙防止穿衣颗粒进入的同时，保证气流的稳定。

进一步地，所述行星盘中心部位为流线型突起，边缘为平滑过渡的翘起曲面，并与穿衣筒内壁相切。颗粒行星式运动时，能依靠颗粒与行星盘之间的摩擦力提供所需的向心力。

进一步地，所述导流板可沿固定轴调节角度。穿衣颗粒在离心力作用下贴近穿衣筒内壁并做行星式运动，穿衣颗粒在导流板的作用下铺展开，以便于颗粒床更均匀地接受溶剂和基体粉。

进一步地，所述穿衣腔内径至下而上逐渐缩小形成流线形曲面，从所述环形气隙进入穿衣腔的气流在该曲面和上述行星盘中心突起的共同导流作用下形成回旋气流，该气流利于所扬起基体粉回流至穿衣颗粒床用于穿衣中，也能促进干燥过程中热风与穿衣颗粒充分接触，提高干燥效率。

进一步地，所述溶剂输送系统按溶剂的流向依次包括溶剂储存罐、供液泵、喷枪和雾化机构，溶剂储存罐与所述计量泵之间、计量泵与所述喷枪之间均通过管道连通；所述雾化机构位于所述喷枪的喷嘴附近，可通过调节气压控制雾化效果。

进一步地，所述溶剂输送系统的供液泵为蠕动泵，可以通过调节蠕动泵转速控制溶剂供给速率。

进一步地，所述基体粉供给系统位于所述上盖上方，包括用于储存基体粉的供粉料斗、与所述供粉料斗下端相连通的供粉管道、位于供粉料斗上端的给粉电机和由所述给粉电机驱动旋转的送料螺旋，所述送料螺旋伸入所述的供粉管道中。

进一步地，所述基体粉供给系统的送料螺旋轴上装有破拱装置，所述破拱装置随着所述送料螺旋转以避免基体粉在供给系统中“架桥”。

进一步地，所述基体粉供给系统的与粉体源头之间通过螺旋输送机、管链式输送机、真空上料机或皮带输送机中的一种上料装置实现粉体加入所述供粉料斗。

进一步地，所述供粉料斗中安装有物位计，所述物位计获取所述供粉料斗中的物料位置，并根据探测到的物料位置控制所述上料装置的启停，自动控制上料量。

进一步地，所述供风系统按气流方向依次包括风泵、风量调节阀、空气净化装置、热交换器，供风系统输出端与所述穿衣筒的气腔底部通过管道相连。

进一步地，所述排风除尘系统输入端与所述穿衣筒筒体通过管道连接，按气流方向依次包括旋风除尘器、过滤除尘器、引风机。

进一步地，所述排风除尘系统的输出端连接有用于回收溶剂的冷凝回收装置。

进一步地，所述行星式核燃料微球穿衣设备还有位于所述穿衣筒侧壁的出料机构，包括出料口、用于开关所述出料口的封板、溜槽、与所述封板相连的控制其运动的气缸。出料时，开启所述封板，颗粒由于离心力的作用从出料口甩出并从溜槽流出便于收集。

进一步地，所述行星式核燃料微球穿衣设备还有用于清洗穿衣腔及穿衣腔内机构的清洗系统，按照洗液流向分别包括第二溶剂储存罐、溶剂传输泵、安装在所述穿衣腔内的至少一个喷淋头、以及连接上述部件的管道。所述溶剂输送系统的溶剂储存罐与清洗系统的第二溶剂储存罐可以为同一容器。

在穿衣过程中，核燃料微球在行星盘转动下，由于离心作用，微粒向穿衣筒壁集中，穿衣颗粒受到的力包括重力、环形气隙气体的浮力、颗粒与颗粒间通过穿衣筒壁传递的相互压力、颗粒与颗粒之间因重力作用产生的竖直方向的相互压力、颗粒与颗粒之间沿运动方向的摩擦力，行星盘底部颗粒还受到行星盘的摩擦力。在诸多力的作用下，穿衣颗粒依靠主要由穿衣筒壁传递的压力提供颗粒公转所需的向心力；依靠颗粒间的摩擦力提供颗粒自转所需的切向力，自转与公转的结合，形成了每个穿衣颗粒类似于行星运动的状态。行星盘中心的流线型突起和边缘的流线翘起，都有利于颗粒的行星运动和颗粒的合理分布。在穿衣工艺过程中，穿衣颗粒被溶剂润湿后，进入给粉区域，黏附粉体后，依靠自转和周围颗粒的挤压，逐渐长大并滚圆，直到长大到所需要的尺寸。

核燃料微球的穿衣层的密度需要控制在合理范围内，而穿衣层的密度直接受颗粒间压力大小的影响，而压力大小则与行星盘的转速相关。所以在穿衣过程中，可以通过行星盘的转速在一定范围内控制穿衣层的密度。

在一种或几种具体实施方式中，本实用新型提供的核燃料微球穿衣设备具有以下技术效果：

克服了现有技术存在的关键问题，杜绝了可能发生的风险和隐患：现有技术中因穿衣锅锅体旋转与静止的供粉、供风、排风管道之间动与静的矛盾，其结构上存在碾压颗粒的可能性，本实用新型通过行星盘带动颗粒做圆周运动，避免了穿衣筒的运动，使各种入口间无相对运动，各种接口，如供粉、供液、供风、排风等接口易于连接并静态密封，杜绝了漏出、夹存、碾压颗粒发生的可能性；

该结构可根据产能需求，灵活缩放尺寸，满足不同批量的需求，少则几公斤，多则数百公斤；

穿衣层密度可通过调节行星盘转速实现一定范围内的可控，解决了现有形式设备因扩大产能使料床变厚而导致颗粒因受压力增加而使穿衣层密度变大的问题；

本实用新型的穿衣设备的穿衣筒的密封进一步得到改善，工作环境更更环保、更安全；

设备更紧凑，设备各组成部分形成有机整体，各动作通过各机构的闭环、连锁控制，可实现自动化操作。

附图说明

图1为本实用新型所提供的行星式核燃料微球穿衣设备一种实施方式的主视图；

图2为图1所示行星式核燃料微球穿衣设备穿衣腔的俯视图；

图3为图1所示行星盘与穿衣筒之间气隙的局部放大示意图；

图4为穿衣筒的一种优选结构形式的示意图。

附图标记说明：

1、穿衣主机；2、溶剂输送系统；3、基体粉供给系统；4、供风系统；5、排风除尘系统；6、清洗系统；

1-1、穿衣筒；1-2、行星盘；1-3、环形气隙；1-4、穿衣颗粒；1-5、导流板；1-6、上盖；1-7、包覆颗粒加料口；1-8、传动机构；1-9、机架；1-10、出料口；1-11、封板；1-12、溜槽；1-13、气缸；

2-1、溶剂储存罐；2-2、供液泵；2-3、喷枪；2-4、雾化机构；

3-1、供粉料斗；3-2、给粉电机；3-3、供粉管道；3-4、送料螺旋；3-5、破拱装置；3-6、源头粉体连接口；

4-1、风泵；4-2、空气净化装置；4-3、热交换器；

5-1、旋风除尘器；5-2、过滤除尘器；5-3、引风机；5-4、冷凝器；

6-1、溶剂传输泵；6-2、喷淋头。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

本实用新型所提供的星式核燃料微球穿衣设备用于球形核燃料颗粒，适用于实验室公斤级到百公斤级的核燃料穿衣微球颗粒批量生产。

在一种具体实施方式中，如图1-3所示，本实用新型所提供的核燃料微球穿衣设备包括穿衣主机1、溶剂输送系统2、基体粉供给系统3、供风系统4、排风除尘系统5和清洗系统6。

其中，穿衣主机1包括穿衣筒1-1、行星盘1-2、传动机构1-8、导流板1-5、上盖1-6、机架1-9。

行星盘1-2中心部位为流线型突起，边缘为平滑过渡的翘起曲面，并与穿衣筒内壁相切。行星盘1-2通过传动机构1-8的传动轴支撑安装于穿衣筒1-1内部，将穿衣筒空间分割为上部的穿衣腔和下部的气腔；行星盘1-2的外沿与穿衣筒1-1内壁之间均匀分布有环形气隙1-3。穿衣腔内安装有导流板1-5，靠近穿衣筒内壁；导流板1-5板面与行星盘圆心和导流板固定轴轴心连线之间夹角可调。穿衣腔的下侧设有出料机构，包括出料口1-10、封板1-11、溜槽1-12、气缸1-13。传动机构1-8包括传动电机和传动轴，传动轴与行星盘1-2相连，支撑并带动行星盘1-2旋转。穿衣筒1-1、传统机构1-8都固定安装在机架1-9上。

溶剂输送系统2按溶剂的流向依次包括溶剂储存罐2-1、蠕动泵2-2、喷枪2-3和雾化机构2-4。

基体粉供给系统3位于所述上盖1-7上方，包括用于储存基体粉的供粉料斗3-1、与供粉料斗3-1下端相连通的供粉管道3-3、位于供粉料斗3-1上端的给粉电机3-2和由给粉电机3-2驱动旋转的送料螺旋3-4。送料螺旋3-4轴上装有破拱装置3-5。基体粉供给系统1的与粉体源头之间通过管链式输送机实现粉体加入供粉料斗3-1。供粉料斗3-1中安装有物位计用于获取供粉料斗3-1中的基体粉位置，并根据探测到的基体粉料面高度控制管链式输送机的启停，实现自动控制上料量。

导流板1-5、喷枪2-3、供粉管道3-3，沿着行星盘1-2的旋转方向依次布置。

供风系统4按气流方向依次包括风泵4-1、风量调节阀、空气净化装置4-2、热交换器4-3，供风系统4输出端与穿衣筒1-1的气腔底部通过管道相连。

排风除尘系统5输入端与穿衣筒1-1上部通过管道连接，按气流方向依次包括旋风除尘器5-1、过滤除尘器5-2、引风机5-3、冷凝器5-4。

清洗系统6按照洗液流向分别包括与溶剂输送系统2共用的储存罐2-1、溶剂传输泵6-1、安装在穿衣腔内喷淋头6-2。

在另一种具体实施方式中，在上述具体实施方式的基础上，穿衣主机1的穿衣腔内径至下而上逐渐缩小形成流线形曲面，如图4所示。在穿衣过程中和干燥过程中，从环形气隙1-3进入穿衣腔的气流在该曲面和上述行星盘1-2中心突起的共同导流作用下形成回旋气流，该气流利于所扬起基体粉回流至穿衣颗粒床用于穿衣中，也能促进干燥过程中热风与穿衣颗粒充分接触，提高干燥效率。

在穿衣过程中，核燃料微球在行星盘转动下，由于离心作用，微粒向穿衣筒壁集中，穿衣颗粒受到的力包括重力、环形气隙气体的浮力、颗粒与颗粒间通过穿衣筒壁传递的相互压力、颗粒与颗粒之间因重力作用产生的竖直方向的相互压力、颗粒与颗粒之间沿运动方向的摩擦力，行星盘底部颗粒还受到行星盘的摩擦力。在诸多力的作用下，穿衣颗粒依靠主要有穿衣筒壁传递的压力提供颗粒公转所需的向心力；依靠颗粒间的摩擦力提供颗粒自转所需的切向力，自转与公转的结合，形成了每个穿衣颗粒类似于行星运动的状态。行星盘中心的流线型突起和边缘的流线翘起，都有利于颗粒的行星运动和颗粒的合理分布。在穿衣工艺过程中，穿衣颗粒被溶剂润湿后，进入给粉区域，黏附粉体后，依靠自转和周围颗粒的挤压，逐渐长大并滚圆，直到长大到所需要的尺寸。

核燃料微球的穿衣层的密度需要控制在合理范围内，而穿衣层的密度直接受颗粒间压力大小的影响，而压力大小则与行星盘的转速相关。所以在穿衣过程中，可以通过行星盘的转速在一定范围内控制穿衣层的密度。

这样，本实用新型所提供的核燃料微球穿衣设备通过行星盘带动颗粒做圆周运动，避免了穿衣筒的运动，使各种入口间无相对运动，各种接口，如供粉、供液、供风、排风等接口易于连接并静态密封，杜绝了漏出、夹存、碾压颗粒发生的可能性；该结构可根据产能需求，灵活缩放尺寸，满足不同批量的需求，少则几公斤，多则数百公斤；穿衣层密度可通过调节行星盘转速实现一定范围内的可控，解决了现有形式设备因扩大产能使料床变厚而导致颗粒因受压力增加而使穿衣层密度变大的问题；本实用新型的穿衣设备的穿衣筒的密封进一步得到改善，工作环境更环保、更安全；设备更紧凑，设备各组成部分形成有机整体，各动作通过各机构的闭环、连锁控制，可实现自动化操作。

以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。

本申请中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇，指“包括但不限于”，且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”，且可与其互换使用，除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”，且可与其互换使用。

还需要指出的是，在本申请的装置和设备中，各部件是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本申请的等效方案。

提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本申请。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本申请的范围。因此，本申请并不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此实用新型的原理和新颖的特征一致的最宽范围。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种核燃料微球穿衣设备，其特征在于，包括穿衣主机、基体粉供给系统、溶剂输送系统、供风系统、排风除尘系统；其中，

所述穿衣主机包括穿衣筒、行星盘、传动机构、导流板、上盖和机架；

所述行星盘通过所述传动机构的传动轴支撑安装于所述穿衣筒内部，将穿衣筒空间分割为位于上部的穿衣腔，和位于下部的气腔；

所述行星盘的外沿与所述穿衣筒内壁之间均匀分布有环形气隙，所述环形气隙连通所述穿衣腔和所述气腔，以使气体从所述气腔向所述穿衣腔传输；

所述上盖与所述穿衣筒体密封连接，分布有所述基体粉供给系统的供粉管道入口、所述溶剂输送系统的溶剂管道入口；

所述传动机构包括传动电机和传动轴，传动轴与行星盘相连，支撑并带动行星盘旋转；

所述的穿衣筒、传动机构均固定安装在所述机架上。

2.根据权利要求1所述的核燃料微球穿衣设备，其特征在于，所述导流板位于穿衣腔内、靠近穿衣筒内壁；所述导流板、溶剂管道入口、供粉管道入口沿着行星盘旋转方向依次布置。

3.根据权利要求1所述的核燃料微球穿衣设备，其特征在于，所述行星盘的中心部位为流线型突起，边缘为平滑过渡的翘起曲面，并与穿衣筒内壁相切。

4.根据权利要求1-3任一项所述的核燃料微球穿衣设备，其特征在于，所述溶剂输送系统按溶剂的流向依次包括溶剂储存罐、供液泵、喷枪和雾化机构，溶剂储存罐与计量泵之间、计量泵与所述喷枪之间均通过管道连通。

5.根据权利要求4所述的核燃料微球穿衣设备，其特征在于，所述溶剂输送系统的供液泵为蠕动泵，可以通过调节蠕动泵转速控制溶剂供给速率。

6.根据权利要求1-3任一项所述的核燃料微球穿衣设备，其特征在于，所述基体粉供给系统位于所述上盖上方，包括用于储存基体粉的供粉料斗、与所述供粉料斗下端相连通的供粉管道、位于供粉料斗上端的给粉电机和由所述给粉电机驱动旋转的送料螺旋，所述送料螺旋伸入所述的供粉管道中。

7.根据权利要求6所述的核燃料微球穿衣设备，其特征在于，所述基体粉供给系统的送料螺旋上装有破拱装置。

8.根据权利要求6所述的核燃料微球穿衣设备，其特征在于，所述基体粉供给系统的与粉体源头之间通过螺旋输送机、管链式输送机、真空上料机或皮带输送机中的一种上料装置实现基体粉向所述供粉料斗中加入。

9.根据权利要求1-3任一项所述的核燃料微球穿衣设备，其特征在于，所述导流板可沿固定轴调节角度。

10.根据权利要求1-3任一项所述的核燃料微球穿衣设备，其特征在于，所述供风系统按气流方向依次包括风泵、风量调节阀、空气净化装置、热交换器，供风系统输出端与所述穿衣筒的气腔底部通过管道相连。

11.根据权利要求1-3任一项所述的核燃料微球穿衣设备，其特征在于，排风除尘系统输入端与所述穿衣筒的筒体通过管道连接，按气流方向依次包括旋风除尘器、过滤除尘器、引风机。

12.根据权利要求11所述的核燃料微球穿衣设备，其特征在于，所述排风除尘系统的输出端连接有用于回收溶剂的冷凝回收装置。