SU982744A1

SU982744A1 - Vortex chamber

Info

Publication number: SU982744A1
Application number: SU813261528A
Authority: SU
Inventors: Владимир Петрович Кащеев; Валентин Александрович Левадный; Владимир Николаевич Сорокин
Original assignee: Белорусский Ордена Трудового Красного Знамени Политехнический Институт
Priority date: 1981-03-02
Filing date: 1981-03-02
Publication date: 1982-12-23

Description

(54) ВИХРЕВАЯ КАМЕРА(54) VORTEX CAMERA

Изобретение относитс к технике нанесени покрытий на частицы дерного топлива в кип щем слое и может быть использовано в промышленности, изготовл ющей микротепловыдел ющие элементы дл высокотемпературных дерных реакторов. Известны реакторы дл нанесени покрытий На частицы дерного топлива в псевдоожиженном гравитационном кип щем слое, представл ющие собой печь с цилиндрической реакционной зоной, ввод реакционного и транспортного газа в которую осуществл етс через донную часть зоны 1 и 2. Недостатки этих реакторов заключаютс в том, что в гравитационном кип щем слое частиц, наход щемс в цилиндрической реакционной зоне, не обеспечиваетс равномер ный профиль скоростей газа по сечению и в центре кип щего сло скорости больще чем у стенок, поэтому частицы опускаютс у стенок донной части и прилипают к газораспределителю , закупорива сопла дл ввода газа . Известна также вихрева камера, содержаща цилиндрический корпус с профилированными торцовыми крыщками, с боковыми входными патрубками и осевыми выходными отверсти ми, ресивер, установленные коаксиально внутри корпуса и раздел ющие полость корпуса на кольцевые камеры цилиндрические лопаточные направл ющие аппараты, патрубок дл загрузки твердых частич и патрубки дл выгрузки твердых частиц, расположенные в торцовой крышке корпуса на периферии камер 3. Однако нанесение покрытий, особенно многослойных, в известной вихревой камере можно производить только в периодическом процессе, останавлива работу при смене реакционного газа и при выгрузке микротвэлов , что снижает производительность и исключает возможность автоматизации процесса . Целью изобретени вл етс повышение производительности и автоматизации процесса нанесени покрытий. Поставленна цель достигаетс тем, что в вихревой камере, содержащей цилиндрический корпус с профилированными торцовыми крышками, с боковыми входными патрубками и осевыми выходными отверсти ми, ресивер, установленные коаксиально внутри корпуса и раздел ющие полость корпуса на кольцевые камеры цилиндрические лопаточiibie 11а1 равл ющие аппараты, патрубок дл загрузки твердых частиц и патрубки дл выгрузки твердых частиц, расположенные в торцовой крышке корпуса на периферии камер , кажда кольцева камера снабжена дополнительными патрубками дл загрузки тве)дых частиц, расположенными под углом 5--30° к поверхности торцовой крышки по направлению вращени потока газа со смещением к центру камеры, и патрубками дл ввода газовых реагентов па периферии камер , причем патрубки дл выгрузки распо.тожены под углом 5-30° к поверхности торцовой крышки, направлены против врашени нотока газа и соединены с патрубками загрузки соседних камер через задвижки.The invention relates to a coating technique for nuclear fuel particles in a fluidized bed and can be used in the industry that manufactures microheat fission elements for high-temperature nuclear reactors. Known reactors for coating of nuclear fuel particles in a fluidized gravitational fluidized bed, which are a furnace with a cylindrical reaction zone, the input of the reaction and transport gas into which is carried out through the bottom of zones 1 and 2. The disadvantages of these reactors are that in the gravitational fluid bed of particles located in the cylindrical reaction zone, the uniform velocity profile of the gas over the cross section and in the center of the fluid bed of the velocity is not greater than that of the walls, therefore, The inserts are lowered against the walls of the bottom and stick to the gas distributor, plugging the gas inlet nozzles. A vortex chamber is also known, comprising a cylindrical body with profiled end caps, side inlets and axial outlets, a receiver mounted coaxially inside the body and dividing the cavity of the body into annular chambers, cylindrical paddle guides, branch pipe for loading solid particles and nozzles for unloading solid particles, located in the end cover of the housing on the periphery of the chambers 3. However, the coating, especially multilayer, in a known vortex chamber You can only produce in a batch process, stopping the work when moving between the reaction gas and unloading microfuel that reduces performance and eliminates the possibility of process automation. The aim of the invention is to increase the productivity and automation of the coating process. The goal is achieved by the fact that in a vortex chamber containing a cylindrical body with profiled end caps, with side inlets and axial outlet openings, a receiver mounted coaxially inside the body and dividing the cavity of the body into annular chambers cylindrical vanes 11a1 equalizers, elbows for loading solid particles and nozzles for unloading solid particles, located in the end cover of the housing on the periphery of the chambers, each annular chamber is provided with additional markings killers for loading TWA breathing particles disposed at an angle of 5--30 ° to the surface of the end cover in the direction of rotation of the gas flow displaced to the center of the chamber, and nozzles for introducing gas reagents to the periphery of the chambers, and the discharge pipes for discharging 5-30 ° to the surface of the end cover, directed against the penetration of the gas flow and connected to the inlet pipes of the adjacent chambers through the valves.

На чертеже представлена вихрева камера д.л напесе1ш покрыти на частицы дерного топлива.The drawing shows the vortex chamber of the coating on the particles of nuclear fuel.

Вихрева камера состоит из корпуса 1, входных патрубков с раздаточным ресивером 2, торцовых крышек 3, цилиндрических лопаточных направл ющих aimapaTOB 4-6, выходного патрубка 7. трубопровода с задвижкс й 8, трубопровода с задвижкой 9, кана.лов в торцовых крышках дл систем подачи частиц дерного топ;1ива 10, ввода реакционных газов 11--13 и вывода микротвэлов 14.The vortex chamber consists of body 1, inlet connections with a dispensing receiver 2, end covers 3, aimapaTOB 4-6 cylindrical vane guides, output connection 7. pipe with valve 8, pipe with valve 9, channels in the end covers for systems supply of nuclear top particles; 1iva 10; input of reaction gases 11-13; and output of microtunnels 14.

Вихрева камера работает при нанесении , например, графитовых многослойных покрытий следующим образом.Vortex chamber works when applying, for example, graphite multilayer coatings as follows.

Через входные натрубки и рееивер 2 подаетс под давлением трапспортпый газ. например аргон, который последовательно проходит через направл ющие анпараты 4-6 и выходит через патрубок 7 вывода 1аза. Благодар щел .м в нанравл ющих лопаточHt )ix аппаратах, лопатки которого направлены под углом 50-85° к радиусу, за ними образуютс кольцевые закрученные потоки газа. Загрузка вихревой ка.меры частицами дерного топлива осуществл етс пневмотранспортом но каналам 10 во внутреннюю часть объе.ма ограниченного торцовь ми крышками 3 и направл ющими аппаратами 4 и 5. Порци дерных частиц, подлежапшх покрытию , образует устойчивый центробежный кип п ий слой, раскрывающийс к оси, в который вводитс по каналам 11 в середину объема сло газообразный углеводород (СзИг). При 1250°С газообразный углеводород разлагаетс на ионы и радикалы и углерод осаждаетс на поверхности дерных частиц . После нанесени на частицы дерного топлива сло буферного нокрыти из углерода , необходимой толщины, открываетс задвижка 8 и микротвэлы перепадом давлени нневмотрапспортируютс во внутреннюю область объема реакционной зоны, ограниченного крышками и направл ющими аппаратами 5 и 6 и образует в нем концентрированный центробежный кип щий слой. В середину области этого сло подаетс реакционный газ ( + СзНб), который приThrough the inlet nozzles and receiver 2, transporter gas is supplied under pressure. For example, argon, which sequentially passes through the guide devices 4-6 and exits through the branch pipe 7 of the 1az outlet. Owing to the slits in the spatula devices Ht) ix, the blades of which are directed at an angle of 50-85 ° to the radius, ring-shaped swirling gas flows follow them. The vortex cell is loaded with nuclear fuel particles by pneumatic conveying to channels 10 into the interior of the volume limited by the end caps 3 and guide vanes 4 and 5. The portion of the nuclear particles to be coated forms a stable centrifugal fluid-bed layer opening to an axis into which a gaseous hydrocarbon is introduced through the channels 11 into the middle of the volume of the bed (CrIg). At 1250 ° C, the gaseous hydrocarbon decomposes into ions and radicals and carbon is deposited on the surface of the nuclear particles. After applying a layer of carbon of required thickness to the nuclear fuel particles, the valve 8 is opened and the microfuel is transported by pressure drop to the inside of the reaction zone volume bounded by caps and guide vanes 5 and 6 and forms a concentrated centrifugal fluidized bed in it. In the middle of this layer is the reaction gas (+ CzNb), which, when

1300°С образует плотный внутренний слой углеродного покрыти . Затем микротвэлы с наружного радиуса сло нри открытии задвижки 9 пневмотранспортируютс во внутреннюю область, расположенную за направл ющим лопаточным аппаратом 6, где образуют концентрированный кип щий слой, в среднюю область которого подаетс реакционный газ (CHjSi Clj). При 1500°С в этой области реакционной зоны на микротвэлах образуетс наружное покрытие из карбида кремни . Микротвэлы, имеющие трехслойное покрытие, выгружаютс из реактора по каналу 14 пневмотранспортом. Дл обеспечепи непрерывной работы реактора нри открытии задвижки 8 во внутреннюю1300 ° C forms a dense inner layer of carbon coating. Then, the microfuel from the outer radius of the bed when opening the valve 9 is pneumatically transported to the inner region located behind the guide vanes 6, where they form a concentrated fluidized bed, into the middle region of which the reaction gas (CHjSi Clj) is fed. At 1500 ° C, an outer coating of silicon carbide is formed on the microfuel in this region of the reaction zone. Microtrans having a three-layer coating is discharged from the reactor through channel 14 by pneumatic conveying. To ensure continuous operation of the reactor by opening the valve 8 into the internal

часть объема, ограниченного направл ющими аппаратами 4 и 5, непрерывно пневмотранспортируютс частицы дерного топлива, скорость поступлени которых определ етс скоростью осаждени углерода. По мере уве .чичени толщины нокрыти частицы в кольцевом кин щем слое между аппаратами 4 и 5 увеличивают диаметр своей равновесной орбитьз (диаметр равновесной орбиты частицы в плотном центробежном кип ще.м слое определ етс произведением плотности наA part of the volume limited by the guiding devices 4 and 5 continuously pneumatically transports the particles of nuclear fuel, the flow rate of which is determined by the rate of carbon deposition. As the thickness of the nodule is increased in the annular kicking layer between devices 4 and 5, the diameter of its equilibrium orbit increases (the diameter of the equilibrium orbit of a particle in a dense centrifugal fluidized bed. The layer is determined by the product of the density on

диаметр частицы). Частицы, имеющие необходимую толщину внутреннего сло покрыти и, следовательно, .максимальный диаметр своей орбиты, выгружаютс пневмотранспортом во вторую реакционную зону, где по мере увеличени толщины буферного сло частицы приближаютс к отверстию дл их перегрузкив следующую реакционную зону.particle diameter). Particles having the required thickness of the inner layer of the coating and, consequently, the maximum diameter of their orbit, are discharged by pneumatic transport to the second reaction zone, where as the thickness of the buffer layer increases, the particles approach the opening to transfer them to the next reaction zone.

Дл получени качественных покрытий и сферичных .микротвэлов можно регулировать скорость осаждени как изменением скорости ввода реакционных газов, так и расходом транспортного газа, а также скоростью подачи частиц дерного топлива и скоростью выгрузки микротвэлов. Ввод частиц и реакционных газов в зоны реактораTo obtain high-quality coatings and spherical microfoils, the deposition rate can be controlled both by changing the input rate of the reaction gases and the flow rate of the transport gas, as well as the feed rate of the nuclear fuel particles and the discharging rate of the microfuel. Enter particles and reaction gases into the reactor zones

осуществл ютс по каналам в торцовых крышках под углом 5-30° к плоскости крышек в направлении кип щего сло , это обеспечивает дополнительную подкрутку сло .They are made through channels in the end covers at an angle of 5-30 ° to the plane of the covers in the direction of the fluidized bed, this provides an additional twist of the layer.

Вывод частиц из реакционных зон осуществл етс по каналам в торцовых крыщках , направленных под углом 5-30° к их плоскости, навстречу вращени сло , чтобы его не тормозить.Particles are removed from the reaction zones through channels in end caps directed at an angle of 5-30 ° to their plane, opposite to the rotation of the layer, so as not to slow it down.

Claims

Using the proposed 50 D-1 reactor for coating nuclear fuel particles provides for obtaining microfuel with a high-quality coating and a high degree of sphericity, it is possible to adjust the deposition rate of the coating by aerodynamic control of the deposition process and increase the productivity several times due to the continuity of the process multilayer coating. Invention Vortex chamber comprising a cylindrical body with profiled end caps, with side inlets and axial outlets, a receiver mounted coaxially inside the body and dividing the cavity of the body into annular chambers cylindrical paddle guides, branch pipe for loading solid particles and nozzles for discharging solid particles, located in the end cover of the housing on the periphery of the chambers, characterized in that, in order to increase productivity and automate and the coating process on nuclear fuel particles, each annular chamber equipped with additional nozzles for loading solid particles (ZJ / S) are located at an angle of 5-30 ° to the surface of the end cap in the direction of rotation of the gas flow with mixing to the center of the chamber, and introducing gas reagents at the periphery of the chambers, with the discharge nozzles arranged at an angle of 5-30 ° to the surface of the end cover, directed against the rotation of the gas flow and connected to the nozzle loading of the adjacent chambers through the valves. Sources of information taken into account in the examination 1. US patent number 4067118, cl. 34-10, published. 10/01/78.

2. Published in Germany №2846160, cl. F 15 D 1/02, publ. 08.05.80.

3. The UK patent number 1257886, cl. On 04/7, pub. 12.22.71. / J