[發(fā)明專利]一種球床反應(yīng)堆燃料元件氣力輸送減速的方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910237132.5
• 申請日: 2009-11-06
• 公開（公告）號: CN101702330A
• 公開（公告）日: 2010-05-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曾凱;都東;張海泉;張文增;王力;沈鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: G21C19/20
• 分類號: G21C19/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明專利涉及核反應(yīng)堆燃料輸送技術(shù)，特別涉及球床反應(yīng)堆燃料元件氣力輸送旁通分 流減速方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

模塊化高溫球床氣冷堆是目前正在研究開發(fā)的第四代新型核反應(yīng)堆，是當(dāng)前世界公認(rèn)的 固有安全性最高的核反應(yīng)堆型。此堆型核燃料元件輸送的最大特點是：依靠氣力輸送系統(tǒng)提 供的氣壓推力或燃料自重實現(xiàn)燃料元件(球狀)循環(huán)加料與卸料。堆芯外部管路系統(tǒng)中，燃 料元件在高速氣流推動下從堆芯的底部運行至頂部。為了避免管路系統(tǒng)出口燃料元件沖擊其 它系統(tǒng)的設(shè)備以及提高燃料球自身完整性，輸送系統(tǒng)設(shè)計時對燃料元件的出口最大運行速度 進(jìn)行了限制。然而，系統(tǒng)高速氣流的引入以及球形燃料元件特殊外形使得僅依靠輸送管路結(jié) 構(gòu)很難安全地將燃料元件出口運行速度降到設(shè)計安全值以下，這給燃料元件輸送系統(tǒng)以及整 個反應(yīng)堆運行帶來了安全隱患，為此需要設(shè)計一種結(jié)構(gòu)簡單、運行高可靠性的燃料元件減速 系統(tǒng)。

已有一項球床堆燃料元件減速的發(fā)明(ZL?02805719.8)，這種減速系統(tǒng)在位于反應(yīng)堆壓 力容器內(nèi)燃料元件輸送管的排出端引入與燃料元件運動方向相返的逆向氣流，高速運行的燃 料元件在逆向氣流的作用下速度降低至安全值以下。該發(fā)明的不足為：這種減速系統(tǒng)安裝在 反應(yīng)堆壓力殼內(nèi)部，為此，多條逆向氣流引入和輸出管線需穿過堆芯壓力殼邊界，這就增加 了管路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜性以及設(shè)備維修的難度。另外，這種減速系統(tǒng)不能實現(xiàn)燃料元件運行速 度的檢測，燃料元件出口速度的調(diào)節(jié)具有不確定性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的為：克服已有技術(shù)的不足，提出一種在堆芯壓力容器外部進(jìn)行燃料元件減 速的方法及相應(yīng)的系統(tǒng)，該方法使得燃料元件通過此系統(tǒng)后獲得較大減速、減速程度可調(diào)、 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制邏輯簡單，能夠保證燃料元件高可靠、高安全輸送。

本發(fā)明的特征在于提出了一種球床反應(yīng)堆燃料元件氣力輸送減速的方法，該減速方法包 括：

燃料元件在主提升氣流的作用下沿著壓力容器外部的氣力輸送管線，從底部向頂部運行， 在進(jìn)入壓力容器前從主提升氣流中引出部分分氣流，燃料元件氣力輸送管中仍保留部分分流 后的主提升氣流，并且其輸送方向同燃料元件運行方向一致；燃料元件運行至壓力容器之前， 分流后的主氣流被全部引出燃料元件輸送管，燃料元件依靠重力進(jìn)入壓力容器；

燃料元件從主提升氣流區(qū)進(jìn)入分流后的主提升氣流區(qū)時瞬間失去氣動推力，并通過彎管 管道內(nèi)壁減速作用使得燃料元件進(jìn)入堆芯或其它壓力容器前將速度降到設(shè)計安全值以下。

通過控制從主提升氣流引出的分氣流流量，達(dá)到改變?nèi)剂显斔凸苈分蟹至骱蟮闹魈? 升氣流平均流速的目的，并且使其調(diào)整在小于燃料元件的運行速度、大于燃料元件在管路中 的懸浮速度的范圍以內(nèi)，并接近燃料元件輸送的懸浮速度。此分流后的主提升氣流用以保證 燃料元件能夠獲得通過輸送管道的動力。

本發(fā)明的特征還在于，依據(jù)以上提出的分流減速原理設(shè)計了一種球床堆燃料元件氣力輸 送旁通分流減速系統(tǒng)，該減速系統(tǒng)，沿著燃料元件運動方向依次安裝的設(shè)備或元件包括：入 口過球測速器1、前端氣體分離器2、終端氣體分離5、出口過球測速器4，以上設(shè)備或元件 包括連接管道，構(gòu)成減速系統(tǒng)燃料元件輸送及主提升氣流通道20；減速系統(tǒng)中入口過球測速 器1靠近燃料元件及主氣流入口端19；出口過球測速器4靠近減速系統(tǒng)出口端13，并與壓力 容器進(jìn)料緩沖管11連接，壓力容器進(jìn)料緩沖管11穿過壓力容器12的邊界；前端氣體分離器 2和終端氣體分離器5引出兩氣體支路；前端氣體分離器2引出的氣體支路上設(shè)置了分氣流 調(diào)節(jié)閥9、分氣流流量計8，終端氣體分離器5引出的氣體支路上設(shè)置了主氣流調(diào)節(jié)閥6、主 氣流流量計7；

入口過球測速器1和出口過球測速器4分別用于測量燃料元件進(jìn)入和離開減速系統(tǒng)時的 速度，前端氣體分離器2和終端氣體分離器5用于從燃料元件輸送管中引出氣流；主氣流調(diào) 節(jié)閥6和分氣流調(diào)節(jié)閥9用于氣流管中的流量調(diào)節(jié)；主氣流流量計7和分氣流流量計8用于 測量氣路中氣流的流量；

主氣流調(diào)節(jié)閥6和分氣流調(diào)節(jié)閥9的開度大小控制減速系統(tǒng)燃料元件輸送管中分流后的 主氣流平均速度以及分量流量的大小，進(jìn)而改變?nèi)剂显跍p速系統(tǒng)中的運行狀態(tài)，調(diào)節(jié)出 口13運行速度。

前端氣體分離器2和終端氣體分離5之間設(shè)置減速彎管3，增加燃料元件的制動阻力。

前端氣體分離器2和終端氣體分離器5引出兩氣體支路在接口17匯合后進(jìn)入氣流回流 管。