一种用于热核聚变固态球床颗粒输运的加速泵制造技术

本发明专利技术公开了一种用于热核聚变固态球床颗粒输运的加速泵，包括：泵的主体、端面、速度调节室、螺旋叶片的开孔设计、泵体的氦气管道设计。其中，所述泵的主体包括：颗粒流进口、颗粒流出口、盖板面、转动电机、氦气进口和螺旋叶片；所述的螺旋叶片采用开孔设计且具备抗磁性，通入的氦气从设计的通气小孔进入泵内，高速流动的氦气将颗粒小球吹入轮毂面，颗粒将获得更大的加速半径，能够被更好的加速，同时防止颗粒的堵塞。速度调节室的反向通气设计，可以给颗粒减速，离开速度调节室的颗粒速度下降而流量不变，则流出调节室的颗粒填充因子将提高。

【技术实现步骤摘要】
一种用于热核聚变固态球床颗粒输运的加速泵
本专利技术涉及热核聚变堆包层
，尤其涉及一种用于热核聚变固态球床颗粒输运的加速泵。
技术介绍
现有的CFETR包层方案采取固态球床形式进行氚增殖以及中子倍增，由于颗粒系统内颗粒间的接触处于亚稳定状态，因而来自外界的各种形式的扰动很容易使颗粒产生运动从而改变颗粒材料的整体状态，进而改变系统的其它性质。而最新论文指出在一定条件下颗粒材料的带热能力不亚于水以及活细胞，在CFETR的工程设计方案主要采用水冷和氦气两种包层方案，未来的聚变堆包层颗粒流的冷却方案将有可能成为一项重要选项。而聚变堆包层目前的氚增殖剂以及中子倍增剂就是采用颗粒球床的方式，基于现有的模拟发现是否可以综合考虑，二者合一构建一个颗粒流包层方案成为未来聚变堆的一项关键技术。颗粒流动力学中有非常多的前沿课题亟待解决，其中突出的有描述多颗粒相互作用和非规则形状颗粒的新理论模型和方法研究；颗粒从慢流到快流转变的机理研究；不同颗粒的混合和偏析的试验和机理研究；振动颗粒材料中的表面波和内部输运的试验和理论研究等等。近来，人们还在试验中发现了颗粒流和颗粒材料行为的许多复杂现象，例如流动中的分层、微结构和混沌等。由于聚变堆包层要实现氚增殖以及中子倍增，对颗粒球床的填充率要求极高，在形成稳定颗粒流回路的同时如何保证颗粒的填充率达到较高的水平是亟待研究的课题。为了进一步在实验中探究颗粒流流动的相关性质，及实现将颗粒流送入热核聚变球床，并使颗粒流形成稳定运动的回路并到达合适的填充率，对颗粒流泵提出了很高的要求，而现有的泵并不能满足输运离散的颗粒的基本要求。目前在ADS(加速器驱动的次临界堆)利用自重力循环进行颗粒输运来实现靶散热的预研，还没有进行针对性泵的设计，且ADS和聚变堆对颗粒的要求不同，而由于颗粒流的独特运动性质，普通的泵体无法满足颗粒流输运的需求，因此针对颗粒流在聚变堆的性质，需要设计有其特点的泵。此泵有别于其它泵的特点有三点：1、具有抗磁性；2具有对颗粒防止堵塞的功能；3、出口能够有效提高颗粒的填充因子。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于热核聚变固态球床颗粒输运的加速泵，作为对热核聚变领域及其他需要对颗粒流进行输运的领域的一个补充。本专利技术主要解决如下三个技术问题：1)如何避免颗粒流在泵体内堵塞；2)如何减少颗粒流颗粒对泵体扇叶的损伤；3)如何提高输出颗粒流的填充率。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种用于热核聚变固态球床颗粒输运的加速泵，包括颗粒流入口1、颗粒流出口2、盖板面3、颗粒流出口管道4、氦气通气口5、转动电机6、速度调节室7、调节室颗粒流进口8、调节室颗粒流出口9、反向通气口10、螺旋叶片和外壳；颗粒由颗粒流入口1进入泵体，在泵体中被螺旋叶片加速，高速的颗粒从颗粒流出口2离开泵体，颗粒通过泵体内管道的输运，进入速度调节室7，速度调节室7有四个反向通气口，通入氦气能够控制颗粒流速，出口降低流速，从而提高颗粒的填充因子；该泵的螺旋叶片包括：轮毂端面11、轮缘面12、叶轮吸力面13、气孔开孔面14、叶轮压力面15、轮毂面16和螺旋式泵叶17；颗粒进入泵体后，由叶轮吸力面13的螺旋作用吸入泵体的离心段，离心段旋转半径大，颗粒可以被有效的加速，同时通过气孔开孔面14向泵内通入氦气，将颗粒吹向叶轮吸力面13，可以有效避免颗粒聚集在轮毂面16，既可以避免颗粒的堵塞，又可以使颗粒被叶轮吸力面13所加速；该泵的外壳形状包括颗粒流入口1、盖板面3、颗粒流出口管道4、泵体进气管道18、蜗壳端面19、口环端面20；从泵体进气管道通入氦气，氦气从轮毂面的气体开孔处进入泵体内部。进一步地，泵体采用反向氦气通气设计，通过该设计，氦气不仅能够在聚变反应堆中对增殖的氚进行吹扫，氦气能够控制颗粒流的关键参数。进一步地，螺旋扇叶的轮毂面采用密集开孔通气面设计，由泵体进气管道通入的氦气从开孔面进入，由开孔面进入的氦气可以避免小颗粒堆积在轮毂面造成堵塞，控制通入氦气的压力，压力可以将颗粒吹向叶轮压力面，使颗粒的加速半径变大，从而泵体可以有更好的加速效果。进一步地，速度调节室的设计，一般的泵体在颗粒泵后便进入管道进行输运，但在核反应堆中，颗粒小球的填充因子对反应堆的平稳运行有着重要的影响，在颗粒离开泵体之后利用速度调节室，通过向颗粒运行方向反向通气，使得颗粒离开速度调节室后速度有所下降，进入速度调节室的颗粒速度大于离开调节室的颗粒速度，颗粒的速度下降而流量不变，因此颗粒的填充率上升。由本专利技术提供的技术方案可以看出，总体设计采用螺旋离心泵设计方案，采用特殊的三维螺旋叶片，该螺旋叶片具有抗磁性；同时在轮毂面上开密集的小孔，并通入适量的氦气形成一层气膜，减小颗粒流粒子与轮毂面的摩擦，由此达到减小堵塞的效果来提高内侧粒子的运动速率以避免堵塞；在泵外增加速率调节室用以将填充率调节至实用范围；速率调节器的设计采用反向通入氦气的设计，减小前端粒子的速率，提高颗粒流的填充率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。图1为本专利技术实施例提供用于热核聚变固态球床颗粒输运的加速泵的泵体外观示意图；图2为本专利技术实施例提供用于热核聚变固态球床颗粒输运的加速泵的速率调节室的示意图；图3为本专利技术实施例提供用于热核聚变固态球床颗粒输运的加速泵的三维螺旋叶片的结构示意图；图4为本专利技术实施例提供用于热核聚变固态球床颗粒输运的加速泵的泵体外壳示意图。图中，1为颗粒流入口；2为颗粒流出口；3为盖板面；4为颗粒流出口管道；5为氦气通气口；6为转动电机；7为速度调节室；8为颗粒流进口；9为颗粒流出口；10为反向通气口；11为轮毂端面；12为轮缘面；13为叶轮吸力面；14为气孔开孔面；15为叶轮压力面；16为轮毂面；17为螺旋式泵叶；18为泵体进气管道；19为蜗壳端面；20为口环端面。具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。实施例如图1-2所示，该泵的主体设计包括：颗粒流入口1、颗粒流出口2、盖板面3、颗粒流出口管道4、氦气通气口5、转动电机6、速度调节室7、颗粒流进口8、颗粒流出口9、反向通气口10。颗粒由颗粒流入口1进入泵体，在泵体中被螺旋叶片加速，高速的颗粒从颗粒流出口2离开泵体，颗粒经过颗粒流出口管道4的输运，进入速度调节室7，速度调节室7设计有四个反向通气口10，通入氦气是颗粒流适当减速，从而来提高颗粒的填充率。如图3所示，该泵的三维螺旋叶片设计：轮毂端面11、轮缘面12、叶轮吸力本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于热核聚变固态球床颗粒输运的加速泵，其特征在于，包括颗粒流入口(1)、颗粒流出口(2)、盖板面(3)、颗粒流出口管道(4)、氦气通气口(5)、转动电机(6)、速度调节室(7)、调节室颗粒流进口(8)、调节室颗粒流出口(9)、反向通气口(10)、螺旋叶片和外壳；颗粒由颗粒流入口(1)进入泵体，在泵体中被螺旋叶片加速，高速的颗粒从颗粒流出口(2)离开泵体，颗粒通过泵体内管道的输运，进入速度调节室(7)，速度调节室(7)有四个反向通气口，通入氦气能够控制颗粒流速，出口降低流速，从而提高颗粒的填充因子；/n该泵的螺旋叶片包括：轮毂端面(11)、轮缘面(12)、叶轮吸力面(13)、气孔开孔面(14)、叶轮压力面(15)、轮毂面(16)和螺旋式泵叶(17)；颗粒进入泵体后，由叶轮吸力面(13)的螺旋作用吸入泵体的离心段，离心段旋转半径大，颗粒可以被有效的加速，同时通过气孔开孔面(14)向泵内通入氦气，将颗粒吹向叶轮吸力面(13)，可以有效避免颗粒聚集在轮毂面(16)，既可以避免颗粒的堵塞，又可以使颗粒被叶轮吸力面(13)所加速；/n该泵的外壳形状包括颗粒流入口(1)、盖板面(3)、颗粒流出口管道(4)、泵体进气管道(18)、蜗壳端面(19)、口环端面(20)；从泵体进气管道通入氦气，氦气从轮毂面的气体开孔处进入泵体内部。/n...

【技术特征摘要】
1.一种用于热核聚变固态球床颗粒输运的加速泵，其特征在于，包括颗粒流入口(1)、颗粒流出口(2)、盖板面(3)、颗粒流出口管道(4)、氦气通气口(5)、转动电机(6)、速度调节室(7)、调节室颗粒流进口(8)、调节室颗粒流出口(9)、反向通气口(10)、螺旋叶片和外壳；颗粒由颗粒流入口(1)进入泵体，在泵体中被螺旋叶片加速，高速的颗粒从颗粒流出口(2)离开泵体，颗粒通过泵体内管道的输运，进入速度调节室(7)，速度调节室(7)有四个反向通气口，通入氦气能够控制颗粒流速，出口降低流速，从而提高颗粒的填充因子；
该泵的螺旋叶片包括：轮毂端面(11)、轮缘面(12)、叶轮吸力面(13)、气孔开孔面(14)、叶轮压力面(15)、轮毂面(16)和螺旋式泵叶(17)；颗粒进入泵体后，由叶轮吸力面(13)的螺旋作用吸入泵体的离心段，离心段旋转半径大，颗粒可以被有效的加速，同时通过气孔开孔面(14)向泵内通入氦气，将颗粒吹向叶轮吸力面(13)，可以有效避免颗粒聚集在轮毂面(16)，既可以避免颗粒的堵塞，又可以使颗粒被叶轮吸力面(13)所加速；
该泵的外壳形状包括颗粒流入口(1)、盖板面(3)、颗粒流出口管道(4)、泵体进气管道(18)、蜗壳端面...

【专利技术属性】
技术研发人员：李远杰，刘显科，苏圣越，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34