应用于气冷反应堆的吸收球第二停堆系统技术方案

本发明专利技术公开了属于核反应堆安全技术领域一种应用于气冷反应堆的吸收球第二停堆系统。包括落球驱动机构和气力输送返球装置两部分。在需要紧急停堆时，吸收球系统运行，落球机构动作，通过丝杠、阀杆的传动，阀头被提起，使贮存在贮球罐中的大量碳化硼吸收球依靠重力下落，进入堆芯侧反射层，实现安全停堆。在重新开堆前，落球机构反向运行，带动阀头关闭，气力输送以反应堆冷却气体为工作介质，经罗茨风机的抽吸作用，气流流经堆芯底部的送料器、携带一定数量的吸收球进入输球管，吸收球随着气流流动向上提升，返回贮球罐。它是一种新的落球、输球系统，具有结构简单、运行可靠、输球效率高，可重复使用。本发明专利技术还可推广应用于形状规则的物料颗粒气力输送系统上。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】应用于气冷反应堆的吸收球第二停堆系统的制作方法
本专利技术属于核反应堆安全
，特别涉及落球传动机构和吸收球气力输送技术的一种应用于气冷反应堆的吸收球第二停堆系统。 技术背景本专利技术涉及的吸收球停堆装置是为清华大学建造的10MW高温气冷实验堆研制的第二停堆系统。当控制棒失效时，碳化硼中子吸收球落入堆芯反射层的吸收球专设孔道内，实现紧急停堆；反应堆再次临界前，利用气力输送装置将在紧急停堆时已进入堆芯反射层孔道内的碳化硼吸收球送回到位于堆顶的贮球罐内，是实现正常开堆或反应堆再临界的必要前提。 在高温气冷堆的发展历史上，已有几种形式的第二停堆系统得到应用；在美国桃花谷(Peach Bottom)反应堆的上反射层内，设置了挂有吸收棒的安全保险丝，当温度超过设定值时，保险丝熔化，吸收棒落入堆芯。在美国圣·符伦堡(Fort St.Vrain)堆中，直径12.6mm的碳化硼吸收球可以通过圆柱型管道进入堆芯。在德国钍高温气冷球床堆(THTR-300)上试验了将直径只有燃料球若干分之一的碳化硼小球撒进堆芯的方法，小球穿进球床形成一定的分布，可以作为异常情况下(如地震)的停堆手段。以上几种停堆方式均将中子吸收材料直接投入到堆芯核燃料区，不便于中子吸收材料的分离、再利用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供传动链较短、结构简单、易于加工制造、整机运行稳定可靠的一种应用于气冷反应堆的吸收球第二停堆系统，所述吸收球第二停堆系统主要由落球装置和气力输送装置两大部分组成。其特征在于所述落球装置主要由三相电动机1、多功能套筒2、丝杠3、贮球罐4、球位探针5、旋风分离器6、吸收球7、阀头8、反射层通道9、以及阀杆、行程开关从上至下连接而成，用于当控制棒全部失效时，它能将碳化硼中子吸收球落入堆芯反射层相应的孔道内，实现紧急停堆；其吸收球系统贮球罐4位于反应堆压力壳内的上部，其壳体起贮存吸收球7的作用，其落球机构起机械传动作用，在吸收球系统运行时，落球机构动作，阀头8开启，使贮存在贮球罐4中的几十万个小直径的碳化硼吸收球7依靠重力下落，实现安全停堆；所述的气力输送装置主要由贮球罐4、球位探针5、旋风分离器6、诱导式供料器10、输球气体阀11、罗茨风机12、气体入口管路13、旁路气体管路14、旁路气体阀15、气体入口截止阀16、输球气体管17以及调频电源、承压罐零部件依次连接组成，用于在重新开堆时，落球机构带动阀头关闭，使吸收球在气力输送的作用下返回贮球罐，从而实现顺利开堆。 本专利技术的有益效果是1.当反应堆的控制棒全部失效时，落球装置能将碳化硼中子吸收球落入堆芯反射层相应的孔道内，实现紧急停堆，其吸收球是投入反射层孔道内而非堆芯，使该系统能重复使用；2.当反应堆再次临界之前，利用气力输送装置将吸收球输送回到位于堆顶的贮球罐内，从而实现顺利开堆，使得该系统具有工作稳定、结构简单易行、能动部件少等特点。3.提供了一种传动链较短、结构简单、易于加工制造、整机运行稳定可靠的吸收球停堆系统，为反应堆事故工况下的安全停堆提供更可靠的手段。 附图说明 图1为吸收球第二停堆系统示意图。 具体实施方式 下面结合附图对本专利技术作进一步的详细说明。 本专利技术所提供的是应用于气冷反应堆的吸收球第二停堆系统。图1所示该停堆系统主要由落球装置和气力输送装置两大部分组成。其落球装置由三相电动机1、多功能套筒2、丝杠3、行程开关连接成转动机构，伸入贮球罐4内，球位探针5、旋风分离器6分别固定在丝杠3外套筒外面，吸收球7堆积于贮球罐4内，阀头8固定在贮球罐4内下端口与丝杠3连接的阀杆上，反射层通道9由阀杆与阀头8连接。气力输送装置的贮球罐4通过输球气体管路17将诱导式供料器10、输球气体阀11、反射层吸收球孔道9连接成回路，罗茨风机12分别与气体入口管路13、旁路气体管路14、输球气体阀11、旁路气体阀15及气体入口截止阀16连接后和调频电源、承压罐连接；气体入口截止阀16还与贮球罐4接通。 在控制棒第一停堆系统发生故障而不能落棒从而实现安全停堆时，或控制棒系统需要维修的时候，利用手动或由反应堆保护信号自动投入吸收球第二停堆系统。由三相电动机1驱动多功能套筒2和丝杠3，将电机的转动转变为阀头8的垂直直线运动，进而带动阀头、阀杆组件按给定的信号运动，实现阀头8的开启，这时贮存在位于堆芯上部压力壳内部的贮球罐4内的碳化硼吸收球7靠重力落入堆芯反射层吸收球孔道9内，使反应堆由热态最终达到冷态次临界状态，从而实现安全停堆。吸收球停堆装置依靠吸收球的重力下落来实现停堆功能，吸收球的直径只有5mm，对于堆芯侧反射层孔道的准直度要求不高，可以全部顺利落入反射层孔道内，提供足够的负反应性使堆内热中子裂变反应中止，确保了反应堆的安全性。 三相交流电机直接拖动落球传动机构的双头丝杠，丝杠螺母上端与双头丝杠连接，下端挂提阀杆一阀头。为落球时不会“搭桥”受阻，丝杠螺母的上提距离为64mm。在丝杠螺母旁边相关的位置上装了上、下两个限位行程开关，作为丝杠螺母的超位保护，控制电机的停转。行程开关要求定位正确，确保电机转、停准时。球位探针5由金属材料制成，指示贮球罐4内的碳化硼吸收球7的存储状况。碳化硼吸收球为导电体，如果贮球罐内的吸收球堆积到一定高度，则两只球位探针电路导通，表示罐内有碳化硼球；如果两只球位探针电路未导通，则表示罐内无球。 在重新开堆之前，采用气力输送碳化硼吸收球则具有启动快、工作稳定可靠、能动部件少、结构简单的特点。高温堆吸收球停堆系统的气力输送介质为氦气，输送对象为一定含量的碳化硼的石墨球，密度为1900kg/m3，数量为27万个。以罗茨风机12为动力源，氦气/碳化硼吸收球(直径为5mm)两相流先后经过的管道和器件有位于压力壳内的诱导式供料器10、垂直输球管路17、90°弯头、水平管道和旋风分离器6。大量的吸收球在流道中呈均匀分散的悬浮流动状态，靠气力推动而向上运动。经旋风分离器6后，碳化硼吸收球落7入贮球罐4内，纯氦气经气体入口管路13、弯头、气体入口截止阀16返回罗茨风机12，再由罗茨风机经承压罐、管路、弯头、输球气体阀11输送至压力壳内，从而构成闭合回路。罗茨风机12、隔离阀组(输球气体阀11、旁路气体阀15、气体入口截止阀16)均位于反应堆压力壳外面，便于维护检修。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于气冷反应堆的吸收球第二停堆系统，所述吸收球第二停堆系统主要由落球装置和气力输送装置两大部分组成，其特征在于：所述落球装置主要由三相电动机（１）、多功能套筒（２）、丝杠（３）、贮球罐（４）、球位探针（５）、旋风分离器（６）、吸收 球（７）、阀头（８）、反射层通道（９）、以及阀杆、行程开关从上至下连接而成，用于当控制棒全部失效时，它能将碳化硼中子吸收球落入堆芯反射层相应的孔道内，实现紧急停堆；其吸收球系统贮球罐（４）位于反应堆压力壳内的上部，其壳体起贮存吸收球（７）的作用，其落球机构起机械传动作用，在吸收球系统运行时，落球机构动作，阀头（８）开启，使贮存在贮球罐（４）中的几十万个小直径的碳化硼吸收球（７）依靠重力下落，实现安全停堆；所述的气力输送装置主要由贮球罐（４）、球位探针（５）、旋风分离器（６ ）、诱导式供料器（１０）、输球气体阀（１１）、罗茨风机（１２）、气体入口管路（１３）、旁路气体管路（１４）、旁路气体阀（１５）、气体入口截止阀（１６）、输球气体管（１７）以及调频电源、承压罐零部件依次连接组成，用于在重新开堆时，落球机构带动阀头关闭，使吸收球在气力输送的作用下返回贮球罐，从而实现顺利开堆。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种应用于气冷反应堆的吸收球第二停堆系统，所述吸收球第二停堆系统主要由落球装置和气力输送装置两大部分组成，其特征在于所述落球装置主要由三相电动机(1)、多功能套筒(2)、丝杠(3)、贮球罐(4)、球位探针(5)、旋风分离器(6)、吸收球(7)、阀头(8)、反射层通道(9)、以及阀杆、行程开关从上至下连接而成，用于当控制棒全部失效时，它能将碳化硼中子吸收球落入堆芯反射层相应的孔道内，实现紧急停堆；其吸收球系统贮球罐(4)位于反应堆压力壳内的上部，其壳体起贮存吸收球(7)的作用，其落球机构起机械传动作用，...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴宗鑫，周惠忠，黄志勇，刁兴中，吴元强，程云升，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]