一种碎球分离装置的制作方法

本实用新型涉及核反应堆设备技术领域，更具体地说，涉及一种碎球分离装置。

背景技术：

碎球分离装置是高温气冷堆关键系统中燃料装卸设备的重要部件，它的功能是从堆芯卸出的燃料球中分选出燃料球的碎片和破损的燃料球，以便提高输送效率和输送的稳定性，同时减少因元件破损造成的一回路冷却剂放射性升高的可能。因为燃料装卸系统要实现在不停堆的情况下连续地进行燃料循环和装卸，因此碎球分离装置的有效性显得至关重要。

以往碎球分离装置的辊筒结构多数是在辊筒上仅设置螺旋齿或在螺旋齿上镶嵌改向齿或其他干扰物。对于仅设置螺旋齿的结构，大多采用直齿式螺旋齿条，但因为燃料球是石墨球，与直齿、改向齿或干扰物碰撞会造成燃料球的表面磕伤，产生碎屑，同时还会造成设备的振动。而且碰撞对燃料球的运动方向改变是不可控的，不能保证球体所有圆周方向的表面都能够被规板与辊筒的间距筛选出来，这就大大降低了不合格球的检出率。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种碎球分离装置，该碎球分离装置的结构设计可以有效地防止碰撞燃料球导致燃料球的表面磕伤，不产生振动，避免了产生碎屑的情况。

为了达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种碎球分离装置，包括：

分离筒；

辊筒，所述辊筒转动地设置于所述分离筒内，且所述辊筒的外表面设置有v型槽，所述v型槽在所述辊筒外表面呈螺旋状延伸且所述v型槽的两侧槽壁为光滑的曲面；

检测规板，所述检测规板设置于所述分离筒内且与所述分离筒的筒壁固定连接，所述辊筒转动过程中，置于所述v型槽内整球能够始终与所述检测规板点接触；

废料收集漏斗和废料出管，所述废料收集漏斗设置于所述辊筒下方，所述废料出管与所述废料收集漏斗的出口连通；

进料管和整球出管，所述进料管和所述整球出管均与所述分离筒筒壁固定连接，且所述进料管的出口与所述辊筒的进料端相对，所述整球出管与所述辊筒的出料端相对；

驱动组件，用于驱动所述辊筒转动。

可选地，整球置于所述v型槽内后，过v型槽内整球的球心及辊筒轴线的平面为第一平面，沿所述第一平面剖切辊筒得到v型槽的截面，所述v型槽的截面最靠近辊筒轴线的点为a点，上述整球与v型槽两侧槽壁的接触点分别为点b1和点b2，上述整球的球心为o点，垂直于辊筒轴线且过o点的直线为第一直线，直线oa与第一直线的夹角为α，该α角的最大值为m；

从所述v型槽的入口端至出口端，所述α角在m与-m之间往复周期性渐变；或者，从所述v型槽的入口端至出口端，所述α角在m与-m之间渐变。

可选地，其中，

过v型槽的入口端且垂直于辊筒轴线的面为主轴端面，z为上述整球球心与主轴端面的距离；z为v型槽的螺距；k为整数；m为α的最大幅度。

可选地，所述检测规板与上述整球的接触点为p点，且直线op与辊筒的轴线垂直；

当所述辊筒水平放置时，所述直线op沿水平方向。

可选地，假设α角数值不变，辊筒转动过程中，上述整球沿v型槽滚动且无相对滑动时，其滚动轴与上述整球球面的交点为q点和q¹点，p点和q点位于同一半球上，直线op垂直于直线oq。

可选地，假设α角数值不变，v型槽两侧槽壁之间的夹角为直角，辊筒转动过程中，上述整球沿v型槽滚动且无相对滑动时，其滚动轴与上述整球球面的交点为q点和q¹点，p点和q点位于同一半球上，直线oq与直线oa之间的夹角为β；

其中，h为上述整球球心距辊筒轴线的距离；r为整球的半径。

可选地，假设α角数值不变，v型槽两侧槽壁之间的夹角为直角，辊筒转动过程中，上述整球沿v型槽滚动且无相对滑动时，其滚动轴与上述整球球面的交点为q点和q¹点，p点和q点位于同一半球上，直线oq与直线oa之间的夹角为β；

其中，h为上述整球球心距辊筒轴线的距离；r为整球的半径。

可选地，点a、b1和b2在圆柱坐标下的坐标如下，上述圆柱坐标以过v型槽入口端且垂直于辊筒轴线的面与辊筒轴线的交点为原点，以辊筒轴线为基准轴；

其中，过v型槽的入口端且垂直于辊筒轴线的面为主轴端面，z为上述整球球心与主轴端面的距离；h为上述整球球心距辊筒轴线的距离；r为整球的半径；h1为b1点距辊筒轴线的距离；h2为b2点距辊筒轴线的距离。

可选地，还包括设置于所述分离筒内且与所述分离筒的筒壁固定连接的挡板，所述挡板位于所述辊筒的上方，且所述辊筒转动过程中，置于所述v型槽内整球能够始终与所述挡板点接触。

可选地，所述分离筒的两端端壁为屏蔽板。

应用该实用新型提供的碎球分离装置时，驱动组件驱动辊筒转动，待检测的燃料球经进料管移动至辊筒的入料端v型槽内。辊筒转动过程中，由于摩擦力的作用，合格的燃料球能够在v型槽内滚动并沿着v型槽逐渐从辊筒的进料端整体平移至辊筒的出料端，最终从整球出管排出。该处需要说明的是，辊筒转动过程中，合格的燃料球整体沿着平行于辊筒轴线的方向从辊筒的进料端平移至辊筒的出料端，且在平移的过程中燃料球在v型槽内不断滚动。燃料球球体在v型槽内内滚动时，球心距辊筒轴线的距离为一定值，球心仅随球体从入料端平移至出料端。辊筒转动过程中，不合格的燃料球或碎屑从检测规板与辊筒之间的间隙内掉落，落进废料收集漏斗内的不合格的燃料球或碎屑进而经废料出管排出，最终筛选出不合格的燃料球或碎屑。

上述过程中，球体在v型槽内上滚动，从入料口到出料口运输过程中，都能保持平稳运行，无振动和撞击，相对于螺旋形轨道上带突起的改向齿或其它干扰物的结构，避免了改向齿或干扰物对球的撞击，大大减少了对球的磕伤，减少了由于磕碰产生的碎屑以及减小了设备的振动。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。

图1为本实用新型实施例提供的碎球分离装置的剖视图；

图2为图1中整球与v型槽的位置关系；

图3是图1中燃料球转动轴和检测规板接触点的示意图。

在图1-3中：

1-主轴、2-锁紧螺母、3-轴承、4-屏蔽板、5-挡板、6-进料管、7-检测规板、8-整球、9-废料收集漏斗、10-废料出管、11-辊筒、12-整球出管、13-分离筒。

具体实施方式

如现有技术所述，以往碎球分离装置的辊筒结构多数是在辊筒上仅设置螺旋齿或在螺旋齿上镶嵌改向齿或其它干扰物。对于仅设置螺旋齿的结构，该结构大多采用直齿式螺旋齿条，燃料球从入球口至出球口的推进过程中，将在螺旋齿条和检测规板7之间形成的轨道槽内进行滚动，其滚动方向是绕燃料球平行于转动轴的球体轴线方向，相对于检测规板7，只有垂直于规板的球体圆周能够被检测，球体其它方向的缺陷会出现漏检。为了解决这一问题，有人设置螺旋齿条或在螺旋齿条上镶嵌改向齿或其它干扰物的结构，如原子能科学技术第37卷第4期10mw高温气冷堆燃料元件装卸系统研制。对于该结构，燃料球从入球口至出球口的推进过程中，将在螺旋轨道内进行滚动，由于轨道槽内设置改向齿或其它干扰物，燃料球在碰撞到干扰物后其滚动方向将发生变化，相对于检测规板7，会有不同圆周方向的球面能够被检测，提高了分选的准确率。但因为燃料球是石墨球，与改向齿或干扰物碰撞会造成燃料球的表面磕伤，产生碎屑，同时还会造成设备的振动。而且碰撞对燃料球的运动方向改变是不可控的，不能保证球体所有圆周方向的表面都能够被规板与辊筒11的间距筛选出来，这就大大降低了不合格球的检出率。

基于此，本实用新型的目的在于提供一种碎球分离装置，该碎球分离装置的结构设计可以有效地防止碰撞燃料球导致燃料球的表面磕伤，不产生振动，避免了产生碎屑的情况。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”和“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的位置或元件必须具有特定方位、以特定的方位构成和操作，因此不能理解为本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

请参阅图1-图3，本实用新型实施例提供的碎球分离装置主要用于分选出燃料球的碎片和破损的燃料球。当然，该碎球分离装置还可以用于分选出其它材质的破碎的球或碎片，可以应用于任何技术领域，在此不作限定。以下各个实施例以燃料球为例进行说明。

上述碎球分离装置包括分离筒13、辊筒11、检测规板7、废料收集漏斗9、废料出管10、进料管6、整球出管12以及驱动组件。

其中，辊筒11转动地设置于分离筒13内，即辊筒11与分离筒13能够相对转动。辊筒11的外表面设置有v型槽，v型槽在辊筒11外表面呈螺旋状延伸。沿着垂直于辊筒11轴线的平面剖切v型槽，得到的截面为v型。v型槽的长度方向沿着螺旋线延伸，上述螺旋线的轴线与辊筒11的轴线重合。v型槽整体呈螺旋状且围绕辊筒11的外表面延伸。

v型槽的两侧槽壁为光滑的曲面。整球8置于v型槽内后，整球8的球面与两侧槽壁均为点接触。

检测规板7设置于分离筒13内，并且检测规板7与分离筒13的筒壁固定连接。检测规板7的长度方向与辊筒11的轴向方向相互平行。辊筒11转动过程中，置于v型槽内整球8能够始终与检测规板7点接触。辊筒11转动过程中，不合格的燃料球或碎屑从检测规板7与辊筒11之间的间隙内掉落。辊筒11转动过程中，合格的燃料球能够在v型槽内滚动并沿着v型槽逐渐从辊筒11的进料端移动至辊筒11的出料端。

检测规板7距辊筒11轴线的距离或检测规板7距辊筒11表面的距离可以根据实际需求进行设定。检测规板7可以与分离筒13的一端端壁固定连接，在此不作限定。

废料收集漏斗9位于分离筒13内，且废料收集漏斗9设置于辊筒11下方，不合格的燃料球或碎屑从检测规板7与辊筒11之间的间隙内掉落至废料收集漏斗9。废料出管10与废料收集漏斗9的出口连通，落进废料收集漏斗9内的不合格的燃料球或碎屑进而经废料出管10排出。废料出管10可以贯穿分离筒13的筒壁，在此不作限定。

进料管6和整球出管12均与分离筒13筒壁固定连接。进料管6的出口与辊筒11的进料端相对，整球出管12与辊筒11的出料端相对。从进料管6进入的燃料球直接进入辊筒11的进料端的v型槽内。合格的燃料球沿着v型槽逐渐从辊筒11的进料端移动至辊筒11的出料端后从整球出管12排出。

进料管6和整球出管12可以均贯穿分离筒13的筒壁，在此不作限定。

进料管6可以位于辊筒11的上方，整球出管12可以位于辊筒11的下方，如此利用燃料球的重力使其落至或离开v型槽内。当然，进料管6和整球出管12也可以设置在其它位置，在此不作限定。

驱动组件用于驱动辊筒11转动。驱动组件可以为电机、旋转气缸、涡轮蜗杆组件等，在此不作限定。其中，电机可以为伺服电机或者步进电机，在此不作限定。

应用该实用新型提供的碎球分离装置时，驱动组件驱动辊筒11转动，待检测的燃料球经进料管6移动至辊筒11的入料端v型槽内。辊筒11转动过程中，由于摩擦力的作用，合格的燃料球能够在v型槽内滚动并沿着v型槽逐渐从辊筒11的进料端整体平移至辊筒11的出料端，最终从整球出管12排出。该处需要说明的是，辊筒11转动过程中，合格的燃料球整体沿着平行于辊筒11轴线的方向从辊筒11的进料端平移至辊筒11的出料端，且在平移的过程中燃料球在v型槽内不断滚动。燃料球球体在v型槽内内滚动时，球心距辊筒11轴线的距离为一定值，球心仅随球体从入料端平移至出料端。辊筒11转动过程中，不合格的燃料球或碎屑从检测规板7与辊筒11之间的间隙内掉落，落进废料收集漏斗9内的不合格的燃料球或碎屑进而经废料出管10排出，最终筛选出不合格的燃料球或碎屑。

上述过程中，球体在v型槽内上滚动，从入料口到出料口运输过程中，都能保持平稳运行，无振动和撞击，相对于螺旋形轨道上带突起的改向齿或其它干扰物的结构，避免了改向齿或干扰物对球的撞击，大大减少了对球的磕伤，减少了由于磕碰产生的碎屑以及减小了设备的振动。

如图2所示，整球8置于v型槽内后，过v型槽内的上述整球8的球心及辊筒11轴线的平面为第一平面，沿第一平面剖切辊筒11得到v型槽的截面，得到的上述v型槽的截面最靠近辊筒11轴线的点为a点，换言之，v型槽底与上述第一平面的交点为a点。

上述整球8与v型槽两侧槽壁的接触点分别为点b1和点b2，该处需要说明的是，点b1和点b2均位于第一平面上。

上述整球8的球心为o点，垂直于辊筒11轴线且过o点的直线为第一直线，该处需要说明的是，第一直线也位于第一平面上。直线oa与第一直线的夹角为α，该α角的最大值为m。从v型槽的入口端至出口端，上述α角在m与-m之间往复周期性渐变。即沿着v型槽的延伸方向，上述α角在m与-m之间往复周期性渐变，直线oa在第一直线两侧往复摆动。

或者，从v型槽的入口端至出口端，上述α角在m与-m之间渐变。即沿着v型槽的延伸方向，上述α角在m与-m之间渐变，直线oa在第一直线两侧摆动。

优选地，v型槽的入口端处α角的角度值可以为±m之间的任意角度值，v型槽的入口端处α角的角度值为m或-m。v型槽的出口端处α角的角度值可以为±m之间的任意角度值，优选地，v型槽的出口端处α角的角度值为m或-m，在此不作限定。

如此设置，驱动组件驱动辊筒11转动时，燃料球自身在v型槽内不断滚动，由于α角在m与-m之间渐变，进一步提高了不合格尺寸球的检出率。

上述实施例中，可通过α角度的周期性变化使球体转动轴摆动来控制球的转动模式，使球在从入料口到出料口的过程中，任意圆周方向都会经过检测规板7与辊筒11之间的平行区域，即利用整球8球体自身的转动使检测规板7与整球8的接触点遍及整个球面，使得存在各种方向缺陷的燃料球都能都通过规板和辊筒11间的间隙漏出，与现有的普通螺旋轨道结构相比，不合格尺寸球的检出率大大提高，甚至可达100％。

进一步地，在一具体实施例中，过v型槽的入口端且垂直于辊筒11轴线的面为主轴端面。换言之，主轴端面与辊筒11轴线垂直，并且主轴端面过v型槽的入口处的最远离v型槽出口端的点。z为上述整球球心与主轴端面的距离；z为v型槽的螺距；k为整数；m为α的最大幅度。其中，

k的数值可以根据实际情况进行设定。m的范围可以为0°≤m＜90°，具体可以根据实际情况进行设定，在此不作限定。

当然，v型槽两侧槽壁之间的夹角为θ，θ可以为直角或非直角，在此不作限定。沿第一平面剖切辊筒11得到v型槽的截面，v型槽的截面中两侧槽壁的截面之间的夹角则为v型槽两侧槽壁之间的夹角θ。v型槽的截面中两侧槽壁的截面为两相交的线，该两相交的线之间的夹角则为θ。

优选地，燃料球的半径r小于v型槽的深度h，v型槽两侧槽壁之间的夹角θ为60°≤θ≤120°，当θ角度偏大时，v型槽深度h较小，需要的辊筒11长度较长；当θ角度偏小时，v型槽齿深h较大，需要的辊筒11长度较短。

如图3所示，检测规板7与上述整球8的接触点为p点，且直线op与辊筒11的轴线垂直。

进一步地，当辊筒11水平放置时，直线op也沿水平方向。检测规板7可以位于辊筒11的斜上方。检测规板7可以为平板状，在此不作限定。

如图3所示，另一实施例中，假设α角数值不变，辊筒11转动过程中，上述整球8沿v型槽滚动且无相对滑动时，其滚动轴与上述整球8球面的交点为q点和q1点，p点和q点位于同一半球上，直线op垂直于直线oq。直线oq随α角的变化以直线op为轴上下摆动。当整球8滚动时，p点在球面上经过的路径发生偏转，设置合理的v形槽偏移角度α和v形轨道的长度即可使p点轨迹圆周方向遍及整个球面，可以进一步增加检出率。

由于燃料球球面与点p接触点的瞬时速度的方向垂直于op与oq形成的平面，因此燃料球球面与点p接触点的速度方向实际上由oa的偏移角度α确定，而其速度大小可通过控制辊筒11的旋转速度来控制，在实际使用中通过调控oa的偏移角度α，可使得p点对球面进行扫描，扫描线的密度由偏移角度α的最大值决定，扫描速度由辊筒11转动角速度决定。

如图2所示，优选地，假设α角数值不变，v型槽两侧槽壁之间的夹角为直角，辊筒11转动过程中，上述整球8沿v型槽滚动且无相对滑动时，其滚动轴与上述整球8球面的交点为q点和q¹点，p点和q点位于同一半球上，直线oq与直线oa之间的夹角为β；

其中，h为上述整球8球心距辊筒11轴线的距离；r为整球8的半径。

具体地，以下以v型槽的两侧槽壁之间的夹角为直角为例，此时球体与两侧槽壁的接触点b1和b2与辊筒11轴线之间的距离h1和h2分别为：

由于无滑动摩擦，因此球面在b1和b2点处的速度与v型槽在该点的线速度相同，因此有：

得到：

对右边进行泰勒展开有：

另一的实施例中，假设α角数值不变，v型槽两侧槽壁之间的夹角为直角，辊筒11转动过程中，上述整球8沿v型槽滚动且无相对滑动时，其滚动轴与上述整球8球面的交点为q点和q¹点，p点和q点位于同一半球上，直线oq与直线oa之间的夹角为β；

其中，h为上述整球8球心距辊筒11轴线的距离；r为整球8的半径。

另一实施例中，点a、b1和b2在圆柱坐标下的坐标如下，上述圆柱坐标以过v型槽入口端且垂直于辊筒11轴线的面与辊筒11轴线的交点为原点，以辊筒11轴线为基准轴；

其中，过v型槽的入口端且垂直于辊筒11轴线的面为主轴端面，z为上述整球8球心与主轴端面的距离；h为上述整球8球心距辊筒11轴线的距离；r为整球8的半径；h1为b1点距辊筒11轴线的距离；h2为b2点距辊筒11轴线的距离。由点a、b1和b2的位置可以完全确定v形槽的曲面。

在一具体实施例中，上述碎球分离装置还包括挡板5。挡板5设置于分离筒13内，并且挡板5与分离筒13的筒壁固定连接。

进一步地，挡板5可以位于辊筒11的上方，且辊筒11转动过程中，置于v型槽内整球8能够始终与挡板5点接触。如此挡板5可以防止v型槽内的燃料球上移脱离v型槽。优先地，挡板5可以位于辊筒11的正上方，置于v型槽内整球8的顶点始终与挡板5点接触。挡板5可以与分离筒13的一端端壁固定连接，在此不作限定。

检测规板7与挡板5采用合适的间距，以将燃料球限制在一条直线轨道上，即燃料球只能从v型槽的入口端平移至出口端，且在平移过程中不断转动。

为了确保运行人员和设备的安全，允许操作人员近距离操作和维护，分离筒13的两端端壁为屏蔽板4。或者，分离筒13整个可以均为屏蔽筒，在此不作限定。

辊筒11可以通过主轴1与驱动组件传动连接，主轴1穿过分离筒13，并且主轴1与分离筒13之间可以设置有轴承。辊筒11与驱动组件之间还可以设置有变速器，在此不作限定。主轴1伸出分离筒13的部分还设置有锁紧螺母2。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本实用新型优选实施例只是用于帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。