一种放射性气体风机及反应堆放射性气体捕集系统的制作方法

1.本技术涉及核辐射安全技术领域，尤其涉及一种放射性气体风机及反应堆放射性气体捕集系统。


背景技术：

2.目前，加速器驱动次临界洁净核能系统(ads)的技术路线主要集中在两种第四代快中子堆，即铅铋冷却和气体冷却的次临界快中子反应堆。其中，在采用重金属铅铋共熔合金作为冷却剂的反应堆中，铅铋冷却剂经过中子辐照后，会向反应堆覆盖气中释放放射性核素
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po，形成
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po气溶胶。
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po具有极毒性和强挥发性，如果人体超剂量接触，会导致血癌、淋巴癌等严重辐射疾病。因此若要对
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po气溶胶进行传输，保证传送系统的气密性由为重要。
3.对放射性气体如
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po气溶胶等进行传输，需要运用风机为放射性气体提供动力，相关技术中的风机一般需要通过传动轴将位于机壳内的叶片位于机壳外的电机传动连接，故需要在机壳上开设通孔，传动轴与通孔的连接处极容易出现气密性问题，在输送放射性气体的过程中容易产生安全隐患。而且，放射性气体的放射性也容易对机壳外的电子原件的运作产生影响，风机工作的稳定性不能得到很好的保证。


技术实现要素：

4.鉴于此，本技术实施例提供一种放射性气体风机及反应堆放射性气体捕集系统，以解决相关技术中风机无法满足对放射性气体输送的问题。
5.为达到上述目的，本技术实施例第一方面提供一种放射性气体风机，包括隔离套、转子组件与磁驱动装置。其中，隔离套形成有进风口与出风口，隔离套由防辐射材料制成。转子组件设置在隔离套内，转子组件包括磁性转子与叶片，磁性转子与叶片固定连接。磁驱动装置对应磁性转子设置在隔离套外，磁驱动装置与隔离套固定，磁驱动装置用于产生磁场，以驱动磁性转子旋转，使叶片带动隔离套内的放射性气体由进风口向出风口流动。
6.进一步地，磁性转子为永磁体，磁驱动装置包括转矩绕组，转矩绕组产生旋转磁场，以驱动磁性转子旋转。
7.进一步地，磁驱动装置还包括悬浮绕组，悬浮绕组对磁性转子施加与磁性转子的旋转轴线垂直的磁性力。
8.进一步地，磁性转子呈薄片状，磁性转子的旋转轴线与磁性转子所在平面垂直，磁性转子的充磁方向与磁性转子的旋转轴线垂直，磁驱动装置还包括定子绕组，定子绕组的延伸方向指向磁性转子，定子绕组的数量为多个，多个定子绕组环绕磁性转子布置，多个定子绕组环绕布置的中心轴线与磁性转子的旋转轴线重合。
9.进一步地，磁性转子包括两个磁性转子，两个磁性转子分别设置在叶片的两端，磁驱动装置的数量为两个，两个磁驱动装置分别驱动两个磁性转子，使两个磁性转子同步且同轴线转动。
10.进一步地，沿与磁性转子的旋转轴线垂直的方向上，叶片的一端与磁性转子的旋转轴线相对位置固定，叶片的数量为多个，多个叶片环绕磁性转子的旋转轴线布置。
11.进一步地，放射性气体风机还包括外壳，磁驱动装置与隔离套均设置在外壳内，外壳上对应进风口与出风口形成有两个开口，外壳上设置有第一保温层。
12.本技术实施例第一方面提供一种反应堆放射性气体捕集系统，包括上述任一种放射性气体风机、第一管路、捕集装置与第二管路。其中，第一管路的一端用于与反应堆覆盖气体气腔联通，另一端与放射性气体风机密封连接。捕集装置用于捕集放射性气体。第二管路密封连接在放射性气体风机与捕集装置之间。
13.进一步地，第一管路和/或第二管路上设置有加热装置。
14.进一步地，第一管路和/或第二管路上设置有第二保温层。
15.进一步地，第一管路与第二管路均与放射性气体风机焊接。
16.进一步地，反应堆放射性气体捕集系统还包括第三管路，第三管路的一端与捕集装置密封连接，另一端与反应堆覆盖气体气腔联通。
17.进一步地，第三管路上设置有加热装置。
18.本技术实施例提供的放射性气体风机，磁性转子设置在隔离套内，磁驱动装置设置在隔离套外，磁驱动装置产生磁场驱动磁性转子旋转，磁驱动装置与磁性转子之间无机械接触，隔离套上不需要开设用于磁驱动装置与磁性转子机械连接通孔，隔离套的气密性能够得到较好的保障，放射性气体泄漏的风险能够得到有效的降低。隔离套由防辐射材料制成，能够减轻放射性气体对环境的放射性污染。而且，由于磁性转子与磁驱动装置分别设置在隔离套内外，隔离套由防辐射材料制成能够有效地减轻放射性气体的放射性对磁驱动装置的干扰，有利于使得该放射性气体风机稳定运转。
附图说明
19.图1为本技术实施例中的放射性气体风机的结构示意图；
20.图2为本技术实施例中的反应堆放射性气体捕集系统的结构示意图。
21.附图标记：01-反应堆覆盖气体气腔；1-放射性气体风机；11-隔离套；111-进风口；112-出风口；12-转子组件；121-磁性转子；122-叶片；13-磁驱动装置；14-外壳；2-第一管路；3-捕集装置；31-捕集装置的进口；32-捕集装置的出口；4-第二管路；5-第三管路；6-加热装置；7-第二保温层；8-第三保温层；9-阀门；a-磁性转子的旋转轴线。
具体实施方式
22.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合，具体实施方式中的详细描述应理解为本技术宗旨的解释说明，不应视为对本技术的不当限制。
23.在本技术实施例中，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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
24.此外，在本技术实施例中，“上”、“下”、“左”以及“右”等方位术语是相对于附图中
的部件示意置放的方位来定义的，应当理解到，这些方向性术语是相对的概念，它们用于相对于的描述和澄清，其可以根据附图中部件所放置的方位的变化而相应地发生变化。
25.在本技术实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。
26.在本技术实施例中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
27.在本技术实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本技术实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
28.目前，加速器驱动次临界洁净核能系统(ads)的技术路线主要集中在两种第四代快中子堆，即铅铋冷却和气体冷却的次临界快中子反应堆。其中，在采用重金属铅铋共熔合金作为冷却剂的反应堆中，铅铋冷却剂经过中子辐照后，会向反应堆覆盖气中释放放射性核素
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po，形成放射性气体。反应堆覆盖气是覆盖在反应堆堆芯上方的保护气体，一般为氩气。
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po释放到覆盖气中，会形成
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po气溶胶，
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po具有极毒性和强挥发性，如果人体超剂量接触，会导致血癌、淋巴癌等严重辐射疾病。因此，
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po的去除对反应堆的运行尤为重要。
29.鉴于此，请参照图1，本技术实施例提供一种反应堆放射性气体捕集系统，包括放射性气体风机1、第一管路2、捕集装置3与第二管路4。其中，第一管路2的一端用于与反应堆覆盖气体气腔01联通，另一端与放射性气体风机1密封连接。捕集装置3用于捕集放射性气体。第二管路4密封连接在放射性气体风机1与捕集装置3之间。如此结构形式，放射性气体风机1用于为放射性气体的流动提供动力，使放射性气体由反应堆覆盖气体气腔01流向捕集装置3内，进而使捕集装置3能够对放射性气体进行捕集。将放射性气体从反应堆覆盖气腔室引出后由捕集装置3进行处理，使得工作人员可以方便的对捕集装置3进行处理或更换等。
30.可以理解的是，捕集装置3直接设置在反应堆覆盖气体气腔01内以对放射性气体进行捕集，会对工作人员对捕集装置3的安装和更换等工作造成困难。而且，反应堆覆盖气体气腔01内的气体流动并不会对反应堆的工作产生较大影响，故可以利用放射性气体风机1将放射性气体从反应堆覆盖气体气腔01内引出后进行处理。
31.第一管路2与放射性气体风机1的密封连接和第二管路4与放射性气体风机1的密封连接可以有多种实现形式，比如，可以是螺纹连接、法兰连接、焊接、承插连接、卡套连接、粘接等。为了增强该反应堆放射性气体捕集系统对放射性气体的密封效果，减少放射性气体在流动过程中的泄漏，优选地，在一些实施例中，第一管路2与第二管路4均与放射性气体风机1焊接。
32.请参照图1，在一些实施例中，第一管路2和/或第二管路4上设置有加热装置6。如此结构形式，210po气溶胶即放射性气体在300摄氏度左右可以被捕集，反应堆覆盖气体气
腔01内的放射性气体的温度为100摄氏度左右，故放射性气体在进入捕集装置3前需要得到加热。第一管路2和/或第二管路4上设置加热装置6，使放射性气体在进入捕集装置3之前能够得到加热，便于捕集装置3进行捕集。另外，对放射性气体进行加热，有利于避免放射性气体凝结在第一管路2和/或第二管路4内，这有利于减轻第一管路2和/或第二管路4的腐蚀效果，也有利于使放射性气体在管路顺畅流通，进而有利于使得该反应堆放射性气体捕集系统的具有较高的工作效率。在此基础上，在一些实施例中，第一管路2上设置有加热装置6，这使得放射性气体在进入放射性气体风机1之前就得到加热，有利于避免放射性气体凝结在放射性气体风机1内。在此基础上，在一些实施例中，第一管路2与第二管路4上均设置有加热装置6。
33.请参照图1，在一些实施例中，第一管路2和/或第二管路4上设置有第二保温层7。如此结构形式，第二保温层7能够对放射性气体进行保温，有利于避免放射性气体因为温度降低而凝结在第一管路2和/或第二管路4的内壁上。
34.请参照图1，进一步地，反应堆放射性气体捕集系统还包括第三管路5，第三管路5的一端与捕集装置3密封连接，另一端与反应堆覆盖气体气腔01联通。如此结构形式，放射性气体经过该反应堆放射性气体捕集系统处理后会返回反应堆覆盖气体气腔01，用于对反应堆进行保护，这有利于节省成本，反应堆放射性气体捕集系统的设置不会对反应堆的工作系统产生较大的影响。
35.可以理解的是，当捕集装置3通过第三管路5与反应堆覆盖气体气腔01联通，放射性气体既可以通过第三管路5进入捕集装置3，也可以通过第二管路4进入捕集装置3。具体地，在一些实施例中，第二管路4连接在放射性气体风机1的出风口112与捕集装置的进口31之间，第三管路5与捕集装置的出口32连接。如此结构形式，放射性气体通过第二管路4进入捕集装置3，放射性气体由捕集装置3将处理后通过第三管路5返回反应堆覆盖气体气腔01。在一些其它实施例中，第二管路4连接在放射性气体风机1的进风口111与捕集装置的出口32之间，第三管路5与捕集装置的进口31连接。如此结构形式，放射性气体通过第三管路5进入捕集装置3，放射性气体由捕集装置3将处理后通过第二管路4进入放射性气体风机1。
36.请参照图1，在一些实施例中，第三管路5上设置有加热装置6。具体地，放射性气体经捕集系统处理后可能还会存在少量的放射性，若第三管路5捕集装置的出口32连接，第三管路5上的加热装置6有利于避免放射性气体凝结在第三管路5上而对第三管路5产生腐蚀。此外，若第三管路5与捕集装置的进口31连接，第三管路5上的加热装置6用于在放射性气体进入捕集装置3前对放射性气体进行加热，以便于捕集装置3进行捕集。放射性气体由捕集装置3处理后进入放射性气体风机1，有利于放射性气体对放射性气体风机1的腐蚀。
37.为了对加热后放射性气体的进行保温，请参照图1，在一些实施例中，第三管路5上设置有第三保温层8。
38.请参照图1，在一些实施例中，第一管路2和第三管路5上均设置有阀门9。如此结构形式，当反应堆需要停堆，或当反应堆发生事故，可以将阀门9关闭，以使反应堆覆盖气体气腔01内的气体不再流动。
39.在对放射性气体进行传输的过程中，保证反应堆放射性气体捕集系统的气密性由为重要。风机1为放射性气体提供动力，是反应堆放射性气体捕集系统的关键环节。相关技术中的风机一般需要通过传动轴将位于机壳内的叶片位于机壳外的电机传动连接，故需要
在机壳上开设通孔，传动轴与通孔的连接处极容易出现气密性问题，在输送放射性气体的过程中容易产生安全隐患。而且，放射性气体的放射性也容易对机壳外的电子原件的运作产生影响，风机工作的稳定性不能得到很好的保证。
40.鉴于此，请参照图2，本技术实施例中提供的放射性气体风机1，包括隔离套11、转子组件12与磁驱动装置13。其中，隔离套11形成有进风口111与出风口112，隔离套11由防辐射材料制成。转子组件12设置在隔离套11内，转子组件12包括磁性转子121与叶片122，磁性转子121与叶片122固定连接。磁驱动装置13对应磁性转子121设置在隔离套11外，磁驱动装置13与隔离套11固定，磁驱动装置13用于产生磁场，以驱动磁性转子121旋转，使叶片122带动隔离套11内的放射性气体由进风口111向出风口112流动。如此结构形式，磁性转子121设置在隔离套11内，磁驱动装置13设置在隔离套11外，磁驱动装置13产生磁场驱动磁性转子121旋转，磁驱动装置13与磁性转子121之间无机械接触，隔离套11上不需要开设用于磁驱动装置13与磁性转子121机械连接通孔，隔离套11的气密性能够得到较好的保障，放射性气体泄漏的风险能够得到有效的降低。隔离套11由防辐射材料制成，能够减轻放射性气体对环境的放射性污染。而且，由于磁性转子121与磁驱动装置13分别设置在隔离套11内外，隔离套11由防辐射材料制成能够有效地减轻放射性气体的放射性对磁驱动装置13的干扰，有利于使得该放射性气体风机1稳定运转。
41.隔离套11由防辐射材料制成可以有多种实现形式，比如，可以是隔离套11通过防辐射材料加工成型，也可以是将防辐射涂料涂覆在待涂覆的基体的表面制成隔离套11等。需要说明的是，防辐射材料指的是具有抗核辐射性能的材料，防辐射材料可以是铅或钢铁等重金属材料，也可以是石墨、防辐射玻璃、防辐射橡胶或防辐射塑料等非金属材料。优选地，在一些实施例中，隔离套11的材质为不锈钢。不锈钢具有一定的抗核辐射性能，而且是一种顺磁材料，对磁驱动装置13与磁性转子121之间的磁场的影响较小，有利于该放射性气体风机1稳定运转。
42.需要说明的是，磁性转子121可以是由磁性材料制成的零部件，也可以是电磁体。上述磁性材料即能够对磁场产生反应的材料，既可以是强磁性材料，也可以是弱磁性材料。
43.优选地，磁性转子121为永磁体，磁驱动装置13包括转矩绕组，转矩绕组产生旋转磁场，以驱动磁性转子121旋转。如此结构形式，转子组件12由永磁体与叶片122固定连接形成，结构简便，可靠性高，且占用空间较小，转矩绕组用于产生旋转磁场，能够较为方便的安装在隔离套11外，且占用空间较小。如此，能够使得该放射性气体风机1较为方便的安装在堆顶防护罩等狭小空间内。
44.在一些其它实施例中，磁性驱动装置也可以不包括转矩绕组，磁驱动装置13包括旋转驱动件与驱动磁体，驱动磁体与旋转驱动件的输出端传动连接，旋转驱动件用于带动驱动磁体旋转，以使形成驱动磁体产生旋转磁场，进而驱动磁性转子121旋转。
45.旋转驱动件的实现形式可以有多种，比如，可以是旋转气缸或电动机等。旋转驱动件与驱动磁体之间的传动连接的实现形式可以有多种，比如，可以是焊接、一体成型、键连接、通过紧固件连接或通过联轴器连接，也可以是通过齿轮机构、带传动机构或链传动等传动机构连接等。
46.进一步地，磁驱动装置13还包括悬浮绕组，悬浮绕组对磁性转子121施加与磁性转子的旋转轴线a垂直的磁性力。如此结构形式，悬浮绕组能够使得磁性转子121在旋转轴线
的垂直方向上与隔离套11相对静止，且不需要与隔离套11机械连接，磁性转子121在旋转的过程中不会隔离套11之间的产生摩损。
47.进一步地，磁性转子121呈薄片状，磁性转子的旋转轴线a与磁性转子121所在平面垂直，磁性转子121的充磁方向与磁性转子的旋转轴线a垂直，磁驱动装置13还包括定子绕组，定子绕组的延伸方向指向磁性转子121，定子绕组的数量为多个，多个定子绕组环绕磁性转子121布置，多个定子绕组环绕布置的中心轴线与多个定子绕组的旋转轴线重合。如此结构形式，多个定子绕组用于对磁性转子121施加吸引力，磁性转子121呈薄片状，根据磁阻最小原理，当磁性转子121处于平衡位置，磁性转子121会位于定子绕组靠近磁性转子121的一端所构成的平面上。在磁性转子121处于平衡位置的情况下，若磁性转子121受重力等外部因素的影响沿旋转轴线的平行方向移动，或沿旋转轴线的垂直方向转动，磁通所穿过的路径上磁阻值会增加，为恢复磁阻最小状态，磁性转子121会受到与移动方向或转动方向相反的作用力，磁性转子121会自动恢复到初始位置，即平衡位置，磁性转子121以此实现了在三自由度上的被动悬浮。这样，配合悬浮绕组，磁性转子121除了一个旋转自由度，其余五个自由度均得到了限制，磁性转子121实现了在隔离套11内的稳定悬浮。优选地，在一些实施例中，磁性转子121呈圆形薄片状。在此基础上，在一些实施例中，磁性转子121直径与厚度的比值为2.5～4。
48.需要说明的是，在转子呈薄片状的基础上，磁性转子121所在平面指的是转子面积较大的两个相对的表面中的一个表面所在平面。
49.进一步地，请参照图2，磁性转子121包括两个磁性转子121，两个磁性转子121分别设置在叶片122的两端，磁驱动装置13的数量为两个，两个磁驱动装置13分别驱动两个磁性转子121，使两个磁性转子121同步且同轴线转动。如此结构形式，叶片122由两个磁性转子121共同带动旋转，能够使得该放射性循环风机1的运作更加稳定可靠。优选地，在一些实施例中，磁性转子121与叶片122的固定连接为焊接。
50.请参照图2，为了使得放射性气体在隔离套11内的流动较为顺畅，在一些实施例中，进气口与出气口的排列方向与磁性转子的旋转轴线a垂直。在此基础上，在一些实施例中，两个磁性转子121相对进气口与出气口所在直线对称分布。如此结构形式，能够使得隔离套11内的放射性气体流较为均匀，有助于增大隔离套11内的放射性气体流量。
51.请参照图2，为了增大隔离套11内的放射性气体流速，在一些实施例中，沿与磁性转子的旋转轴线a垂直的方向上，叶片122的一端与磁性转子的旋转轴线a相对位置固定，叶片122的数量为多个，多个叶片122环绕磁性转子的旋转轴线a布置。在此基础上，在一些实施例中，叶片122远离磁性转子的旋转轴线a的一侧呈外凸的弧形。在一些其它实施例中，叶片122也可以是呈螺旋浆状或呈平行四边形的片状等。
52.进一步地，请参照图2，放射性气体风机1还包括外壳14，磁驱动装置13与隔离套11均设置在外壳14内，外壳14上对应进风口111与出风口112形成有两个开口，外壳14上设置有第一保温层。如此结构形式，第一保温层能够对隔离套11内的放射性气体进行保温，避免隔离套11内的放射性气体因降温而凝结在隔离套11内，一方面能够减轻放射性气体对隔离套11内壁的腐蚀效果，另一方面也有利于放射性气体在隔离套11内的顺畅流通，进而有利于使得该反应堆放射性气体捕集系统的具有较高的工作效率。
53.可以理解的是，若第一保温层设置在隔离套11上，虽然第一保温层也能够实现对
隔离套11内的放射性气体的保温，但是第一保温层可能会对电磁驱动装置13与磁性转子121之间的磁场产生干扰，影响该放射性气体风机1运转的稳定性。
54.以上仅为本技术的较佳实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。