专利名称:一种用于加速器驱动次临界堆换料的多旋塞系统的制作方法
技术领域：
本发明属于加速器驱动次临界堆(简称ADS反应堆)的换料技术领域：
，具体涉及一种用于加速器驱动次临界堆换料的多旋塞系统。
背景技术：
ADS反应堆是上世纪核科学技术发展中两大工程一加速器和反应堆的“结合体”，被认为是最有前景的核废料嬗变技术。ADS反应堆由一台质子加速器、一个散裂靶和一座次临界反应堆组成。加速器产生的质子束流轰击重合金散裂靶件发生散裂反应，产生中子提供给次临界堆芯。散裂反应是由中能质子打到重原子核上，将一些中子轰击出来的过程。每个质子与原子核相互作用能够轰击出20到30个中子。液态铅铋(Pb-Bi)合金由于具有优良的中子物理性能，抗辐照性能而被列为散裂靶和冷却剂主要候选材料。ADS反应堆是一种次临界反应堆，依靠外来散裂中子源驱动运行，不具有维持自持链式反应的能力。如果关闭加速器，ADS反应堆的堆芯中的中子会越来越少，核反应会自动停止。
ADS反应堆同钠冷快堆一样，有一个换料周期。所以，需要一套用于ADS反应堆的换料系统，既能将新组件装入堆芯，又能将堆芯中的乏组件运出，完成一个换料循环。
ADS反应堆换料系统的运行环境和钠冷快堆的有很大区别，主要体现在首先，ADS反应堆包含一个质子加速器，加速器的质子束管要穿过反应堆的堆顶盖到达堆芯；其次，换料机械需要伸入高密度、强腐蚀性的液态铅铋(Pb-Bi )合金中进行换料操作。
本发明所涉及的系统作为反应堆堆顶盖上的关键部件，使用的是成熟的密封和屏蔽技术，以保障反应堆安全。快中子反应堆堆芯上方装置众多且密封、屏蔽等安全性要求较高，在这种环境下，鉴于转动式部件运动的安全级和可实现度比直动式部件的大，所以大多数快中子反应堆的堆内换料系统多采用旋塞系统搭配直动式换料机或偏转臂式换料机的设计。既然有转动式部件，那么转动缝隙的密封和屏蔽就是一个亟需解决的问题。在钠冷快堆中，采用熔点约为138°C的锡铋合金作为旋塞旋转间隙的密封兼屏蔽材料，密封原理如下反应堆运行时合金是冷凝的，旋塞无法转动且锡铋合金固体能满足屏蔽的要求；换料、检修之前通过加热器加热使锡铋合金熔化，熔化后液态合金的温度保持在160°C到180°C之间，旋塞可以转动，完成换料、检修等工作。锡铋合金密封技术作为一种通用密封技术，已经被用于大部分旋塞系统中。同理，在本发明所涉及的旋塞系统也采用锡铋合金密封的方式且由于ADS反应堆不需要考虑钠火反应，密封的要求甚至比钠冷快堆要低。
钠冷快堆的换料系统中，控制棒提升机构安装在换料机所在的小旋塞上，大旋塞和小旋塞偏心，小旋塞的运动可以使得控制棒系统运动到和堆芯同心的位置，然后控制棒提升机构可以进行控制棒的调节。但是，在ADS反应堆中，由于加速器质子束管的存在，小旋塞的运动范围被大大削减，如果仍旧将控制棒提升机构安装在小旋塞上，由于小旋塞的转动范围比较小，小旋塞的运动无法将控制棒系统转到和堆芯同心的位置，也就无法实现控制棒系统的功能。
近些年来对ADS反应堆的研究集中在中子物理学性能上，对ADS反应堆的换料系统的研究文献比较少或者没有详细描述，但是由加速器带来的ADS反应堆的换料问题亟需解决。
发明内容
本发明的技术解决问题克服现有技术的不足，提供一种用于加速器驱动次临界堆换料的多旋塞系统，能够很好的完成ADS反应堆的换料循环而不影响到ADS其他系统的
正常工作。
本发明技术解决方案一种用于加速器驱动次临界堆换料的多旋塞系统，包括换料机I、第一小旋塞2、大旋塞3、加速器质子束管4、控制偏转桶5、第二小旋塞6和控制 棒系统8 ;第一小旋塞2和第二小旋塞6安装在大旋塞3上，换料机I安装在第一小旋塞2上，控制偏转桶5连接在第二小旋塞6上，加速器质子束管4穿过大旋塞3中心并与大旋塞3同轴，控制棒系统8布置在控制偏转桶5上；第一小旋塞2和第二小旋塞6分别与大旋塞3偏心,换料机I与第一小旋塞2偏心,控制偏转桶5与第二小旋塞6偏心；加速器驱动次临界堆不换料时，控制偏转桶5位于堆芯7的正上方，控制偏转桶5上开有通槽13，控制偏转桶5可以通过通槽13接近或脱离加速器质子束管4 ;加速器驱动次临界堆换料时，首先，第二小旋塞6旋转带动控制偏转桶5与加速器质子束管4脱离，其次，大旋塞3绕加速器质子束管4转动，带动第一小旋塞2运动，大旋塞3和第一小旋塞2的旋转联动可以将换料机I带到堆芯7上的所有位置进行换料操作。
所述控制偏转桶5是一个圆柱状机构，连接在第二小旋塞6上，控制偏转桶5上开有通槽13，控制棒系统8布置在控制偏转桶5内，控制偏转桶5可以在第二小旋塞6和大旋塞3的带动下接近和脱离加速器质子束管。
所述通槽13的尺寸比加速器质子束管4的外径稍大，保证控制偏转桶5能够顺利地接近和脱离加速器质子束管4。
所述大旋塞3是一个圆饼状机械装置，其上开有3个通孔，分别用于第一小旋塞2、第二小旋塞6和加速器质子束管4的安装或布置。
所述换料机I是一个偏转臂式机械装置，由换料机夹具10和主轴11组成，主轴11上面开有用于换料机夹具10上下运动的导槽12。
本发明与现有技术相比的优点在于
(I)在典型钠冷快堆中，控制棒系统安装在换料机所在的小旋塞上，且小旋塞半径和大旋塞半径之比大于1/2，这样只需要旋转小旋塞，就既能将控制棒系统带到堆芯的正上方实现控制棒系统的功能，又能将控制棒系统旋出堆芯的正上方，此时换料机被旋到堆芯的正上方，可以没有阻碍的进行换料，典型钠冷快堆就是这样实现控制棒系统在反应堆不同工况下位置的转换而不妨碍换料系统的正常运行。但是在加速器驱动次临界堆中，加速器质子束管从反应堆容器外穿过堆顶盖的中心插入堆芯且加速器质子束管的位置从加速器的安全和稳定性来考虑不便于变动，这样导致小旋塞的运动空间减少，即小旋塞的半径和大旋塞的半径之比小于1/2，如果继续采用典型钠冷快堆的旋塞设计，原本安装在小旋塞上的控制棒系统无法被小旋塞旋转带动到堆芯正上方，也就无法实现控制棒的控制作用。本发明将控制棒系统和小旋塞分离开来，换料机所在的小旋塞上不布置控制棒系统，而是在大旋塞上增加一个小旋塞，这个小旋塞上连接一个控制偏转桶，将控制棒系统安装在控制偏转桶中，控制偏转桶从轴向外，从上到下开有一个通槽，这个通槽比加速器质子束管稍大，作用是便于控制偏转桶脱离加速器质子束管。这样，控制棒系统就和换料系统分离开来，大大降低了控制棒系统对换料系统的影响，因此本发明能够很好的完成ADS反应堆的换料循环而不影响到ADS其他系统的正常工作。
(2)本发明使用一个小旋塞连接一个控制偏转桶，既能够在堆运行时将控制棒系统置于堆芯上方以实现控制功能，也能在反应堆换料时将阻碍换料的控制棒系统移开，可完成加速器驱动次临界堆在堆顶盖密封条件下的换料操作，具有操作方便，灵活的特点。
图I为一种用于加速器驱 动次临界堆换料的多旋塞系统整体的俯视图；
图2为一种用于加速器驱动次临界堆换料的多旋塞系统整体的正视图；
图3为一种用于加速器驱动次临界堆换料的多旋塞系统换料机的结构图；
图4为一种用于加速器驱动次临界堆换料的多旋塞系统控制偏转桶的俯视图；
图5为一种用于加速器驱动次临界堆换料的多旋塞系统控制偏转桶的正视图。
具体实施方式
如图I所示，本发明包括换料机I、第一小旋塞2、大旋塞3、加速器质子束管4、控制偏转桶5、第二小旋塞6和控制棒系统8 ;第一小旋塞2和第二小旋塞6安装在大旋塞3上，换料机I安装在第一小旋塞2上，控制偏转桶5连接在第二小旋塞6上，加速器质子束管4穿过大旋塞3中心并与大旋塞3同轴,控制棒系统8布置在控制偏转桶5上；第一小旋塞2和第二小旋塞6分别与大旋塞3偏心，换料机I与第一小旋塞2偏心，控制偏转桶5与第二小旋塞6偏心；控制偏转桶5内部载有控制棒系统8，控制偏转桶5和第二小旋塞6连接，且从轴线向外、从上到下开有一个弯曲的通槽13，用于脱离加速器质子束管4。反应堆不换料时，控制偏转桶5与加速器质子束管4处于同轴的位置处，控制棒系统8进行功率调节；反应堆换料时，第二小旋塞6旋转带动控制偏转桶5和加速器质子束管4脱离，为换料操作预留空间，然后大旋塞3和第一小旋塞2旋转联动可将换料机I带到堆芯上的所有需换料位置。
如图2所示，大旋塞3是一个圆饼状机械装置，材料为316钢，其上开有3个通孔，分别用于第一小旋塞2、第二小旋塞6和加速器质子束管4的安装或布置。大旋塞3的直径比堆芯7的直径稍大，确保换料操作能够覆盖到整个堆芯7。大旋塞3和堆顶盖9之间使用易熔合金密封，需要换料时，熔化易熔合金，大旋塞3可绕加速器质子束管4自由转动；换料结束之后，大旋塞3停止转动，易熔合金凝固，保证密封效果。
如图2所示，第一小旋塞2是一个圆饼状机械装置，材料为316钢，第一小旋塞2的作用是与大旋塞3—起复合旋转实现换料机I的定位，第一小旋塞2比大旋塞3稍厚，与大旋塞3呈一个凸台，如图2所示。
如图3所示，换料机I为一个偏转臂式机械装置，材料为316钢，换料机I的作用首先是控制换料机夹具10夹住组件做竖直方向上的运动实现组件的取出和放入堆芯7，其次是通过大旋塞3和第一小旋塞2的复合运动的带动，带着组件做水平方向上的移动。换料机I偏心的安装在第一小旋塞2上，换料机I与第一小旋塞2呈一个凸台，如图2所示。换料机I包括换料机夹具10和主轴11，如图3所示，主轴11上面开有用于换料机夹具10上下运动的导槽12。换料机I自身不能运动，只能随大旋塞3和第一小旋塞2的运动而运动。需要换料操作时，大旋塞3和第一小旋塞2复合旋转，将换料机夹具10对准堆芯7上的需换料位置，换料机夹具10沿导槽12向下运动夹起该位置的组件向上提出堆芯7，组件的入堆流程与此相反。
下面将提供ADS反应堆停堆下的换料运行策略，以阐述本发明的具体工作过程
I、ADS反应堆停堆换料时，加速器电源关闭，没有质子进入散裂靶，散裂反应逐渐终止，第二小旋塞6旋转，带动控制偏转桶5脱离加速器质子束管4，即从堆芯上方移开，为随后换料机I的运动预留空间。
2、乏组件的出堆第二小旋塞6旋转带动控制偏转桶5脱离加速器质子束管4，大旋塞3和第一小旋塞2复合旋转运动，将换料机I上的换料机夹具10对准堆芯7上需换料的组件位置，换料机I上的换料机夹具10沿着导槽12向下运动，换料机夹具10夹起乏组件之后，再沿导槽12向堆顶盖11方向运动，再经过大旋塞3和第一小旋塞2复合旋转运动，将夹着乏组件的换料机夹具10运动到组件出堆的中间位置12。
3、新组件的入堆换料机I的换料机夹具10从组件入堆的中间位置夹取新组件，经过大旋塞3和第一小旋塞2的复合旋转运动，将换料机夹具10对准堆芯7上需换料的组件位置，换料机夹具10沿着导槽12向堆芯7方向运动，将新组件装入堆芯7，大旋塞3和第一小旋塞2再复合旋转运动，将换料机I移动到换料前的位置，最后，第二小旋塞6旋转带动控制偏转桶5运动到换料前的位置。
4、至此，ADS反应堆的堆内换料流程结束。
权利要求
1.一种用于加速器驱动次临界堆换料的多旋塞系统，其特征在于包括换料机(I)、第一小旋塞(2)、大旋塞(3)、加速器质子束管(4)、控制偏转桶(5)、第二小旋塞(6)和控制棒系统(8);第一小旋塞(2)和第二小旋塞(6)安装在大旋塞(3)上，换料机(I)安装在第一小旋塞(2)上，控制偏转桶(5)连接在第二小旋塞(6)上，加速器质子束管(4)穿过大旋塞(3)中心并与大旋塞(3)同轴,控制棒系统(8)布置在控制偏转桶(5)上；第一小旋塞(2)和第ニ小旋塞(6 )分别与大旋塞(3 )偏心，换料机(I)与第一小旋塞(2 )偏心，控制偏转桶(5 )与第二小旋塞(6)偏心；加速器驱动次临界堆不换料时，控制偏转桶(5)位于堆芯(7)的正上方，控制偏转桶(5)上开有通槽(13)，控制偏转桶(5)可以通过通槽(13)接近或脱离加速器质子束管(4);加速器驱动次临界堆换料时，首先，第二小旋塞(6)旋转带动控制偏转桶(5)与加速器质子束管(4)脱离，其次，大旋塞(3)绕加速器质子束管(4)转动，带动第一小旋塞(2 )运动，大旋塞(3 )和第一小旋塞(2 )的旋转联动可以将换料机(I)带到堆芯(7 )上的所有位置进行换料操作。
2.根据权利要求
I所述的ー种用于加速器驱动次临界堆换料的多旋塞系统，其特征在于所述控制偏转桶(5)是ー个圆柱状机构，连接在第二小旋塞(6)上，控制偏转桶(5)上开有通槽(13)，控制棒系统(8)布置在控制偏转桶(5)内，控制偏转桶(5)可以在第二小旋塞(6 )和大旋塞(3 )的带动下接近和脱离加速器质子束管。
3.根据权利要求
I所述的ー种用于加速器驱动次临界堆换料的多旋塞系统，其特征在干所述通槽(13)的尺寸比加速器质子束管(4)的外径稍大，保证控制偏转桶(5)能够顺利地接近和脱离加速器质子束管(4 )。
4.根据权利要求
I所述的ー种用于加速器驱动次临界堆换料的多旋塞系统，其特征在干所述大旋塞(3)是ー个圆饼状机械装置，其上开有3个通孔，分别用于第一小旋塞(2)、第二小旋塞(6)和加速器质子束管(4)的安装或布置。
5.根据权利要求
I所述的ー种用于加速器驱动次临界堆换料的多旋塞系统，其特征在于所述换料机(I)是ー个偏转臂式机械装置，由换料机夹具(10)和主轴(11)组成，主轴(11)上面开有用于换料机夹具(10 )上下运动的导槽(12 )。
专利摘要
一种用于加速器驱动次临界堆换料的多旋塞系统，包括大旋塞、第一小旋塞、第二小旋塞、控制偏转桶和换料机；大旋塞安装在堆顶盖上并与堆顶盖同心，第一小旋塞和第二小旋塞安装在大旋塞上并与大旋塞偏心，换料机安装在第一小旋塞上并与第一小旋塞偏心，控制偏转桶连接在第二小旋塞上，控制偏转桶是一个载有控制棒系统的圆柱状机构，且从轴线向外、从上到下开有一个弯曲的通槽用于脱离加速器质子束管。堆运行时，控制偏转桶位于堆芯的正上方。换料操作时，旋塞密封处的易熔合金熔化，第二小旋塞首先将控制偏转桶平移到远离堆芯的位置为换料操作预留空间，然后大旋塞、第一小旋塞和换料机组成的曲柄连杆机构通过复合运动可将换料机对准堆芯上的任一换料位置。本发明能够很好的完成ADS反应堆的换料循环而不影响到ADS其他系统的正常工作。
文档编号G21C19/02GKCN102708936SQ201210198983
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月15日
发明者何梅生, 姚曦, 宋勇, 柏云清, 汪卫华 申请人:中国科学院合肥物质科学研究院导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan