用于高温反应堆的样品输送装置及输送方法与流程

本发明涉及核反应堆工程与安全技术领域，特别涉及一种用于高温反应堆的样品输送装置及输送方法。

背景技术：

对于反应堆，特别是新堆，样品的堆内辐照数据尤为重要。获得堆内的辐照数据，可为堆物理计算模型的建立提供参考，进而不断完善计算模型，修正各种计算参数，从而大大提高理论计算的置信度。样品的堆内辐照数据的获取，就需要样品进入反应堆辐照，因此就需要样品在反应堆内至堆外数据分析位置之间的快速远距离的输送。

在目前小功率反应堆或者实验堆中，辐照样品的快速输送主要采用气动输送方式。中国专利cn107422366a公开了一种中子活化样品快速传输装置，其采用可以存放多个样品盒的进样器和收样器，通过气动输送方式将样品盒输送到特定位置。样品盒依靠重力落入辐照管底部接收辐照，辐照完毕用压缩空气将样品盒从辐照管底部送至收样器。气动输送方式具有输送距离远，输送速度快且设计简单的优点。但气动输送方式需在反应堆内布置气管或者双层套管，而当反应堆堆内温度高且反应堆内部辐照空间有限时，在反应堆内布置气管或者双层套管的方式则有较大缺陷。由于反应堆内的空间有限，布置气管或者双层套管的方式会占用较大的空间，并且输送装置的材料本身对反应堆的物理性质有一定的影响，例如金属材料会吸收中子，影响反应堆正常物理参数。

现有技术中有尝试把气管或双层套管做薄做细，但是这样提高了制造难度，并且容易腐蚀，并且如果气管太细或者双层套管间隙太窄，则无法产生足够强的气流将样品吹送至收样器。因此如何减少输送装置占用反应堆内部空间以及减少反应堆内输送装置的材料，是急需解决的问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中在反应堆内占用空间大，管壁材料对反应堆物理性能影响大的缺陷，提供一种用于高温反应堆的样品输送装置及输送方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种用于高温反应堆的样品输送装置，所述样品输送装置包括样品通道，接样机构和气动输送机构，所述样品通道具有第一位置和第二位置，所述第一位置位于所述高温反应堆之外，所述第二位置位于所述高温反应堆之内，所述接样机构能够在所述第一位置和所述第二位置之间来回移动，所述气动输送机构包括气动输送管，当所述接样机构位于所述第一位置时，所述气动输送管与所述接样机构连通，用于将样品载入所述接样机构或将样品从所述接样机构中卸载。

样品通道连通了高温反应堆的内部和外部，样品通道可以仅仅采用管状结构，不用任何其他部件，从而大大减小了占用高温反应堆内的空间。这样的样品输送装置同时也减少了样品通道在反应堆内的材料，极大地减少了对反应堆物理性能的影响。接样机构可以在第一位置装载样品，然后采用重力或牵引绳进入样品通道的第二位置，之后可以借助牵引绳从第二位置返回第一位置。接样机构在第一位置和第二位置移动时，不需要借助任何样品通道之外的空间，仅仅利用样品通道内的空间就能够实现移动。当接样机构位于第一位置时，气动输送机构能够将样品吹入接样机构，从而实现样品的装载。若接样机构中已有样品时，气动输送机构能够将样品吹出接样机构，实现样品的卸载。

较佳地，所述接样机构包括接样托盘，所述接样托盘的上部开有用于接收样品的缺口，所述接样托盘的下部开有用于吹出样品的气孔，所述缺口和所述气孔均能够与所述气动输送管连通。

当接样机构位于第一位置时，气动输送机构吹动的样品通过缺口进入接样托盘。样品只能通过该缺口进出接样托盘。然后接样机构向第二位置移动。待接样机构返回第一位置后，气动输送机构借助气孔向接样托盘中吹入气体，从而带动样品从缺口离开接样托盘。

较佳地，所述接样机构还包括导向组件，所述导向组件包括导向块和导向引导件，所述导向块固定在所述样品通道内，所述导向引导件与所述接样托盘固定连接，所述导向引导件上开有导向槽，当所述导向块进入所述导向槽时，所述缺口和所述气孔均与所述气动输送管连通。

通过设置导向组件，能够矫正接样机构发生的偏转，使得接样机构位于第一位置时，能够准确地与气动输送管连通。导向块固定在样品通道内，能够充分利用样品通道的空间，减少体积占用。设置导向引导件能够扩大矫正范围，使得接样机构不论偏转多少角度，均能够借助导向引导件得到矫正。

较佳地，所述导向槽包括直槽和螺旋段，所述螺旋段与所述接样托盘的距离大于所述直槽与所述接样托盘的距离，所述螺旋段通过曲面平滑地过渡到所述直槽。

接样机构从第二位置移动到第一位置时，导向块如果偏离了正确位置，会最先接触到螺旋段，随着接样机构的进一步移动，由于螺旋段与直槽之间的曲面的导向作用，接样机构会发生旋转，导向块沿着螺旋段逐渐滑入直槽，实现接样机构的角度的矫正。

较佳地，所述螺旋段为两段，并对称地分布在所述直槽的两侧。

通过在直槽两侧对称地设置两段螺旋段，能够用最小的转动位移实现角度的矫正，使得接样机构在两个旋转方向上均得到矫正。

较佳地，所述气动输送管开设有孔道，所述孔道位于所述样品通道内，所述接样机构能够穿过所述孔道上下运动。

通过设置孔道，能够让气动输送管与样品通道实现连通，使接样机构自由切换与气动输送管的连接状态。当接样机构位于孔道中时，缺口和气孔均与气动输送管连通。当接样机构不位于孔道中时，缺口和气孔均不与气动输送管连通。

较佳地，所述气动输送管还设置有导向板，所述导向板位于气动输送管与所述接样机构的配合处，用于使样品便于从所述接样机构进入所述气动输送管。

导向板能够便于样品从气动输送管进入接样机构，也便于样品在气流的带动下从接样机构返回气动输送管。导向板的尺寸及形状可根据气动输送管、接样机构以及样品的尺寸进行具体设计。

较佳地，所述气动输送机构还包括换向阀，所述换向阀能够转换所述气动输送管中的气流方向。

通过调节换向阀能够容易地改变气动输送管中的气流方向，从而控制样品装载到接样机构中，或控制样品从接样机构中卸载。

一种用于高温反应堆的样品输送方法，所述方法采用上述的样品输送设备，所述方法包括以下步骤：

s-a，当所述接样机构位于所述第一位置时，借助所述气动输送机构将样品从所述气动输送管中装载入所述接样机构中或从所述接样机构中卸载；

s-b，将所述接样机构在所述第一位置和所述第二位置之间移动。

上述s-a和s-b的步骤没有绝对的先后顺序，可以根据需要采用s-a步骤或s-b步骤。更具体地，样品输送方法的步骤为：

s1，将所述接样机构移动到所述第一位置；

s2，借助所述气动输送机构将样品从所述气动输送管中装载入所述接样机构中；

s3，将所述接样机构移动到所述第二位置；

s4，将所述接样机构返回到所述第一位置；

s5，借助所述气动输送机构将样品从所述接样机构卸载。

较佳地，当所述气动输送机构包括换向阀时，在s2中设置所述换向阀，使得气流流经所述接样机构的方向与重力方向一致，在s5中设置所述换向阀，使得气流流经所述接样机构的方向与重力方向相反。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。

本发明的积极进步效果在于：本发明的用于高温反应堆的样品输送装置设计紧凑，占用反应堆内的空间非常小，并且能够耐受反应堆中的高温，能够快速实现样品的进堆和出堆输送，实现样品辐照。另外，该样品输送装置结构简单、易于加工制造、运行稳定，为反应堆远距离快速输送样品提供更可靠的手段。

附图说明

图1为本发明较佳实施例中接样机构位于第一位置时的结构示意图。

图2为本发明较佳实施例中接样机构位于第二位置时的结构示意图。

图3为本发明的接样托盘的侧视结构示意图。

图4为本发明的导向组件的侧视结构示意图。

图5为本发明的导向组件的主视结构示意图。

附图标记说明：

样品1

样品通道2

第一位置21

第二位置22

接样机构3

缺口31

接样托盘32

气孔33

提升机构4

固定平台41

卷轴42

电机43

缆绳44

气动输送机构5

气动输送管51

第一管端511

第二管端512

进料管段52

换向阀53

第一阀端531

第二阀端532

气源54

导向板55

孔道56

导向组件6

导向块61

导向引导件62

导向槽63

直槽64

螺旋段65

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在的实施例范围之中。

名词解释

样品：本发明所指的样品是用于辐照的块状固体。

与重力方向一致：在本发明中，与重力方向一致并不是与重力方向严格平行，只要与重力的方向在向量的方向上呈锐角，就叫做与重力方向一致。

与重力方向相反：在本发明中，与重力方向相反并不是与重力方向严格平行，只要与重力的方向在向量的方向上呈钝角，就叫做与重力方向相反。

高温反应堆之内：高温反应堆之内的含义是能够对样品进行辐照的区域。

高温反应堆之外：高温反应堆之外的含义是无法对样品进行辐照的区域。

实施例

在一个实施例中，用于高温反应堆的样品输送装置如图1或图2所示，样品输送装置包括样品通道2，接样机构3和气动输送机构5，样品通道2具有第一位置21和第二位置22，第一位置21位于高温反应堆之外，第二位置22位于高温反应堆之内，接样机构3能够在第一位置21和第二位置22之间来回移动，气动输送机构5包括气动输送管51，当接样机构3位于第一位置21时，气动输送管51与接样机构3连通，用于将样品1载入接样机构3或将样品1从接样机构3中取出。

样品通道2连通了高温反应堆的内部和外部，样品通道2可以仅仅采用管状，不用任何其他部件，从而大大减小了占用高温反应堆内的空间。接样机构3用于接收样品1，并实现机械提升和气动输送方式之间的转换。接样机构3可以在第一位置21装载样品1，然后采用重力或牵引绳进入样品通道2的第二位置22，之后可以借助牵引绳从第二位置22返回第一位置21。接样机构3在第一位置21和第二位置22移动时，不需要借助任何样品通道2之外的空间，仅仅利用样品通道2内的空间就能够实现移动。气动输送机构5用于提供气动输送力并控制气体走向。当接样机构3位于第一位置21时，气动输送机构5能够将样品1吹入接样机构3，从而实现样品1的装载。若接样机构3中已有样品1时，气动输送机构5能够将样品1吹出接样机构3，实现样品1的卸载。

接样机构3的移动可以采用本领域常规的技术手段实现，例如借助重力和牵引绳。在一个或多个实施例中，接样机构3借助如图1或图2所示的提升机构4实现移动。提升机构4包括固定平台41、卷轴42和动力源，固定平台41固定在样品通道2的顶端，卷轴42固定在固定平台41之上，动力源为电机43，电机43与卷轴42传动连接，用于为卷轴42提供动力。卷轴42上缠绕有缆绳44，缆绳44的自由端与接样机构3固定连接，从而当卷轴42旋转时，缆绳44能够拉动接样机构3上下运动。

在一个或多个实施例中，如图3所示，接样机构3包括接样托盘32，接样托盘32的上部开有用于接收样品1的缺口31，接样托盘32的下部开有用于吹出样品1的气孔33，缺口31和气孔33均能够与气动输送管51连通。

接样托盘32用于接收和放置相应的样品1。当接样机构3位于第一位置21时，气动输送机构5吹动的样品1通过缺口31进入接样托盘32。样品1只能通过该缺口31进出接样托盘32。然后接样机构3向第二位置22移动。待接样机构3返回第一位置21后，气动输送机构5借助气孔33向接样托盘32中吹入气体，从而带动样品1从缺口31离开接样托盘32。气孔33的直径小于样品1的直径，这样样品1不能够从气孔33脱出。样品1只能通过缺口31进出接样托盘32。

在一个或多个实施例中，接样机构3还包括导向组件6，如图4和图5所示，导向组件6包括导向块61和导向引导件62，导向块61固定在样品通道2内，导向引导件62与接样托盘32固定连接，导向引导件62上开有导向槽63，当导向块61进入导向槽63时，缺口31和气孔33均与气动输送管51连通。

通过设置导向组件6，能够矫正接样机构3发生的偏转，使得接样机构3位于第一位置21时，能够准确地与气动输送管51连通。导向块61焊接在样品通道2内，并且导向块61位于接样机构3的上方，这样能够充分利用样品通道2的空间，减少体积占用。导向引导件62下端与接样托盘32固定连接，导向引导件62的上端与缆绳44固定连接，设置导向引导件62能够扩大矫正范围，使得接样机构3不论偏转多少角度，均能够借助导向引导件62得到矫正，从而使得接样托盘32的缺口31对准气动输送管51，从而实现样品1的顺利进出。

在一个或多个实施例中，导向槽63包括直槽64和螺旋段65，螺旋段65与接样托盘32的距离大于直槽64与接样托盘32的距离，螺旋段65通过曲面平滑地过渡到直槽64。

接样机构3从第二位置22移动到第一位置21时，导向块61如果偏离了正确位置，会最先接触到螺旋段65，随着接样机构3的进一步移动，由于螺旋段65与直槽64之间的曲面的导向作用，接样机构3会发生旋转，导向块61沿着螺旋段65逐渐滑入直槽64，实现接样机构3的旋向的调整和矫正。

在一个或多个实施例中，螺旋段65为两段，并对称地分布在直槽64的两侧。

通过在直槽64两侧对称地设置两段螺旋段65，能够用最小的转动位移实现角度的矫正，使得接样机构3在两个旋转方向上均得到矫正。

在一个或多个实施例中，气动输送管51开设有孔道56，孔道56位于样品通道2内，接样机构3能够穿过孔道56上下运动。

通过设置孔道56，能够让气动输送管51与样品通道2实现连通，使接样机构3自由切换与气动输送管51的连接状态。当接样机构3位于孔道56中时，缺口31和气孔33均与气动输送管51连通。当接样机构3不位于孔道56中时，缺口31和气孔33均不与气动输送管51连通。

在一个或多个实施例中，气动输送管51还设置有导向板55，导向板55位于气动输送管51与接样机构3的配合处。导向板55既能够便于样品1从气动输送管51进入接样机构3，也便于样品1在气流的带动下从接样机构3返回气动输送管51。导向板55为两块，且对称设置，导向板55的尺寸及形状可根据气动输送管51、接样机构3以及样品1的尺寸进行具体设计。通过设置导向板55，能够使样品1能更好的从接样机构3输送到气动输送管51内，从而更好的实现样品1的机械提升与气动输送的转换。

在一个或多个实施例中，气动输送机构5还包括换向阀53，换向阀53能够转换气动输送管51中的气流方向。

通过调节换向阀53能够容易地改变气动输送管51中的气流方向，从而控制样品1装载到接样机构3中，或控制样品1从接样机构3中卸载。

在一个或多个实施例中，气动输送机构5还包括进料管段52和气源54，气动输送管51包括第一管端511和第二管端512，第一管端511和第二管端512连通。一个串联的例子可以是进料管段52、第一管端511、第二管端512和换向阀53。气源54连接到换向阀53。通过调节换向阀53，能够使气动输送管51的气流方向发生反转。换向阀53包括第一阀端531和第二阀端532，第一阀端531与进料管段52连接，第二阀端532与第二管端512连接。

在一个或多个实施例中，用于高温反应堆的样品输送方法采用上述的样品输送设备，方法包括以下步骤：

s1，将接样机构3移动到第一位置21；

s2，借助气动输送机构5将样品1从气动输送管51中装载入接样机构3中；

s3，将接样机构3移动到第二位置22；

s4，将接样机构3返回到第一位置21；

s5，借助气动输送机构5将样品1从接样机构3卸载。

在一个或多个实施例中，当气动输送机构5包括换向阀53时，在s2中设置换向阀53，使得气流流经接样机构3的方向与重力方向一致，在s5中设置换向阀53，使得气流流经接样机构3的方向与重力方向相反。具体来说，当需要装载样品1时，开启提升机构4，将接样机构3移动到第一位置21，若接样机构3的位置存在偏转，导向块61会接触到导向引导件62，并使接样机构3发生转动，从而使导向槽63的直槽64对准导向块61，当导向块61进入直槽64后，接样机构3的缺口31对准气动输送管51，准备接收样品1。

然后将样品1放入气动输送机构5的进料段52中，调节换向阀53，使得第一阀端531为出气端，从而使得气流的流动方向依次为进料管段52、第一管端511、第二管端512和换向阀53。打开气源54，样品1从进料段52被吹入接样机构3。关闭气源54，关闭换向阀53，启动提升机构4，将接样机构3下降到样品通道2的第二位置22。

样品1辐照完成后，将电机43打开并反向转动，带动卷轴42反向转动，从而将缆绳44逐渐卷绕到卷轴42上，与此同时接样机构3被提升到第一位置21，关闭提升机构4。

打开换向阀53，调节换向阀53，使得第二阀端532为出气端，从而使得气流的流动方向依次为第二管端512、第一管端511、进料管段52和换向阀53，接样机构3中的样品1在气流的带动下重新回到进料段52。然后关闭气源54即可。

当反应堆需要进行样品辐照时，该样品输送方法能够实现样品快速进出堆的输送。另外，机械提升和气动输送相结合的方式，可更好的解决堆内空间有限，堆外远距离的样品快速输送问题。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。