高温堆过球设备连续过球试验系统及方法与流程

1.本发明涉及核电工程技术领域，尤其涉及一种高温堆过球设备连续过球试验系统及方法。


背景技术：

2.球床式高温气冷堆是一种固有安全性好，可用于高效发电和高温供热的先进核反应堆，是国际核能领域第四代核能系统中的首选堆型之一。利用球形燃料元件的有利几何形状，球床式高温气冷堆可实现反应堆的不停堆换料功能。根据had102/15-2021第2.3.7.2节要求“当引入未经验证的设计或设施，或存在偏离已有工程实践的情况时，必须借助适当的支持性研究、特定验收准则的性能试验，或通过其他相关应用中获得的运行经验的检验，来证明其安全性能是合适的。新的设计、设施或实践必须在投入使用前经过充分的试验，并在使用中进行监测，以验证达到了预期效果”。因此，针对装卸料系统新研发的非标设备，需要采用合适的试验装置和试验方法对设备的性能进行充分验证。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
4.为此，本发明的实施例提出一种高温堆过球设备连续过球试验系统，该试验系统具有可靠性高和试验效率高的特点。
5.本发明的实施例还提出一种采用上述高温堆过球设备连续过球试验系统的高温堆过球设备连续过球试验方法。
6.本发明实施例的高温堆过球设备连续过球试验系统包括：过球装置、转向器、球气分离器、缓冲器、风机和废球罐，所述转向器具有试验球输入端、第一试验球输出端和废球输出端，所述过球装置的输出端经管路与所述试验球输入端相连，所述球气分离器具有球气输入端、气体输出端和第二试验球输出端，所述第一试验球输出端经管路与所述球气输入端相连，所述第二试验球输出端经管路与所述缓冲器的输入端相连，所述缓冲器的输出端经管路与所述过球装置的输入端相连，所述过球装置、所述转向器、所述球气分离器和所述缓冲器共同组成试验球回路，所述风机的输出端经管路与所述第一试验球输出端和所述球气输入端之间的管路相连，所述气体输出端经管路与所述风机的输入端相连，所述风机用于驱动试验球在试验球回路中循环运动，所述废球输出端经管路与所述废球罐相连。
7.本发明实施例的高温堆过球设备连续过球试验系统，过球装置、转向器、球气分离器和缓冲器共同建立了石墨球连续循环试验回路，利用风机驱动石墨球进行连续过球试验，从而达到验证试验对象的各项性能的目的，使其满足相关法规导则的要求。并且，通过设置缓冲器，避免石墨球在试验过程中因碰撞而导致破损，提高试验的可靠性。还通过转向器和废球罐的配合，从而快速更换石墨球，提高试验效率。
8.在一些实施例中，所述第一试验球输出端和所述球气输入端之间的管路为第一过球管，所述第二试验球输出端和所述缓冲器的输入端之间的管路为第二过球管，所述第一
过球管上设有第一试验球隔离阀，所述第二过球管上设有第二试验球隔离阀；所述风机的输入端和所述第一过球管之间的管路为第一通气管，所述气体输出端和所述风机的输出端之间的管路为第二通气管，所述第一通气管上设有第一气体隔离阀，所述第二通气管上设有第二气体隔离阀。
9.在一些实施例中，还包括真空泵和储气罐，所述真空泵经管路与所述第二通气管相连，所述真空泵和所述第二通气管之间的管路上设有真空泵隔离阀，所述储气罐经管路与所述第二通气管相连。
10.在一些实施例中，所述储气罐和所述第二通气管之间的管路包括母管、第一子管和第二子管，所述母管与所述第二通气管相连，所述第一子管的一端与所述母管相连，所述第一子管的另一端与所述储气罐相连，所述第一子管上设有储气罐隔离阀，所述第二子管的一端与所述母管相连，所述第二子管的另一端与外界连通，所述第二子管上设有泄压阀。
11.在一些实施例中，还包括加球罐，所述加球罐经管路与所述缓冲器的输入端相连，所述加球罐和所述缓冲器的输入端之间的管路上设有加球罐隔离阀。
12.在一些实施例中，还包括粉尘添加器，所述粉尘添加器经管路与所述过球装置的输入端相连，所述粉尘添加器和所述过球装置的输入端之间的管路上设有添加器隔离阀。
13.在一些实施例中，还包括粉尘过滤器，所述过球装置具有排尘端，所述排尘端经管路与所述粉尘过滤器的输入端相连，所述粉尘过滤器的输出端经管路与所述第二通气管相连；所述排尘端和所述粉尘过滤器的输入端之间的管路上设有第一过滤器隔离阀，所述粉尘过滤器的输出端和所述第二通气管之间的管路上设有第二过滤器隔离阀。
14.在一些实施例中，所述排尘端还经管路与所述第一通气管相连，所述排尘端和所述第一通气管之间的管路上设有反吹隔离阀。
15.在一些实施例中，所述过球装置的外壳上设有加热带。
16.本发明实施例的高温堆过球设备连续过球试验方法，所述方法用于上述任一项实施例中所述的高温堆过球设备连续过球试验系统，所述方法包括：向所述过球装置添加多个试验球；启动所述风机和所述过球装置的驱动机构，以使试验球依次通过所述转向器、所述球气分离器和所述缓冲器后，再次回到所述过球装置，进行连续循环过球；待完成预设球次的循环过球后，转动所述转向器，以使磨损的试验球排至所述废球罐进行储存。
附图说明
17.图1是本发明实施例的高温堆过球设备连续过球试验系统的示意图。
18.附图标记：
19.过球装置11、转向器12、球气分离器13、缓冲器14、风机15、废球罐16、真空泵17、储气罐18、加球罐19、粉尘添加器20、粉尘过滤器21、加热带22、
20.第一试验球隔离阀101、第二试验球隔离阀102、第一气体隔离阀103、第二气体隔离阀104、真空泵隔离阀105、储气罐隔离阀106、泄压阀107、补球隔离阀108、加球罐隔离阀109、添尘隔离阀110、添加器隔离阀111、第一过滤器隔离阀112、第二过滤器隔离阀113、反吹隔离阀114、废球罐隔离阀115。
具体实施方式
21.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
22.下面结合附图描述本发明实施例的高温堆过球设备连续过球试验系统。
23.如图1所示，本发明实施例的高温堆过球设备连续过球试验系统包括：过球装置11、转向器12、球气分离器13、缓冲器14、风机15和废球罐16。
24.其中，过球装置11为球床式高温堆装卸系统中新研发的专用过球设备，在球床式高温堆装卸系统中用于执行球形燃料元件的单一化输送、定位、换向、氦气阻流等功能。过球装置11为本发明实施例的高温堆过球设备连续过球试验系统中的试验对象，待开展充分的性能验证，以满足相关法规导则的要求。并且，试验过程中所用的试验球为石墨球。
25.可选地，转向器12具有试验球输入端、第一试验球输出端和废球输出端，过球装置11的输出端经管路与试验球输入端相连。可以理解的是，试验球在过球装置11内过球后，依次通过过球装置11的输出端和转向器12的试验球输入端进入转向器12内。在连续过球的试验过程中，试验球通过转向器12的第一试验球输出端排出。试验结束后，试验球通过转向器12的废球输出端排出。
26.可选地，球气分离器13具有球气输入端、气体输出端和第二试验球输出端，第一试验球输出端经管路与球气输入端相连。可以理解的是，在连续过球的试验过程中，转向器12内的试验球，依次通过转向器12的第一试验球输出端和球气输入端进入球气分离器13。球气分离器13用于将试验过程中，进入球气分离器13中的试验球和气体进行分离，以使试验球通过球气分离器13的第二试验球输出端排出，气体通过球气分离器13的气体输出端排出。另外，当气体输出端被封堵时，进入球气分离器13的气体也可通过第二试验球输出端排出。
27.可选地，第二试验球输出端经管路与缓冲器14的输入端相连，缓冲器14的输出端经管路与过球装置11的输入端相连。可以理解的是，经球气分离器13分离后的试验球，通过球气分离器13的第二试验球输出端排出，并通过缓冲器14的输入端进入缓冲器14内。缓冲器14用于执行球形燃料的缓冲功能，避免试验球在试验过程中因激烈碰撞而导致破损。试验球经过缓冲器14缓冲后，通过缓冲器14的输出端排出，最终通过过球装置11的输入端再次回到过球装置11内，从而完成一个循环。
28.可选地，过球装置11、转向器12、球气分离器13和缓冲器14共同组成试验球回路。可以理解的是，如图1所示，过球装置11、转向器12、球气分离器13和缓冲器14均经管路相互连接，以使试验球在过球装置11内完成一次过球后，经连接的管路依次通过转向器12、球气分离器13、缓冲器14后，重新回到过球装置11进行再一次过球。四者构成了一个试验球回路，以使试验球在试验球回路中连续循环过球，从而验证试验对象的各项性能。
29.可选地，风机15的输出端经管路与第一试验球输出端和球气输入端之间的管路相连，气体输出端经管路与风机15的输入端相连，风机15用于驱动试验球在试验球回路中循环运动。可以理解的是，风机15启动后，风机15推动本发明实施例的高温堆过球设备连续过球试验系统中的气体循环流动，利用气体的流动以驱动试验球在试验球回路中循环运动，进行连续过球试验。
30.可选地，废球输出端经管路与废球罐16相连。可以理解的是，试验结束后或者待试
验球连续过球的次数达到预设值时，转动转向器12，试验球通过转向器12的废球输出端排至废球罐16内。废球罐16用于储存试验过程中定期更换或者磨损报废的试验球，从而起到快速更换试验球的目的，进而提高本发明实施例的高温堆过球设备连续过球试验系统的试验效率。
31.因此，本发明实施例的高温堆过球设备连续过球试验系统，过球装置11、转向器12、球气分离器13和缓冲器14共同建立了石墨球连续循环试验回路，利用风机15驱动石墨球进行连续过球试验，从而达到验证试验对象的各项性能的目的，使其满足相关法规导则的要求。并且，通过设置缓冲器14，避免石墨球在试验过程中因碰撞而导致破损，提高试验的可靠性。还通过转向器12和废球罐16的配合，从而快速更换石墨球，提高试验效率。
32.在一些实施例中，如图1所示，第一试验球输出端和球气输入端之间的管路为第一过球管，第二试验球输出端和缓冲器14的输入端之间的管路为第二过球管，第一过球管上设有第一试验球隔离阀101，第二过球管上设有第二试验球隔离阀102。
33.具体地，如图1所示，转向器12的第一试验球输出端和球气分离器13的球气输入端之间的管路为第一过球管，第一过球管上设有第一试验球隔离阀101，第一试验球隔离阀101用于控制第一过球管的通断，第一过球管内可通过石墨球和氦气。
34.具体地，如图1所示，球气分离器13的第二试验球输出端和缓冲器14的输入端之间的管路为第二过球管，第二过球管上设有第二试验球隔离阀102，第二试验球隔离阀102用于控制第二过球管的通断，第二过球管内可通过石墨球和氦气
35.在一些实施例中，如图1所示，风机15的输入端和第一过球管之间的管路为第一通气管，气体输出端和风机15的输出端之间的管路为第二通气管，第一通气管上设有第一气体隔离阀103，第二通气管上设有第二气体隔离阀104。
36.具体地，如图1所示，第一通气管与第一过球管的连接处位于第一试验球隔离阀101的下游，第一通气管和第二通气管内只能通过氦气。第一气体隔离阀103用于控制第一通气管的通断，第二气体隔离阀104用于控制第二通气管的通断。
37.由此，如图1所示，风机15驱动气体流动，气体通过第一通气管流至第一过球管内，并带动试验球一同流至球气分离器13内。在球气分离器13的作用下，大部分气体经球气分离器13的气体输出端排出，并通过第二通气管流回风机15，从而完成气体循环。
38.在一些实施例中，如图1所示，还包括真空泵17和储气罐18，真空泵17经管路与第二通气管相连，真空泵17和第二通气管之间的管路上设有真空泵隔离阀105。
39.可选地，真空泵17的抽气端经管路与第二通气管相连，真空泵17的排气端与外界连通。由此，试验开始前，打开真空泵隔离阀105，利用真空泵17对试验回路进行抽真空。待试验回路抽真空完成后，向试验回路中充入实验用气体(氦气)。
40.在一些实施例中，如图1所示，储气罐18经管路与第二通气管相连。储气罐18和第二通气管之间的管路包括母管、第一子管和第二子管。母管与第二通气管相连，第一子管的一端与母管相连，第一子管的另一端与储气罐18相连，第一子管上设有储气罐隔离阀106。第二子管的一端与母管相连，第二子管的另一端与外界连通，第二子管上设有泄压阀107。
41.可以理解的是，储气罐18贮存的气体与球床式高温堆的冷却剂一致。真空泵17对试验回路抽真空完成后，关闭真空泵隔离阀105，打开储气罐隔离阀106，通过储气罐18向试验回路中充入试验用气体，直至达到试验预设压力后，关闭储气罐隔离阀106。例如，储气罐
18内的气体通过储气罐18的出气口，依次经第一子管和母管输送至第二通气管，以使气体充入试验回路中。
42.进一步地，在试验结束后，打开泄压阀107，以使试验回路进行泄压。例如，试验结束后，关闭风机15和过球装置11，打开泄压阀107，试验回路中的气体依次经第二通气管、母管和第二子管排至外界。
43.在一些实施例中，如图1所示，还包括加球罐19，加球罐19经管路与缓冲器14的输入端相连，加球罐19和缓冲器14的输入端之间的管路上设有加球罐隔离阀109。
44.可选地，如图1所示，加球罐19具有进球端和排球端，加球罐19的进球端连接有第一加球管，第一加球管上设有补球隔离阀108，补球隔离阀108用于控制第一加球管的通断。加球罐19的排球端经管路与缓冲器14的输入端相连，加球罐19用于暂存试验球，以使加球罐19向试验回路中添加试验球。加球罐19与缓冲器14之间的管路为第二加球管，第二加球管上设有加球罐隔离阀109，加球罐隔离阀109用于控制第二加球管的通断。
45.可以理解的是，试验前，打开补球隔离阀108，通过第一加球管向加球罐19内加入多个试验用石墨球后，关闭补球隔离阀108。待试验开始后，打开加球罐隔离阀109，向缓冲器14内输送石墨球至预设数量，然后关闭加球罐隔离阀109。由此，通过加球罐19、转向器12和废球罐16之间相互配合，当需要更换试验回路中的石墨球时，转动转向器12，将需更换的石墨球排至废球罐16内。然后转回转向器12，打开加球罐隔离阀109，向试验回路中补充新的石墨球，从而达到快速更换试验回路中的石墨球的目的。
46.具体地，如图1所示，加球罐19经第二加球管与第二过球管相连，且第二加球管与第二过球管的连接处位于第二试验球隔离阀102的下游。
47.在一些实施例中，如图1所示，还包括粉尘添加器20，粉尘添加器20经管路与过球装置11的输入端相连，粉尘添加器20和过球装置11的输入端之间的管路上设有添加器隔离阀111。
48.可选地，如图1所示，粉尘添加器20具有进尘端和出尘端，粉尘添加器20的进尘端连接有第一粉尘管，第一粉尘管上设有添尘隔离阀110，添尘隔离阀110用于控制第一粉尘管的通断。粉尘添加器20的出尘端经管路与过球装置11的输入端相连，粉尘添加器20内部设置有多组粉尘暂存管，粉尘暂存管贮存有预设石墨粉尘量，可根据试验需求，定期定量向过球装置11添加石墨粉尘，以模拟试验对象实际的运行工况。
49.进一步地，如图1所示，粉尘添加器20和过球装置11之间的管路为第二粉尘管，第二粉尘管上设有添加器隔离阀111，添加器隔离阀111用于控制第二粉尘管的通断。可以理解的是，试验前，打开添尘隔离阀110，通过第一粉尘管向粉尘添加器20内添加一定量的石墨粉尘后，关闭添尘隔离阀110。待试验开始后，打开添加器隔离阀111，定期定量向过球装置11添加石墨粉尘。由此，通过设置粉尘添加器20，模拟现场各种苛刻的粉尘运行环境，探索石墨粉尘对试验设备运行的影响。
50.在一些实施例中，如图1所示，还包括粉尘过滤器21，过球装置11具有排尘端，排尘端经管路与粉尘过滤器21的输入端相连，粉尘过滤器21的输出端经管路与第二通气管相连。排尘端和粉尘过滤器21的输入端之间的管路上设有第一过滤器隔离阀112，粉尘过滤器21的输出端和第二通气管之间的管路上设有第二过滤器隔离阀113。
51.可以理解的是，正常过球试验中，第一试验球隔离阀101、第二试验球隔离阀102、
第一气体隔离阀103和第二气体隔离阀104均处于开启状态，第一过滤器隔离阀112和第二过滤器隔离阀113处于关闭状态。此时构成的气体回路为：风机15-球气分离器13-风机15。也即是，气体从球气分离器13的气体输出端排出。
52.当清理试验回路中的粉尘时，关闭第一试验球隔离阀101和第二气体隔离阀104，打开第一过滤器隔离阀112和第二过滤器隔离阀113。此时构成的气体回路为：风机15-球气分离器13-缓冲器14-过球装置11-粉尘过滤器21-风机15。也即是，气体从球气分离器13的第二试验球输出端排出，将石墨粉吹至粉尘过滤器21进行清理收集。由此，通过设置粉尘过滤器21，以定期收集和清理试验系统中多余的石墨粉尘。
53.在一些实施例中，如图1所示，排尘端还经管路与第一通气管相连，排尘端和第一通气管之间的管路上设有反吹隔离阀114。
54.具体地，如图1所示，过球装置11的排尘端与第一通气管之间连接的管路为反吹管，反吹管与第一通气管的连接处位于第一气体隔离阀103的上游，且反吹管上设有反吹隔离阀114。
55.可以理解的是，当过球装置11发生卡堵故障时，关闭第一气体隔离阀103，打开反吹隔离阀114，使气体逆方向吹扫过球装置11，从而解除卡堵现象。
56.在一些实施例中，如图1所示，过球装置11的外壳上设有加热带22。可以理解的是，加热带22包覆在过球装置11的壳体上，用于加热过球装置11，模拟实际工况运行的环境温度。
57.下面描述本发明实施例的高温堆过球设备连续过球试验方法。
58.本发明实施例的高温堆过球设备连续过球试验方法，该方法用于上述实施例中的高温堆过球设备连续过球试验系统，该方法包括：
59.向过球装置11添加多个试验球。
60.启动风机15和过球装置11的驱动机构，以使试验球依次通过转向器12、球气分离器13和缓冲器14后，再次回到过球装置11，进行连续循环过球。
61.待完成预设球次的循环过球后，转动转向器12，以使磨损的试验球排至废球罐16进行储存。
62.具体地，在试验之前，确保整个高温堆过球设备连续过球试验系统中的隔离阀均处于关闭状态。
63.试验准备：
64.s1：打开补球隔离阀108，往加球罐19内加入多个试验用石墨球后，再关闭补球隔离阀108。打开添尘隔离阀110，往粉尘添加器20内添加一定量的石墨粉尘后，再关闭添尘隔离阀110。
65.s2：将第一试验球隔离阀101、第二试验球隔离阀102、第一气体隔离阀103和第二气体隔离阀104打开后，打开真空泵隔离阀105，启动真空泵17，将试验回路进行抽真空处理。抽真空完成后，关闭真空泵隔离阀105。
66.s3：打开储气罐隔离阀106，通过储气罐18向试验回路充入试验用气体，直至达到试验预设压力后，再关闭储气罐隔离阀106。
67.试验实施：
68.s1：打开加球罐隔离阀109，向过球装置11添加预设数量的石墨球后，再关闭加球
罐隔离阀109。
69.s2：启动加热带22将试验对象(过球装置11)加热至预设温度。
70.s3：启动风机15和过球装置11的驱动机构。
71.s4：打开添加器隔离阀111，向过球装置11添加预设量的石墨粉尘后，再关闭添加器隔离阀111。
72.s5：通过风机15建立石墨球的连续循环回路，待完成预设球次的循环过球后，转动转向器12，打开废球罐隔离阀115，以使磨损的石墨球排至废球罐16进行储存。
73.s6：关闭第一试验球隔离阀101和第二气体隔离阀104，打开第一过滤器隔离阀112和第二过滤器隔离阀113，对试验回路的粉尘进行吹扫，利用粉尘过滤器21对石墨粉进行清理收集。
74.s7：重复执行s1-s6的步骤，充分验证试验对象在各种运行工况下的各项性能。
75.此外，当试验实施过程中，过球装置11发生卡堵故障时，关闭第一气体隔离阀103，打开反吹隔离阀114，使气体逆方向吹扫解卡。
76.试验结束后：
77.关闭风机15和过球装置11的驱动机构，打开泄压阀107，对试验回路进行泄压。
78.由此，本发明实施例的高温堆过球设备连续过球试验方法，建立了石墨球连续循环试验回路，可充分验证过球装置11在各种运行工况下的性能。不仅配置了加球罐19、转向器12和废球罐16，可快速更换试验用球，提高试验效率。还配置了粉尘添加器20，可模拟现场各种苛刻的粉尘运行环境，探索石墨粉尘对过球装置11运行的影响。
79.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
80.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至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
81.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
82.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
83.在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示
例”等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发明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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
84.尽管已经示出和描述了上述实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本发明的保护范围内。