专利名称:一种控制颗粒下落开关状态的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及核反应堆工程与安全技术领域：
，特别涉及一种控制颗粒下落开关状态的装置。
背景技术：
目前，球床高温气冷堆具有两套反应性控制与停堆系统，即控制棒系统和吸收球停堆系统，用于确保反应堆的运行安全和停堆。吸收球停堆系统具有落球停堆及气力输送回球备用的功能。
吸收球停堆系统的落球停堆功能可以通过向堆芯反射层落球孔道中落入适量含有能吸收中子的材料(如碳化硼)的吸收球而实现。当反应堆需要开堆时，反射层孔道中的吸收球(直径通常5-10_)需要被泄出送回以备再次使用。吸收球停堆系统的回球可以通过管道气力输送返回到位于堆芯上方的吸收球贮存容器(贮球罐)中用于再次使用而实现。贮存容器的工作环境温度约为250°C。
在先前已建成的球床式10丽高温气冷实验堆中，吸收球下落流量的开关控制使用的是贮球罐底部下料口从上部封堵的结构(参见:黄志勇，刁兴中，周慧忠.1OMW高温气冷实验堆吸收球停堆系统设备热态试验.核科学与工程，2004，24 (3) =230-234.及参见:Zhou H Z，Huang Z Y, Diao X Z.Design and verification test of the small absorberball system of the HTR-10.Nuclear Engineering and Design, 2002, 218:155-162.X为防止在贮球罐底部下料口关闭时吸收球被压碎污染堆芯侧反射层，从吸收球开始下落起的整个吸收球下落过程将一直持续到吸收球全部下落完毕而不能中断。由于不能满足在吸收球下落过程中允许中断吸收球下落的需要，因此给反应堆的调试和运行带来较大不便。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是在球床高温堆吸收球下落过程中，如何实现控制吸收球中断下落时防止压碎吸收球。
(二)技术方案
为了解决上述问题，本发明提供了一种控制颗粒下落开关状态的装置，所述装置利用颗粒堆积休止角原理，使得在颗粒下落过程中关闭阀头时可有效防止压碎颗粒。
本发明的控制颗粒下落开关状态的装置包括贮存容器，还包括贮存容器连接段、下料孔板、传动杆、传动杆保护套管、导向托盘、阀头；所述贮存容器连接段与贮存容器底部连接，所述下料孔板固定连接于贮存容器连接段底部出口，所述下料孔板设有下料孔；所述下料孔板中心轴线设置传动杆保护套管；所述传动杆设置于传动杆保护套管内；所述导向托盘设置于传动杆保护套管下端；所述阀头连接在传动杆末端；所述下料孔板、传动杆保护套管、导向托盘及阀头为同轴设置。
进一步地，所述控制颗粒下落开关状态的装置还包括底座料斗、挡块、锁紧螺母、迷宫密封结构、固定环、阀头密封片；所述底座料斗连接于贮存容器连接段底部端面；所述底座料斗内表面设有挡块；所述阀头通过锁紧螺母连接在传动杆末端；所述阀头密封片由固定环固定于贮存容器连接段底部；所述阀头与下料孔板下部外壁及传动杆保护套管内壁均设置迷宫密封结构。
其中，所述贮存容器横截面形状可为圆形、矩形、正方形等，但不限于前述形状，所述贮存容器连接段与贮存容器底部相连接。
其中，所述贮存容器连接段内边界颗粒流动面为锥面。
其中，所述下料孔板连接固定于贮存容器连接段底部出口，设置下料孔用于颗粒流动下落，下料孔板中心轴线设置传动杆保护套管用于保护传动杆及运动导向。
优选地，所述下料孔板的下料孔可设置为扇形孔，也可设置为长圆孔或圆孔。设置下料孔的最小尺寸不小于颗粒直径的5倍，以便颗粒顺畅流动而不堵塞。设置相邻下料孔之间的金属壁厚度不大于颗粒直径的3倍，以便于颗粒均匀流动。
其中，所述传动杆保护套管顶端固定于贮存容器内，所述导向托盘为静止件，传动杆上下运动带动阀头在底座料斗内上下运动。所述导向托盘设置在传动杆保护套管下端，用于颗粒流动导向以及承载颗粒产生的重力方向的载荷。
其中，所述底座料斗与贮存容器连接段通过螺栓连接，其内表面设置挡块用于限制阀头下极限位，以防止颗粒流动空间因超设计基准事故工况而发生堵塞。
其中，为扩展该结构的适用性，设置迷宫密封结构、固定环、阀头密封片，以利于限制颗粒贮存容器与底座料斗之间的气体泄漏量。
其中，所述阀头与传动杆下端通过螺纹连接并设置锁紧螺母，阀头上限位与下料孔板在传动杆运动方向设置空行程以利于补偿热膨胀差；阀头与传动杆保护套管内壁设置配合面形成运动导向，并在该配合面下方设置迷宫密封结构以利于限制气体泄漏量；阀头在空行程内压紧阀头密封片形成密封结构利于限制气体泄漏量。阀头内侧颗粒接触面与下料孔板之间设置迷宫密封结构利于限制气体泄漏量。
其中，所述下料孔板的下表面、导向托盘的上表面及阀头内侧的颗粒接触面，共同构成所述控制颗粒下落开关状态的装置的核心部分。利用颗粒堆积休止角原理，在阀头内侧的颗粒接触面提升至颗粒流动堆积上表面附近，实现对颗粒下落开关状态的控制。
其中，所述导向托盘的颗粒接触面与水平面具有一定倾角，该倾角最小值的设置与颗粒出流休止角有关。当结构空间受限时设置该倾角的最小值为10°，优选范围为20。-40。。
其中，设置下料孔板底面与导向托盘的颗粒倾斜接触面之间的距离不小于颗粒直径的4倍，以防止堵塞。
其中，设置阀头内侧颗粒接触面在全开时低于导向托盘的颗粒倾斜接触面以利于近壁层颗粒流动。
其中，为防止颗粒流动阻塞，设置下料孔板下料孔构成的颗粒流通截面以及导向托盘与下料孔板底部构成的颗粒流通截面，均大于底座料斗底部出口孔流通截面。通过设置底座料斗底部出口孔流通截面的大小，可调整颗粒下落质量流量的大小。底座料斗底部颗粒下落出口可偏心设置以利于防止起拱。
其中， 所述导向托盘底面设置凸台。[0025]其中，所述下料孔板底面靠近中心轴线侧设置凸台，导向托盘上方靠近下料孔板底部的区域形成颗粒流动空白区，有效防止阀头关闭过程中压碎颗粒。
其中，设置颗粒所流经的壁面接触区所有锐边均为圆角或倒角倒钝，以防止颗粒在流动过程中被壁面划伤产生粉尘。
其中，所述阀头在与阀头密封片的配合面处经圆角后所提供的颗粒接触面径向长度小于颗粒直径的一半，由阀头所提供的颗粒接触面在阀头关闭过程中使颗粒不能在该面上稳定停留，以防止少量颗粒在阀头提升到位时被压碎。
优选地，上述颗粒为吸收球颗粒，所述装置优选为控制吸收球颗粒下落开关状态的装置。
(三)有益效果
本发明的控制颗粒下落开关状态的装置具有如下优点:
(I)本发明的控制颗粒下落开关状态的装置，利用颗粒堆积休止角原理，在阀头由传动杆带动向上运动关闭时可防止压碎颗粒；设置空行程可补偿装置热膨胀差；设置迷宫密封结构可降低气流泄漏量。对热膨胀差补偿及气流泄漏量限制所考虑的措施，进一步增强了所述装置的适用性。
( 2 )本发明的控制颗粒下落开关状态的装置能够在颗粒从贮存容器内排出下落过程中关闭中断颗粒下落而不压碎颗粒，可为球床高温堆的调试和运行带来很多便利。
图1为本发明实施例中控制颗粒下落开关状态的装置的示意图；
图2为本发明实施例中控制颗粒下落开关状态的装置的下料孔板扇形下料孔的俯视图；
图3为本发明实施例中控制颗粒下落开关状态的装置的下料孔板长圆形下料孔的俯视图；
图4为本发明实施例中控制颗粒下落开关状态的装置的下料孔板圆形下料孔的俯视图；
其中:1:贮存容器连接段；2:下料孔板；3:传动杆；4:传动杆保护套管；5:导向托盘；6:阀头；7:底座料斗；8:挡块；9:锁紧螺母；10:迷宫密封结构；11:固定环；12:阀头密封片；13:吸收球颗粒；21:下料孔板底面凸台；51:导向托盘底面凸台。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的控制颗粒下落开关状态的装置作进一步详细说明。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、
“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解， 例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
如图1所示，本发明实施例的控制吸收球颗粒下落开关状态的装置，应用于球床高温气冷堆中，所述装置包括贮存容器，还包括贮存容器连接段1、下料孔板2、传动杆3、传动杆保护套管4、导向托盘5、阀头6、底座料斗7、挡块8、锁紧螺母9、迷宫密封结构10、固定环11、阀头密封片12、下料孔板底面凸台21、导向托盘底面凸台51。
所 述贮存容器连接段I与贮存容器底部连接。所述贮存容器为任意能够与所述贮存容器连接段I连接的容器，其横截面形状可为圆形、矩形、正方形等，但不限于前述形状。所述贮存容器连接段I内边界吸收球流动面为锥面，所述下料孔板2连接固定于贮存容器连接段I底部出口。所述下料孔板2设置下料孔用于吸收球颗粒13流动下落，并在下料孔板2中心轴线设置传动杆保护套管4用于保护传动杆3及运动导向。所述传动杆保护套管4顶端固定于贮存容器内，传动杆3设置于传动杆保护套管4内。
导向托盘5设置于传动杆保护套管4下端，用于吸收球颗粒13流动导向以及承载颗粒重量产生的载荷。所述传动杆3可参见驱动机构装置(参见申请号为200710177470.5的专利(应用于高温气冷堆吸收球停堆系统的非能动安全驱动装置))，所述导向托盘5为静止件，由传动杆3带动阀头6在底座料斗7内上下运动。
阀头6通过锁紧螺母9连接设置于传动杆3末端，并与传动杆保护套管4内壁设置配合面形成运动导向，并在该配合面下方设置迷宫密封结构10以利于限制气体泄漏量；底座料斗7通过螺栓连接于贮存容器连接段I底部端面。底座料斗7内表面均匀设置三个挡块8，用于限制阀头6下极限位，防止吸收球颗粒13流动空间因超设计基准事故工况而发
生堵塞。
所述阀头密封片12由固定环11固定于贮存容器连接段I底部；所述阀头6与下料孔板2下部外壁及传动杆保护套管4内壁均设置迷宫密封结构10。
下料孔板2、传动杆保护套管4、导向托盘5及阀头6为同轴设置。
下料孔板2的下表面、导向托盘5的上表面及阀头6内侧的吸收球接触面，共同构成控制颗粒下落开关状态的装置的核心部分。利用颗粒堆积休止角原理，在阀头6内侧的吸收球接触面提升至吸收球流动堆积上表面附近(如图1中左侧阀头虚线位置所示)，实现对吸收球下落开关状态的控制。
为利于导向托盘5的吸收球倾斜接触面附近吸收球流动，设置导向托盘5的吸收球接触面与水平面具有一定倾角。该倾角最小值的设置与吸收球出流休止角有关。当结构空间受限时设置该倾角的最小值为10°，优选范围为20° -40°。
设置下料孔板2底面与导向托盘5吸收球倾斜接触面之间的距离不小于吸收球颗粒13直径的4倍，以防止堵塞。
设置阀头6内侧吸收球颗粒接触面在全开时低于导向托盘5的吸收球倾斜接触面以利于近壁层颗粒流动。
为防止吸收球流动阻塞，设置下料孔板2下料孔提供的吸收球流通截面以及导向托盘5与下料孔板2底部构成的吸收球流通截面，均大于底座料斗7底部出口孔流通截面。通过设置底座料斗7底部出口孔流通截面的大小，可调整吸收球下落质量流量的大小。底座料斗7底部颗粒下落出口可偏心设置以利于防止起拱。
其中，阀头6上限位与下料孔板2在传动杆3运动方向设置空行程以利于补偿热膨胀差；阀头6与传动杆保护套管4内壁设置配合面形成运动导向，并在该配合面下方设置迷宫密封结构10以利于限制气体泄漏量；阀头6在空行程内压紧阀头密封片12形成密封结构利于限制气体泄漏量。阀头6内侧颗粒接触面与下料孔板2之间设置迷宫密封结构利于限制气体泄漏量。
设置阀头密封片12由固定环11通过螺栓固定于贮存容器连接段I底部。阀头密封片12为金属材质的薄片，阀头6提升至上限位时压缩阀头密封片12形成配合面(如图1中右侧阀头虚线位置所示)，用于限制贮存容器连接段I与底座料斗7间的气体泄漏量。
阀头6在上限位附近与下料孔板2设置适当的空行程，可补偿整个装置沿传动杆3运动方向的热膨胀差。
阀头6提升至上限位时，阀头6与下料孔板2下部外壁及传动杆保护套管4内壁均设置迷宫密封结构，用于进一步限制气体泄漏量。
导向托盘5底面具有凸台51，以增大与阀头6内侧吸收球接触面的配合面积，减少粉尘进入导向托盘5底面的阀头6空腔内。
下料孔板2底面靠近中心轴线侧设置凸台21，导向托盘5上方靠近下料孔板2底部的区域形成吸收球流动空白区，有效防止阀头6关闭过程中压碎吸收球颗粒13。
设置吸收球所流经的壁面接触区所有锐边均采用圆角或倒角倒钝，以防止吸收球颗粒13在流动过程中被壁面划伤产生粉尘。
阀头6在与阀头密封片12的配合面处经圆角后所提供的吸收球颗粒13接触面径向长度小于颗粒直径的一半。由阀头6所提供的吸收球接触面在阀头6关闭过程中使吸收球不能在该面上稳定停留，以防止少量吸收球颗粒13在阀头6提升到位时被压碎。
如图2所示，本发明实施例控制颗粒下落开关状态的装置的下料孔板2的下料孔设置为扇形孔，如图3-4所示，也可设置为长圆孔或圆孔。设置下料孔的最小尺寸不小于吸收球颗粒13直径的5倍，以便吸收球顺畅流动而不堵塞。设置相邻下料孔之间的金属壁厚度不大于吸收球颗粒13直径的3倍，以便于吸收球均匀流动。
本发明的控制颗粒下落开关状态的装置的下料孔的形式与数量包括但不限于所列举的3个扇形孔、3个长圆孔及8个圆形孔。
下面具体描述本发明所述控制颗粒下落开关状态的装置应用于高温气冷堆吸收球停堆系统的落球停堆装置。
贮存容器中的吸收球颗粒13大小是均匀的，吸收球颗粒13直径通常为3-10mm，优选为5-8_。阀头6在与驱动机构装置连接的传动杆3的带动下，向下运动打开至一定程度时，吸收球颗粒13在自身重力作用下经贮存容器连接段I底部出口流过下料孔板2的下料孔，然后经导向托盘5与下料孔板2底部构成的吸收球流通域进入底座料斗7。吸收球经底座料斗7底部的孔口流出，经连接管道落入堆芯活性区侧反射层孔道中堆积用于停堆。
当反应堆调试和运行需要吸收球从贮存容器内泄出的过程中中断而停止吸收球下落时，传动杆3底端的阀头6在驱动装置的带动下，向上运动关闭至一定程度而尚未完全关闭时，由于颗粒堆积休 止角原理，在导向托盘5上方靠近下料孔板2底部的区域形成吸收球稳态流动空白区，吸收球不再进入底座料斗7而停止下落，不会压碎吸收球。阀头6与阀头密封片12的配合面经倒圆后，由阀头6所提供的吸收球接触面在阀头6关闭过程中使吸收球不能在该面上稳定停留，防止少量吸收球在阀头6提升至上限位时被压碎。进一步提升阀头6至上限位时，阀头6压缩阀头密封片12形成配合面用于限制气体泄漏量。阀头6提升至上限位时设置有空行程以利于补偿传动杆3运动方向的热膨胀差。阀头6与下料孔板2下部外壁及传动杆保护套管4内壁均设置迷宫密封结构10用于进一步限制气体泄漏量。
模拟本发明实施例所述控制颗粒下落开关状态的装置进行了实际效果验证实验。采用6mm直径的玻璃球模拟同样直径的吸收球颗粒13进行了关闭阀头6使玻璃球颗粒13下落过程中断的试验。底座料斗7内部流通空间采用了有机玻璃材质构成，以便进行直观的观察。由于颗粒堆积休止角原理，在阀头6尚未完全关闭时，玻璃球已不再进入底座料斗7内而停止下落。阀头6与阀头密封片12的配合面经倒圆后，由阀头6所提供的玻璃球接触面在阀头6关闭过程中使玻璃球不能在该面上稳定停留，防止少量玻璃球在阀头6提升至上限位时被压碎。试验结果表明，阀头6在玻璃球下落过程中关闭不会压碎玻璃球，在阀头6尚未提升至完全关闭时，玻璃球已中断下落而不再进入底座料斗7内，阀头6关闭不会压碎玻璃球。
本发明的控 制颗粒下落开关状态的装置，能够在吸收球颗粒从贮存容器内排出下落过程中关闭中断颗粒下落而不压碎颗粒，可为球床高温堆的调试和运行带来很多便利。
本发明提供的控制颗粒下落开关状态的装置也可用于其它领域类似颗粒的下落开关状态控制。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制。有关技术领域：
的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求
限定。
权利要求
1.一种控制颗粒下落开关状态的装置，包括贮存容器，其特征在于，所述装置还包括:贮存容器连接段、下料孔板、传动杆、传动杆保护套管、导向托盘、阀头；所述贮存容器连接段与贮存容器底部连接，所述下料孔板固定连接于贮存容器连接段底部出口，所述下料孔板设有下料孔；所述下料孔板中心轴线设置传动杆保护套管；所述传动杆设置于传动杆保护套管内；所述导向托盘设置于传动杆保护套管下端；所述阀头连接在传动杆末端；所述下料孔板、传动杆保护套管、导向托盘及阀头为同轴设置。
2.如权利要求
1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括底座料斗、挡块、锁紧螺母、迷宫密封结构、固定环、阀头密封片；所述底座料斗连接于贮存容器连接段底部端面；所述底座料斗内表面设有挡块；所述阀头通过锁紧螺母连接在传动杆末端；所述阀头密封片由固定环固定于贮存容器连接段底部；所述阀头与下料孔板下部外壁及传动杆保护套管内壁均设置迷宫密封结构。
3.如权利要求
1或2所述的装置，其特征在于，所述下料孔板的下料孔为扇形孔、长圆孔或圆孔；所述下料孔的最小尺寸不小于颗粒直径的5倍；相邻下料孔之间的金属壁厚度不大于颗粒直径的3倍。
4.如权利要求
1或2所述的装置，其特征在于，所述导向托盘的颗粒接触面与水平面倾角的最小值为10°，优选范围为20° -40°。
5.如权利要求
2所述的装置，其特征在于，设置下料孔板下料孔构成的颗粒流通截面以及导向托盘与下料孔板底部构成的颗粒流通截面，均大于底座料斗底部出口孔流通截面。
6.如权利要求
1或2所述的装置，其特征在于，所述下料孔板底面与导向托盘的颗粒倾斜接触面之间的距离不小于颗粒直径的4倍。
7.如权利要求
1或2所述的装置，其特征在于，所述阀头内侧颗粒接触面在全开时低于导向托盘的颗粒倾斜接 触面。
8.如权利要求
1或2所述的装置，其特征在于，所述导向托盘底面设置凸台，所述下料孔板底面靠近中心轴线侧设置凸台。
9.如权利要求
2所述的装置，其特征在于，所述阀头与下料孔板在传动杆运动方向设置空行程；所述阀头在空行程内压紧阀头密封片形成密封结构。
10.如权利要求
2所述的装置，其特征在于，设置颗粒所流经的壁面接触区所有锐边均为圆角或倒角倒钝；所述阀头在与阀头密封片的配合面处经圆角后所提供的颗粒接触面径向长度小于颗粒直径的一半。
专利摘要
本发明提供一种控制颗粒下落开关状态的装置，所述装置包括贮存容器，还包括贮存容器连接段、下料孔板、传动杆、传动杆保护套管、导向托盘、阀头；所述贮存容器连接段与贮存容器底部连接，所述下料孔板固定连接于贮存容器连接段底部出口，所述下料孔板设有下料孔；所述下料孔板中心轴线设置传动杆保护套管；所述传动杆设置于传动杆保护套管内；所述导向托盘设置于传动杆保护套管下端；所述阀头连接在传动杆末端；所述下料孔板、传动杆保护套管、导向托盘及阀头为同轴设置。所述装置利用颗粒堆积休止角原理，在颗粒下落过程中关闭阀头时可有效防止压碎颗粒。
文档编号G21C7/08GKCN103236275SQ201310141915
公开日2013年8月7日 申请日期2013年4月22日
发明者李天津, 张作义, 陈凤, 高志, 黄志勇, 董玉杰, 李富, 吴宗鑫 申请人:清华大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan