[发明专利]一种球床反应堆燃料元件成组气力提升系统及方法

说明书

技术领域

本发明专利属于球床核反应堆燃料输送技术领域，特别涉及一种球床反应堆燃料元件成组气力提升系统及方法的设计。

背景技术

模块化球床高温气冷堆是目前正在研究开发的第四代新型核反应堆,是核能界公认的安全性最高的核反应堆型。此堆型利用气力提升方法实现球形燃料元件多次通过堆芯的循环运行方式。燃料循环能力即单位时间通过堆芯横截面的燃料元件的最大数量是该堆型的重要运行指标，其值越大，堆芯功率密度分布越均匀，进而堆芯功率调节的可靠性和燃料的平均燃耗也越高。燃料元件气力提升为球床反应堆燃料循环的关键环节，其借助气体的推力，将经过燃耗检测的燃料元件从堆芯下方垂直提升数十米到达堆芯顶部，穿过压力壳返回球床。一方面单位时间气力提升至堆芯的燃料元件的数量（即提升能力）是限制燃料循环能力的主要因素，直接影响到反应堆能否实现燃料快速循环模式；另一方面由于提升管路与堆芯顶部相连，燃料元件的运行速度将决定元件对堆芯冲击力的大小和元件的破损率，直接关系到反应堆的安全性。

已建成的球床反应堆试验堆型（德国AVR和中国HTR-10）均采用“逐一气力提升技术”，该技术可描述为：工艺系统将单个燃料元件逐一加入提升管路，并确保监测到此元件被气力提升至堆芯后，下一个元件才开始进入提升管路。然而采用此技术时，同一时刻最多仅有一个燃料元件占用输送管道，燃料元件输送效率低，无法根据不同的工况快速、大范围的调节提升能力，致使反应堆控制的准确性和运行的经济性均受到很大限制，并且为了满足燃料循环能力的要求，需要并列设置多条提升管道，系统复杂，制造、维护和使用成本较高。

发明内容

本发明的目的是克服已有技术的不足，提出一种球床反应堆燃料元件成组气力提升系统及方法。该成组气力提升系统及方法可以实现燃料元件成组提升进入堆芯，且每组的燃料元件数量及燃料元件的间距均可以控制，在不同的工况下可以优化提升能力，提高输送效率，降低能耗；而且该成组气力提升系统及方法仅采用一条提升管道，系统结构简单，制造、维护和使用成本低，适用于球床反应堆的建造和运行。

本发明的技术方案如下：

一种球床反应堆燃料元件成组气力提升系统，其特征在于：包括加料器、提升管道、堆芯进料管、三通、气体分流器、流体动力设备和至少两套燃耗检测组件；所述加料器具有与燃耗检测组件数量相同的入口，有一个出口；每套燃耗检测组件包括一个燃耗检测器和一条缓存管道，每条缓存管道的一端与燃耗检测器的出口相连，另一端与加料器的其中一个入口相连；所述流体动力设备包括一个高压气室和一个低压气室；在加料器的出口处设置有三通，三通的两个入口分别与加料器的出口和高压气室相连，三通的出口与提升管道的进口端相连；提升管道的出口端高于进口端；在提升管道的出口处设置有气体分流器，气体分流器的入口和出口分别与提升管道的出口端和堆芯进料管的入口端相连，气体分流器的排气口与低压气室相连；所述提升管道的内径D1与燃料元件的直径D2的比值为0.50～0.99。

本发明所述的球床反应堆燃料元件成组气力提升系统，其特征在于：所述加料器包括驱动装置、转轴、转盘和壳体，在壳体上设有出料管和至少两个进料管；所述驱动装置与壳体固接，转盘与转轴固接；所述驱动装置与转轴连接，并驱动转轴旋转；转盘外缘上设置至少一个取球槽；出料管、进料管和取球槽三者的中心线位于垂直于转轴中心线的同一平面上；所述进料管和出料管的中心线与水平面的夹角至少为5°；每条缓存管道对应连接加料器的一个进料管。

本发明所述的球床反应堆燃料元件成组气力提升系统，其特征在于：所述加料器的驱动装置包括电机、减速器和联轴器，电机的输出轴与减速器的输入轴相连，减速器的输出轴通过联轴器与加料器的转轴相连。

本发明所述的球床反应堆燃料元件成组气力提升系统，其特征在于：气力提升系统还包括若干个计数器，所述计数器安装在缓存管道、加料器的入口端、加料器的出口端、提升管道的进口端、提升管道的出口端和堆芯进料管的其中一个或几个位置上。

本发明所述的球床反应堆燃料元件成组气力提升系统，其特征在于：所述流体动力设备采用气体压缩机。

本发明提供的一种采用球床反应堆燃料元件成组气力提升系统的气力提升方法，其特征在于：包括如下步骤：

1）燃料元件分别从不同的燃耗检测器的入口进入该燃耗检测器中进行燃耗检测，之后从不同的燃耗检测器出口进入与其相连的缓存管道内；