[发明专利]用于熔盐核反应堆的罐封式旋转动力流机器及在熔盐核反应堆的流机器中使用的主动磁轴承

说明书

罐封式旋转动力流机器(1)，被构造成使用工作流体例如熔盐核反应堆的熔盐进行操作，罐封式旋转动力流机器包括：布置在蜗壳(3)中的叶轮(6)，蜗壳具有用于工作流体的入口(4)和出口(5)；包括定子(10)和转子(8)的感应或磁阻马达或发电机；罐状件(18)，罐状件将布置有转子(8)的工作流体区域与容纳定子(10)的干燥区域分离。转子(8)以可操作的方式联接到叶轮(6)。定子(10)包括用于对穿透转子(8)的磁场进行感应的定子绕组。定子绕组分布在布置于定子(10)中的槽(11)中。定子绕组在槽内的部分由一个或更多个导电实心杆(12)形成。一种用于在熔盐核反应堆的罐封式旋转动力流机器中使用的主动磁轴承，包括定子(110、210)和转子(108、208)。所述定子(108、208)包括用于对穿透转子(108、208)的磁场进行感应的定子绕组。定子绕组分布在布置于定子中的一个或更多个槽中。定子绕组的在所述一个或更多个槽内的部分由一个或更多个导电实心杆形成。

技术领域

本公开涉及一种用于使用诸如熔盐、覆盖气体或熔盐核反应堆的其他高温流体之类的工作流体进行操作的罐封式(canned，封闭式)旋转动力流机器(flow machine，流体机器)，以及一种在使用例如熔盐、覆盖气体或熔盐核反应堆的其他高温流体之类的工作流体进行操作的流机器中使用的主动磁轴承(magnetic bearing，磁性轴承)。

背景技术

熔盐反应堆(MSR)是一种核反应堆，其中核反应堆冷却剂和/或核燃料是熔盐，通常是氟化物盐或氯化物盐，具有约为500℃的熔点，在约600℃至700℃的温度运行，以及沸点比熔点高1000℃。这种类型的反应堆的众多优点之一是熔盐可以在非常高的温度下用作热传递介质，同时仍在大气压力或接近大气压力下运行。可以通过将熔盐泵送到“芯”与热交换器之间的回路中，从这种反应堆中提取热，反应堆功率与热交换器的温降和流速成正比。因此，需要能够泵送700℃熔盐的高吞吐量、持久、低维护和可靠的泵。由于熔融氟化物盐和氯化物盐的腐蚀性，它们的运行需要惰性抑制气氛，此外不能让熔盐或熔盐蒸汽逸出到环境中，这对熔盐反应堆泵的完全密封提出了严格的要求。这带来了严峻的技术挑战，因为温度、熔盐的侵蚀性结合高辐射水平使得只有极少数合适的材料可以使用。例如，永磁体不能用于驱动泵的电动机，因为这些类型的磁体在达到上述工作温度之前就开始不可逆地失去磁性。另一示例是动态密封，动态密封通常应用于泵并且不适用于熔盐反应堆的泵所经受的温度范围和腐蚀性环境，并且通常比静态密封或焊接接合更不可靠。

橡树岭国家实验室(ORNL)于1950年代和1960年代建造并运行了熔盐反应堆，其研究计划一直持续到1970年代，并且世界各地也在进行其他小型计划。ORNL研究了多种泵设计，主要是“悬臂泵”，其中泵和马达通过长轴连接，以使马达保持在较低的温度和辐射水平。

ORNL运行了被称为“熔盐反应堆实验”的熔盐反应堆多年，且该设计中的泵是带有油润滑轴承的悬臂泵型的泵。该泵有几个问题，其中包括油泄漏到燃料盐中。

其他已知的熔盐泵用于聚光太阳能(CSP)系统，该系统也将熔盐用作热传递介质，但使用的盐(硝酸盐)与商业熔盐反应堆(氟化物盐或氯化物盐)使用的盐是不同种类的。硝酸盐的腐蚀性较低并且与熔盐反应堆燃料不同，这种盐不具有放射性或危险性。因此，已知的硝酸盐泵是具有简单的动态轴密封的悬臂泵。这些被广泛使用并在市场上有售，但对密封性的要求较低。

与熔盐反应堆的泵相关的挑战之一是定子绕组通常由绝缘线构成，并且没有合适的绝缘材料用于定子绕组线，该定子绕组线在处理例如核熔盐反应堆的熔盐时可以处理上述工作温度和条件。

另一挑战是已知的电动机和发电机不能在熔盐反应堆的高运行温度下运行，因此，需要将电动机或发电机单元和连接轴冷却到典型熔盐反应堆的介质的运行温度以下，这会导致盐蒸汽沉积在动态密封、电动机或发电机内的冷却表面上，从而导致装备的生命周期缩短，并增加操作问题或放射性材料释放的风险。