БУФЕРНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПАДАЮЩИХ СФЕРИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ
BUFFER DEVICE FOR FALLING SPHERICAL OBJECTS

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области инженерных технологий, в частности, к буферному устройству для падающих сферических объектов.
Уровень техники
Высокотемпературный газоохлаждаемый ядерный реактор с засыпкой из шаровых тепловыделяющих элементов обеспечивает непрерывную работу под нагрузкой за счет многократного прохождения сферических объектов через активную зону. Используемые сферические объекты имеют диаметр 60 мм, а в качестве матрицы используется высокопрочный, высокоплотный графит высокой чистоты. Требование, предъявляемое к конструкции высокотемпературного газоохлаждаемого ядерного реактора с гранулированным топливом, заключается в том, чтобы один сферический объект мог 50 раз свободно падать с высоты 4 м на галечный слой без повреждений. Повреждение сферического объекта оказывает серьезное отрицательное влияние на устойчивость работы системы загрузки и выгрузки топлива, а также на надежность работы подвижных элементов оборудования на пути прохождения сферических объектов.
Раскрытие изобретения
(I) Решаемая техническая задача
Цель настоящего изобретения заключается в создании буферного устройства для падающих сферических объектов, обеспечивающего хорошую защиту сферических объектов и шихтового бункера в целом.
(II) Технические решения
Для решения вышеупомянутой технической задачи настоящим изобретением предлагается буферное устройство для падающих сферических объектов, содержащее узел потокоограничивающей трубы и узел центральной колонны, узел потокоограничивающей трубы которого содержит потокоограничивающую трубу, перенаправляющее соединение и трубу выхода сферических объектов, последовательно соединенные друг с другом в направлении сверху вниз, причем диаметр потокоограничивающей трубы больше диаметра трубы выхода сферических объектов, и внутренняя поверхность перенаправляющего соединения представляет собой коническую поверхность; узел центральной колонны содержит по меньшей мере центральную колонну, расположенную внутри потокоограничивающей трубы; между потокоограничивающей трубой и центральной колонной сформирована потоконаправляющая область, и на внешней периферийной поверхности центральной колонны выполнены несколько направляющих канавок гравитационного течения.
В частности, направляющие канавки гравитационного течения представляют собой канавки спиральной формы, проходящие по внешней периферийной поверхности центральной колонны.
Кроме того, центральная колонна содержит соединительную колонну и соединительный стержень, последовательно соединенные друг с другом в направлении сверху вниз, причем соединительная колонна расположена внутри потокоограничивающей трубы; нижняя часть соединительного стержня проходит сквозь перенаправляющее соединение и расположена в трубе выхода сферических объектов; соединительная колонна соединена с возможностью отсоединения с соединительным стержнем.
Кроме того, центральная колонна дополнительно содержит стержень выхода сферических объектов, соединенный с соединительным стержнем, и нижняя часть стержня выхода сферических объектов содержит перенаправляющий конец.
В частности, направляющие канавки гравитационного течения представляют собой вертикальные направляющие канавки; центральная колонна центральная колонна содержит множество вертикально проходящих кромок направляющих канавок; и множество кромок направляющих канавок расположены по окружности на внешней периферийной поверхности центральной колонны, причем между двумя соседними кромками направляющих канавок расположена одна вертикальная направляющая канавка.
В частности, перенаправляющий конец содержит внутренние наклонные поверхности, выполненные в каждой из вертикальных направляющих канавок, и внешнюю коническую поверхность, расположенную снаружи стержня выхода сферических объектов; причем внешняя коническая поверхность и вертикальная направляющая канавка плавно соединены друг с другом внутренней наклонной поверхностью.
В частности, на внутренней поверхности перенаправляющего соединения выполнено первое выпуклое ребро или вогнутая канавка.
В частности, вторые выпуклые ребра, количество которых равно количеству кромок направляющих канавок, расположены на внутренней поверхности перенаправляющего соединения, и каждой кромке направляющей канавки соответствует одно второе выпуклое ребро.
Кроме того, буферное устройство для падающих сферических объектов дополнительно содержит узел трубы входа сферических объектов, соединенный с верхней частью потокоограничивающей трубы; узел трубы входа сферических объектов содержит несколько труб подачи, а на потокоограничивающей трубе имеется несколько отверстий входа сферических объектов, количество которых равно количеству труб подачи; отверстия входа сферических объектов соединены с потоконаправляющей областью; и каждая из труб подачи соединена с каждым из отверстий входа сферических объектов по принципу "один к одному" через отверстия труб подачи.
Кроме того, буферное устройство для падающих сферических объектов дополнительно содержит несколько труб подачи, а на потокоограничивающей трубе имеется несколько отверстий входа сферических объектов, количество которых равно количеству труб подачи; отверстия входа сферических объектов соединены с потоконаправляющей областью; и каждая из труб подачи соединена с каждым из отверстий входа сферических объектов по принципу "один к одному" через отверстия труб подачи.
Кроме того, узел центральной колонны дополнительно содержит опору центральной колонны, соединенную с верхней частью центральной колонны, причем опора центральной колонны соединена с потокоограничивающей трубой, и в верхней части потокоограничивающей трубы расположен узел отражателя.
(III) Преимущества изобретения
Вышеуказанные технические решения согласно настоящему изобретению обеспечивают следующие преимущества:
В буферном устройстве для падающих сферических объектов согласно настоящему изобретению в узле потокоограничивающей трубы предусмотрен узел центральной колонны, так что между потокоограничивающей трубой и центральной колонной образуется потоконаправляющая область. Благодаря созданию множества направляющих канавок гравитационного течения на внешней периферийной поверхности центральной колонны сферические объекты могут перемещаться только в потоконаправляющей области между потокоограничивающей трубой и центральной колонной, и их движение во время падения ограничивается и направляется направляющими канавками гравитационного течения; кроме того, сферические объекты дополнительно демпфируются конической поверхностью, когда они попадают в перенаправляющее соединение, так что сферические объекты не падают из центра потокоограничивающей трубы непосредственно в шихтовый бункер независимо от своей начальной скорости, в результате чего предотвращается повреждение в результате столкновения сферических объектов или шихтового бункера из-за чрезмерно высокой скорости падения сферических объектов. Буферное устройство для падающих сферических объектов обеспечивает хорошую защиту сферических объектов и шихтового бункера в целом, и имеет простую конструкцию, а также является удобным в установке, что обеспечивает выполнение предъявляемых требований по надежности буферной загрузки сферических объектов при различных рабочих условиях.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 – схема конструкции буферного устройства для падающих сферических объектов согласно варианту реализации настоящего изобретения;
на фиг. 2 – схема конструкции узла потокоограничивающей трубы в буферном устройстве для падающих сферических объектов согласно варианту реализации настоящего изобретения;
на фиг. 3 – схема конструкции узла центральной колонны в буферном устройстве для падающих сферических объектов согласно варианту реализации настоящего изобретения;
на фиг. 4 – схема перенаправляющего соединения в буферном устройстве для падающих сферических объектов согласно варианту реализации настоящего изобретения;
на фиг. 5 – схема взаимодействия сферических объектов с перенаправляющим соединением в буферном устройстве для падающих сферических объектов согласно варианту реализации настоящего изобретения;
на фиг. 6 – еще одна конструктивная схема узла центральной колонны в буферном устройстве для падающих сферических объектов согласно возможному варианту реализации настоящего изобретения;
на фиг. 7 – схема конструкции центральной колонны и соединительного стержня в буферном устройстве для падающих сферических объектов согласно варианту реализации настоящего изобретения;
на фиг. 8 – схема конструкции стержня выхода сферических объектов в буферном устройстве для падающих сферических объектов согласно варианту реализации настоящего изобретения; и
на фиг. 9 – вид сверху перенаправляющего соединения в буферном устройстве для падающих сферических объектов согласно варианту реализации настоящего изобретения.
Цифровые обозначения ссылочных позиций
1
сферический объект
2
узел отражателя
10
узел центральной колонны
11
опора центральной колонны
12
центральная колонна
13
потоконаправляющая область
14
внешняя цилиндрическая поверхность
15
спиральная направляющая
16
пространство над перенаправ-ляющим соединением
17
второе выпуклое ребро
20
узел потокоограничивающей трубы
21
потокоограничивающая труба
22
перенаправляющее соединение
23
труба выхода сферических объектов
24
отверстие входа сферических объектов
25
внутренняя цилиндрическая поверхность потокоограничи-вающей трубы
26
опора
27
коническая поверхность
28
вогнутая канавка
29
первое выпуклое ребро
30
узел трубы подачи
31
труба подачи
32
отверстие трубы подачи
40
соединительная колонна
41
соединительный стержень
42
стержень выхода сферических объектов
43
перенаправляющий конец
44
вертикальная направляющая канавка
45
соединительный конец
46
прямолинейный участок
47
кромка направляющей канавки
48
внутренняя наклонная поверхность
49
внешняя коническая поверхность
50
зазор трубы выхода сферическихобъектов
51
область падения сферических объектов
Осуществление изобретения
Для того чтобы сделать более ясными цели, технические решения и преимущества вариантов реализации настоящего изобретения, ниже приводится точное и полное описание технических решений вариантов реализации настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи. Разумеется, описанные варианты реализации являются лишь несколькими, но отнюдь не всеми возможными вариантами реализации настоящего изобретения. Основанные на вариантах реализации настоящего изобретения все другие варианты, создаваемые специалистом среднего уровня без креативных усилий с его стороны, охватываются объемом защиты настоящего изобретения.
Как показано на фиг. 1 – 9, настоящим изобретением предлагается буферное устройство для падающих сферических объектов, содержащее узел 10 центральной колонны, узел 20 потокоограничивающей трубы и узел 30 трубы входа сферических объектов. Узел 10 центральной колонны расположен в узле 20 потокоограничивающей трубы, и узел 30 трубы входа сферических объектов соединен с узлом 20 потокоограничивающей трубы.
Узел 20 потокоограничивающей трубы включает в себя потокоограничивающую трубу 21, перенаправляющее соединение 22 и трубу 23 выхода сферических объектов, соединенные друг с другом в направлении сверху вниз. Диаметр потокоограничивающей трубы 21 больше диаметра трубы выхода сферических объектов, и внутренняя поверхность перенаправляющего соединения 22 представляет собой коническую поверхность 27.
Узел 10 центральной колонны содержит центральную колонну 12, расположенную в потокоограничивающей трубе 21. Между потокоограничивающей трубой 21 и центральной колонной 12 предусмотрена потоконаправляющая область 13, а на внешней периферийной поверхности центральной колонны 12 выполнены несколько направляющих канавок гравитационного течения.
Узел 30 трубы входа сферических объектов соединен с верхней частью потокоограничивающей трубы 21. Узел 30 трубы входа сферических объектов содержит несколько труб подачи 31, а на потокоограничивающей трубе 21 имеется несколько отверстий 24 входа сферических объектов, количество которых равно количеству труб подачи 31. Отверстия 24 входа сферических объектов соединены с потоконаправляющей областью 13. Каждая из труб подачи 31 соединена с каждым из отверстий 24 входа сферических объектов по принципу "один к одному" через отверстия 32 труб подачи. В то время как количество предусмотренных отверстий 24 входа сферических объектов равно количеству направляющих канавок гравитационного течения, каждому из отверстий 24 входа сферических объектов также однозначно соответствует каждая из направляющих канавок гравитационного течения.
Узел 10 центральной колонны дополнительно содержит опору 11 центральной колонны, соединенную с верхней частью центральной колонны 12. Опора 11 центральной колонны соединена с потокоограничивающей трубой 21, и в верхней части потокоограничивающей трубы 21 расположен также узел 2 отражателя. Узел 2 отражателя выполнен с возможностью отражения нейтронов активной зоны для компенсации отражения нейтронов топливных элементов активной зоны с помощью потоконаправляющей области 13. На внешней части потокоограничивающей трубы 21 расположена опора 26. Буферное устройство для падающих сферических объектов согласно настоящему изобретению установлено в центре опорной панели металлического элемента в реакторе с помощью опоры 26.
В варианте реализации согласно настоящему изобретению после того, как сферический объект 1 введен в потоконаправляющую область 13 из трубы подачи 31, он падает по спиральной траектории по внутренней стенке потокоограничивающей трубы 21 под действием силы тяжести и инерции движения, затем достигает конической поверхности 27 перенаправляющего соединения 22, после чего продолжает вращаться и, наконец, падает в шихтовый бункер из трубы 23 выхода сферических объектов под действием трения и силы тяжести. Если начальная скорость слишком мала, сферический объект 1 может быстро упасть из потоконаправляющей области 13 на коническую поверхность 27 перенаправляющего соединения 22, и часть его момента количества движения после отскока превращается в импульс, и падает из трубы 23 выхода сферических объектов в шихтовый бункер после того, как его скорость снизилась.
В конкретном варианте реализации настоящего изобретения направляющие канавки гравитационного течения представляют собой канавки спиральной формы, проходящие по внешней периферийной поверхности центральной колонны. Иными словами, на внешней цилиндрической поверхности 14 центральной колонны 12 расположены спиральные направляющие планки 15, таким образом, чтобы сформировать спиральные направляющие канавки.
В рассматриваемом варианте реализации узел 30 трубы входа сферических объектов содержит две трубы подачи 31, и, соответственно, на центральной колоне 12 расположены две спиральные направляющие планки 15. Направляемый спиральными направляющими планками 15, сферический объект 1 падает по спиральной траектории по поверхности 25 внутренней стенки потокоограничивающей трубы 21 или по спиральной траектории по спиральным направляющим канавкам на центральной колонне 12 после вхождения в потоконаправляющую область 13 из отверстия 24 входа сферических объектов. Благодаря эффекту опоры и трения, создаваемому спиральными направляющими планками 15, скорость падения сферического объекта 1 по спирали снижается по сравнению со скоростью падения по гладкой трубе. После того, как сферический объект 1 выходит из центральной колонны 12 и входит в пространство 16 над перенаправляющим соединением, ему проще упасть на коническую поверхность 27 перенаправляющего соединения 22 внизу, чем если бы он падал из трубы 23 выхода сферических объектов после вращения, из трубы 23 выхода сферических объектов после отскока или падал сразу из трубы 23 выхода сферических объектов.
На внутренней поверхности перенаправляющего соединения выполнено первое выпуклое ребро или вогнутая канавка.
В конкретном варианте реализации настоящего изобретения, когда на потокоограничивающей трубе имеется множество отверстий 24 входа сферических объектов, расстояние между нижним концом центральной колонны 12 и конической поверхностью 27 перенаправляющего соединения 22 должно быть в два раза больше диаметра сферического объекта 1, чтобы при одновременном попадании множества сферических объектов в пространство 16 над перенаправляющим соединением они не касались друг друга и не образовывалась пробка (в крайнем случае), и сферический объект 1 не отскакивал бы от перенаправляющего соединения 22 и не ударялся о центральную колонну 12.
В конкретном варианте реализации настоящего изобретения для устранения возможности вращения сферических объектов 1 в течение длительного времени на конической поверхности 27 без падения, а также их отскакивания, образования пробок и т.д., на конической поверхности 27 перенаправляющего соединения 22 может быть выполнено первое выпуклое ребро 29 или первое выпуклое ребро 29 с вогнутой канавкой 28. За счет создания первого выпуклого ребра 29 и/или вогнутой канавки 28 обеспечивается возмущенное движение и демпфирование сферических объектов 1. По сравнению со сферическим объектом 1a, стабильно перемещающимся по конической поверхности 27, сферический объект 1b, входящий в вогнутую канавку, или сферический объект 1c, подскакивающий и падающий на первом выпуклом ребре 29, в результате взаимодействия с вышеуказанными препятствиями резко изменяют траекторию и скорость своего движения, что приводит к неустойчивому движению, и указанные сферические объекты быстро сходят с конической поверхности 27 и, в конечном итоге, падают вниз по трубе 23 выхода сферических объектов.
В конкретном варианте реализации настоящего изобретения нижняя часть центральной колонны 12 последовательно проходит сквозь перенаправляющее соединение 22 и трубу 23 выхода сферических объектов. Труба 23 выхода сферических объектов расположена снаружи центральной колонны 12. Зазор 50 трубы выхода сферических объектов между трубой 23 выхода сферических объектов и центральной колонной недостаточен для прохождения сквозь него сферического объекта 1. В то же самое время, вертикальные направляющие канавки 44 используются в качестве направляющих канавок гравитационного течения. Иными словами, центральная колонна 12 содержит множество вертикально проходящих кромок 47 направляющих канавок. Множество кромок 47 направляющих канавок расположены по окружности на внешней периферийной поверхности центральной колонны 12, причем между двумя соседними кромками 47 направляющих канавок расположена одна вертикальная направляющая канавка 44, и сферический объект 1, в конечном итоге, может падать, проходя по вертикальной направляющей канавке 44.
В конкретном варианте реализации настоящего изобретения вторые выпуклые ребра 17, количество которых равно количеству кромок 47 направляющих канавок, расположены на конической поверхности 27 перенаправляющего соединения 22, и каждой кромке 47 направляющей канавки соответствует одно второе выпуклое ребро 17, так что между двумя соседними вторыми выпуклыми ребрами 17 сформирована одна область 51 падения сферических объектов, и каждой вертикальной направляющей канавке 44 соответствует одна область 51 падения сферических объектов. Сферический объект 1 входит в потоконаправляющую область 13 из отверстия 32 трубы подачи, проходит по спиральной траектории сквозь потоконаправляющую область 13 и затем достигает конической поверхности 27 перенаправляющего соединения 22, и продолжает движение. В этот момент, в результате взаимодействия с препятствием в виде второго выпуклого ребра 17, сферический объект 1 из области 51 падения сферических объектов, наконец, входит в вертикальную направляющую канавку 44, и продолжает падать вниз по вертикальной направляющей канавке 44.
В конкретном варианте реализации настоящего изобретения вертикальная направляющая канавка 44 содержит полукруглый дуговой участок, диаметр которого немного больше диаметра сферического объекта 1, и два прямолинейных участка 46, проходящих, соответственно, по касательной к обеим сторонам полукруглого дугового участка. При условии, что длина трубы 23 выхода сферических объектов отвечает определенным требованиям по длине, сферический объект 1 может направляться для падения в вертикальную направляющую канавку 44, ограничиваемый в своем движении трубой 23 выхода сферических объектов и вертикальной направляющей канавкой 44.
В конкретном варианте реализации настоящего изобретения центральная колонна содержит соединительную колонну 40 и соединительный стержень 41, располагающиеся последовательно в направлении сверху вниз. Соединительная колонна 40 соединена с возможностью отсоединения с соединительным стержнем 41. В данном варианте реализации соединительная колонна 40 расположена в потокоограничивающей трубе 21, и нижняя часть соединительного стержня 41 проходит сквозь перенаправляющее соединение 22 и расположена в трубе 23 выхода сферических объектов. В соответствии с требованиями по высоте области подачи может быть предусмотрено множество секций соединительного стержня 41, последовательно прикрепляемых к нижней части соединительной колонны 40.
В конкретном варианте реализации настоящего изобретения, когда расстояние от выхода перенаправляющего соединения 22 до выхода вертикальной направляющей канавки 44 в центральной колонне велико, для ограничения скорости, с которой сферический объект достигает выхода, центральная колонна 12 содержит соединительную колонну 40, соединительный стержень 41 и стержень 42 выхода сферических объектов, последовательно соединенные друг с другом в направлении сверху вниз. В таком варианте реализации нижняя часть стержня 42 выхода сферических объектов содержит перенаправляющий конец 43, и стержень 42 выхода сферических объектов соединен с возможностью отсоединения с соединительным стержнем с помощью соединительного конца. Перенаправляющий конец 43 содержит внутренние наклонные поверхности 48, расположенные в соответствующих вертикальных направляющих канавках 44, а также внешнюю коническую поверхность 49, расположенную на внешней стороне стержня 42 выхода сферических объектов. Внутренняя наклонная поверхность 48 обеспечивает плавный переход сферических объектов из вертикальной направляющей канавки 44 на внешнюю коническую поверхность 49. Когда сферический объект 1 ускоряется, падая по вертикальной направляющей канавке 44, и достигает внутренней наклонной поверхности 48, он сталкивается с ней, и часть количества движения превращается в импульс, обеспечивая демпфирование и замедление движения сферического объекта 1, падающего в шихтовый бункер по внутренней наклонной поверхности 48 и внешней конической поверхности 49.
В каждом из описанных выше вариантов реализации спиральные направляющие канавки используются в качестве направляющих канавок гравитационного течения, которые более подходят для циклической загрузки и разгрузки, когда уровень материала поддерживается относительно постоянным, например, при циклической загрузке активной зоны реактора с гранулированным топливом при нормальном режиме его работы. Хотя вертикальные направляющие канавки 44 используются в качестве направляющих канавок гравитационного течения, а центральная колонна содержит соединительную колонну 40, соединительный стержень 41 и стержень 42 выхода сферических объектов, последовательно соединенные друг с другом с возможностью отсоединения, они больше подходят для непрерывной загрузки с изменяющимся уровнем материала, например, при начальной загрузке активной зоны реактора с гранулированным топливом. Когда уровень материала достигает определенной высоты, соединительный стержень 41 или стержень 42 выхода сферических объектов могут быть отсоединены с целью осуществления телескопической загрузки. В случае, если прочность и жесткость достаточны, и при условии, что поток сферических объектов в шихтовый бункер не подвергается отрицательному воздействию, соединительный стержень 41 и стержень 42 выхода сферических объектов могут быть неотсоединяемыми, и узел центральной колонны в шихтовом бункере может быть неразъемным. По мере того, как уровень материала непрерывно поднимается, стержень 42 выхода сферических объектов и соединительный стержень 41 могут постепенно углубляться.
Итак, в буферном устройстве для падающих сферических объектов согласно настоящему изобретению в узле потокоограничивающей трубы предусмотрен узел центральной колонны, так что между потокоограничивающей трубой и центральной колонной образуется потоконаправляющая область. Благодаря созданию множества направляющих канавок гравитационного течения на внешней периферийной поверхности центральной колонны сферические объекты могут перемещаться только в потоконаправляющих областях между потокоограничивающими трубами и центральной колонной, и их движение во время падения ограничивается и направляется направляющими канавками гравитационного течения; кроме того, сферические объекты дополнительно демпфируются конической поверхностью, когда они попадают в перенаправляющее соединение, так что сферические объекты не падают из центра потокоограничивающей трубы непосредственно в шихтовый бункер независимо от своей начальной скорости, в результате чего предотвращается повреждение в результате столкновения сферических объектов или шихтового бункера из-за чрезмерно высокой скорости падения сферических объектов. Буферное устройство для падающих сферических объектов обеспечивает хорошую защиту сферических объектов и шихтового бункера в целом, и имеет простую конструкцию, а также является удобным в установке, что обеспечивает выполнение предъявляемых требований по надежности буферной загрузки сферических объектов при различных рабочих условиях.
Используемые в описании настоящей заявки термины "соединенный с" и "присоединенный к" следует понимать в широком смысле, если не указано иное, например, они могут служить для обозначения неразъемных соединений, разъемных соединений или соединений в виде единой детали; данные соединения могут быть механическими или электрическими, а также прямыми или косвенными соединениями с помощью промежуточных средств. Для специалистов среднего уровня в данной области техники будут понятны в соответствии с конкретными ситуациями.
В описании настоящей заявки термин "несколько" означает "один или несколько", и термин "множество" означает "два или более", если не указано иное. Ориентация или положение различных элементов, характеризуемые терминами "выше", "ниже", "правый", "левый", "внутренний", "внешний" и т.д., основаны на ориентации или положении данных элементов, показанных на прилагаемых чертежах, и служат только для удобства и упрощения описания конструкции согласно настоящему изобретению, а не указывают на какую-либо обязательную конкретную ориентацию или конкретное положение рассматриваемого устройства или элемента, и, следовательно, их не следует рассматривать как ограничивающие настоящую заявку.
Наконец, следует отметить, что рассмотренные выше варианты реализации были приведены только в качестве иллюстративных примеров, но не для ограничения технических решений согласно настоящему изобретению. Несмотря на то, что настоящее изобретение было подробно описано со ссылками на вышеупомянутые варианты его реализации, специалистам среднего уровня в данной области будет понятно, что они могут модифицировать технические решения, описанные в различных вышеупомянутых вариантах реализации, или эквивалентно заменять некоторые из их технических решений, и эти модификации или замены не являются отходом от сущности или выходом за границы объема настоящего изобретения.