專利名稱:一種用于加速器驅(qū)動次臨界堆換料的多旋塞系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于加速器驅(qū)動次臨界堆(簡稱ADS反應(yīng)堆)的換料技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種用于加速器驅(qū)動次臨界堆換料的多旋塞系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
ADS反應(yīng)堆是上世紀(jì)核科學(xué)技術(shù)發(fā)展中兩大工程一加速器和反應(yīng)堆的“結(jié)合體”，被認(rèn)為是最有前景的核廢料嬗變技術(shù)。ADS反應(yīng)堆由一臺質(zhì)子加速器、一個散裂靶和一座次臨界反應(yīng)堆組成。加速器產(chǎn)生的質(zhì)子束流轟擊重合金散裂靶件發(fā)生散裂反應(yīng)，產(chǎn)生中子提供給次臨界堆芯。散裂反應(yīng)是由中能質(zhì)子打到重原子核上，將一些中子轟擊出來的過程。每個質(zhì)子與原子核相互作用能夠轟擊出20到30個中子。液態(tài)鉛鉍(Pb-Bi)合金由于具有優(yōu)良的中子物理性能，抗輻照性能而被列為散裂靶和冷卻劑主要候選材料。ADS反應(yīng)堆是一種次臨界反應(yīng)堆，依靠外來散裂中子源驅(qū)動運(yùn)行，不具有維持自持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的能力。如果關(guān)閉加速器，ADS反應(yīng)堆的堆芯中的中子會越來越少，核反應(yīng)會自動停止。
ADS反應(yīng)堆同鈉冷快堆一樣，有一個換料周期。所以，需要一套用于ADS反應(yīng)堆的換料系統(tǒng)，既能將新組件裝入堆芯，又能將堆芯中的乏組件運(yùn)出，完成一個換料循環(huán)。
ADS反應(yīng)堆換料系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境和鈉冷快堆的有很大區(qū)別，主要體現(xiàn)在首先，ADS反應(yīng)堆包含一個質(zhì)子加速器，加速器的質(zhì)子束管要穿過反應(yīng)堆的堆頂蓋到達(dá)堆芯；其次，換料機(jī)械需要伸入高密度、強(qiáng)腐蝕性的液態(tài)鉛鉍(Pb-Bi )合金中進(jìn)行換料操作。
本發(fā)明所涉及的系統(tǒng)作為反應(yīng)堆堆頂蓋上的關(guān)鍵部件，使用的是成熟的密封和屏蔽技術(shù)，以保障反應(yīng)堆安全。快中子反應(yīng)堆堆芯上方裝置眾多且密封、屏蔽等安全性要求較高，在這種環(huán)境下，鑒于轉(zhuǎn)動式部件運(yùn)動的安全級和可實(shí)現(xiàn)度比直動式部件的大，所以大多數(shù)快中子反應(yīng)堆的堆內(nèi)換料系統(tǒng)多采用旋塞系統(tǒng)搭配直動式換料機(jī)或偏轉(zhuǎn)臂式換料機(jī)的設(shè)計(jì)。既然有轉(zhuǎn)動式部件，那么轉(zhuǎn)動縫隙的密封和屏蔽就是一個亟需解決的問題。在鈉冷快堆中，采用熔點(diǎn)約為138°C的錫鉍合金作為旋塞旋轉(zhuǎn)間隙的密封兼屏蔽材料，密封原理如下反應(yīng)堆運(yùn)行時合金是冷凝的，旋塞無法轉(zhuǎn)動且錫鉍合金固體能滿足屏蔽的要求；換料、檢修之前通過加熱器加熱使錫鉍合金熔化，熔化后液態(tài)合金的溫度保持在160°C到180°C之間，旋塞可以轉(zhuǎn)動，完成換料、檢修等工作。錫鉍合金密封技術(shù)作為一種通用密封技術(shù)，已經(jīng)被用于大部分旋塞系統(tǒng)中。同理，在本發(fā)明所涉及的旋塞系統(tǒng)也采用錫鉍合金密封的方式且由于ADS反應(yīng)堆不需要考慮鈉火反應(yīng)，密封的要求甚至比鈉冷快堆要低。
鈉冷快堆的換料系統(tǒng)中，控制棒提升機(jī)構(gòu)安裝在換料機(jī)所在的小旋塞上，大旋塞和小旋塞偏心，小旋塞的運(yùn)動可以使得控制棒系統(tǒng)運(yùn)動到和堆芯同心的位置，然后控制棒提升機(jī)構(gòu)可以進(jìn)行控制棒的調(diào)節(jié)。但是，在ADS反應(yīng)堆中，由于加速器質(zhì)子束管的存在，小旋塞的運(yùn)動范圍被大大削減，如果仍舊將控制棒提升機(jī)構(gòu)安裝在小旋塞上，由于小旋塞的轉(zhuǎn)動范圍比較小，小旋塞的運(yùn)動無法將控制棒系統(tǒng)轉(zhuǎn)到和堆芯同心的位置，也就無法實(shí)現(xiàn)控制棒系統(tǒng)的功能。
近些年來對ADS反應(yīng)堆的研究集中在中子物理學(xué)性能上，對ADS反應(yīng)堆的換料系統(tǒng)的研究文獻(xiàn)比較少或者沒有詳細(xì)描述，但是由加速器帶來的ADS反應(yīng)堆的換料問題亟需解決。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于加速器驅(qū)動次臨界堆換料的多旋塞系統(tǒng)，能夠很好的完成ADS反應(yīng)堆的換料循環(huán)而不影響到ADS其他系統(tǒng)的
正常工作。
本發(fā)明技術(shù)解決方案一種用于加速器驅(qū)動次臨界堆換料的多旋塞系統(tǒng)，包括換料機(jī)I、第一小旋塞2、大旋塞3、加速器質(zhì)子束管4、控制偏轉(zhuǎn)桶5、第二小旋塞6和控制 棒系統(tǒng)8 ;第一小旋塞2和第二小旋塞6安裝在大旋塞3上，換料機(jī)I安裝在第一小旋塞2上，控制偏轉(zhuǎn)桶5連接在第二小旋塞6上，加速器質(zhì)子束管4穿過大旋塞3中心并與大旋塞3同軸，控制棒系統(tǒng)8布置在控制偏轉(zhuǎn)桶5上；第一小旋塞2和第二小旋塞6分別與大旋塞3偏心,換料機(jī)I與第一小旋塞2偏心,控制偏轉(zhuǎn)桶5與第二小旋塞6偏心；加速器驅(qū)動次臨界堆不換料時，控制偏轉(zhuǎn)桶5位于堆芯7的正上方，控制偏轉(zhuǎn)桶5上開有通槽13，控制偏轉(zhuǎn)桶5可以通過通槽13接近或脫離加速器質(zhì)子束管4 ;加速器驅(qū)動次臨界堆換料時，首先，第二小旋塞6旋轉(zhuǎn)帶動控制偏轉(zhuǎn)桶5與加速器質(zhì)子束管4脫離，其次，大旋塞3繞加速器質(zhì)子束管4轉(zhuǎn)動，帶動第一小旋塞2運(yùn)動，大旋塞3和第一小旋塞2的旋轉(zhuǎn)聯(lián)動可以將換料機(jī)I帶到堆芯7上的所有位置進(jìn)行換料操作。
所述控制偏轉(zhuǎn)桶5是一個圓柱狀機(jī)構(gòu)，連接在第二小旋塞6上，控制偏轉(zhuǎn)桶5上開有通槽13，控制棒系統(tǒng)8布置在控制偏轉(zhuǎn)桶5內(nèi)，控制偏轉(zhuǎn)桶5可以在第二小旋塞6和大旋塞3的帶動下接近和脫離加速器質(zhì)子束管。
所述通槽13的尺寸比加速器質(zhì)子束管4的外徑稍大，保證控制偏轉(zhuǎn)桶5能夠順利地接近和脫離加速器質(zhì)子束管4。
所述大旋塞3是一個圓餅狀機(jī)械裝置，其上開有3個通孔，分別用于第一小旋塞2、第二小旋塞6和加速器質(zhì)子束管4的安裝或布置。
所述換料機(jī)I是一個偏轉(zhuǎn)臂式機(jī)械裝置，由換料機(jī)夾具10和主軸11組成，主軸11上面開有用于換料機(jī)夾具10上下運(yùn)動的導(dǎo)槽12。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于
(I)在典型鈉冷快堆中，控制棒系統(tǒng)安裝在換料機(jī)所在的小旋塞上，且小旋塞半徑和大旋塞半徑之比大于1/2，這樣只需要旋轉(zhuǎn)小旋塞，就既能將控制棒系統(tǒng)帶到堆芯的正上方實(shí)現(xiàn)控制棒系統(tǒng)的功能，又能將控制棒系統(tǒng)旋出堆芯的正上方，此時換料機(jī)被旋到堆芯的正上方，可以沒有阻礙的進(jìn)行換料，典型鈉冷快堆就是這樣實(shí)現(xiàn)控制棒系統(tǒng)在反應(yīng)堆不同工況下位置的轉(zhuǎn)換而不妨礙換料系統(tǒng)的正常運(yùn)行。但是在加速器驅(qū)動次臨界堆中，加速器質(zhì)子束管從反應(yīng)堆容器外穿過堆頂蓋的中心插入堆芯且加速器質(zhì)子束管的位置從加速器的安全和穩(wěn)定性來考慮不便于變動，這樣導(dǎo)致小旋塞的運(yùn)動空間減少，即小旋塞的半徑和大旋塞的半徑之比小于1/2，如果繼續(xù)采用典型鈉冷快堆的旋塞設(shè)計(jì)，原本安裝在小旋塞上的控制棒系統(tǒng)無法被小旋塞旋轉(zhuǎn)帶動到堆芯正上方，也就無法實(shí)現(xiàn)控制棒的控制作用。本發(fā)明將控制棒系統(tǒng)和小旋塞分離開來，換料機(jī)所在的小旋塞上不布置控制棒系統(tǒng)，而是在大旋塞上增加一個小旋塞，這個小旋塞上連接一個控制偏轉(zhuǎn)桶，將控制棒系統(tǒng)安裝在控制偏轉(zhuǎn)桶中，控制偏轉(zhuǎn)桶從軸向外，從上到下開有一個通槽，這個通槽比加速器質(zhì)子束管稍大，作用是便于控制偏轉(zhuǎn)桶脫離加速器質(zhì)子束管。這樣，控制棒系統(tǒng)就和換料系統(tǒng)分離開來，大大降低了控制棒系統(tǒng)對換料系統(tǒng)的影響，因此本發(fā)明能夠很好的完成ADS反應(yīng)堆的換料循環(huán)而不影響到ADS其他系統(tǒng)的正常工作。
(2)本發(fā)明使用一個小旋塞連接一個控制偏轉(zhuǎn)桶，既能夠在堆運(yùn)行時將控制棒系統(tǒng)置于堆芯上方以實(shí)現(xiàn)控制功能，也能在反應(yīng)堆換料時將阻礙換料的控制棒系統(tǒng)移開，可完成加速器驅(qū)動次臨界堆在堆頂蓋密封條件下的換料操作，具有操作方便，靈活的特點(diǎn)。


圖I為一種用于加速器驅(qū) 動次臨界堆換料的多旋塞系統(tǒng)整體的俯視圖；
圖2為一種用于加速器驅(qū)動次臨界堆換料的多旋塞系統(tǒng)整體的正視圖；
圖3為一種用于加速器驅(qū)動次臨界堆換料的多旋塞系統(tǒng)換料機(jī)的結(jié)構(gòu)圖；
圖4為一種用于加速器驅(qū)動次臨界堆換料的多旋塞系統(tǒng)控制偏轉(zhuǎn)桶的俯視圖；
圖5為一種用于加速器驅(qū)動次臨界堆換料的多旋塞系統(tǒng)控制偏轉(zhuǎn)桶的正視圖。
具體實(shí)施方式
如圖I所示，本發(fā)明包括換料機(jī)I、第一小旋塞2、大旋塞3、加速器質(zhì)子束管4、控制偏轉(zhuǎn)桶5、第二小旋塞6和控制棒系統(tǒng)8 ;第一小旋塞2和第二小旋塞6安裝在大旋塞3上，換料機(jī)I安裝在第一小旋塞2上，控制偏轉(zhuǎn)桶5連接在第二小旋塞6上，加速器質(zhì)子束管4穿過大旋塞3中心并與大旋塞3同軸,控制棒系統(tǒng)8布置在控制偏轉(zhuǎn)桶5上；第一小旋塞2和第二小旋塞6分別與大旋塞3偏心，換料機(jī)I與第一小旋塞2偏心，控制偏轉(zhuǎn)桶5與第二小旋塞6偏心；控制偏轉(zhuǎn)桶5內(nèi)部載有控制棒系統(tǒng)8，控制偏轉(zhuǎn)桶5和第二小旋塞6連接，且從軸線向外、從上到下開有一個彎曲的通槽13，用于脫離加速器質(zhì)子束管4。反應(yīng)堆不換料時，控制偏轉(zhuǎn)桶5與加速器質(zhì)子束管4處于同軸的位置處，控制棒系統(tǒng)8進(jìn)行功率調(diào)節(jié)；反應(yīng)堆換料時，第二小旋塞6旋轉(zhuǎn)帶動控制偏轉(zhuǎn)桶5和加速器質(zhì)子束管4脫離，為換料操作預(yù)留空間，然后大旋塞3和第一小旋塞2旋轉(zhuǎn)聯(lián)動可將換料機(jī)I帶到堆芯上的所有需換料位置。
如圖2所示，大旋塞3是一個圓餅狀機(jī)械裝置，材料為316鋼，其上開有3個通孔，分別用于第一小旋塞2、第二小旋塞6和加速器質(zhì)子束管4的安裝或布置。大旋塞3的直徑比堆芯7的直徑稍大，確保換料操作能夠覆蓋到整個堆芯7。大旋塞3和堆頂蓋9之間使用易熔合金密封，需要換料時，熔化易熔合金，大旋塞3可繞加速器質(zhì)子束管4自由轉(zhuǎn)動；換料結(jié)束之后，大旋塞3停止轉(zhuǎn)動，易熔合金凝固，保證密封效果。
如圖2所示，第一小旋塞2是一個圓餅狀機(jī)械裝置，材料為316鋼，第一小旋塞2的作用是與大旋塞3—起復(fù)合旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)換料機(jī)I的定位，第一小旋塞2比大旋塞3稍厚，與大旋塞3呈一個凸臺，如圖2所示。
如圖3所示，換料機(jī)I為一個偏轉(zhuǎn)臂式機(jī)械裝置，材料為316鋼，換料機(jī)I的作用首先是控制換料機(jī)夾具10夾住組件做豎直方向上的運(yùn)動實(shí)現(xiàn)組件的取出和放入堆芯7，其次是通過大旋塞3和第一小旋塞2的復(fù)合運(yùn)動的帶動，帶著組件做水平方向上的移動。換料機(jī)I偏心的安裝在第一小旋塞2上，換料機(jī)I與第一小旋塞2呈一個凸臺，如圖2所示。換料機(jī)I包括換料機(jī)夾具10和主軸11，如圖3所示，主軸11上面開有用于換料機(jī)夾具10上下運(yùn)動的導(dǎo)槽12。換料機(jī)I自身不能運(yùn)動，只能隨大旋塞3和第一小旋塞2的運(yùn)動而運(yùn)動。需要換料操作時，大旋塞3和第一小旋塞2復(fù)合旋轉(zhuǎn)，將換料機(jī)夾具10對準(zhǔn)堆芯7上的需換料位置，換料機(jī)夾具10沿導(dǎo)槽12向下運(yùn)動夾起該位置的組件向上提出堆芯7，組件的入堆流程與此相反。
下面將提供ADS反應(yīng)堆停堆下的換料運(yùn)行策略，以闡述本發(fā)明的具體工作過程
I、ADS反應(yīng)堆停堆換料時，加速器電源關(guān)閉，沒有質(zhì)子進(jìn)入散裂靶，散裂反應(yīng)逐漸終止，第二小旋塞6旋轉(zhuǎn)，帶動控制偏轉(zhuǎn)桶5脫離加速器質(zhì)子束管4，即從堆芯上方移開，為隨后換料機(jī)I的運(yùn)動預(yù)留空間。
2、乏組件的出堆第二小旋塞6旋轉(zhuǎn)帶動控制偏轉(zhuǎn)桶5脫離加速器質(zhì)子束管4，大旋塞3和第一小旋塞2復(fù)合旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，將換料機(jī)I上的換料機(jī)夾具10對準(zhǔn)堆芯7上需換料的組件位置，換料機(jī)I上的換料機(jī)夾具10沿著導(dǎo)槽12向下運(yùn)動，換料機(jī)夾具10夾起乏組件之后，再沿導(dǎo)槽12向堆頂蓋11方向運(yùn)動，再經(jīng)過大旋塞3和第一小旋塞2復(fù)合旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，將夾著乏組件的換料機(jī)夾具10運(yùn)動到組件出堆的中間位置12。
3、新組件的入堆換料機(jī)I的換料機(jī)夾具10從組件入堆的中間位置夾取新組件，經(jīng)過大旋塞3和第一小旋塞2的復(fù)合旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，將換料機(jī)夾具10對準(zhǔn)堆芯7上需換料的組件位置，換料機(jī)夾具10沿著導(dǎo)槽12向堆芯7方向運(yùn)動，將新組件裝入堆芯7，大旋塞3和第一小旋塞2再復(fù)合旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，將換料機(jī)I移動到換料前的位置，最后，第二小旋塞6旋轉(zhuǎn)帶動控制偏轉(zhuǎn)桶5運(yùn)動到換料前的位置。
4、至此，ADS反應(yīng)堆的堆內(nèi)換料流程結(jié)束。
權(quán)利要求
1.一種用于加速器驅(qū)動次臨界堆換料的多旋塞系統(tǒng)，其特征在于包括換料機(jī)(I)、第一小旋塞(2)、大旋塞(3)、加速器質(zhì)子束管(4)、控制偏轉(zhuǎn)桶(5)、第二小旋塞(6)和控制棒系統(tǒng)(8);第一小旋塞(2)和第二小旋塞(6)安裝在大旋塞(3)上，換料機(jī)(I)安裝在第一小旋塞(2)上，控制偏轉(zhuǎn)桶(5)連接在第二小旋塞(6)上，加速器質(zhì)子束管(4)穿過大旋塞(3)中心并與大旋塞(3)同軸,控制棒系統(tǒng)(8)布置在控制偏轉(zhuǎn)桶(5)上；第一小旋塞(2)和第ニ小旋塞(6 )分別與大旋塞(3 )偏心，換料機(jī)(I)與第一小旋塞(2 )偏心，控制偏轉(zhuǎn)桶(5 )與第二小旋塞(6)偏心；加速器驅(qū)動次臨界堆不換料時，控制偏轉(zhuǎn)桶(5)位于堆芯(7)的正上方，控制偏轉(zhuǎn)桶(5)上開有通槽(13)，控制偏轉(zhuǎn)桶(5)可以通過通槽(13)接近或脫離加速器質(zhì)子束管(4);加速器驅(qū)動次臨界堆換料時，首先，第二小旋塞(6)旋轉(zhuǎn)帶動控制偏轉(zhuǎn)桶(5)與加速器質(zhì)子束管(4)脫離，其次，大旋塞(3)繞加速器質(zhì)子束管(4)轉(zhuǎn)動，帶動第一小旋塞(2 )運(yùn)動，大旋塞(3 )和第一小旋塞(2 )的旋轉(zhuǎn)聯(lián)動可以將換料機(jī)(I)帶到堆芯(7 )上的所有位置進(jìn)行換料操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的ー種用于加速器驅(qū)動次臨界堆換料的多旋塞系統(tǒng)，其特征在于所述控制偏轉(zhuǎn)桶(5)是ー個圓柱狀機(jī)構(gòu)，連接在第二小旋塞(6)上，控制偏轉(zhuǎn)桶(5)上開有通槽(13)，控制棒系統(tǒng)(8)布置在控制偏轉(zhuǎn)桶(5)內(nèi)，控制偏轉(zhuǎn)桶(5)可以在第二小旋塞(6 )和大旋塞(3 )的帶動下接近和脫離加速器質(zhì)子束管。
3.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的ー種用于加速器驅(qū)動次臨界堆換料的多旋塞系統(tǒng)，其特征在干所述通槽(13)的尺寸比加速器質(zhì)子束管(4)的外徑稍大，保證控制偏轉(zhuǎn)桶(5)能夠順利地接近和脫離加速器質(zhì)子束管(4 )。
4.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的ー種用于加速器驅(qū)動次臨界堆換料的多旋塞系統(tǒng)，其特征在干所述大旋塞(3)是ー個圓餅狀機(jī)械裝置，其上開有3個通孔，分別用于第一小旋塞(2)、第二小旋塞(6)和加速器質(zhì)子束管(4)的安裝或布置。
5.根據(jù)權(quán)利要求
I所述的ー種用于加速器驅(qū)動次臨界堆換料的多旋塞系統(tǒng)，其特征在于所述換料機(jī)(I)是ー個偏轉(zhuǎn)臂式機(jī)械裝置，由換料機(jī)夾具(10)和主軸(11)組成，主軸(11)上面開有用于換料機(jī)夾具(10 )上下運(yùn)動的導(dǎo)槽(12 )。
專利摘要
一種用于加速器驅(qū)動次臨界堆換料的多旋塞系統(tǒng)，包括大旋塞、第一小旋塞、第二小旋塞、控制偏轉(zhuǎn)桶和換料機(jī)；大旋塞安裝在堆頂蓋上并與堆頂蓋同心，第一小旋塞和第二小旋塞安裝在大旋塞上并與大旋塞偏心，換料機(jī)安裝在第一小旋塞上并與第一小旋塞偏心，控制偏轉(zhuǎn)桶連接在第二小旋塞上，控制偏轉(zhuǎn)桶是一個載有控制棒系統(tǒng)的圓柱狀機(jī)構(gòu)，且從軸線向外、從上到下開有一個彎曲的通槽用于脫離加速器質(zhì)子束管。堆運(yùn)行時，控制偏轉(zhuǎn)桶位于堆芯的正上方。換料操作時，旋塞密封處的易熔合金熔化，第二小旋塞首先將控制偏轉(zhuǎn)桶平移到遠(yuǎn)離堆芯的位置為換料操作預(yù)留空間，然后大旋塞、第一小旋塞和換料機(jī)組成的曲柄連桿機(jī)構(gòu)通過復(fù)合運(yùn)動可將換料機(jī)對準(zhǔn)堆芯上的任一換料位置。本發(fā)明能夠很好的完成ADS反應(yīng)堆的換料循環(huán)而不影響到ADS其他系統(tǒng)的正常工作。
文檔編號G21C19/02GKCN102708936SQ201210198983
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月15日
發(fā)明者何梅生, 姚曦, 宋勇, 柏云清, 汪衛(wèi)華 申請人:中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan