一种应用于高温气冷堆的燃耗测量定位器

摘要

本发明提供了一种应用于高温气冷堆的燃耗测量定位器，包括动力部件、磁力传动器、箱体组件、转子组件和屏蔽，其中箱体组件由箱体以及与之焊接且同轴等径的进球管和出球管组成，箱体设置有过球通孔、转子沉孔和准直沉孔，过球通孔直径为61毫米，进球管和出球管与过球通孔连通的一端为变径段；转子组件包括转子和轴承，转子的转鼓上有一过球通孔和一个通气孔，通气孔顶部有一圆锥面停球窝，轴承采用耐热耐磨合金；动力部件由带旋转变压器的交流伺服电机和行星齿轮减速机组成。本发明的燃耗测量定位器可频繁启停、快速平稳、精确地执行球形元件的接收、停球、定位测量与发送功能，并且结构紧凑，能够保证长期运行的可靠性要求。

说明书

技术领域

本发明涉及反应堆工程，具体涉及一种应用于高温气冷堆的燃耗 测量定位器。

背景技术

球床高温气冷堆采用球形燃料元件多次通过堆芯的方式实现不停 堆连续运行。每个由堆芯卸出的球形燃料元件，在进入卸料管路上设 置的燃耗测量定位器中，并转动至燃耗测量点后，通过管道外相应的 燃耗测量系统对其进行燃耗测量，确保达到目标燃耗的乏燃料元件卸 出到乏燃料系统；或者将特定种类或燃耗的球形元件识别出来，进而 输送至目标位置以待检测或研究。

燃耗测量定位器是燃料装卸系统中的核心设备，也是高温气冷堆 实现不停堆连续运行的关键设备。现有技术中的高温气冷实验堆采用 一种提升器，对每天循环的约100个燃料球进行燃耗测量定位，该提 升器同时执行新燃料、循环燃料和乏燃料的气动提升功能。该提升器 包括一个大直径的分配盘、具有三对通孔的壳体、磁力传动器以及动 力部件，分配盘上有一个带接球杯的通气孔用于接收并定位球形元件， 壳体的三对通孔均包括过球孔和通气孔，动力部件由步进电机、摆线 针轮减速机和旋转编码器组成，该提升器存在接球杯卡球以及定位漂 移等技术问题，由于球形元件的循环及装卸量小，不考虑γ射线累积 剂量辐照的影响。在HTR-PM示范电站中，正常运行时，单堆每天参 与循环的燃料球数量达6000个，提升器已不能同时满足燃耗测量定位 和提升等定向输送转换的运行能力要求，而必须通过专设的耐辐照的 燃耗测量定位器执行燃耗测量定位功能，并在核电站寿命期内长期可 靠工作。

发明内容

（一）解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供一种应用于高温气冷堆的燃耗 测量定位器，该燃耗测量定位器具有接收、精确定位和定向输送球形 燃料元件功能的燃耗测量定位器，并在高温堆寿命期内，满足强放射 性环境下长期间歇式运转的运行可靠性要求。

（二）技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种应用于高温气冷堆的燃耗测量定位器，其特征在于，所述燃 耗测量定位器包括动力部件、磁力传动器、箱体组件、转子组件和屏 蔽，其中：

箱体组件包括表面带有过球通孔、转子沉孔和准直沉孔的箱体， 以及与所述箱体焊接的同轴等径的进球管和出球管；过球通孔的入口 端与出口端分别与进球管和出球管连通；

磁力传动器包括内磁组件、隔离罩、外磁组件和支架，所述支架 通过紧固件和密封件压紧隔离罩，并与箱体组件相连；

转子组件包括轴承和转子，所述转子由转鼓与转轴组成；所述转 轴与进球管和出球管的轴线垂直，并与磁力传动器的内磁组件相连， 所述转鼓通过所述轴承支撑于箱体的转子沉孔内，转鼓上有一轴线垂 直于转轴，并与箱体过球通孔等径的转子通孔；

所述屏蔽与磁力传动器的支架相连，动力部件置于屏蔽内，并通 过联轴器组件与磁力传动器的外磁组件相连；

所述转子组件的转鼓上还有一个轴线垂直于转轴，并与转子通孔 联通的通气孔，且通气孔顶部有一圆锥面停球窝；

所述箱体的过球通孔轴线与准直沉孔轴线垂直相交于一准直点， 球形元件在所述停球窝上停稳时，球形元件的球心与所述准直点之间 的距离不超过1mm。

优选地，所述过球通孔直径为61mm，所述进球管和出球管在与过 球通孔的入口端与出口端的连接位置均有一个变径孔，其小端与过球 通孔相连，并与过球通孔等径。

优选地，所述通气孔的直径为5-10mm。

优选地，所述燃耗测量定位器的箱体与转子上分别设有匹配的限 位柱与限位槽，两端限位点的角度为90°，以限制转子转角运动范围。

优选地，所述转子组件还设有轴承挡圈组件。

优选地，所述转子组件还设有防松组件。

优选地，所述动力部件由带旋转变压器的交流伺服电机和行星齿 轮减速机组成。

优选地，所述轴承为耐热耐磨合金轴承。

（三）有益效果

本发明至少具有如下的有益效果：

首先，本发明通过控制转子旋转可以执行球形元件的接收、停 球、定位测量与发送功能。转子的转鼓上有一轴线垂直于转轴，并与 箱体过球通孔等径的转子通孔，还有一个轴线垂直于转轴，并与转子 通孔联通的通气孔，且通气孔顶部有一圆锥面停球窝。当转子通孔与 箱体的过球通孔相连通时，球形元件就可以顺利通过转子；而当转子 处于其他位置时，球形元件不能顺利通过转子，也就是被截停；尤其 是通气孔轴线与过球通孔轴线重合时，球形元件就会落在其顶部的圆 锥面停球窝上，也就是执行了停球功能。在停球时，球心与箱体准直 沉孔与过球通孔轴线的交点基本重合（小于1mm），从而沿准直沉孔的 轴线方向，就可以对处于停球状态的球体进行燃耗测量，也就是执行 了定位测量功能。所以，通过控制转子的旋转，就可以灵活地切换球 形元件导通、截止或停球的状态，继而可以执行球形元件的接收、停 球、定位测量与发送功能。

在现有技术中，提升器的分配盘中设置了一个上部带接球杯的直 径为50mm的通气孔，由于接球杯底部直径为50mm，停球情况下， 直径为60mm的球形元件有接近1/2的球冠进入通气孔，存在卡球隐 患，同时由于分配盘没有机械限位，也存在停球位置漂移的问题。根 据本发明技术方案提供的高温气冷堆燃耗测量定位器，采用带有过球 通孔和小直径通气孔的转鼓型转子结构，球形元件进入转鼓上游的箱 体过球通孔后在通气孔顶端的停球窝上停稳，由于球形元件直径为 60mm，箱体过球通孔直径为61mm，且通气孔的直径和停球窝的大小 是一定的，在综合考虑球形元件多次通过堆芯并磨损的情况，球形元 件停稳后的球心基本位于准直孔轴线上，因而相对于现有技术，本停 球器具有定位准确可靠，并保证燃耗测量精度的技术优点。此外，并 发明技术方案中设置了径向屏蔽，可以保证驱动部件中的伺服系统和 减速机免于承受过高的γ射线剂量辐照，保证动力系统满足HTR-PM 示范电站运行寿命要求。

本技术发明的燃耗测量定位器采用自带旋转变压器的交流伺服电 机和行星齿轮减速机，相当对于现有技术采用“步进电机+摆线针轮减 速机+旋转编码器”动力部件而言，交流伺服系统具有更优异的矩频特 性，在低速区运转平稳，不会发生丢转现象，且由于自带耐温的高分 辨率旋转变压器，更能满足商用示范电站转角运动控制要求。

本技术发明所述的高温气冷堆燃耗测量定位器的转子结构紧凑、 体积小，并采用耐磨减摩的特种合金双轴承配置，安装在箱体内，相 对于现有技术而言，承载工况更好，且能在高辐照剂量下长期运转， 因而安装和维修更方便，运行可靠性更高。

当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上 所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面 将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显 而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普 通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附 图获得其他的附图。

图1是本发明一个实施例中所涉及的高温气冷堆燃耗测量定位器 的结构剖切主视图；

图2是本发明一个实施例中所涉及的高温气冷堆燃耗测量定位器 本体结构的局部剖切详图;

图3为本发明本发明一个实施例中所涉及的高温气冷堆燃耗测量 定位器结构的剖切侧视图。

其中，1：动力部件；2：联轴器组件；3：磁力传动器；

4：转子组件；5：箱体组件；6：球形元件；7：伺服系统；

8：联轴器组件；9：外磁组件；10：支架；11：内磁组件；

12：隔离罩；13：转子沉孔；14：转轴；15：转子轴线；

16：箱体；17：转鼓；18：进球管；19：进球管变径孔；

20：过球通孔轴线；21：过球通孔；22：准直沉孔；

23：准直孔轴线；24：第一交点；25：转子通孔；26：第二交 点；

27：限位柱；28：轴承；29：出球管；30：出球管变径孔；

31：停球窝；32：通气孔；33：限位槽；34：轴承外挡圈组件； 35：轴承内挡圈组件；36：防松组件；37：密封件；

38：密封焊唇边；39：紧固件；40：屏蔽。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结 合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是 全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有 作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护 的范围。

本发明实施例提出了一种应用于高温气冷堆的燃耗测量定位器， 参见图1至图3，本发明所涉及的高温气冷堆燃耗测量定位器包括动力 部件1、联轴器组件2、磁力传动器3、转子组件4、箱体组件5和屏 蔽40。箱体组件5由箱体16以及与之焊接的进球管18和出球管29 组成，箱体16上设置有过球通孔21、转子沉孔13和准直沉孔22，过 球通孔21的入口端与出口端分别与进球管18和出球管29连通；转子 组件5包括转子14和轴承28，转子14的转鼓17上有一转子通孔25。 装配后，转子14的转轴与磁力传动器3的内磁组件11通过花键相连， 而转鼓17则通过一对轴承28支撑于箱体16的转子沉孔13内。

所述屏蔽40与磁力传动器3的支架10相连，动力部件1置于屏 蔽40内，并通过联轴器组件2与磁力传动器3的外磁组件9相连。磁 力传动器3的支架10通过紧固件39压紧隔离罩12与箱体16相连， 并利用密封件37实现连接界面处的静密封，此外，还可以对箱体16 与隔离罩12配对的密封焊唇边38实施密封焊以实现该界面处对渗透 性很强的放射性氦气的零泄漏密封。由于磁力传动器3的磁耦合作用， 动力部件1与转子组件4之间的动力传递为无接触的柔性传动，在磁 力传动器3的隔离罩12隔离下，将动密封转化为静密封，不仅实现了 放射性热态氦气的密封，也改善了动力部件1的运行环境。

在燃耗测量过程中，停滞在转鼓17上的球形元件6具有很强的放 射性，所述磁力传动器3采用瘦长的紧凑型圆筒形结构，其外磁组件9 和内磁组件11除具有足够的长度方向屏蔽厚度外，径向也具有足够的 屏蔽厚度，可以保护动力部件1免受短时停球导致的过大累积放射性 剂量。由于动力部件1受到球形元件6流动过程中的斜射的瞬时放射 性照射相对较小，仅需采用厚度不大的屏蔽40即可。

所述箱体5的过球通孔轴线20与准直孔轴线23相交于第一交点 24，转子轴线15与箱体过球通孔轴线20相交于第二交点26，球形元 件6在进入箱体过球通孔21内并停稳在转子转鼓17上时，球形元件6 的球形基本与第一交点24重合。准直沉孔22的直径为50mm，其与过 球通孔21之间的等效壁厚为10mm。

所述箱体组件5中箱体16过球通孔21的直径为61mm，所述进球 管18有一个变径孔19，出球管29有一个变径孔30，变径孔19和30 的小端与过球通孔21等径，以引导球形元件6流动。

在进行燃耗测量时，方向性好且具有一定强度的检测射线经由外 部燃耗测量发出并到达燃耗测量定位器处，与所述准直孔轴线23重合， 并穿透准直孔沉22的孔壁，直到停稳在转鼓17上的球形元件6的中 心，为保证测量精度，要求球心位置度与准直检测射线的误差在1mm 以内，且准直孔沉等效壁厚小于等于10mm。

为避免来自上游的小碎渣和粉尘铺垫在转鼓面上而影响停球，在 所述转子组件4的转鼓17上设置了一个与转子通孔25联通的通气孔 32，且在通气孔32顶部有一圆锥面停球窝31，碎渣和粉尘漏过通气孔 32后，球形元件可以平稳地停靠在球窝31上，以保证外部燃耗测量装 置的准直器检测射线通过准直孔轴线23，并基本达到球形元件的球心， 从而确保测量结果的实时性和准确性。所述通气孔32的直径为10mm， 能够确保球流运动中可能产生的碎渣和粉尘漏过，另一方面，在球形 元件6在箱体过球通孔21内下落时，压缩气体可通过通气孔32向下 逸出，避免形成气垫而影响球形元件的下落和停球。

所述动力部件1由带旋转变压器的交流伺服电机和行星齿轮减速 机组成，由于交流伺服电机具有的良好矩频特性，以及旋转变压器高 精度的分辨率，可以保证伺服系统以满足频繁启停、运转平稳和输出 轴精确到位的转角控制要求。此外，在所述箱体5与转子转鼓17上分 别设有匹配的限位柱27与限位槽33，且两端限位点的角度为90°，一 方面可以限制转子转鼓17的转角运动范围，另一方面，便于交流伺服 系统利用其具有的力矩模式，实现位置校准，以保证定位器的定位精 度。

完成燃耗测量后，在主控制系统指令下，动力部件1旋转90°，使 转鼓17的转子通孔25位于与箱体16的过球通孔21导通位置，从而 球形元件6以及可能来自通气孔漏过的碎渣与粉尘在重力作用下顺利 通过定位器，向下游输送。

所述轴承28为耐热耐磨的合金轴承，具有优于陶瓷轴承的塑形和 韧性，在无润滑剂情况下仍能满足轴承耐温和耐辐照的长寿命运行要 求。在所述转子组件4上还设有轴承挡圈组件34、35及防松组件36， 一方面保证轴系与箱体的配合精度，另一方面，保证长期运行情况下 转子转鼓17的定位精度。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅 仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定 要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺 序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他 性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不 仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包 括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制 的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述 要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管 参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员 应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改， 或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不 使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。