[发明专利]一种球床反应堆燃料元件气力输送减速的方法及系统

说明书

技术领域

本发明专利涉及核反应堆燃料输送技术，特别涉及球床反应堆燃料元件气力输送旁通分 流减速方法及系统。

背景技术

模块化高温球床气冷堆是目前正在研究开发的第四代新型核反应堆，是当前世界公认的 固有安全性最高的核反应堆型。此堆型核燃料元件输送的最大特点是：依靠气力输送系统提 供的气压推力或燃料自重实现燃料元件(球状)循环加料与卸料。堆芯外部管路系统中，燃 料元件在高速气流推动下从堆芯的底部运行至顶部。为了避免管路系统出口燃料元件冲击其 它系统的设备以及提高燃料球自身完整性，输送系统设计时对燃料元件的出口最大运行速度 进行了限制。然而，系统高速气流的引入以及球形燃料元件特殊外形使得仅依靠输送管路结 构很难安全地将燃料元件出口运行速度降到设计安全值以下，这给燃料元件输送系统以及整 个反应堆运行带来了安全隐患，为此需要设计一种结构简单、运行高可靠性的燃料元件减速 系统。

已有一项球床堆燃料元件减速的发明(ZL 02805719.8)，这种减速系统在位于反应堆压 力容器内燃料元件输送管的排出端引入与燃料元件运动方向相返的逆向气流，高速运行的燃 料元件在逆向气流的作用下速度降低至安全值以下。该发明的不足为：这种减速系统安装在 反应堆压力壳内部，为此，多条逆向气流引入和输出管线需穿过堆芯压力壳边界，这就增加 了管路系统结构复杂性以及设备维修的难度。另外，这种减速系统不能实现燃料元件运行速 度的检测，燃料元件出口速度的调节具有不确定性。

发明内容

本发明的目的为：克服已有技术的不足，提出一种在堆芯压力容器外部进行燃料元件减 速的方法及相应的系统，该方法使得燃料元件通过此系统后获得较大减速、减速程度可调、 系统结构及控制逻辑简单，能够保证燃料元件高可靠、高安全输送。

本发明的特征在于提出了一种球床反应堆燃料元件气力输送减速的方法，该减速方法包 括：

燃料元件在主提升气流的作用下沿着压力容器外部的气力输送管线，从底部向顶部运行， 在进入压力容器前从主提升气流中引出部分分气流，燃料元件气力输送管中仍保留部分分流 后的主提升气流，并且其输送方向同燃料元件运行方向一致；燃料元件运行至压力容器之前， 分流后的主气流被全部引出燃料元件输送管，燃料元件依靠重力进入压力容器；

燃料元件从主提升气流区进入分流后的主提升气流区时瞬间失去气动推力，并通过弯管 管道内壁减速作用使得燃料元件进入堆芯或其它压力容器前将速度降到设计安全值以下。

通过控制从主提升气流引出的分气流流量，达到改变燃料元件输送管路中分流后的主提 升气流平均流速的目的，并且使其调整在小于燃料元件的运行速度、大于燃料元件在管路中 的悬浮速度的范围以内，并接近燃料元件输送的悬浮速度。此分流后的主提升气流用以保证 燃料元件能够获得通过输送管道的动力。

本发明的特征还在于，依据以上提出的分流减速原理设计了一种球床堆燃料元件气力输 送旁通分流减速系统，该减速系统，沿着燃料元件运动方向依次安装的设备或元件包括：入 口过球测速器1、前端气体分离器2、终端气体分离5、出口过球测速器4，以上设备或元件 包括连接管道，构成减速系统燃料元件输送及主提升气流通道20；减速系统中入口过球测速 器1靠近燃料元件及主气流入口端19；出口过球测速器4靠近减速系统出口端13，并与压力 容器进料缓冲管11连接，压力容器进料缓冲管11穿过压力容器12的边界；前端气体分离器 2和终端气体分离器5引出两气体支路；前端气体分离器2引出的气体支路上设置了分气流 调节阀9、分气流流量计8，终端气体分离器5引出的气体支路上设置了主气流调节阀6、主 气流流量计7；

入口过球测速器1和出口过球测速器4分别用于测量燃料元件进入和离开减速系统时的 速度，前端气体分离器2和终端气体分离器5用于从燃料元件输送管中引出气流；主气流调 节阀6和分气流调节阀9用于气流管中的流量调节；主气流流量计7和分气流流量计8用于 测量气路中气流的流量；

主气流调节阀6和分气流调节阀9的开度大小控制减速系统燃料元件输送管中分流后的 主气流平均速度以及分量流量的大小，进而改变燃料元件在减速系统中的运行状态，调节出 口13运行速度。

前端气体分离器2和终端气体分离5之间设置减速弯管3，增加燃料元件的制动阻力。

前端气体分离器2和终端气体分离器5引出两气体支路在接口17汇合后进入气流回流 管。