КРИОГЕННЫЙ ДОЗАТОР ШАРИКОВ ДЛЯ ХОЛОДНОГО ЗАМЕДЛИТЕЛЯ НЕЙТРОНОВ Российский патент 2013 года по МПК G21K1/00 

Изобретение относится к дозаторам сыпучего материала в виде твердых шариков, в частности шариков из замороженных ароматических углеводородов, и предназначено для подачи рабочего вещества (шариков) в пневматический тракт с холодным газом гелия для последующей доставки их в камеру холодного замедлителя быстрых нейтронов интенсивного источника (ядерного реактора или нейтронопроизводящей мишени ускорителя).

Известен дозатор для подачи твердых шариков замороженных ароматических углеводородов (смеси мезитилена и м-ксилола) в пневматический тракт с холодным газом гелия для доставки их в камеру холодного замедлителя нейтронов, с цилиндрическим стальным корпусом бункера для шариков, с баками жидкого азота, с диском на дне бункера со сквозными отверстиями диаметром больше диаметра шариков и расположенными по дуге окружности, с валом, предназначенным для равномерного вращения диска, с одним выходным отверстием на дне бункера диаметром значительно больше диаметра шариков, центр которого лежит на окружности того же диаметра, что и диаметр окружности расположения отверстий в диске, а над диском в районе выходного отверстия расположен отсекатель; описание в работе С.А. Куликов, А.А. Беляков, М.В. Булавин, Е.Н. Кулагин, А.А. Кустов, К.А. Мухин, А.Н. Федоров, Е.П. Шабалин, Д.Е. Шабалин, Full scale model of pelletized cold neutron moderators for the IBR-2M reactor. Proceedings of International Collaboration on Advanced Neutron Sources (ICANS XIX), PSI, Гринделвальд, Швейцария, 2010.

Недостатком дозатора является наличие отсекателя, который способствует образованию затора шариков при вращении диска и последующей их дефрагментации. Кроме того, охлаждение жидким азотом не позволяет достичь низкой температуры у дна бункера и на диске и к тому же неудобно в эксплуатации.

Задача изобретения состоит в том, чтобы обеспечить низкую температуру бункера без использования баков с жидким азотом и сохранить требуемую и регулируемую скорость дозирования шариков без их дефрагментации.

Поставленная задача решается тем, что в криогенном дозаторе шариков для холодного замедлителя нейтронов, включающем цилиндрический корпус бункера для шариков, диск дозатора над дном бункера, привод диска дозатора и приемник шариков, нижняя часть обечайки бункера для шариков, воронка приемника шариков и примыкающая к ней часть пневмотранспортной трубы изготовлены из меди, верхняя часть обечайки - из тонкой нержавеющей стали, диск дозатора представляет собой один тонкий стальной диск, одновременно являющийся дном бункера, с небольшим количеством отверстий, диаметром на 10-20% больше диаметра дозируемых шариков, опирающийся по периферии на бронзовый вкладыш-подшипник, а приводной вал диска через уплотнение во фланце бункера соединен с шаговым двигателем, имеющим специальную программу вращения, при этом к внутренней стенке трубы-приемника шариков прикреплена металлическая сетка.

Основные отличительные признаки - медная обечайка и более простой, щадящий способ дозирования обеспечивают нужную температуру в бункере и регулируемую подачу шариков в пневмотранспортную трубу без разрушения шариков за счет прерывистого вращения диска и отсутствия отсекателя.

Дополнительные признаки придают дозатору следующие технические свойства: непосредственная близость пневмотранспортной трубы от дозирующего диска и наличие металлической сетки создают условия для надежного счета шариков, попадающих в пневмотракт, за счет использования эффекта динамической разности давлений газа при прохождении медленно движущегося шарика по короткому промежутку между точками отбора газа на дифференциальный манометр.

Изобретение поясняется чертежом и фото дозатора; фотография сделана без экранно-вакуумной изоляции и вакуумного кожуха.

Дозатор состоит из бункера для шариков с цилиндрической полостью 4, с верхним фланцем и крышкой 2, дозирующего диска с отверстиями 5, насаженного на приводной вал 3, привода 1. Верхняя половина обечайки бункера 8 выполнена из тонкой нержавеющей стали, нижняя часть 9 - из меди. Диск опирается периферийной частью на бронзовый подшипник. В нижней части, ниже диска, бункер соединяется с пневмотранспортной трубой 6 коническим переходом- воронкой 10. Дозатор теплоизолирован экранно-вакуумной изоляцией, расположенной внутри кожуха 7. В крышке бункера имеется патрубок 11 для засыпки порции шариков, предназначенных для дозирования.

Дозатор работает следующим образом.

После подачи холодного гелия (с температурой 80-90 К) в пневмотракт и охлаждения бункера до этой же температуры, чему способствуют медные стенки бункера и пневмотрубы (бункер имеет тепловую экранно-вакуумную изоляцию) через вставленную в патрубок 11 специальную воронку загружают в бункер холодные (с температурой несколько выше температуры жидкого азота) шарики твердого мезитилена (или другого материала) до уровня не выше верхней части медной обечайки бункера. Воронку убирают, патрубок закрывают и включают шаговый двигатель 12, вращающий дозирующий диск. Благодаря прерывистому вращению диска, шарики вываливаются через отверстия диска в пневмотракт с контролируемой частотой. Узость отверстий в диске (10-20% больше диаметра шариков) и их небольшое количество (от 2 до 24 - в зависимости от нужной скорости выброса шариков) определяют сравнительно равномерный средний по времени выброс шариков без помощи распределяющего устройства, которое используется в прототипе. Например, за один шаг вращения диска, равный 1/4 диаметра шарика, выбрасывается в среднем 0.12-0.14 шарика на одно отверстие, или около одного шарика при 8 отверстиях. Скорость выброса шариков примерно пропорциональна размеру шага вращения. Разброс числа шариков, выбрасываемых за один шаг, можно оценить, используя закон распределения случайных величин Пуассона.

При загрузке шариков в бункер через патрубок возможно попадание азота или воздуха в бункер и пневмотракт. В этом случае после засыпки шариков в бункер производят очистку гелиевого пневмотракта путем прогона газа через холодные ловушки.

Описанный дозатор работает в составе комплекса холодного шарикового замедлителя нейтронов исследовательского реактора ИБР-2М.

Изобретение относится к средствам дозирования сыпучего материала в виде твердых шариков, в частности шариков из замороженных ароматических углеводородов, и предназначено для подачи рабочего вещества (шариков) в пневматический тракт с холодным газом гелия для последующей доставки их в камеру холодного замедлителя быстрых нейтронов интенсивного источника (ядерного реактора или нейтронопроизводящей мишени ускорителя). Изобретение направлено на улучшение стабильности температуры в дозаторе и на обеспечение контролируемой скорости дозирования шариков. В заявленном устройстве стенки бункера и часть подводящей гелий трубы выполнены из меди, а дозирующий элемент представляет собой один тонкий металлический диск с отверстиями определенного диаметра, расположенный в нижней торцевой части бункера вместо донышка. При неподвижном диске шарики не высыпаются из бункера. В режиме дозирования диск приводится в прерывистое вращение управляемым шаговым двигателем, скорость высыпания определяется размером шага вращения диска, частотой повторения шагов и количеством отверстий в диске. Высокая теплопроводность меди обеспечивает низкую температуру в бункере и на диске, близкую к температуре гелия в пневмотракте. Технический результат заключается в исключении принудительного охлаждения бункера жидким азотом. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Криогенный дозатор шариков для холодного замедлителя нейтронов, включающий цилиндрический корпус бункера для шариков, диск дозатора над дном бункера, привод диска дозатора и приемник шариков, отличающийся тем, что нижняя часть обечайки бункера для шариков, воронка приемника шариков и примыкающая к ней часть пневмотранспортной трубы изготовлены из меди, верхняя часть обечайки - из тонкой нержавеющей стали, диск дозатора представляет собой один тонкий стальной диск, одновременно являющийся дном бункера, с небольшим количеством отверстий, диаметром на 10-20% больше диаметра дозируемых шариков, опирающийся по периферии на бронзовый вкладыш-подшипник, а приводной вал диска через уплотнение во фланце бункера соединен с шаговым двигателем, имеющим специальную программу вращения.

2. Дозатор по п.1, отличающийся тем, что к внутренней стенке трубы-приемника шариков прикреплена металлическая сетка.