УСТРОЙСТВО ОБНАРУЖЕНИЯ И ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ ШАРОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ Российский патент 2021 года по МПК G21C19/20 

Область техники

Изобретение относится к области технологий реакторостроения и, в частности, к устройству обнаружения и позиционирования шаровых элементов.

Предшествующий уровень техники

Высокотемпературный газоохлаждаемый ядерный реактор с шаровыми элементами использует стратегию непрерывной многоходовой онлайн дозаправки шаровыми тепловыделяющими элементами, причем управление и функционирование системы загрузки и выгрузки топлива непосредственно влияют на изменение реактивности реактора. Онлайн устройство измерения выгорания ядерного топлива измеряет выгорание ядерного топлива тепловыделяющих элементов, выгруженных из активной зоны ядерного реактора. Тепловыделяющие элементы, которые не достигли целевого уровня выгорания ядерного топлива, возвращают в активную зону ядерного реактора, а отработавшие тепловыделяющие элементы, которые достигли целевого уровня выгорания ядерного топлива, выгружают в емкость для хранения отработавшего топлива. Высокотемпературный экспериментальный газоохлаждаемый ядерный реактор HTR-10 оборудован транспортером ниже по потоку сепаратора поврежденного топлива для взаимодействия с устройством измерения выгорания ядерного топлива, чтобы осуществлять измерение выгорания ядерного топлива. Транспортер выполняет двойную функцию позиционного распределения измерения выгорания ядерного топлива и пневматического транспортирования. Транспортер должен быть связан с сепаратором поврежденного топлива, расположенным выше по потоку, и он подвержен сильному влиянию нисходящего потока воздуха, поэтому не может соответствовать эксплуатационным требованиям к измерению выгорания ядерного топлива и направленному транспортированию большого количества шаровых элементов в коммерческих электростанциях.

Чтобы соответствовать требованию высокочастотного цикла тепловыделяющих элементов активной зоны ядерного реактора, узлы оборудования и трубопроводы для выполнения функции трубопровода временного хранения, разового транспортирования, позиционирования измерения выгорания ядерного топлива, направленного распределения, пневматического транспортирования и т.д. устанавливаются на модульном высокотемпературном газоохлаждаемом ядерном реакторе с шаровыми элементами коммерческих атомных электростанций после разгрузки активной зоны ядерного реактора и сортировки раздробленных шаров, чтобы разъединить измерение выгорания ядерного топлива от функций разгрузки и пневматического транспортирования, таким образом улучшая надежность системы, оборудования и управления.

Устройство точного позиционирования шаровых элементов, подлежащих измерению, расположено в точке измерения выгорания ядерного топлива системы загрузки и выгрузки элементов и совмещено с коллиматором устройства измерения выгорания ядерного топлива так, чтобы высокоактивный γ-спектрометр мог использоваться для онлайн измерения выгорания ядерного топлива. Так как онлайн измерение выгорания ядерного топлива основано на энергии γ-спектра соответствующих нуклидов, воздействие радиации соседних шаровых элементов должно быть исключено. С другой стороны, продолжительность измерения шаровых элементов с различным уровнем выгорания ядерного топлива отличается, в то время как скорость выгрузки расположенного выше по потоку устройства выгрузки является, как правило, постоянной. Поэтому, определенное количество шаровых элементов должно временно храниться в секциях трубопровода в ожидании измерения выгорания ядерного топлива. Чтобы точно измерить выгорание ядерного топлива шаровых элементов одного за другим, чтобы гарантировать надежность и стабильность автоматических операций, таких как выгрузка, измерение выгорания ядерного топлива, направленное транспортирование и т.д., в дополнение к устройству измерения уровня радиации и распределителю, выше по потоку трубопровода прохождения шаров должно быть установлено соответствующее устройство контроля шаровых элементов.

Измерение выгорания ядерного топлива является ключевым процессом автоматической работы системы загрузки и выгрузки и даже самого высокотемпературного реактора с шаровыми элементами, и оно включает в себя множество упомянутых выше устройств и много контрольных точек. Эти устройства работают в высокотемпературной радиоактивной окружающей среде гелия под высоким давлением. В частности, при единственном конвейере или разделительном конвейере, механизме для позиционирования измерения выгорания ядерного топлива и поворотном механизме, ежедневное количество операций достигает 3000, 3000 и 200, соответственно, в демонстрационном проекте ядерного реактора HTR-PM, что является серьезным вызовом к тепловой подгонке и допускам движущихся частей, трению и износу системы валов с бессмазочными подшипниками, герметизации высокопроницаемого гелия на границе давления, централизованному управлению устройствами и отказоустойчивости и т.д.

Раскрытие изобретения

(I) Техническая проблема, подлежащая решению

Одна из задач изобретения заключается в создании устройства обнаружения и позиционирования шаровых элементов, которое может выполнять тройную функцию автоматического разделения материала, точного позиционирования и направленного транспортирования шаровых элементов.

(II) Технические решения

Чтобы решить обозначенную выше техническую проблему, согласно изобретению предлагается устройство обнаружения и позиционирования шаровых элементов, включающее в себя выдерживающий давление корпус, внутренний элемент и исполнительную часть;

выдерживающий корпус включает в себя корпус емкости, один переходной патрубок для впуска шаров и два переходных патрубка для выпуска шаров, соответственно расположенные на корпусе емкости; корпус емкости содержит одно зенкованное отверстие для ротора, одно зенкованное коллимирующее отверстие, одно сквозное отверстие для впуска шаров и два сквозных отверстия для выпуска шаров; сквозное отверстие для впуска шаров сообщается с переходным патрубком для впуска шаров, два сквозных отверстия для выпуска шаров соответственно сообщаются с двумя переходными патрубками для выпуска шаров, и сквозное отверстие для впуска шаров и сквозные отверстия для выпуска шаров соответственно сообщаются с зенкованным отверстием для ротора;

внутренний элемент размещен в зенкованном отверстии для ротора и включает в себя прокладочное кольцо, представляющее собой кольцевую структуру с вырезом, оба конца прокладочного кольца соединены с дугообразным ограничительным кольцом; поперечное сечение ограничительного кольца меньше поперечного сечения прокладочного кольца, и между наружной поверхностью ограничительного кольца и внутренней поверхностью зенкованного отверстия для ротора имеется зазор для вращения; ограничительное кольцо имеет канал для впуска шаров, который сообщается со сквозным отверстием для впуска шаров; прокладочное кольцо имеет два канала для выпуска шаров, которые, соответственно, сообщаются с двумя сквозными отверстиями для выпуска шаров;

исполнительная часть включает в себя поворотный стол и две опорные лапы; поворотный стол размещен в прокладочном кольце внутреннего элемента и выполнен с возможностью вращения внутри прокладочного кольца; поворотный стол содержит сквозное отверстие для прохода шаров, проходящее в радиальном направлении, и указанные две опорные лапы установлены на передней и задней сторонах сквозного отверстия для прохода шаров и выполнены с возможностью вращения в зазоре для вращения; обе указанные опорные лапы имеют форму перевернутой буквы «L» и расположены напротив друг друга, и между указанными двумя опорными лапами имеется изолирующее пространство; сторона, соответствующая зенкованному коллимирующему отверстию поворотного стола, имеет утончающую выемку; когда поворотный стол находится в положении обнаружения, донная поверхность утончающей выемки параллельна донной поверхности зенкованного коллимирующего отверстия, и проекция круга зенкованного коллимирующего отверстия на донную поверхность утончающей выемки охвачена донной поверхностью утончающей выемки.

В частности, исполнительная часть дополнительно включает в себя вращающийся вал, соединенный с поворотным столом шлицевым соединением.

В частности, на поворотном столе выполнена ограничительная канавка, а на корпусе емкости имеется ограничительный штифт, соответствующий ограничительной канавке.

В частности, выдерживающий давление корпус дополнительно включает в себя торцевой фланец, соединенный с корпусом емкости посредством первого крепежного узла, и между торцевым фланцем и корпусом емкости имеется первый герметизирующий узел.

Кроме того, устройство дополнительно содержит передаточную часть, включающую в себя внешний магнитный узел, изолирующую крышку, размещенную во внешнем магнитном узле, и внутренний магнитный узел, размещенный в изолирующей крышке; вращающийся вал размещен во внутреннем магнитном узле.

В частности, передаточная часть дополнительно включает в себя опору, установленную снаружи внешнего магнитного узла; опора соединена с торцевым фланцем посредством второго крепежного узла, и изолирующая крышка взаимодействует с опорой посредством шпунта.

В частности, между торцевым фланцем и передаточной частью установлен второй герметизирующий узел.

Кроме того, устройство дополнительно содержит силовую часть, включающую в себя двигатель, редуктор, соединенный с двигателем, и муфту, соединенную с редуктором; муфта соединена с вращающимся валом.

В частности, силовая часть дополнительно включает в себя защитную втулку, в которой размещены двигатель, редуктор и муфта.

В частности, защитная втулка соединена с опорой и прикреплена к ней.

(III) Полезные эффекты изобретения

Представленные выше технические решения согласно изобретению характеризуются следующими преимуществами.

Устройство обнаружения и позиционирования шаровых элементов согласно изобретению использует поворотный стол с опорными лапами и сквозным отверстием для прохода шаров, чтобы обеспечить функцию разделения и разового транспортирования шаровых элементов в группах, чтобы исключить взаимное влияние соседних шаровых элементов. Благодаря утончающей выемке на поворотном столе и зенкованному коллимирующему отверстию в корпусе емкости, обеспечивается точное позиционирование, и таким образом обеспечивается совместная точность измерений. Благодаря согласованному расположению каналов транспортирования шаровых элементов между выдерживающим давление корпусом, внутренним элементом и исполнительной частью обеспечивается направленное распределение шаровых элементов после обнаружения.

Устройство обнаружения и позиционирования шаровых элементов согласно изобретению объединяет функции разделения материала, разового транспортирования, измерительного позиционирования, направленного распределения и т.д. По сравнению с известным уровнем техники, устройство обнаружения и позиционирования шаровых элементов имеет компактную конструкцию, занимает небольшой объем, имеет значительно уменьшенное количество контрольных точек ввода-вывода, меньшую стоимость и более высокую эксплуатационную надежность.

По сравнению с существующим транспортером, устройство обнаружения и позиционирования шаровых элементов согласно изобретению характеризуется высокой эффективностью работы, не порождает пробок и имеет нулевой дрейф, не имеет логической блокировки управления и не зависит от скорости транспортирования восходящего потока шаров и нисходящего воздушного потока. Вследствие этого, эксплуатационная надежность и безопасность обслуживания выше.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показано устройство обнаружения и позиционирования шаровых элементов согласно одному из вариантов осуществления изобретения, схематичный вид;

на фиг. 2 – передаточная часть, исполнительная часть и выдерживающий давление корпус устройства обнаружения и позиционирования шаровых элементов согласно одному из вариантов осуществления изобретения, схематичный вид;

на фиг. 3 – корпус емкости устройства обнаружения и позиционирования шаровых элементов согласно одному из вариантов осуществления изобретения, вид в частичном разрезе;

на фиг. 4 – поворотный стол устройства обнаружения и позиционирования шаровых элементов согласно одному из вариантов осуществления изобретения, схематичный вид;

на фиг. 5 – прокладочное кольцо и ограничительное кольцо устройства обнаружения и позиционирования шаровых элементов согласно одному из вариантов осуществления изобретения, схематичный вид;

на фиг. 6 – схема первого рабочего положения устройства обнаружения и позиционирования шаровых элементов согласно одному из вариантов осуществления изобретения;

на фиг. 7 – схема второго рабочего положения устройства обнаружения и позиционирования шаровых элементов согласно одному из вариантов осуществления изобретения;

на фиг. 8 – схема третьего рабочего положения устройства обнаружения и позиционирования шаровых элементов согласно одному из вариантов осуществления изобретения.

Ссылочные обозначения:

100 – силовая часть; 101 – серводвигатель переменного тока; 102 – планетарный редуктор; 103 – защитная втулка; 104 – металлическая муфта;

200 – передаточная часть; 201 – внешний магнитный узел; 202 – опора; 203 – внутренний магнитный узел; 204 – изолирующая крышка; 205 – второй крепежный узел; 206 – второй герметизирующий узел; 207 – шпунт;

300 – исполнительная часть; 301 – шлицевое соединение; 302 – вращающийся вал; 303 – первый подшипник; 304 – опорная лапа; 305 – поворотный стол; 306 – сквозное отверстие для прохода шаров; 307 – второй подшипник; 308 – утончающая выемка; 309 – ограничительная канавка; 310 – опорная поверхность;

400 – выдерживающий давление корпус; 401 – торцевой фланец; 402 – первый крепежный узел; 403 – первый герметизирующий узел; 404 – зенкованное отверстие для ротора; 405 – переходной патрубок для впуска шаров; 406 – корпус емкости; 407 – зенкованное коллимирующее отверстие; 408a – первый переходной патрубок для выпуска шаров; 408b – второй переходной патрубок для выпуска шаров; 409 – сквозное отверстие для впуска шаров; 410a – первое сквозное отверстие для выпуска шаров; 410b – второе сквозное отверстие для выпуска шаров;

500 – внутренний элемент; 501 – прокладочное кольцо; 502 – прижимная пластина подшипника; 503 – гнездо подшипника; 504 – позиционирующий штифт; 505 – ограничительное кольцо; 506 – канал для впуска шаров; 508a – первый канал для выпуска шаров; 508b – второй канал для выпуска шаров; 509a – первый эксцентрический канал; 509b – второй эксцентрический канал; 510 – поверхность упора шаров;

600 – шаровой элемент; 601 – первый шаровой элемент; 602 – второй шаровой элемент; 603 – третий шаровой элемент.

Варианты осуществления изобретения

Чтобы более ясно описать задачи, технические решения и преимущества вариантов осуществления изобретения, упомянутые технические решения вариантов осуществления изобретения ясно и полно описаны со ссылками на чертежи согласно вариантам осуществления изобретения. Понятно, что описанные варианты осуществления – это только часть, но не все возможные варианты осуществления изобретения. Все другие варианты осуществления, полученные без творческих усилий специалистом в данной области техники на основе упомянутых вариантов осуществления, попадают в рамки объема защиты изобретения.

Как показано на фиг. 1 – 8, согласно вариантам осуществления изобретения предлагается устройство обнаружения и позиционирования шаровых элементов, включающее в себя силовую часть 100, передаточную часть 200, исполнительную часть 300, выдерживающий давление корпус 400 и внутренний элемент 500.

Силовая часть 100 включает в себя серводвигатель 101 переменного тока, планетарный редуктор 102, защитную втулку 103 и металлическую муфту 104. Так как серводвигатель 101 переменного тока имеет хорошую характеристику «крутящий момент-частота» и оснащен вращающимся трансформатором с высоким разрешением, частота вращения и угол поворота точно регулируются посредством управления приводом и вращающимся трансформатором, обеспечивающим обратную связь по углу поворота. Понижающая передача предназначена для обеспечения выходного крутящего момента, гарантирующего плавное движение исполнительного механизма. Благодаря этому, система автоматического регулирования может обеспечивать соответствие требованиям к управлению углом поворота при частых остановках и пусках, плавность работы и точность позиционирования выходного вала. Защитная втулка 103 представляет собой стальной цельнофрезерованный элемент, один конец которого установлен вместе с опорой 202 магнитной передаточной части на стальной раме или стальной платформе устройства. Серводвигатель 101 переменного тока и планетарный редуктор 102 расположены в защитной втулке 103, чтобы ограничивать кумулятивную дозу радиального γ-излучения шаровых элементов в окружающих поток элементов трубопроводах в направлении электродов и понижающей передачи.

Передаточная часть 200 представляет собой цилиндрическую магнитную передачу с углом запаздывания меньше 0,2° и включает в себя опору 202, внешний магнитный узел 201, изолирующую крышку 204, внутренний магнитный узел 203 и т.д. Изолирующая крышка 204 из сплава титана ограничена и зажата шпунтом 207 и коаксиально установленной опорой 202 и прикреплена к торцевому фланцу 401 выдерживающего давление корпуса 400 посредством второго крепежного узла 205 и второго герметизирующего узла 206, чтобы совместно с корпусом 406 емкости сформировать завершенную границу выдерживания давления. Внешний магнитный узел 201 связан с планетарным редуктором 102 посредством металлической муфты 104; внутренний магнитный узел 203 соединен с вращающимся валом 302 исполнительной части 300 посредством шлицевого соединения. По командам распределенной системы управления атомной электростанции и сервоконтроллера, планетарный редуктор 102, непосредственно связанный с серводвигателем 101 переменного тока, приводит внешний магнитный узел 201 в синхронное вращение. Под воздействием эффекта магнитной связи магнитное поле проникает через изолирующую крышку 204 и приводит в синхронное вращение внутренний магнитный узел 203 и непосредственно связанную с ним исполнительную часть 300, чтобы обеспечить гибкую механическую бесконтактную передачу и преобразовать динамическое уплотнение в статическое уплотнение, которое не только обеспечивает уплотнение горячего радиоактивного гелия, но также улучшает рабочую среду силовой части 100.

Во время измерения выгорания ядерного топлива, как шаровые элементы, находящиеся в сквозном отверстии 306 поворотного стола и на поверхности 510 упора шаров прокладочного кольца 501 внутреннего элемента 500, так и группа шаровых элементов 600, остановленная опорной поверхностью 310 поворотного стола, имеют очень сильную радиоактивность. Магнитная передача имеет тонкую и компактную цилиндрическую конструкцию, и внешний магнитный узел 201 и внутренний магнитный узел 203 магнитной передачи имеют достаточную толщину экранирования в радиальном направлении в дополнение к достаточной толщине экранирования в продольном направлении, так что силовая часть 100 может быть защищена от чрезмерной кумулятивной дозы γ-излучения во время кратковременной остановки шаров. Так как силовая часть 100 подвергается относительно небольшому косому мгновенному радиоактивному облучению во время прохождения шаровых элементов, требуется защитная втулка 103 только небольшой толщины.

Исполнительная часть 300 включает в себя вращающийся вал 302, поворотный стол 305, опорные лапы 304 и два подшипника 303 и 307, как это показано на фиг. 4. Вращающийся вал 302 и поворотный стол 305 представляют собой цельнофрезерованную деталь; поворотный стол 305 имеет сквозное отверстие 306 для прохода шаров; каждая опорная лапа 304 имеет форму буквы «Γ» и содержит в целом две части, которые выполнены из высокопрочного и износостойкого металла и установлена зеркально с обеих сторон сквозного отверстия 306 для прохода шаров поворотного стола 305, чтобы отделять шаровые элементы на нижнем конце и поддерживать шаровые элементы в группах. Опорная поверхность 310 с отверстием 306 для прохода шаров и опорные лапы 304 представляют собой износостойкую поверхность для поддерживания шаровых элементов в группах. Поворотный стол 305 размещен в прокладочном кольце 501 внутреннего элемента 500 и поддерживается в гнезде 503 внутреннего элемента 500 и зенкованном отверстии 404 для ротора корпуса 406 емкости первым подшипником 303 и вторым подшипником 307, соответственно.

Выдерживающий давление корпус 400 включает в себя торцевой фланец 401, корпус 406 емкости, переходной патрубок 405 для впуска шаров и переходной патрубок 408 для выпуска шаров. Корпус 406 емкости имеет одно зенкованное отверстие 404 для ротора, одно сквозное отверстие 409 для впуска шаров, первое сквозное отверстие 410а для выпуска шаров, второе сквозное отверстие 410b для выпуска шаров и одно зенкованное коллимирующее отверстие 407.

Переходной патрубок 405 для впуска шаров коаксиально сообщается со сквозным отверстием 409 для впуска шаров, первый переходной патрубок 408а для выпуска шаров коаксиально сообщается с первым сквозным отверстием 410а для выпуска шаров, а второй переходной патрубок 408b для выпуска шаров коаксиально сообщается со вторым сквозным отверстием 410b для выпуска шаров.

Торцевой фланец 401 выполнен с возможностью поддерживания магнитной передачи и плотно соединен с корпусом 406 емкости посредством первого крепежного узла 402 и первого герметизирующего узла 403. При снятом торцевом фланце 401, исполнительная часть 300 и внутренний элемент 500 можно удобно устанавливать, демонтировать, ремонтировать и заменять.

Внутренний элемент 500 включает в себя прокладочное кольцо 501, прижимную пластину 502 подшипника, гнездо 503 подшипника и позиционирующий штифт 504. Как показано на фиг. 5, прокладочное кольцо 501 включает в себя ограничительное кольцо 505, канал 506 для впуска шаров, первый канал 508a для выпуска шаров и второй канал 508b для выпуска шаров. Прижимная пластина 502 подшипника и гнездо 503 подшипника приспособлены для фиксации и поддерживания первого подшипника 303 исполнительной части 300. Позиционирующий штифт 504 предназначен для ограничения и крепления гнезда 503 подшипника вместе с крепежными элементами. Внутренний элемент 500 расположен в зенкованном отверстии 404 для ротора в корпусе 406 емкости, и канал 506 для впуска шаров, сквозное отверстие 409 для впуска шаров и переходной патрубок 405 для впуска шаров коаксиально сообщаются друг с другом. Первый канал 508a для выпуска шаров, первое сквозное отверстие 410a для выпуска шаров и первый переходной патрубок 408а для выпуска шаров коаксиально сообщаются друг с другом. Второй канал 508b для выпуска шаров, второе сквозное отверстие 410b для выпуска шаров и второй переходной патрубок 408b для выпуска шаров коаксиально сообщаются друг с другом.

Ось сквозного отверстия 409 для впуска шаров корпуса 406 емкости и ось зенкованного коллимирующего отверстия 407 пересекаются перпендикулярно в одной точке. Когда шаровые элементы 600 устойчиво останавливаются на поверхности 510 упора шаров прокладочного кольца 501 и сквозного отверстия 306 для прохода шаров поворотного стола 305, точность измерения является наивысшей, когда центр шарового элемента 600 совпадает с точкой пересечения. Когда составные части собраны, и оборудование работает, центр остановленного шара должен, по существу, совпадать с точкой пересечения.

Во время измерения выгорания ядерного топлива, обнаруживающие лучи с хорошей направленностью и заданной интенсивностью испускаются при внешнем измерении выгорания ядерного топлива и достигают устройства обнаружения и позиционирования, совпадают с осью зенкованного коллимирующего отверстия 407 и проникают через стенку зенкованного коллимирующего отверстия, пока они устойчиво не остановятся в сферическом центре шарового элемента 600, находящегося на поверхности 510 упора шаров прокладочного кольца 501. Чтобы гарантировать точность измерения, необходимо, чтобы ошибка между положением сферического центра и коллимированным обнаруживающим лучом была в пределах 1 мм, а эффективный диаметр зенкованного коллимирующего отверстия был равен диаметру шарового элемента, и эквивалентная толщина стенки из конструкционной стали в направлении коллимирования была 15 мм или меньше. Кроме того, расстояние h между соседними шаровыми элементами должно быть больше 200 мм, чтобы исключать взаимное влияние шаровых элементов друг на друга.

Как показано на фиг. 1, диаметр шарового элемента составляет ϕ61. Чтобы гарантировать плавное перемещение шара, внутренний диаметр трубы, по которой перемещается шар, или канала для прохождения шаров, рассчитанного на перемещение шара под воздействием силы тяжести, обычно составляет ϕ65. В рассматриваемом варианте осуществления, чтобы гарантировать точное позиционирование шарового элемента и уменьшить ошибки измерения, диаметр d1 сквозного отверстия 306 для прохода шаров поворотного стола 305 выбирают равным ϕ61, и сквозное отверстие 409 для впуска шаров корпуса 406 емкости и сквозное отверстие 306 для прохода шаров имеют одинаковый диаметр. Кроме того, в переходном патрубке 405 для впуска шаров выдерживающего давление корпуса 400 имеется коническая секция, и ее конец меньшего диаметра соединен со сквозным отверстием 409 для впуска шаров, выполненном в корпусе 406 емкости, и имеет тот же диаметр, что и сквозное отверстие 409 для впуска шаров, чтобы таким образом направлять поток шаровых элементов.

Чтобы соответствовать требованиям эквивалентного диаметра и эквивалентной толщины стенок в направлении коллимирования, диаметр d4 зенкованного коллимирующего отверстия 407 в корпусе 406 емкости в данном варианте осуществления составляет 60 мм. На одной стороне поворотного стола 305 рядом с зенкованным коллимирующим отверстием 407 в корпусе емкости имеется утончающая выемка 308. Когда поворотный стол 305 находится в положении измерения выгорания ядерного топлива, донная поверхность утончающей выемки 308 параллельна донной поверхности зенкованного коллимирующего отверстия 407, и проекция круга зенкованного коллимирующего отверстия 407 на донную поверхность утончающей выемки 308 охвачена донной поверхностью утончающей выемки 308, и находится в направлении оси зенкованного коллимирующего отверстия 407. Эффективные коллимирующие толщины d2 и d3 равны 15 мм.

При нахождении в положении остановки шара для выполнения измерения, шаровые элементы в группах отделены опорными лапами 304 и расположены на верхней поверхности опорных лап 304, и расстояние h до поверхности 510 упора шаров прокладочного кольца 501 в данном варианте осуществления составляет приблизительно 250 мм. Когда расстояние h является слишком большим, устройство обнаружения и позиционирования становится слишком большим.

Чтобы гарантировать, что опорные лапы 304 смогут плавно отделять шаровые элементы в группах, не повреждая их, и обеспечивать плавное прохождение обломков, конструкция, размер и расположение опорных лап 304 должны быть ограниченными. В этом варианте осуществления, высота h2 опорных лап 304 эквивалентна диаметру шарового элемента, чтобы поперечные пластины опорных лап 304 могли точно проходить через зазор самых ярких шаровых элементов. Так как опорная лапа 304 имеет форму перевернутой буквы «L», то, если поперечные пластины слишком широки, они могут касаться шаровых элементов, вместо того, чтобы проходить через зазор между двумя элементами; если поперечные пластины являются слишком узкими, их прочность и жесткость оказываются недостаточными. Вследствие этого, в этом варианте осуществления ширина d6 опорных лап 304 немного больше радиуса шарового элемента. Кроме того, в этом варианте осуществления минимальный промежуток d5 между двумя опорными лапами 304 составляет 20 мм, что не только удобно для отделения шаровых элементов, но также может эффективно гарантировать, что обломки пройдут через промежуток и попадут в сквозное отверстие 306 для прохода шаров.

Так как опорные лапы 304 расположены зеркально с обеих сторон поворотного стола 305, чтобы облегчить установку поворотного стола 305, ширина d7 канала для впуска шаров прокладочного кольца 501 должна быть меньше диаметра шаровых элементов, чтобы ограничивать поток шаровых элементов, и в то же время, ширина d7 должна быть больше ширины d6 опорных лап 304, чтобы гарантировать беспроблемную сборку и разборку поворотного стола и опорных лап. В этом варианте осуществления ширина d6 опорной лапы и ширина d7 канала для впуска шаров составляет 30 мм и 40 мм, соответственно.

Чтобы предотвращать осаждение возможной пыли и обломков на поверхности 510 упора шаров прокладочного кольца 501, шаровые элементы, которые должны быть измерены, поднимают, не ухудшая точность результата измерения. Первый эксцентрический канал 509a и второй эксцентрический канал 509b, связанные друг с другом, могут быть, соответственно, размещены на первом канале 508a для выпуска шаров и втором канале 508b для выпуска шаров прокладочного кольца 501. Поверхность 510 упора шаров полируют, преобразуя вогнутую цилиндрическую поверхность в плоскую или выпуклую поверхность. При падении из сквозного отверстия 306 для прохода шаров поворотного стола, пыль или обломки не задерживаются на поверхности 510 упора шаров, и напрямую проскальзывают в эксцентрические каналы.

Кроме того, корпус 406 емкости и поворотный стол 305 ротора, соответственно, снабжены ограничительным штифтом и ограничительной канавкой 309, подогнанными друг к другу, и угол между точками ограничения на обоих концах составляет 60°. С одной стороны, ограничивается диапазон угла поворота поворотного стола 305, а с другой стороны, для системы сервопривода переменного тока удобно использовать свой вращающий момент для достижения положения калибровки, чтобы таким образом гарантировать точность позиционирования позиционного распределителя.

Первый подшипник 303 и второй подшипник 307 исполнительной части 300, и внутренний подшипник магнитной передачи являются подшипниками из жаропрочного и износостойкого сплава с полиимидными сепараторами. Полиимидный сепаратор, стойкий к радиации и обладающий свойством самосмазывания, создает смазочную пленку, а жаропрочный и износостойкий сплав имеет лучшую пластичность и тягучесть, чем керамические подшипники, таким образом отвечая требованию долговременного сохранения термостойкости и стойкости подшипника к воздействию радиации.

Согласно результатам измерения выгорания ядерного топлива, предлагаемое согласно изобретению устройство обнаружения и позиционирования работает в краткосрочном непрерывном режиме по командам распределенной системы управления, и ее циклический рабочий процесс, включающий в себя: прием шаровых элементов → поворот и разделение шаровых элементов → позиционное измерение → распределение по направлениям → прием шаровых элементов, показан на фиг. 6 – 8. На фиг. 6 поворотный стол 305 находится в статическом положении приема шарового элемента. В это время сквозное отверстие 306 для прохода шаров и опорные лапы 304 находятся в левой точке ограничения или в правой точке ограничения, и шаровые элементы выше по потоку временно хранятся в группе в переходном патрубке 405 для впуска шаров и сквозном отверстии 409 для впуска шаров корпуса емкости и поддерживаются опорной поверхностью 310 поворотного стола. Поворотный стол 305 начинает вращаться после получения команды. Опорные лапы 304 проходят через зазор между шаровыми элементами 601 и 602. Когда поворотный стол достигнет среднего положения, шаровые элементы 602 и 603 в группы оказываются поднятыми вверх, в то время отделенный шаровой элемент 601 под воздействием силы тяжести входит в сквозное отверстие 306 для прохода шаров поворотного стола и останавливается на поверхности 510 упора шаров прокладочного кольца 501, как показано в фиг. 7. После того, как шаровые элементы устойчиво остановятся, может проводиться измерение выгорания ядерного топлива. Во время измерения шаровые элементы, находящиеся выше по потоку, опираются на шаровой элемент 602 и поддерживаются опорными лапами 304. После завершения измерения выгорания ядерного топлива, в зависимости от результата измерения и команды распределенной системы управления, поворотный стол поворачивается влево или вправо, и измеренные шаровые элементы направленно транспортируются по трубопроводу в направлении активной зоны реактора или хранилища отработавшего топлива. В то же самое время, поворотный стол возвращается в положение получения шара, и шаровые элементы 602 и 603 в группе падают на опорную поверхность 310 поворотного стола, как показано на фиг. 8.

Суммируя вышеизложенное, устройство обнаружения и позиционирования шаровых элементов, описанное на примерах вариантов осуществления изобретения, может выполнять тройную функцию автоматического отделения материала, точного позиционирования и направленной транспортирования шаровых тепловыделяющих элементов, имеет компактную конструкцию и простое в управлении, и может соответствовать требованиям надежности и ремонтопригодности для долгосрочной и повторно-кратковременной работы в условиях сильнорадиоактивной окружающей среды.

Следует иметь в виду, что в описании изобретения понятия «соединенный с» и «присоединенный к» должны пониматься в широком смысле, если только конкретно не оговорено иное, например, это могут быть неразъемные соединения, разъемные соединения или комбинированные соединения; это могут быть механические соединения или электрические соединения; это могут быть прямые соединения или косвенные соединения через промежуточные звенья. Для специалистов в данной области техники конкретные значения вышеупомянутых терминов в этом описании поняты в конкретно контексте.

В описании изобретения, если не указано иное, понятие «несколько» означает один или более; понятие «множество» означает два или более. Ориентация или взаимное положение, обозначенные понятиями «верхний», «нижний», «левый», «правый», «внутренний», «внешний» и т.д., относятся к ориентациям или взаимным положениям, показанным на чертежах, и используются только для удобства и упрощения описания изобретения, скорее, чем для указания или допущения, что рассматриваемое устройство или элемент должен иметь определенную ориентацию, конструироваться и эксплуатироваться в конкретной ориентации, и поэтому не могут пониматься как ограничения изобретения.

Наконец, следует отметить, что вышеописанные варианты осуществления приведены только для пояснения и не ограничивают технические решения изобретения. Несмотря на то, что изобретение подробно описано на примере вышеописанных вариантов осуществления, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что, тем не менее, возможна модификация технических решений, описанных в приведенных выше различных вариантах осуществления, или эквивалентная замена некоторых из технических особенностей; и такая модификация или замена не выходит за пределы существа и объема соответствующих технических решений различных вариантов осуществления изобретения.

Изобретение относится к устройству обнаружения и позиционирования шаровых элементов, предназначенному для дозаправки высокотемпературного газоохлаждаемого ядерного реактора шаровыми тепловыделяющими элементами. Устройство обнаружения и позиционирования шаровых элементов включает выдерживающий давление корпус, внутренний элемент и исполнительную часть. Корпус включает корпус емкости, один переходной патрубок для впуска шаров и два переходных патрубка для выпуска шаров, соответственно расположенных на корпусе емкости. Внутренний элемент установлен в зенкованном отверстии для ротора и включает прокладочное кольцо и ограничительное кольцо. Исполнительная часть включает поворотный стол и две опорные лапы. Техническим результатом является возможность выполнения устройством функции автоматического разделения материала, точного позиционирования и направленного транспортирования шаровых тепловыделяющих элементов, обеспечение компактности конструкции и простоты управления устройства для обнаружения и позиционирования шаровых элементов при его эксплуатационной надежности и ремонтопригодности для долговременной и повторно-кратковременной работы в условиях сильнорадиоактивной окружающей среды. 9 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Устройство обнаружения и позиционирования шаровых элементов, включающее в себя выдерживающий давление корпус, внутренний элемент и исполнительную часть;

причем выдерживающий давление корпус включает в себя корпус емкости, один переходной патрубок для впуска шаров и два переходных патрубка для выпуска шаров, расположенные соответственно на корпусе емкости; одно зенкованное отверстие для ротора, одно зенкованное коллимирующее отверстие, одно сквозное отверстие для впуска шаров и два сквозных отверстия для выпуска шаров, расположенные в корпусе емкости; сквозное отверстие для впуска шаров сообщается с переходным патрубком для впуска шаров, два сквозных отверстия для выпуска шаров сообщаются с двумя переходными патрубками для выпуска шаров соответственно, и сквозное отверстие для впуска шаров и сквозные отверстия для выпуска шаров соответственно сообщаются с зенкованным отверстием для ротора;

внутренний элемент размещен в зенкованном отверстии для ротора и включает в себя прокладочное кольцо, представляющее собой кольцевую структуру с вырезом, оба конца прокладочного кольца соединены с дугообразным ограничительным кольцом; поперечное сечение ограничительного кольца меньше поперечного сечения прокладочного кольца, и между наружной поверхностью ограничительного кольца и внутренней поверхностью зенкованного отверстия для ротора имеется зазор для вращения; ограничительное кольцо имеет канал для впуска шаров, который сообщается со сквозным отверстием для впуска шаров; прокладочное кольцо имеет два канала для выпуска шаров, которые соответственно сообщаются с двумя сквозными отверстиями для выпуска шаров;

исполнительная часть включает в себя поворотный стол и две опорные лапы; поворотный стол размещен в прокладочном кольце внутреннего элемента и выполнен с возможностью вращения внутри прокладочного кольца; поворотный стол содержит сквозное отверстие для прохода шаров, проходящее в радиальном направлении, и указанные две опорные лапы установлены на передней и задней сторонах сквозного отверстия для прохода шаров и выполнены с возможностью вращения в зазоре для вращения; обе указанные опорные лапы имеют форму перевернутой буквы «L» и расположены напротив друг друга, и между указанными двумя опорными лапами имеется изолирующее пространство; сторона, соответствующая зенкованному коллимирующему отверстию поворотного стола, имеет утончающую выемку; когда поворотный стол находится в положении обнаружения, донная поверхность утончающей выемки параллельна донной поверхности зенкованного коллимирующего отверстия, и проекция круга зенкованного коллимирующего отверстия на донную поверхность утончающей выемки охвачена донной поверхностью утончающей выемки.

2. Устройство обнаружения и позиционирования шаровых элементов по п. 1, в котором исполнительная часть дополнительно включает в себя вращающийся вал, соединенный с поворотным столом посредством шлицевого соединения.

3. Устройство обнаружения и позиционирования шаровых элементов по п. 1, в котором на поворотном столе выполнена ограничительная канавка, а на корпусе емкости имеется ограничительный штифт, соответствующий ограничительной канавке.

4. Устройство обнаружения и позиционирования шаровых элементов по п. 2, в котором выдерживающий давление корпус дополнительно включает в себя торцевой фланец, соединенный с корпусом емкости посредством первого крепежного узла, и между торцевым фланцем и корпусом емкости имеется первый герметизирующий узел.

5. Устройство обнаружения и позиционирования шаровых элементов по п. 4, дополнительно содержащее передаточную часть, включающую в себя внешний магнитный узел, изолирующую крышку, размещенную во внешнем магнитном узле, и внутренний магнитный узел, размещенный в изолирующей крышке; вращающийся вал размещен во внутреннем магнитном узле.

6. Устройство обнаружения и позиционирования шаровых элементов по п. 5, в котором передаточная часть дополнительно включает в себя опору, установленную снаружи внешнего магнитного узла; опора соединена с торцевым фланцем посредством второго крепежного узла, и изолирующая крышка взаимодействует с опорой посредством шпунта.

7. Устройство обнаружения и позиционирования шаровых элементов по п. 6, в котором между торцевым фланцем и передаточной частью установлен второй герметизирующий узел.

8. Устройство обнаружения и позиционирования шаровых элементов по п. 6, дополнительно содержащее силовую часть, включающую в себя двигатель, редуктор, соединенный с двигателем, и муфту, соединенную с редуктором; муфта соединена с вращающимся валом.

9. Устройство обнаружения и позиционирования шаровых элементов по п. 8, в котором силовая часть дополнительно включает в себя защитную втулку, в которой размещены двигатель, редуктор и муфта.

10. Устройство обнаружения и позиционирования шаровых элементов по п. 9, в котором защитная втулка соединена с опорой и прикреплена к ней.