一种球形燃料螺旋反向转动垂直提升装置的制作方法

1.本实用新型涉及传输技术领域，尤其涉及一种球形燃料螺旋反向转动垂直提升装置。


背景技术：

2.高温气冷堆核电站球形燃料装卸循环需要依靠氦气压缩机提供球形燃料提升所需的气力输送动力源，正常工况下，球形燃料通过氦气气力输送进行堆芯主循环、乏燃料卸出及新燃料注入，在气力循环传输过程中，球形燃料与管道内壁及卸料装置、碎球分离设备、燃耗测量设备、桥连器等设备持续摩擦及碰撞。
3.高温气冷堆核电站球形燃料装卸循环采用自动扶梯式燃料传输装置作为优化备选方案。根据核电站辐射分区、防火分区要求，该方案采用多段自动扶梯式燃料传输装置与开槽滚道衔接，实现球形燃料装卸循环，乏燃料排出及新球形燃料注入。
4.不足之处一：球形燃料装卸循环采用氦气气力输送。正常工况下，球形燃料在气力循环传输过程中，需要依靠氦气压缩机提供提升所需的气力输送动力源，氦气压缩机可靠性不足导致球形燃料循环失去动力源，从而致使反应堆被动停堆；同时，在气力循环传输过程中，对气力传输管道内径及管道焊缝内壁凸起及内壁凹陷要求高，球形燃料与管壁持续摩擦及碰撞，产生的燃料粉尘及碎屑经常导致球形燃料卡阻事故，从而球形燃料无法传输及循环导致反应堆被动停堆；气力输送管路中球形燃料数量及燃球料尺寸偏差对气力输送压力参数要求不同，加剧球形燃料在管道中的滞留及震荡，导致球形燃料卡阻，系统运行不稳定。
5.不足之处二：球形燃料卡阻事故工况下，高温、高压及高放射性环境及复杂管路环境中，发现并排查球形燃料卡阻点困难，部分卡阻点维修人员和维修工机具不可达，且排除球形燃料卡阻事故容易导致放射性泄露。
6.不足之处三：球形燃料装卸循环采用自动扶梯式燃料传输装置输送。高温气冷堆核电站球形燃料装卸循环采用自动扶梯式燃料传输装置作为优化备选方案。工程实施过程中，自动扶梯式燃料传输装置要与水平面保持一定的夹角，一般小于45
°
，需要占用较大建筑面积和空间，建筑成本高；球形燃料采用多段自动扶梯式燃料传输装置与开槽滚道实现接续传输，设备制造及安装精度高、成本高；自动扶梯式燃料传输装置设备复杂，维修困难。
7.因此，如何提供一种球形燃料螺旋反向转动垂直提升装置，以提高可靠性，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

8.有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种球形燃料螺旋反向转动垂直提升装置，以提高可靠性。
9.为了达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
10.一种球形燃料螺旋反向转动垂直提升装置，包括包容管体、驱动装置、轴体、螺旋
叶片、挡板和下滑管道，其中，
11.所述包容管体中填充有惰性气体，
12.所述轴体竖向转动的内置在所述包容管体中，所述螺旋叶片沿所述轴体的轴线方向环绕设置在所述轴体的外壁上，
13.所述挡板竖向设置在所述包容管体的内壁上，所述挡板位于所述螺旋叶片的外壁与所述包容管体的内壁之间，所述挡板与所述螺旋叶片的外壁之间具有间隙，
14.相邻所述螺旋叶片之间的竖向间距大于球形燃料的直径，所述螺旋叶片的宽度大于所述球形燃料的半径且小于所述球形燃料的直径，所述轴体的外壁与所述包容管体的内壁之间的距离大于所述球形燃料的直径，
15.所述包容管体的上部设置有出料口，所述包容管体的下部设置有入料口，所述下滑管道的一端与所述出料口连通，所述下滑管道的另一端与所述入料口连通，
16.所述驱动装置与所述轴体连接，
17.核反应堆压力容器设置在所述下滑管道上，
18.所述球形燃料从所述入料口进入所述包容管体落在所述螺旋叶片上，所述驱动装置通过所述轴体带动所述螺旋叶片旋转，所述螺旋叶片带动所述球形燃料沿所述挡板向上提升直至所述出料口，所述球形燃料从所述出料口进入所述下滑管道在重力作用下下滑至所述核反应堆压力容器，从所述核反应堆压力容器中卸出的所述球形燃料下滑至所述入料口循环传输。
19.优选的，上述下滑管道与所述入料口的连接处设置有用于停止所述球形燃料滚动的球形燃料单一器，
20.所述螺旋叶片上设置有将所述球形燃料从所述球形燃料单一器上一次一个取下的单一器取球槽。
21.优选的，上述驱动装置为永磁屏蔽电机，所述驱动装置设置在所述包容管体外部，所述驱动装置与所述轴体无接触。
22.优选的，上述下滑管道与所述入料口连接的一段管道的底部开槽，且开槽的下方设置有收集装置。
23.优选的，上述包容管体的底部设置有排除孔板，
24.所述轴体的一端转动的设置在所述排除孔板上，
25.所述排除孔板的下方设置有排除管。
26.优选的，上述螺旋叶片与水平面的夹角为≥0
°
至小于90
°
。
27.优选的，上述螺旋叶片的承托所述球形燃料的叶面上设置有滚动体。
28.优选的，上述挡板为l型挡板，
29.所述挡板与所述球形燃料接触的两个面上均设置有滚动体。
30.优选的，上述螺旋叶片的宽度为所述球形燃料的直径的0.8倍，
31.所述螺旋叶片与水平面的夹角为30
°
。
32.优选的，上述螺旋叶片的根部高于叶片边缘。
33.本实用新型提供的球形燃料螺旋反向转动垂直提升装置，包括包容管体、驱动装置、轴体、螺旋叶片、挡板和下滑管道，其中，
34.所述包容管体中填充有惰性气体，
35.所述轴体竖向转动的内置在所述包容管体中，所述螺旋叶片沿所述轴体的轴线方向环绕设置在所述轴体的外壁上，
36.所述挡板竖向设置在所述包容管体的内壁上，所述挡板位于所述螺旋叶片的外壁与所述包容管体的内壁之间，所述挡板与所述螺旋叶片的外壁之间具有间隙，
37.相邻所述螺旋叶片之间的竖向间距大于球形燃料的直径，所述螺旋叶片的宽度大于所述球形燃料的半径且小于所述球形燃料的直径，所述轴体的外壁与所述包容管体的内壁之间的距离大于所述球形燃料的直径，
38.所述包容管体的上部设置有出料口，所述包容管体的下部设置有入料口，所述下滑管道的一端与所述出料口连通，所述下滑管道的另一端与所述入料口连通，
39.所述驱动装置与所述轴体连接，
40.核反应堆压力容器设置在所述下滑管道上，
41.所述球形燃料从所述入料口进入所述包容管体落在所述螺旋叶片上，所述驱动装置通过所述轴体带动所述螺旋叶片旋转，所述螺旋叶片带动所述球形燃料沿所述挡板向上提升直至所述出料口，所述球形燃料从所述出料口进入所述下滑管道在重力作用下下滑至所述核反应堆压力容器，从所述核反应堆压力容器中卸出的所述球形燃料下滑至所述入料口循环传输。
42.本实用新型提供的球形燃料螺旋反向转动垂直提升装置，结构简单、垂直提升高度不限、适用范围更广、经济性更好、可靠性更高。
附图说明
43.为了更清楚地说明本实用新型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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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。
44.图1为本实用新型实施例提供的球形燃料螺旋反向转动垂直提升装置的结构示意图；
45.图2为图1的c
‑
c剖视结构示意图；
46.图3为图1的b向结构示意图；
47.图4为图1的a
‑
a剖视结构示意图；
48.图5为图4的i处放大结构示意图。
49.图1
‑
5中：
50.球形燃料1、开槽滚道2、进球端连接管3、球形燃料单一器4、排除管5、球形燃料螺旋反向转动垂直提升装置6、排除孔板7、第一级螺旋叶片8、叉型壁板9、轴体10、包容管体11、出球端连接管12、轴承座13、固体润滑轴承14、定子15、屏蔽罩16、端盖17、驱动装置18、螺旋叶片19、滚珠20、叉21、开槽21、滚珠23、单一器取球槽24、核反应堆压力容器25、卸料装置26、收集装置27。
具体实施方式
51.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新
型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
52.请参考图1至图5，图1为本实用新型实施例提供的球形燃料螺旋反向转动垂直提升装置的结构示意图；图2为图1的c
‑
c剖视结构示意图；图3为图1的b向结构示意图；图4为图1的a
‑
a剖视结构示意图；图5为图4的i处放大结构示意图。
53.本实用新型实施例提供的球形燃料螺旋反向转动垂直提升装置，包括包容管体11、驱动装置18、轴体10、螺旋叶片19、挡板和下滑管道，其中，
54.包容管体11中填充有惰性气体，
55.轴体10竖向转动的内置在包容管体11中，螺旋叶片19沿轴体10的轴线方向环绕设置在轴体10的外壁上，
56.挡板竖向设置在包容管体11的内壁上，挡板位于螺旋叶片19的外壁与包容管体11的内壁之间，挡板与螺旋叶片19的外壁之间具有间隙，挡板可以为叉型壁板9，
57.相邻螺旋叶片19之间的竖向间距大于球形燃料1的直径，螺旋叶片19的宽度大于球形燃料1的半径且小于球形燃料1的直径，轴体10的外壁与包容管体11的内壁之间的距离大于球形燃料1的直径，
58.包容管体11的上部设置有出料口，包容管体11的下部设置有入料口，下滑管道的一端与出料口连通，下滑管道的另一端与入料口连通，
59.驱动装置18与轴体10连接，
60.核反应堆压力容器25设置在下滑管道上，
61.球形燃料1从入料口进入包容管体11落在螺旋叶片19上，驱动装置18通过轴体10带动螺旋叶片19旋转，螺旋叶片19带动球形燃料1沿挡板向上提升直至出料口，球形燃料1从出料口进入下滑管道在重力作用下下滑至核反应堆压力容器25，从核反应堆压力容器25中卸出的球形燃料1下滑至入料口循环传输。
62.本实用新型实施例提供的球形燃料螺旋反向转动垂直提升装置，其结构简单、适用范围也更广、经济性更好、可靠性更高，并且，理论上垂直提升高度不限。
63.为了进一步优化上述方案，下滑管道与入料口的连接处设置有用于停止球形燃料1滚动的球形燃料单一器4，
64.螺旋叶片19上设置有将球形燃料1从球形燃料单一器4上一次一个取下的单一器取球槽24。
65.在包容管体11的进球端通过球形燃料单一器4实现球形燃料1的一个一个进球。相邻的两个球形燃料1的进球间距可以通过调节相邻的两个单一器取球槽24之间的距离实现，从而根据实际需要进行控制，实现连续不间断的循环。
66.为了进一步优化上述方案，驱动装置18为永磁屏蔽电机，驱动装置18设置在包容管体11外部，驱动装置18与轴体10无接触，避免开孔导致惰性气体泄露。
67.具体的，惰性气体可以为氦气，轴体10以及螺旋叶片19等螺旋部件内置于高温、高压及高放射性包容管体11的氦气气氛中，永磁屏蔽电机驱动置于包容管体11外。
68.其中，螺旋轴体垂直安装，轴体10上下两端均通过水平安装的固体润滑轴承14及
轴承座13固定在承压包容管体11内腔中，轴体10的扭矩依靠永磁屏蔽电机输入，避免扭矩传动造成包容管体11开孔，实现无接触的扭矩静密封传动，防止氦气泄露及放射性逸出。
69.为了进一步优化上述方案，下滑管道与入料口连接的一段管道的底部开槽21，且开槽21的下方设置有收集装置27。用于处理粉尘以及碎屑等杂物，避免卡阻。例如，燃料粉尘以及碎屑等通过开槽21及粉尘排除筛流入粉尘收集装置中排除。
70.为了进一步优化上述方案，包容管体11的底部设置有排除孔板7，轴体10的一端转动的设置在排除孔板7上，排除孔板7的下方设置有排除管5。用于排除粉尘以及碎屑等杂物，避免卡阻。
71.为了进一步优化上述方案，螺旋叶片19与水平面的夹角为≥0
°
至小于90
°
，以30
°
为宜。
72.为了进一步优化上述方案，螺旋叶片19的承托球形燃料1的叶面上设置有滚动体。
73.为了进一步优化上述方案，挡板为l型挡板，挡板与球形燃料1接触的两个面上均设置有滚动体。
74.具体的，滚动体可以为球形滚珠，能够实现球形燃料1的滚动即可，通过在螺旋叶片19及挡板上安装滚动体，使球形燃料1螺旋提升过程中产生滚动摩擦，避免滑动摩擦对球形燃料1的摩擦损伤，同时减少石墨碎屑及粉尘的产生。
75.当然，也可以是挡板或者螺旋叶片19上采用不安装滚珠等滚动体的滑动摩擦形式实现球形燃料1垂直提升。
76.为了进一步优化上述方案，螺旋叶片19的宽度为球形燃料1的直径的0.8倍，螺旋叶片19与水平面的夹角为30
°
。能够较好的保护球形燃料，降低对球形燃料的损伤，降低碎屑。
77.为了进一步优化上述方案，螺旋叶片19的根部高于叶片边缘。其用于承托球形燃料的叶面可以为倾斜平面，或者倾斜凸面，或者倾斜凹面。
78.本实用新型实施例提供的球形燃料螺旋反向转动垂直提升装置，是一种球形燃料螺旋反转垂直提升装置的设计方案，用于高温气冷堆核电站球形燃料装卸循环系统、乏燃料卸出系统及新燃料注入系统或石化、电力等类似应用领域。
79.本实用新型实施例提供的球形燃料螺旋反向转动垂直提升装置，其螺旋轴体、螺旋叶片19及螺旋轴固定用轴承置于耐高温、承压及放射性钢制包容管体11内，构成封闭性燃料循环环境及反应堆一回路压力边界，实现高温、高压及放射性包容。
80.本实用新型实施例提供的球形燃料螺旋反向转动垂直提升装置，是一种结构简单、垂直提升高度不限、适用范围更广、经济性更好、可靠性更高的球形燃料螺旋反转垂直提升装置的设计方案。
81.并且，理论上本实用新型实施例提供的球形燃料螺旋反向转动垂直提升装置的螺旋垂直提升高度不限，螺旋型式采用左旋型式或右旋型式，即螺旋叶片19采用左旋型式或右旋型式。
82.本实用新型实施例提供的球形燃料螺旋反向转动垂直提升装置，依靠螺旋叶片19的反转，球形燃料1在每个螺旋的低势能端通过与螺旋叶片19之间产生滚动摩擦实现球形燃料1垂直提升循环传输，用于将球形燃料1旋转垂直的提升至出球端。
83.本实用新型实施例提供的球形燃料螺旋反向转动垂直提升装置，在具体使用时：
84.整体螺旋叶片19由下往上分为多级，最底部的称为第一级螺旋叶片8，球形燃料1从核反应堆压力容器25中通过卸料装置26卸出后，在重力作用下，经下滑管道上的重力式非能动的开槽滚道2滚入进球端连接管3上安装的球形燃料单一器4上停止滚动，当第一级螺旋叶片8上的单一器取球槽24旋转过球形燃料单一器4时，球形燃料1被一个一个的排入到第一级螺旋叶片8中，使单个球形燃料1呈一定的间隔依次的进入到的第一级螺旋叶片8中。
85.球形燃料1在第一级螺旋叶片8中滚动至该级螺旋叶片19的低势能端后，受叉型壁板9阻挡而无法沿螺旋叶片19向下滚动，其中，挡板也可以称为叉型壁板9。叉型壁板9采用平板或与螺旋叶片19外缘平行的凹型限位装置实现球形燃料1的垂直提升。
86.轴体10的上下两端均通过水平安装的固体润滑轴承14及轴承座13固定在包容管体11中。
87.作为驱动装置18的永磁屏蔽电机为轴体10提供旋转驱动力驱动螺旋叶片19转动。永磁屏蔽电机具有低速(5～200转/min)大扭矩，静密封，免维护等功能。
88.轴体10带动整体螺旋叶片19反转过程中，球形燃料1与螺旋叶片19以及叉型壁板9之间形成的是滚动摩擦，从而带动球形燃料1沿叉型壁板9竖向逐螺距提升至叉型壁板9的最上端后从出料口滚出叉型壁板9，进入下滑管道。
89.具体为，叉型壁板9与位于下滑管道和出料口连接处的出球端连接管12平缓衔接，叉型壁板9高于出球端连接管12内壁，球形燃料1从叉型壁板9最上端后滚出后，依靠重力作用滚入出球端连接管12。
90.球形燃料1在出球端连接管12中滚动，依靠重力作用滚至核反应堆压力容器25中，核反应堆压力容器25中经卸料装置26卸出后滚入到进球端连接管3中，滚动过程中产生的粉尘及碎屑通过下滑管道上的开槽滚道2，经包容管体11中的碎屑的排除孔板7、碎屑的排除管5排除，避免卡阻，实现循环传输。
91.其中，开槽滚道2、进球端连接管3、包容管体11、出球端连接管12、永磁屏蔽电机的定子15、扣合在驱动装置上的屏蔽罩16及端盖17等形成静密封，防止惰性气体，例如氦气的泄漏以及核放射性包容，构成了一回路压力边界完整及纯净。
92.相邻螺旋叶片19的间距大于球形燃料1直径，即螺旋升距大于球形燃料1的直径，螺旋叶片19的宽度大于球形燃料1半径，采用球形燃料1直径的0.8倍为宜；螺旋叶片19的倾角，即与水平面夹角的设定为0
°‑
90
°
，最优的采用30
°
。能够更好的降低球形燃料1的碰损。
93.同时，螺旋叶片19及叉型壁板9表面分别安装有滚珠23和滚珠20，使球形燃料1在螺旋反转垂直提升过程中产生滚动摩擦，从而减少石墨粉尘及碎屑的产生。
94.叉型壁板9的叉22与螺旋叶片19边缘的距离为1～2mm，但必须小于球的半径。
95.轴体10的外径面与叉型壁板9的间距离大于球形燃料1的直径，螺旋叶片19表面为倾斜平面或坡向包容管体11相邻内壁。
96.包容管体11的进球端轴线与出球端轴线夹角为0
°
～180
°
间的任意夹角。包容管体11的出球端及进球端与重力式非能动开槽滚道2连接，实现球形燃料1的进/出球，循环传输及压力边界完整。
97.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定
义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。