本發(fā)明涉及一種災(zāi)害防護(hù)裝置，特別是一種管式非能動空氣冷卻系統(tǒng)外部災(zāi)害防護(hù)裝置。

背景技術(shù)：

采用空氣作為工質(zhì)的管式空氣冷卻系統(tǒng)，由于結(jié)構(gòu)簡單造價低廉廣泛用于各種工業(yè)中。尤其是非能動設(shè)計的管式空氣冷卻系統(tǒng)，由于系統(tǒng)設(shè)計簡單、運行成本低、適用范圍廣泛等特點，尤其是其運行不需額外的動力源，被大量用于執(zhí)行各種復(fù)雜系統(tǒng)喪失動力源條件下的應(yīng)急冷卻功能，在核工業(yè)、能源工業(yè)、化工業(yè)均有大量常見案例。如目前正處于設(shè)計研發(fā)階段的鉛冷快堆，采用了管式空氣自然循環(huán)系統(tǒng)冷卻反應(yīng)堆容器的設(shè)計。

管式非能動空氣冷卻系統(tǒng)一般由入口管道、冷卻段、出口管道、煙囪等組成，是一種運行在大氣環(huán)境中的開放式系統(tǒng)。由于管式非能動空氣冷卻系統(tǒng)可能受到多種復(fù)雜的外界環(huán)境影響，其煙囪效應(yīng)的強度主要受室內(nèi)外溫差以及室內(nèi)外壓差的影響，在通風(fēng)條件不好，外部氣象條件不穩(wěn)定時，尤其是在超強臺風(fēng)等極端氣象條件造成的復(fù)雜空氣流場內(nèi)，系統(tǒng)受外部損害及性能穩(wěn)定性的問題需解決，系統(tǒng)冷卻效果會受到不同程度的影響。

對于核反應(yīng)堆設(shè)計中采用管式空氣冷卻系統(tǒng)作為非能動余熱排出系統(tǒng)的情況，這種系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性要求尤其嚴(yán)格，系統(tǒng)性能關(guān)系到核反應(yīng)堆堆芯余熱是否能夠順利導(dǎo)出。如果喪失外部電源時，非能動系統(tǒng)失效或性能嚴(yán)重降低，將導(dǎo)致核反應(yīng)堆余熱累積，嚴(yán)重時會造成堆芯熔毀，放射性物質(zhì)泄漏等。目前這類管式非能動余熱排出系統(tǒng)的設(shè)計，普遍存在的一個缺陷是：應(yīng)對外部極端氣象災(zāi)害的能力較薄弱，特別是狂風(fēng)等災(zāi)害，易引發(fā)喪失電網(wǎng)等次生災(zāi)害，因此對用于移除核反應(yīng)堆余熱的管式非能動空氣冷卻系統(tǒng)的性能要求極高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題為：本發(fā)明針對上述缺陷，不增加系統(tǒng)能動裝置的前提下，利用流體力學(xué)中不同空氣流場下的壓力變化提高管式非能動空氣冷卻系統(tǒng)的災(zāi)害防御能力。根據(jù)伯努利原理，本發(fā)明能提高非能動余熱排出系統(tǒng)在大風(fēng)環(huán)境中的工作能力；同時本發(fā)明能防止出口受到雨雪的侵蝕；入口防護(hù)裝置提高了入口的面積，減小了入口阻塞的概率。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種管式非能動空氣冷卻系統(tǒng)外部災(zāi)害防護(hù)裝置，由入口防護(hù)裝置和出口防護(hù)裝置兩部分組成；

所述的入口防護(hù)裝置由兩塊水平的圓盤形入口防護(hù)裝置導(dǎo)流板組成，兩塊入口防護(hù)裝置導(dǎo)流板為上方的入口防護(hù)裝置導(dǎo)流板和下方的入口防護(hù)裝置導(dǎo)流板，兩塊入口防護(hù)裝置導(dǎo)流板由剛性結(jié)構(gòu)連接，上方的入口防護(hù)裝置導(dǎo)流板與入口相接處上凸；上方入口防護(hù)裝置導(dǎo)流板與入口相接處的旋轉(zhuǎn)接口為可轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)連接，保證入口防護(hù)裝置導(dǎo)流板的水平；

所述的出口防護(hù)裝置由兩塊球冠形的出口防護(hù)裝置導(dǎo)流板和兩個風(fēng)扇組成，兩塊出口防護(hù)裝置導(dǎo)流板為上部球冠形出口防護(hù)裝置導(dǎo)流板和下部球冠形出口防護(hù)裝置導(dǎo)流板，兩塊出口防護(hù)裝置導(dǎo)流板由剛性結(jié)構(gòu)連接，下部球冠形出口防護(hù)裝置導(dǎo)流板與煙囪出口之間由剛性結(jié)構(gòu)鏤空連接；兩個風(fēng)扇分別為下方風(fēng)扇和上方風(fēng)扇，兩個風(fēng)扇之間由風(fēng)扇連接軸連接，上方風(fēng)扇在風(fēng)的作用下單向轉(zhuǎn)動，上方風(fēng)扇牽引下方風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動。

其中，兩塊入口防護(hù)裝置導(dǎo)流板由細(xì)棒連接，入口防護(hù)裝置可繞旋轉(zhuǎn)接口處的連接軸實現(xiàn)偏離垂直方向30度夾角內(nèi)的轉(zhuǎn)動。

其中，兩塊球冠形的出口防護(hù)裝置導(dǎo)流板為兩個內(nèi)凹形導(dǎo)流板，出口防護(hù)裝置包含兩個同軸連接俯視順時針轉(zhuǎn)動風(fēng)扇，且下方風(fēng)扇扇葉設(shè)計可增強空氣沿?zé)焽璩隹谙蛏狭鲃拥某槲饔谩?/p>

本發(fā)明與現(xiàn)有相比的優(yōu)點在于：

(1)本發(fā)明由入口防護(hù)裝置和出口防護(hù)裝置兩部分構(gòu)成，可防護(hù)的外部災(zāi)害類型更多，因此本發(fā)明適用范圍更廣。

(2)本發(fā)明的出口防護(hù)裝置設(shè)計了兩種增強空氣非能動循環(huán)的加強型方案，在空氣導(dǎo)流板和兩個同軸風(fēng)扇的協(xié)同作用下，出口防護(hù)裝置達(dá)到增強非能動循環(huán)最佳的效果，使得該裝置的排熱能力及運行可靠性優(yōu)于已有方案。

(3)本發(fā)明的入口防護(hù)裝置包含可轉(zhuǎn)動連接點，根據(jù)不同的安裝施工需求可調(diào)整入口裝置導(dǎo)流板的傾角并固定，該設(shè)計可使本發(fā)明易于施工安裝，便于推廣使用。

附圖說明

圖1為鉛基反應(yīng)堆非能動余熱排出系統(tǒng)示意圖，其中，1為堆芯；2為鉛鉍冷池；3為鉛鉍熱池；4為主換熱器；5為主容器；6為安全容器；7為熱空氣上升通道；8為圓柱形熱隔離層；9為冷空氣下降通道；10為堆坑；11為煙囪；12為包容體；

圖2為入口裝置剖面圖，其中，21為旋轉(zhuǎn)接口，22為入口防護(hù)裝置導(dǎo)流板；

圖3為出口裝置剖面圖，其中，31為風(fēng)扇連接軸，32為連接棒，33為煙囪出口，34為下方風(fēng)扇，35為上方風(fēng)扇，36為出口防護(hù)裝置導(dǎo)流板。

具體實施方式

為了更加清楚的講述本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點，下面結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明所述管道式非能動空氣冷卻系統(tǒng)，以鉛基反應(yīng)堆余熱排出系統(tǒng)的設(shè)計為實施例介紹。

鉛基反應(yīng)堆余熱排出系統(tǒng)由安全容器、圓柱形隔離層、熱空氣上升管道、冷空氣下降通道、混凝土內(nèi)側(cè)熱隔離層、地坑和包容體外的煙囪等組成。該事故余熱排出系統(tǒng)的排熱機理是：主容器的熱傳導(dǎo)、主容器向安全容器的熱輻射、安全容器的熱傳導(dǎo)、安全容器向熱空氣管道和圓柱形隔熱層的熱輻射、空氣管道內(nèi)的對流換熱、空氣自然對流排出熱量。熱空氣上升管道、冷空氣下降管道、冷熱空氣管道熱隔離層、熱空氣出口外接煙囪通道等組成。該系統(tǒng)的排熱機理是：待冷卻物體邊界向熱空氣管道和圓柱形隔熱層的熱輻射、空氣管道內(nèi)的對流換熱、空氣自然對流排出熱量。

如圖1所示，鉛基反應(yīng)堆非能動余熱排出系統(tǒng)包括：堆芯1、鉛鉍冷池2、鉛鉍熱池3、主換熱器4、主容器5、安全容器6、熱空氣上升通道7、圓柱形熱隔離層8、冷空氣下降通道9、堆坑10、煙囪11和包容體12。連接關(guān)系：堆芯1在主容器5的中下部，堆芯1的上部為鉛鉍冷池2，下部為鉛鉍熱池3。安全容器6套在主容器5外部，圓柱形熱隔離層7套在安全容器6外部，安全容器6、熱空氣上升通道7、圓柱形熱隔離層8都位于堆坑10中。熱空氣上升通道7位于安全容器6與圓柱形熱隔離層7之間，冷空氣下降通道9位于圓柱形熱隔離層8與堆坑10之間。

所述鉛基反應(yīng)堆非能動余熱排出系統(tǒng)總共有四個空氣入口和四個空氣出口，空氣出入口在沒有防護(hù)裝置的保護(hù)下，容易受到雨雪的侵蝕，導(dǎo)致U型管中有積水，阻隔冷空氣下降通道與熱空氣上升通道，引起整個系統(tǒng)的失效。非能動系統(tǒng)的驅(qū)動力為自然力，與阻力在數(shù)量級上相近，大風(fēng)環(huán)境中的非能動余熱排出系統(tǒng)工作狀態(tài)會處于波動狀態(tài)，容易引起系統(tǒng)的失效。另外，空氣出入口有被雜物堵住的風(fēng)險。

考慮到在狂風(fēng)等極端氣象條件下，非能動余熱排出系統(tǒng)所處空氣流場復(fù)雜，往往導(dǎo)致系統(tǒng)排熱能力降低的實際問題，因此在本發(fā)明的構(gòu)思中，分別在系統(tǒng)進(jìn)氣管道入口和煙囪頂端的出口處，設(shè)置了特定結(jié)構(gòu)的風(fēng)道裝置來解決此問題。圖2和圖3是按照本發(fā)明一個優(yōu)選實施例的入口和出口災(zāi)害防護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，將上述兩個裝置，分別安置在圖1所述系統(tǒng)空氣管道下方入口處和煙囪管道出口處。入口災(zāi)害防護(hù)裝置包括旋轉(zhuǎn)接口21和入口防護(hù)裝置導(dǎo)流板22，其中：旋轉(zhuǎn)接口21的轉(zhuǎn)軸采用可實現(xiàn)偏離垂直方向30度夾角內(nèi)的轉(zhuǎn)動；導(dǎo)流板22由上下兩塊圓盤形導(dǎo)流板連接而成，下部導(dǎo)流板中心處為球面，球面中心與旋轉(zhuǎn)接口中心一致。出口災(zāi)害防護(hù)裝置包括風(fēng)扇連接軸31，連接棒32，煙囪出口33，下方風(fēng)扇34，上方風(fēng)扇35和出口防護(hù)裝置導(dǎo)流板36，其中：風(fēng)扇連接軸31與導(dǎo)流板使用低摩擦單向滾動軸承連接，保證上方風(fēng)扇35沿俯視順時針方向轉(zhuǎn)動；導(dǎo)流板36中心處為上下兩個平行平面，導(dǎo)流板邊緣處剖面為喇叭狀；下方風(fēng)扇34扇葉沿俯視順時針方向轉(zhuǎn)動時，形成向上流動的空氣流。入口防護(hù)裝置和出口防護(hù)裝置使用材料均為碳鋼。

當(dāng)外部氣流進(jìn)入出口防護(hù)裝置時，由于該裝置中心狹窄、外周擴(kuò)張狀的結(jié)構(gòu)設(shè)計，亞音速氣體在該類型空間結(jié)構(gòu)內(nèi)會沿流動正方向會逐漸加速，隨著空氣流速的增大，推動該裝置單向轉(zhuǎn)動抽風(fēng)風(fēng)扇上部扇葉的轉(zhuǎn)動。由于風(fēng)扇上部和下部扇葉為同軸固定連接，上部扇葉帶動下部扇葉同時逆向轉(zhuǎn)動，在煙囪出口處形成負(fù)壓，起到增強煙囪效應(yīng)的效果。

按照以上構(gòu)思，當(dāng)任意方向的空氣氣流通過出口圓盤狀結(jié)構(gòu)裝置時，都會流過高逐漸收縮的空間，氣流被加速，然后在煙囪出口位置的圓盤中心凹陷區(qū)域形成負(fù)風(fēng)壓，減小該位置處的氣體壓強，對煙囪內(nèi)部氣體起到抽吸作用。這種對稱式的結(jié)構(gòu)設(shè)計，使得各方向的氣流均能流入出口裝置，對于極端氣候條件下空氣流場特別復(fù)雜的情況尤其適用，而且便于實際安裝和使用。

對于入口防護(hù)裝置，由于該圓盤形裝置中心區(qū)域凸起，外部氣流進(jìn)入該裝置內(nèi)時，首先流經(jīng)水平段，進(jìn)入中心區(qū)域時由于結(jié)構(gòu)空間的增加，氣流會迅速減速，氣體壓強將隨之迅速增加，在該裝置中心區(qū)域形成一個壓力峰。這種設(shè)計會導(dǎo)致系統(tǒng)的入口處空氣壓力高于環(huán)境壓力，進(jìn)一步增大管式非能動空氣冷卻系統(tǒng)出入口的空氣壓力差，增強煙囪效應(yīng)效果。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的某一具體實施例而已，并不用以限制本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng)域的人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，基于本發(fā)明所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。