專利名稱:散裂靶件的自由液面形成構(gòu)件的制作方法
散裂靶件的自由液面形成構(gòu)件技術(shù)領(lǐng)域：
[0001]本實(shí)用新型涉及高放射性廢物處理的散裂靶件，更具體地說，涉及一種散裂靶件 的自由液面形成構(gòu)件。
背景技術(shù)：
[0002]人們在享受核電帶來的巨大好處的同時，也不得不面對核電產(chǎn)生的核廢料尤其是 長壽命核廢料的處理、處置難題。[0003]為此出現(xiàn)了對核廢料進(jìn)行處理的次臨界驅(qū)動系統(tǒng)(ADQ，該系統(tǒng)包括質(zhì)子加速器、 外源中子產(chǎn)生靶和次臨界反應(yīng)堆。由加速器產(chǎn)生的質(zhì)子束流轟擊設(shè)在次臨界堆中的重金屬 散裂靶件(如液態(tài)鉛或鉛鉍合金)，引起散裂反應(yīng)，為次臨界堆提供外源中子。[0004]現(xiàn)有的次臨界驅(qū)動系統(tǒng)的無窗結(jié)構(gòu)散裂靶件的典型結(jié)構(gòu)如圖1所示，該散裂靶件 大致呈圓柱狀，側(cè)壁設(shè)有多層流道1。多層流道1的下部為收縮段，形成環(huán)形的流動噴嘴2。[0005]液態(tài)金屬流體從散裂靶件的上部沿筒內(nèi)的流道1向下流動，由于流體是貼壁下降 流動的，當(dāng)流體到達(dá)收縮段時，呈液膜狀下流的流體會匯聚一起，從而形成一個完整的自由 液面。[0006]在這種無窗結(jié)構(gòu)散裂靶件設(shè)計(jì)中，流體是通過環(huán)狀的多層流道1向下流入靶件 區(qū)，由于入流是靠噴嘴2來控制的，因此，自由液面的形成與如流的流速，噴嘴2的間隙尺 寸，以及噴嘴2本身的形狀，均有關(guān)系。在技術(shù)上需要非常精細(xì)的設(shè)計(jì)，難以形成穩(wěn)定且理 想的自由液面，而該自由液面的不穩(wěn)定，會對散裂靶件的工作造成不利影響。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0007]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的散裂靶件形成的自由液面不 穩(wěn)定的缺陷，提供一種能夠提供可靠的自由液面的散裂靶件的自由液面形成構(gòu)件。[0008]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是構(gòu)造一種散裂靶件的自由液面 形成構(gòu)件，包括靶件主體，所述靶件主體中設(shè)有貫通的流體通道，所述流體通道包括連續(xù)的 圓柱段和漸擴(kuò)段；在所述圓柱段的進(jìn)口位置處設(shè)置有葉輪，所述葉輪的軸線與所述圓柱段 的軸線平行，并且所述葉輪具有若干傾斜設(shè)置的葉片。[0009]在本實(shí)用新型的散裂靶件的自由液面形成構(gòu)件中，所述圓柱段與所述漸擴(kuò)段的長 度比例為3 1-7 1。[0010]在本實(shí)用新型的散裂靶件的自由液面形成構(gòu)件中，所述葉片包括連續(xù)的導(dǎo)入段以 及傾斜段；所述導(dǎo)入段與所述葉輪的軸線方向相平行；所述傾斜段與所述葉輪的軸線方向形成一定夾角。[0011]在本實(shí)用新型的散裂靶件的自由液面形成構(gòu)件中，所述葉輪包括供所述葉片安裝 在外圍的芯軸，所述芯軸位于所述葉片的傾斜段外側(cè)的一端為圓錐狀。[0012]在本實(shí)用新型的散裂靶件的自由液面形成構(gòu)件中，所述葉輪通過安裝支架安裝在 所述靶件主體的圓柱段內(nèi)。[0013]在本實(shí)用新型的散裂靶件的自由液面形成構(gòu)件中，所述安裝支架為設(shè)置在所述圓 柱段的進(jìn)口位置處的十字支架；所述葉輪的芯軸通過緊固件安裝在所述十字支架上。[0014]本實(shí)用新型還提供一種使用上述任一散裂靶件的自由液面形成構(gòu)件的自由液面 形成方法，包括以下步驟[0015]Sl 入流流體從靶件主體的圓柱段的進(jìn)口流入所述靶件主體；[0016]S2:入流流體在葉輪的傾斜設(shè)置的葉片的作用下產(chǎn)生旋動，獲得切向的速度分 量；[0017]S3:獲得切向速度分量的流體繼續(xù)在所述圓柱段內(nèi)向上流動，到達(dá)漸擴(kuò)段時，在切 向速度的作用下，流體沿漸擴(kuò)段側(cè)壁流動，并在離心力作用下，流體獲得徑向速度分量，并 在該徑向速度分量作用下，離開所述靶件主體，形成中間低、四周高的自由液面形狀。[0018]在本實(shí)用新型的自由液面形成方法中，通過改變?nèi)肓髁黧w的入流速度，來改變形 成的自由液面形狀。[0019]實(shí)施本實(shí)用新型具有以下有益效果本實(shí)用新型通過葉輪來使得入流流體具有切 向的速度分量，并在離心力作用下，流體獲得徑向速度分量，并在該徑向速度分量作用下， 離開所述靶件主體，形成中間低、四周高的自由液面形狀；自由液面的形狀可以通過調(diào)節(jié)葉 輪的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，因此容易獲得理想的自由液面；而且，由于徑向速度的控制是由葉輪來控 制，因此不論入流流速高低，均可以獲得穩(wěn)定的自由液面。另外，現(xiàn)有技術(shù)環(huán)形噴嘴的制造 精度要求高，而葉輪技術(shù)在工業(yè)上的廣泛應(yīng)用，其技術(shù)成熟度及制造難度，較環(huán)形噴嘴的要 求要低，從而降低了裝置的研發(fā)難度及制造難度。


[0020]下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明，附圖中[0021]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的無窗結(jié)構(gòu)散裂靶件的典型結(jié)構(gòu)示意圖；[0022]圖2是本實(shí)用新型散裂靶件的自由液面形成構(gòu)件的結(jié)構(gòu)示意圖；[0023]圖3是本實(shí)用新型散裂靶件的自由液面形成構(gòu)件的葉輪的結(jié)構(gòu)示意圖；[0024]圖4是本實(shí)用新型散裂靶件的自由液面形成構(gòu)件在不同入流流速的自由液面形 狀示意圖。
具體實(shí)施方式
[0025]如圖2所示，本實(shí)用新型的散裂靶件的自由液面形成構(gòu)件的一個具體實(shí)施例中， 可以用于次臨界驅(qū)動系統(tǒng)中。該散裂靶件的自由液面形成構(gòu)件包括靶件主體10，該靶件主 體10的大致呈圓柱狀。當(dāng)然，該靶件主體10的外輪廓還可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)成其他形狀。[0026]在該靶件主體10中設(shè)置有貫通的流體通道，該流體通道包括連續(xù)的圓柱段11和 漸擴(kuò)段12。該圓柱段11的下部為進(jìn)口，而漸擴(kuò)段12的頂部為出口，液態(tài)金屬流體從進(jìn)口進(jìn) 入，依次經(jīng)過圓柱段11和漸擴(kuò)段12后，從出口流出，并在出口處形成自由液面30。在本實(shí) 施例中，該圓柱段11與漸擴(kuò)段12的長度比例約為5 1 ；當(dāng)然，圓柱段11和漸擴(kuò)段12的長 度比例可以根據(jù)流速、需要形成的自由液面30形狀等進(jìn)行調(diào)整，例如3 1、4 1、6 1、 7 1 等。[0027]在圓柱段11的進(jìn)口位置處進(jìn)一步的設(shè)置有葉輪20。如圖3所示，該葉輪20包括芯軸21、在芯軸21的圓周設(shè)置的葉片22。該葉輪20的軸線與靶件主體10的圓柱段11的 軸線相平行，而葉片22則傾斜設(shè)置，從而當(dāng)流體流過葉輪20時，流體會產(chǎn)生旋動，而使得流 體獲得切向速度分量。[0028]在本實(shí)施例中，該葉片22包括連續(xù)的導(dǎo)入段以及傾斜段。該導(dǎo)入段與葉輪20的 軸線方向相平行，而傾斜段則與葉輪20的軸線方向形成一定夾角。通過導(dǎo)入段能夠?qū)⒘黧w 順利地導(dǎo)入到葉輪20，并通過傾斜段改變流體的流動方向，產(chǎn)生切向速度分量?？梢岳斫?的，該導(dǎo)入段和傾斜段的表面可以根據(jù)需要做成平面、曲面等。[0029]而該芯軸21作為葉片22的安裝件(圖未示)，供葉片22固定設(shè)置在其外圍。進(jìn) 一步的，為了減小對流體流動的影響，該芯軸21位于葉片22傾斜段外側(cè)(即葉輪20的下 游側(cè))的一端設(shè)置為圓錐狀，從而使得流體能夠平滑的流動，使得流體的流動更加的穩(wěn)定。[0030]另外，在本實(shí)施例中，通過在圓柱段11的進(jìn)口位置處設(shè)置有十字支架，葉輪20的 芯軸21通過緊固件安裝在十字支架上。該緊固件可以選用螺母、螺釘、螺栓、鉚釘?shù)雀鞣N固 定方式進(jìn)行固定?？梢岳斫獾?，支架的形狀也可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整、選擇。[0031]使用上述散裂靶件的自由液面形成構(gòu)件的形成自由液面30時，首先將具有一定 流速的入流流體從靶件主體10的圓柱段11的進(jìn)口引入到靶件主體10 ；然后，入流流體經(jīng) 過葉片22的導(dǎo)入段進(jìn)入葉輪20，并在傾斜段的導(dǎo)向下產(chǎn)生旋動，獲得切向速度分量，流出 葉輪20 ；然后，獲得切向速度分量的流體繼續(xù)在所述圓柱段11內(nèi)、以螺旋的軌跡向上流動； 到達(dá)漸擴(kuò)段12時，在切向速度的作用下，流體沿漸擴(kuò)段12側(cè)壁流動，并在離心力作用下，流 體獲得徑向速度分量，并在該徑向速度分量作用下，離開所述靶件主體10。由于出口流體具 有切向運(yùn)動，而出口漸擴(kuò)段12筒壁的邊沿控制了液面的高度，因此渦旋運(yùn)動會在出口自 由液面區(qū)形成一個中間低，四周高的自由液面30形狀，并且在自由液面30的外側(cè)形成真空 區(qū)。[0032]進(jìn)一步的，可以通過改變?nèi)肓髁黧w的入流速度，來改變形成的自由液面30形狀； 如圖4中，a、b、c分別是在入流速度為10m/s、8m/s和4m/s所形成的自由液面30的形狀。
權(quán)利要求
1.一種散裂靶件的自由液面形成構(gòu)件，其特征在于，包括靶件主體，所述靶件主體中設(shè) 有貫通的流體通道，所述流體通道包括連續(xù)的圓柱段和漸擴(kuò)段；在所述圓柱段的進(jìn)口位置 處設(shè)置有葉輪，所述葉輪的軸線與所述圓柱段的軸線平行，并且所述葉輪具有若干傾斜設(shè) 置的葉片。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的散裂靶件的自由液面形成構(gòu)件，其特征在于，所述圓柱段與 所述漸擴(kuò)段的長度比例為3 1-7 1。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的散裂靶件的自由液面形成構(gòu)件，其特征在于，所述葉片包括 連續(xù)的導(dǎo)入段以及傾斜段；所述導(dǎo)入段與所述葉輪的軸線方向相平行；所述傾斜段與所述 葉輪的軸線方向形成一定夾角。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的散裂靶件的自由液面形成構(gòu)件，其特征在于，所述葉輪包括 供所述葉片安裝在外圍的芯軸，所述芯軸位于所述葉片的傾斜段外側(cè)的一端為圓錐狀。
5.根據(jù)權(quán)利要求
4所述的散裂靶件的自由液面形成構(gòu)件，其特征在于，所述葉輪通過 安裝支架安裝在所述靶件主體的圓柱段內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求
5所述的散裂靶件的自由液面形成構(gòu)件，其特征在于，所述安裝支架 為設(shè)置在所述圓柱段的進(jìn)口位置處的十字支架；所述葉輪的芯軸通過緊固件安裝在所述十 字支架上。
專利摘要
本實(shí)用新型涉及一種次臨界驅(qū)動系統(tǒng)(ADS)散裂靶件的自由液面形成構(gòu)件該構(gòu)件包括靶件主體，靶件主體中設(shè)有貫通的流體通道，流體通道包括連續(xù)的圓柱段和漸擴(kuò)段；在圓柱段的進(jìn)口位置處設(shè)置有葉輪，葉輪的軸線與圓柱段的軸線平行，并且葉輪具有若干傾斜設(shè)置的葉片。自由液面的形狀可以通過調(diào)節(jié)葉輪的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，因此容易獲得理想的自由液面；而且，由于徑向速度的控制是由葉輪來控制，因此不論入流流速高低，均可以獲得穩(wěn)定的自由液面。另外，現(xiàn)有技術(shù)環(huán)形噴嘴的制造精度要求高，而葉輪技術(shù)在工業(yè)上的廣泛應(yīng)用，其技術(shù)成熟度及制造難度，較環(huán)形噴嘴的要求要低，從而降低了裝置的研發(fā)難度及制造難度。
文檔編號G21F9/04GKCN201838340SQ201020250290
公開日2011年5月18日 申請日期2010年7月2日
發(fā)明者盧冬華 申請人:中國廣東核電集團(tuán)有限公司, 中科華核電技術(shù)研究院有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan