專利名稱:散裂靶件的自由液面形成構(gòu)件及自由液面形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高放射性廢物處理的散裂靶件，更具體地說，涉及ー種散裂靶件的自由液面形成構(gòu)件及自由液面形成方法。
背景技術(shù)：
人們在享受核電帶來的巨大好處的同時(shí)，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。
為此出現(xiàn)了對核廢料進(jìn)行處理的次臨界驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(ADS)，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。
現(xiàn)有的次臨界驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的無窗結(jié)構(gòu)散裂靶件的典型結(jié)構(gòu)如圖I所示，該散裂靶件大致呈圓柱狀，側(cè)壁設(shè)有多層流道I。多層流道I的下部為收縮段，形成環(huán)形的流動(dòng)噴嘴2。
液態(tài)金屬流體從散裂靶件的上部沿筒內(nèi)的流道I向下流動(dòng)，由于流體是貼壁下降流動(dòng)的，當(dāng)流體到達(dá)收縮段時(shí)，呈液膜狀下流的流體會(huì)匯聚一起，從而形成一個(gè)完整的自由液面。
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I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(huì)對散裂靶件的工作造成不利影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在干，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。
本發(fā)明所要解決的另一技術(shù)問題在于，提供ー種可形成可靠自由液面的方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是構(gòu)造ー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)ロ位置處設(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。
在本發(fā)明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 I。
在本發(fā)明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。
在本發(fā)明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輪下游側(cè)的一端為圓錐狀。
在本發(fā)明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)。
在本發(fā)明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)ロ位置處的十字支架；所述葉輪的芯軸通過緊固件安裝在所述十字支架上。
本發(fā)明還提供ー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
SI :入流流體從靶件主體的圓柱段的進(jìn)ロ流入所述靶件主體；
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(dòng)，獲得切向的速度分量;
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(dòng)，到達(dá)漸擴(kuò)段時(shí)，在切向速度的作用下，流體沿漸擴(kuò)段側(cè)壁流動(dòng)，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。
在本發(fā)明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。
實(shí)施本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明通過葉輪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)在エ業(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。


下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)ー步說明，附圖中
圖I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；
圖2是本發(fā)明散裂靶件的自由液面形成構(gòu)件的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明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；
圖4是本發(fā)明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
如圖2所示，本發(fā)明的散裂靶件的自由液面形成構(gòu)件的ー個(gè)具體實(shí)施例中，可以用于次臨界驅(qū)動(dòng)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。
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)ロ，而漸擴(kuò)段12的頂部為出口，液態(tài)金屬流體從進(jìn)ロ進(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 I ;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 I、7 : I 等。[0028]在圓柱段11的進(jìn)ロ位置處進(jìn)ー步的設(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(shí)，流體會(huì)產(chǎn)生旋動(dòng)，而使得流體獲得切向速度分量。
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(dòng)方向，產(chǎn)生切向速度分量。可以理解的，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。
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)置在其外國。進(jìn)一歩的，為了減小對流體流動(dòng)的影響，該芯軸21位于葉片22傾斜段外側(cè)(即葉輪的下游側(cè))的一端設(shè)置為圓錐狀，從而使得流體能夠平滑的流動(dòng)，使得流體的流動(dòng)更加的穩(wěn)定。
另外，在本實(shí)施例中，通過在圓柱段11的進(jìn)ロ位置處設(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?？梢岳斫獾模Ъ艿男螤钜部梢愿鶕?jù)需要進(jìn)行調(diào)整、選擇。
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吋，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)ロ引入到靶件主體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(dòng)，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(dòng)；到達(dá)漸擴(kuò)段12時(shí)，在切向速度的作用下，流體沿漸擴(kuò)段12側(cè)壁流動(dòng)，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(dòng)，而出ロ漸擴(kuò)段12筒壁的邊沿控制了液面的高度，因此渦旋運(yùn)動(dòng)會(huì)在出ロ自由液面區(qū)形成一個(gè)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)。
進(jìn)ー步的，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6m/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)ロ位置處設(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
I所述的散裂靶件的自由液面形成構(gòu)件，其特征在干，所述圓柱段與所述漸擴(kuò)段的長度比例為3 1-7 I。
3.根據(jù)權(quán)利要求
I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，其特征在干，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)ロ位置處的十字支架；所述葉輪的芯軸通過緊固件安裝在所述十字支架上。
7.ー種使用權(quán)利要求
1-6的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，其特征在于，包括以下步驟 51:入流流體從靶件主體的圓柱段的進(jìn)ロ流入所述靶件主體； 52: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(dòng)，獲得切向速度分量； 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(dòng)，到達(dá)漸擴(kuò)段時(shí)，在切向速度的作用下，流體沿漸擴(kuò)段側(cè)壁流動(dòng)，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。
8.根據(jù)權(quán)利要求
7所述的自由液面形成方法，其特征在于，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。
專利摘要
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于次臨界驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(ADS)散裂靶件的自由液面形成構(gòu)件以及自由液面形成方法。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G21F9/00GKCN101950591SQ201010219368
公開日2012年8月29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專利引用 (2), 非專利引用 (3),