[发明专利]一种用于高温熔融物释放的机械提升装置及方法

说明书

一种用于高温熔融物释放的机械提升装置及方法,该装置包括依次设置于位于压力容器内的加热系统上的释放机构、连接机构、密封机构和动力机构，释放机构包括：坩埚堵塞，其下端为锥形，上端与导向杆螺纹连接，材质为非导电性材质，防止堵塞被感应加热；连接机构包括：与坩埚堵塞通过螺纹连接的导向杆、依次连接用于把丝杆的水平位移转化为导向杆竖直位移的三个绞杆；动力结构包括：手轮，通过转动手轮来为提升装置提供动力；本发明还提供了该装置的提升方法。本发明可有效地实现熔融物的可靠释放，结构简单，不影响其他设备的正常使用，从而为研究核电站反应堆熔融物分层行为提供可行的方法。

技术领域

本发明涉及一种用于核反应堆严重事故研究中有效且可靠的高温熔融物释放装置，具体涉及一种用于高温熔融物释放的机械提升装置及方法。

背景技术

日本福岛核事故是继美国三哩岛和前苏联切尔诺贝利核事故之后的又一次堆芯熔融严重事故，再次引发了国际社会对核反应堆严重事故的关注。当今，我国核电迅速发展，成为替代传统化石燃料的一种清洁经济能源，其安全问题也成为人们关注的焦点。在新一代反应堆研究和设计中，如何防止和缓解严重事故成为评价反应堆先进性的一个重要方面。

在反应堆严重事故进程中，由于金属和氧化物的密度不同，其熔融物会在压力容器下封头内形成分层结构，该分层行为直接影响熔融物内部传热特性及下封头壁面的热流密度分布，进而影响压力容器失效方式、熔融物泄漏、熔融物与混凝土相互作用(简称MCCI)等后续事故进程，是反应堆严重事故中的关键问题之一。国内外研究机构对熔融物分层结构下的流动传热进行了较多的数值研究，但对熔融物的动态分层过程的研究仍相对较少，因此为了揭示金属与氧化物分层的机理，需要合理设计一套实验装置。熔融物分层实验装置的关键问题在于熔融物的释放，但由于熔融物温度高达2000℃，且需要在惰性环境下操作，使得这一问题变得比较棘手。

专利CN104575631B公开了一种利用气动支撑机构和撞击机构的熔融物释放装置，包括气动支撑翻板、插板阀、快关阀、石墨锥、管道、托盘卡槽、延时板、控制台等部件；该气动支撑翻板用于支撑石墨坩埚，在接收到熔融物释放信号时，高压氮气迫使其打开，坩埚和熔融物下落；下落的坩埚与管道底端的石墨锥碰撞，坩埚内部大量高温熔融物出流，与石墨锥底部延迟不锈钢板作用；待熔穿不锈钢板后，熔融物下落至下部反应器中。该发明装置结构复杂，存在极大的不确定性，比如坩埚和熔融物能否垂直下落以及石墨锥能否在准确时间碎裂，此外石墨碎裂后会和熔融物一起进入实验段，干扰实验现象。

文献(Application of cold crucible for melting of UO2/ZrO2 mixture，Materials Science and Engineering A357(2003)297-303)公开了一种在冷坩埚底部孔口处加装塞子，在需要释放熔融物时，将塞子向下拔出，然后利用以锥子刺穿烧结的熔融物，从而使熔融物流出的装置，然而文献中并未对如何操作塞子及锥子进行说明。

在模拟核电站反应堆堆芯熔融分层的实验中，熔融物的温度较高，成分复杂，且存在熔融物凝固在坩埚孔口或实验构件上的问题，需要安全可靠的熔融物制备和释放装置。然而，现有的熔融物释放装置结构复杂，可靠性差，且有的装置会对熔融物产生污染，从而影响熔融物的动态分层行为。因此，有必要设计一种具有较高安全性和可操作性的高温熔融物释放装置，解决熔融物分层实验装置的瓶颈。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种用于高温熔融物释放的机械提升装置及方法，可以有效地实现熔融物的可靠释放，不影响其他设备的正常使用，从而为研究核电站反应堆熔融物分层行为提供可行的方法。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于高温熔融物释放的机械提升装置，包括依此设置于压力容器21内的加热系统20上的释放机构、连接机构、密封机构和动力机构；