криогенный дозатор шариков для холодного замедлителя нейтронов

Формула изобретения

1. Криогенный дозатор шариков для холодного замедлителя нейтронов, включающий цилиндрический корпус бункера для шариков, диск дозатора над дном бункера, привод диска дозатора и приемник шариков, отличающийся тем, что нижняя часть обечайки бункера для шариков, воронка приемника шариков и примыкающая к ней часть пневмотранспортной трубы изготовлены из меди, верхняя часть обечайки - из тонкой нержавеющей стали, диск дозатора представляет собой один тонкий стальной диск, одновременно являющийся дном бункера, с небольшим количеством отверстий, диаметром на 10-20% больше диаметра дозируемых шариков, опирающийся по периферии на бронзовый вкладыш-подшипник, а приводной вал диска через уплотнение во фланце бункера соединен с шаговым двигателем, имеющим специальную программу вращения.

2. Дозатор по п.1, отличающийся тем, что к внутренней стенке трубы-приемника шариков прикреплена металлическая сетка.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к дозаторам сыпучего материала в виде твердых шариков, в частности шариков из замороженных ароматических углеводородов, и предназначено для подачи рабочего вещества (шариков) в пневматический тракт с холодным газом гелия для последующей доставки их в камеру холодного замедлителя быстрых нейтронов интенсивного источника (ядерного реактора или нейтронопроизводящей мишени ускорителя).

Известен дозатор для подачи твердых шариков замороженных ароматических углеводородов (смеси мезитилена и м-ксилола) в пневматический тракт с холодным газом гелия для доставки их в камеру холодного замедлителя нейтронов, с цилиндрическим стальным корпусом бункера для шариков, с баками жидкого азота, с диском на дне бункера со сквозными отверстиями диаметром больше диаметра шариков и расположенными по дуге окружности, с валом, предназначенным для равномерного вращения диска, с одним выходным отверстием на дне бункера диаметром значительно больше диаметра шариков, центр которого лежит на окружности того же диаметра, что и диаметр окружности расположения отверстий в диске, а над диском в районе выходного отверстия расположен отсекатель; описание в работе С.А. Куликов, А.А. Беляков, М.В. Булавин, Е.Н. Кулагин, А.А. Кустов, К.А. Мухин, А.Н. Федоров, Е.П. Шабалин, Д.Е. Шабалин, Full scale model of pelletized cold neutron moderators for the IBR-2M reactor. Proceedings of International Collaboration on Advanced Neutron Sources (ICANS XIX), PSI, Гринделвальд, Швейцария, 2010.

Недостатком дозатора является наличие отсекателя, который способствует образованию затора шариков при вращении диска и последующей их дефрагментации. Кроме того, охлаждение жидким азотом не позволяет достичь низкой температуры у дна бункера и на диске и к тому же неудобно в эксплуатации.

Задача изобретения состоит в том, чтобы обеспечить низкую температуру бункера без использования баков с жидким азотом и сохранить требуемую и регулируемую скорость дозирования шариков без их дефрагментации.

Поставленная задача решается тем, что в криогенном дозаторе шариков для холодного замедлителя нейтронов, включающем цилиндрический корпус бункера для шариков, диск дозатора над дном бункера, привод диска дозатора и приемник шариков, нижняя часть обечайки бункера для шариков, воронка приемника шариков и примыкающая к ней часть пневмотранспортной трубы изготовлены из меди, верхняя часть обечайки - из тонкой нержавеющей стали, диск дозатора представляет собой один тонкий стальной диск, одновременно являющийся дном бункера, с небольшим количеством отверстий, диаметром на 10-20% больше диаметра дозируемых шариков, опирающийся по периферии на бронзовый вкладыш-подшипник, а приводной вал диска через уплотнение во фланце бункера соединен с шаговым двигателем, имеющим специальную программу вращения, при этом к внутренней стенке трубы-приемника шариков прикреплена металлическая сетка.

Основные отличительные признаки - медная обечайка и более простой, щадящий способ дозирования обеспечивают нужную температуру в бункере и регулируемую подачу шариков в пневмотранспортную трубу без разрушения шариков за счет прерывистого вращения диска и отсутствия отсекателя.

Дополнительные признаки придают дозатору следующие технические свойства: непосредственная близость пневмотранспортной трубы от дозирующего диска и наличие металлической сетки создают условия для надежного счета шариков, попадающих в пневмотракт, за счет использования эффекта динамической разности давлений газа при прохождении медленно движущегося шарика по короткому промежутку между точками отбора газа на дифференциальный манометр.

Изобретение поясняется чертежом и фото дозатора; фотография сделана без экранно-вакуумной изоляции и вакуумного кожуха.

Дозатор состоит из бункера для шариков с цилиндрической полостью 4, с верхним фланцем и крышкой 2, дозирующего диска с отверстиями 5, насаженного на приводной вал 3, привода 1. Верхняя половина обечайки бункера 8 выполнена из тонкой нержавеющей стали, нижняя часть 9 - из меди. Диск опирается периферийной частью на бронзовый подшипник. В нижней части, ниже диска, бункер соединяется с пневмотранспортной трубой 6 коническим переходом- воронкой 10. Дозатор теплоизолирован экранно-вакуумной изоляцией, расположенной внутри кожуха 7. В крышке бункера имеется патрубок 11 для засыпки порции шариков, предназначенных для дозирования.

Дозатор работает следующим образом.

После подачи холодного гелия (с температурой 80-90 К) в пневмотракт и охлаждения бункера до этой же температуры, чему способствуют медные стенки бункера и пневмотрубы (бункер имеет тепловую экранно-вакуумную изоляцию) через вставленную в патрубок 11 специальную воронку загружают в бункер холодные (с температурой несколько выше температуры жидкого азота) шарики твердого мезитилена (или другого материала) до уровня не выше верхней части медной обечайки бункера. Воронку убирают, патрубок закрывают и включают шаговый двигатель 12, вращающий дозирующий диск. Благодаря прерывистому вращению диска, шарики вываливаются через отверстия диска в пневмотракт с контролируемой частотой. Узость отверстий в диске (10-20% больше диаметра шариков) и их небольшое количество (от 2 до 24 - в зависимости от нужной скорости выброса шариков) определяют сравнительно равномерный средний по времени выброс шариков без помощи распределяющего устройства, которое используется в прототипе. Например, за один шаг вращения диска, равный 1/4 диаметра шарика, выбрасывается в среднем 0.12-0.14 шарика на одно отверстие, или около одного шарика при 8 отверстиях. Скорость выброса шариков примерно пропорциональна размеру шага вращения. Разброс числа шариков, выбрасываемых за один шаг, можно оценить, используя закон распределения случайных величин Пуассона.

При загрузке шариков в бункер через патрубок возможно попадание азота или воздуха в бункер и пневмотракт. В этом случае после засыпки шариков в бункер производят очистку гелиевого пневмотракта путем прогона газа через холодные ловушки.

Описанный дозатор работает в составе комплекса холодного шарикового замедлителя нейтронов исследовательского реактора ИБР-2М.