Вихревая камера

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(51) М. Кл. В О 1 0 45/12 Гоеударетвенный комитет Опубликовано 23.12.82. Бюллетень47Дата опубликования описания 28.12.82но делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения В. П. Кащеев, В. А. Левадный и В. Н. Сорокин Белорусский ордена Трудового Красного Знамени политехнический инстйтут(54) ВИХРЕВАЯ КАМЕРА Изобретение относится к технике нанесения покрытий на частицы ядерного топлива в кипящем слое и может быть использовано в промышленности, изготовляющей микро- тепловыделяющие элементы для высокотемпературных ядерных реакторов. 5Известны реакторы для нанесения покрытий на частицы ядерного топлива в псевдоожиженном гравитационном кипящем слое, представляющие собой печь с цилиндрической реакционной зоной, ввод реакционного и транспортного газа в которую осуществляется через донную часть зоны 1 и 2.Недостатки этих реакторов заключаются в том, что в гравитационном кипящем слое частиц, находящемся в цилиндрической реакционной зоне, не обеспечивается равномер ный профиль скоростей газа по сечению и в центре кипящего слоя скорости больше чем у стенок, поэтому частицы опускаются у стенок донной части и прилипают к газораспределителю, закупоривая сопла для ввода газа.Известна также вихревая камера, содержащая цилиндрический корпус с профилированными торцовыми крышками, с боковыми входными патрубками и осевыми выходными отверстиями, ресивер, установленные коаксиально внутри корпуса и разделяющие полость корпуса на кольцевые камеры цилиндрические лопаточные направляющие аппараты, патрубок для загрузки твердых частич и патрубки для выгрузки твердых частиц, расположенные в торцовой крышке корпуса на периферии камер 3.Однако нанесение покрытий, особенно многослойных, в известной вихревой камере можно производить только в периодическом процессе, останавливая работу при смене реакционного газа и при выгрузке микро- твэлов, что снижает производительность и исключает возможность автоматизации процесса.Целью изобретения является повышение производительности и автоматизации процесса нанесения покрытий.Поставленная цель достигается тем, что в вихревой камере, содержащей цилиндрический корпус с профилированными торцовыми крышками, с боковыми входными патрубками и осевыми выходными отверстиями, ресивер, установленные коаксиально внутри корпуса и разделяющие полость корпуса на кольцевые камеры цилиндрические лопаточ 982744ныс нанравляюгцие аппараты, патрубок для загрузки твердых частиц и патрубки для выгрзки твердых частиц, расположенные в торцовой крышке корпуса на периферии камер, каждая кольцевая камера снабжена дополнительными патрубками для загрузки твердых астиц, расположенными под углом 5 - -30 к поверхности торцовой крышки по направлению вращения потока газа со смещением к центру камеры, и патрубками для ввода газовых реагентов на периферии камер, причем патрубки для выгрузки расположены под углом 5 30 к поверхности торцовой крышки, направлены против вращения потока газа и соединены с патрубками загрузки соседних камер через задвижки.На чертеже представлена вихревая камера для нанесения покрытия на частицы ядерного топлива.Вихревая камера состоит из корпуса 1, входных патрубков с раздаточным ресивером 2, торцовых крыцек 3, цилиндрических лопаточных направляющих аппаратов 4 - -6, выходного патрубка 7, трубопровода с задвижкой 8, тЗубопровода с задвижкой 9, каналов в торцовых крышках для систем шгдачи частиц ядерного топлива 10, ввода реакционных газов 11 -13 и вывода микро- твэлов 14.Вихревая камера работает при нанесении, например, графитовых многослойных покрытий следующим образом.Через входные патрубки и ресивер 2 подается под давлением транспортный газ, например аргон, который последовательно проходит чс рез направляющие аппараты 4-6 и выходит через патрубок 7 вывода газа. Благодаря щелям в направляющих лопаточньгх аппаратах, лопатки которого направлены под углом 50 в -85 к радиусу, за ними образуются кольцевые закрученные потоки газа. Загрузка вихревой камеры частицами ядерного топлива осуществляется пневмотранспортом по каналам 10 во внутреннюю пасть об ьема, ограниченного торцовыми крышками 3 и направляющими аппаратами 4 и 5. Порция ядерных частиц, подлежащих покрытию, образует устойчивый центробежный кипящий слой, раскрывающийся к оси, в которыи вводится по каналам1 в середину объема слоя газообразный углеводород (СдН). Г 1 ри 1250 С газообразный углеводород разлагается на ионы и радикалы и углерод осаждается на поверхности ядерных частиц. После нанесения на частицы ядерного топлива слоя буферного покрытия из углерода, необходимой толщины, открывается задвижка 8 и микротвэлы перепадом давления пневмотранспортируются во внутреннюю область объема реакционной зоны, ограниченного крышками и направляющими аппаратами 5 и 6 и образует в нем концентрированный центробежный кипящий слой. В середину области этого слоя подается реакционный газ (СрНр+ СзН), который при35 40 45 50 55 5 1 О 15 20 25 30 1300 С образует плотный внутренний слой углеродного покрытия, Затем микротвэлы с наружного радиуса слоя при открытии задвижки 9 пневмотранспортируются во внутреннюю область, расположенную за направ. ляющим лопаточным аппаратом 6, где образуют концентрированный кипящий слой, в среднюю область которого подается реакционный газ (СН 5 С 1 з). При 1500 С в этой области реакционной зоны на микротвэлах образуется наружное покрытие из карбида кремния. Микротвэлы, имеющие трехслойное покрытие, выгружаются из реактора по каналу 4 пневмотранспортом. Для обеспечения непрерывной работы реактора при открытии задвижки 8 во внутреннюю часть объема, ограниченного направляющими аппаратами 4 и 5, непрерывно пневмотранспортируются частицы ядерного топлива, скорость поступления которых определяется скоростью осаждения углерода. По мере увеличения толщины покрытия частицы в кольцевом кипящем слое между аппаратами 4 и 5 у величивают диаметр своей равновесной орбиты (диаметр равновесной орбиты частицы в плотном центробежном кипящем слое определяется произведением плотности на диаметр частицы). Частицы, имеющие необходимую толщину внутреннего слоя покрытия и, следовательно, максимальный диаметр своей орбиты, выгружаются пневмотранспортом во вторую реакционную зону, где по мере увеличения толщины буферного слоя частицы приближаются к отверстию для их перегрузки в следующую реакционную зону. Для получения качественных покрытий и сферичных микротвэлов можно регулировать скорость осаждения как изменением скорости ввода реакционных газов, так и расходом транспортного газа, а также скоростью подачи частиц ядерного топлива и скоростью выгрузки микротвэлов. Ввод частиц и реакционных газов в зоны реактора осуществляются но каналам в торцовых крышках под углом 5 30 к плоскости крышек в направлении кипящего слоя, это обеспечивает дополнительную подкрутку слоя.Вывод частиц из реакционных зон осуществляется по каналам в торцовых крышках, направленных под углом 5 - 30 к их плоскости, навстречу вращения слоя, чтобы его не тормозить. Использование предлагаемого реактора для нанесения покрытий на частицы ядерного топлива обеспечивает получение микро- твэлов с качественным покрытием и высокой степенью их сферичности, возможность осуществлять регулировку скорости осаждения покрытия с помощью аэродинамического управления процессом осаждения и повышение производительности в несколько раз в связи с непрерывностью процесса нанесения многослойных покрытий.982744 формула изобретения Составитель В. Н. Аварии Редактор В. Иванова Техред И. Верес Корректор М. Коста Заказ 9772( О Тираж 734 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4(5 Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4Вихревая камера, содержащая цилиндрический корпус с профилированными торцовыми крышками, с боковыми входными патрубками и осевыми выходными отверстиями, ресивер,установленные коаксиально внутри корпуса и разделяющие полость корпуса на кольцевые камеры цилиндрические лопаточные направляющие аппараты, патрубок для загрузки твердых частиц и патрубки для1 О выгрузки твердых частиц, расположенные в торцовой крышке корпуса на периферии камер, отличающаяся тем, что, с целью повышения производительности и автоматизации процесса нанесения покрытий на частицы ядерного топлива, каждая кольцевая камера снабжена дополнительными патрубками для загрузки твердых частиц, расположенными под углом 5-30 к поверхности торцовой крышки по направлению вращения потока газа со смещением к центру камеры, и патрубками ввода газовых реагентов на периферии камер, причем патрубки для выгрузки расположены под углом 5 - 30 к поверхности торцовой крышки, направлены против вращения потока газа и соединены с патрубками загрузки соседних камер через задвижки. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США4067118, кл. 34 в 1 О,опублик. 01.10.78.2. Опубликованная заявка ФРГ2846160, кл. Г 15 Р 1(02, опублик. 08.05.80.3. Патент Великобритании257886,кл. В 04 С 7/00, опублик. 22.12.71.