CN1011930B - 从球堆中取出球形燃烧元件的方法和装置 - Google Patents

Abstract

从一个反应堆压力容器的芯体(2)中取出球形燃烧元件(3)是使燃烧元件利用其重力滑到中间存储器(8)内，中间存储器位于芯体下，但在质应堆压力容器内。一个基本垂直的吸气导管(10)的入口(12)可以达到中间存储器。该吸气导管在管道(9)内可上、下移动，并且可根据进入中间存储器的插入深度装入一定数目的燃烧元体，燃烧元件在气流作用下依次经吸气导管被输送到反应堆压力容器外的一区域，而毋需烧穿反应堆压力容器的底部。

Description

本发明涉及从一在反应堆压力容器内安置的芯体的球堆中取出球形燃烧元件的方法以及实施该方法的装置。

燃烧元件经一倾斜的，尤其是漏斗形的芯体底部导向排出口以便从反应堆的芯体中取出球形的燃烧元件已经被公知。燃烧元件经过这一排出口通过穿过反应堆压力容器底部的炉身导向在芯体下和在反应堆压力容器下安置的中间存储器，从中间存储器中取出、检验燃烧元件，按获得的不同状态参量分类，以便在所谓的MEDUL-装料（多次反复）的情况下把燃烧元件重新输送给芯体，或者在所谓的OTTO-装料（一次输出）的情况下输送出燃烧元件。

两个装料系统由于以相同的方法安置取出部件都需要一个重要的位于反应堆压力容器下的空间，而这与反应堆外壳的扩大以及由此而来的价格提高联系在一起的。由此带来的为从芯体中取出燃烧元件而需烧穿反应堆压力容器的底部在技术安全方面同样有重大的缺陷，如同在已被公知的取出系统中在反应堆压力容器底部安置部件一样，这些部件譬如为分类机、破碎分离机以及不可更换的转盘加料器。

本发明以这一任务为基础，改进上述类型的取出方法以避免压力容器的烧穿，以及毋需为取出燃烧元件而在反应堆压力容器底部安置部件，这样，一方面大大改善了常规反应堆设备的安全性，另一方面基本上能保持较低的结构高度。

建议用在权利要求1的前序部分所述的这类方法来解决这一任务，并按照本发明根据在特征部分给出的特征来处理。

由于按照本发明燃烧元件的中间存储在反应堆压力容器内实现，因而为从芯体中取出燃烧元件而毋需影响安全地烧穿反应堆压力容器底部。如果从球堆中取出燃烧元件来补偿从中间存储器中所取出的燃烧元件，使得在芯体下面，但在反应堆容器底部上面安置在中间存储器有一定量的燃烧元件，使中间存储器保持装满状态，那么，为了调节球数，取出球体也就毋需安置在芯体下面不可接近范围内的移动部件。这一调节按照本发明是通过间歇地从中间存储器中取出燃烧元件实现的。中间存储器可以被如此安置在反应堆压力容器内，即以简单的方法使吸气导管能够达到，吸气导管以其本身被公知的方法没有阻碍地在反应堆压力容器内引下。经吸气导管可以把按照本发明还在反应堆压力容器内的燃烧元件依次从中间存储器中取出，基本平行或同轴于芯体的中心轴地输送到反应堆压力容器外的一区域内。那儿在一容易接近的、辐射已被遮盖的范围内按照状态参量对燃烧元件进行分类，同时因必需的、机械的要求而安置在外的取出部件容易维护，在故障时也可修理或更换。

由于根除了压力容器底部的烧穿，因而按照本发明的方法大大提高了反应堆的安全性，基于基本上较小的结构高度该方法可实现重要的结构上的优点。

按照权利要求2的前序部分的装置适合于实施这一方法，该装置具有在权利要求2中所给出的特征。

通过把中间存储器按照本发明完全安置在反应堆压力容器内，从 而使要取出的球形燃烧元件输送到中间存储器以及在反应堆压力容器内实现中间存储而可以按不烧穿来设计反应堆压力容器的底部。伸入到中间存储器内的吸气导管，其至少连同其入口经驱动可上、下移动，依靠上移和下移可以间歇地取出燃烧元件，以此能精确地保持每单位时间内需要的取出量。

燃烧元件的输送优先采用原始氦，并且以普通的被公知的原理为基础，即当物体环流时物体旁气体的摩擦力沿气流方向作用。为了使燃烧元件在这一力作用下保持悬浮状态，即，燃烧元件的重力与气体的摩擦力一致，需要所谓的临界流速，比临界流速大的每一流速都将引起燃烧元件沿气流方向运动。所希望的流速虽然可以通过输送段的起始点和结束点之间的压差来调整，然而，由于压力损失主要取决于被输送的质量，因此，可再现的或被确定的输送质量很重要，即，保证由气流输送的燃烧元件的数目，以便准确地确定取出系统中空气压缩机的功率。

争取依次从中间存储器中取出各个燃烧元件是出于理论上的考虑。

为了保证从中间存储器中逐个取出燃烧元件，按照本发明的一个结构，沿输送方向在吸气导管的入口处连接有一个导体，其上的自由横截面上可摆动地支承着的停止元件向前伸出。这些停止元件按照本发明在入口下移时在通过吸气导管而被挤压的燃烧元件的压力作用下暂时旋转到一个开通导体横截面的位置。然后，燃烧元件通过停止元件而克服吸入作用停留在导体内。

这一结构可以因吸气导管入口的下移对导体装入一定数目的燃烧 元件，燃烧元件通过停止元件克服在吸气导管内的吸入作用而停留在里面。只有在吸入口下移并且是再次下移时，另一些燃烧元件才能被挤入导体内，而依次沿输送方向挤出事先已经被导体吸收的燃烧元件。由于强制地使燃烧元件依次从停止元件的区域内挤出，一个个置于吸入作用下而没有阻挡，以这一方法通过吸气导管可逐个输送燃烧元件。

显然，吸入口，导体和吸气导管的横截面通常与球形的燃烧元件的直径相适应，并留有足够的间隙，但是这一间隙绝不会大到两个燃烧元件或多或少地在入口横截面或导体横截面上被夹住，或者根本不能同时在输送段的同一横截面上取出一个以上的燃烧元件。

根据本发明的另一结构，停止元件由支承在导体壁内的爪组成，它不仅在导体的圆周上也在导体的长度上被均匀间隔地安置。沿导体轴线方向的间隔大约相应于球形燃烧元件的直径，而相互相对的爪的末端位于停止位置的一个圆周上，该圆周的直径小于燃烧元件的直径。

用这一结构，譬如可以由在同一横截面上安置的每三个爪吸收一个燃烧元件，并且使在这一爪组与沿导体的轴向以一个间隔安置的爪组（譬如该爪组亦同样有三个爪）之间的燃烧元件能克服吸入作用。只有当燃烧元件，例如在先后排列的燃烧元件的压力作用下通过在输送方向上最后的爪组时，在吸入作用下才无阻挡地输送至反应堆压力容器外的一个可接近的区域内，在那里可以根据状态参量，譬如其烧损程度和其形状可能损失的大小来分类。

吸气导管在一固定的导管内可上、下移动是重要的。为此，可以在吸气导管不朝向中间存储器的上端部的外壳上制有螺纹。其上可以 放置一螺母，它用合乎目的的方法固定在反应堆压力容器的顶盖上。通过一个同样在上端部可安全转动地固定在吸气导管上的齿轮和一个与其啮合的主动小齿轮可以使吸气导管转动，并且由此可根据转动方向而使吸气导管上、下移动。

按照本发明的吸气导管的驱动可以按极其适合目的的方法实现吸气导管的上升行程和下降行程，同时吸气导管沿其纵轴转动使吸气导管的入口伸入中间存储器而使燃烧元件的收集简单化。

吸气导管装有附加的驱动机构，同时实现吸气导管沿垂直与其纵轴的运动自然地属于本发明的范畴。通过吸气导管这一附加的运动也可消除这一只是在理论上存在的可能，即，在吸气导管下移时，其入口为圆形的周边绝对正中地冲击燃烧元件，该燃烧元件尽管吸气导管的转动而不偏移，而是在吸气导管继续下移时被压碎。总之，本发明的本质是用来驱动吸气导管的整个机构位于反应堆压力容器外的一区域内，通过这一结构可以达到独立地维护和修理的目的。

按照本发明的另一结构，在吸气导管的入口连接有一个以一定的径向距离围绕着吸气导管的保护管，保护管的内径与导管的外径相等，以致在吸气导管下移时该导管不断占据由保护管和吸气导管所确定的环形空腔。

按照本发明的结构，吸气导管及其入口获得良好的导向和支承，因为吸气导管的外滑动面在导管的内表面上滑动，而连接在入口处的保护管的内滑动面在导管的外表面上滑动。保护管的外表面在一滑动套筒内导向，滑动套筒位于一个用于安置吸气导管的管道内，以致吸气导管不与该管道的内端面接触，从而不产生摩擦，这是有优点的。

此外，可优越地使用由吸气导管的外表面与保护管的内表面组成的环形空腔，在吸气导管上移动，导管不断侵占环形空腔。按照本发明的另一结构，在弹簧作用下可以转动到停止位置的爪的杠杆臂伸入环形空腔。在吸气导管上移而使导管进入环形空腔时，就使爪克服弹簧的作用而把停止元件从环形空腔内挤出，由此使爪转到一个开通导体横截面的位置。

由于爪只是成组地转到开通位置，即，只是在同一横截面上安置的爪在吸气导管上移时同时转到开通位置，由此使各组爪与上移速度有关地转动到开通位置，燃烧元件也在相应的时间间隔内逐个被释放，以致吸入力只是暂时地作用在燃烧元件上，用来输送燃烧元件。

最后本发明的结构还规定，吸气导管连同在固定套筒内导向的保护管以及在保护管内导向的导管都可从反应堆压力容器中取出。

由这一结构保证，不仅是用于吸气导管的驱动机构达到了维护和修理的目的，而且吸气导管连同所有减轻机械应力的部件都可从反应堆压力容器内取出，因而，这些部件也达到了维护和修理的目的。

由此，按照本发明吸气导管可被取出而产生了这一可能性，即，依次在几个反应堆压力容器中装入取出球形燃烧元件的吸气导管，特别是当仅仅在较长时间间隔后需要从反应堆容器的芯体中取出燃烧元件时，如在综合装料时，因此在这一间隔内吸气导管是多余的。由此产生特别大的经济性，因为几个反应堆容器只需一个取出装置就完全足够了。

附图中表示了实施按照本发明方法的装置。

附图表示，

附图1，该装置简图的垂直剖面;

附图2，按照附图1的该装置的水平剖面;

附图3，中间存储器以及吸气导管下部的垂直剖面;

附图4，沿附图3剖面线Ⅳ-Ⅳ的水平剖面;

附图5，沿附图3剖面线Ⅴ-Ⅴ的水平剖面;

附图6，吸气导管上部的垂直剖面;

附图7，沿附图6剖面线Ⅶ-Ⅶ的水平剖面;

附图8，沿附图6剖面线Ⅷ-Ⅷ的水平剖面。

如由附图1或2所示，在一圆柱形的石墨外壳1内安置一条带状的芯体2，芯体2用球形燃烧元件3装满。燃烧元件3沿箭头4方向装入芯体2，没有表示出的分配装置保证在芯体2的水平横截面上均匀装料。

芯体2下部为一漏斗形底部5，通过漏斗形底部5燃烧元件3在重力作用下而挤向与芯体2同轴安置的垂直排放管6，排放管6下端连接着一个倾斜大约45°的连接管7，它通入中间存储器8，中间存储器安置在芯体的侧面，其最上端明显低于芯体2的最下端。因此，只要在重力作用下燃烧元件3就可使中间存储器8始终保持装满状态。

一垂直的在中间存储器8上面安置的管道9通入中间存储器8内，其内一吸气导管10可同轴地上下移动。

在附图1和2中表示的和在开头所描述的结构全部位于石墨外壳1内，其本身又在一个没有被表示出的反应堆压力容器内，因此，该反应堆压力容器的底部毋需烧穿就可取出燃烧元件3。

如附图3所示，吸气导管10下移时吸气导管10连同导体11 伸入中间存储器8内，并且经入口12吸收一定数目的燃烧元件3。在入口12处连接的保护管13以其环形空腔14围绕着带导体11的吸气导管10。

由附图3和5推知，导体11的壁具有三个沿圆周均匀分布的纵向缝15，在附图3中简单地表示了纵向缝15;其相对于附图4和5中的纵向缝有一偏离，相对的两个纵向缝表示了直径。

在缝15内沿水平轴16可转动地安置有作为停止元件的爪17，爪17在没有表示出的弹簧作用下克服同样不可见的撞击可转到所示的水平位置。爪17设计成双臂杠杆，在所示位置其一端伸入导体11的横截面内，在同一高度安置的三个一组的爪17截获一个燃烧元件3。同样，总是在一个燃烧元件3上安置的三个一组的爪17阻止了该燃烧元件在沿输送方向吸气管道内作用的气流作用下通过有关的爪17，因为，爪为此得克服弹簧的作用而从导体11的横截面内转出，为此可有意地使在导体11内作用着的吸入作用不够。

只有当吸气导管10继续上移时，围绕着吸气导管的导管18才不断地向环形空腔14推进，依次挤压伸入环形空腔14内的爪17的杠杆臂19。借此爪17一组一组地依次由在附图3中所示的水平位置转到一个或多或少垂直的位置，以此来开通导体11的内截面，按照相应的时间顺序燃烧元件3在吸入作用下上移。只要当导管18把最后第二组爪17的杠杆臂19挤压出环形空腔14。就可认为吸气导管10的上升行程结束。这时，还留在导体11内最低下的燃烧元件3即亦被释放，在吸入作用下经过吸气导管10上移。

因此，吸气导管10的下移是对导体11重新装入一定数目的燃 烧元件3，燃烧元件3经过入口12依次挤入导体11内，同时爪17在燃烧元件3作用下克服弹簧的作用从导体11的横截面内转出，直到下移行程结束，再没有燃烧元件3向上挤已经在导体11内的燃烧元件为止。

吸气导管10定心地上移和下移运动是由一围绕着保护管13被固定安置的导向套筒20来保证。

为驱动吸气导管10以实现其上、下移动，在吸气导管的上端部的外表面上制有螺纹21，如附图6至8所示。其上的螺母22由两部分螺母组成，这两部分螺母相互夹紧就可限制间隙，螺母22外套一套管23，并把螺母22焊入套管23内。套管23的底部与一凸缘24焊接在一起，凸缘24用螺钉25固定在反应堆压力容器的顶盖26上。同样地围绕着导管18的上端部的凸缘27与导管18的上端部焊接在一起，并用螺钉28固定在顶盖26上。

尤其如图6和7所示，吸气导管10其上端部外侧制有键29，与其配合的是一内侧有相应形状的支承套30，支承套30与齿轮31固定地连接在一起。借此，吸气导管10与齿轮31一起转动。同时保证了吸气导管10相对于齿轮31的轴向移动。支承套30可以在轴承座32内转动，轴承座32用法兰连接在套筒23的上端。

齿轮31与主动小齿轮33啮合，主动小齿轮安置在没有完全表示出的主动轴34上，轴34可在轴承座35内转动。按减速比相对于齿轮31而安置的主动小齿轮33罩在一个由轴承座35遮盖的箱体36内，箱体36在套筒23侧面凸出。

由一个没有表示出的马达经主动轴34和其上固定着的主动小齿轮33来驱动齿轮31，由此使吸气导管10按转动方向实现上升和下移行程。在这一位置，吸气导管10的上端部与没有完全表示出的连接导管37连接，为此，连接导管37一端进入吸气导管10内。当吸气导管上移时，连接导管不断进入吸气导管10内，从而保证吸气导管10在任一位置都与连接导管37连接，燃烧元件3经过连接导管37输送给没有被表示出的装置，以便评价其参数，进行分类和贮存或者重新使用。

Claims (6)

1、从在反应堆压力容器内安置的芯体的球堆里取出球形燃烧元件的方法，这里球形燃烧元件经一倾斜的芯体底部被输送到排出口，经该排出口滑向安置在芯体下面的中间存储器，中间存储是在反应堆压力容器内实现的，从中间存储器中取出的一定数目的燃烧元件通过同时从球堆中取出相同数目的燃烧元件来补充，从而使中间存储器有一定量的燃烧元件而保持装满状态，其特征在于，

1)还未被各个分开的燃烧元件直接从中间存储器依从被挤入一个伸入到中间存储器中的并且在其中先向下运动的导管中，并且停留在里面，

2)导管接着向上运动，燃烧元件随着导管上升到一个在中间存储器之上的某一水平高度处，

3)借助于通过导管引导的抽吸气流将燃烧元件从该高度处从反应堆压力容器的区域中取出。

2、实施权利要求1所述方法的装置，它包括一个位于芯体下并与芯体一起安置在反应堆压力容器内的中间存储器，该中间存储器经芯体的一倾斜底部的排放口可从芯体中取出球形燃烧元件，还设有一个与中间存储器相连的在反应堆压力容器中垂直引下的导管，燃烧元件通过导管可以从反应堆压力容器区域取出，其特征在于，

1）导管装有一个使其入口（12）在中间存储器（8）内至少可上、下移动的驱动装置，导管的结构为一吸气导管（10），

2）在吸气导管（10）的入口（12）处沿输送方向连接有一导体（11），在其本身自由的横截面内伸出可转动地支承着的停止元件，停止元件在入口（12）下移时通过吸气导管（10）而被挤压的燃烧元件（3）的压力作用下可旋转到一个开通导体（11）的横截面的位置，

3）可使燃烧元件（3）克服吸入作用而停留在导体（11）内的停止元件由支承在导体（11）壁上的爪（17）组成，爪（17）不仅沿导体（11）的圆周也沿导体（11）的长度间隔均匀地安置，其沿导体（11）的轴向间隔大约相应于球形燃烧元件（3）的直径，而相互相对的爪（17）的末端位于停止位置的一个圆周上，该圆周的直径比燃烧元件（3）的直径要小。

3、按照权利要求2的装置，其特征是，吸气导管（10）可在一固定着的导管（18）内上、下移动，为此在吸气导管（10）的不朝向中间存储器（8）的上端部的外表面制有螺纹（21），其上安置了一个可安全转动的固定在反应堆压力容器顶盖（26）上的螺母（22），吸气导管（10）由一同样被安置在吸气导管（10）的上端部、螺纹（21）上面的、可安全转动的齿轮（31）驱动，齿轮（31）由与其啮合的主动小齿轮（33）驱动。

4、按照权利要求2或3的装置，其特征是，在吸气导管（10）的入口（12）处连接有一个以一定的径向距离围绕着吸气导管（10）的保护管（13），其内径与导管（18）的外径相同，以致在吸气导管（10）上移时，导管（18）不断占据由保护管（13）和吸气导管（10）所确定的环形空腔。

5、按照权利要求2或3的装置，其特征是，在弹簧作用下可转动到停止位置的爪（17）的杠杆臂（19）伸入环形空腔（14）内，而在导管（18）压入时，克服弹簧作用可从环形空腔内挤出，以此使爪（17）转到一个开通导体（11）的横截面的位置。

6、按照权利要求2或3的装置，其特征是，吸气导管（10）连同在固定着的衬套（20）内导引的保护管（13）和在其内被导引的导管（18）全都可从反应堆压力容器内拉出。

Images