CN101317236A - 装载核燃料棒的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种装载核燃料棒的方法，包括如下步骤：将核燃料芯块提供到无底盘中；使用传送带将核燃料芯块从无底盘传送到燃料芯块柱上；引导燃料芯块柱中的核燃料芯块至核燃料芯块装载机；以及将燃料芯块柱推入燃料棒包壳。

Description

装载核燃料棒的方法和装置

技术领域

本发明涉及核燃料组件。尤其是，本发明提供一种为核燃料组件装载核燃料棒的方法和装置。

背景技术

生产核燃料组件在制造时需要格外小心。由于很多步骤需要谨慎操作，使得这种燃料组件的制造步骤一般成本高且复杂。核燃料棒设计成具有几种不同的燃料组分，其中每个燃料组分都有特殊的设计目的。每个核燃料棒的可裂变组分通常是块状的浓缩铀陶瓷材料(氧化铀)。各芯块首尾相连地放置，形成燃料柱。随后燃料柱被插入由例如锆合金的耐腐蚀金属制成的被称为燃料包壳的细长形的棒中。燃料柱受燃料包壳的保护，不会产生机械和化学磨损。燃料包壳在反应堆运行以及燃料组件装卸期间保护燃料柱。作为一种附加的措施，由燃料包壳封闭的空间内还包括弹簧和/或其他装置，以使铀燃料元件能够在燃料包壳在允许的范围内膨胀和移动。这使得燃料柱能够有几种不同的装载模式，而不会对燃料柱产生不利影响。完成装载的燃料棒随后被储存起来。而后再将完成装载的燃料棒平行放置，组成燃料组件，以防止燃料棒在使用期间互相接触。

目前使用的将核燃料元件结合到燃料包壳内的装置和方法有一些缺点，因此不是很经济有效。核燃料棒的生产过程中需要对其进行质保检查，以确保在制造期间不会产生缺陷。为了消除人为错误，许多技术试图使用自动系统来避免生产过程中人员的介入。尽管想法很好，但是必须认真地设计自动系统，以便在燃料棒制造期间，不会产生将阻塞机器且中止生产的松动件。这些自动系统的形成非常复杂，并且由于设计者不能准确地预测燃料棒生产过程中可能遇到的失效模式和问题，形成的系统容易出错。

在现有自动装载系统中，核燃料芯块从燃料芯块升降机上取下，再装入托盘用传送机传送至分段组装工作台。燃料芯块由工人从燃料芯块托盘上取出，放置在该工作台上。这些燃料芯块平行放置，而后用推力装置压紧，形成含有陶瓷材料的铀的柱列。该推力装置与配置成提供电输出信号的线性可变位移传感器连接。随后电输出信号由计算机读取，同时确定出单个燃料元件柱的总长度。计算机再将燃料棒的总设计要求与输出信号确定的总长度进行比较。如果核燃料元件柱长度的预期设计值与所测值的差满足预定阈值，就用该核燃料柱装载燃料棒包壳。如果燃料芯块柱的总长度超出阈值，就从分段组装工作台上将该燃料芯块分拣出来。然后，在燃料棒包壳的现有开口侧焊接上端盖，从而完成核燃料棒的制造。

因此需要提供一种装置和方法，它将使操作人员能够在核燃料棒的制造过程中对核燃料元件执行另外的质保检查。

还需要提供一种将核燃料芯块安全、经济且无损害地装入核燃料棒中的方法和装置。

进一步需要提供一种将圆柱形燃料芯块装入开口燃料棒包壳内，即装入没有焊接下端塞的燃料棒包壳内的方法和装置。

还进一步需要提供一种使圆柱形燃料芯块装入开口燃料包壳内的方法和装置，以解决现有方法和系统中存在的芯块插入速度慢的问题。

发明内容

因此本发明的目的是提供一种用于将芯块装入核燃料组件的核燃料棒中的方法和装置。

本发明的另一目的是提供一种将核燃料芯块安全、经济且无损坏地装入核燃料棒中的方法和装置。

本发明的另一目的是提供一种将圆柱形燃料芯块装入开口的燃料棒包壳中的方法和装置。

本发明的进一步目的是提供一种使圆柱形燃料芯块装入开口的燃料棒包壳内的方法和装置，以解决现有方法和系统中存在的芯块插入速度慢的问题。

本发明的这些目的如本文中所说明和描述的那样得以实现。本发明提供一种装载核燃料棒的方法，其包括如下步骤：将核燃料芯块提供到无底盘中；使用传送带将核燃料芯块从无底盘传送到燃料芯块柱上；引导燃料芯块柱中的核燃料芯块至核燃料芯块装载机；以及将燃料芯块柱推入燃料棒包壳。

附图说明

图1是支承将要结合到核燃料棒中的燃料元件的无底盘的顶视图。

图2是将核燃料元件卸入无底盘的推铲系统的顶部透视图。

图3是无底盘及其关联的驱动单元的顶视图。

图4是无底盘及其关联的驱动单元的侧视图。

图5是卸载无底盘的传送带的侧面透视图。

图6是传送带与用于将燃料元件传送到装载区的燃料板传送单元并置时的顶视图。

图7是棒装载装置的顶视图。

具体实施方式

参见图1，图中示出了无底盘(bottomless tray)10。无底盘10提供一个外壳，在所述实施例中为燃料芯块12的核燃料元件(nuclearfuel elments)通过该外壳传送，以最终结合到端部开口的核燃料包壳中。盘10盛装核燃料芯块12，以使盘10横跨沿着(traverse along)支承芯块12的路径。无底盘10由硬化抗腐蚀材料例如与核材料相适应的不锈钢制成。

参见图2，装卸盘(handling tray)10进入卸载区38，核燃料芯块12将在卸载区38被插入无底盘中。液压致动器22提供动力，使支架20在方向24上延伸。液压致动器22根据计算机25的指令进行动作，计算机25具有显示装卸盘10的存在的传感器27。在支架20的第一端设置有推铲(pushing blade)18，其高度设置为沿各排40的方向接触装卸盘10内的燃料芯块12。在所述实施例中，推铲18是平底装置。在本发明的替代实施例中，推铲18具有圆齿状的边缘(scallopededge)。推铲18及其关联的支架20在方向24上移动，以将燃料芯块12推离盘10。在完成将燃料芯块12推离盘10时，液压致动器22降低推铲18，以使所述边缘接触盘10。致动器22可以是使支架20及其关联的推铲18运动的任何装置。这样，致动器22可以是机电装置、齿轮传动装置或其他类似装置。致动器22还可以配置有故障安全设计，以限制推动期间作用在燃料元件上的力。为此，可以在致动器22上配置脱扣电路，如果由致动器测得的力超过预定值，该电路就断开致动器的电源作用。然后，推铲18在盘移出方向26上移动。推铲18在盘10上的冲力(impact)将盘10从传送带29上移出。然后，盘10被堆放，以备下次再使用。传送带29随后由计算机25指示，提供另一装卸盘10到装载区。每当需要的话，就可以重复上述燃料元件的卸载过程。在所示实施例中，几乎每15秒就可以装载一个装卸盘。

随后，新盘10可以沿滚筒系统移动就位，这样推铲18就处于重新开始的位置，推动其他燃料芯块离开无底盘。

图3是燃料板传送单元30的顶视图。无底盘单元30接收由液压致动器22和推铲18联合推动的燃料芯块12。燃料板传送单元30具有燃料元件排28，这些燃料元件排(fuel element rows)28与放置在装卸盘10上的燃料元件对应。一旦各燃料元件装入无底盘排(bottomless tray rows)28，各燃料元件就通过燃料板传送单元30的引导(indexing)从元件排28移出。燃料元件沿引导方向32从燃料板传送单元30的底部引出。该引导动作使用电机36并结合导轨34进行。设置在燃料板传送单元30下面的槽41使得各燃料元件排能够从无底盘单元30侧面落入槽41内。随后，芯块利用带42在槽41下传送。燃料板传送单元30和无底盘10内的排数可以增加，以便该芯块装载设备可以处理更大或更小批量的燃料元件12。燃料板传送单元30在电机36的驱动下通过滚珠螺杆连接沿方向32引导。该滚珠螺杆由计算机37控制的电机驱动。尽管所示为链传动电机装置(chaindriven motor arrangement)，但燃料板传送单元30也可以采用其他的操作方法，例如液压移动。导轨34的长度设定为使燃料板传送单元30可以引导燃料芯块的所有排进入单独的槽41。

参见图4，示出了燃料板传送单元30的侧视图。燃料板传送单元30沿方向32引导，以使各燃料元件46从无底盘单元30下侧落下。旋转带42从槽41中接收从燃料板传送单元落下的燃料芯块46。燃料芯块阻挡件48保护槽41的交替的侧面，以使各燃料元件46直接落入槽41内并落在旋转带42上。燃料元件46容纳在设置在无底盘30内的孔31内。孔31的尺寸设定为使燃料元件46能够沿分界面33滚动，但是在引导期间各燃料芯块之间又不会互相作用。孔31的表面和分界面33都为平滑表面，以避免损坏燃料元件46。

槽41的宽度最小化，以限制燃料元件46沿引导方向32的移动量。槽41的深度也选择为在进一步的引导操作期间传送至带表面的燃料元件不会妨碍燃料板传送单元30的引导。此外，旋转带的速度保持在不使传送至带表面的燃料元件46由于突然受到力而跳起的水平。尽管槽41示出为矩形，但也可以具有沙漏设计(hourglass design)，以避免发生燃料元件从带42表面弹出又回到燃料板传送单元30的可能性。所述实施例预定在水平地面上使用。如果芯块装载设备将要在非水平表面上使用，可以通过增加燃料元件和带之间的摩擦系数，为带42提供防止燃料元件向回滑的保护措施。其中一个例子就是在带42上设置橡胶涂层。带42配置成可以估算其上所放物的重量。此外，带42上可以设置带速传感器和基于微处理器的积分器，以连续计算单位时间内沿传送带整个长度传送的材料的速度。螺杆松紧系统51保持各滚筒52之间始终为希望的间隔，从而使带42的表面保持拉紧状态。尽管带42承受的负荷预计较轻，但还可以在槽41的冲击区增加防冲惰辊，以在装载期间使带的偏移最小化。为了进一步保持带表面始终绷紧，可以沿滚筒52之间的整个空间设置承载惰辊53。也可以沿带42设置拉紧重块55，以在增速和减速以及温度和湿度变化的情况下保持带42上表面处于拉紧状态。

参见图5，更详细地示出了旋转带42。旋转带42是闭合材料环50，其由电机驱动的滚筒52驱动。电机驱动滚筒52由控制器例如计算机控制。电机驱动滚筒52和旋转带42的速度可以是恒定的，或者根据过程需要也可以是变化的。设置闭合材料环50是为了沿旋转带42长度方向安全地传送陶瓷块燃料元件，而不会造成损坏。在所述实施例中，旋转带可以是PVC基质带、橡胶牵引带或具有与各燃料元件接触的无毛刺表面的其他装置。

参见图6和7，各燃料元件通过旋转带42堆叠成完整的燃料棒芯块柱，并随后装入燃料元件传送装置70。燃料元件传送装置70线性连续地接收各燃料元件以形成燃料柱。燃料柱随后从燃料元件传送装置70输送至设置在燃料元件传送装置70内的端部开口的燃料包壳72中。电机76驱动的推铲74将燃料柱推下燃料元件传送装置70并进入燃料包壳72。推铲74和电机76由计算机80控制，计算机80具有指示燃料元件传送装置70内燃料元件量的位置传感器77。根据计算机80的指示，电机76启动，同时推铲74将燃料柱移动至端部开口的燃料包壳72内。燃料元件传送装置70构造成不需要提升燃料元件就可以将燃料柱无损坏地推入燃料包壳72内。推铲74沿导轨82运动，从而使推铲74能够与放置在燃料传送装置70内的燃料柱保持垂直。

本发明的将核燃料芯块装入燃料棒包壳内的方法和装置具有优于传统方法和装置的显著优点。本发明的方法和装置使得各燃料棒能够以30秒的典型周期装入核燃料材料。芯块装载设备的传统周期接近45秒。

本发明的方法和装置用于核燃料棒的装载，其不会使组成燃料柱的元件因装载困难而损坏。此外，由于本发明提高了装载速度，因此减少了制造核燃料棒的工人受到的辐射。由于打开棒装载，所以消除了芯块柱插入时形成的压力升高(气体从燃料柱上方排出)，从而减小了空气传播的污染。

在上述说明中，参考特殊实施例对本发明进行了描述。但是，显然可以在不偏离所附权利要求所确定的更宽的精神和范围内，对本发明进行修改和变化。因此说明书和附图应认为是说明性的而不是限制性的。

Claims (10)

1.一种装载核燃料棒的方法，包括如下步骤：

将核燃料芯块提供到无底盘中；

使用传送带将核燃料芯块从无底盘传送到燃料芯块柱上；

引导燃料芯块柱中的核燃料芯块至核燃料芯块装载机；以及

将燃料芯块柱推入燃料棒包壳。

2.根据权利要求1所述的装载核燃料棒的方法，其中将燃料芯块柱推入燃料棒包壳的步骤是将其推入两端开口的燃料棒包壳中。

3.根据权利要求1所述的装载核燃料棒的方法，其中将核燃料芯块从无底盘传送的步骤是将所有的多排核燃料芯块推入燃料芯块排接收装置。

4.根据权利要求1所述的装载核燃料棒的方法，其中芯块提供到支承板组件上的无底盘中。

5.根据权利要求1所述的装载核燃料棒的方法，其中将核燃料芯块从无底盘传送的步骤是通过引导传送带上方的无底盘以使各燃料芯块柱离开所述无底盘来进行的。

6.根据权利要求1所述的装载核燃料棒的方法，其中引导燃料芯块柱内的核燃料芯块至核燃料芯块装载机的步骤是由v形槽工位执行的。

7.根据权利要求1所述的装载核燃料棒的方法，进一步包括：在引导燃料芯块柱中的核燃料芯块至核燃料芯块装载机的步骤后，核实燃料芯块柱的长度。

8.根据权利要求1所述的装载核燃料棒的方法，进一步包括：在包壳上焊接下端塞。

9.根据权利要求8所述的装载核燃料棒的方法，进一步包括：在包壳顶部焊接上端塞。

10.一种装载核燃料棒包壳的设备，包括：

无底盘装置；

从非装载位置移动至第二推进位置的推力装置；

与无底盘装置平行的燃料板传送单元，其中由所述推力装置推动的燃料元件放置在该燃料板传送单元内；

传送带；

与燃料板传送单元连接的引导系统，该引导系统在传送带上面移动燃料板传送单元；以及

具有推力设备和燃料柱装载区的燃料元件传送设备，该燃料元件传送设备配置成接收来自传送带的燃料元件以及形成燃料柱，并进一步配置成将燃料元件推入两端开口的燃料包壳内。

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