CN102339651B - 将燃料棒更换工具准确定位在被抽取燃料棒上的定位装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种将燃料棒更换工具准确定位在被抽取燃料棒上的定位装置。该定位装置包括与a×a阵列分布的栅元长度及宽度相配合的定位板，在定位板上开有p个定位孔。定位孔的数量为燃料棒数量的1/4，每次安装后，可对1/4的燃料棒精确定位，共进行四次安装，最终覆盖所有燃料棒栅元，且每个燃料棒定位次数有且只有一次。本发明的定位装置通过调整定位板不同的安装方向，使得燃料棒更换工具准确定位在被抽取燃料棒上，达到精确定位的目的。

Description

将燃料棒更换工具准确定位在被抽取燃料棒上的定位装置

技术领域

本发明涉及压水堆核电厂燃料组件修复工艺中的定位装置，具体涉及一种用于将燃料棒更换工具准确定位在被抽取的燃料棒上的定位装置。

背景技术

核电厂换料过程中，有时发现复用燃料棒破损和燃料组件定位格架围板有不同程度的损伤事件，辐照后燃料组件出现破损对电厂运行的安全性、经济性、换料方案和换料大修工期都产生重大影响。因此，要对辐照后破损燃料组件进行水下修复。在此过程中，需要进行倾翻篮端盖拆装、辐照后破损燃料组件下管座拆装、燃料棒插拔等多种操作。

压水堆燃料组件构架沿长度方向分布若干定位格架，每层格架被垂直交叉的条带分成若干栅元，燃料棒插入到这些栅元中。燃料组件构架还包括控制棒导向管，这些控制棒导向管代替燃料棒插入在定位格架的某些栅元中，确保定位格架固定在沿燃料组件导管长度分布的位置上。这些燃料棒和控制棒导向管形成密集阵列，与定位格架及上、下管座共同组成了燃料组件。例如图1所示，为某电厂15×15核燃料组件截面示意图，栅元分布为15×15，其中放置在栅元中的燃料棒9有204个，放置在栅元中的控制棒导向管7有20个，放置在栅元中心为中子通量测量管8有1个。

在燃料组件修复的过程中，需进行燃料棒的抓取和插拔动作，但是由于燃料棒端头直径较小，排列密集，且对乏燃料组件的操作需在水下进行远距离操作，所以对燃料棒的精确定位难度很大。因此，需要建立一种将燃料棒更换装置准确定位在被抽取的燃料棒上的装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种将燃料棒更换工具准确定位在被抽取燃料棒上的定位装置。

实现本发明目的的技术方案：一种将燃料棒更换工具准确定位在被抽取燃料棒上的定位装置，其中1根中子通量测量管放置在a×a阵列分布的栅元的中心，a为奇数；q根燃料棒分别放置在a×a阵列分布的栅元中；q根燃料棒在a×a阵列分布的栅元中放置位置满足绕栅元对称中心每旋转90°，q根燃料棒在a×a阵列分布的栅元中位置与之前重合；另有n个控制棒导向管也分别放置在该a×a阵列分布的栅元中；n根控制棒导向管在a×a阵列分布的栅元中放置位置满足绕栅元对称中心每旋转90°，n根控制棒导向管在a×a阵列分布的栅元中位置与之前重合；

该定位装置包括与a×a阵列分布的栅元长度及宽度相配合的定位板，在定位板上开有p个定位孔，p个定位孔的中心位置如下：

在a×a阵列分布的栅元中，以栅元对称中心为原点，以一个栅元的边长为单位长度，建立平面坐标系XOY；在XOY坐标系内，建立a×a阵列分布的栅元的所有栅元中心点的集合为全集I，n根控制棒导向管的中心点的集合为N；设定通过旋转可覆盖除中子通量测量管所在栅元外的所有栅元(包含燃料棒栅元和控制棒导管栅元)的定位孔中心点的集合为M，p个定位孔的中心点的集合为P；

$P=M\∩\stackrel{\‾}{N}$

其中：

全集I＝{(x，y)|x＝-(a-1)/2，……，-3，-2，-1，0，1，2，3，……，(a-1)/2；y＝-(a-1)/2，……，-3，-2，-1，0，1，2，3，……，(a-1)/2}；为已知集合；

集合N根据控制棒导向管栅元在坐标系中的坐标写出；为已知集合；

当a＝4n-1时，n为自然数，集合M为：

M＝{(x，y)|x＝0，2，4，……，(a-3)/2；y＝2，4，……，(a-3)/2}∪{(-y，x)|x＝1，3，5，……，(a-1)/2；y＝2，4，……，(a-3)/2}∪{(-x，-y)|x＝1，3，5，……，(a-1)/2；y＝1，3，5，……，(a-1)/2}∪{(y，-x)|x＝0，2，4，……，(a-3)/2；y＝1，3，5，……，(a-1)/2}；

当a＝4n+1时，n为自然数，集合M为：

M＝{(x，y)|x＝0，2，4，……，(a-1)/2；y＝2，4，……，(a-1)/2}∪{(-y，x)|x＝1，3，5，……，(a-3)/2；y＝2，4，……，(a-1)/2}∪{(-x，-y)|x＝1，3，5，……，(a-3)/2；y＝1，3，5，……，(a-3)/2}∪{(y，-x)|x＝0，2，4，……，(a-1)/2；y＝1，3，5，……，(a-3)/2}。

如上所述的一种将燃料棒更换工具准确定位在被抽取燃料棒上的定位装置，其所述的每个定位孔带有倒角，起到辅助导向作用。所述的每个定位孔的直径为燃料棒横截面直径的2倍。

如上所述的一种将燃料棒更换工具准确定位在被抽取燃料棒上的定位装置，其所述的a×a阵列分布的栅元，其a×a为15×15，17×17或19×19；所述的定位孔的数量p为燃料棒数量q的1/4。

如上所述的一种将燃料棒更换工具准确定位在被抽取燃料棒上的定位装置，其所述的a×a阵列分布的栅元为15×15阵列分布的栅元；所述的定位孔的数量p为51个。

如上所述的一种将燃料棒更换工具准确定位在被抽取燃料棒上的定位装置，其所述的定位板的每条边缘处间隔开设有2个半圆形的导向槽。

如上所述的一种将燃料棒更换工具准确定位在被抽取燃料棒上的定位装置，在其所述的定位板接近对称中心的定位孔上加工内螺纹，即为吊装孔，该吊装孔兼具定位孔功能。

如上所述的一种将燃料棒更换工具准确定位在被抽取燃料棒上的定位装置，其在定位板的相邻两边的中心处各开有一个贯穿定位板的通孔，每个通孔内放置一个偏心杆，每个偏心杆的下部顶紧设置在定位板下方边缘处的一块内支撑板，内支撑板通过两个带有回位弹簧的螺栓与定位板连接。

如上所述的一种将燃料棒更换工具准确定位在被抽取燃料棒上的定位装置，其所述的定位装置为不锈钢材料制成。

如上所述的一种将燃料棒更换工具准确定位在被抽取燃料棒上的定位装置，所述的每个定位孔的直径为燃料棒横截面直径的1.5～2.5倍；定位孔间中心距为燃料棒中心距离的2倍。

本发明的效果在于：本发明所述的定位装置，根据燃料组件的结构、尺寸，设计一种带有较大定位孔的装置，安装在装有燃料棒的a×a阵列分布的栅元上方，定位孔可对部分燃料棒进行筛选并定位，通过调整定位板不同的安装方向，对其它不同的燃料棒进行筛选，最终覆盖所有燃料棒位置，达到精确定位的目的。定位孔的直径，只允许工具抓头部分通过，从而起到限制工具下降高度的作用。

该装置具有以下特点：

(1)该装置适用于现有压水堆核电厂使用的所有正方形阵列的燃料组件(如15×15，17×17，19×19)；

(2)通过定位装置中带有内螺纹的吊装孔的设计，可使用长杆工具远距离移动该定位装置；

(3)通过偏心杆、内支撑板和回位弹簧的设计，定位装置可在装有燃料组件的倾翻篮法兰面上精确定位并锁紧；

(4)通过计算，设计定位孔的分布。定位孔的数量为燃料棒数量的1/4，每次安装后，可对1/4的燃料棒精确定位。旋转定位板0°、90°、180°、270°，共进行四次安装；四次安装过程中，定位孔每次对不同栅元进行定位，最终覆盖所有燃料棒栅元(不包含导管栅元)，且每个燃料棒定位次数有且只有一次；

(5)定位装置上定位孔的直径约为燃料棒横截面直径的2倍，并带有倒角，起到辅助导向作用，定位孔间中心距为燃料棒中心距的2倍，通过增大定位孔的直径降低燃料棒的定位及操作难度，降低定位时出错的几率；定位孔的直径只允许燃料棒更换工具头部通过，从而限定工具下降高度，降低燃料棒受损风险。

(6)该装置采用不锈钢加工，不易被硼酸水腐蚀，强度较高。

附图说明

图1为某电厂15×15核燃料组件截面示意图；

图2为本发明所述的一种定位装置(为15×15燃料组件设计)俯视图；

图3为图2的A-A向剖面图；

图4为图3的B-B向剖面图。

图中：1.导向槽；2.吊装孔；3.定位孔；4.偏心杆；5.内支撑板；6.带有回位弹簧的螺栓；7.控制棒导向管；8.中子通量测量管；9.燃料棒；10.定位板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明所述的一种将燃料棒更换工具准确定位在被抽取燃料棒上的定位装置作进一步描述。

如图1所示某电厂燃料组件，为15×15阵列分布的栅元，

1根中子通量测量管8放置在15×15阵列分布的栅元的中心，a＝15(为奇数)；

204根燃料棒9分别放置在15×15阵列分布的栅元中；204根燃料棒在15×15阵列分布的栅元中放置位置满足绕栅元对称中心每旋转90°，204根燃料棒在15×15阵列分布的栅元中位置与之前重合；

另有20个控制棒导向管7也分别放置在该15×15阵列分布的栅元中；20根控制棒导向管在15×15阵列分布的栅元中放置位置满足绕栅元对称中心每旋转90°，20根控制棒导向管在15×15阵列分布的栅元中位置与之前重合.

本发明所述的定位装置由不锈钢材料制成，结构如图2～4所示。其包括与15×15阵列分布的栅元长度及宽度相配合的定位板10，在定位板10上开有51个定位孔3。每个定位孔3的直径约为燃料棒横截面直径的2倍；定位孔间中心距为燃料棒中心距离的2倍。每个定位孔3带有倒角，起到辅助导向作用。

51个定位孔3的中心位置如下：

在15×15阵列分布的栅元中，以栅元对称中心为原点，以一个栅元的边长为单位长度，建立平面坐标系XOY；则在XOY坐标系内，15×15阵列分布的栅元的所有栅元中心点的集合为全集I(为已知集合)，20根控制棒导向管7的中心点的集合为N(为已知集合)；假设通过四次旋转安装可覆盖所有燃料棒栅元和控制棒导向管栅元中心点的56个定位孔中心点集合为M，通过四次旋转安装可覆盖所有燃料棒栅元中心点的51个定位孔3的中心点的集合为P；

$P=M\∩\stackrel{\‾}{N}$

其中：

a＝15

全集I＝{(x，y)|x＝-(a-1)/2，……，-3，-2，-1，0，1，2，3，……，(a-1)/2；y＝-(a-1)/2，……，-3，-2，-1，0，1，2，3，……，(a-1)/2}；

N＝{(2，5)，(-5，2)，(-2，-5)，(5，-2)，(3，3)，(-3，3)，(-3，-3)，(3，-3)，(5，5)，(-5，5)，(-5，-5)，(5，-5)，(5，2)，(-2，5)，(-5，-2)，(2，-5)，(0，4)，(-4，0)，(0，-4)，(4，0)}

a＝4n-1，n为自然数，集合M为：

M＝{(x，y)|x＝0，2，4，……，(a-3)/2；y＝2，4，……，(a-3)/2}∪{(-y，x)|x＝1，3，5，……，(a-1)/2；y＝2，4，……，(a-3)/2}∪{(-x，-y)|x＝1，3，5，……，(a-1)/2；y＝1，3，5，……，(a-1)/2}∪{(y，-x)|x＝0，2，4，……，(a-3)/2；y＝1，3，5，……，(a-1)/2}。

在上述的定位板10的每条边缘处间隔开设有2个半圆形的导向槽1。在定位板10接近对称中心的定位孔上加工内螺纹，即为吊装孔2(同时也做为定位孔使用)。

在定位板10的相邻两边的中心处各开有一个贯穿定位板10的通孔，每个通孔内放置一个偏心杆4，每个偏心杆4的下部顶紧设置在定位板10下方边缘处的一块内支撑板5，内支撑板5通过两个带有回位弹簧的螺栓6与定位板连接。

采用本发明所述的定位装置在修复燃料组件时的具体定位过程如下：

先决条件：燃料组件在倾翻篮内，倾翻篮端盖已取下，燃料组件下管座已取下、该定位装置偏心杆旋转至松开状态。

(1)利用旋拧方式，将长杆工具与带有内螺纹的吊装孔2连接，可通过长杆工具移动该定位装置。

(2)通过导向槽1与倾翻篮法兰面上的定位销配合，将该定位装置准确定位在倾翻篮法兰面上。

(3)利用工具旋转偏心杆4，推动内支撑板5，与燃料组件最上层格架贴合。

(4)此时，该定位装置已准确定位并锁紧在15×15阵列分布的栅元上方。装置上面51个定位孔3对应51根燃料棒9。利用燃料棒更换装置对燃料棒进行抽插操作。

(5)使用工具反向旋转偏心杆4，内支撑板5在带有回位弹簧的螺栓6弹簧力的作用下，与燃料组件最上层格架脱开，该定位装置处于松开状态。

(6)取下定位装置，将定位装置逆时针旋转90°，重复步骤2、3、4、5。该装置完成51根燃料棒的定位及抽插操作，且重新定位的51根燃料棒不与前面操作重复。

(7)取下定位装置，将定位装置再逆时针旋转90°，重复步骤2、3、4、5。该装置完成51根燃料棒的定位及抽插操作，且重新定位的51根燃料棒不与前面操作重复。

(8)取下定位装置，将定位装置再逆时针旋转90°，重复步骤2、3、4、5。该装置完成51根燃料棒的定位及抽插操作，且重新定位的51根燃料棒不与前面操作重复。

(9)利用长杆工具，取下定位装置，完成操作。经过四次安装，已完成对核燃料组件全部共204根燃料棒的定位，且每根燃料棒定位次数有且只有一次。

Claims (9)

1.一种将燃料棒更换工具准确定位在被抽取燃料棒上的定位装置，其中1根中子通量测量管(8)放置在a×a阵列分布的栅元的中心，a为奇数；

q根燃料棒(9)分别放置在a×a阵列分布的栅元中；q根燃料棒在a×a阵列分布的栅元中放置位置满足绕栅元对称中心每旋转90°，q根燃料棒在a×a阵列分布的栅元中位置与之前重合；

另有n个控制棒导向管(7)也分别放置在该a×a阵列分布的栅元中；n根控制棒导向管在a×a阵列分布的栅元中放置位置满足绕栅元对称中心每旋转90°，n根控制棒导向管在a×a阵列分布的栅元中位置与之前重合；

其特征在于：

该定位装置包括与a×a阵列分布的栅元长度及宽度相配合的定位板(10)，在定位板(10)上开有p个定位孔(3)，p个定位孔(3)的中心位置如下：

在a×a阵列分布的栅元中，以栅元对称中心为原点，以一个栅元的边长为单位长度，建立平面坐标系XOY；在XOY坐标系内，建立a×a阵列分布的栅元的所有栅元中心点的集合为全集I，n根控制棒导向管(7)的中心点的集合为N；设定通过旋转可覆盖所有燃料棒栅元和控制棒导向管栅元中心点的定位孔中心点的集合为M，p个定位孔(3)的中心点的集合为P；

$P=M\∩\stackrel{\‾}{N}$

其中：

全集I＝{(x，y)|x＝-(a-1)/2，......，-3，-2，-1，0，1，2，3，......，(a-1)/2；y＝-(a-1)/2，......，-3，-2，-1，0，1，2，3，......，(a-1)/2}；为已知集合；

集合N根据控制棒导向管栅元中心点在坐标系中的坐标写出；为已知集合；

当a＝4n-1时，n为自然数，集合M为：

M＝{(x，y)|x＝0，2，4，......，(a-3)/2；y＝2，4，......，(a-3)/2}∪{(-y，x)|x＝1，3，5，......，(a-1)/2；y＝2，4，......，(a-3)/2}∪{(-x，-y)|x＝1，3，5，......，(a-1)/2；y＝1，3，5，......，(a-1)/2}∪{(y，-x)|x＝0，2，4，......，(a-3)/2；y＝1，3，5，......，(a-1)/2}；

当a＝4n+1时，n为自然数，集合M为：

M＝{(x，y)|x＝0，2，4，......，(a-1)/2；y＝2，4，......，(a-1)/2}∪{(-y，x)|x＝1，3，5，......，(a-3)/2；y＝2，4，......，(a-1)/2}∪{(-x，-y)|x＝1，3，5，......，(a-3)/2；y＝1，3，5，......，(a-3)/2}∪{(y，-x)|x＝0，2，4，......，(a-1)/2；y＝1，3，5，......，(a-3)/2}。

2.根据权利要求1所述的一种将燃料棒更换工具准确定位在被抽取燃料棒上的定位装置，其特征在于：所述的每个定位孔(3)带有倒角，起到辅助导向作用。

3.根据权利要求1所述的一种将燃料棒更换工具准确定位在被抽取燃料棒上的定位装置，其特征在于：所述的a×a阵列分布的栅元，其a×a为15×15，17×17或19×19；所述的定位孔(3)的数量p为燃料棒数量q的1/4。

4.根据权利要求3所述的一种将燃料棒更换工具准确定位在被抽取燃料棒上的定位装置，其特征在于：所述的a×a阵列分布的栅元为15×15阵列分布的栅元；所述的定位孔(3)的数量p为51个。

5.根据权利要求1所述的一种将燃料棒更换工具准确定位在被抽取燃料棒上的定位装置，其特征在于：所述的定位板(10)的每条边缘处间隔开设有2个半圆形的导向槽(1)。

6.根据权利要求1所述的一种将燃料棒更换工具准确定位在被抽取燃料棒上的定位装置，其特征在于：在所述的定位板(10)接近对称中心的定位孔上加工内螺纹，即为吊装孔(2)，该吊装孔兼具定位孔功能。

7.根据权利要求1所述的一种将燃料棒更换工具准确定位在被抽取燃料棒上的定位装置，其特征在于：在定位板(10)的相邻两边的中心处各开有一个贯穿定位板(10)的通孔，每个通孔内放置一个偏心杆(4)，每个偏心杆(4)的下部顶紧设置在定位板(10)下方边缘处的一块内支撑板(5)，内支撑板(5)通过两个带有回位弹簧的螺栓(6)与定位板连接。

8.根据权利要求1所述的一种将燃料棒更换工具准确定位在被抽取燃料棒上的定位装置，其特征在于：所述的定位装置为不锈钢材料制成。

9.根据权利要求1所述的一种将燃料棒更换工具准确定位在被抽取燃料棒上的定位装置，其特征在于：所述的每个定位孔(3)的直径为燃料棒横截面直径的1.5～2.5倍；定位孔间中心距为燃料棒中心距离的2倍。

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