CN102394116B

CN102394116B - 核燃料倾翻机载荷保护方法及系统

Info

Publication number: CN102394116B
Application number: CN201110268395.XA
Authority: CN
Inventors: 吴凤岐; 陆秀生; 赵阿朋; 方郁; 陈少南; 张美玲; 黄海华; 王力
Original assignee: China General Nuclear Power Corp; China Nuclear Power Technology Research Institute Co Ltd
Current assignee: China General Nuclear Power Corp; China Nuclear Power Technology Research Institute Co Ltd
Priority date: 2011-09-09
Filing date: 2011-09-09
Publication date: 2014-10-15
Anticipated expiration: 2031-09-09
Also published as: CN102394116A

Abstract

本发明涉及一种核燃料倾翻机载荷保护方法及系统。该方法包括以下步骤：S1：设定倾翻机的每一位置对应的合理载荷范围；S2：监测倾翻机所处的实际位置，并监测该实际位置的实际载荷数值；S3：将步骤S2中的实际位置的实际载荷数值，与实际位置对应的合理载荷范围进行对比，判断倾翻机是否超载或过载。通过实时监测倾翻机的实际位置及其实际载荷数值，并与该实际位置的合理载荷范围进行对比，判断该实际位置是否超载或过载，从而可以实时监控倾翻机的实时位置是否超出合理载荷范围，使得载荷保护更加的精确。另外，可以通过控制器处理称重传感器、编码器的监测信号，得到实际位置、实际载荷数值，使得监控载荷保护更加的直观、准确。

Description

核燃料倾翻机载荷保护方法及系统

技术领域

本发明涉及核电站的核燃料装运装置，更具体地说，涉及一种可用于百万千万级核电站的核燃料倾翻机载荷保护方法及系统。

背景技术

在目前的压水堆核电站中，需要使用燃料转运装置对燃料组件进行转运。目前的燃料转运装置通常包括倾翻架1、安装在倾翻架1上的燃料篮、卷筒驱动机构2等，如图1所示。该卷筒驱动机构2通过钢丝绳3、导向滑轮等，拉动倾翻架1，实现对燃料篮的倾翻、转运等操作。

为保护核燃料组件翻转过程中的安全，防止倾翻架1受到外部障碍的刮、磨、钩等干扰引起燃料组件包壳破损，预防核泄漏，目前压水堆核电站燃料转运装置对燃料组件载荷保护设计的通用做法是在两侧厂房倾翻机驱动机构上安装一机械式力矩测量开关4，当卷筒驱动机构2受力超过开关上下限值时，输出报警信号。如美国Par Nuclear Inc.以及法国REEL公司的同类产品采用的载荷保护是基于简单的定值技术，当测量的力矩超过或低于某一设定值时，触发超载或欠载保护信号，实现对核燃料倾翻机的载荷保护。这种开关内部结构为弹簧+杠杆，每次使用前需要先使用标准砝码对其进行标定，确保机械漂移未超范围。

这种传统的载荷保护技术至少存在如下缺点：

1、力矩测量开关4为机械式，使用一段时间后零点漂移，需标定。

2、只能输出触点信号，无法得知具体的载荷数值。

3、受限于测量元件及保护方式，只能设置两个固定数值，无法确保发生超欠载时燃料组件本身受力符合限值要求；

4、只能在超固定数值时输出报警信号，起不到实时保护目的。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种可实时监测倾翻机的位置及载荷变化、载荷保护更精确的核燃料倾翻机载荷保护方法及系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种核燃料倾翻机载荷保护方法，包括以下步骤：

S1：设定倾翻机的每一位置对应的合理载荷范围；

S2：监测所述倾翻机所处的实际位置，并监测该实际位置的实际载荷数值；

S3：将步骤S2中的实际位置的实际载荷数值，与所述实际位置对应的所述合理载荷范围进行对比，判断所述倾翻机是否超载或过载。

在本发明的核燃料倾翻机载荷保护方法中，所述步骤S3包括以下步骤：

S3-1：当所述实际载荷数值大于所述合理载荷范围的最大允许载荷时，判断为超载，并输出停止运行信号；

S3-2：当所述实际载荷数值小于所述合理载荷范围的最小允许载荷时，判断为欠载，并输出停止运行信号；

S3-3：当所述实际载荷数值位于所述合理载荷范围的最大允许载荷和最小允许载荷之间时，判断为载荷正常，并输出正常运行信号。

在本发明的核燃料倾翻机载荷保护方法中，所述步骤S2包括：

S2-1：利用安装在所述倾翻机的卷筒一侧的编码器，测量所述卷筒的角位移信号输出至控制器，并由所述控制器处理后得到所述倾翻机的实际位置；

S2-2：利用安装在所述倾翻机的卷筒支架上的称重传感器，测量所述卷筒的质量信号并输出至所述控制器，并由所述控制器处理后得到所述倾翻机的实际载荷数值。

在本发明的核燃料倾翻机载荷保护方法中，根据所述称重传感器在所述倾翻机不同位置时的如下受力公式计算得到所述合理载荷范围，

F = \{\begin{matrix} (M_{i} \times g \times L_{a} \times \sqrt{1 - {(\frac{L^{2} + L_{b}^{2} - x^{2}}{2 \times L \times L_{b}})}^{2}} + M_{i}^{''} \times g \times L_{a}^{''} \\ + k \times (X_{b} - x) \times r - M_{d} \times g \times L_{d}) / Lc & 0 \leq x \leq X_{b} \\ (M_{i} \times g \times L_{a} \times \sqrt{1 - {(\frac{L^{2} + L_{b}^{2} - x^{2}}{2 \times L \times L_{b}})}^{2}} \\ {- M}_{d} \times g \times L_{d}) / L_{c} & X_{b} < x < X_{a} \\ (M_{i}^{'} \times g \times L_{a}^{'} \times \sqrt{1 - {(\frac{L^{2} + L_{b}^{2} - x^{2}}{2 \times L \times L_{b}})}^{2}} \\ {- M}_{d} \times g \times L_{d}) / L_{c} & X_{a} \leq x \leq X_{\max} \end{matrix}

其中，Mi为倾翻机燃料篮、倾翻架、配重块等的综合质量，La为综合中心到倾翻轴的距离，θ为倾翻角，L为倾翻机长度，L_b为倾翻机轴到顶部滑轮的距离，X为倾翻机位置数据，Xa为倾翻机燃料篮已经放入到传输小车的位置，Xb为倾翻机顶部弹簧有张力位置，α为倾翻机与垂直位置夹角，与倾翻角θ的关系为Fr为倾翻机钢丝绳拉力，r为倾翻机卷筒半径，Md为倾翻机驱动机构综合质量，Ld为综合中心到卷筒轴的距离，F为称重传感器受力(拉力或压力)，Lc为称重传感器安装位置到卷筒轴距离，Mi’为倾翻机无燃料篮时的综合质量，La’为此时综合重心到倾翻轴距离；Mi″×g×La″为竖直时倾翻机重心偏离倾翻轴产生的静态力矩。

在本发明的核燃料倾翻机载荷保护方法中，还包括步骤S4：将所述实际位置和实际载荷数值输出记录并显示，并将所述实际载荷数值与所述合理载荷范围的差值进行显示。

本发明还提供一种核燃料倾翻机载荷保护系统，所述倾翻机包括卷筒驱动机构，所述卷筒驱动机构包括卷筒支架、以及安装在所述卷筒支架上的卷筒；所述系统包括安装在所述卷筒支架上的称重传感器，用于监测所述倾翻机的实际载荷数值；

设置在所述卷筒一侧的编码器，用于监测所述倾翻机所处的实际位置；以及

与所述称重传感器和编码器连接的控制装置，用于将所述实际位置的实际载荷数值，与所述实际位置对应的合理载荷范围进行对比，判断所述倾翻机是否超载或过载。

在本发明的核燃料倾翻机载荷保护系统中，所述编码器为高精度绝对值编码器；所述称重传感器为高精度力矩测量元件。

在本发明的核燃料倾翻机载荷保护系统中，所述控制装置包括存储有所述合理载荷范围的存储器、以及与所述存储器连接的控制器；

所述控制器与所述称重传感器连接，接收所述称重传感器测量所述卷筒的质量信号，并运算得到所述实际载荷数值；

所述控制器与所述编码器连接，接收所述编码器测量所述卷筒的角位移信号，并运算得到所述实际位置；

所述控制器包括对比模块，用于将所述实际载荷数值与所述实际位置对应的所述合理载荷范围进行比对，判断所述倾翻机是否超载或过载。

在本发明的核燃料倾翻机载荷保护系统中，所述控制装置还包括显示器，用于将所述控制器的比对结果输出显示。

实施本发明具有以下有益效果：通过实时监测倾翻机的实际位置及其实际载荷数值，并与该实际位置的合理载荷范围进行对比，判断该实际位置是否超载或过载，从而可以实时监控倾翻机的实时位置是否超出合理载荷范围，使得载荷保护更加的精确。

另外，可以通过控制器处理称重传感器、编码器的监测信号，得到实际位置、实际载荷数值，直接通过显示器进行显示，使得监控载荷保护更加的直观、准确。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是现有技术的载荷保护系统的结构示意图；

图2是本发明的载荷保护系统的结构示意图；

图3是本发明的载荷保护方法的流程示意图；

图4是本发明的载荷保护系统的结构受力分析示意图；

图5是本发明的载荷保护系统的合理载荷范围载荷保护曲线图。

具体实施方式

如图2所示，是本发明的核燃料倾翻机载荷保护系统的一个实施例，可用于百万千万级核电站的核燃料倾翻机中；当然，也可以用于其它级别的核电站的核燃料倾翻机中。该核燃料倾翻机通常包括倾翻架11、安装在倾翻架11上的燃料篮、卷筒驱动机构12等。该卷筒驱动机构12包括卷筒支架、以及安装在卷筒支架上的卷筒等，并通过钢丝绳13拉动倾翻架11。

该核燃料倾翻机载荷保护系统包括称重传感器15、编码器14、控制装置等。该称重传感器15可以安装在卷筒支架上，用于监测倾翻机的实际载荷数值。在本实施例中，该称重传感器15可以采用高精度力矩测量元件，通过感测卷筒支架的受力变化，来产生质量信号，并传送至控制装置进行运算处理，进而得到卷筒的实际载荷数值。

该编码器14设置在卷筒的一侧，用于监测倾翻其所处的实际位置。在本实施例中，该编码器14可以选用两个高精度绝对值编码器14，安装在卷筒的一侧。该编码器14通过测量卷筒的角位移信号，并传送至控制装置进行运算处理，进而得到卷筒的实际位置。

该控制装置与称重传感器15和编码器14连接，用于将实际位置的实际载荷数值与合理载荷范围进行对比，判断倾翻机是否超载或过载，从而输出对应的控制信号，控制倾翻机停机或继续运行。

该控制装置可以包括存储器、控制器、显示器等。该存储器中可以存储有合理载荷范围以及运算算法等；显示器则用于输出比对结果等信息。该控制器与存储器、显示器、编码器14、称重传感器15等连接。该控制器接收来自编码器14测量卷筒的角位移信号，并运算得到实际位置，同时接收来自称重传感器15测量卷筒的质量信号，并运算得到实际载荷数值；并通过控制器的对比模块，将该实际位置处的实际载荷数值与合理载荷范围进行比对，判断倾翻机是否超载或过载，并输出控制信号对倾翻机停机或继续运行；同时，通过显示器将该实际位置、实际载荷数值、过载或欠载数值进行显示。

如图3所示，在使用该系统时，首先设定倾翻机的每一位置对应的合理载荷范围；然后，监测倾翻机所处的实际位置(步骤A1)，并监测该实际位置的实际载荷数值(步骤A2)，并由控制其进行运算得到实际位置及其对应的实际载荷数值(步骤A3)，将该实际位置的实际载荷数值与对应的合理载荷范围进行对比，判断倾翻机是否超载或过载(步骤A4)。

具体的，每一位置的合理载荷范围包括最大允许载荷和最小允许载荷，当实际载荷数值位于该最大允许载荷和最小允许载荷之间时，判断倾翻机没有超载或欠载。

在本实施例中，该最大允许载荷和最小允许载荷通过理论计算，得到计算结果通过加、减一个小额数值得出。如图3所示，是本系统的受力分析简图，其中，Mi为倾翻机燃料篮、倾翻架、配重块等的综合质量，La为综合中心到倾翻轴的距离，θ为倾翻角，L为倾翻机长度，L_b为倾翻机轴到顶部滑轮的距离，X为倾翻机位置数据，Xa为倾翻机燃料篮已经放入到传输小车的位置，Xb为倾翻机顶部弹簧有张力位置，α为倾翻机与垂直位置夹角，与倾翻角θ的关系为Fr为倾翻机钢丝绳拉力，r为倾翻机卷筒半径，Md为倾翻机驱动机构综合质量，Ld为综合中心到卷筒轴的距离，F为称重传感器受力(拉力或压力)，Lc为称重传感器安装位置到卷筒轴距离，Mi’为倾翻机无燃料篮时的综合质量，La’为此时综合重心到倾翻轴距离；Mi″×g×La″为竖直时倾翻机重心偏离倾翻轴产生的静态力矩。综上，称重传感器在倾翻机不同位置时的受力公式如下：

F = \{\begin{matrix} (M_{i} \times g \times L_{a} \times \sqrt{1 - {(\frac{L^{2} + L_{b}^{2} - x^{2}}{2 \times L \times L_{b}})}^{2}} + M_{i}^{''} \times g \times L_{a}^{''} \\ + k \times (X_{b} - x) \times r - M_{d} \times g \times L_{d}) / Lc & 0 \leq x \leq X_{b} \\ (M_{i} \times g \times L_{a} \times \sqrt{1 - {(\frac{L^{2} + L_{b}^{2} - x^{2}}{2 \times L \times L_{b}})}^{2}} \\ {- M}_{d} \times g \times L_{d}) / L_{c} & X_{b} < x < X_{a} \\ (M_{i}^{'} \times g \times L_{a}^{'} \times \sqrt{1 - {(\frac{L^{2} + L_{b}^{2} - x^{2}}{2 \times L \times L_{b}})}^{2}} \\ {- M}_{d} \times g \times L_{d}) / L_{c} & X_{a} \leq x \leq X_{\max} \end{matrix}

再通过合理的修正，加、减合适的小额数值即可得到每一位置的合理载荷范围，如图5所示，图中的上下两条曲线即为最大允许载荷和最小允许载荷，在该最大允许载荷和最小允许载荷之间即构成了合理载荷范围。并将每一位置的合理载荷范围与该位置对应存储于存储器中备用。

可以理解的，该最大允许载荷和最小允许载荷也可以用试验方式设定，如每一位置的最大允许载荷可以通过在倾翻机上装载最大允许载荷，记录每一位置的实际载荷作为最大允许载荷；对应的，每一位置的最小允许载荷可以通过在倾翻机上装载最小允许载荷，记录每一位置的实际载荷作为最小允许载荷，将每一位置的最大允许载荷和最小允许载荷之间的载荷范围为每一位置的合理载荷范围。当然，可以根据监测结果加、减一个小额数值得出。

在本实施例中，利用安装在倾翻机的卷筒一侧的编码器14，测量卷筒的角位移信号，并输出至控制器，由控制器处理后得到倾翻机的实际位置。同时，利用安装在倾翻机的卷筒支架上的称重传感器15，测量卷筒的质量信号并输出至控制器，并由控制器处理后得到倾翻机的实际载荷数值。

然后，将在该实际位置运算得到的实际载荷数值，与该实际位置处的合理载荷范围进行比较：当实际载荷数值大于合理载荷范围的最大允许载荷时，判断为超载，并输出停止运行信号；当实际载荷数值小于合理载荷范围的最小允许载荷时，判断为欠载，并输出停止运行信号；当实际载荷数值位于合理载荷范围的最大允许载荷和最小允许载荷之间时，判断为载荷正常，并输出正常运行信号；并继续监测一下实际位置的实际载荷数值，进而可以实时地连续监控，似的载荷保护更为精确。

进一步的，监测到的实际位置、实际载荷数值、过载或欠载数值等，可以通过显示器进行显示，从而可以直接实时地显示，以供操作人员查看载荷状态，以便进行人工干预。

Claims

1.一种核燃料倾翻机载荷保护方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：设定倾翻机的每一位置对应的合理载荷范围；

S2：利用安装在所述倾翻机的卷筒一侧的编码器，测量所述卷筒的角位移信号输出至控制器，并由所述控制器处理后得到所述倾翻机的实际位置：利用安装在所述倾翻机的卷筒支架上的称重传感器，测量所述卷筒的质量信号并输出至所述控制器，并由所述控制器处理后得到所述倾翻机的实际载荷数值；

S3：将步骤S2中的实际位置的实际载荷数值，与所述实际位置对应的所述合理载荷范围进行对比，判断所述倾翻机是否超载或过载；

S4：将所述实际位置和实际载荷数值输出记录并显示，并将所述实际载荷数值与所述合理载荷范围的差值进行显示；

所述合理载荷范围由所述称重传感器在所述倾翻机不同位置时的受力公式计算得到，所述称重传感器在所述倾翻机不同位置时的受力公式如下所示：

F = \{\begin{matrix} (M_{i} \times g \times L_{a} \times \sqrt{1 - {(\frac{L^{2} + L_{b}^{2} - x^{2}}{2 \times L \times L_{b}})}^{2}} M_{i}^{''} \times g \times L_{a}^{''} \\ + k \times (X_{b} - x) \times r - M_{d} \times g \times L_{d}) / Lc & 0 \leq x \leq X_{b} \\ (M_{i} \times g \times L_{a} \times \sqrt{1 - {(\frac{L^{2} + L_{b}^{2} - x^{2}}{2 \times L \times L_{b}})}^{2}} \\ - M_{d} \times g \times L_{d}) / L_{c} & X_{b} < x < X_{a} \\ (M_{i}^{'} \times g \times L_{a}^{'} \times \sqrt{1 - {(\frac{L^{2} + L_{b}^{2} - x^{2}}{2 \times L \times L_{b}})}^{2}} \\ - M_{d} \times g \times L_{d}) / L_{c} & X_{a} \leq x \leq X_{\max} \end{matrix}

其中，Mi为倾翻机燃料篮、倾翻架、配重块的综合质量，La为综合中心到倾翻轴的距离，L为倾翻机长度，Lb为倾翻机轴到顶部滑轮的距离，x为倾翻架的实际位置，Xa为倾翻机燃料篮已经放入到传输小车的位置，Xb为倾翻机顶部弹簧有张力位置，Xmax为倾翻机燃料篮已经放入到水平位置，k为弹簧的弹性系数，r为倾翻机卷筒半径，Md为倾翻机驱动机构综合质量，Ld为综合中心到卷筒轴的距离，F为称重传感器受力(拉力或压力)，Lc为称重传感器安装位置到卷筒轴距离，Mi’为倾翻机无燃料篮时的综合质量，La’为此时综合重心到倾翻轴距离；Mi″×g×La″为竖直时倾翻机重心偏离倾翻轴产生的静态力矩。

2.根据权利要求1所述的核燃料倾翻机载荷保护方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下步骤：

3.一种核燃料倾翻机载荷保护系统，所述倾翻机包括卷筒驱动机构，所述卷筒驱动机构包括卷筒支架、以及安装在所述卷筒支架上的卷筒；其特征在于，所述系统包括安装在所述卷筒支架上的称重传感器，用于监测所述倾翻机的实际载荷数值；

与所述称重传感器和编码器连接的控制装置，用于将所述实际位置的实际载荷数值，与所述实际位置对应的合理载荷范围进行对比，判断所述倾翻机是否超载或过载；

所述控制装置包括存储有所述合理载荷范围的存储器、以及与所述存储器连接的控制器；

所述控制器包括对比模块，用于将所述实际载荷数值与所述实际位置对应的所述合理载荷范围进行比对，判断所述倾翻机是否超载或过载；

所述控制装置还包括显示器，用于将所述控制器的比对结果输出显示；

F = \{\begin{matrix} (M_{i} \times g \times L_{a} \times \sqrt{1 - {(\frac{L^{2} + L_{b}^{2} - x^{2}}{2 \times L \times L_{b}})}^{2}} M_{i}^{''} \times g \times L_{a}^{''} \\ + k \times (X_{b} - x) \times r - M_{d} \times g \times L_{d}) / Lc & 0 \leq x \leq X_{b} \\ (M_{i} \times g \times L_{a} \times \sqrt{1 - {(\frac{L^{2} + L_{b}^{2} - x^{2}}{2 \times L \times L_{b}})}^{2}} \\ - M_{d} \times g \times L_{d}) / L_{c} & X_{b} < x < X_{a} \\ (M_{i}^{'} \times g \times L_{a}^{'} \times \sqrt{1 - {(\frac{L^{2} + L_{b}^{2} - x^{2}}{2 \times L \times L_{b}})}^{2}} \\ - M_{d} \times g \times L_{d}) / L_{c} & X_{a} \leq x \leq X_{\max} \end{matrix}

4.根据权利要求3所述的核燃料倾翻机载荷保护系统，其特征在于，所述编码器为高精度绝对值编码器；所述称重传感器为高精度力矩测量元件。