CN103077756B - 一种用于液态重金属冷却堆的换料机夹具装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于液态重金属冷却堆的换料机夹具装置，包括：筒状本体，筒状本体的下端设有一对弹簧拨片；筒状本体内有组件锁紧装置和可伸缩拉杆，且内侧壁开有凹槽；组件锁紧装置中空，安装在筒状本体内，组件锁紧装置外侧壁有凸脊能与筒状本体内侧壁的凹槽配合；可伸缩拉杆上端固定安装在筒状本体的上部，下端安装有与组件头部配合的夹头，可伸缩拉杆可以上下伸缩以拔出或者插入组件；弹簧拨片用于组件拔出之前挤压栅格板上的组件固定弹簧来松开组件或者在组件插入之后挤压栅格板上的弹簧来固定组件。本发明可以削弱液态重金属的浮力带来的组件插入时定位不准或插入位偏移的影响，具有操作稳定，安全性高的特点。

Description

一种用于液态重金属冷却堆的换料机夹具装置

技术领域

本发明涉及机械领域，具体涉及一种用于液态重金属冷却堆的换料机夹具装置。

背景技术

随着地球温室效应的加剧和世界气候的变化，核电得到了人们越来越多的重视。核电的大发展必然带来核废料处理的问题。加速器驱动次临界系统（ADS）具有实现嬗变处理高放核废料、生产核燃料等功能，在近年来得到了国际社会的广泛关注。

加速器驱动次临界系统（ADS）是利用加速器产生的高能质子轰击散裂靶生成的中子作为中子源，与次临界堆内的裂变材料发生持续的链式反应。ADS系统利用液态铅铋合金作为散裂靶兼冷却剂，液态铅铋合金除了具有很好的中子学性能之外，还具有优良的抗辐照性能、传热性能和安全特性，可以提高靶系统的寿命和次临界反应堆的安全性，因此，液态铅铋合金已经成为目前ADS系统设计中散裂靶兼冷却剂的首选材料，也是先进快中子反应堆冷却剂重要候选材料。

国际上大部分的液态金属冷却的快中子堆，都采用池式结构。对于池式研究堆，一回路全部浸泡在一个大的池子中。这就要求保证系统边界的完整性，即反应堆处于密封的状态，在反应堆的上部有覆盖气体（通常选择氩气）保护。所以反应堆的换料系统必须采用机械进行远程遥控操作换料，并且在换料过程中反应堆的顶盖并不打开，保证反应堆上部的屏蔽保护。换料机的主要功能是在核电站首次装料和运行大修期间，用来装入、卸出和倒换反应堆核燃料之用。换料机在核电站反应堆堆芯与燃料传输装置之间实现取出、更换、放置堆芯核燃料的工作。燃料操作装置底端都装配有燃料抓取装置，燃料抓取装置用于在燃料堆中把燃料取出和装入。

由于液态铅铋冷却剂固有的物理性质，其密度远远大于已有的液态金属钠快堆，对于堆内的结构件，特别是组件会产生较大的浮力，并且由于冷却剂在堆芯向上流动对组件产生的力也必须考虑，换料操作时，换料机的夹具也需要浸没在液态铅铋合金中对组件直接操作。压水堆或者非液态重金属冷却快堆的换料机构没有考虑到液态重金属的浮力影响，没有设置应对浮力的定位装置或者锁紧装置，如果用于液态重金属冷却快堆的换料操作，可能会导致换料过程中，组件因受到浮力过大，插入时定位不准或插入位偏移的安全隐患。

目前压水堆换料相关专利因为领域未涉及液态重金属，没有应对液态重金属对组件浮力问题的技术。

液态重金属冷却快堆的组件因为要克服浮力的影响，其固定方式和普通快堆不同，现有技术是采用双驼峰弹簧锁紧装置固定，参见中国专利申请“一种可换料液态重金属反应堆的燃料组件固定装置”，申请号201210089595.3。因此，适用于液态重金属冷却快堆的换料机构需要能够和这种固定方式耦合，能够在该固定方式下，辅助完成组件的锁紧和松开的技术目前尚无相关报道。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有换料技术的不足，提供一种结构简单，既可以克服组件在液态重金属冷却快堆中的浮力，为燃料组件提供轴向约束，消除换料时组件在液态重金属冷却剂中因浮力影响而插入不准或插入位偏移的安全隐患，又可以和现有的液态重金属反应堆燃料组件固定装置配合完成燃料组件的固定和松开的换料机夹具装置。

本发明技术解决方案：一种用于液态重金属冷却堆的换料机夹具装置，包括：可伸缩拉杆1、夹头2、筒状本体3、组件锁紧装置5和弹簧拨片6；筒状本体3内部安装有可伸缩拉杆1和组件锁紧装置5；筒状本体3下端安装有弹簧拨片6；筒状本体3内侧壁开有凹槽7；可伸缩拉杆1下端安装有与组件4配合的夹头2，可伸缩拉杆1能够上下伸缩以拔出或者插入组件4；夹头2用于维持或者释放可伸缩拉杆1和组件4的连接；所述组件锁紧装置5是一个可滑动式机械锁紧装置，组件锁紧装置5中空，安装在筒状本体3内，组件锁紧装置5外侧壁有凸脊8能与筒状本体3内侧壁的凹槽7配合，在筒状本体3内做竖直运动，初始位置位于筒状本体3的下部；组件锁紧装置5能够锁紧或松开夹取到的组件4，抓取组件4之后，组件锁紧装置5沿凹槽7滑动到组件4的中点处固定组件4；弹簧拨片6用于辅助组件4的插入和拔出，弹簧拨片6是一个固定式的带尖头的杆件，安装在筒状本体3的下端，弹簧拨片6用于组件4拔出之前挤压栅格板上的组件固定弹簧来松开组件4或者在组件4插入之后挤压栅格板上的弹簧来固定组件4，适用于液态重金属冷却快堆的栅格板弹簧固定组件的方式。

本发明与现有技术相比的优点在于：本发明通过可伸缩拉杆和组件锁紧装置的配合，为组件提供了足够的轴向和径向约束以消除液态重金属对组件的浮力影响，同时也降低了组件在插入和拔出过程中因为受到流动的液态重金属冷却剂的扰动；而且本发明的结构能够与液态重金属冷却堆的燃料组件固定方式相配合，实现该固定方式下的组件锁紧和松开；此外，此种夹具装置能够较好的克服组件受热轴向变形引起的热应力。

附图说明

图1为本发明的一种用于液态重金属冷却堆的换料机夹具装置结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括：筒状本体3，筒状本体3的下端设有用于辅助松开和固定组件4的弹簧拨片6；筒状本体3内套设有可以在垂直方向上运动的可伸缩拉杆1和可以沿着筒状本体3内侧壁凹槽7在垂直方向上滑动的组件锁紧装置5；

如图1所示，筒状本体3是一个中空筒状机械结构，材料为316L，筒状本体3是换料机夹具装置的主要组成部分，可伸缩拉杆1固定安装在筒状本体3的上部，组件锁紧装置5中空，安装在筒状本体3的下部，筒状本体3的下端安装有弹簧拨片6，筒状本体3的内侧壁开有凹槽7供组件锁紧装置5的运动。筒状本体3可以在垂直方向上运动，带动其下端的弹簧拨片6辅助完成组件4的插拔。

如图1所示，可伸缩拉杆1是一个可以在垂直方向上做伸缩运动的直杆式机械装置，材料为316钢，可伸缩拉杆1下端安装有夹头2；夹头2可以与组件4相配合，在换料操作时，起连接可伸缩拉杆1和组件4的作用；当需要夹取组件4时，可伸缩拉杆1首先垂直方向上向下运动，夹头2抵达需要换料的组件4的上端，和组件4的头部配合，实现固定，其次，可伸缩拉杆1在垂直方向上向上运动，将组件提升；当需要插入组件4时，可伸缩拉杆1首先在垂直方向上向下运动将组件4插入，当组件4完全插入后，夹头2松开和组件4之间的连接，其次，可伸缩拉杆1在垂直方向上向上运动，回到初始位置。

如图1所示，组件锁紧装置5是一个可滑动式机械锁紧装置，材料为316钢，组件锁紧装置5中空，用于实现组件4的径向固定，组件锁紧装置5的外侧壁开有凸脊8，可以和筒状本体3内侧壁的凹槽7相配合，实现垂直方向上的运动。组件锁紧装置5在可伸缩拉杆1将组件4提升到位并停止之后开始运动，锁紧螺母9运动，带动夹板10夹紧组件4，实现组件4的径向固定。

如图1所示，弹簧拨片6是一个下部带尖角的杆状机械结构，材料为316钢，弹簧拨片6本体不能运动，但是可以跟随筒状本体3做垂直方向上的运动，弹簧拨片6用于组件4拔出之前挤压栅格板上的组件固定弹簧来松开组件4或者在组件4插入之后挤压栅格板上的弹簧来固定组件4，适用于液态重金属冷却快堆的栅格板弹簧固定组件的方式。

下面将提供液态重金属冷却快堆的换料机夹具装置运行过程，以阐述本发明的具体工作过程：

1.需要换出组件4时，筒状本体3首先运动到需换料的组件4上方，其次，筒状本体3沿垂直方向向下运动，带动弹簧拨片6对准堆芯上栅格板上的组件固定弹簧，再次，可伸缩拉杆1沿垂直方向向下运动对准组件4的头部并锁紧。

2.筒状本体3向下运动带动弹簧拨片6挤压堆芯上栅格板上的组件固定弹簧，组件4松开，在液态重金属对组件的浮力的辅助下，组件4能方便的被可伸缩拉杆1拉起。可伸缩拉杆1通过夹头3固定组件4并拉动组件4沿垂直方向向上运动，待运动到可伸缩拉杆1的上限位时停止。

3.组件锁紧装置5在可伸缩拉杆1停止运动后开始动作，组件锁紧装置5沿着凹槽7向筒状本体3的上部移动到组件4的中部位置后停止，锁紧螺母9运动，推动夹板10向径向内测移动，实现组件4的径向固定。在组件4进行了径向固定之后，筒状本体3开始向上提升准备将组件4带出堆芯。

4.组件4的插入过程和上述的组件4换出过程相反。

5.至此，一种用于液态重金属冷却堆的换料机夹具装置动作结束。

总之，本发明提供的一种用于液态重金属冷却堆的换料机夹具装置，既可以克服组件在液态重金属冷却快堆中的浮力，为燃料组件提供轴向约束，消除换料时组件在液态重金属冷却剂中因浮力影响而插入不准或插入位偏移的安全隐患，又可以和现有的液态重金属反应堆燃料组件固定装置配合完成燃料组件的固定和松开，安全性高。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施示例而已，当然不能以此来限定本发明专利之权利范围，因此依本发明专利权利要求所作的等同变化，仍属本发明专利所涵盖范围。

Claims (3)

1.一种用于液态重金属冷却堆的换料机夹具装置，其特征在于包括：可伸缩拉杆(1)、夹头(2)、筒状本体(3)、组件锁紧装置(5)和弹簧拨片(6)；筒状本体(3)内部安装有可伸缩拉杆(1)和组件锁紧装置(5)；筒状本体(3)下端安装有弹簧拨片(6)；筒状本体(3)内侧壁开有凹槽(7)；可伸缩拉杆(1)下端安装有与组件(4)配合的夹头(2)，可伸缩拉杆(1)能够上下伸缩以拔出或者插入组件(4)；夹头(2)用于维持或者释放可伸缩拉杆(1)和组件(4)的连接；所述组件锁紧装置(5)是一个可滑动式机械锁紧装置，组件锁紧装置(5)中空，安装在筒状本体(3)内，组件锁紧装置(5)外侧壁有凸脊(8)能与筒状本体(3)内侧壁的凹槽(7)配合，在筒状本体(3)内做竖直运动，初始位置位于筒状本体(3)的下部；组件锁紧装置(5)能够锁紧或松开夹取到的组件(4)，抓取组件(4)之后，组件锁紧装置(5)沿凹槽(7)滑动到组件(4)的中点处固定组件(4)；弹簧拨片(6)用于辅助组件(4)的插入和拔出，弹簧拨片(6)是一个固定式的带尖头的杆件，安装在筒状本体(3)的下端，弹簧拨片(6)用于组件(4)拔出之前挤压栅格板上的组件固定弹簧来松开组件(4)或者在组件(4)插入之后挤压栅格板上的弹簧来固定组件(4)；该装置能与液态重金属冷却堆燃料组件固定方式配合，完成组件(4)出堆和入堆操作；首先，筒状本体(3)能够向下运动带动弹簧拨片(6)释放固定状态的组件(4)；其次，可伸缩拉杆(1)可向下运动和组件(4)连接，并拉拉动组件(4)向上运动；再次，组件锁紧装置(5)沿着筒状本体(3)内侧壁的凹槽(7)向组件(4)中部运动，到达后径向锁紧组件(4)，最后，筒状本体(3)向上运动实现组件(4)出堆操作；组件(4)入堆操作和组件(4)出堆操作互为逆过程。

2.根据权利要求1所述的用于液态重金属冷却堆的换料机夹具装置，其特征在于：所述筒状本体(3)是一个中空筒状机械结构。

3.根据权利要求1所述的用于液态重金属冷却堆的换料机夹具装置，其特征在于：所述可伸缩拉杆(1)是一个能够在垂直方向上做伸缩运动的直杆式机械装置。