CN1038369A - 核设施中开关过滤器用的装置和替换过滤器填料的过程 - Google Patents

Abstract

一种核设施中开关过滤器头部用的整体装置，它 包括延伸为圆筒体(14)的防护壳(1)封闭插塞(13)， 一根沿开孔(18)的轴线安装并沿轴向穿过插塞(13) 和圆筒体(14)的操纵杆(20)，一个沿轴向有限长度移 动操纵杆(20)用的装置(25、26)，关闭过滤器(2)用的 头部(30)连接到操纵杆(20)的一个端部上，以及一个 将头部(30)锁定在过滤器筒体(5)上用的装置(38、 41)。装置(12)可以替换过滤器(2)的填料而无需利 用拆卸过滤器头部用的装卸组件和特制工具。

Description

本发明涉及一种核设施中开关过滤器头部用的装置和替换过滤器填料的过程。

在核设施如压水型核反应堆中，过滤器被用于截留在设施的某些部分中循环的流体中载带的杂质。这些杂质可以是放射性的，其结果是截留这些杂质的过滤器填料逐渐填充了放射性产物。

因此，在一些此类流路中，必须将每个过滤器安置在围绕过滤器区域的保证生物防护的混凝土壳中。

例如，在反应堆冷却水的化学和体积监控流路（CCV流路）的情况下，过滤器被安置在流路的一些部分中，以截留可能由主流路中循环的反应堆冷却水载带的放射性粒子。化学和体积监控流路被配置成主流路上的支路，大多数安置在邻近反应堆建筑物的核辅助建筑物内部。这个流路允许取出主流路中一定比例的水，以便净化这部分水，并调整主要流体中所需的化学添加剂的浓度。化学和体积监控流路因此包括一组净化设施、能够以确定量添加化学品的机构，以及在取出水之后或使水回到主流路之前使水冷却或重新加热的热交换器。

过滤器被安置在体积和化学监控流路的一些部件的上游，它们预定用来收集由主要流体载带的一定尺寸的放射性杂质。这些过滤器被安置在核辅助建筑物内部的混凝土壳中。

为了保证这些过滤器的检修，必须重视当过滤器填料被堵塞或过度充满放射性产物时替换过滤器填料的可能性。

为此，过滤器筒体的上部有一个开孔，它可以利用一个头部来关闭，而防护壳上部有一上开孔，其位置与过滤器筒体的开孔垂直对准，并穿过防护壳的混凝土壁。防护壳中的这个开孔通常由一个插塞关闭，该插塞保证生物防护的连续性。插塞可以移动，并包括固定钩子的机构，使得能够在防护壳的开孔中提升或替换插塞。

过滤器填料的替换操作需要进行包括许多接续步骤的复杂手续。

首先，关闭防护壳的插塞必须用一个装卸组件替代，拆卸头部的工具可以穿过该组件进入防护壳。装卸组件必须包括一个装卸口和照明防护壳内部的机构，使得可以看见过滤器头部，而工具可以放置就位进行拆卸。因此装卸组件与简单的关闭插塞相比是一个相当复杂的装置。

在卸开头部后，该头部的打开也可以利用穿过装卸组件开孔插入防护壳的工具来进行。

而后将装卸组件从防护壳的开孔中移去，在该开孔上安置一个铅槽，利用一个与铅槽组合的装卸和提升机构来从过滤器筒体取出填料，这种用过的填料被收集在铅槽内部。而后移去铅槽，利用装卸和提升工具通过防护壳开孔将填料装入过滤器筒体。而后将装卸组件重新安置在防护壳开孔上，利用穿过装卸组件的工具旋上头部。

而后卸下和移去装卸组件，换上防护壳的关闭插塞。

因此，看起来过滤器填料的替换需要一系列复杂而相当长的操作手续，并需要使用必须特别设计的工具和特制机构。

因此本发明的目的是提出一种打开和关闭核设施流体流路中的过滤器用的装置，这种装置被安置在一个其上部具有接触过滤器用的开孔的生物防护壳内部，防护壳可以用一个装有提升机构的插塞关闭，过滤器包括一个筒体，该筒体的上部有一个能够由头部关闭的开孔，筒体的位置与防护壳的开孔垂直对准，这种装置可以保证过滤器头部的开关和接触过滤器的填料，方式简便，不需要利用装卸组件之类设备的特殊器具。

为此，本发明的装置组成一个整体，它包括：

-防护壳的关闭插塞，该插塞沿其轴线方向延伸为一个圆筒形体，有一个开孔沿轴线和全长度贯穿插塞和圆筒形体，

-一根操纵杆，它沿开椎闹嵯甙沧埃┕迦驮餐残翁澹С性诓迦希沧暗每梢栽诓迦字形破渲嵯咝ㄒ桓龅谝欢瞬亢鸵桓龅诙瞬浚谝欢瞬肯喽杂诓迦钩觯纬梢桓鑫破渲嵯咝牟糠郑诙瞬吭诘谝欢瞬康亩悦妫喽杂谠餐残翁逋钩觯?

-一个使操纵杆沿径向正反两个方向移动一段有限长度的装置，

-过滤器的关闭头部，连接在操纵杆的第二端部上，

-一个将头部锁定在过滤器筒体上用的装置，它支承在头部上，包括一个操纵装置，后者有一个啮合在操纵杆第二端部的螺纹部分上的螺母。

本发明也涉及一种替换安置在生物防护壳内的过滤器的填料的过程，它由于使用了本发明所述的开关装置而比先有技术的过程更简便更快速。

为了清楚地理解本发明，现在利用不受任何限制的例子，参考附图，说明根据本发明所述的用于打开和关闭的装置的许多实施例及其在替换过滤器填料的操作期间的应用。

图1是截面图，它通过一个包含过滤器的生物防护壳的垂直截面，过滤器位于先有技术的压水型核反应堆的体积和化学监控流路中。

图2是本发明的开关过滤器头部用的装置的部分截面立视图。

图3A和3B是开关装置一部分的两个放大截面半视图，分别表示将过滤器头部锁在锁定位置和解锁位置上用的装置。

图4A和4B是类似于图3A和3B的两个半视图，表示锁定过滤器头部用的装置的另一种实施例形式。

图5A、5B、5C、5D、5E、5F、5G、5H是在过滤器填料替换操作的不同接续阶段期间关闭装置和过滤器上部的立视图。

图1表示安置在压水型核反应堆的体积和化学控制流路中的过滤器2的生物防护壳1。防护壳1包括构成核反应堆辅助建筑物一部分的混凝土侧壁和底部，及厚度很大（半级）的上厚块3，具有位置与过滤器2垂直对准的开孔4，并使得可以接触过滤器的上部。

当过滤器在操作中时，开孔4由插塞4a之类装置关闭，使得有可能保证防护壳生物防护的连续密闭。

过滤器2具有其下部由碟状底部封闭的筒体5，其上部具有开孔，当过滤器操作时，上部开孔由头部6封闭。支承过滤器用的托架8固定在过滤器筒体5的中部，并安放在支承梁7上，支承梁7横向安置在防护壳1的腔体中并固定在防护壳的壁中。水出入过滤器筒体5用的管子9连接在没有图示的化学和体积监控流路的管道上。

按照一种已知的配置方式，头部6包括一个开关装置10和锁定螺杆11。

控制开关装置10的螺杆和锁定螺杆11可以从防护壳1上面利用特制工具和通过在开孔4中安装装卸组件来进行操作。

按照图1所示的先有技术替换过滤器2填料必须完成上述接续操作。

图2表示一种开关过滤器头部用的装置，按照本发明所述，它可以安装在如图1所示的过滤器2的筒体5上，头部6及其开关装置10已经移去。

按照本发明所述的通常用编号12表示的开关装置包括一个封闭插塞13，其形状和尺寸与通过厚块3的开孔4的形状和尺寸一致，沿轴向伸出一个圆筒体14，其长度大体与图1中所示的分隔厚块3的下部和防护壳中过滤器2的筒体5的上部的垂直距离大体一致。

插塞13和筒体14包括一个用重金属或钢制成的中央块体15，围绕着钢板套16。

插塞13具有位置指示器17，它保证沿围绕厚块3中开孔4的轴向精确定位。当安装插塞13时，位置指示器17与安装在厚块3和防护壳1上部上的相应构件23准直。

插塞13和筒体14的大块中央部分沿其长度穿孔形成开孔18，其方向沿插塞轴和圆筒延伸部14的轴。开孔18可以由钢管内衬围绕。

操纵杆20沿开孔18的长度设置，使得在其两端具有相对于该开孔凸出的端部部件。相对于插塞13凸出的操纵杆20的端部具有一个方形截面转动部件22，其上可以啮合一个转动装置如键或手柄，使杆20围绕其轴转动。

杆20安装得使它能在开孔18内部利用光滑的下轴承24和上套筒25围绕其轴转动，杆20利用轻度摩擦安装在上套筒25的内孔内。套筒25外部刻螺纹，并插入插塞13内部的开孔18的相应的螺纹部分中。

套筒25的上部整体固定在手柄26上，该手柄可从插塞13的上表面上操作，并可使套筒25围绕开孔18的轴转动，以保证它在开孔18的螺纹部分中旋入或旋出。杆20用附加环27支承到旋入插塞13的套筒25的上部上。

杆20这样安装，使得它在光滑轴承24内既可转动也可滑动，并在其相对于插塞13的圆筒形延伸部14凸出的下部上承载过滤器2的头部30。

如可从图3A和3B中所见，杆20的下部利用一个整体固定在头部30上表面上的悬挂机构31承载头部30。机构31包括一个垂直结构32，一个分两部分的板33固定在该结构的上部上。杆20的端部是这样安装的，使得它能够在悬挂机构31内部利用止推球状轴承34和35转动。止推球状轴承35安装在头部30的上表面上，而止推轴承34安装在板33的下表面上。

在止推轴承34和35之间，外表面刻有螺纹的杆20的端部形成一个操纵螺杆36，它可以通过绕轴旋转操纵杆而驱动。

螺杆36与螺母38啮合，螺母38沿径向具有延伸部39，它被啮合在垂直方向的垂直结构32的开孔中。延伸部39具有圆形空腔40，每个空腔啮合锁定过滤器头部30用的卡爪41的端部。锁定卡爪41是这样安装的，使得利用轴42在支架43上枢轴式地转动，支架43整体固定在头部30的上部上。

如可从图2中所见，悬挂机构31的上板33承载两个垂直柱销37，它们被啮合成可以在组件15中加工的两个孔中滑动。柱销37与沿插塞和杆20轴向的对应孔锁住机构31和头部30相对于插塞的转动，此时杆20和螺杆36在螺母38内转动。

图3B表示解锁位置41′中的锁定卡爪41，图3A表示锁定位置中的锁定卡爪41。

将螺母及其径向延伸部从它们的位置38、39移到位置38′、39′，卡爪41就可以从锁定头部41的位置移到解锁装置41′，反之亦然。围绕轴线沿图个方向转动螺杆36也就是杆20，可以实现螺母38在其锁定位置和解锁位置之间的运动。

螺母38沿一个转动方向（箭头44）向上移动，并利用其延伸部39的空腔40沿箭头45的方向转动而驱动卡爪41。这一转动在过滤器池体5上部的法兰之下将卡爪的下钩部41a引入其钩形位置。

操纵杆20和螺杆36沿另一方向（箭头46）的转动造成螺母38的向下运动和卡爪沿箭头47方向的枢轴式转动。

螺母38利用延伸部39在结构32的孔内转动而闭塞。此外，机构31通过柱销37锁定相对于插塞18的转动。

因此在本发明的装置中，利用机构31悬挂在操纵杆20端部上的过滤器头部30是开关过滤器用的装置的一个整体部分，如插塞13那样。锁定头部用的装置也利用头部30悬挂在操纵杆20上。

十分明显的是，可以利用任意数量的卡爪41来保证头部的锁定，这些卡爪由一个单独的螺母39同时驱动。依据装置的设计要求和过滤器内部的压力，最好利用围绕头部成180°设置的两个卡爪，成120°设置的三个卡爪，或成90°设置的四个卡爪。

防护壳封闭插塞13包括可从防护壳上部操作的操纵凸耳48。

图4A和4B表示锁定过滤器头部用的装置的另一种实施例，它可用于那种场合，即过滤器筒体50包括一个固定在水平支承板51上的上法兰50a，上支承板51整体固定在防护壳结构上。此种类型的一种装置，被用于现时运转的压水型核反应堆的化学和体积监控流路的某些过滤器中。

在此种类型的一个过滤器中，不可能通过在过滤器筒体的法兰下按压卡爪钩形端部的办法锁定头部。

但是，按照本发明的开关装置可以利用图4A和4B所示的实施例很容易地适配本过滤器的结构。

一个锚形环53利用螺杆54固定在过滤器筒体50的上法兰50a上。锚形法兰53包括一个中心孔55，其中安置过滤器头部56。

此外，锚形环在其外部上面加工，形成钩形空腔57。

锁定装置包括卡爪58，它安装得在卡爪支架60上绕轴59枢轴式地转动，卡爪支架60固定在头部56的上表面上。一个悬挂板61固定在卡爪支架的上部上，在其下表面上包括一个止推球状轴承62，用以与操纵杆64的扩展相互作用，操纵杆64的下端部形成操纵螺杆65。操纵螺杆65的端部本身支承在止推球状轴承66上，后者整体固定在头部56的上表面上。以这种方式，操纵杆64的端部决定头部56的悬挂，同时悬挂成能够相对于头部围绕轴线转动。

螺母70啮合在形成操纵杆64下部的操纵螺杆65上。该螺母70沿径向具有延伸部71，在延伸部71中加工成圆形空腔72。

空腔72与枢轴式指形件58的端部相互作用，以保证这些指形件58在图4A所示锁定位置和图4B所示解锁位置之间枢轴式地活动。

这种锁定和解锁是利用螺母70相应的向上向下移动来实现的，螺母70利用枢轴指形支架60锁住旋转和导致平移。螺母70沿两个方向的这种移动是依靠沿两个方向转动杆64来实现的。悬挂件和锁定机构的转动锁定和头部相对于插塞的转动锁定是利用柱销来实现的，这些柱销类似于固定在悬挂板61上的柱销37（图2）。

指形件58在其锁定位置具有锁定端58a，它啮合于在锚形环53外部上加工的空腔57中，锚形环53固定在过滤器筒体50的上法兰50a上。

现在参考图5A至5H来说明按照本发明和按照图2图3所示实施例的开关装置。

图5A表示过滤器的上部和关闭装置当过滤器操作时所取的位置。

关闭装置12通过插塞13停靠在厚块3的开孔4中，而固定在机构12端部上的过滤器2的头部30处于过滤器筒体5的上法兰上的防漏关闭位置。位于锁定位置的卡爪41决定将头部保持在该防漏关闭位置中，不管过滤器中的压力多大。

因此，当过滤器2的填料必须替换时，就进行解锁，而在过滤器从插入过滤器的（可能加压的）流路中断开后，如图5B所示，头部30就有限度地升高。

为了实现头部30的解锁，指形件41制成通过围绕轴线转动杆20而沿箭头75方向向外枢轴式地转动。这种转动利用啮合在凸出于插塞13上部的杆20的方形部件22上的键或手柄来实现。

当解锁完成时，图3B中可以见到的螺母38已经达到其位置38′，在该处它由止推轴承35停止。

而后刻螺纹的套筒25利用手柄26沿拧松螺旋的方向转动。这通过环27提升起支承在套筒25上的操纵杆20。杆20的此种移动伴随着该杆在光滑轴承24内的滑动和头部30在过滤器筒体5的端部法兰之上的有限提升。头部30的此种几个毫米的提升使关闭机构12从过滤器5完全分离。

如图5C中可见，关闭机构12而后升起，作为一个整体利用提升机构从防护壳1撤回，提升机构包括被引入插塞13的提升凸耳48中的链钩。

如图5D中可见，而后在与过滤器筒形5的上开孔垂直对准的厚块3中开孔4上面安置一个铅槽76，那样就可以接触过滤器筒体5了。

与铅槽76组合的提升机械的夹持机构被制成进入过滤器筒体的上部，以完成对过滤器2的所用填料77的夹持，并通过沿垂直方向（箭头78）提升使其进入铅槽。

如图5E中可见，在移去含用过的放射性填料77的铅槽76后，利用提升和装卸装置78将新的过滤器填料77插入过滤器筒体5，防护壳1的开口4向开放空气敞开。

必须注意到，图5D和5E中所示的对应于填料实际替换的过滤器替换过程的阶段与先有技术的过程相应阶段是相同的。

如图5F中可见，而后利用提升装置来完成关闭机构12的重新安置，提升装置的钩子固定在插塞13的装卸凸耳48上。

关闭装置12沿过滤器筒体5方向垂直向下移动，在装置12向下移动的末尾，插塞13停靠在厚块3中开孔4的对应肩部上。开孔4内部插塞13的取向调整通过指示位置17和23来保证。应当注意到，头部保持在相对于圆筒形体14和插塞13的升高位置，螺纹套筒25位于高的位置，悬挂头部30的操纵杆20利用环27支承在套筒25上。带钩的指形件41位于展开的面向外的位置。

以此种方式，如图5G中可见，在装置12向下移动的末尾，头部30与过滤器筒体5的上法兰相隔一定的垂直距离h。在图5B所示的阶段中，这一数毫米的距离对应于头部利用操纵杆20转动的提升高度。而后利用手柄26沿插塞13内部的螺旋方向旋转套筒25，保证头部向下运动，直到它与过滤器筒体5的上法兰相接触。杆20和头部30伴随套筒25向下运动，直到头部30停靠在筒体5的上部上面。

如图5H中可见，下一步通过使杆20绕其轴线旋转而沿箭头80方向推进头部30，这导致使螺母38向上移动并使锁定的指形件41向内枢轴式地转动，直到它们达到在过滤器筒体5的上法兰下面的锁定位置，如图3的左侧所示。

此时装置已回到图5A所示位置，它对应于过滤器的操作位置。

因此十分明显，由于利用了本发明所述的开关装置，上面刚说明的更换过滤器填料的过程比先有技术的装置要简单得多和快速得多，后者采取的步骤有：安装装卸组件，采用特制工具，通过在防护壳内部的遥控卸开和装上头部，这些操作要求见到防护壳的内部，要求操作者接近防护壳壁以通过装卸组件接近防护壳，因而这些操作者暴露于放射性辐射中。

此外，按照本发明所述的开关装置操作是非常安全的，可以有效地关上过滤器而不管过滤器筒体内部的流体压力多大。

本发明的装置在防护壳开孔中的安装可以用常规的提升机构来完成，不需要精确地监控装置的安装和垂直移动。事实上，过滤器头部的定位是在本发明所述的关闭装置安装后进行的，后者利用插塞安置在防护壳开孔中。

本发明不限于已经说明的实施例。

比如，可以设想一种包括插塞和圆筒体的开关装置，它以任何方式作为单独整体或利用附加的焊接部件而生产。

操纵杆可以以任何方式安装在插塞或圆筒形的轴向开孔中，利用具有机械或液压方式的有限活动的提升装置，可以以任何方式支承在插塞上。

锁定头部的装置可以采用任何类型，只要这种装置可以受啮合在操纵杆螺纹端部上的螺母的轴向移动的控制。头部的锁定可以在过滤器筒体部件上进行。

本发明应用于配置在生物防护壳内部的核设施的任何一种过滤器上。

Claims (11)

1、一种打开和关闭核设施流体流路中的过滤器(2)用的装置，这种装置被安置在一个其上部具有接触过滤器(2)用的开孔(4)的生物防护壳(1)内部，防护壳可以用一个装有提升机构(48)的插塞(13)关闭，过滤器(2)包括一个筒体(5)，该筒体的上部有一个能够由头部(30)关闭的开孔，筒体的位置与防护壳(1)的开孔(4)垂直对准，这种装置的特征在于，它由整体组成，该整体包括：

-防护壳的关闭插塞(13)，该插塞沿其轴线方向延伸为一个圆筒形体(14)，有一个开孔(18)沿轴线和全长度贯穿插塞(13)和圆筒形体(14)，

-一根操纵杆(20)，它沿开孔(18)的轴线安装，穿过插塞(13)和圆筒形体(14)，支承在插塞(13)上，安装得可以在开孔(18)中围绕其轴线旋转，并包括一个第一端部和一个第二端部，第一端部相对于插塞(13)凸出，形成一个围绕其轴线旋转驱动的部分(22)，第二端部在第一端部的对面，相对于圆筒形体(14)凸出，

-一个使操纵杆(20)沿径向正反两个方向移动一段有限长度的装置(25、26)，

-过滤器的于闭头部(30)，连接在操纵杆(20)的第二端部上，

-一个将头部(30)锁定在过滤器(2)的筒体上用的装置(38、41)，它支承在头部(30)上，包括一个操纵装置(38)，后者有一个啮合在操纵杆(20)第二端部的螺纹部分上的螺母。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，操纵杆（20）利用一个固定在它的相对于插塞（13）凸出的第一部分上的环（27）安置在一个螺纹套筒（25）上，后者啮合在插塞（13）内部开孔（18）的锥形部分上，沿轴向移动操纵杆用的装置包括装有手动驱动机构（26）的螺纹套筒（25），用以使操纵杆在插塞（13）内沿旋入方向或者沿杆的旋出方向转动。

3、根据权利要求1和2中任何一项所述的装置，其特征在于，使操纵杆（20）转动的部件（22）和使操纵杆（20）沿轴向移动的装置（25、26）设置在插塞（13）之上。

4、根据权利要求1、2和3中任何一项所述的装置，其特征在于，锁定头部（30）的装置包括至少两个指形件（41），它们被安装成在头部（30）上绕轴（42）转动，并与啮合在操纵杆（20）的第二端部（36）上的螺母（38）相啮合，使得当螺母（38）沿操纵杆（20）的轴向移动时，由于该操纵杆（20）围绕其轴线转动，锁定装置就产生枢轴式的转动。

5、根据权利要求4所述的装置，其特征在于，指形件（41）包括一个钩形端部（41a），它与位于锁定位置的过滤器筒体（5）的上部中设置的法兰相啮合。

6、根据权利要求4所述的装置，其特征在于，每个用来锁定头部（56）的指形件（58）包括一个钩形部件（58a），它在指形件（58）的锁定位置时被安置在一个锚形环（53）的空腔（57）内，锚形环（53）整体固定在过滤器筒体（50）的上部上，头部（56）在其关闭位置时至少部分地被安置在锚环（53）的内孔中。

7、根据权利要求1至6中任何一项所述的装置，其特征在于，锁定头部（30）的装置包括一个整体固定在头部（30）的外表面上的支承机构（31），其上通过止推球状轴承（34、35）连接了操纵杆（20）的第二端部（36），使得能保证头部（30）悬挂在操纵杆（20）上，操纵杆（20）安装成可以利用止推球状轴承（34、35）围绕其轴线相对于头部旋转。

8、根据权利要求7所述的装置，其特征在于，螺母（38）被锁定在旋转位置中，并由支承机构（31）导致沿操纵杆（20）的轴向平移。

9、根据权利要求8所述的装置，其特征在于，支承机构（31）具有平行于插塞（13）和操纵杆（20）的轴的柱销（37），而插塞（13）的圆筒形体（14）包括一些孔眼，柱销（37）滑入这些孔眼进行啮合，将机构（31）锁定在转动中。

10、根据权利要求1至9中任何一项所述的装置，其特征在于，插塞（13）具有位置指示器（17）和防护壳（1）相应构件（23），以便当插塞位于开孔（4）中时插塞（13）能够有正确的取向。

11、一种替换核设施的流体流路中过滤器（2）的填料的过程，这种核设施被安置在一个其上部具有接近过滤器（2）用的开孔（4）的生物防护壳（1）内部，防护壳可以用一个装有提升机构（48）的插塞（13）关闭，过滤器（2）包括一个筒体（5），该筒体的上部有一个能够由头部（30）关闭的开孔，筒体的位置与防护壳（1）的开孔（4）垂直对准，这个过程包括打开过滤器的上部，取出安置在过滤器中的用过的填料，用新的填料替换这一批用过的填料，以及重新关上过滤器的上部开口，其特征在于，从防护壳外部接续地完成下列步骤：

-卸下过滤器（2）的头部（20），

-有限地提升过滤器筒体（5）上方的头部（30），

-同时将插塞（13）从防护壳（1）中将头部（30）从过滤器（2）中提升和撤出，

-同时将插塞（13）重新安置在防护壳（1）的开孔（4）中和将头部（30）重新安置在过滤器筒体（5）上方的小的垂直距离上，

-将头部（30）定位在过滤器筒体（5）的上部上，

-将头部（30）锁定在过滤器筒体（5）的上部上。

Images