CN104685574A - 包括用于附接振动吸收罩体的改进装置的用于运输和/或存储放射性材料的封装件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于运输和/或存储放射性材料的封装件，所述封装件包括沿着纵向方向延伸的封装件本体，并且所述封装件进一步包括至少一个安装在所述封装件本体的两个纵向相对的端部中的一个端部上的振动吸收罩体，所述吸收罩体包括位于所述封装件本体上的附接部(44)，每个附接部限定有通过孔(58)，拧入到所述封装件本体中的元件(24)穿过所述通过孔(58)。根据本发明，所述附接部(44)具有可变形区域(54)，所述可变形区域(54)被设计成：在作用到所述吸收罩体上的外部偏压力引起拧紧的所述元件(24)与所述通过孔(58)之间的接触力的情况下，产生塑性变形。

Description

包括用于附接振动吸收罩体的改进装置的用于运输和/或存储放射性材料的封装件

技术领域

本发明涉及用于运输和/或存储放射性材料、优选地用于诸如核燃料的辐射组件之类的辐射燃料、或甚至用于烧结的废弃物的封装件的领域。

背景技术

通常，为了运输和/或存储放射性材料，也称作存储“篮”(basket)或存储“架”(rack)的存储装置被使用。通常呈圆筒形并且具有大致圆形或多边形横截面的这些存储装置能够容纳放射性材料。存储装置用于被容置在封装件的空腔中以便与封装件一起形成用于运输和/或存储放射性材料的容器，放射性材料被完全封闭在该容器中。

上述空腔通常由封装件本体限定，封装件本体包括沿着封装件的纵向轴线延伸的侧面本体以及沿着纵向轴线的方向布置在侧面本体的相对的端部处的封装件底部和盖体。侧面本体包括一个或多个装配有热传导装置和辐射防护装置的同心金属套筒。提供有辐射防护装置以便对容置在空腔中的放射性材料发射出的中子形成屏障，而热传导装置能够使由放射性材料释放的热量朝向容器的外部传导，以便避免任何可能会引起这些材料退化、封装件的结构性元件或者结构性元件的结合件(焊缝、螺钉)的构成材料的机械性能改变、或甚至空腔中的异常压力升高的受热风险。

封装件还包括附接到封装件本体的相对的端部的振动吸收罩体，振动吸收罩体的功能尤其是用于保护封装件的盖体和底部，以便甚至在掉落的情况下保持放射性材料被封闭在空腔中。

为了将吸收罩体安装到封装件本体上，通常提供有例如附接螺钉的拧紧的元件，每个拧紧的元件穿过结合在罩体中的附接部的通过孔并且与封装件本体直接接触，每个螺钉通过布置成平行于封装件本体的纵向方向而被拧入到与封装件本体相对应的孔中。

在代表运输的事故情况的自由落体测试期间，封装件的吸收罩体能够在横向平面中变形和/或移位。尽管螺钉通常被保护而不受振动的影响，但仍存在有一个或多个附接螺钉的剪切破坏风险，可能产生振动吸收罩体被脱开的结果。这种风险是有严重问题的，因为在罩体被脱开的情况下，封装件会在满足其它规定要求上具有很大困难，比如掉落在冲杆(punch bar)上会导致盖体的密封失效，或甚至为了满足耐火性测试，通常需要存在装配有防火装置的吸收罩体。

为了解决这一问题，考虑到了增大每个附接螺钉与其通过孔之间的间隙，使得在掉落的情况下，罩体的变形填充该间隙，从而不剪切螺钉。

然而，这种解决方案具有多个缺点。第一缺点在于罩体的复杂的变形/移位，并因而在于难以将罩体模型化。因此，难以将间隙的尺寸确定成确保附接螺钉在封装件掉落而罩体着地的情况下不被剪切。

此外，由此所确定尺寸的间隙通常非常大，导致螺钉头部具有比通过孔的直径小的直径。于是必须在组装过程中使用受到很大弯曲应力的止推垫圈，所述组装过程不再遵守螺钉拧紧的常规标准。

可以考虑的解决方案在于增大螺钉头部的直径，或甚至在于使螺钉的数量加倍以限制罩体脱开风险，但这些方案直接影响到了封装件的整体重量并且会进一步使尺寸问题严重。

发明内容

因此，本发明的目的是至少部分地克服与现有技术成果相关的上述缺点。

为此，本发明的对象是一种用于运输和/或存储放射性材料的封装件，所述封装件包括沿着纵向方向延伸的封装件本体，并且所述封装件还包括至少一个相应地安装在所述封装件本体的两个纵向相对的端部中的一个端部上的振动吸收罩体，所述吸收罩体包括位于所述封装件本体上的附接部，每个附接部限定有通过孔，拧入到所述封装件本体中的元件穿过所述通过孔。

根据本发明，所述附接部中的至少一个具有可变形区域，所述可变形区域被设计成：在作用到所述吸收罩体上的外部偏压力引起拧紧的所述元件与所述通过孔之间的接触应变的情况下，产生塑性变形。

通过提供这样的区域(该区域的塑性变形先于螺钉的剪切)，本发明是引人关注的是因为本发明提供了一种解决方案，该方案显著地限制了在封装件掉落的情况下吸收罩体被脱开的风险，而不需要使通过孔的直径过大。因此能够进行按照常规拧紧标准的组装。

本发明还针对在封装件掉落而导致外部偏压力作用于一个吸收罩体上的情况下吸收罩体被脱开的风险问题提供了新颖的和令人满意的解决方案，所述外作用力的至少一个分量位于该封装件的横向平面中。实际上，如果该横向分量产生导致通过孔的内表面抵靠在拧紧的元件上的罩体变形和/或移位，则提供可变形区域以便产生伴随这样的抵靠的塑性变形，拧紧的元件进而在该塑性变形期间至少在接触应变的一定强度范围上经受得住剪切破坏。

优选地，螺钉经受得住至少与在规定掉落测试(具体地，九米自由落体)期间受到的最大接触应变相对应的接触应变的强度值相当的剪切破坏。在这方面，需要指出的是，本质上是将可变形区域设计成产生可接受强度的接触应变(在其塑性变形期间)，以避螺钉的剪切。

优选地，每个附接部都适于本发明特定的方案。这使得不管吸收罩体的冲击区域在何处都能够受益于上述优点。此外，假如罩体的变形会充分扩散而超出冲击区域，位于远离该区域的位置处的拧紧的元件同样能够被保护而免于可能的剪切破坏。这种情况特别是在附接部被布置在环上时出现，在振动的情况下，该环很可能发生椭圆形变形，并由此偏压远离振动的拧紧的元件(直到在直径方向上与冲击区域相对地布置的拧紧的元件)。

以指示性的方式，特别是在罩体具有以封装件的纵向轴线为中心的回转外表面时，在罩体的变形/移位之后，横向平面中的导致通过孔抵靠在拧紧的元件上的分量可以是径向的。这里，“径向”意味着横向平面中的被限定在罩体的纵向轴线与纵向地定向的拧紧的元件轴线之间的方向。当然，根据罩体的形状以及冲击性质的变化，所述外部偏压力在横向平面中的分量可以呈现任何其它方向。

优选地，所述可变形区域围绕拧紧的元件在角形扇区上延伸，所述角形扇区的至少一部分定向成朝向所述罩体的外侧。通过以这种方式定向可变形区域，可变形区域能够在外部偏压力施加到罩体的情况下做出最好的响应。在这方面，角形扇区优选地以经过所述纵向轴线和拧紧的元件的轴线的径向方向为中心。此外，扇区可以在被认为适合的任何角度上(直到360°)延伸。最后，需要注意的是，可变形区域不必为圆形，例如可以选择材料联接部下方的直的缝隙，在这种情况下该缝隙的两个端部限定角形扇区的范围。

优选地，所述可变形区域在所述角形扇区上具有相对于彼此成角度地间隔开的多个元件。而且，间隔的这些元件之间的空隙形成了空置空间，可变形区域能够在该空置空间中发生塑性变形。

根据本发明的优选实施例，所述可变形区域沿着拧紧的元件的方向在比所述通过孔的高度小的厚度上延伸。

所述可变形区域于是在联接部延伸360°时呈现材料联接部的形状，所述材料联接部设置成与缝隙或槽齐平。

在这种情况下，所述缝隙或槽在与所述通过孔所开口的表面相同的表面上开口。而且在这里，所述缝隙/槽形成空置空间，所述可变形区域可以塑性变形到所述空置空间中。

优选地，所述材料联接部呈环状并且在内部载带有限定所述通过孔的套部，所述联接部与所述套部之间的连接可以形成在所述套部的两个相对的端部中的一个端部处或形成在所述两个端部之间。

根据另一优选实施例，所述可变形区域为沿拧紧的元件的方向径向向内突出的部分，所述突出部分部分地限定所述通过孔。这里，通过孔优选地除了所述突出部分之外通过由台肩沿着纵向方向分开的至少两个部分限定。

根据另一优选实施例，所述附接部包括在附接部的两个相对的表面中的一个表面上开口的缝隙或槽以及在所述两个表面中的另一表面中开口的凹部，缝隙/槽和凹部在它们两者之间限定材料联接部，所述材料联接部将沿拧紧的元件的方向径向向内突出并且部分地限定所述通过孔的部分连接到附接部的外部，所述变形区域由所述材料联接部形成。这里，缝隙/槽和凹部形成了空置空间，联接部可以在该空置空间中产生塑性变形。

无论所考虑的实施例如何，优选地，所述拧紧的元件具有支承头，所述支承头具有比所述通过孔的直径大的直径。这使得按照常规拧紧标准的组装能够进行。出于同样的原因，可变形区域优选地被设计成在拧紧的元件的作用下不产生塑性变形。

优选地，所述附接部与所述吸收罩体的底部成一体。所述附接部可以制成一体或不具有该罩体的底板。可能地，所述的附接部都被布置在以封装件的纵向轴线为中心的同一环上，于是可以通过加工该环使得所述附接部与该环成一体。替代性地，附接部可以是例如通过螺纹连接或焊接而附接到环的独立元件。在后一种情况下，附接部可以由与环的材料不同的材料制成，例如由铝或一种铝合金制成。

替代性地，附接部位于吸收罩体的侧面凸缘上，该凸缘径向向内或向外突出。

最后，需要注意的是，所述封装件本体包括盖体、沿着所述纵向方向远离所述盖体的底部、以及连接所述底部和所述盖体的封装件侧面本体，其中，旋入元件可以被组装到封装件本体的这三个元件中的任一元件上。

通过阅读下文中的非限制性细节描述，本发明的其它优点和特征将变得明显。

附图说明

参照附图进行说明，在附图中：

图1示出了根据本发明的优选实施例的用于运输和/或存储核燃料的辐射组件的透视图；

图2示出了沿着图1中的平面P剖切的横向截面图；

图3示出了装配到图1中示出的封装件上的振动吸收罩体的一部分的放大纵向截面图；

图4示出了图3中示出的吸收罩体的底部的一部分的透视图；

图5示出了前一附图中示出的底部的放大透视图，其中该底部结合有与附接螺钉相配合的附接部；

图6示出了沿着图5的平面P’剖切的横截面图；

图6a示出了根据替代性实施例的与图6的视图相类似的视图；

图7示出了封装件掉落而上吸收罩体着地的局部透视图；

图8为与图6的视图相类似的视图，其中组件处于通过图7中示出的掉落获得的变形构型；

图9示出了根据替代性实施例的与图5相类似的视图；

图9a为图9中示出的附接部的顶视图，其中组件处于通过图7中示出的掉落获得的变形构型；

图10示出了根据另一替代性实施例的与图5的视图相类似的视图；

图11和图12分别示出了与图6和图8相类似的视图，其中附接部为根据本发明的另一优选实施例；以及

图13和图14示出了分别与图6和图8相类似的视图，其中附接部为根据本发明的又一优选实施例。

具体实施方式

首先，参照图1和图2，示出了用于运输和/或存储核燃料的辐射组件的封装件。

封装件2(本发明的对象)限定出容置空腔4，容置空腔4内部放置有用于容纳燃料组件的也称作存储篮体的存储装置(未示出)。整套设备形成了用于运输和/或存储核燃料的辐射组件的容器。

封装件1具有纵向轴线6。在整个说明书中，术语“纵向”必须被理解为平行于纵向轴线6并且平行于封装件的纵向方向。而且，术语“横向”必须被理解为垂直于轴线6。

封装件2具有封装件本体8，封装件本体8限定空腔4并且设置有底部9、盖体11和侧面本体10，存储装置用于以竖向姿态靠置在底部9上，盖体11布置在对面的封装件纵向端部处，侧面本体10围绕并且沿着纵向轴线6(也就是沿着封装件的纵向方向)延伸。底部和盖体由此被布置在侧面本体10的两个纵向端部处。

底部9可以与侧面本体10的一部分制成一体，而盖体11本质上是可移除的，以便能够打开/密封侧面本体10的开口，其中篮体可通过侧面本体10的开口被引入/取出。

由于侧面内表面12具有大致圆筒形形状以及圆形横截面并且轴线与轴线6重合，因此侧面本体10是限定容置空腔4的部分。

在本优选实施例中，侧面本体10首先具有以纵向轴线6为中心的金属壁/套筒(ferrule)14。在外部，套筒14载带有翼片状热传导装置16以及中子防护装置18，中子防护装置18设计成对由容置在存储装置中的燃料组件发射出的中子形成屏障。

在靠近封装件本体的两个纵向端部的位置处装配有以轴线6为中心的振动防护环20。

此外，封装件1包括分别安装在其两个相对的纵向端部上的两个振动吸收罩体22，所述两个振动吸收罩体22使用纵向定向的附接螺钉24(靠近每个罩体的外周布置)附接到封装件本体8。图3示出了覆盖盖体的上罩体22的一部分。这里，例如数量介于4到12之间并且沿圆周方向分布的螺钉24被直接拧入到盖体11的螺纹口26中。替代性地，这些螺钉可以被附接到侧面本体10的套筒14上，并不脱离本发明的范围。

现在参照图3至图6，现在将更精确地描述被实施成将罩体22附接到盖体11上的装置。关于这一点，需要注意的是以下描述涉及将上罩体附接到盖体上，但相同的原理可以被应用于将下罩体附接到底部或侧面本体上。

在图3到图6中示出的优选实施例中，对罩体22进行的附接通过其底部28来执行，所述底部28设置成面对盖体的上表面。该底部可以被制成一体，或通过相互组装的多个元件获得。在附图中示出了后一种情况，其中底部28具有以轴线6为中心的圆盘形中央板30、围绕该圆盘布置的附接环32以及围绕附接环32布置的另一外周环34。这些元件30、32、34优选地相互焊接以便形成面对盖体11的上表面的底部。

如在图3中可以看到的，底部28对例如由木头制成的振动吸收层40加以支撑。

优选地由钢制成的环32装配有多个沿着圆周方向相继分布的附接部44。由此，图4至图6中示出的这些附接部44均由环32的角形扇区(angular sector)形成，每个角形扇区以与每个附接部44相关联的螺钉24的轴线50为中心。

每个附接部44包括外部52，外部52围绕轴线50在环32的整个厚度上延伸并且在所述外部52的中央限定出载带环形材料联接部54(以轴线50为中心)的孔。这里，联接部54位于孔的顶端，联接部54的上表面被布置在环32的上表面的延续部分中。从孔径向向内突出的联接部54仅在环的厚度的一部分上延伸，该厚度比优选地介于5至35之间。

联接部54在内部载带有套部56，套部56以轴线50为中心并且在内部限定出螺钉24的通过孔58。联接部54同样位于套部的顶端处，从而联接部54的上表面被布置在该套部56的上表面的延续部分中，其中套部56在与环32的厚度相等的厚度上延伸。

由此，联接部54被布置成：与在联接部下方形成在所述孔与套部56的外表面之间的槽60齐平。以轴线50为中心的槽60朝向下部在与通过孔58所开口的表面相同的表面上开口，其中该槽可以通过在环32的下表面上进行简单的环形加工获得。替代性地，在图6a中示出了另一构型，其中，联接部54被布置成沿着环32的厚度的方向在孔中居中，从而联接部在中部载带套部56。在这种情况下，下槽60和上槽60’位于该联接部54的两侧。

回到图6的实施例中，螺钉24穿过通过孔58，所述螺钉的支承头64具有比该通过孔58的直径更大的直径，其中，垫圈66可以置于螺钉24和通过孔58之间。而且，螺钉24的拧紧可以根据标准操作规程执行，以便不使垫圈受到太多的弯曲应力。

本发明的一个特征在于，材料联接部54形成了附接部44的可变形区域。该区域54被设计成：使得在外部偏压力作用在吸收罩体22上的情况下，例如在规定的自由落体测试(该测试引起螺钉24和通过孔58的内表面之间的接触应变)的情况下，该区域54塑性变形而螺钉24经受得住剪切破坏。

因此，在图7中示出的由于封装件掉落而罩体22着地而在罩体上产生外部偏压力的情况下(其中该外部偏压力具有由箭头62表示的至少一个横向分量)，罩体22有横向变形和/或移位的趋势，如果偏压力足够大的话可能产生的结果是，通过孔58的内表面与螺钉24的杆部之间产生接触并进而产生接触应变。

设计方案被设置成：使得在这种情况下，由联接部54形成的可变形区域的塑性变形先于螺钉24的剪切。因此，在振动期间，联接部54在穿过套部56的螺钉24施加的接触应变的作用下以塑性变形的方式被压溃。优选地，由于区域54的塑性变形，螺钉24能够经受住至少与在规定掉落测试(具体地，九米自由落体)期间承受的最大值相对应的接触应变的强度值相当的剪切破坏。

这里，联接部54的压溃变形能够通过该联接部的向上纵向膨胀实现，但主要是通过联接部54向下膨胀到槽60中实现，如图8所示。在图6a的情况下，该纵向膨胀通过向上和向下膨胀到两个槽60、60’中实现。

但需要指出的是，可变形区域是足够刚性的而不会在容器的正常操作条件下(特别是在运输或装卸作业期间)变形。

在图9中示出的替代性实施例中，外部52与套部56之间的接合部包括具有成角度分布的规则空间的空隙，从而呈现出多个将外部52连接到套部56的分支状元件54’，这些分支优选地在套部56的整个高度上延伸。由此这些分支54’通过横向延伸的空置空间(empty spaces)68相对于彼此成角度地间隔开，并且其中，分支54’在掉落的情况下塑性变形，如在图9a中看到的。

图10示出了替代性实施例，其中可变形区域并不在360°的角形扇区上延伸，而是在较小值的角形扇区上延伸。这里，有限的角形扇区70(例如90到180°之间)优选地通过以经过封装件的纵向轴线和螺钉24的轴线50的径向方向72为中心而被定向成朝向封装件的外部。这种定向能够在外部偏压力的横向分量沿着所述径向方向72朝向的情况下实现可变形区域的更好的响应。

需要指出的是，在该有限的角形扇区上，可变形区域可以例如在图6中是连续的，或例如在图9中具有空隙。

现在参照图11和图12，示出了另一优选实施例，其中，可变形区域54一直呈现环状部分的形状，该环状部分沿螺钉24的方向从孔径向向内突出，但该环状部分具有部分地限定通过孔58的内表面。以轴线50为中心的材料凹部74在环32的下表面上开口，并且具有比可变形部分54的内表面的直径大的直径。因此在这里，通过孔58由沿着纵向方向通过台肩76分开的两个部分形成。所述两个部分为突出部分54以及由凹部74形成的部分，其中，部分54可以在掉落的情况下通过纵向膨胀而塑性变形，如在图12中所示出的。

现在参照图13和图14，示出了另一优选实施例，其中，在前一实施例中进一步加工出在环32的上表面上开口并且以轴线50为中心的槽78，该槽78相对于凹部74径向向外延伸。

槽78和凹部74在它们两者之间限定出可塑性变形的材料联接部54，所述联接部54将径向向内突出并且部分地限定通过孔58的部分80连接到附接部44的外部52。

这里，联接部54在掉落的情况下的膨胀发生在槽78和/或凹部74中。

当然，图11到图14中示出的实施例也可以在有限的角形扇区上具有可变形联接部，如在图10中所描绘的。

当然，本领域普通技术人员能够对仅以非限制性示例的方式描述的本发明进行各种改型。

Claims (11)

1.一种用于运输和/或存储放射性材料的封装件(1)，所述封装件(1)包括沿着纵向方向延伸的封装件本体(8)，并且所述封装件(1)进一步包括至少一个安装在所述封装件本体的两个纵向相对的端部中的一个端部上的振动吸收罩体(22)，所述吸收罩体包括位于所述封装件本体上的附接部(44)，每个所述附接部限定有通过孔(58)，拧入到所述封装件本体中的元件(24)穿过所述通过孔(58)，

其特征在于，所述附接部(44)中的至少一个具有可变形区域(54)，所述可变形区域(54)被设计成：在作用到所述吸收罩体(22)上的外部偏压力引起拧紧的所述元件(24)与所述通过孔(58)之间的接触应变的情况下，产生塑性变形。

2.根据权利要求1所述的封装件，其特征在于，所述可变形区域(54)围绕拧紧的所述元件(24)在角形扇区(70)上延伸，所述角形扇区的至少一部分被定向成朝向所述罩体的外侧。

3.根据权利要求2所述的封装件，其特征在于，所述可变形区域(54)在所述角形扇区(70)上具有相对于彼此成角度地间隔开的多个元件(54’)。

4.根据前述权利要求中任一项所述的封装件，其特征在于，所述可变形区域(54)沿着拧紧的所述元件(24)的方向在比所述通过孔(58)的高度小的厚度上延伸。

5.根据权利要求4所述的封装件，其特征在于，所述可变形区域呈现材料联接部(54)的形状，所述材料联接部(54)设置成与缝隙或槽(60)齐平。

6.根据权利要求5所述的封装件，其特征在于，所述缝隙或槽(60)在与所述通过孔(58)所开口的表面相同的表面上开口。

7.根据权利要求6所述的封装件，其特征在于，所述材料联接部(54)呈环状并且在内部载带有限定所述通过孔(58)的套部(56)。

8.根据权利要求4所述的封装件，其特征在于，所述可变形区域为沿拧紧的所述元件(24)的方向径向向内突出的部分(54)，所述突出部分(54)部分地限定所述通过孔(58)。

9.根据前述权利要求中任一项所述的封装件，其特征在于，拧紧的所述元件(54)具有支承头(64)，所述支承头(64)具有比所述通过孔(58)的直径大的直径。

10.根据前述权利要求中任一项所述的封装件，其特征在于，所述附接部(44)与所述吸收罩体(22)的底部(28)成一体。

11.根据前述权利要求中任一项所述的封装件，其特征在于，所述封装件本体(8)包括盖体(11)、沿着所述纵向方向远离所述盖体的底部(9)、以及连接所述底部和所述盖体的封装件侧面本体(10)。