CN104919533A - 核燃料组件搬运装置 - Google Patents

Abstract

一种燃料组件搬运工具，其能够下降到燃料组件的顶喷嘴上，可靠地夹住顶喷嘴，从顶喷嘴上松开并且升离燃料组件的顶喷嘴。与顶喷嘴对接的工具机头具有能够锁定到燃料组件上的承载夹爪，在工具下降到燃料组件上时所述夹爪位于所述工具内部靠上的存储位置中。然后夹爪在抓取过程中下降就位，而在松开过程中所述夹爪回升到存储位置。在存储位置中，当工具机头搁置在喷嘴上时所述夹爪在燃料组件上方间隔开。

Description

核燃料组件搬运装置

相关申请的交叉参照

本申请要求2013年3月5日提交的美国专利申请序列号No.13/785,448的优先权，该申请题为“核燃料组件搬运装置”，该申请通过引用被结合到本文中，并且该申请根据35U.S.C.§119(e)要求2013年1月24日提交的题为“伸缩爪式废乏燃料组件搬运工具”的临时申请序列号No.61/756,136的优先权。

技术领域

本发明总体上涉及用于在核能发电设施内搬运核燃料组件的设备，更尤其涉及这样一件设备，该设备在进行对准以便夹住顶喷嘴时将不会缠结在燃料组件的顶喷嘴的部件中。

背景技术

在核反应堆电站中，燃料组件的一种设计由定向成方形阵列的多个燃料元件或多个燃料棒构成。对典型的压水堆而言，每个燃料组件中具有约200至300个这种细长的燃料棒。位于燃料组件两端的是引导冷却剂(通常为水)流动通过燃料组件的顶喷嘴和底喷嘴。散布在燃料棒之中的是中空管或套管，控制棒插入到所述中空管或套管中。控制棒包括中子吸收材料，并且所述控制棒被移入或移出多个引导套以有助于控制核反应。这些燃料组件还包括中央定位的测量管，其允许堆芯测量仪器在反应堆操作过程中插入。套管和测量管在顶喷嘴与底喷嘴之间突出。在顶喷嘴与底喷嘴之间，间隔设置了多个格栅以便为燃料棒提供侧向的支撑。顶喷嘴位于燃料组件的上端部，并且连接到引导套的一个端部以允许整个燃料组件的负荷自底喷嘴进行承载，底喷嘴连接到引导套的另一个端部，燃料组件的重量沿引导套向上传递至顶喷嘴。燃料组件的顶喷嘴和底喷嘴构造成有助于在操作过程中引导冷却剂通过所述燃料组件。在这个构造中，当燃料组件从顶喷嘴提升时燃料棒的重量由引导套承载而不是由燃料棒承载。

在平衡堆芯中，在典型的燃料组件从反应堆拆除并且通过换料管道在水下被运送到反应堆安全壳外的废乏燃料独立厂房中的废乏燃料池之前，所述燃料组件将经历三个操作循环。

在搬运燃料组件时，在反应堆顶盖以及上内部构件被拆除后，将夹具(例如换料起重杆或其他桥吊)布置在反应堆上并连接到燃料组件的顶喷嘴。然后由换料机将燃料组件从堆芯提升，换料机将燃料组件在水下运送通过位于反应堆容器上方的安全壳中的淹没区至燃料组件运送车上。运送车将燃料组件转移到水平位置，这样其可以穿过连接到废乏燃料池的换料通道。废乏燃料间中的单独的燃料搬运机将燃料组件立起并且将其运送到废乏燃料池内的支架内的适当位置。

如以上所述的为燃料组件的特定类型构建的废乏燃料组件搬运工具的现有的设计包括位于该搬运工具的工具机头下方的具有固定高度的夹爪。通过提升或下降驱动器使这些夹爪在闭锁位置与解锁位置之间枢转。此设计需要操作者将该工具下降到燃料组件上直到该工具搁置于燃料组件的顶喷嘴上。上述的现有的工具结合了必须由技术人员插入到顶喷嘴上的两个对准“S孔”中的两个对准“S销”。如果这些销与孔未正确对准，所述工具会下降到夹爪与顶喷嘴的限制弹簧接触或产生干扰的方位。这样的干扰会使夹爪在需要非正态恢复作用的压紧弹簧下锁定。在2012年的春天，一个换料机的夹爪下降到燃料组件上并且由于夹爪与顶喷嘴的相互作用而卡住，造成换料中断达七天的延误。在2012年的秋天，下降到燃料组件上的一废乏燃料工具因夹爪与顶喷嘴的相互作用而卡住，导致了18小时的延误。

换料操作通常决定电力中断的关键路径，电力中断期间必须以相对高的价格购买替代电能。使换料过程延迟的任何问题都必须尽可能避免。

因此，本发明的一个目的是提供一种燃料搬运工具设计，其不会不利地卡在顶喷嘴的部件中。

此外，本发明的另一目的是提供一种易于操作的工具设计。

发明内容

本发明的这些目的和其他目的通过具有构造成用于连接到桥吊或其他绞车上的吊环的燃料组件搬运工具来实现。吊环板则连接到吊环并由吊环自由地支撑。工具主体在上端处由吊环板自由地支撑，并且所述工具主体在吊环板和下端之间延伸，上端与下端之间的长度被设置成以便能够抵达燃料组件的顶喷嘴。工具机头连接到工具主体的下端并且所述工具机头的尺寸设置成用于将夹爪组件纳入撤回位置，使得当工具机头接触顶喷嘴或搁置在顶喷嘴上时夹爪组件与燃料组件的顶喷嘴脱离接触。该夹爪组件能够操作以在桥吊或其他绞车提升所述吊环时从夹爪组件的撤回位置向下延伸至伸展位置以便夹住燃料组件的顶喷嘴的一部分，从而支撑燃料组件。优选地，从所述吊环板可以使用驱动臂，并且所述驱动臂能够操作以将夹爪组件延伸至伸展位置或将夹爪组件撤回至撤回位置。

在一个实施例中，通过以直线运动相应地提升或下降所述驱动臂来将夹爪组件移动到撤回位置或伸展位置。在一个这样的实施例中，当降下驱动臂时夹爪组件完全地夹住燃料组件。理想地，夹爪组件可靠地锁定在该完全撤回位置中和完全伸出位置中。在另一个实施例中，燃料组件搬运工具包括从工具机头向下延伸的引导销，所述引导销用于使工具机头与燃料组件的顶喷嘴对准。

附图说明

当结合附图的内容进行阅读时，根据下文对优选实施例的描述可以进一步理解本发明。

图1为能够得益于本发明的搬运工具的燃料组件的局部剖视立面图，该燃料组件以竖直地缩短的形式示出，并且为清楚起见而去除了部分结构；

图2为示出了吊环、驱动器把手、主体以及工具机头的本发明的燃料组件搬运工具的一个实施例的透视图，并且主体以竖直地缩短的形式示出；

图3为图2所示的燃料组件搬运工具的剖视图；

图4为图3所示的工具机头的放大剖视图；

图5为夹爪显示为收回状态的工具机头的透视图；以及

图6为夹爪显示为处于伸展位置的工具机头的透视图。

具体实施方式

参看附图，尤其是图1，其示出了在压水堆中应用的类型的核燃料组件的立面图，所述核燃料组件以竖直地缩短的形式显示并且总体上用附图标记10表示。燃料组件10具有结构框架，所述结构框架在其下端包括底喷嘴12。在燃料组件10的使用寿命期间内，底喷嘴12将燃料组件10支撑于核反应堆(未显示)的堆芯区域中的下芯支撑板14上。除底喷嘴12以外，燃料组件10的结构框架还在其上端包括顶喷嘴16以及数个引导管或引导套18，所述数个引导管或引导套在底喷嘴12和顶喷嘴16之间纵向延伸，并且在相对的端部处刚性地附接至所述底喷嘴以及顶喷嘴。

燃料组件10还包括多个横向栅格20，以及细长的燃料棒22的定向阵列，多个横向栅格沿引导套18轴向地间隔开并且安装至所述引导套，而细长的燃料棒由栅格20横向地间隔开并且由栅格支撑。此外，组件10具有位于其中央的测量管24，并且所述测量管在底喷嘴12与顶喷嘴16之间延伸并且安装至底喷嘴以及顶喷嘴。在这种部件布置的情况中，燃料组件10形成为能够在不有害于多个部件的装配的情况下进行便捷地搬运的一体化单元。

如上所述，燃料组件10中形成阵列的燃料棒22通过沿燃料组件的长度间隔开的栅格20保持成彼此间隔开的位置关系。每个燃料棒22包括核燃料芯块26，并且在其相对的端部处由上端栓28和下端栓30闭合。芯块26保持成堆垛，所述堆垛通过设置在上端栓28与芯块的堆垛的顶端之间的气动弹簧32而保持成。由可裂变材料构成的芯块26用于产生反应堆的无功功率。液体慢化剂/冷却剂(例如水或含硼水)通过下芯支撑板14中的孔42向上泵送至燃料组件10。燃料组件10的底喷嘴12将冷却剂沿所述组件的燃料棒22向上传送，以便将其中产生的热量导出以用于产生有用功。冷却剂通过安置在燃料组件上的上芯板(未示出)中的孔排出堆芯。从顶喷嘴16向上延伸的压紧弹簧40抵靠上芯板的下侧安置，所述压紧弹簧用于下压燃料组件，抵抗由流动的冷却剂施加的向上的力。

为控制裂变过程，数个控制棒34能够在位于燃料组件10中的预定位置的引导套18中往复地运动。具体地，位于顶喷嘴16上方的棒簇控制机构36支撑控制棒34。该控制机构具有内螺纹式的圆筒形部件37，其被联接至驱动棒(未示出)以及多个径向延伸的倒钩或臂38。每个臂38互连到控制棒34，使得棒簇控制机构36能够操作以使控制棒在引导套18中竖直地移动以便由此控制燃料组件10中的裂变过程，其全部以公知方式进行。

为了对这样的反应堆进行换料，反应堆上方的换料区域被淹没，反应堆顶盖和上内部结构(包括上芯板)被拆去以便露出燃料组件。然后将换料机降下并启动以便与燃料组件的顶喷嘴16进行联接，并且夹住上缘44。图2示出了结合了本发明的原理的换料机的一个实施例，所述换料机用于与燃料组件联接并且提升燃料组件，而不会具有将提升装置的夹爪缠结在压紧弹簧40中或缠结在顶喷嘴其他部件中的危险。如图2所示的燃料组件搬运机构46基本上包括设计成连接到支撑工具的余部的吊环板60的吊环48。吊环48设计成用于连接到将使工具46提升或下降的桥吊上的吊钩。除吊环48和吊环板60外，所述工具包括进行提升和下降以操纵工具的夹持装置的把手52、用于分别将把手锁定在“接合”位置和“分离”位置的机构62、细长管状的工具主体54以及工具机头56。对准销58从工具机头的下部延伸，并且设计成用于插入到燃料组件10的顶喷嘴16的上表面的相应的开口中。本实施例中的工具机头56具有四个夹爪64，其中的三个夹爪可在图3和图4中看到，而所有四个夹爪则显示于图6所示的透视图中。但是应理解的是，可以使用任何数量的夹爪。根据本发明，夹爪64在处于图5所示的“分离”或“解锁”位置中时缩回到工具机头56内的存储位置中。夹爪64在被驱动到“接合”或“闭锁”位置时下降并旋转就位。工具的驱动由工具把手52的单线性运动实现。

如可从图3所示的剖视图看到的，工具的吊环48、管状壳主体54以及工具机头框架56均固定并且焊接或螺栓连接在一起。把手52销接至驱动杆，所述驱动杆能够在工具主体54内可滑动地运动，并且大体在工具的整个长度上延伸。驱动杆50在其下端附接至驱动器66，如在图4中更好显示的。驱动器66连接到四个“托架”68。夹爪64在附图标记70处分别销接到相应的托架68，但是所述夹爪能够转动。每个夹爪64具有一个架设在凸轮狭槽74中的凸起72。提升把手52时，与把手联接的驱动杆50提升驱动器66、四个托架68以及四个夹爪64。当通过提升把手52而提升夹爪64时，每个夹爪上的凸起72架设在凸轮狭槽中，所述凸轮狭槽使夹爪以凸轮槽的轮廓确定的特定方式旋转。在图4所示的图像中，所述工具处于“接合”位置。在提升把手52时，夹爪64将在行程的第一个半英寸左右处旋转大约10°的同时轻微升起。进而当把手继续提升时，由于凸轮狭槽从该节点处变成竖直状态，因此夹爪竖直地升起。如前所述，图5示出了工具机头56处于完全“分离”的状态，并且夹爪64完全缩回到工具机头外壳76内。图6显示了夹爪64处于完全伸展的并且“接合”的状态。

尽管本法发明在实施例中显示为使用了四个夹爪，并且分离位置和接合位置通过工具机头的单线性运动实现，以便使夹爪相对于工具把手充分地缩回或者充分地伸展，但是还可以构想出其他的布置，其中，上述的步骤可以借助任意数量的夹爪分别地实现。

虽然已经详细地描述了本发明的具体实施例，本专业技术人员应当理解，可以在本公开的总体教导的启示下对上文的本发明的那些细节作出各种修改和替换。因此，所公开的具体实施例仅用于说明，而非对本发明的范围进行限制，本发明的范围包括所附权利要求及其任何等效物的全部范围。

Claims (8)

1.一种燃料组件搬运工具，其包括：

构造成以便连接到桥吊或其他绞车的吊环。

连接到所述吊环以便由所述吊环自由地支撑的吊环板。

在上端处由所述吊环板自由地支撑的工具主体，所述工具主体在所述吊环板和下端之间延伸，并且所述上端和下端之间的长度设置成以便所述燃料组件搬运工具能够抵达燃料组件的顶喷嘴；以及

连接到所述工具主体的下端的工具机头，所述工具机头的尺寸设置成以便当所述工具机头接触或安置在所述顶喷嘴上时将夹爪组件纳入撤回位置，使得所述夹爪组件与所述燃料组件的顶喷嘴脱离接触，当所述桥吊或其他绞车提升所述吊环时，所述夹爪组件能够操作以从其撤回位置向下延伸至伸展位置，以便夹住所述燃料组件的顶喷嘴的一部分以支撑所述燃料组件。

2.根据权利要求1所述的燃料组件搬运工具，其包括能够从所述吊环板使用的驱动臂，并且所述驱动臂能够操作以将所述夹爪组件延伸至伸展位置或者将所述夹爪组件撤回至撤回位置。

3.根据权利要求2所述的燃料组件搬运工具，其中，通过以线性运动相应地提升或下降所述驱动臂而使所述夹爪组件移动至撤回位置或伸展位置。

4.根据权利要求3所述的燃料组件搬运工具，其中，在下降所述驱动臂时所述夹爪组件充分地夹住所述燃料组件。

5.根据权利要求3所述的燃料组件搬运工具，其中，所述夹爪组件包括：

用于夹住所述燃料组件的顶喷嘴的吊钩，所述吊钩具有从上端部分凸出的横向延伸的销；

连接到所述驱动臂的托架，所述托架和所述驱动臂一起提升并且下降，并且所述托架以能够枢转的方式连接到所述销的上端；以及

位于所述工具机头上的轨道，位于所述吊钩的上端部分上的横向延伸的销架设在所述轨道中，当所述托架由所述驱动臂提升或降下时所述吊钩枢转并升起。

6.根据权利要求5所述的燃料组件搬运工具，其中，当降下所述驱动臂时，所述轨道首先使所述吊钩下降，然后所述轨道在其行程的下部分中使所述吊钩枢转。

7.根据权利要求2所述的燃料组件搬运工具，其中，所述夹爪组件可靠地锁定在所述撤回位置中以及所述伸展位置中。

8.根据权利要求1所述的燃料组件搬运工具，其包括从所述工具机头向下延伸的引导销，所述引导销用于使所述工具机头与所述燃料组件的顶喷嘴对准。