CN105023623A - 核燃料组件修复装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核燃料组件修复装置，所述核燃料组件包括燃料棒、供所述燃料棒插设的骨架、设置于所述骨架下端的下管座，以及设置于所述骨架上端的上管座，所述上管座与所述骨架通过螺钉连接，所述核燃料组件的修复装置包括具有喇叭形开口的燃料篮、用于将所述核燃料组件固定在所述燃料篮中的喇叭口适配器、用于将所述上管座取下和安装的吊杆、及用于将待更换的所述燃料棒从所述骨架中抽出和用于将待插入的所述燃料棒插入所述骨架中的换棒钳。本发明的核然来燃料组件修复方法操作简介、安全、可靠，节约了大量的核资源。

Description

核燃料组件修复装置及方法

技术领域

本发明涉及一种核燃料组件修复装置及方法。

背景技术

核电站运行期间可能会造成的核燃料组件中的单棒破损，单棒破损损失效后的燃料组件将无法继续实现入堆再运行的功能。

目前，由于单棒破损的核燃料组件由于不具入堆运行的功能，而对损坏的核燃料组件也没有针对性的修复方法，所以只能更换新的核燃料组件，被损坏的核燃料组件只能被遗弃，导致了核资源的大量浪费。

发明内容

本发明的主要目的在提供一种核燃料组件修复装置和方法，旨在降低核资源的浪费。

为实现上述目的，一种核燃料组件修复装置，所述核燃料组件包括燃料棒、供所述燃料棒插设的骨架、设置于所述骨架下端的下管座，以及设置于所述骨架上端的上管座，所述上管座与所述骨架通过螺钉连接，所述核燃料组件的修复装置包括具有喇叭形开口的燃料篮、用于将所述核燃料组件固定在所述燃料篮中的喇叭口适配器、用于将所述上管座取下和安装的吊杆、及用于将待更换的所述燃料棒从所述骨架中抽出和用于将待插入的所述燃料棒插入所述骨架中的换棒钳。

优选地，所述喇叭口适配器包括上组件和下组件，所述上组件套设所述骨架，所述下组件具有多个夹钳，所述下组件套设在所述燃料篮的喇叭形开口处，并通过所述夹钳与所述燃料篮夹持固定，所述上组件与所述下组件固定连接。

优选地，所述核燃料组件修复装置还包括上管座适配器，所述上管座具有朝下延伸的两个第一销孔，所述上管座适配器上设置有与所述销孔位置对应的定位柱，所述上管座与所述上管座适配器通过所述销孔套设所述定位柱；所述定位柱的下端设置有撑片，所述销孔底部的周侧对应所述撑片设有卡持槽，所述上管座和所述上管座适配器通过所述撑片和所述卡持槽卡持而固定。

优选地，所述燃料棒朝上的一端设置有一卡持部，所述卡持部呈球形设置，所述换棒钳具有一管体，所述管体的前端设置有用于夹持所述夹持部的夹爪，所述夹爪具有相对设置的两个子夹爪，两个子夹爪之间还具有一沿所述管体的轴向延伸的抵接部。

优选地，所述核燃料组件修复装置还包括导向孔定位板，所述导向孔定位板用以当所述上管座拆卸后，安装于所述骨架的上端，所述导向孔定位板用于给所述燃料棒的抽出和插入定位导向。

优选地，所述核燃料组件修复装置还包括与所述换棒钳连接的载荷传感器和载荷分析仪，所述载荷传感器，用以检测所述换棒钳的荷载值，并将荷载值传送至所述载荷分析仪，所述载荷分析仪用以判断燃料棒是否被拉断。

优选地，所述核燃料组件修复装置还包括用于给备用螺钉胀形做胀形测试的胀形工具。

为实现上述目的，本发明还提供一种核燃料组件修复方法，该方法包括如下步骤：

将所述核燃料组件通过喇叭口适配器固定在燃料篮中；

将待修复的核燃料组件的上管座拆卸；

从所述核燃料组件中抽取待更换的燃料棒；

将新的燃料棒插入所述燃料棒的原始孔位中；

装上所述上管座。

优选地，上述操步骤是在硼水中进行的。

优选地，所述上管座的拆卸包括：在所述上管座上设置一上管座适配器，所述上管座适配器与所述上管座固定连接，拆卸上管座与核燃料组件的骨架之间的多个螺钉，通过吊杆连接所述上管座适配器，将所述上管座适配器及上管座同时竖直吊起。

优选地，所述上管座拆卸之后，以及从所述核燃料组件中抽取待更换的燃料棒之前还包括在核燃料组件的骨架上安装一导向孔定位板。

优选地，所述燃料棒的抽取包括：换棒钳将燃料棒夹持后，向上运行预设高度后停止运行，载荷传感器在此过程中将载荷数据传送至载荷分析仪，通过所述载荷分析仪分析重量记录曲线判断燃料棒是否被拉断。

优选地，判断燃料棒是否被拉断的过程包括：如果所述记录曲线中出现载荷值不变，则判断燃料棒被拉断，否则没有被拉断。

优选地，所述预设高度为100mm。

优选地，装上所述上管座的步骤包括：将所述上管座及所述上管座适配器共同装设在所述骨架上，用备用的螺钉将所述上管座与所述骨架螺接，移去所述上管座适配器。

优选地，所述上管座与所述骨架螺接后，通过胀形工具对多个备用的螺钉进行胀形测试，以判定所述新的螺钉胀形合格。

优选地，所述胀形测试包括：用第一预设力矩回装每个螺钉，然后用第二力矩对螺钉进行胀形后用第三力矩对螺钉做松开试验，以确保牢固。

本发明的核然来燃料组件修复方法操作简介、安全、可靠，节约了大量的核资源。

附图说明

图1是喇嘛口适配器将核燃料组件固定在燃料篮中的结构示意图；

图2是将垫高支撑架移动至燃料篮底部时的状态图；

图3是喇叭口适配器的下组件与燃料篮装配的结构示意图；

图4是喇叭口适配器的上组件和下组件共同将核燃料组件固定在燃料篮的装配结构示意图；

图5是上管座专用吊杆起吊上管座前的装配结构示意图；

图6是上管座专用吊杆起吊上管座的步骤流程图；

图7是换棒钳抽棒时与燃料棒的适配图；图中抵接部与燃料棒的卡持部抵接；

图8是换棒钳抽棒时与燃料棒的适配图；其中夹爪将燃料棒的卡持部卡持；

图9是换棒钳的部分结构示意图；

图10是导向孔定位板装配在核燃料组件上时的俯视图；

图11是胀形工具在给螺钉胀形时的步骤流程图。

核燃料组件10	骨架11	燃料棒12
			抵接部120	上管座13	稳固管111
螺钉130(胀形前)	螺钉130’(胀形后)	燃料篮20
			喇叭口适配器30	下组件31	上组件32
垫高支撑件40	吊杆50	上管座适配器60
			连接件70	换棒钳80	管体801
抵接部802	夹爪803	子夹爪803a
			导向孔定位板90	胀形工具100

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供一种核燃料组件修复方法。

该方法包括步骤如下：

步骤一、将待修复的核燃料组件10的上管座13拆卸；

步骤二、取出待更换的燃料棒12；

步骤三、将新的燃料棒插入所述燃料棒12的原始孔位中；

步骤四、装上所述上管座13。

参照图1，核燃料组件10包括骨架11、竖直插设于骨架内燃料棒12、设置于骨架11底部的下管座(图中未标示出)，以及设置于骨架11上端的上管座13。骨架11内燃料棒12的数量有200多根，骨架11上除了具有用于容纳燃料棒12的燃料孔之外，还具有用于连接所述上管座13的24根稳固管111，该稳固管111竖直延伸的(同所述燃料棒12并行，并且所述燃料棒12不设于所述稳固管111内)。所述上管座13开设有与所述24根稳固管111连接的通孔，24根稳固管111与上管座13上的通孔对应后，在所述通孔中装入螺钉，24根稳固管111与所述上管座13通过该螺钉螺接。该上管座11设置的目的一方面是增加所述燃料棒12的稳定性，防止燃料棒12在骨架11内上下窜动，另一方面防止外界的杂质进入燃料孔中，进而对核燃料组件10起到保护作用。

修复该核燃料组件10首要的就是要将所述上管座13拆除，而上管座13的拆卸比较难，并且，上管座13是无法直接拆卸的，原因是一方面没有对应上管座13拆卸的工具；另一方面，整个过程是在水下进行的，上管座上的24个螺钉难以定位，不利于拆卸。下面对上管座13的产拆卸作详细解释。

首先，参照图1和图2，在步骤一之前还需要用水下高清摄像装置对待修复的核燃料组件10进行外观检查，并将其吊装至升降机的燃料篮20内，确认组件方位和组件号正确且上管座13无异物。将待修复的核燃料组件10移至升降机的燃料篮20中，确认升降机的燃料篮20在距离水面2.6m自动停止，保证换棒操作在安全水屏蔽下执行，避免由于操作员误操作导致燃料被提出水面等事故。在燃料篮20中的底部设置一垫高支撑架40，将核燃料组件10放置在所述垫高支撑架40上。

参照图3和图4，在该核燃料组件10的外部设置一喇叭口适配器30，喇叭口适配器30包括下组件31和上组件32，上组件32和下组件31固定连接，上组件32用于与核燃料组件10的骨架的上端固定，下组件31用于与燃料篮20连接固定，以将该核燃料组件10固定。设置所述垫高支撑架40的目的是提高整个燃料组件10以使上管座13高出升降机的燃料篮20。所述燃料篮20的朝上的一端是具有一喇叭形开口的，喇叭口适配器30的下组件31具有四个夹钳，关闭四个夹钳，以将该喇叭口适配器30、燃料篮20，核燃料组件10相对固定。设置喇叭口适配器30目的在于将该核燃料组件10整体固定，以便下一步操作。

参照图1、图5和6，固定好所述喇叭口适配器30之后，在所述上管座13上设置一上管座适配器60，所述上管座13具有朝下延伸的两个第一销孔(图中未标示)，而所述上官座适配器60上设置有与所述销孔位置对应的定位柱(图中未标示出)，所述上管座13与所述上管座适配器60通过所述销孔套设所述定位柱而实现二者的相对固定；另外，所述销孔底部的周侧还设置有卡持槽，所述定位柱的下端还设置有撑片，当需要将所述上管座13与所述上管座适配器60固定时，所述撑片撑开，与所述卡持槽卡持配合；同样，当所述上管座13与所述上管座适配器60需要拆卸时，所述撑片收拢，以便二者分离。上管座13与所述上管座适配器60固定之后，记录上管座适配器60的高度，记为A。然后对上管座13上的24个螺钉逐一拆除。

由于2G与3G核燃料组件的上管座13螺钉不同，因此要根据修复组件类型正确选择对应的螺钉，避免螺钉类型错误导致上管座13安装卡死等事故。若修复3G组件，则先安装两个试验螺钉至试验模块内，用手旋紧后再松开1/4圈(参照图10)。实验模块设置在上管座适配器60的一侧，关于上管座适配器60将在下面的内容中讨论。

当24个螺钉全部拆除后，通过上管座13专用吊杆50将上管座13和上管座适配器60一同移出(专用吊杆50通过一连接件70与上管座适配器60连接)。如此便实现了上管座13的安全拆卸。

上管座13拆卸之后就是要对燃料棒12进行更换。

上管座13拆卸之后，燃料棒12裸露出来，然后要通过换棒钳80将燃料棒12吊出(参照图7)，但是考虑到燃料棒12本身比较长(大约4m)，在抽棒的过程中，燃料棒12可能被折损。于是在上管座13拆卸之后，在核燃料组件10的上端安装一导向孔定位板90(参照图10)，以为燃料棒12的抽棒导向。放置导向孔定位板90的过程中，要确认方位正确，因为导向孔定位板90是燃料棒位的导向装置，方位安装错误将位直接导致抽棒的棒位错误，因此要确保导向孔定位板90在安装中方位的绝对正确。

导向孔定位板90安装完毕之后，将换棒钳80定位，记录抽棒前高度，记为B，然后开始抽棒。

抽棒时要极为小心，以免异常情况发生。抽棒的具体操作流程如下。

核燃料组件修复装置还包括与所述换棒钳80连接的载荷传感器和载荷分析仪，所述载荷传感器，用以检测所述换棒钳的荷载值，并将荷载值传送至所述载荷分析仪，所述载荷分析仪用以判断燃料棒是否被拉断。燃料棒12抽出预设高度(优选100mm)时，分析重量记录曲线，确认燃料棒12没有被拉断(如果在100mm之间发现重量不变，那么很可能就是燃料棒被拉断了)，然后继续完成抽棒操作。并且，抽棒全过程关注载荷传感器及TV检查换棒钳80与导向孔定位板90接触良好，如有异常立即停止。抽棒完成后进行重量分析，检查重量最大值是否大于20daN，如大于则表明组件条带结构可能破坏；载荷限制器设置为100daN，确保在抽棒过程中拉力不大于50daN(工具自重为50daN)，避免拉断燃料棒12。如果发现燃料棒12在拉棒过程中，重量超过100daN而无法将燃料棒拉出，在这种情况下需要停止抽拉，然后向下推动几厘米后尝试重新抽拉，如果扔超载，则需要将整根燃料棒12插回。

抽棒完成之后，将抽出的燃料棒12放入临时贮存容器中并将临时贮存容器中的待替换新棒抽出，插入到核燃料组件10对应棒位中。插棒过程中，如载荷传感器值降为0，说明燃料棒12已经被插到底部，则立即中止插棒操作，插棒完成后需要进行重量曲线分析，检查重量最大值是否大于20daN，如果大于20daN，那么说明组件条带结构可能被破坏。如果在燃料棒完全被插入前换棒钳出现欠载，需要停止插棒后向上抽棒几厘米后，继续插棒。如果仍欠载，将燃料棒12抽出放置在临时贮存容器中。此处述及到的换棒钳80和换棒钳80是同一工具，该工具有抽棒功能和插棒功能。

另外，参照图7和图8，还需要说明的是，燃料棒12朝上的一端设置有一卡持部120，所述卡持部120呈球形设置。参照图9，换棒钳80具有一管体801，所述管体801的前端设置有用于夹持所述夹持部120的夹爪803，该夹爪803具有相对设置的两个子夹爪803a，两个子夹爪803a之间还具有一沿所述管体801的轴向延伸的抵接部802；当该换棒钳80用于抽棒时，所述抵接部802用于感触所述卡持部120，当该抵接部802与所述卡持部120接触时，即可判断该换棒钳已经移动到适合抓取燃料棒12的位置，此时只需两个子夹爪803a向中间靠弄即可将所述燃料棒12的卡持部120夹持，以便进一部抽棒，可以防止夹爪803夹空的情况发生。当该换棒钳80用于插棒时，通过松开两个子夹爪803a，然后按压所述抵接部802，可以将燃料棒12从换棒钳80的前端脱离，以免脱棒难的情况发生。

将燃料棒12插入临时贮存容器过程中，当高度快至底部时，提前停止升降机(换棒钳80的动力机构)，换用辅助吊车点动下降，避免由于升降机动作过快导致无法及时停止，造成燃料棒12临时贮存容器底部碰撞带来的损坏。由于升降机的控制方式没有辅助吊车快捷准确且慢速度较大，在燃料棒12快至容器底部时，很可能会无法及时停止导致燃料棒12顶到容器底部并受压的现象，风险较大。现改用辅助吊车点动控制，可以更实时地观察载荷的变化，且便于操作人员快捷准确的操作燃料棒12的下降动作，在载荷出现急变的瞬间能及时停止，完全避免了燃料棒12因受压过大导致损坏所带来的核安全事故。

插棒完成之后，需要将所述导向孔定位板90移出，用水下摄像机检查该核燃料组件10上无异物，并确认燃料棒高度正常。

导向孔定位板90移出之后，将上管座13和上管座适配器60安装在所述骨架11的上端，并确认上管座适配器60的高度与之前记录的A一致，然后回装24个螺钉，移出上管座适配器60。安装上管座13时，要求螺钉130先旋紧4圈，避免螺钉130在操作过程中由于就位不准掉落水池。通过先旋紧螺钉，能够提前预判螺钉130是否正确就位于导向孔内，且保证了不至于因水流等因素影响导致窜动，提高了安装螺钉130的准确性和可靠性。

参照图11，24个螺钉130的回装需要检查螺钉130是否胀形合格，操作步骤如下：首先用一定的力矩(优选8.5N·m，)回装每个螺钉130，然后用对螺钉130进行胀形操作，最后用一定力矩(优选1.5N·m)的力矩对螺钉做松开试验，保证无法松开。需要说明的是，螺钉130是空心的(如呈环柱状设置的螺钉本体和螺钉帽)，通过一胀形工具插设在螺钉130内部，然后通过力矩旋转该该胀形工具100，以对螺钉130内部施压，使螺钉130膨胀。

回装上管座13螺钉130要对其力矩值进行确认，避免过大或过小，螺钉130胀形同样需要确认力矩值，避免过小导致胀形效果不好或过大导致螺钉130损坏，此处，螺钉130胀形的力矩值优选15N·m。参照图11，胀形前的130和胀形后的130’。

用水下摄像装置对燃料组件10上管座13进行检查，确认无异物，并录像24个螺钉130’的胀形情况，打开喇叭口适配器30的四个夹钳，将修复后的燃料组件10吊回格架内存放；将替换下来的燃料棒12放入永久存储装置内，并贮存在水池格架中。

最后需要说明的是，上述操作过程都是在硼水下操作完成的。这是因为核燃料会释放出中子，而硼水对中子的吸收效果较好，如此便可以达到屏蔽辐射的效果。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (17)

1.一种核燃料组件修复装置，所述核燃料组件包括燃料棒、供所述燃料棒插设的骨架、设置于所述骨架下端的下管座，以及设置于所述骨架上端的上管座，所述上管座与所述骨架通过螺钉连接，其特征在于，所述核燃料组件的修复装置包括具有喇叭形开口的燃料篮、用于将所述核燃料组件固定在所述燃料篮中的喇叭口适配器、用于将所述上管座取下和安装的吊杆、及用于将待更换的所述燃料棒从所述骨架中抽出和用于将待插入的所述燃料棒插入所述骨架中的换棒钳。

2.如权利要求1所述的核燃料组件修复装置，其特征在于，所述喇叭口适配器包括上组件和下组件，所述上组件套设所述骨架，所述下组件具有多个夹钳，所述下组件套设在所述燃料篮的喇叭形开口处，并通过所述夹钳与所述燃料篮夹持固定，所述上组件与所述下组件固定连接。

3.如权利要求1所述的核燃料组件修复装置，其特征在于，所述核燃料组件修复装置还包括上管座适配器，所述上管座具有朝下延伸的两个第一销孔，所述上管座适配器上设置有与所述销孔位置对应的定位柱，所述上管座与所述上管座适配器通过所述销孔套设所述定位柱；所述定位柱的下端设置有撑片，所述销孔底部的周侧对应所述撑片设有卡持槽，所述上管座和所述上管座适配器通过所述撑片和所述卡持槽卡持而固定。

4.如权利要求1所述的核燃料组件修复装置，其特征在于，所述燃料棒朝上的一端设置有一卡持部，所述卡持部呈球形设置，所述换棒钳具有一管体，所述管体的前端设置有用于夹持所述夹持部的夹爪，所述夹爪具有相对设置的两个子夹爪，两个子夹爪之间还具有一沿所述管体的轴向延伸的抵接部。

5.如权利要求1所述的核燃料组件修复装置，其特征在于，所述核燃料组件修复装置还包括导向孔定位板，所述导向孔定位板用以当所述上管座拆卸后，安装于所述骨架的上端，所述导向孔定位板用于给所述燃料棒的抽出和插入定位导向。

6.如权利要求1所述的核燃料组件修复装置，其特征在于，所述核燃料组件修复装置还包括与所述换棒钳连接的载荷传感器和载荷分析仪，所述载荷传感器，用以检测所述换棒钳的荷载值，并将荷载值传送至所述载荷分析仪，所述载荷分析仪用以判断燃料棒是否被拉断。

7.如权利要求1所述的核燃料组件修复装置，其特征在于，所述核燃料组件修复装置还包括用于给备用螺钉胀形做胀形测试的胀形工具。

8.一种核燃料组件修复方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

将所述核燃料组件通过喇叭口适配器固定在燃料篮中；

将待修复的核燃料组件的上管座拆卸；

从所述核燃料组件中抽取待更换的燃料棒；

将新的燃料棒插入所述燃料棒的原始孔位中；

装上所述上管座。

9.如权利要求8所述的核燃料组件修复方法，其特征在于，上述操步骤是在硼水中进行的。

10.如权利要求8所述的核燃料组件修复方法，其特征在于，所述上管座的拆卸包括：在所述上管座上设置一上管座适配器，所述上管座适配器与所述上管座固定连接，拆卸上管座与核燃料组件的骨架之间的多个螺钉，通过吊杆连接所述上管座适配器，将所述上管座适配器及上管座同时竖直吊起。

11.如权利要求8所述的核燃料组件修复方法，其特征在于，所述上管座拆卸之后，以及从所述核燃料组件中抽取待更换的燃料棒之前还包括在核燃料组件的骨架上安装一导向孔定位板。

12.如权利要求8所述的核燃料组件修复方法，其特征在于，所述燃料棒的抽取包括：换棒钳将燃料棒夹持后，向上运行预设高度后停止运行，载荷传感器在此过程中将载荷数据传送至载荷分析仪，通过所述载荷分析仪分析重量记录曲线判断燃料棒是否被拉断。

13.如权利要求12所述的核燃料组件修复方法，其特征在于，判断燃料棒是否被拉断的过程包括：如果所述记录曲线中出现载荷值不变，则判断燃料棒被拉断，否则没有被拉断。

14.如权利要求12所述的核燃料组件修复方法，其特征在于，所述预设高度为100mm。

15.如权利要求8所述的核燃料组件修复方法，其特征在于，装上所述上管座的步骤包括：将所述上管座及所述上管座适配器共同装设在所述骨架上，用备用的螺钉将所述上管座与所述骨架螺接，移去所述上管座适配器。

16.如权利要求15所述的核燃料组件修复方法，其特征在于，所述上管座与所述骨架螺接后，通过胀形工具对多个备用的螺钉进行胀形测试，以判定所述新的螺钉胀形合格。

17.如权利要求16所述的核燃料组件修复方法，其特征在于，所述胀形测试包括：用第一预设力矩回装每个螺钉，然后用第二力矩对螺钉进行胀形后用第三力矩对螺钉做松开试验，以确保牢固。