CN105397142B - 一种重水堆燃料元件裂变气体释放的钻孔装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种重水堆燃料元件裂变气体释放的钻孔装置，包括机架，机架上设置有密封座A（4），密封座A（4）内设置有用于安装重水堆燃料元件（3）的孔A，密封座A（4）依次连接有气体收集座（5）、管件（6）、密封座B（7）和电钻（8），电钻（8）的电机轴连接轴（2），轴（2）可转动地安装于的密封座B（7）的轴孔内，钻头（1）固定安装于轴（2）的下端，机架上固定安装有驱动电钻（8）的驱动装置（9）。本发明的有益效果是：能够在强放射性环境中实现对重水堆燃料元件进行钻孔，将裂变气体完全释放出来。

Description

一种重水堆燃料元件裂变气体释放的钻孔装置
技术领域
本发明涉及核燃料循环技术领域，具体地，涉及一种重水堆燃料元件裂变气体释放的钻孔装置。
背景技术
反应堆燃料元件的裂变气体释放率测量是辐照后检验的一项重要内容，它对于评价重水堆燃料组件以及同类燃料组件的设计、制造和性能改进提供依据。刺孔技术是将燃料棒包壳刺穿，利用压差将裂变气体完全释放出来，是进行裂变气体分析测量的关键环节，目前常用的刺孔方法有2种：机械刺孔和激光刺孔。国内外压水堆燃料元件裂变气体释放和收集装置普遍采用机械刺孔方式，主要是因为压水堆燃料元件空腔体积大，刺孔位置基本不受限制，刺孔深度和压力等参数容易控制；由于重水堆燃料元件自由空腔体积小（约0.5ml），近似于实芯棒，以及燃料元件支撑块对密封性的影响，刺孔位置和燃料元件静态密封困难，机械刺孔难以推广使用。激光刺孔，由于激光能量强，装置安装在热室内，技术参数不易控制，刺孔包壳可能破坏燃料芯块，甚至溶解燃料元件，长期使用，设备维护困难。
由于重水堆燃料元件自由空腔体积小（约0.5ml），近似于实芯棒，国内首次开展了重水堆燃料元件刺孔装置研究。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够在强放射性环境中实现对重水堆燃料元件进行钻孔、将裂变气体完全释放出来的重水堆燃料元件裂变气体释放的钻孔装置。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：
一种重水堆燃料元件裂变气体释放的钻孔装置，包括机架，机架上设置有密封座A，密封座A内设置有用于安装重水堆燃料元件的孔A，所述的密封座A上还设置有用于密封重水堆燃料元件与密封座A的孔A之间间隙的密封件，密封座A连接有气体收集座，气体收集座具有贯穿气体收集座且垂直于孔A的通孔B，密封座A上设置有连通孔A和通孔B的一端的孔C，气体收集座通过可轴向伸缩的管件连接密封座B，管件的一端连通通孔B的另一端，密封座B具有贯穿密封座B的轴孔，管件的另一端连通轴孔，孔C、通孔B、管件和轴孔均同轴设置，密封座A与气体收集座之间、气体收集座与管件之间、管件与密封座B之间均为密封连接结构；密封座B上安装有电钻，电钻的电机轴连接有轴，轴可转动地安装于密封座B的轴孔内，轴与轴孔之间设置有密封轴与轴孔之间间隙的动密封结构，轴的下部位于由管件、通孔B和孔C构成的通道内，钻头固定安装于轴的下端，机架上固定安装有驱动电钻沿轴的轴向往复运动的驱动装置。
使用时，将重水堆燃料元件插入密封座A的孔A，通过密封件密封重水堆燃料元件，开启真空系统，对系统抽真空，当系统真空度达到技术要求时，开启电钻电源，启动电钻，驱动装置驱动电钻，电钻的电机轴通过轴带动钻头旋转，高速旋转的钻头随电钻的轴向运动到重水堆燃料元件包壳表面，并钻穿重水堆燃料元件包壳，裂变气体开始释放，当钻头达到一定深度，驱动装置限制钻头移动，关闭电钻电源，驱动装置轴向撤出电钻，钻头离开重水堆燃料元件，裂变气体完全释放出来，进入气体收集座的通孔B进行收集，钻孔完成。动态密封结构实现钻孔过程中的动密封。
本发明能够在强放环境中将重水堆燃料元件的包壳刺穿，针对空腔体积小、类似实芯棒的重水堆燃料元件，实现定点和定位刺孔。
所述的机架上还安装有将密封座A的孔A内安装的重水堆燃料元件从孔A内顶出的卸料装置。当钻孔完成后，燃料元件无法取出时，可以使用卸料装置将燃料元件推出密封座A。
所述的驱动装置为驱动气缸A，驱动气缸A沿与轴的轴线平行的方向设置，电钻与驱动气缸A的活塞杆固定连接。
所述的孔A为贯穿密封座A的通孔，重水堆燃料元件从孔A的一端安装于密封座A内，所述的卸料装置包括驱动气缸B和推杆，驱动气缸B沿平行于孔A轴线的方向设置，驱动气缸B的活塞杆固定连接推杆，推杆位于密封座A的孔A内，并位于与重水堆燃料元件插入侧相对的一侧。使用驱动气缸B推动推杆，将重水堆燃料元件推出密封座A的孔A。
所述的密封座B为磁流体密封座，所述的轴为配合安装于磁流体密封座内的磁流体密封轴，磁流体密封轴与磁流体密封座间为密封轴与轴孔之间间隙的磁流体密封结构。磁流体密封轴采用金属软管密封，实现钻孔过程中的动态密封。在强放射性热室环境中首次采用磁流体密封技术，实现了刺孔过程中的动态密封。
所述的密封件为密封重水堆燃料元件与密封座A的孔A之间间隙的密封圈。密封圈设置于孔A与重水堆燃料元件之间，并通过形变密封重水堆燃料元件与密封座A的孔A之间的间隙。
所述的密封圈采用O型密封圈，将重水堆燃料元件插入密封座A的孔A后，密封圈密封重水堆燃料元件。在强放射性热室环境中，采用重水堆燃料元件局部密封，实现了对重水堆燃料元件的静态密封。所述的密封座A上还设置有用于将密封圈进行挤压实现密封的旋转手柄。从而，通过旋转手柄挤压密封圈密封重水堆燃料元件。
所述的机架具有用于支撑重水堆燃料元件的水平支架。
所述的可轴向伸缩的管件为波纹管。
所述的气体收集座设置有连通孔B的气体导出管，并将气体导出管连接系统管道。通过气体导出管将进入气体收集座的通孔B的裂变气体导出钻孔装置，并且，裂变气体经气体导出管进入系统管道。
综上，本发明的有益效果是：
1、建立了重水堆燃料元件裂变气体释放钻孔技术，能够在强放射性环境中实现对空腔体积小、类似实芯棒的重水堆燃料元件进行钻孔，将裂变气体完全释放出来，为重水堆燃料元件裂变气体测量工作提供重要支持。
2、根据重水堆燃料棒空腔体积小，类似实芯棒的特点，首次采用了机械钻孔技术对重水堆燃料元件进行定点和定位刺孔，实现重水堆燃料元件裂变气体释放。
3、为了保证钻孔装置的密封性能，在强放射性热室环境中首次采用燃料元件局部密封和磁流体密封技术，实现了钻孔装置的静态密封和刺孔过程中的动态密封。
4、本发明专利可用于重水堆燃料元件裂变气体释放的刺孔，也可推广应用于各种类型燃料元件刺孔，为燃料元件裂变气体测量中刺孔技术的选择提供了一种新方法。
5、本发明专利采用的磁流体密封技术为强放射性环境中的动态密封提供了一种新方法。
6、本发明实现了重水堆燃料元件裂变气体测量的刺孔，建立了重水堆燃料元件钻孔技术，为重水堆燃料元件裂变气体测量提供了重要技术支持；设计了钻孔装置，通过气动方式利用高速旋转的钻头将重水堆燃料元件包壳刺穿，裂变气体完全释放出来；采用燃料元件局部密封技术和动态磁流体密封技术，实现了燃料元件的局部静态密封和刺孔过程中的动态密封。设计了旋转手柄密封燃料元件，方便了机械手操作，减少了钻头刺孔过程中燃料元件的转动，能够保证不同燃料元件刺孔位置基本相同。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的剖视结构示意图。
图3是本发明设置水平支架时的结构示意图。
附图中标记及相应的零部件名称：
1-钻头，2-轴，3-重水堆燃料元件，4-密封座A，5-气体收集座，6-管件，7-密封座B，8-电钻，9-驱动装置，10-推杆，11-旋转手柄，12-水平支架，13-驱动气缸B。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例：
如图1、图2所示一种重水堆燃料元件裂变气体释放的钻孔装置，包括机架，机架上设置有密封座A4，密封座A4内设置有用于安装重水堆燃料元件3的孔A，所述的密封座A4上还设置有用于密封重水堆燃料元件3与密封座A4的孔A之间间隙的密封件，密封座A4连接有气体收集座5，气体收集座5具有贯穿气体收集座5且垂直于孔A的通孔B，密封座A4上设置有连通孔A和通孔B的一端的孔C，气体收集座5通过可轴向伸缩的管件6连接密封座B7，管件6的一端连通通孔B的另一端，密封座B7具有贯穿密封座B7的轴孔，管件6的另一端连通轴孔，孔C、通孔B、管件6和轴孔均同轴设置，密封座A4与气体收集座5之间、气体收集座5与管件6之间、管件6与密封座B7之间均为密封连接结构；密封座B7上安装有电钻8，电钻8的电机轴连接有轴2，轴2可转动地安装于密封座B7的轴孔内，轴2与轴孔之间设置有密封轴2与轴孔之间间隙的动密封结构，轴2的下部位于由管件6、通孔B和孔C构成的通道内，钻头1固定安装于轴2的下端，机架上固定安装有驱动电钻8沿轴2的轴向往复运动的驱动装置9。
使用时，将重水堆燃料元件3插入密封座A4的孔A，通过密封件密封重水堆燃料元件，开启真空系统，对系统抽真空，当系统真空度达到技术要求时，开启电钻8电源，启动电钻8，驱动装置9驱动电钻8，电钻8的电机轴通过轴2带动钻头1旋转，高速旋转的钻头1随电钻8的轴向运动到重水堆燃料元件3包壳表面，并钻穿重水堆燃料元件3包壳，裂变气体开始释放，当钻头1达到一定深度，驱动装置9限制钻头移动，关闭电钻8电源，驱动装置9轴向撤出电钻8，钻头1离开重水堆燃料元件3，裂变气体完全释放出来，进入气体收集座5的通孔B进行收集，钻孔完成。动态密封结构实现钻孔过程中的动密封。
本发明能够在强放环境中将重水堆燃料元件3的包壳刺穿，针对空腔体积小、类似实芯棒的重水堆燃料元件3，实现定点和定位刺孔。
所述的重水堆燃料元件3可为重水堆燃料棒。
所述的机架上还安装有将密封座A4的孔A内安装的重水堆燃料元件3从孔A内顶出的卸料装置。当钻孔完成后，燃料元件无法取出时，可以使用卸料装置将燃料元件推出密封座A4。
所述的驱动装置9为驱动气缸A，驱动气缸A沿与轴2的轴线平行的方向设置，电钻8与驱动气缸A的活塞杆固定连接。
所述的孔A为贯穿密封座A4的通孔，重水堆燃料元件3从孔A的一端安装于密封座A4内，所述的卸料装置包括驱动气缸B13和推杆10，驱动气缸B13沿平行于孔A轴线的方向设置，驱动气缸B13的活塞杆固定连接推杆10，推杆10位于密封座A4的孔A内，并位于与重水堆燃料元件3插入侧相对的一侧。使用驱动气缸B13推动推杆10，将重水堆燃料元件3推出密封座A4的孔A。
所述的密封座B7为磁流体密封座，所述的轴2为配合安装于磁流体密封座内的磁流体密封轴，磁流体密封轴与磁流体密封座间为密封轴2与轴孔之间间隙的磁流体密封结构。磁流体密封轴采用金属软管密封，实现钻孔过程中的动态密封。在强放射性热室环境中首次采用磁流体密封技术，实现了刺孔过程中的动态密封。
所述的密封件为密封重水堆燃料元件3与密封座A4的孔A之间间隙的密封圈。密封圈设置于孔A与重水堆燃料元件3之间，并通过形变密封重水堆燃料元件3与密封座A的孔A之间的间隙。
所述的密封圈采用O型密封圈，将重水堆燃料元件插入密封座A4的孔A后，密封圈密封重水堆燃料元件3。在强放射性热室环境中，采用重水堆燃料元件3局部密封，实现了对重水堆燃料元件3的静态密封。
所述的密封座A4上还设置有用于将密封圈进行挤压实现密封的旋转手柄11。从而，通过旋转手柄挤压密封圈密封重水堆燃料元件3。
如图3所示，所述的机架具有用于支撑重水堆燃料元件3的水平支架12。
所述的可轴向伸缩的管件6为波纹管。
所述的气体收集座5设置有连通孔B的气体导出管，气体导出管连接系统管道。通过气体导出管将进入气体收集座5的通孔B的裂变气体导出钻孔装置，并且，裂变气体经气体导出管进入系统管道。
如上所述，可较好的实现本发明。

Claims (10)

1.一种重水堆燃料元件裂变气体释放的钻孔装置，其特征在于，包括机架，机架上设置有密封座A（4），密封座A（4）内设置有用于安装重水堆燃料元件（3）的孔A，所述的密封座A（4）上还设置有用于密封重水堆燃料元件（3）与密封座A（4）的孔A之间间隙的密封件，密封座A（4）连接有气体收集座（5），气体收集座（5）具有贯穿气体收集座（5）且垂直于孔A的通孔B，密封座A（4）上设置有连通孔A和通孔B的一端的孔C，气体收集座（5）通过可轴向伸缩的管件（6）连接密封座B（7），管件（6）的一端连通通孔B的另一端，密封座B（7）具有贯穿密封座B（7）的轴孔，管件（6）的另一端连通轴孔，孔C、通孔B、管件（6）和轴孔均同轴设置，密封座A（4）与气体收集座（5）之间、气体收集座（5）与管件（6）之间、管件（6）与密封座B（7）之间均为密封连接结构；密封座B（7）上安装有电钻（8），电钻（8）的电机轴连接有轴（2），轴（2）可转动地安装于密封座B（7）的轴孔内，轴（2）与轴孔之间设置有密封轴（2）与轴孔之间间隙的动密封结构，轴（2）的下部位于由管件（6）、通孔B和孔C构成的通道内，钻头（1）固定安装于轴（2）的下端，机架上固定安装有驱动电钻（8）沿轴（2）的轴向往复运动的驱动装置（9）。
2.根据权利要求1所述的一种重水堆燃料元件裂变气体释放的钻孔装置，其特征在于，所述的机架上还安装有将密封座A（4）的孔A内安装的重水堆燃料元件（3）从孔A内顶出的卸料装置。
3.根据权利要求1所述的一种重水堆燃料元件裂变气体释放的钻孔装置，其特征在于，所述的驱动装置（9）为驱动气缸A，驱动气缸A沿与轴（2）的轴线平行的方向设置，电钻（8）与驱动气缸A的活塞杆固定连接。
4.根据权利要求2所述的一种重水堆燃料元件裂变气体释放的钻孔装置，其特征在于，所述的孔A为贯穿密封座A（4）的通孔，重水堆燃料元件（3）从孔A的一端安装于密封座A（4）内，所述的卸料装置包括驱动气缸B（13）和推杆（10），驱动气缸B（13）沿平行于孔A轴线的方向设置，驱动气缸B（13）的活塞杆固定连接推杆（10），推杆（10）位于密封座A（4）的孔A内，并位于与重水堆燃料元件（3）插入侧相对的一侧。
5.根据权利要求1所述的一种重水堆燃料元件裂变气体释放的钻孔装置，其特征在于，所述的密封座B（7）为磁流体密封座，所述的轴（2）为配合安装于磁流体密封座内的磁流体密封轴，磁流体密封轴与磁流体密封座间为密封轴（2）与轴孔之间间隙的磁流体密封结构。
6.根据权利要求1所述的一种重水堆燃料元件裂变气体释放的钻孔装置，其特征在于，所述的密封件为密封圈。
7.根据权利要求6所述的一种重水堆燃料元件裂变气体释放的钻孔装置，其特征在于，所述的密封座A（4）上还设置有用于将密封圈进行挤压实现密封的旋转手柄（11）。
8.根据权利要求1所述的一种重水堆燃料元件裂变气体释放的钻孔装置，其特征在于，所述的机架具有用于支撑重水堆燃料元件（3）的水平支架（12）。
9.根据权利要求1所述的一种重水堆燃料元件裂变气体释放的钻孔装置，其特征在于，所述的可轴向伸缩的管件（6）为波纹管。
10.根据权利要求1所述的一种重水堆燃料元件裂变气体释放的钻孔装置，其特征在于，所述的气体收集座（5）设置有连通孔B的气体导出管。
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