CN107195348B - 一种用于一体化堆的换料系统 - Google Patents

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Abstract

本发明创造提供了一种用于一体化堆的换料系统，包括筒体，筒体内部支撑有中间轴，中间轴的下端设置有用于提取燃料的机械手，机械手与用于控制机械手运动的控制装置连接，中间轴与升降装置连接，中间轴能在升降装置的控制下做上、下运动，筒体与用于控制筒体旋转的旋转装置连接，中间轴上开有轴向方向的用于燃料通过的贯通孔，用于吊起废料的吊绳穿过贯通孔，吊绳的下端设置有吊钩，吊钩活动的设置在机械手的下端，吊绳的上端与起吊装置连接。本发明创造结构简单，操作方便，换料快，实用性强。

Description

一种用于一体化堆的换料系统
技术领域
本发明创造属于一体化反应堆的换料设备技术领域，尤其是涉及一种用于一体化堆的换料系统。
背景技术
一体化核反应堆随着堆芯的使用，燃料中的铀238逐渐消耗，需要通过更换燃料来维持反应堆的继续运行。而现有技术中反应堆燃料更换机构的设计，存在着设计复杂，制造价格昂贵等问题。反应堆使用的设备要求可靠性高，安全性好，换料时间短。
燃料换料系统设计的必要性：与现有轻水堆那种能直接往下看得见的换料相比，SPWR(小型加压水冷反应堆)较麻烦。这是为了提高SPWR的性能而不得己的事，即为了有效利用反应堆容器内的空间，堆芯上部设计得细。然而，与气冷堆或快堆的换料(现实)相比，又简单多了。此外，近年来机械手的发展很快，JPDR(日本动力示范堆)退役解体或海洋开发等在水中机械手的研制也发展很快。
与现有堆相比，SPWR换料所需的时间非常短。不管是使用还是不使用机械手装置，燃籵组件都不是人力所能提起的重量，仅仅是机械有点复杂。除去前后作业的时间.每座堆估计换料要1周时间。即，分3区换料，每座堆换40盒燃料，80盒燃料组件倒料.每盒组件换料时间为40分钟.每盒组件倒料时间为10分钟，总计为40小时。
发明内容
有鉴于此，本发明创造旨在提出一种用于一体化堆的换料系统，以提出一种能够精确定位、抓取、提升废弃燃料的安全可靠的反应堆换料系统，实现一体化核反应堆燃料的更换。
为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：
一种用于一体化堆的换料系统，包括筒体，筒体内部支撑有中间轴，中间轴的下端设置有用于提取燃料的机械手，机械手与用于控制机械手运动的控制装置连接，中间轴与升降装置连接，中间轴能在升降装置的控制下做上、下运动，筒体与用于控制筒体旋转的旋转装置连接，中间轴上开有轴向方向的用于燃料通过的贯通孔，用于吊起废料的吊绳穿过贯通孔，吊绳的下端设置有吊钩，吊钩活动的设置在机械手的下端，吊绳的上端与起吊装置连接。
进一步的，所述机械手包括第一机械臂和第二机械臂，第一机械臂的一端与中间轴的下端外壁铰接，第一机械臂的另一端与第二机械臂的一端铰接，第二机械臂的另外一端固接有用于放置吊钩的承托块，第二机械臂的另外一端还与控制装置连接，第二机械臂的臂长小于第一机械臂的臂长，控制装置通过提拉第二机械臂的另外一端来实现机械臂的平移。
进一步的，所述第一机械臂中部设置有用于燃料穿过的中空孔。
进一步的，所述吊绳的下端固接有吊钩座，吊钩座包括半球体和圆柱体，吊绳竖直放置时，圆柱体的轴线与吊绳重合，半球体的端面的中部与圆柱体的一端固接，圆柱体与半球体的端面垂直，圆柱体的另外一端面固接有吊钩，所述承托座上设置有与圆柱体和吊钩对应的定位孔，定位孔的孔径小于半球体的直径大于圆柱体的直径，吊钩和燃料分别能够穿过定位孔。
进一步的，所述升降装置包括第一电机，第一电机的输出轴与蜗杆连接，蜗杆与第一蜗轮啮合，中间轴靠近第一蜗轮的一侧设置有与第一蜗轮啮合的齿条，筒体内设置有支撑筒，中间轴穿过支撑筒，支撑筒与中间轴之间通过滑板轴承连接。
进一步的，所述支撑筒的外壁上设置有外轴肩，外轴肩下方的筒体的内壁上设置有内轴肩，外轴肩与内轴肩之间从上到下依次设置有止推轴承和第一径向轴承，止推轴承靠近外轴肩的一侧与外轴肩抵接，第一径向轴承靠近内轴肩的一侧与内轴肩抵接。
进一步的，所述支撑筒的下端设置有端盖，中间轴穿过端盖，靠近端盖的筒体的内壁设置有限位轴肩，限位轴肩与端盖之间设置有第二径向轴承，第二径向轴承的两端分别与限位轴肩和端盖抵接。
进一步的，所述控制装置包括第二电机，第二电机的旋转轴与上吊钢绳连接，筒体内设置有支撑筒，中间轴穿过支撑筒，第二电机设置在支撑筒的上端，支撑筒与中间轴之间通过滑板轴承连接，支撑筒的下端设置有端盖，端盖上设置有导向轮，上吊钢绳的自由端穿过支撑筒与中间轴之间的间隙后绕过导向轮与机械手的最下端连接。
进一步的，所述中间轴为方轴，筒体内设置有支撑筒，中间轴穿过支撑筒，贯通孔穿过中间轴和支撑筒，贯通孔的轴心线位于中间轴内，中间轴的贯通孔的开口所在的一侧的中间轴的侧壁与支撑筒的内壁上部之间设置有滑板轴承，与中间轴的贯通孔的开口所在的一侧侧壁相对的中间轴的侧壁与支撑筒的内壁下部之间设置有滑板轴承。
进一步的，所述机械手上设置有摄像装置或者照明装置。
相对于现有技术，本发明创造所述的一种用于一体化堆的换料系统具有以下优势：
(1)本发明创造结构简单，操作方便，换料快，实用性强；
(2)本发明创造的机械手采用了两个机械臂铰接的连杆机构，配合上吊钢绳的操作，可以快速的实现机械手的平移，结构简单，操作方便；
(3)本发明创造的升降装置采用了蜗轮蜗杆和齿条的配合，结构紧凑，效果好，更适合紧凑型的反应堆。
附图说明
构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：
图1为本发明创造实施例伸入到毒物罐内部的纵向剖视图；
图2为图1中A-A处的剖视图；
图3为图1中B-B处的剖视图；
图4为图1中C-C处的剖视图；
图5为图1中D-D处的剖视图；
图6为本发明创造实施例不同工作状态的结构示意图。
附图标记说明：
1、筒体；101、内轴肩；102、限位轴肩；103、固定座；2、中间轴；201、齿条；202、贯通孔；3、支撑筒；301、外轴肩；4、第一电机；5、蜗杆；6、第一蜗轮；7、第二电机；8、第一机械臂；801、中空孔；9、第二机械臂；10、承托块；11、止推轴承；12、第一径向轴承；13、第二径向轴承；14、端盖；15、导向轮；16、上吊钢绳；17、毒物罐内筒；18、吊绳；181、半球体；182、圆柱体；19、吊钩；20、滑板轴承；21、燃料组件；22、堆芯。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。
如图1至6所示，一种用于一体化堆的换料系统，包括筒体1，筒体1内设置有支撑筒3，筒体1与支撑筒3之间设置有径向轴承，支撑筒3内设置有方形的中间轴2，中间轴2穿过支撑筒3，支撑筒3与中间轴2之间通过滑板轴承20连接。中间轴2的下端设置有用于提取燃料的机械手，机械手与用于控制机械手运动的控制装置连接，中间轴2与升降装置连接。中间轴2能在升降装置的控制下做上、下运动，筒体1与用于控制筒体1旋转的旋转装置连接，中间轴2上开有轴向方向的用于燃料通过的贯通孔202，用于吊起废料的吊绳18穿过贯通孔202，吊绳18的下端设置有吊钩19，吊钩19活动的设置在机械手的下端，吊绳18的上端与起吊装置连接。筒体1的上端设置有用于与毒物罐固定的固定座103。
如图6所示，机械手包括第一机械臂8和第二机械臂9，第二机械臂9的臂长小于第一机械臂8的臂长，第一机械臂8的一端与中间轴2的下端外壁铰接，第一机械臂8的另一端与第二机械臂9的一端铰接，第二机械臂9的另外一端固接有用于放置吊钩19的承托块10，第二机械臂9的另外一端还与控制装置连接，控制装置通过提拉第二机械臂9的另外一端来实现机械臂的平移。第一机械臂8中部设置有用于燃料穿过的中空孔801。
如图6所示，吊绳18的下端固接有吊钩座，吊钩座包括半球体181和圆柱体182，吊绳18竖直放置时，圆柱体182的轴线与吊绳18重合，半球体181的端面的中部与圆柱体182的一端固接，圆柱体182与半球体181的端面垂直，圆柱体182的另外一端面固接有吊钩19，承托块10上设置有与圆柱体182和吊钩19对应的定位孔，定位孔的孔径小于半球体181的直径大于圆柱体182的直径，吊钩19和燃料组件21分别能够穿过定位孔。起吊装置将吊钩19放入承托块10内。
如图1和4所示，升降装置包括第一电机4，第一电机4设置在支撑筒3的上端，第一电机4的输出轴与蜗杆5连接，蜗杆5与第一蜗轮6啮合，中间轴2靠近第一蜗轮6的一侧设置有与第一蜗轮6啮合的齿条201。
如图1所示，支撑筒3的外壁上设置有外轴肩301，外轴肩301下方的筒体1的内壁上设置有内轴肩101，外轴肩301与内轴肩101之间从上到下依次设置有止推轴承11和第一径向轴承12，止推轴承11靠近外轴肩301的一侧与外轴肩301抵接，第一径向轴承12靠近内轴肩101的一侧与内轴肩101抵接。支撑筒3的下端设置有端盖14，中间轴2穿过端盖14，靠近端盖14的筒体1的内壁设置有限位轴肩102，限位轴肩102与端盖14之间设置有第二径向轴承13，第二径向轴承13的两端分别与限位轴肩102和端盖14抵接。
如图1和5所示，控制装置包括第二电机7，第二电机7设置在支撑筒3的上端，第二电机7的旋转轴与上吊钢绳16连接，上吊钢绳16缠绕在第二电机7的旋转轴上，端盖14上设置有上吊钢绳16的导向轮15，上吊钢绳16的自由端穿过支撑筒3的侧壁，然后穿过支撑筒3与中间轴2之间的间隙后绕过导向轮15与第二机械臂9的下端连接。
如图1、3、4所示，中间轴2为方轴，支撑筒3内的通孔与中间轴2的形状对应，贯通孔202穿过中间轴2和支撑筒3，也就是说贯通孔202一大部分在中间轴2上，一小部分在支撑筒3上，两者拼接成完整的贯通孔202，贯通孔202的轴心线位于中间轴2内。中间轴2的贯通孔202的开口所在的一侧的中间轴2的侧壁与支撑筒3的内壁上部之间设置有两个滑板轴承20，两个滑板轴承20分别设置在中间轴2上的贯通孔202的开口的两侧。与中间轴2上的贯通孔202的开口所在的一侧侧壁相对的中间轴2的侧壁与支撑筒3的内壁下部之间设置有滑板轴承20。为了操作方便，机械手上设置有摄像装置或者照明装置(图中未示)。
本发明创造的工作原理：
反应堆停堆后，从低温开始，打开干井的盖，取下主循环泵，然后装上底板，使反应堆内的水不会泄漏。打开与燃料冷却水池之间的阀门，将反应堆内的一回路冷却水排出。将本发明创造的筒体1插入毒物罐内部，由插销在毒物罐上板上将固定座103定位。毒物罐内筒17一部分经机械加工，起着对本发明创造的支撑作用(确定径向的位置)。
如图6所示，控制第二电机7，第二电机7收起上吊钢绳16，在上吊钢绳16的拉力作用下，第一机械臂8和第二机械臂9会摆动。第二机械臂9的下端受到向上的拉力时，第一机械臂8会围绕着第一机械臂8与中间轴2下端的铰接点做逆时针旋转，第二机械臂9围绕着第二机械臂9与第一机械臂8的铰接点做顺时针旋转，当上吊钢绳16变长时，第一机械臂8和第二机械臂9可以在重力的作用下做反方向运动。当上吊钢绳16提升到一定的高度时，第二机械臂9带着承托块10使得承托块10上的定位孔位于贯通孔202的正下方。
由起吊装置(可以选择绞车等实现起吊)将吊绳18下降，吊绳18带着吊钩19下降，一直到将吊钩19放到承托块10上。吊钩19放到位后，第二电机7反向运动将上吊钢绳16下放，此时第二机械臂9带动承托座摆动到需要提取的燃料组件21上方后，第二电机7停止工作。第一电机4启动，第一电机4带动蜗杆5转动，蜗杆5带动第一蜗轮6转动，第一蜗轮6带动中间轴2下降，直到吊钩19勾住燃料组件21后，第一电机4反向运行，在第一电机4的带动下，中间轴2上升，直到燃料组件21从堆芯22中完全提升出来后，第一电机4停止工作。此时第二电机7启动，将燃料组件21平移到贯通孔202的正下方后停止工作。启动起吊装置将燃料组件21完全从反应堆中移除(如图6所示)，如此往复循环，一根一根的将燃料组件21取出。
经过合理的设计第一机械臂8和第二机械臂9的臂长可以使得机械手的行程完全的覆盖堆芯22的半径。当第一机械臂8和第二机械臂9处于一条直线上时，吊钩19到达堆芯22的边缘，当承托块10的定位孔位于贯通孔202的正下方时，吊钩19位于堆芯22的中心。通过设置在毒物罐外部的旋转装置，旋转筒体1，使得机械手可以抓取360度内的燃料组件21，也就是通过旋转装置使得吊钩19的活动范围完全覆盖堆芯22。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于一体化堆的换料系统，其特征在于：
包括筒体(1)，筒体(1)内部支撑有中间轴(2)，中间轴(2)的下端设置有用于提取燃料的机械手，机械手与用于控制机械手运动的控制装置连接，中间轴(2)与升降装置连接，中间轴(2)能在升降装置的控制下做上、下运动，筒体(1)与用于控制筒体(1)旋转的旋转装置连接，中间轴(2)上开有轴向方向的用于燃料通过的贯通孔(202)，用于吊起燃料组件(21)的吊绳(18)穿过贯通孔(202)，吊绳(18)的下端设置有吊钩(19)，吊钩(19)活动的设置在机械手的下端，吊绳(18)的上端与起吊装置连接；
所述机械手包括第一机械臂(8)和第二机械臂(9)，第一机械臂(8)的一端与中间轴(2)的下端外壁铰接，第一机械臂(8)的另一端与第二机械臂(9)的一端铰接，第二机械臂(9)的另外一端固接有用于放置吊钩(19)的承托块(10)，第二机械臂(9)的另外一端还与控制装置连接，控制装置通过提拉第二机械臂(9)的另外一端来实现机械臂的平移；
所述第一机械臂(8)中部设置有用于燃料穿过的中空孔(801)；所述吊绳(18)的下端固接有吊钩座，吊钩座包括半球体(181)和圆柱体(182)，吊绳(18)竖直放置时，圆柱体(182)的轴线与吊绳(18)重合，半球体(181)的端面的中部与圆柱体(182)的一端固接，圆柱体(182)与半球体(181)的端面垂直，圆柱体(182)的另外一端面固接有吊钩(19)，所述承托块(10)上设置有与圆柱体(182)和吊钩(19)对应的定位孔，定位孔的孔径小于半球体(181)的直径大于圆柱体(182)的直径，吊钩(19)和燃料组件(21)分别能够穿过定位孔。
2.根据权利要求1所述的用于一体化堆的换料系统，其特征在于：
第二机械臂(9)的臂长小于第一机械臂(8)的臂长。
3.根据权利要求1所述的用于一体化堆的换料系统，其特征在于：
所述升降装置包括第一电机(4)，第一电机(4)的输出轴与蜗杆(5)连接，蜗杆(5)与第一蜗轮(6)啮合，中间轴(2)靠近第一蜗轮(6)的一侧设置有与第一蜗轮(6)啮合的齿条(201)，筒体(1)内设置有支撑筒(3)，中间轴(2)穿过支撑筒(3)，支撑筒(3)与中间轴(2)之间通过滑板轴承(20)连接。
4.根据权利要求3所述的用于一体化堆的换料系统，其特征在于：
所述支撑筒(3)的外壁上设置有外轴肩(301)，外轴肩(301)下方的筒体(1)的内壁上设置有内轴肩(101)，外轴肩(301)与内轴肩(101)之间从上到下依次设置有止推轴承(11)和第一径向轴承(12)，止推轴承(11)靠近外轴肩(301)的一侧与外轴肩(301)抵接，第一径向轴承(12)靠近内轴肩(101)的一侧与内轴肩(101)抵接。
5.根据权利要求3所述的用于一体化堆的换料系统，其特征在于：
所述支撑筒(3)的下端设置有端盖(14)，中间轴(2)穿过端盖(14)，靠近端盖(14)的筒体(1)的内壁设置有限位轴肩(102)，限位轴肩(102)与端盖(14)之间设置有第二径向轴承(13)，第二径向轴承(13)的两端分别与限位轴肩(102)和端盖(14)抵接。
6.根据权利要求1所述的用于一体化堆的换料系统，其特征在于：
所述控制装置包括第二电机(7)，第二电机(7)的旋转轴与上吊钢绳(16)连接，筒体(1)内设置有支撑筒(3)，中间轴(2)穿过支撑筒(3)，第二电机(7)设置在支撑筒(3)的上端，支撑筒(3)与中间轴(2)之间通过滑板轴承(20)连接，支撑筒(3)的下端设置有端盖(14)，端盖(14)上设置有导向轮(15)，上吊钢绳(16)的自由端穿过支撑筒(3)、支撑筒(3)与中间轴(2)之间的间隙后绕过导向轮(15)与机械手的最下端连接。
7.根据权利要求1所述的用于一体化堆的换料系统，其特征在于：
所述中间轴(2)为方轴，筒体(1)内设置有支撑筒(3)，中间轴(2)穿过支撑筒(3)，贯通孔(202)穿过中间轴(2)和支撑筒(3)，贯通孔(202)的轴心线位于中间轴(2)内，中间轴(2)的贯通孔(202)的开口所在的一侧的中间轴(2)的侧壁与支撑筒(3)的内壁上部之间设置有滑板轴承(20)，与中间轴(2)的贯通孔(202)的开口所在的一侧侧壁相对的中间轴(2)的侧壁与支撑筒(3)的内壁下部之间设置有滑板轴承(20)。
8.根据权利要求1所述的用于一体化堆的换料系统，其特征在于：
所述机械手上设置有摄像装置或者照明装置。
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