CN107636770B - 用于核反应堆系统的紧固件 - Google Patents

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Abstract

各种实施例涉及一种核闩锁组件。所述组件包括闩锁壳体和闩锁机构。所述闩锁机构包括突出构件。所述闩锁机构在突出构件上提供偏置力。除非突出构件上的相反的力抵消偏置力，否则所述突出构件至少部分地从闩锁壳体的表面突出。所述组件可以包括偏置构件，该偏置构件在突出构件上提供偏置力。所述组件可以包括螺栓。所述螺栓包括纵向轴线。包括在壳体中的孔的尺寸适合于接收螺栓。当孔接收螺栓时，壳体可围绕螺栓的纵向轴线旋转。所述闩锁机构包括接收突出构件、偏置构件、以及在突出构件和偏置构件之间的圆盘的侧孔。

Description

用于核反应堆系统的紧固件
优先权声明
本专利申请要求于2015年3月3日提交的题为NUCLEAR CORE SUPPORT FASTENER的美国临时专利申请序列号62/127608的优先权，其内容通过引用并入本文。
关于政府利益的声明
本发明是根据DOE授予的合作协议No.DE-NE0000633在政府支持下作出的。政府对本发明有一定的权利。
技术领域
本公开总体上涉及核反应堆，更具体地，涉及但不限于用于核反应堆系统的紧固件和耦合器。
背景技术
加压水反应堆包括核燃料组件。当位于核反应堆模块的反应堆压力容器内时，核燃料组件可以由具有加强肋(例如，前板)的挡板支撑。挡板通常围绕并提供核燃料组件的侧向支撑。这种结构通常被称为芯筒、挡板成形器筒组件或芯套管。挡板可以组装在螺栓组件或焊接组件中。核燃料组件的竖直约束通过上下芯板实现。在一些情况下，挡板提供将快中子反射回芯的次要功能。正是出于这些和其他担忧，提供以下公开内容。
发明内容
各种实施例涉及一种核闩锁组件。闩锁组件包括：闩锁壳体和闩锁机构。闩锁机构包括突出构件。所述闩锁机构在所述突出构件上提供偏置力。除非所述突出构件上的相反的力抵消所述偏置力，否则所述突出构件至少部分地从所述闩锁壳体的表面突出。在一些实施例中，所述突出构件可以是球形构件。所述闩锁组件还包括偏置构件，所述偏置构件在球形构件上提供偏置力。
在至少一个实施例中，闩锁组件还包括圆柱形构件。圆柱形构件包括纵向轴线。包括在所述闩锁壳体中的孔的尺寸适合于接收所述圆柱形构件。当所述孔接收所述圆柱形构件时，所述闩锁壳体可围绕所述圆柱形构件的纵向轴线旋转。圆柱形构件可以是螺栓。所述闩锁机构还可包括接收所述突出构件的侧孔、在所述突出构件上提供偏置力的偏置构件、以及在所述突出构件和所述偏置构件之间的盘。
在一些实施例中，所述闩锁机构还包括在所述突出构件上提供偏置力的偏置构件。闩锁机构还可以包括能够通过调节所述偏置构件上的预负载来调节所述偏置力的调节构件。调节构件可以是固定螺丝。闩锁组件可以包括螺母和垫圈。该垫圈设置在所述螺母和所述闩锁壳体之间。所述垫圈使所述闩锁壳体的旋转脱离所述螺母的旋转。
在至少一个实施例中，当所述突出构件至少部分地从所述闩锁壳体的表面突出，使得所述突出构件邻近另一表面设置时，所述突出构件将所述偏置力的至少一部分传递到另一表面。偏置力的传递产生摩擦扭矩。为了使闩锁壳体围绕基本上横向于闩锁壳体的表面的旋转轴线旋转，必须将克服摩擦扭矩的最小扭矩施加到闩锁壳体。
一些实施例涉及一种核反应堆系统。核反应堆系统可以包括支撑板和闩锁组件。支撑板包括在大致径向上延伸超过所述支撑板的周边的凸缘。所述凸缘包括具有纵向孔轴线的孔。闩锁组件包括具有纵向闩锁轴线的闩锁壳体。闩锁壳体设置在所述凸缘上方。所述闩锁壳体可以被配置和设置成用于至少第一和第二旋转方位。当闩锁壳体处于第一旋转方位时，所述纵向闩锁轴线基本上与凸缘的纵向孔轴线对准。而且，所述闩锁壳体可通过凸缘的孔接收，使得闩锁壳体不会限制所述支撑板向上位移。相反，当闩锁壳体处于第二旋转方位时，所述纵向闩锁轴线基本上横向于纵向孔轴线。而且，所述闩锁壳体不能通过凸缘接收，使得闩锁壳体限制了所述支撑板向上位移。
在一些实施例中，该系统还包括芯筒。芯筒包括在大致径向上延伸超过芯筒的周边的支撑块。支撑板的凸缘竖直地设置在支撑块与闩锁壳体之间。所述支撑块限制支撑板向下位移。当闩锁壳体处于第一旋转方位时，支撑板被固定和/或锁定到芯筒。
在各种实施例中，所述闩锁组件还包括细长构件。该细长构件延伸穿过所述凸缘和所述闩锁壳体的主要孔。所述闩锁壳体围绕所述细长构件在所述第一和第二旋转方位之间旋转。该细长构件可以是螺栓。所述闩锁壳体的所述第一和第二旋转方位之间的相对角度差可以大约为90°。
在至少一个实施例中，所述凸缘的上表面包括凹口。当所述闩锁壳体处于所述第二旋转方位时，所述凹口接收从闩锁壳体的下表面突出的至少一部分闩锁机构。当被凹口接收时，从闩锁壳体的下表面突出的闩锁机构的这部分阻止闩锁壳体远离第二旋转方位旋转。在各种实施例中，该系统还包括闩锁机构。闩锁机构至少部分地容纳在所述闩锁壳体内。闩锁机构至少包括球形构件、在所述球形构件上提供偏置力的偏置构件、以及用于调节所述偏置力的大小的固定螺丝。固定螺丝可以是调节机构。一种系统还可以包括：设置在闩锁壳体上方的螺母。该螺母限制闩锁壳体向上位移。
一些实施例涉及一种用于支撑核反应堆芯的设备。所述设备包括芯筒、支撑板、以及闩锁组件。芯筒至少部分围绕核反应堆芯。闩锁组件包括闩锁壳体。所述闩锁壳体的第一旋转将所述支撑板牢固地耦合到所述芯筒。所述闩锁壳体的第二旋转使所述支撑板脱离所述芯筒。所述闩锁壳体的第一旋转和第二旋转均小于180°。
在至少一个实施例中，所述支撑板是设置在所述芯筒上方的上支撑板。在其他实施例中，所述支撑板是设置在所述芯筒下方的下支撑板。所述闩锁壳体包括第一不对称形状。所述支撑板包括具有第二不对称形状的孔。当所述闩锁壳体旋转到所述第二旋转时，所述闩锁壳体的第一不对称形状与孔的第二不对称形状对准。当闩锁壳体旋转到第一旋转时，所述闩锁壳体的第一不对称形状与所述孔的第二不对称形状不对准。
当所述第一和第二非对称形状对准时，所述闩锁壳体可被所述支撑板的所述孔接收。当所述第一和所述第二非对称形状是不对准时，所述闩锁壳体不可被所述孔接收。所述支撑板可以包括阻止所述闩锁壳体的第二旋转的凹口。芯筒包括支撑块。支撑板的一部分竖直地在闩锁壳体和支撑块之间。在至少一个实施例中，该设备包括工具。该工具被远程致动，以使所述闩锁壳体旋转到所述第一旋转或所述第二旋转中的至少一个。
附图说明
下面参照附图，详细描述本发明的优选和替代示例。
图1是示出核反应堆系统的示例性实施例的示意图；
图2A是示出核反应堆系统的一部分中的循环路径的侧视图的示意图；
图2B是示出图2A的核反应堆系统的部分中的循环路径的俯视图的示意图；
图3A示出了包括多个闩锁组件并且与各种实施例一致的核反应堆系统的另一实施例的纵截面的离轴视图；
图3B示出了图3A的核反应堆系统的纵截面的剖视图；
图3C示出了图3A-3B的核反应堆系统的俯视图；
图3D示出了将上或下支撑板的凸缘耦合并锁定到相应的上或下支撑块的闩锁组件的剖视图；
图3E示出了图3D的闩锁组件和支撑块的剖视图；以及
图3F示出了图3D和3E的闩锁组件的特写侧视图。
具体实施方式
下面参照附图更全面地描述各种实施例，附图通过说明的方式示出了可以实践本发明的具体实施例。然而，实施例可以以许多不同的形式体现，并且不应被解释为限于本文所阐述的实施例。除其他之外，各种实施例可以是方法、系统、媒体或装置。因此，以下详细描述不应该是限制性的。
在整个说明书和权利要求书中，以下术语具有在本文明确相关的含义，除非上下文另有明确规定。术语“本文”是指与本申请相关联的说明书、权利要求书和附图。尽管可以，但是在本文中使用的短语“在一个实施例中”不一定表示相同的实施例。此外，尽管可以，但是在本文中使用的短语“在另一实施例中”不一定表示不同的实施例。因此，如下所述，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，本发明的各种实施例可以容易地组合。
此外，如本文所使用的，术语“或”是包含的“或”运算符，并且等同于术语“和/或”，除非上下文另有明确规定。术语“基于”不是排他性的，并且允许基于未描述的其他因素，除非上下文另有明确规定。
本公开描述了用于一个或多个核反应堆系统的支撑结构的实施例。在各种实施例中，支撑结构可以包括耦合支撑结构的部件的一个或多个闩锁组件。支撑结构可以包括芯筒、上支撑板和下支撑板以及其他部件。在一些实施例中，闩锁组件可以在锁定和解锁状态之间转换。当处于锁定状态时，闩锁组件耦合并锁定两个或更多个部件。在至少一个实施例中，当处于锁定状态时，闩锁组件将支撑板耦合并锁定到芯筒。闩锁组件可以通过将闩锁组件的闩锁壳体旋转小于360°而在锁定状态和解锁状态之间转换。在至少一个实施例中，闩锁组件可以通过将闩锁壳体旋转大约90°而在锁定状态和解锁状态之间转换。闩锁组件可被偏置，以保持在锁定位置。因此，需要最小扭矩，以将闩锁组件转换回解锁状态。这种偏置降低了从锁定状态无意中转换到解锁状态的可能性。在一些实施例中，闩锁组件的一部分被偏置，以与处于锁定位置的核反应堆系统的一部分接合。
各种实施例可以以任何组合的方式不包括本文所描述的任何特征，或包括一个、一些或全部特征。至少由于上述偏置，闩锁组件可以在大负载下保持在锁定状态，例如但不限于由地震事件生成的负载。此外，闩锁组件可以在换料检修期间有助于有效地进入反应堆芯。因此，闩锁组件的各种实施例可以比传统紧固件更有效，例如但不限于诸如螺栓、螺钉等紧固件。紧固件可以是螺纹紧固件。在一些实施例中，闩锁组件可以有助于有效地去除反应堆系统部件，以进行定期检查。因此，闩锁组件可以比传统紧固件更有效。
闩锁组件的各种实施例减少了耦合两个或多个反应堆系统部件所需的紧固件数量。例如，在至少一个实施例中，可以采用四个闩锁组件来耦合两个或多个反应堆系统部件。
在至少一些实施例中，闩锁组件可以包括相对物理上较小的部件。因此，本文所述的闩锁组件的各种实施例仅最小程度地影响反应堆冷却剂的流动，例如但不限于主要冷却剂。例如，当在芯支撑组件的外部耦合芯支撑部件时，闩锁组件可以减少通过反应堆芯的内部流动路径的主要冷却剂流的阻塞。闩锁组件的各种实施例可以通过例如足够小以驻留在反应堆容器和芯筒之间来减少在芯支撑组件和反应堆压力容器之间的环形空间中的主要冷却剂流的阻塞。闩锁组件使得能够以减少数量的闩锁组件将芯支撑组件的部件耦合。例如，两个部件可以通过采用八个闩锁组件而被牢固地耦合。在一些实施例中，闩锁组件可以被远程致动。因此，可以通过无需自动化工具或驱动器将一个或多个闩锁组件转换到解锁位置，来拆卸芯支撑组件。
在附图和下面的描述中阐述本说明书中描述的主题的一个或多个实现方式的细节。通过说明书、附图和权利要求，主题的其他特征、方面和优点将变得显而易见。
图1是包括芯支撑组件25和中子反射器15的核反应堆系统100(核反应堆)的示意图。在一些实施例中，核反应堆系统100是商用动力加压水反应堆，该反应堆利用主要冷却剂40的自然循环来冷却核芯20并通过一个或多个热交换器50、60将热量从核芯20传递到次要冷却剂。将热量传递到次要冷却剂可产生蒸汽或过热蒸汽。在各种实施例中，次要冷却剂可以至少包括水。蒸汽可以驱动发电设备，例如但不限于蒸汽轮机。在将能量传递到发电设备时，次要冷却剂被冷凝并返回到一个核芯20，以再次加热。在一些实施例中，芯支撑组件25可以包括一个或多个闩锁组件，例如但不限于图2A的闩锁组件219或图3A-3F的闩锁组件319。闩锁组件的各种实施例将核反应堆系统100的一个或多个部件机械耦合，例如但不限于芯支撑组件25。因此，闩锁组件可以是耦合器。在至少一个实施例中，闩锁组件是紧固件。
对于图1的核反应堆系统100，反应堆芯20位于圆柱形或胶囊形反应堆容器70的底部。在各种实施例中，反应堆芯20包括多个核燃料组件和多个控制杆。核燃料组件包括裂变材料。当核燃料组件和控制杆被充分分开时，裂变材料可能经历核反应，例如但不限于裂变反应。以这种方式，主动地控制控制杆的位置，使得能够至少控制核反应的速率，从而控制发电速率。
在一些实施例中，核反应堆系统100的操作至少部分地是被动操作。例如，核反应堆系统100可能缺少循环主要冷却剂的循环泵。相反，核反应堆系统100可以至少部分地利用物理定律，以确保在正常操作和紧急情况下维持核反应堆系统100的安全运行至少持续可预先定义的一段时间，而无需操作人员的干预或监督。例如，至少主要冷却剂40的流动可以通过对流来驱动。
圆柱形或胶囊形安全壳10围绕反应堆容器70并且部分或完全浸没在反应池中，例如，在水线90之下。如图1所示，在一些实施例中，水线90可处于或恰好在反应堆舱5的顶表面35下方。反应堆容器70和安全壳10之间的体积可以被部分或完全抽空，以减少从反应堆容器70到反应池的热传递。然而，在其他实施例中，反应堆容器70和安全壳10之间的体积可以至少部分地填充有增加反应容器70和安全壳10之间的热传递的气体或液体(或两者)。反应堆容器70可以将主要冷却剂40容纳至冷却剂管线80。
在图1所示的实施例中，反应堆芯20浸没在液体内，例如但不限于水。液体可以包括硼或其他添加剂。处于核芯20内或与核芯20相邻的主要冷却剂40经由核芯20产生的热量加热。加热的主要冷却剂40在与反应堆芯20的表面接触之后经由对流大致向上流动到通道30中。加热的主要冷却剂40的大致向上流动由位于立管的通道30内的主要冷却剂40内的箭头表示。主要冷却剂40向热交换器50和60提供热量，并且在热交换器50和60上行进时被冷却。在从热交换器50和60的顶部显露出来之后，冷却的主要冷却剂40大致向下流动，主要由沿着反应堆容器70的内壁的密度差驱动。这种主要冷却剂40的对流流动能够实现从主要冷却剂40到热交换器50和60的热交换。在到达反应堆容器70的底部时，主要冷却剂40再次与反应堆芯20热接触并被再次加热。再次加热的主要冷却剂40再次通过通道30向上流动，以继续对流流动循环。虽然热交换器50和60在图1中被示为两个不同的元件，但是热交换器50和60可以表示任何数量的线圈，例如但不限于围绕立管的至少一部分缠绕的螺旋线圈。
为了总结上述讨论，核反应堆系统100的正常操作以以下方式进行：加热的主要冷却剂40上升通过立管中的通道30并与热交换器50和60热接触。当与热交换器50和60热接触时，主要冷却剂40将其热能的至少一部分提供给热交换器50和60并稍微冷却。稍微冷却的主要冷却剂40朝向反应堆容器70的底部下沉。在图1所示的示例性实施例中，反应堆容器70内的主要冷却剂40保持在高于大气压的压力下，从而允许冷却剂保持高温，而不蒸发或沸腾。
热交换器50和60内的次要冷却剂(未示出)经由从主要冷却剂40提供给热交换器50和60的热能加热。热交换器50和60内的加热的次要冷却剂可开始沸腾或蒸发。通过沸腾次要冷却剂而产生的蒸汽可以用于驱动将蒸汽的热能转换成电能的一个或多个涡轮机。冷凝后，次要冷却剂返回到热交换器50和60的基座附近的位置。
芯支撑组件25的各种实施例为芯20中的燃料组件提供轴向(或竖直)支撑。轴向支撑可设置在燃料组件的顶部、底部或两端。芯支撑组件25通过安装为分别与芯支撑组件25的顶端和底端相邻的上和下支撑板竖直地限制芯20中的燃料组件。燃料组件的侧向约束可以用围绕芯20的芯支撑组件25的固体或半固体壁实现。在正常操作期间以及紧急事件(例如，地震事件)期间，芯支撑组件25通常将燃料组件限制在芯20中。
在图1所示的实施例中，反射器15和反应堆容器70之间的降液管区域可以为主要冷却剂40提供流体路径。由于至少对流，在容器70顶部的加热的主要冷却剂40可以在立管和反应堆容器70之间的环形空间中朝向容器70的底端向下流动。流体路径用通道输送主要冷却剂40，该主要冷却剂还未再循环通过芯20，以与反射器15的至少一个表面对流接触，以便冷却反射器15。
单独或组合地，反射器15或芯支撑组件25可以提供燃料组件、控制杆组件和芯内仪器的竖直方向的结构支撑和稳定性。此外，反射器15或芯支撑组件25中的一个或多个可以包括当浸没在主要冷却剂40中并且靠近或相邻于操作芯时的至少60年的平均故障时间(MTTF)。因此，反射器15或芯支撑组件25中的至少一个可以是防辐射的和/或耐辐射的。
此外，反射器15或芯支撑组件25中的至少一个可以被配置和设置成形成闭合的自然循环回路，同时使在无源对流循环下操作的核反应堆系统100中的流动阻力最小化，如至少图1所示。在一些实施例中，主要冷却剂40的热传递是无源对流循环的主要驱动力。在至少一个实施例中，无源对流循环不由核反应堆系统100内的一个或多个泵辅助。反射器15或芯支撑组件25中的至少一个可以至少部分地将芯20中产生的中子反向散射回芯20，并且为反应堆容器70和安全壳10提供中子和/或γ射线屏蔽。
图2A是示出核反应堆系统200的一部分中的循环路径的侧视图的示意图。图2B是示出图2A的核反应堆系统200的一部分中的循环路径的俯视图的示意图。图2A-2B的核反应堆系统200可以包括与图1的核反应堆系统100相似的特征。例如，图2A-2B所示的核反应堆系统200的部分可以包括在图1的核反应堆系统100中，或包括在另一核反应堆系统中。与核反应堆系统100一样，核反应堆系统200可采用至少主要冷却剂250的无源对流循环。
核反应堆系统200的各种实施例包括闩锁组件219。闩锁组件219可以经由远程致动的工具290远程操作。核反应堆系统200包括主要冷却剂250的流动，该主要冷却剂大致从反应堆容器210的顶端朝向反应堆容器210的底端被动地对流循环。这种主要冷却剂250的对流流动与至少图1的核反应堆系统100一起讨论。主要冷却剂250的大致向下的流动可以实现冷却反射器215。反射器215可以位于核芯220的邻近和/或周围。与图1的核芯20一样，核反应堆系统200的核芯220容纳核燃料组件。
核反应堆系统200包括芯支撑组件，例如但不限于图1的芯支撑组件25。芯支撑组件包括上支撑板205。上支撑板205可以位于核芯220和立管的顶端，例如但不限于图1的立管。芯支撑组件的各种实施例可包括位于核芯220下方的下支撑板225。例如，下支撑板225可以位于核芯220的底端下方。下支撑板225的尺寸可适合于围绕反应堆容器210的内表面的周边延伸。反应堆容器210可以包括与图1的反应堆容器70相似的特征。
芯支撑组件可以包括与反应堆容器210的内表面相邻定位的芯筒230。芯筒230和反应堆容器210的配置在芯筒230和反应堆容器210的内表面之间限定了较小的环形空间(图2B中的外部环形空间255)。单独或组合地，上支撑板205、下支撑板225和芯筒230向芯220提供轴向和/或侧向支撑中的至少一个。可以在核反应堆系统200的正常操作期间以及在紧急事件(例如，地震事件)期间提供支撑。
上和/或下支撑板205/225中的一个或多个可以包括多个空穴、通道或孔中的至少一个，以使得能够通过上和/或下支撑板进行流体连通。在示例性实施例中，上和下支撑板205/225中的每一个中的多个孔使得主要冷却剂250流过支撑板。如图2A所示，主要冷却剂250在反射器215和芯筒230之间的环形空间(在图2B中示出为内部环形空间245)内向下对流循环。至少部分地由于反应堆容器210的凸底部分，主要冷却剂250朝着容器210的中心并向上通过核芯220重定向。当主要冷却剂250向上循环通过芯220时，热量经由从核芯220内的正在进行的裂变反应产生的热能传递到主要冷却剂250。如上所述，提供给主要冷却剂250的至少一部分热量然后被传递到次要冷却剂，该次要冷却剂在热交换器中循环，例如但不限于核反应堆系统100的热交换器50和60。虽然图2A-2B中未示出，但是这种热交换器可以安装为与核反应堆系统200的立管相邻，如图1所述。
在各种实施例中，反射器215围绕核芯220并且反向散射从核芯220泄漏的中子。这种反向散射将中子反射回到核芯220。至少部分地由于与核芯220内释放的中子的这些核相互作用，反射器215可以被加热。因此，反射器215可能需要冷却。反射器215的内表面235至少部分地被主要冷却剂250通过核芯220的大致向上的流动冷却。反射器215的外表面240至少部分地被主要冷却剂250在位于反射器215和芯筒230之间的内部环形空间245内的大致向下的流动冷却。
如图2A所示，整个或至少大部分主要冷却剂流250循环通过核芯220，而不会绕过核芯220，以流过反射器215。因此，内部环形空间245内的大致向下的流动并且主要冷却剂250的核芯220内的大致向上的流动可以提供反射器215的全部或至少大部分的冷却。如上所述，主要冷却剂250的大致向下的流动冷却反射器215的外表面240。主要冷却剂250的大致向下的流动冷却反射器215的内表面235。
在各种实施例中，使用一个或多个闩锁组件219将上支撑板205耦合到芯筒230和/或芯220。虽然在图2A中仅示出了单个闩锁组件219，但是其他实施例并非如此被约束，并且可以采用多个闩锁组件来将上支撑板205耦合到芯筒230。在至少一个实施例中，采用两个闩锁组件，而在其他实施例中，使用4、6或8个闩锁组件。在一些实施例中，这些上闩锁组件围绕上支撑板205定位，以将上支撑板205耦合到芯筒230。因此，闩锁组件219可以是耦合器。在一些实施例中，闩锁组件219是紧固件。
虽然在示例性但非限制性的实施例核反应堆系统200中未示出，但是采用一个或多个闩锁组件，例如但不限于闩锁组件219，以将下板225耦合到芯筒230。例如，一个或多个下闩锁组件可以围绕下支撑板225定位，以将下支撑板225耦合到芯220。与上闩锁组件一样，所使用的下闩锁组件的数量可以变化。如上所述，一个或多个上和下闩锁组件中的每一个可以经由远程致动的工具远程操作，例如但不限于远程致动的工具290。
闩锁组件的操作可以包括锁定和/或解锁闩锁组件。例如，当闩锁组件219处于解锁状态时，上支撑板205脱离芯筒230和/或核芯220。同样，当闩锁组件219处于锁定状态时，上支撑板205耦合到芯筒230。如图3A-3F所述，一个或多个闩锁组件可以经由旋转运动来操作，例如但不限于闩锁组件的一部分旋转小于360°。在示例性实施例中，闩锁组件219可以经由小于闩锁组件219的旋转部分的完整旋转的旋转从解锁状态转换到锁定状态。在其他实施例中，可能需要一个或多个完整旋转，以将闩锁组件219从解锁状态转换到锁定状态。在这种实施例中，闩锁组件219的旋转部分可以包括至少一个螺纹紧固件。
致动工具290的至少一部分可以从图1的水线90的上方位于反应堆池内。致动工具290可以位于图1的安全壳10和反应堆容器70内。在这种实施例中，致动工具290用于操作闩锁组件219，包括但不限于在锁定和解锁状态之间转换闩锁组件219。在各种实施例中，致动工具290被配置和设置成与闩锁组件219接合，而不拆卸核反应堆系统200的其他部分。在一些实施例中，致动工具290被配置和设置成与闩锁组件219接合，仅仅最少地拆卸核反应堆系统200的其他部分。因此，闩锁组件219可以经由致动工具290致动，而不会使反应池或封闭在图1的反应堆容器70中的主要冷却剂排干。
图3A示出了包括多个闩锁组件319并且与各种实施例一致的核反应堆系统300的另一实施例的纵截面的离轴视图。图3B示出了图3A的核反应堆系统300的纵截面的侧视图。图3C示出了图3A-3B的核反应堆系统300的俯视图。核反应堆系统300可以包括与图1的核反应堆系统100或图2A-2B的核反应堆系统200中的至少一个相似的特征。
核反应堆系统300包括芯筒318、反射器块323-325、下支撑板326或上支撑板328中的至少一个。在一些实施例中，下支撑板326可以包括下芯板。核反应堆系统300包括多个上闩锁组件319和多个下闩锁组件319。上闩锁组件319选择性地将上支撑板328耦合并锁定到芯筒318。同样，下闩锁组件选择性地将下支撑板326耦合并锁定到芯筒318。
尽管图3A-3C中未示出，至少与核反应堆系统100和核反应堆系统200一样，核反应堆系统300包括反应堆容器，例如但不限于图1的核反应堆容器70或图2的反应堆容器210。核反应堆容器可容纳芯筒318、反射器块323-325、下支撑板326或上支撑板中的一个或多个。核反应堆系统300可以包括反射器，例如但不限于分别为核反应堆系统100和/或200的反射器15和/或反射器215。反射器可以包括反射器块323-325。下支撑板326可以包括多个下支撑柱327。在至少一个实施例中，下支撑柱327可以是共用的燃料销。一些实施例可以包括一个上支撑板328的上支撑柱，与下支撑板326的下支撑柱327类似。在一些实施例中，芯筒318至少部分地支撑上支撑板328。一个或多个反射器块323-325可以为上支撑板328和/或下支撑板326提供至少部分的纵向和/或侧向支撑。
在各种实施例中，上支撑板328经由一个或多个上闩锁组件319耦合到多个上支撑块320。在图3A-3C所示的示例性实施例中，上支撑板328经由一个或多个上闩锁组件319选择性地耦合和锁定在上支撑块320(以及因此，芯筒318)上。上支撑块320可以通过焊接、螺栓或其他耦合技术永久地耦合到芯筒318。因此，上支撑板328经由上支撑块320耦合到芯筒318。上支撑板328可以包括一个或多个凸缘，例如但不限于凸缘329。凸缘329在上支撑块320的顶表面之上延伸。当上闩锁组件319将凸缘329耦合到上支撑块320时，上芯板328固定到上支撑块320和芯筒318。
在示例性但非限制性的实施例中，核反应堆系统300包括一个或多个下芯支撑块321。在一些实施例中，下芯支撑块321可包括一个或多个芯支撑块。下支撑板326经由一个或多个下闩锁组件319选择性地耦合并锁定到下芯支撑块321(并且因此耦合并锁定到反应堆容器)。下芯支撑块321可以经由焊接或其他耦合技术永久地耦合到容纳核反应堆系统300的核芯的反应堆容器的下部，例如，至少图1所示的配置。下芯支撑块321将侧向和压缩负载从下芯板326传递到反应堆容器。尽管在图3A中仅示出了一个下支撑块321，但是其他实施例不受如此约束，并且可以包括多个下支撑块。例如，核反应堆系统可以包括通过多个下闩锁组件319耦合到下支撑板326的多个下支撑块。
上支撑板328和下支撑板326中的每一个可以包括多个凸缘，该凸缘在大致径向方向上延伸超过上或下支撑板328/326的周边。如本文所讨论的，术语径向可以指大致平行于弯曲表面的局部曲率半径方向的方向。在一些实施例中，凸缘329可以远离上支撑板328的周边侧向延伸。如图3C的俯视图所示，当上支撑板328在芯筒318上方时，上支撑板328的凸缘329在大致径向方向上延伸超过芯筒318的周边。尽管图3C示出了经由四个上闩锁组件319耦合到芯筒318的四个上支撑块320的四个凸缘329，但是其他实施例并不受如此约束。例如，多于或少于四个凸缘可以从上支撑板328径向延伸。在各种实施例中，凸缘的数量等于将上支撑板328耦合到芯筒318的耦合位置的数量。耦合位置的数量可以基于核反应堆系统300上的预期静态和/或动态操作负载以及预期(和意外的)灾难性负载(例如，由于地震事件而导致的地震负载)中的至少一个。
图3D-3F示出了将支撑板的凸缘329耦合到芯筒的支撑块320的闩锁组件319的各种实施例和视图。图3D-3F所示的闩锁组件319可以包括与本文所描述的任何闩锁组件相似的特征，包括但不限于图2A的闩锁组件219或图3A-3C的上和下闩锁组件319。图3D示出了将上或下支撑板的凸缘329耦合并锁定到对应的上支撑块或下支撑块320的闩锁组件319的侧视图。图3E示出了图3D的闩锁组件319和支撑块320的侧视图。图3F示出了图3D和3E的闩锁组件319的特写侧视图。图3C-3F的闩锁组件319可以分别包括在图1、2A-2B和3A-3C的核反应堆系统100、200或300中的任何一个中。图3D-3F的闩锁组件319可以是如本文所述的上或下闩锁组件。因此，图3D-3F的支撑块320可以是下或上支撑块，例如但不限于图3A的下支撑块321或上支撑块320。凸缘329可以包括在上或下支撑板内，例如但不限于图3A的上支撑板328或下支撑板326。
如图3D-3F的组合所示，闩锁组件319包括闩锁壳体350、圆柱形构件(例如但不限于螺栓370)、垫圈356和螺母352。图3F示出主要孔382或镗孔，在闩锁壳体350的中心处或附近延伸穿过闩锁壳体350。因此，主要孔382可以是中心孔。闩锁壳体350的主要孔382可以与垫圈356和螺母352的中心孔对准。在一些实施例中，垫圈356可以是贝氏垫圈、锥形盘式弹簧、锥形弹簧垫圈、盘式弹簧、或杯形弹簧垫圈中的至少一个。圆柱形构件或螺栓370可以是细长构件。螺栓370可以包括纵向轴线。当闩锁壳体350的主要孔382容纳螺栓370时，闩锁壳体350可围绕螺栓370的纵向轴线旋转。因此，主要孔382的中心轴线可以与螺栓370的纵向轴线和闩锁壳体350的旋转轴线一致。
如至少图3E所示，闩锁壳体350的主要孔382以及垫圈356和螺母352的中心孔的尺寸适合于接收螺栓370。螺栓370耦合到支撑块320并从支撑块320的顶表面向上延伸。螺栓370可以经由螺纹、焊接或其他这种耦合技术耦合到支撑块320。螺栓370可以永久地耦合到支撑块320。在至少一个实施例中，一旦耦合到支撑块370，螺栓370不相对于支撑块320旋转。在其他实施例中，螺栓370相对于支撑块320旋转。闩锁壳体350、垫圈356和螺母352可以位于螺栓370上方。螺母352可以经由多个螺纹耦合到螺栓370。当螺母352耦合到螺栓370时，闩锁壳体350的位置被固定在支撑块320的顶表面上。
如图3F所示，闩锁壳体350包括两个侧孔380。每个侧孔380在闩锁壳体350的底表面和闩锁壳体350的顶表面之间大致竖直地延伸。在其他实施例中，闩锁壳体350可以包括小于或多于两个侧孔。侧孔380的轴线可以平行于但偏离闩锁壳体350的中心(和旋转)轴线。闩锁机构390位于其中一个侧孔380内。闩锁机构390包括以下中的至少一个：球形构件358、弯曲盘360、偏置构件362、平盘364和固定螺丝366。球形构件358可以是球轴承。如至少图3F所示，由于球形构件358的至少一部分从闩锁壳体的下表面突出，所以球形构件358可以是突出构件。偏置构件362可以是弹簧或弹性体构件。在至少一个实施例中，偏置构件362可以是螺旋形盘簧。图3F示出了这两个侧孔380中只有一个包括闩锁机构390。然而，其他实施例不限于此，并且如本文所述，相似的闩锁机构可以包括在每个侧孔380中。
如至少图3D和3E的上下文中所描述的，闩锁机构390可以被致动，以将(上或下)支撑板的凸缘329耦合并锁定到闩锁组件319。在上支撑板的非限制性实施例中，当被致动时，闩锁机构390将上支撑板328(如至少图3A-3B所示)的凸缘329(如至少图3D-3E所示)耦合并锁定到支撑块320。如上所述，当凸缘329耦合到上支撑板328时，上支撑板328耦合并锁定到芯筒318。
为了将一个或多个闩锁组件319放置就位，核反应堆系统300可以组装在反应堆压力容器内。反射器块323-325支撑在下支撑板326上。从上面内容可知，芯筒318可以被定位成围绕反射器块323-325，上支撑块320经由一个或多个焊接永久地耦合到芯筒318。如至少图3B和图3E所示，上支撑块320的至少一部分包括螺栓370或细长构件。螺栓370从上支撑块320的顶表面延伸，并且经由焊接、螺纹或其他合适的耦合机构中的一个或多个耦合到上支撑块320。上支撑板328位于反射器块323的顶部，使得凸缘329也搁置在支撑块320的(图3D的)肩部表面392上。如图3E所示，凸缘329包括空穴、孔或钻孔，以允许至少包括螺栓370的支撑块320的顶部部分向上延伸穿过。
为了将闩锁组件319放置在支撑块320和凸缘329上的适当位置，如图3D所示，闩锁壳体350可以位于螺栓370上方。经由闩锁壳体350的主要孔382接收螺栓370(如图3E所示)。然后，垫圈356和螺母352可以位于闩锁壳体350上方，螺母352固定至螺栓370。在锁定和解锁状态(或位置)之间转换闩锁组件319，可包括通过大致相当于90°的角度旋转(围绕螺栓370的纵向轴线或闩锁壳体350的中心或旋转轴线)闩锁壳体350。注意，螺栓370的纵向轴线与闩锁壳体350的主要孔382的轴线对准。
凸缘329包括孔。孔包括不对称形状。如图3C所示，凸缘329的孔的不对称形状可以是细长椭圆形。注意，凸缘329的不对称形状的纵向轴线基本上与支撑板328的周边相切。图3C的凸缘的不对称形状是非限制性示例性实施例，并且其他实施例可以包括具有其他方向的其他不对称形状。闩锁壳体还包括不对称形状。在一些实施例中，凸缘的不对称形状基本上等同于闩锁壳体的不对称形状。在一些旋转方位中，闩锁壳体可以由孔接收，而在其他旋转方位中，闩锁壳体不能被孔接收。当旋转到不能被孔接收(锁定状态)时，闩锁壳体可以限制支撑板的位移。当旋转到可被孔接收(解锁状态)时，闩锁壳体不会限制支撑板的位移。
闩锁壳体的不对称形状可以与凸缘的孔的不对称形状对准。同样，由于闩锁壳体围绕与闩锁壳体的中心孔对准的轴线的旋转，所以闩锁壳体的不对称形状可以与凸缘的孔的不对称形状不对准。
如图3C所示，当闩锁壳体旋转，使得闩锁壳体的不对称形状与凸缘的孔的不对称形状对准时，闩锁壳体可被孔接收。因此，支撑板328可以向上提升并离开支撑块320。因此，当闩锁壳体的不对称形状与凸缘的孔的不对称形状对准时，闩锁组件处于解锁状态或位置。
相反，当闩锁壳体旋转，使得闩锁壳体的不对称形状与凸缘的孔的不对称形状不对准时，闩锁壳体不能被孔接收。闩锁壳体的不对称形状和凸缘的孔的不对称形状的不对准限制了支撑板的竖直位移。因此，当闩锁壳体的不对称形状与凸缘的孔的不对称形状不对准时，闩锁组件处于解锁状态或位置。
如图3C所示，闩锁壳体(和凸缘的孔)的非限制性示例性不对称形状是细长椭圆形。该形状的不对称性限定了通常沿伸长方向的纵向轴线。闩锁壳体的纵向轴线基本上垂直于也是闩锁壳体的旋转轴线的中心孔382的轴线。
如图3C中大体所示，当闩锁壳体350旋转，使得闩锁壳体350的纵向轴线(其基本上垂直于螺栓370的纵向轴线)相对于上板328的中心基本上是径向时，闩锁组件319可处于锁定状态。因此，当闩锁壳体350旋转，使得闩锁壳体350的纵向尺寸(沿着纵向轴线)大致平行于芯筒318的邻侧时，闩锁壳体350可处于锁定位置。
通过将闩锁壳体350(围绕螺栓370的纵向轴线)旋转大约90°(或小于360°的某个其他旋转)，闩锁壳体350可以转换到解锁位置。因此，当闩锁壳体350旋转，使得闩锁壳体350的纵向轴线基本上与对应于闩锁壳体350的上板328的周边部分的切线正交时，闩锁组件319可以处于解锁状态。
如图3E所示，当闩锁壳体319处于锁定位置时，球形构件358的一部分位于凸缘329的顶表面上的凹口378内。图3C示出凸缘329的实施例，其中，凸缘329包括两个凹口。凸缘329中的每个凹口设置在凸缘329中的孔的不对称形状的其中一个细长侧上。虽然在图3E中未示出，但是第二球形构件也可以位于凸缘329的顶表面上的第二凹口内。如下面进一步讨论的，当闩锁壳体旋转到锁定位置时，每个凹口接收包括在闩锁壳体中的一个球形构件358的至少一部分。
如图3E和3F的组合所示，球形构件358可以被偏置构件362向下推动。当闩锁壳体350旋转，使得球形构件358与凸缘329的凹口378对准时，如图3D所示，偏置构件362将球形构件358推动到凸缘329的凹口378中。
在这些示例性但非限制性的实施例中，平盘364被定位成邻近偏置构件362并且位于偏置构件362上方，而弯曲盘360被定位成邻近偏置构件362并且位于偏置构件362下方。弯曲盘360的下曲面可以包括尺寸适于接收球形构件359的一部分的凹口。平盘364的平坦下表面和弯曲盘360的平坦上表面确保稳定的表面，偏置构件362可以从该表面将球形构件358推动到凸缘329的凹口378内。包含在弯曲盘360的下弯曲表面中的凹口可以是接收球形构件358的半球形凹口。当半球形凹口与球形构件358配合时，由偏置构件362施加的力基本上被传递到球形构件358。
如图3F所示，可使用固定螺丝366来调节由偏置构件362施加到球形构件358的力。这种调节包括经由固定螺丝366调节偏置构件362上的预负载。固定螺丝366与侧孔380的内螺纹接合，以包围盘360/364。通过经由固定螺丝366调节偏置构件362上的预负载，调节由偏置构件362施加到球形构件358的力的量。在锁定位置和解锁位置之间转换闩锁壳体350所需的扭矩可以通过调节经由调节固定螺丝366将偏置构件362施加到球形构件358的力来调节。
一旦闩锁壳体350位于凸缘329的顶部，则螺栓370由主要孔382接收，闩锁组件350可以经由闩锁壳体350的旋转在锁定和解锁状态之间转换。如图3D-3E所示，当闩锁壳体350旋转，使得闩锁组件319处于锁定状态时，凸缘329经由闩锁组件319锁定在支撑块320的顶部上。在锁定位置，球形构件358可以由凸缘329的顶表面的相应凹口378接收并配合。此外，当处于锁定位置时，闩锁壳体350可以延伸穿过支撑块320和凸缘329的顶表面并且限制支撑板的向上位移。
闩锁组件319可以通过将闩锁壳体350旋转四分之一圈或大约90°而从锁定状态调节到解锁状态。在其他实施例中，转换可以通过转动小于360°的另一角度值来实现。如图3C所示，这种旋转将闩锁壳体350与穿过凸缘329的空穴、孔或钻孔对准。当闩锁壳体350与凸缘329的孔对准时，凸缘329可以在闩锁组件319之上提升。
在各种实施例中，当球形构件358被凸缘329的对应凹口378接收时，经由偏置构件362将球形构件358推动到凹口378内，可以提供转动闩锁壳体350的阻力。这种阻力在闩锁壳体350上需要最小扭矩，以使构件358从凹口378位移。一旦位移，闩锁壳体350可以旋转。如上所述，该最小扭矩可以经由固定螺丝366来调节。
闩锁组件319可以通过使闩锁壳体350(顺时针或逆时针)旋转四分之一圈或大约90°而从解锁位置调节到锁定位置。在各种实施例中，垫圈356可以使闩锁壳体350的旋转脱离螺母352，使得闩锁壳体350的旋转不会使螺母352旋转，或者使螺母352旋转可忽略的量。该特征确保螺母352相对于螺栓370不旋转，使得当闩锁壳体围绕螺栓370旋转并且在锁定位置和解锁位置之间转换时，螺母352不脱离螺栓370。
与传统紧固件(例如，螺纹紧固件)相比，本文所述的闩锁组件的各种实施例经由闩锁壳体的旋转位置提供了闩锁组件处于锁定状态或处于解锁状态时的清晰的视觉指示。例如，由于辐射诱发的脆化、重复使用或其他方式，螺纹紧固件可能随着时间的推移而松动，而不会对观察者在视觉上产生松动。因此，观察者可能不会确定耦合芯组件的一个或多个部件的传统紧固件随时间而松动。相反，闩锁组件319的状态(锁定或解锁)可以至少部分地基于闩锁壳体350相对于芯筒318或支撑板的孔的旋转位置或方位来视觉确定。
此外，闩锁组件319可以在锁定和解锁状态之间远程转换。例如，可以使用从位于反应堆压力容器、安全壳以及甚至反应堆池的外部的位置延伸的工具，来使闩锁壳体旋转90°度。例如，如图2A所示，远程致动的工具290可以位于反应堆池的水线90上方并且延伸，以操纵(例如，锁定或解锁)连接芯组件的特定部件的闩锁组件(经由对应的闩锁壳体的四分之一圈的旋转)。相反，传统的螺纹连接器可能需要人在反应堆容器内操纵。能够进入反应堆容器，将导致关闭和拆卸核反应堆功率模块的部分具有高昂的成本，并且经由反应堆芯可能暴露到辐射中。
闩锁组件319的全部或一些部件可由耐腐蚀材料制成，例如，不锈钢或其他材料。此外，闩锁组件319的全部或一些部件可以由阻止由放射性能量沉积或放射性粒子相互作用引起的脆化的材料制成。
虽然已经示出和描述了本发明的优选实施例，但是如上所述，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行许多变化。因此，本发明的范围不受优选实施例的公开限制。相反，本发明应该完全参照以下权利要求来确定。
本发明的其中要求排他性特性或特权的实施例如以下权利要求所限定。

Claims (20)

1.一种核反应堆闩锁组件，包括：
闩锁壳体；以及
闩锁机构，其至少部分地容纳在所述闩锁壳体内，且包括突出构件和偏置构件，其中，所述偏置构件在所述突出构件上提供偏置力，使得除非所述突出构件上的相反的力抵消所述偏置力，否则所述突出构件至少部分地从所述闩锁壳体的表面突出。
2.根据权利要求1所述的闩锁组件，其中，所述突出构件是球形构件。
3.根据权利要求1所述的闩锁组件，还包括：
圆柱形构件，其包括纵向轴线，其中，包括在所述闩锁壳体中的孔的尺寸适合于接收所述圆柱形构件，使得当所述孔接收所述圆柱形构件时，所述闩锁壳体可围绕所述圆柱形构件的纵向轴线旋转。
4.根据权利要求1所述的闩锁组件，其中，所述闩锁机构还包括接收所述突出构件的侧孔以及在所述突出构件和所述偏置构件之间的盘。
5.根据权利要求1所述的闩锁组件，其中，所述闩锁机构还包括能够通过调节所述偏置构件上的预负载来调节所述偏置力的调节构件。
6.根据权利要求1所述的闩锁组件，还包括：
螺母；和
设置在所述螺母和所述闩锁壳体之间的垫圈，其中，所述垫圈使所述闩锁壳体的旋转脱离所述螺母的旋转。
7.根据权利要求1所述的闩锁组件，其中，当所述突出构件至少部分地从所述闩锁壳体的表面突出，使得所述突出构件邻近另一表面设置时，所述突出构件将所述偏置力的至少一部分传递到另一表面，产生摩擦扭矩，使得为了使闩锁壳体围绕基本上横向于闩锁壳体的表面的旋转轴线旋转，必须将克服摩擦扭矩的最小扭矩施加到闩锁壳体。
8.一种核反应堆系统，包括：
支撑板，其包括延伸超过所述支撑板的周边的凸缘，其中，所述凸缘包括具有纵向孔轴线的孔；以及
闩锁组件，其包括具有纵向闩锁轴线的闩锁壳体并且设置在所述凸缘上方，其中，所述闩锁壳体被配置和设置成用于至少第一和第二旋转方位，
其中，当闩锁壳体处于第一旋转方位时，所述纵向闩锁轴线基本上与凸缘的纵向孔轴线对准，并且所述闩锁壳体可通过凸缘的孔接收，使得闩锁壳体不会限制所述支撑板向上位移，并且
当闩锁壳体处于第二旋转方位时，所述纵向闩锁轴线基本上横向于纵向孔轴线，并且所述闩锁壳体不能通过凸缘接收，使得闩锁壳体限制了所述支撑板向上位移。
9.根据权利要求8所述的核反应堆系统，还包括：
芯筒，其包括延伸超过芯筒的周边的支撑块，其中，支撑板的凸缘竖直地设置在支撑块与闩锁壳体之间，并且所述支撑块限制支撑板向下位移，使得当闩锁壳体处于第一旋转方位时，支撑板被锁定到芯筒。
10.根据权利要求8所述的核反应堆系统，其中，所述闩锁组件还包括延伸穿过所述凸缘和所述闩锁壳体的主要孔的细长构件，其中，所述闩锁壳体被配置和设置成围绕所述细长构件在所述第一和第二旋转方位之间旋转。
11.根据权利要求8所述的核反应堆系统，其中，所述闩锁壳体的所述第一和第二旋转方位之间的相对角度差大约为90°。
12.根据权利要求8所述的核反应堆系统，其中，所述凸缘的上表面包括凹口，并且当所述闩锁壳体处于所述第二旋转方位时，所述凹口接收从闩锁壳体的下表面突出的至少一部分闩锁机构，并且当被凹口接收时，所述闩锁机构的这部分阻止闩锁壳体远离第二旋转方位旋转。
13.根据权利要求8所述的核反应堆系统，还包括：
闩锁机构，其至少部分地容纳在所述闩锁壳体内并且至少包括球形构件、在所述球形构件上提供偏置力的偏置构件、以及用于调节所述偏置力的大小的固定螺丝。
14.根据权利要求8所述的核反应堆系统，还包括：
设置在闩锁壳体上方的螺母，其限制闩锁壳体向上位移。
15.一种用于支撑核反应堆芯的设备，所述设备包括：
芯筒，其至少部分围绕核反应堆芯；
支撑板；以及
闩锁组件，其包括闩锁壳体，其中，所述闩锁壳体的第一旋转将所述支撑板牢固地耦合到所述芯筒，并且所述闩锁壳体的第二旋转使所述支撑板脱离所述芯筒，其中，所述闩锁壳体的第一旋转和第二旋转均小于180°。
16.根据权利要求15所述的设备，其中，所述支撑板是设置在所述芯筒上方的上支撑板或设置在所述芯筒下方的下支撑板中的至少一个。
17.根据权利要求15所述的设备，其中，所述闩锁壳体包括第一不对称形状，并且所述支撑板包括具有第二不对称形状的孔，其中，当所述闩锁壳体旋转到所述第二旋转时，所述闩锁壳体的第一不对称形状与孔的第二不对称形状对准，并且当闩锁壳体旋转到第一旋转时，所述闩锁壳体的第一不对称形状与所述孔的第二不对称形状不对准。
18.根据权利要求17所述的设备，其中，当所述第一和第二非对称形状对准时，所述闩锁壳体可被所述支撑板的所述孔接收，并且当所述第一和所述第二非对称形状是不对准时，所述闩锁壳体不可被所述孔接收。
19.根据权利要求15所述的设备，其中，所述支撑板包括阻止所述闩锁壳体的第二旋转的凹口。
20.根据权利要求15所述的设备，还包括远程致动以使所述闩锁壳体旋转到所述第一旋转或所述第二旋转中的至少一个的工具。
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