CN107767972A - 一种反应堆探测器拆除装置的缩容组件及其缩容方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种反应堆探测器拆除装置的缩容组件及其缩容方法，内部中空的屏蔽筒体中设置有导轨、卷绕模块、夹持模块以及压紧模块，卷绕模块和夹持模块设置在导轨上并能够沿着导轨轴线方向移动，压紧模块设置在卷绕模块侧壁并能够随着卷绕模块同步移动，压紧模块能够靠近或远离卷绕模块。该组件利用卷绕模块及夹持模块的相向运动，将探测器组件夹持；而后卷绕主轴旋转将探测器卷绕在其上；卷绕的同时利用两侧的压辊模块将探测器卷盘压紧，使得卷绕完成后的探测器卷盘形状规则，便于运输和贮存。整个缩容工作在水下密闭的屏蔽筒体内进行，操作人员在水上专用操作平台上操作和监控，操作人员受到的辐射剂量0.01mSv/h，具有功能完善、使用安全方便的特点。

Description

一种反应堆探测器拆除装置的缩容组件及其缩容方法

技术领域

本发明涉及压水堆核电厂换料检修技术，具体涉及一种反应堆探测器拆除装置的缩容组件及其缩容方法。

背景技术

“华龙一号”反应堆取消了反应堆压力容器下封头贯穿件，堆芯测量仪表需要从堆顶引入。反应堆堆芯测量探测器组件总共48个，其中有44支堆芯中子-温度探测器组件和4支压力容器水位探测器组件，分为12组分布在12个堆芯测量管座上，每个管座上有3-4个中子-温度探测器组件(SVRD)。每2-3个换料周期需要拆除并更换SVRD中集成的自给能中子探测器(SPND)。每根探测器组件长度约11m，且具有高放射性，在反应堆寿期内会产生大量此类高放射性废物，因此，需在其拆除工作中同时对其缩容，以便后续的运输、贮存和处置。

目前国内外大多核电站探测器的设计寿命与反应堆设计寿命相同，即一般情况下在反应堆寿期内无需更换探测器组件，故探测器拆除及更换方面的工作开展较少，但是由于燃耗和辐照影响探测器的寿命一般达不到核电厂60年时间。因此，在探测器组件到达一定的使用期后，需考虑在换料期间，拆除到寿期探测器组件。寿期末探测器组件考虑为高放射性废物，而且占据空间大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有探测器组件拆除时放射性大，而且其占据空间大不便于处置，其目的在于提供一种反应堆探测器拆除装置的缩容组件及其缩容方法，其能够将辐照过的高放射性探测器组件在水下缩容成柱状卷盘，以便进行运输、贮存和处置。

本发明通过下述技术方案实现：

一种反应堆探测器拆除装置的缩容组件，包括内部中空的屏蔽筒体，所述屏蔽筒体中设置有导轨、卷绕模块、夹持模块以及压紧模块，且卷绕模块和夹持模块均设置在导轨上并能够沿着导轨轴线方向移动，压紧模块设置在卷绕模块侧壁并能够随着卷绕模块同步移动，同时压紧模块能够靠近或远离卷绕模块。多核电站探测器在进行拆除及更换时，由于探测器组件长期在辐照环境中，其带有高放射性，在拆除过程中容易造成泄漏使得人员和设备受损，同时每根探测器组件长度约11m，其占据空间大不便于运输、贮存和处置，本方案设计的缩容组件，是将卷绕模块和夹持模块设置在导轨上并沿着导轨平移，卷绕模块使的驱动部分布置水上，卷绕部分布置在水下，压紧模块布置在卷绕模块卷筒的侧壁，可随卷绕模块一起平移；夹持模块布置在卷绕模块的正对面，协同卷绕模块将探测器组件夹紧，以便后续卷绕。通过本方案能够将辐照过的高放射性探测器组件在水下缩容成柱状卷盘，以便进行运输、贮存和处置，而且整个操作过程是在水下屏蔽筒体内进行，操作人员受到的辐射剂量≤0.01mSv/h。

导轨安装在屏蔽筒体的内部，卷绕模块及夹持模块可在其上平移。当两者位于导轨两侧时，探测器组件被松开；当两者位于导轨中间时，探测器组件被夹紧。屏蔽筒体包络整个缩容组件，屏蔽筒体的材料为Pb。

而卷绕模块包括卷绕模块框架、卷绕动力机构、传动机构及卷绕主轴，其中卷绕模块框架设置在导轨上并能够沿着导轨轴线方向移动，卷绕动力机构安装在卷绕模块框架上，卷绕模块框架作为整个卷绕模块的支撑。传动机构和卷绕主轴均设置在卷绕模块框架内部，且传动机构同时与卷绕动力机构和卷绕主轴连接，并且卷绕主轴能够绕着其自身的轴线转动，且卷绕主轴和夹持模块中的夹持部设置在同一水平线上并且能够相互靠近和远离。卷绕动力机构包括相互连接的减速器和动力机构，且减速器和动力机构均固定在卷绕模块框架上，减速器与传动机构连接。动力机构一般是选择伺服电机，其工作状况较为稳定。而传动机构包括传动主轴、轴承套筒、传动主轴套筒以及卷绕组件锥齿轮，传动主轴与减速器连接后设置在传动主轴套筒中，传动主轴套筒设置在轴承套筒的内圈中，且轴承套筒安装在卷绕模块框架上，卷绕组件锥齿轮分别套在传动主轴和卷绕主轴上后并相互啮合。当开始卷绕时，伺服电机旋转，经过减速器减速后，将旋转运动传递给传动主轴，传动主轴带动其上的卷绕组件锥齿轮旋转，从而将旋转运动旋转90度后传递给卷绕主轴，卷绕主轴旋转即可将夹持在其端部的探测器组件卷绕成盘。

卷绕主轴朝向夹持模块的夹持部的一端内凹形成凹槽，且凹槽沿着卷绕主轴的直径方向贯穿卷绕主轴。凹槽中设置有夹紧齿，且凹槽的截面为U型结构，夹紧齿为三个点状凸起，可在夹持模块的配合下，可增大夹持应力，从而夹紧探测器，通过卷绕主轴和夹持模块的相向运动的位移控制夹持力的大小，防止未夹紧探测器组件或夹紧力过大而使探测器组件发生塑性变形。

而压紧模块包括压辊、压辊基座以及压辊气缸，压辊基座朝向卷绕主轴的侧壁内凹形成安装槽，压辊设置在安装槽中并能够沿着其自身轴线转动，压辊气缸与卷绕模块框架连接，压辊基座和压辊气缸连接，并且能够在压辊气缸作用下推动压辊基座靠近或远离卷绕主轴。压辊基座包括压辊基座一和压辊基座二，且压辊基座一穿过压辊基座二并能够移动，安装槽设置在压辊基座二上，压辊气缸设置在压辊基座二远离卷绕主轴的侧壁外部，压辊气缸中设置有压辊气缸连接轴，且压辊气缸连接轴与压辊基座二连接。卷绕后的探测器可能发生弹性形变，而使探测器卷盘变得杂乱不规则，因此在卷绕过程中需实时将卷盘压紧。卷绕开始后，压辊气缸通气，推动压辊气缸连接轴向卷筒运动，带动压辊基座动作，压辊基座带动安装在其上的压辊主轴及压辊向卷筒运动，从而将探测器卷盘压紧。压辊主轴与压辊之间安装有圆柱滚滚子轴承、轴用弹性挡圈、滚子轴承端盖及压辊轴套筒等轴系零部件，可在压紧探测器卷盘的同时随着探测器卷盘旋转。

一般压紧模块的数量最好为两个，且将其分别设置在卷绕模块两侧。这样在进行压紧时两侧能够同时压紧，压紧的效果更好，形状规则。

一种反应堆探测器拆除装置的缩容方法，包括以下步骤：

(1)夹紧：卷绕模块和夹持模块产生相向运动将探测器组件卡在卷绕主轴的U型槽内；

(2)卷绕：卷绕动力机构通过传动机构带动卷绕主轴旋转，卷绕主轴旋转将夹紧的探测器组件卷绕在卷绕主轴上，探测器随着卷绕主轴的旋转而平移，从而使探测器均匀的绕在卷绕主轴上；当在卷绕主轴绕完一层后，探测器反向移动，开始第二层的卷绕，如此反复，将探测器组件卷绕为高度和直径相当的若干层柱状卷盘；

(3)压紧：在进行步骤(2)时，压辊气缸通气，通过压辊气缸连接轴移动而推动压辊基座运动，使得安装在压辊基座上的压辊向卷绕主轴方向移动，从而将探测器卷盘压紧。

通过上述缩容方法，能够将辐照过的高放射性探测器组件在水下缩容成柱状卷盘，以便进行运输、贮存和处置，同时整个缩容过程安全，操作人员受到的辐射剂量小，卷绕完成后的卷盘形状规整。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1)探测器组件的夹持操作简单、可靠，探测器组件的夹持是通过卷绕模块和左端夹持模块的相向运动将探测器卡在卷绕主轴的U型槽来实现，操作简单；U型槽内侧有三个点状凸起，可增大夹持应力，同时通过两者相向运动的位移可控制夹持力，夹持效果良好而可控；

2)可将探测器组件卷绕成约的高度和直径相等的卷盘，便于运输、贮存和处置；

3)卷绕过程中，实时压紧卷盘，可最大程度保证卷绕完成后的卷盘形状规整；

4)缩容操作在水下屏蔽筒体内进行，操作人员受到的辐射剂量≤0.01mSv/h；

5)整个缩容过程可通过控制装置一键完成，使用方便。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明主体结构示意图；

图2为卷绕模块的结构示意图；

图3为压紧模块的结构示意图；

图4为图3的剖视图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-屏蔽筒体，2-导轨，3-卷绕模块，301-卷绕模块框架，302-减速器，303-动力机构，304-传动主轴，305-轴承套筒，306-传动主轴套筒，307-卷绕组件锥齿轮，308-卷绕主轴，4-压紧模块，401-压辊主轴，402-压辊基座一，403-压辊基座二，404-压辊气缸连接轴，405-压辊气缸，406-圆柱滚子轴承，407-轴用弹性挡圈，408-滚子轴承端盖，409-压辊轴套筒，410-十字沉头螺钉，411-压辊，5-夹持模块。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

如图1所示，一种反应堆探测器拆除装置的缩容组件，本发明应用于华龙一号反应堆换料检修过程中的探测器组件更换操作，用于将反应堆内44根中子-温度探测器组件及4根压力容器水位探测器组件在堆内构件存放水池上方缩容成柱状卷盘，以便于运输、贮存和处置。其结构包括内部中空的屏蔽筒体1，在屏蔽筒体1中设置有导轨2、卷绕模块3、夹持模块5以及压紧模块4，使得整个缩容过程是在屏蔽筒体1中完成，安全性高。卷绕模块3和夹持模块5均设置在导轨2上并能够沿着导轨2轴线方向移动，通过卷绕模块3和夹持模块5的相向运动的位移控制夹持力的大小，防止未夹紧探测器组件或夹紧力过大而使探测器组件发生塑性变形。压紧模块4设置在卷绕模块3两侧并能够随着卷绕模块3同步移动，同时压紧模块4能够靠近或远离卷绕模块3，实现将卷绕中的探测器组件压紧在卷筒上。

实施例2：

如图2所示，在实施例1的基础上，卷绕模块3包括卷绕模块框架301、相互连接的减速器302和动力机构303、卷绕主轴308以及传动主轴304、轴承套筒305、传动主轴套筒306和卷绕组件锥齿轮307构成的传动机构，其中卷绕模块框架301设置在导轨2上并能够沿着导轨2轴线方向移动，卷绕主轴308能够绕着其自身的轴线转动，且卷绕主轴308和夹持模块5中的夹持部设置在同一水平线上并且能够相互靠近和远离。减速器302和动力机构303均固定在卷绕模块框架301上，传动主轴304与减速器302连接后设置在传动主轴套筒306中，传动主轴套筒306设置在轴承套筒305的内圈中，且轴承套筒305安装在卷绕模块框架301上，卷绕组件锥齿轮307分别套在传动主轴304和卷绕主轴308上后并相互啮合。开始卷绕时，伺服电机作为动力机构303旋转，经过减速器302减速后，将旋转运动传递给传动主轴304，传动主轴304带动其上的卷绕组件锥齿轮307旋转，从而将旋转运动旋转90度后传递给卷绕主轴308，卷绕主轴308旋转即可将夹持在其端部的探测器组件卷绕成盘，减少其占据的空间。

而卷绕主轴308朝向夹持模块5的夹持部的一端内凹形成凹槽，且凹槽沿着卷绕主轴308的直径方向贯穿卷绕主轴308，凹槽的截面为U型结构，凹槽中设置有三个夹紧齿，三个夹紧齿分别设置在凹槽的对称侧壁和底面，使得U型槽与探测器组件为点接触，在夹持模块5的配合下，可增大夹持应力，从而夹紧探测器，通过卷绕主轴308和夹持模块5的相向运动的位移控制夹持力的大小，防止未夹紧探测器组件或夹紧力过大而使探测器组件发生塑性变形。

实施例3：

如图3、图4所示，在上述实施例的基础上，压紧模块4包括压辊411、压辊基座一402、压辊基座二403以及压辊气缸405，压辊基座一402穿过压辊基座二403并能够移动，压辊基座二403朝向卷绕主轴308的侧壁内凹形成安装槽，压辊411设置在安装槽中并能够沿着其自身轴线转动，压辊411被压辊主轴401沿着其轴线穿过，压辊主轴401两端套上压辊轴套筒409后设置在安装槽中，压辊主轴401上套有圆柱滚子轴承406，压辊411能够通过圆柱滚子轴承406外圈转动，轴用弹性挡圈407和滚子轴承端盖408分别贴紧在圆柱滚子轴承406上，并通过十字沉头螺钉410固定，压辊气缸405与卷绕模块框架301连接，压辊气缸405设置在压辊基座二403远离卷绕主轴308的侧壁外部，压辊气缸405中设置有压辊气缸连接轴404，且压辊气缸连接轴404与压辊基座二403连接，并且能够在压辊气缸连接轴40作用下推动压辊基座二403靠近或远离卷绕主轴308。卷绕过程中，利用两个压辊将卷盘压紧，最大程度的保证卷绕完成后的探测器卷盘形状规整。

本发明具体的缩容方法是：

(1)夹紧：卷绕模块3和夹持模块5产生相向运动将探测器组件卡在卷绕主轴308的U型槽内，这是将高放探测器头部夹紧，为下一步的卷绕做好准备；

(2)卷绕：卷绕动力机构通过传动机构带动卷绕主轴308旋转，卷绕主轴308旋转将夹紧的探测器组件卷绕在卷绕主轴308上，探测器随着卷绕主轴308的旋转而平移，从而使探测器均匀的绕在卷绕主轴308上；当在卷绕主轴308绕完一层后，探测器反向移动，开始第二层的卷绕，如此反复，将探测器组件卷绕为高度和直径相当的三层柱状卷盘，这个步骤是缩容组件卷轴旋转，同时在保持器组件的配合下，将探测器组件高放段均匀绕成直径与高度相当的卷盘；

(3)压紧：在进行步骤(2)时，压辊气缸405通气，通过压辊气缸连接轴404移动而推动压辊基座运动，使得安装在压辊基座上的压辊411向卷绕主轴308方向移动，从而将探测器卷盘压紧。

在卷绕过程中，为防止卷绕后的探测器卷盘因探测器组件本身的弹性变形而使卷盘散开，需在卷绕过程中，将探测器卷盘实时压紧。同时在卷绕过程中，缩容组件可实时监测卷绕速度、卷绕力及卷绕行程等。

从堆芯中取出的探测器组件具有高放射性，所有的夹紧、卷绕操作均在水下环境屏蔽筒体进行，同时组件本身设计有屏蔽筒体，可使组件外的辐射剂量达到规定值，操作人员在水上专用操作平台操作，辐射剂量小。本发明的驱动部件布置在水上，大大减少了电气零部件的采购制造难度；执行部件布置在水下，利用水的屏蔽效果，减少了辐射剂量及屏蔽筒体的厚度，减轻了设备重量。

本发明的最大卷绕力为7000N；卷绕后的探测器组件外形：辐射防护：常规工作区(绿区)≤0.01mSv/h。

本发明研制的探测器拆除装置即专门用于“华龙一号”反应堆探测器组件的拆除更换工作，而探测器组件缩容为探测器更换操作中最重要的一个环节。探测器拆除装置缩容组件可将辐照过的探测器组件在水下缩容成柱状卷盘，为后续探测器组件的运输、贮存和处置提供了极大的便利性。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种反应堆探测器拆除装置的缩容组件，包括内部中空的屏蔽筒体(1)，其特征在于，所述屏蔽筒体(1)中设置有导轨(2)、卷绕模块(3)、夹持模块(5)以及压紧模块(4)，且卷绕模块(3)和夹持模块(5)均设置在导轨(2)上并能够沿着导轨(2)轴线方向移动，压紧模块(4)设置在卷绕模块(3)侧壁并能够随着卷绕模块(3)同步移动，同时压紧模块(4)能够靠近或远离卷绕模块(3)。

2.根据权利要求1所述的一种反应堆探测器拆除装置的缩容组件，其特征在于，所述卷绕模块(3)包括卷绕模块框架(301)、卷绕动力机构、传动机构及卷绕主轴(308)，其中卷绕模块框架(301)设置在导轨(2)上并能够沿着导轨(2)轴线方向移动，卷绕动力机构安装在卷绕模块框架(301)上，传动机构和卷绕主轴(308)均设置在卷绕模块框架(301)内部，且传动机构同时与卷绕动力机构和卷绕主轴(308)连接，并且卷绕主轴(308)能够绕着其自身的轴线转动，且卷绕主轴(308)和夹持模块(5)中的夹持部设置在同一水平线上并且能够相互靠近和远离。

3.根据权利要求2所述的一种反应堆探测器拆除装置的缩容组件，其特征在于，所述卷绕动力机构包括相互连接的减速器(302)和动力机构(303)，且减速器(302)和动力机构(303)均固定在卷绕模块框架(301)上，减速器(302)与传动机构连接。

4.根据权利要求3所述的一种反应堆探测器拆除装置的缩容组件，其特征在于，所述传动机构包括传动主轴(304)、轴承套筒(305)、传动主轴套筒(306)以及卷绕组件锥齿轮(307)，传动主轴(304)与减速器(302)连接后设置在传动主轴套筒(306)中，传动主轴套筒(306)设置在轴承套筒(305)的内圈中，且轴承套筒(305)安装在卷绕模块框架(301)上，卷绕组件锥齿轮(307)分别套在传动主轴(304)和卷绕主轴(308)上后并相互啮合。

5.根据权利要求2所述的一种反应堆探测器拆除装置的缩容组件，其特征在于，所述卷绕主轴(308)朝向夹持模块(5)的夹持部的一端内凹形成凹槽，且凹槽沿着卷绕主轴(308)的直径方向贯穿卷绕主轴(308)。

6.根据权利要求5所述的一种反应堆探测器拆除装置的缩容组件，其特征在于，所述凹槽中设置有夹紧齿，且凹槽的截面为U型结构。

7.根据权利要求2所述的一种反应堆探测器拆除装置的缩容组件，其特征在于，所述压紧模块(4)包括压辊(411)、压辊基座以及压辊气缸(405)，压辊基座朝向卷绕主轴(308)的侧壁内凹形成安装槽，压辊(411)设置在安装槽中并能够沿着其自身轴线转动，压辊气缸(405)与卷绕模块框架(301)连接，压辊基座和压辊气缸(405)连接，并且能够在压辊气缸(405)作用下推动压辊基座靠近或远离卷绕主轴(308)。

8.根据权利要求7所述的一种反应堆探测器拆除装置的缩容组件，其特征在于，所述压辊基座包括压辊基座一(402)和压辊基座二(403)，且压辊基座一(402)穿过压辊基座二(403)并能够移动，安装槽设置在压辊基座二(403)上，压辊气缸(405)设置在压辊基座二(403)远离卷绕主轴(308)的侧壁外部，压辊气缸(405)中设置有压辊气缸连接轴(404)，且压辊气缸连接轴(404)与压辊基座二(403)连接。

9.根据权利要求1至8中任意一项所述的一种反应堆探测器拆除装置的缩容组件，其特征在于，所述压紧模块(4)的数量为两个且分别设置在卷绕模块(3)两侧。

10.一种反应堆探测器拆除装置的缩容方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)夹紧：卷绕模块(3)和夹持模块(5)产生相向运动将探测器组件卡在卷绕主轴308的U型槽内；

(2)卷绕：卷绕动力机构通过传动机构带动卷绕主轴(308)旋转，卷绕主轴(308)旋转将夹紧的探测器组件卷绕在卷绕主轴(308)上，探测器随着卷绕主轴(308)的旋转而平移，从而使探测器均匀的绕在卷绕主轴(308)上；当在卷绕主轴(308)绕完一层后，探测器反向移动，开始第二层的卷绕，如此反复，将探测器组件卷绕为高度和直径相当的若干层柱状卷盘；

(3)压紧：在进行步骤(2)时，压辊气缸(405)通气，通过压辊气缸连接轴(404)移动而推动压辊基座运动，使得安装在压辊基座上的压辊(411)向卷绕主轴(308)方向移动，从而将探测器卷盘压紧。