CN108053905A - 燃料组件下部锁紧装置及锁紧、解锁方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃料组件下部锁紧装置及锁紧、解锁方法，锁紧装置包括可轴向往复运动地设置在燃料组件管腿内的导杆、设置在导杆下端上的驱动结构、可转动设置在管腿内并与驱动结构配合的转动结构、可转动设置在管腿内并与转动结构相对固定的挡杆；管腿的管壁对应挡杆设有通孔；导杆在管腿内处于第一位置时，挡杆位于管腿内；导杆在管腿内由第一位置运动至第二位置时，转动结构在驱动结构驱动下转动，带动挡杆转动伸出通孔，抵接在下堆芯板一侧，将燃料组件锁紧在下堆芯板上。本发明的锁紧装置用于燃料组件下部的锁紧，结构简单可靠，锁紧和解锁动作与燃料组件的换料动作同步，操作方便；对换料装置要求较低，提高锁紧装置可靠性。

Description

燃料组件下部锁紧装置及锁紧、解锁方法

技术领域

本发明涉及反应堆燃料组件技术领域，尤其涉及一种燃料组件下部锁紧装置及锁紧、解锁方法。

背景技术

快堆是实现核燃料增值、提高铀资源利用率、减少长寿命核素的最重要途径，目前国际上大部分的液态快堆都采用池式结构。为了保证系统边界的完整性，反应堆需处于密封的状态，即使是在换料过程反应堆的顶盖也不能打开。因此，在这样特殊的环境下，为满足不开盖换料反应堆堆芯无上堆芯板。为了防止燃料组件在地震等工况下发生起跳，有必要在下管腿部位增加下部锁紧装置。

现有专利CN103985419A公开了一种液体重金属反应堆的燃料组件锁紧装置，通过栅板与燃料组件配合为燃料组件提供轴向约束，达到锁紧的目的。然而，该专利的锁紧装置存在以下缺点：

1、换料机构需要提供扭转载荷和精准定位，换料步骤复杂，需要换料机构对燃料组件进行多次操作；2、固定套筒在燃料组件锁紧状态受到轴向作用力，当在堆内长期运行时，容易导致固定套筒发生变形导致锁紧部件卡涩无法解锁。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种简单可靠的燃料组件下部锁紧装置以及燃料组件下部锁紧方法、燃料组件下部解锁方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种燃料组件下部锁紧装置，所述燃料组件下部设有与下堆芯板配合的管腿，所述锁紧装置包括可轴向往复运动地设置在所述管腿内的导杆、设置在所述导杆下端上的驱动结构、可转动设置在所述管腿内并与所述驱动结构配合的转动结构、可转动设置在所述管腿内并与所述转动结构相对固定的挡杆；所述管腿的管壁对应所述挡杆设有通孔；

所述导杆在所述管腿内处于第一位置时，所述挡杆位于所述管腿内；

所述导杆在所述管腿内由第一位置运动至第二位置时，所述转动结构在所述驱动结构驱动下转动，带动所述挡杆转动伸出所述通孔，抵接在下堆芯板一侧，将所述燃料组件锁紧在所述下堆芯板上。

优选地，所述锁紧装置还包括设置在所述管腿内并位于所述导杆下方的支撑架；所述转动结构通过转轴连接在所述支撑架上，所述挡杆的第一杆部固定在所述转轴或转动结构上，与第一杆部相接的第二杆部向所述管腿的管壁方向延伸。

优选地，所述挡杆的第一杆部和第二杆部夹角相接；

在所述第一位置，所述第一杆部朝向所述导杆的上端方向延伸，所述第二杆部朝向所述管腿的管壁方向延伸；

在所述第二位置，所述第一杆部朝向所述管腿的管壁方向延伸，所述第二杆部垂直所述管腿的轴向配合在所述通孔中，并凸出所述通孔。

优选地，所述第二杆部远离所述第一杆部的端面为弧面。

优选地，所述驱动结构包括平行所述导杆轴向的齿条；所述转动结构包括与所述齿条啮合的齿轮。

优选地，所述锁紧装置还包括导向机构；

所述导向机构包括设置在所述驱动结构下方并与所述驱动结构相对的导向柱、与所述导向柱配合的压紧件以及复位弹簧；所述压紧件连接在所述驱动结构下方，随所述导杆的往复运动沿着所述导向柱的轴向往复运动；所述复位弹簧套设在所述导向柱上并抵接所述压紧件。

优选地，所述压紧件包括压紧环、连接在所述压紧环和驱动结构之间的连接杆。

优选地，所述导向机构还包括设置在所述压紧环上的销钉、对应所述销钉设置在所述导向柱上的导向槽；所述导向槽沿着所述导向柱的轴向延伸，所述销钉凸出所述压紧环朝向所述导向柱的内周面并配合在所述导向槽内，可沿所述导向槽轴向来回移动。

本发明还提供一种燃料组件下部锁紧方法，包括以下步骤：

S11、换料装置夹持燃料组件的同时，换料装置下压燃料组件管腿内的导杆，所述导杆下端上的驱动结构驱动与之配合的转动结构转动，带动与所述转动结构相对固定的挡杆向靠近导杆方向转动，所述挡杆转动离开所述管腿上的通孔；

S12、所述燃料组件在下堆芯板上插接到位后，所述导杆向上轴向移动复位，所述驱动结构驱动所述转动结构转动，带动所述挡杆向所述管腿的内壁方向转动，并伸出所述管腿上的通孔，抵接在所述下堆芯板一侧，将所述燃料组件锁紧在所述下堆芯板上。

优选地，在所述管腿内，所述导杆的下方设有支撑架，所述转动结构设置在所述支撑架上；

所述驱动结构包括平行所述导杆轴向的齿条；所述转动结构包括与所述齿条啮合的齿轮。

优选地，所述管腿内设有导向机构；所述导向机构包括设置在所述驱动结构下方并与所述驱动结构相对的导向柱、与所述导向柱配合的压紧件以及复位弹簧；所述压紧件连接在所述驱动结构下方，随所述导杆的往复运动沿着所述导向柱的轴向往复运动；所述复位弹簧套设在所述导向柱上并抵接所述压紧件；

在步骤S11中，所述导杆下压过程中，通过所述压紧件沿所述导向柱轴向移动，压缩所述复位弹簧；

在步骤S12中，所述复位弹簧伸展，驱动所述压紧件沿导向柱轴向移动，带动所述导杆向上移动复位。

本发明还提供一种燃料组件下部解锁方法，包括以下步骤：

S21、换料装置夹持燃料组件的同时，换料装置下压燃料组件管腿内的导杆；

S22、所述导杆下端上的驱动结构驱动与之配合的转动结构转动，带动与所述转动结构相对固定的挡杆向靠近所述导杆的方向转动，所述挡杆自下堆芯板一侧转动至所述管腿内，离开所述管腿上的通孔，对所述燃料组件解锁，此时燃料组件可从所述下堆芯板上取出。

本发明的有益效果：锁紧装置结构简单可靠，用于将燃料组件下部锁紧在下堆芯板上，只需换料装置提供轴向运动，不需要提供扭转载荷，即可实现燃料组件在下堆芯板上的锁定及解锁；锁紧和解锁动作与燃料组件的换料动作同步，操作方便；对换料装置要求较低，在满足燃料组件锁紧的条件下，减少换料装置和锁紧装置的复杂性和提高锁紧装置可靠性。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明一实施例的燃料组件下部锁紧装置在未锁紧(解锁)状态的结构示意图；

图2是本发明一实施例的燃料组件下部锁紧装置在锁紧状态的结构示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1、2所示，本发明一实施例的燃料组件下部锁紧装置，用于将燃料组件下部锁紧在下堆芯板3上，防止燃料组件在地震等工况下发生起跳。该燃料组件下部锁紧装置可包括导杆10、相配合的驱动结构20和转动结构30、以及挡杆40。

燃料组件下部设有与下堆芯板3配合的管腿1，导杆10可轴向往复运动地设置在管腿1内。驱动结构20于管腿1内设置在导杆10的下端上，可随着导杆10在轴向上往复运动。转动结构30可转动设置在管腿1内，通过与驱动结构20配合，驱动结构20在往复运动过程中驱动转动结构30进行转动。挡杆40可转动设置在管腿1内，并与转动结构30相对固定，转动结构30转动的同时带动挡杆40转动。管腿1的管壁对应挡杆40设有通孔2，从而挡杆40可转动伸出通孔2以配合在下堆芯板3的一侧(如下侧)，限制整个燃料组件向上移动脱离下堆芯板3。

如图1所示，导杆10在管腿1内处于第一位置时，挡杆40位于管腿1内，未伸出通孔2，此时燃料组件在下堆芯板上未锁紧。

如图2所示，导杆10在管腿1内由第一位置运动至第二位置时，转动结构30在驱动结构20驱动下转动，带动挡杆40转动伸出通孔2，抵接在下堆芯板3一侧(下侧)，将燃料组件锁紧在下堆芯板3上。

通孔2内径需要根据挡杆40转动的圆周行程设置。优选地，通孔2的内壁上缘位于挡杆40转动形成的圆圈外，内壁下缘位于挡杆40转动形成的圆圈内，便于挡杆40顺利进出通孔2。

导杆10在管腿1内延伸至燃料组件的上部，整体贯穿燃料组件的包壳，导杆10上端可在换料时受换料装置的驱动实现轴向移动，实现锁紧和解锁与燃料组件换料动作同步。

具体地，如图1、2所示，驱动结构20和转动结构30的配合，将导杆10的轴向运动转化为圆周转动，从而带动挡杆40转动穿进通孔2或脱离通孔2。本实施例中，驱动结构20包括齿条，齿条平行导杆10的轴向连接在导杆10的下端。对应地，转动结构30包括与齿条啮合的齿轮。齿轮优选两个或以上，从而可沿着管腿1内周分布。

转动结构30和挡杆40可直接固定在管腿1的内底部。或者，如图1所示，本实施例的锁紧装置还包括设置在管腿1内的支撑架50。该支撑架50位于导杆10的下方，转动结构30可通过转轴连接在支撑架50上，从而可相对管腿1、支撑架50进行转动。支撑架50可为框架结构，稳固设置在管腿1的内底部上，具体结构、形状不限定。

挡杆40固定在转轴或转动结构30上，从而可与转动结构30同时转动。优选地，本实施例中，转动结构30的每一个齿轮对应有至少一个挡杆40，通过相对的至少两个齿轮及挡杆40的设置，将燃料组件下部平衡锁紧在下堆芯板3上。

挡杆40包括相接的第一杆部41和第二杆部42，第一杆部41固定在转轴或转动结构30上，第二杆部42远离转动结构30，向管腿1的管壁方向延伸。其中，第二杆部42相对第一杆部41向管腿1内底部方向弯折，使得第一杆部41和第二杆部42之间有夹角，形成夹角相接。

如图1所示，导杆10在管腿1内处于第一位置时，第一杆部41朝向导杆10的上端方向延伸，可平行导杆10的轴向或相对导杆10的轴向倾斜，第二杆部42朝向管腿1的管壁方向延伸，延伸方向相对管腿1的轴向倾斜。

如图2所示，导杆10在管腿1内处于第二位置时，第一杆部41朝向管腿1的管壁方向延伸，相对导杆10的轴向倾斜，第二杆部42垂直管腿1的轴向配合在通孔2中，并凸出通孔2以抵接在下堆芯板3下侧。

进一步地，挡杆40的第二杆部42在转动穿进通孔2的过程中，端部会与管腿1的内壁接触并相对滑动，为了减少滑动摩擦力，第二杆部42远离第一杆部41的端面为弧面。该弧面的设置还避免第二杆部42对管腿1内壁造成磨损。

通孔2的内径大于第二杆部42的直径，便于第二杆部42活动进出。

进一步地，本发明的锁紧装置还包括导向机构60，设置在管腿1内并位于导杆10的下方，对导杆10的轴向运动起到引导作用，避免导杆10倾斜。

作为选择，导向机构60可包括设置在驱动结构20下方并与驱动结构20相对的导向柱61、与导向柱61配合的压紧件62以及复位弹簧63。压紧件62连接在驱动结构20下方，随导杆10的往复运动沿着导向柱61的轴向往复运动；复位弹簧63套设在导向柱61上并抵接压紧件62，驱动压紧件62移动复位，进而带动导杆10轴向移动复位。导向柱61可为空心或实心柱体。

本实施例中，导向柱61设置在支撑架50上，复位弹簧62在导向柱61的外周，一端抵接压紧件62，一端在导向柱61底部外周抵接在支撑架50上。

压紧件62可包括压紧环621、连接在压紧环621和驱动结构20之间的连接杆622。压紧环621配合在导向柱61的外周，并通过连接杆622与驱动结构20相接。当导杆10受力向下轴向运动时(如处于第二位置)，复位弹簧62受压紧件62下压呈压缩状态；当导杆10外力消失(如处于第一位置)，复位弹簧62因回复力作用伸展，驱使压紧件62向上运动，进而使得导杆10也向上轴向运动。

优选地，导向机构60还可包括设置在压紧环621上的销钉64、对应销钉64设置在导向柱61上的导向槽65。导向槽65沿着导向柱61的轴向延伸，两端边界未贯穿导向柱61的上下端。销钉64凸出压紧环621朝向导向柱61的内周面并配合在导向槽65内，可沿导向槽65轴向来回移动，进一步对压紧件62的轴向移动起到引导作用，还限制压紧件62脱离导向柱61，进而限制导杆10脱离管腿1。

可以理解地，销钉64不限于一个，可沿压紧环621外周设置两个或以上，每一个销钉64对应一个导向槽65。

本发明的锁紧装置，结构简单，只需换料装置提供轴向运动，不需要提供扭转载荷，即可实现燃料组件在下堆芯板上的锁定及解锁，减少换料装置的复杂性。燃料组件锁紧(解锁)动作与燃料组件换料动作同步，在燃料组件与换料装置抓紧的同时即实现解锁，在换料装置脱离燃料组件的同时即实现燃料组件锁紧。

参考图1-2，本发明的燃料组件下部锁紧方法，可采用上述的燃料组件下部锁紧装置实现，该锁紧方法可包括以下步骤：

S11、换料装置夹持燃料组件的同时，换料装置下压燃料组件管腿1内的导杆10，导杆10下端上的驱动结构20驱动与之配合的转动结构30转动，带动与转动结构30相对固定的挡杆40向靠近导杆10方向转动，挡杆40转动离开管腿1上的通孔2。挡杆40转动离开通孔2后的状态如图1所示。

具体地，在管腿1内，导杆10的下方设有支撑架50，转动结构30通过转轴可转动设置在支撑架50上，在驱动结构20的驱动下相对支撑架50转动，从而挡杆40也转动。本实施例中，驱动结构20包括平行导杆10轴向的齿条；转动结构30包括与齿条啮合的齿轮。齿条随导杆10向下移动时，驱使齿轮圆周转动，同时带动挡杆40转动至其第二杆部42穿进通孔2。

燃料组件在未安装、处于自由状态时，挡杆40的第二杆部42伸出管腿1上的通孔2，因此在燃料组件与下堆芯板3插接前，通过步骤S11使挡杆40的第二杆部42进入管腿1内，不凸出通孔2。

S12、燃料组件在下堆芯板3上插接到位后，换料装置脱离燃料组件，导杆10向上轴向移动复位，驱动结构20驱动转动结构30转动，带动挡杆40向管腿1的内壁方向转动，并伸出管腿1上的通孔，抵接在下堆芯板3一侧，将燃料组件锁紧在下堆芯板3上，限制燃料组件向上运动脱离下堆芯板3，如图2所示。

进一步地，管腿1内设有导向机构60。导向机构60包括设置在驱动结构20下方并与驱动结构20相对的导向柱61、与导向柱61配合的压紧件62以及复位弹簧63；压紧件62连接在驱动结构20下方，随导杆10的往复运动沿着导向柱61的轴向往复运动；复位弹簧63套设在导向柱61上并抵接压紧件62，可为压紧件62提供向上的作用力驱使压紧件62复位。

在步骤S11中，导杆10下压过程中，通过压紧件62沿导向柱61轴向向下移动，压缩复位弹簧63。

在步骤S12中，复位弹簧63伸展，驱动压紧件62沿导向柱61轴向向上移动，带动导杆10向上移动复位。

当将燃料组件从下堆芯板3上取出，需要对燃料组件下部进行解锁。对此，本发明的燃料组件下部解锁方法，同样可参考图1-2，该解锁方法可包括以下步骤：

S21、换料装置夹持燃料组件的同时，换料装置下压燃料组件管腿1内的导杆10。

其中，在下压导杆10之前，先将整个燃料组件相对下堆芯板3向下轴向移动，使得配合在下堆芯板31一侧(下侧)的挡杆40离开下堆芯板31的下表面(不贴合)，从而挡杆40与下堆芯板3之间形成有间隔，为后续挡杆40的转动提供空间，方便挡杆40转动进入通孔2。

S22、导杆10下端上的驱动结构20驱动与之配合的转动结构30转动，带动与转动结构30相对固定的挡杆40向靠近导杆10的方向转动，挡杆40自下堆芯板3一侧转动至管腿1内，离开管腿1上的通孔2，对燃料组件解锁，此时燃料组件可从下堆芯板3上取出。

其中，在下压导杆10时，驱动结构40的轴向运动通过转动结构30转化为圆周转动，转动结构30转动的同时带动挡杆40的转动。挡杆40的第二杆部42从凸出通孔2的状态移动返回管腿1内，从下堆芯板2的下侧离开。

该步骤S22具体操作可参考上述锁紧方法中的步骤S11。

当燃料组件脱离换料装置后，其内部导杆10不受换料装置的下压而移动复位，挡杆40相对步骤S21中反向转动，驱使第二杆部42穿进并凸出管腿1的通孔2。

本发明的锁紧和解锁方法中，换料装置由现有技术实现，只要其上设有与导杆10配合，可下压导杆10的结构即可。

以上所述仅为本发明的实施例，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 (12)

1.一种燃料组件下部锁紧装置，所述燃料组件下部设有与下堆芯板（3）配合的管腿（1），其特征在于，所述锁紧装置包括可轴向往复运动地设置在所述管腿（1）内的导杆（10）、设置在所述导杆（10）下端上的驱动结构（20）、可转动设置在所述管腿（1）内并与所述驱动结构（20）配合的转动结构（30）、可转动设置在所述管腿（1）内并与所述转动结构（30）相对固定的挡杆（40）；所述管腿（1）的管壁对应所述挡杆（40）设有通孔（2）；

所述导杆（10）在所述管腿（1）内处于第一位置时，所述挡杆（40）位于所述管腿（1）内；

所述导杆（10）在所述管腿（1）内由第一位置运动至第二位置时，所述转动结构（30）在所述驱动结构（20）驱动下转动，带动所述挡杆（40）转动伸出所述通孔（2），抵接在下堆芯板（3）一侧，将所述燃料组件锁紧在所述下堆芯板（3）上。

2.根据权利要求1所述的燃料组件下部锁紧装置，其特征在于，所述锁紧装置还包括设置在所述管腿（1）内并位于所述导杆（10）下方的支撑架（50）；所述转动结构（30）通过转轴连接在所述支撑架（50）上，所述挡杆（40）的第一杆部（41）固定在所述转轴或转动结构（30）上，与第一杆部（41）相接的第二杆部（42）向所述管腿（1）的管壁方向延伸。

3.根据权利要求2所述的燃料组件下部锁紧装置，其特征在于，所述挡杆（40）的第一杆部（41）和第二杆部（42）夹角相接；

在所述第一位置，所述第一杆部（41）朝向所述导杆（10）的上端方向延伸，所述第二杆部（42）朝向所述管腿（1）的管壁方向延伸；

在所述第二位置，所述第一杆部（41）朝向所述管腿（1）的管壁方向延伸，所述第二杆部（42）垂直所述管腿（1）的轴向配合在所述通孔（2）中，并凸出所述通孔（2）。

4.根据权利要求3所述的燃料组件下部锁紧装置，其特征在于，所述第二杆部（42）远离所述第一杆部（41）的端面为弧面。

5.根据权利要求1所述的燃料组件下部锁紧装置，其特征在于，所述驱动结构（20）包括平行所述导杆（10）轴向的齿条；所述转动结构（30）包括与所述齿条啮合的齿轮。

6.根据权利要求1-5任一项所述的燃料组件下部锁紧装置，其特征在于，所述锁紧装置还包括导向机构（60）；

所述导向机构（60）包括设置在所述驱动结构（20）下方并与所述驱动结构（20）相对的导向柱（61）、与所述导向柱（61）配合的压紧件（62）以及复位弹簧（63）；所述压紧件（62）连接在所述驱动结构（20）下方，随所述导杆（10）的往复运动沿着所述导向柱（61）的轴向往复运动；所述复位弹簧（63）套设在所述导向柱（61）上并抵接所述压紧件（62）。

7.根据权利要求6所述的燃料组件下部锁紧装置，其特征在于，所述压紧件（62）包括压紧环（621）、连接在所述压紧环（621）和驱动结构（20）之间的连接杆（622）。

8.根据权利要求7所述的燃料组件下部锁紧装置，其特征在于，所述导向机构（60）还包括设置在所述压紧环（621）上的销钉（64）、对应所述销钉（64）设置在所述导向柱（61）上的导向槽（65）；所述导向槽（65）沿着所述导向柱（61）的轴向延伸，所述销钉（64）凸出所述压紧环（621）朝向所述导向柱（61）的内周面并配合在所述导向槽（65）内，可沿所述导向槽（65）轴向来回移动。

9.一种燃料组件下部锁紧方法，其特征在于，包括以下步骤：

S11、换料装置夹持燃料组件的同时，换料装置下压燃料组件管腿（1）内的导杆（10），所述导杆（10）下端上的驱动结构（20）驱动与之配合的转动结构（30）转动，带动与所述转动结构（30）相对固定的挡杆（40）向靠近导杆（10）方向转动，所述挡杆（40）转动离开所述管腿（1）上的通孔（2）；

S12、所述燃料组件在下堆芯板（3）上插接到位后，所述导杆（10）向上轴向移动复位，所述驱动结构（20）驱动所述转动结构（30）转动，带动所述挡杆（40）向所述管腿（1）的内壁方向转动，并伸出所述管腿（1）上的通孔（2），抵接在所述下堆芯板（3）一侧，将所述燃料组件锁紧在所述下堆芯板（3）上。

10.根据权利要求9所述的燃料组件下部锁紧方法，其特征在于，在所述管腿（1）内，所述导杆（10）的下方设有支撑架（50），所述转动结构（30）设置在所述支撑架（50）上；

所述驱动结构（20）包括平行所述导杆（10）轴向的齿条；所述转动结构（30）包括与所述齿条啮合的齿轮。

11.根据权利要求9所述的燃料组件下部锁紧方法，其特征在于，所述管腿（1）内设有导向机构（60）；所述导向机构（60）包括设置在所述驱动结构（20）下方并与所述驱动结构（20）相对的导向柱（61）、与所述导向柱（61）配合的压紧件（62）以及复位弹簧（63）；所述压紧件（62）连接在所述驱动结构（20）下方，随所述导杆（10）的往复运动沿着所述导向柱（61）的轴向往复运动；所述复位弹簧（63）套设在所述导向柱（61）上并抵接所述压紧件（62）；

在步骤S11中，所述导杆（10）下压过程中，通过所述压紧件（62）沿所述导向柱（61）轴向移动，压缩所述复位弹簧（63）；

在步骤S12中，所述复位弹簧（63）伸展，驱动所述压紧件（62）沿导向柱（61）轴向移动，带动所述导杆（10）向上移动复位。

12.一种燃料组件下部解锁方法，其特征在于，包括以下步骤：

S21、换料装置夹持燃料组件的同时，换料装置下压燃料组件管腿（1）内的导杆（10）；

S22、所述导杆（10）下端上的驱动结构（20）驱动与之配合的转动结构（30）转动，带动与所述转动结构（30）相对固定的挡杆（40）向靠近所述导杆（10）的方向转动，所述挡杆（40）自下堆芯板（3）一侧转动至所述管腿（1）内，离开所述管腿（1）上的通孔（2），对所述燃料组件解锁，此时燃料组件可从所述下堆芯板（3）上取出。