CN108320832B - 一种散裂中子源靶体插件的遥控维护结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种散裂中子源靶体插件的遥控维护结构，包括靶体插件和设于靶体插件底部的靶座，靶体插件内部设有第一冷却液管路，靶座内部设有第二冷却液管路，靶体插件和靶座之间还设有过渡盘，过渡盘连通第一冷却液管路和第二冷却液管路。本发明通过在靶体插件和靶座上改进冷却系统、定位装配方式以及热电偶组件，在无需额外安装配重块、拆卸冷却线路或者拆卸热电偶的基础上，实现了靶体插件和靶座之间的密封连接、电性连接和高精度定位。

Description

一种散裂中子源靶体插件的遥控维护结构

技术领域

本发明属于散裂中子源技术领域，具体涉及一种散裂中子源靶体插件的遥控维护结构。

背景技术

靶体插件是散裂中子源的核心部件，也是中子束的源头，散裂中子源的加速器产生的高能质子，轰击靶体插件，产生中子。当靶系统展开运作时，靶体插件会受到质子轰击，中国散裂中子源（CSNS）的靶材料选用了高密度金属钨，钨靶和靶容器在高能质子轰击下，材料会产生原子离位等辐照损伤，损伤到一定程度，靶体插件需要更换。

更换靶体插件是一个以新靶体插件取代旧靶体插件的过程，其步骤主要包括拆卸旧靶体插件而后安装新靶体插件，但是，经过高能质子轰击的靶体已经被活化，辐射剂量非常高，不能人手更换，需要用遥控机械手等远程操作手段来更换靶体插件。

由于靶体插件接收高能质子轰击时，会沉积大量热量，靶体插件热沉积功率较高，需要良好地冷却系统，否则靶体温度会急剧升高，导致损坏，靶体插件中的靶片之间有间隙，可通过冷却水进行冷却，设计冷却管路用于给冷却水提供通道，将冷却水引至靶座，形成冷却水循环。现有技术中，位于靶座部分的冷却管路为外露管线，在更换靶体插件时，需要遥控机械手拆卸和重新安装这些外露管线，而且还需要增加配重、辅助维护工装等，增大了远程维护的难度。

发明内容

本发明的目的是提供一种散裂中子源靶体插件的遥控维护结构，改进冷却系统的结构，使得靶座上无外露管道，更换靶体插件时，在无需拆卸外露管线、额外安装配重块或者辅助维护工装的基础上，实现了新靶体插件和靶座之间的密封连接、电性连接和高精度定位。

本发明提供了如下的技术方案：一种散裂中子源靶体插件的遥控维护结构，包括靶体插件和设于靶体插件底部的靶座，靶体插件内部设有第一冷却液管路，靶座内部设有第二冷却液管路，靶体插件和靶座之间还设有过渡盘，过渡盘连通第一冷却液管路和第二冷却液管路。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述靶体插件底面嵌入设有第一限位槽，靶座顶面设有与第一限位槽相对应的第二限位槽，第一限位槽和第二限位槽形成空腔，过渡盘水平设置于空腔中，且其与空腔的顶面和底面均密封连接；

所述过渡盘上贯穿设有冷却液通孔，第一冷却液管路的端口延伸至空腔顶面，冷却液通孔顶端与第一冷却液管路的端口相连通，第二冷却液管路的端口延伸至空腔底面，冷却液通孔底端与第二冷却液管路的端口相连通，第一冷却液管路、过渡盘和第二冷却液管路共同形成冷却液通道。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述冷却液通孔的顶端和底端均嵌入设有环槽，环槽中设有密封件，冷却液通孔顶端通过密封件与第一冷却液管路的端口密封连接，冷却液通孔底端通过密封件与第二冷却液管路的端口密封连接。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述靶体插件包括前后相连的靶体和定位连接件，所述定位连接件后端设有配重块。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述定位连接件后端嵌入设有配重块安装槽，所述配重块底面向下延伸出滑块，安装槽槽口向内开设有与滑块相适应的滑槽，配重块通过滑块和滑槽卡合于配重块安装槽中。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述定位连接件后端还设有与配重块安装槽槽口相适应的固定板。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述靶体插件和靶座上设有对应的连接孔，靶体插件通过连接孔和螺栓的配合与靶座相连。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述靶座顶面沿长度方向两边向上延伸出挡板，挡板与靶座顶面形成凹槽，靶体插件通过凹槽与靶座相契合。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述凹槽的纵截面为顶边大于底边的梯形结构，挡板内壁为滑动过渡面，靶体插件通过滑动过渡面滑入凹槽中，所述挡板顶面嵌入设有V形槽，V形槽中贯穿设有V形槽定位柱，V形槽定位柱一端与靶体插件紧固连接。

作为上述技术方案的进一步描述：

所述靶体插件底面嵌入设有热电偶上组件，靶座顶面嵌入设有与热电偶上组件相对应的热电偶下组件，热电偶上组件包括朝下设置的固定电极，热电偶下组件上设有与固定电极相对应的弹性电极。

本发明的有益效果：通过在靶体插件和靶座上改进冷却系统、定位装配方式以及热电偶组件，在无需额外安装配重块、拆卸冷却线路或者拆卸热电偶的基础上，实现了靶体插件和靶座之间的密封连接、电性连接和高精度定位，具体如下：

（1）、优化冷却液通道的结构，无外露管道：第二冷却液管路设置于靶座内部，使得靶座上无外露管道，过渡盘密封连通第一冷却液管路和第二冷却液管路，因此，在使用状态下，第一冷却液管路、过渡盘和第二冷却液管路共同形成冷却液通道，当更换靶体插件时，只需将新的靶体插件与靶体相连接，即可实现第一冷却液管路和第二冷却液管路的密封连通；

（2）、密封连接：第一冷却液管路、过渡盘和第二冷却液管路共同形成冷却液通道，过渡盘与空腔的顶面和底面均密封连接，因此不会发生冷却液的泄漏事故；

（3）、实现简单修复，降低靶座更换频率：由于第二冷却液管路通过过渡盘与第一冷却液管路相连通，当与密封件接触的密封面出现有划痕、碰伤等损坏等情况，如果没有过渡盘的设计，而是直接在靶座和靶体插件之间密封冷却液通道，此时即需要更换整个支撑座，然而支撑座后端有很复杂的连接结构，更换的难度极大；而本发明由于设计过渡盘上，使得密封件不会直接与靶座接触，出现损坏只需更换过渡盘，实现简便地修复；

（4）、简化配重操作：将配重块直接安装在定位连接件上，使得新旧靶体插件均自带配重块，使得靶体插件的重心在靶座的支撑面上，因此更换靶体插件时无需放置额外的配重块，简化了操作；

（5）、实现高精度定位：设计双滑动过渡面和V型槽，V形槽用于防止靶体插件相对靶座产生前后位移，两侧的滑动过渡面可以限制靶体插件相对靶座产生左右位移，靶体插件在与靶座逐渐接触的过程中，由于受到重力作用，靶体插件从两侧的滑动过渡面滑入凹槽内实现靶体插件的高精度定位，并保证新旧靶体插件位置精度的高度一致性；滑动过渡面和V型槽均有导向作用，使得靶体插件能自动落入准确位置，无需额外的对正操作，另外，还可以使得靶体插件与靶座之间的密封垫圈的压缩量得到精确保证，从而实现可靠密封；

（6）、优化热电偶组件的结构：将现有技术中靶体插件的热电偶分为设置于靶体插件的热电偶上组件和设置于靶座上的热电偶下组件，并通过固定电极和弹性电极的配合实现电连接，在更换靶体插件时，无需拆卸热电偶上的任何线缆，只需将带有热电偶上组件的靶体插件与靶座固定连接即可，由于前述的定位和密封结构设计，使得固定电极可以和弹性电极精确定位，通过这样的设计将靶体插件上的热电偶线缆引至控制室，最终测量得到各个时间段的温度变化情况，便于在辐射环境下实现远程安装、维护和测温。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图 1是本发明的立体结构示意图；

图 2是本发明的爆炸示意图；

图 3是图2中局部的放大示意图；

图 4是本发明在另一角度的爆炸示意图；

图5是图4中局部的放大示意图；

图6是本发明中靶座和过渡盘的连接示意图；

图7是本发明中定位连接件的结构示意图；

图8是本发明中定位连接件的结构示意图（其中配重块和固定板未示出）；

图9是本发明配重块的结构示意图；

图中标记为：1、靶体插件；11、靶体；12、定位连接件；13、热电偶上组件；101、第一冷却管路；102、第一限位槽；103、配重块；104、配重块安装槽；105、滑块；106、滑槽；107、固定板；108、连接孔；2、靶座；21、凹槽；22、热电偶下组件；201、第二冷却管路；202、第二限位槽；203、挡板；204、V形槽；205、导向柱；3、过渡盘；301、冷却液通孔；302、环槽；303、密封件。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设有”、“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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

现结合说明书附图，详细说明本发明的结构特点。

参见图1、2和4，一种散裂中子源靶体插件的遥控维护结构，一种散裂中子源靶体插件的遥控维护结构，包括靶体插件1和设于靶体插件1底部的靶座2，靶体插件1内部设有第一冷却液管路101，靶座2内部设有第二冷却液管路201，靶体插件1和靶座2之间还设有过渡盘3，过渡盘3连通第一冷却液管路101和第二冷却液管路201。

本发明的工作方式为：遥控维护靶体插件时，先将旧的靶体插件1从靶座2上分离，然后将新的靶体插件1与靶座2相连接，由于靶座2上无外露管道，因此，无需拆卸和重新连接冷却系统的线路，简化了更换靶体插件时所需的遥控操作。

具体而言，第二冷却液管路201设置于靶座2内部，使得靶座2上无外露管道，过渡盘3密封连通第一冷却液管路101和第二冷却液管路201，因此，在使用状态下，第一冷却液管路101、过渡盘3和第二冷却液管路201共同形成冷却液通道，当更换靶体插件1时，只需将新的靶体插件1与靶体2相连接，即可实现第一冷却液管路101和第二冷却液管路201的密封连通；同时，由于第二冷却液管路201通过过渡盘3与第一冷却液管路101相连通，因此，当第二冷却液管路201连通处的接触面出现划痕或者损伤等情况，相较于不使用过渡盘3，直接将第一冷却液管路101和第二冷却液管路201连通的方式，本发明只需更换过渡盘3，无需更换靶座2，降低操作难度。

参见图3和图5，进一步说，过渡盘3的装配方式具体为：靶体插件1底面嵌入设有第一限位槽102，靶座2顶面设有与第一限位槽102相对应的第二限位槽202，第一限位槽102和第二限位槽202形成空腔，过渡盘3水平设置于空腔中，且与空腔的顶面和底面均密封连接，过渡盘3可优选为通过螺栓和第二限位槽202相固定。

冷却液通道形成的具体方式为：过渡盘3上贯穿设有冷却液通孔301，第一冷却液管路101的端口延伸至空腔顶面，冷却液通孔301顶端与第一冷却液管路101的端口相连通，第二冷却液管路201的端口延伸至空腔底面，冷却液通孔301底端与第二冷却液管路201的端口相连通，第一冷却液管路101、过渡盘3和第二冷却液管路201共同形成冷却液通道。

因此，第一冷却液管路101中的冷却液从空腔顶面的端口进入冷却液通孔301，通过冷却液通孔301后再从空腔底面的端口进入第二冷却液管路201，或者，第二冷却液管路201的冷却液从空腔底面的端口进入冷却液通孔301，通过冷却液通孔301后再从空腔底面的端口进入第一冷却液管路101，通过这样的方式，形成冷却液的循环。由于过渡盘3与空腔的顶面和底面均密封连接，因此冷却液泄漏不会发生。

参见图3，进一步说，过渡盘3密封连接的方式为：冷却液通孔301的顶端和底端均嵌入设有环槽302，环槽302中设有密封件303，冷却液通孔301顶端通过密封件303与第一冷却液管路101的端口密封连接，冷却液通孔301底端通过密封件303与第二冷却液管路201的端口密封连接。

在冷却液通孔301和第一冷却液管路101以及冷却液通孔301和第二冷却液管路201的连接处设置密封件303，用于进一步提高冷却液通道的密封性能，密封件303可以优选为C型金属密封圈，在环槽302中设有用于固定密封垫圈的垫圈固定件，C型金属密封圈确保了能适应可能出现的支撑座、靶体插件等加工误差，否则密封圈压缩量一旦不足，会导致失效；密封圈的良好回弹性能，保证了较长的使用寿命，不至于在长时间使用后应力松弛而导致密封失效。

结合前述，当与密封件303接触的密封面出现有划痕、碰伤等损坏等情况，如果没有过渡盘3的设计，而是直接在靶座2和靶体插件1之间密封冷却液通道，此时即需要更换整个支撑座，然而支撑座后端有很复杂的连接结构，更换的难度极大；而本发明由于设计过渡盘3上，使得密封件303不会直接与靶座2接触，出现损坏只需更换过渡盘3，实现简便地修复。

参见图4、7、8和9，进一步说，靶体插件1包括前后相连的靶体11和定位连接件12，定位连接件12后端设有配重块103。

将配重块103直接安装在定位连接件12上，使得新旧靶体插件1均自带配重块103，使得靶体插件1的重心在靶座2的支撑面上，因此更换靶体插件1时无需放置额外的配重块103，简化了操作。

定位连接件12后端嵌入设有配重块安装槽104，配重块103底面向下延伸出滑块105，配重块安装槽104槽口向内开设有与滑块105相适应的滑槽106，配重块103通过滑块105和滑槽106卡合于配重块安装槽104中。定位连接件12后端还设有与配重块安装槽104槽口相适应的固定板107。

配重块103安装于配重块安装槽104中，并通过滑槽、滑块和固定板与定位连接件12可拆卸的连接，方便将其从旧靶体插件1上拆除。

参见图2和图7，靶体插件1和靶座2的连接方式为：两者上均设有对应的连接孔108，靶体插件1通过连接孔和螺栓的配合与靶座2相连。

维护过程中，将新的靶体插件1定位后，只需将螺栓拧紧，即同时实现靶体插件1的密封、电气连接和高精度定位，操作极为简便，旋拧螺栓是遥控安装新的靶体插件1唯一的操作。

参见图2，靶体插件1和靶座2的定位配合方式可以优选为：靶座2顶面沿长度方向两边向上延伸出挡板203，挡板203与靶座2顶面形成凹槽21，靶体插件1通过凹槽21与靶座2相契合，凹槽21的纵截面为顶边大于底边的梯形结构，挡板203内壁为滑动过渡面，靶体插件1通过滑动过渡面滑入凹槽21中。

当靶体插件1远程遥控安装在靶座2上时，靶体插件1在与靶座2逐渐接触的过程中，由于受到重力作用，靶体插件1从两侧的滑动过渡面滑入凹槽21内，此时靶体插件1定位在靶座2上，然后将螺栓拧紧即可将两者固定。另外，滑动过渡面为长斜面，有助于进一步提高定位的精度。

结合图1和图3，进一步说，挡板203顶面嵌入设有V形槽204，V形槽204中贯穿设有V形槽定位柱，V形槽定位柱一端与靶体插件1紧固连接。

V形槽定位柱用于防止靶体插件1相对靶座2产生前后位移；结合前述，通过两侧的滑动过渡面设置可以限制靶体插件1相对靶座2产生左右位移，采用这样的方式，实现靶体插件1的高精度定位，并保证新旧靶体插件1位置精度的高度一致性；滑动过渡面和V型槽均有导向作用，使得靶体插件1能自动落入准确位置，无需额外的对正操作。另外，还可以使得靶体插件1与靶座2之间的密封垫圈的压缩量得到精确保证，从而实现可靠密封。

参见图6，靶座2上还设有用于提供初步导向的导向轴25，靶体插件1上设有对应的导向孔，在更换时，靶体插件1在机械手操作下，可能出现摇摆、晃动等，可能碰伤接触面，新的靶体插件1逐渐向下接近靶座2时，导向轴25与导向孔对接，导向轴25可以减少此类摇摆、晃动。

参见图5和图6，进一步说，本发明还具有在更换过程中简化热电偶相关操作的结构：靶体插件1底面嵌入设有热电偶上组件13，靶座2顶面嵌入设有与热电偶上组件13相对应的热电偶下组件22，热电偶上组件13包括朝下设置的固定电极，热电偶下组件22上设有与固定电极相对应的弹性电极。

将现有技术中靶体插件1上的热电偶分为设置于靶体插件1的热电偶上组件13和设置于靶座2上的热电偶下组件22，并通过固定电极和弹性电极的配合实现电连接，在更换靶体插件1时，无需拆卸热电偶上的任何线缆，只需将带有热电偶上组件13的靶体插件1与靶座2固定连接即可。由于前述的定位和密封结构设计，使得固定电极可以和弹性电极精确定位，通过这样的设计将靶体插件1上的热电偶线缆引至控制室，最终测量得到各个时间段的温度变化情况，便于在辐射环境下实现远程安装、维护和测温。

另外，热电偶上组件13和热电偶下组件22均由电极和线缆组成，靶体插件1底面和靶座2顶面均嵌入设有热电偶安装单元，安装单元包括绝缘底座和盖合于绝缘底座上的绝缘盖板，固定电极和弹性电极底部均设置在各自的绝缘底座中，绝缘盖板用于压紧电极，固定电极和弹性电极顶部均从绝缘盖板表面凸出，线缆从绝缘底座中向外延伸。热电偶上组件13和热电偶下组件22所不同的是，热电偶下组件22使用的绝缘底座中设有弹性元件，该弹性元件设于弹性电极底部和绝缘底座之间，弹性元件可以优选为石墨等材质制成，可以有效补偿靶体插件1与靶座2的安装误差。

过渡盘3还可以优选为与靶座2为可拆卸连接，通过固定孔和螺栓的配合实现固定，方便更换过渡盘，实现修复。

综上所述，本发明通过在靶体插件1和靶座2上改进冷却系统、定位装配方式以及热电偶组件，在无需额外安装配重块、拆卸冷却线路或者拆卸热电偶的基础上，实现了靶体插件1和靶座2之间的密封连接、电性连接和高精度定位。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种散裂中子源靶体插件的遥控维护结构，包括靶体插件和设于靶体插件底部的靶座，靶体插件内部设有第一冷却液管路，其特征在于，靶座内部设有第二冷却液管路，靶体插件和靶座之间还设有过渡盘，过渡盘连通第一冷却液管路和第二冷却液管路；

所述靶体插件底面嵌入设有第一限位槽，靶座顶面设有与第一限位槽相对应的第二限位槽，第一限位槽和第二限位槽形成空腔，过渡盘水平设置于空腔中，且其与空腔的顶面和底面均密封连接；

所述过渡盘上贯穿设有冷却液通孔，第一冷却液管路的端口延伸至空腔顶面，冷却液通孔顶端与第一冷却液管路的端口相连通，第二冷却液管路的端口延伸至空腔底面，冷却液通孔底端与第二冷却液管路的端口相连通，第一冷却液管路、过渡盘和第二冷却液管路共同形成冷却液通道；

所述靶体插件包括前后相连的靶体和定位连接件，所述定位连接件后端设有配重块。

2.根据权利要求1所述的散裂中子源靶体插件的遥控维护结构，其特征在于：所述冷却液通孔的顶端和底端均嵌入设有环槽，环槽中设有密封件，冷却液通孔顶端通过密封件与第一冷却液管路的端口密封连接，冷却液通孔底端通过密封件与第二冷却液管路的端口密封连接。

3.根据权利要求1所述的散裂中子源靶体插件的遥控维护结构，其特征在于：所述定位连接件后端嵌入设有配重块安装槽，所述配重块底面向下延伸出滑块，安装槽槽口向内开设有与滑块相适应的滑槽，配重块通过滑块和滑槽卡合于配重块安装槽中。

4.根据权利要求3所述的散裂中子源靶体插件的遥控维护结构，其特征在于：所述定位连接件后端还设有与配重块安装槽槽口相适应的固定板。

5.根据权利要求1~4任一项所述的散裂中子源靶体插件的遥控维护结构，其特征在于：所述靶体插件和靶座上设有对应的连接孔，靶体插件通过连接孔和螺栓的配合与靶座相连。

6.根据权利要求5所述的散裂中子源靶体插件的遥控维护结构，其特征在于：所述靶座顶面沿长度方向两边向上延伸出挡板，挡板与靶座顶面形成凹槽，靶体插件通过凹槽与靶座相契合。

7.根据权利要求6所述的散裂中子源靶体插件的遥控维护结构，其特征在于：所述凹槽的纵截面为顶边大于底边的梯形结构，挡板内壁为滑动过渡面，靶体插件通过滑动过渡面滑入凹槽中，所述挡板顶面嵌入设有V形槽，V形槽中贯穿设有V形槽定位柱，V形槽定位柱一端与靶体插件紧固连接。

8.根据权利要求7所述的散裂中子源靶体插件的遥控维护结构，其特征在于：所述靶体插件底面嵌入设有热电偶上组件，靶座顶面嵌入设有与热电偶上组件相对应的热电偶下组件，热电偶上组件包括朝下设置的固定电极，热电偶下组件上设有与固定电极相对应的弹性电极。