CN108573760A - 一种用于乏燃料水池扩容的水下冲洗装置及水下冲洗方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及百万千瓦级核电站核辅助冷却水领域，提供了一种用于乏燃料水池扩容的水下冲洗装置和利用该水下冲洗装置对旧格架进行水下冲洗的方法，包括沿铅锤方向设置的管筒和由上到下依次设置在管筒上的吊装组件、动力组件以及冲洗组件，其中吊装组件用于带动水下冲洗装置进行平移运动，动力组件包括用于将液体引入管筒内的水泵，冲洗组件包括多个喷嘴，多个喷嘴均与管筒连通设置；这样，可通过吊车操纵上述吊装组件，在冲洗前，将冲洗组件缓慢放入格架栅格单元中，下潜到一定水位后启动调节水泵；在冲洗过程中，通过带动吊装组件上下往复运动即可使多个喷嘴喷出的水流充分地作用于格架内壁、底部螺母孔和底部沟槽，从而使得清洗更彻底、高效。

Description

一种用于乏燃料水池扩容的水下冲洗装置及水下冲洗方法

技术领域

本发明涉及百万千瓦级核电站核辅助冷却水领域，具体而言，是涉及一种用于乏燃料水池扩容的水下冲洗装置以及利用该水下冲洗装置对旧格架进行水下冲洗的方法。

背景技术

乏燃料是指经过辐射照射、使用过的核燃料，是由核电站的核反应堆产生的。核反应堆反应后的核燃料中包含有大量放射性元素，因此具有大量放射性，如果不加以妥善处理，会严重影响环境与接触它们的人员的健康。因此经由核电站的核反应堆反应后的乏燃料需要在乏燃料水池中存放数十年，直至其放射性降低至可以进行后续对乏燃料的后处理工艺时。随着国内核电站的不断增多，以及核电站的持续运营，目前国内大多数核电站的乏燃料水池格架旧格架已经满容，现有的容器已经不能够满足核电站内部乏燃料存储的需求，因此乏燃料水池必须通过改造扩大乏燃料水池贮存容量，保证核电站内的正常生产。

在进行乏燃料水池扩容操作时，首先需要先将乏燃料水池内部的旧格架拆除，在进行旧格架拆除前需要先将旧格架内部的乏燃料运输至外部存储，但是旧格架内部的乏燃料的放射性普遍没有降低至可以运输及进行后续乏燃料的后处理工艺所需的放射值，因此给乏燃料的运输和存储带来了极大的难度。

乏燃料清空后，需要对旧格架进行拆除，旧格架的拆除在国内外为首次进行，旧格架由于长期用于储存乏燃料，且浸泡于具有放射性的水池的内部，因此旧格架上带有大量的放射性，工作人员不能够直接对旧格架靠近和触碰，工作人员也不能潜入到乏池内部协助和观察吊装旧格架的操作，也给整个工作带来了极大的难度，在新格架旧格架的安装时，由于水池内也含有放射性物质，因此安装难度也极大。

由此，为了便于对旧格架进行运输及后处理操作，开发一种在进行乏燃料水池扩容操作时便于人工操纵的、可有效降低旧格架放射性的旧格架清洗装置和清洗方法尤为必要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于乏燃料水池扩容的水下冲洗装置以及利用该水下冲洗装置对旧格架进行水下冲洗的方法，旨在解决现有技术中在进行乏燃料水池扩容操作时，冲洗旧格架时操作不便、冲洗不彻底以及冲洗效率低的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种用于乏燃料水池扩容的水下冲洗装置，包括沿铅锤方向设置的管筒以及自上而下依次设置在所述管筒上的下述组件：

吊装组件，用于将所述管筒悬吊在一外部支撑件上并带动所述管筒进行平移运动；

动力组件，包括用于将液体引入所述管筒内的水泵；和

冲洗组件，包括多个喷嘴，多个所述喷嘴均与所述管筒连通设置。

进一步地，所述水下冲洗装置还包括位于所述动力组件和所述冲洗组件之间且用于刮刷格架内壁的刮刷组件，所述刮刷组件包括套设在所述管筒上的安装板和设置在所述安装板上的刮板，所述刮板的外周边缘抵接于所述格架内壁。

进一步地，所述安装板分为间隔设置的第一安装板构件和第二安装板构件，所述刮板通过锁紧件固定在所述第一安装板构件和第二安装板构件之间。

进一步地，所述刮板的外周边缘与所述格架内壁之间的压缩变形量大于3mm。

进一步地，多个所述喷嘴均连接在所述管筒的底端。

进一步地，多个所述喷嘴分为与所述管筒同轴设置的第一喷嘴、以所述第一喷嘴为中心绕设在所述第一喷嘴外周的多个第三喷嘴以及以所述第一喷嘴为中心绕设在所述第一喷嘴外周且位于所述第一喷嘴与多个所述第三喷嘴之间的多个第二喷嘴。

进一步地，每个所述第三喷嘴均具有第一喷嘴段、连接所述第一喷嘴段的出水端且由所述出水端向下延伸的第二喷嘴段以及设置在所述第二喷嘴段出水口处的第一喷头件，所述第一喷嘴段沿水平方向延伸设置。

进一步地，每个所述第二喷嘴均具有弧形喷嘴段和设置在所述弧形喷嘴段出水口处的第二喷头件。

进一步地，多个所述喷嘴的横截面形状均为圆形。

进一步地，所述吊装组件包括套设在所述管筒顶端的支撑座以及通过一枢轴枢接在所述支撑座上的吊环，所述枢轴贯穿所述支撑座的侧壁。

进一步地，所述枢轴贯穿所述管筒的侧壁。

进一步地，所述动力组件还包括用于控制所述水泵流量大小的电机和用于控制所述水泵开关的阀。

本发明提供的一种用于乏燃料水池扩容的水下冲洗装置的有益效果在于：与现有技术对比，本发明提出的一种水下冲洗装置，包括沿铅锤方向设置的管筒和由上到下依次设置在管筒上的吊装组件、动力组件以及冲洗组件，其中吊装组件用于将管筒悬吊在一外部支撑件上并带动管筒进行平移运动，动力组件包括用于将液体引入管筒内的水泵，冲洗组件包括多个喷嘴，多个喷嘴均与管筒连通设置；这样，可通过吊车操纵上述吊装组件，在冲洗前，将冲洗组件缓慢放入格架栅格单元中，下潜到一定水位后启动调节水泵；在冲洗过程中，通过带动吊装组件上下往复运动即可使多个喷嘴喷出的水流充分地作用于格架内壁、底部螺母孔和底部沟槽，从而使得清洗工作易操作，且对格架的冲洗更加彻底高效。

本发明提供的一种用于乏燃料水池扩容的水下冲洗方法的有益效果在于：与现有技术对比，本发明提出的一种水下冲洗方法，包括以下步骤：即首先提供一格架，格架具有一侧开口的栅格单元；将如权利要求1～12任一项的水下冲洗装置吊装至格架上方；控制吊装组件将冲洗组件置入栅格单元底部；开启水泵，开始冲洗；控制吊装组件使冲洗组件在栅格单元底部与栅格单元开口处之间进行往复平移运动；以及关闭水泵，结束冲洗；该操作方法较为简单，便于操作，节省人力和成本，同时，通过带动吊装组件上下往复运动使得冲洗组件喷出的水流充分地作用于格架内壁、底部螺母孔和底部沟槽，进而使得冲洗更加彻底高效。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的水下冲洗装置的平面示意图；

图2为本发明实施例提供的水下冲洗装置的立体示意图；

图3为本发明实施例提供的冲洗组件的正视示意图；

图4为本发明实施例提供的冲洗组件的仰视示意图；

图5为本发明实施例提供的吊装组件的立体示意图；

图6为本发明实施例提供的刮刷组件的剖视示意图。

其中，图中各附图标记：

1：管筒

2：吊装组件 21：支撑座

22：枢轴 23：吊环

3：动力组件 31：水泵

32：框架

4：冲洗组件 41：喷嘴

42：第一喷嘴 43：第二喷嘴

44：第三喷嘴 411：第一喷嘴段

412：第二喷嘴段 413：第一喷头件

414：弧形喷嘴段 415：第二喷头件

5：刮刷组件 51：安装板

52：刮板 511：第一安装板构件

512：第二安装板构件 53：锁紧件

6：固定组件 61：固定盘

62：固定座

7：格架 70：栅格单元

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”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”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“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的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1至图6所示，为本发明提供的一较佳实施例。

本实施例提供的一种用于乏燃料水池扩容的水下冲洗装置，包括沿铅锤方向设置的管筒1和由上到下依次设置在管筒上的吊装组件2、动力组件3以及冲洗组件4，其中，吊装组件2用于将管筒1悬吊在一外部支撑件上并带动管筒1进行平移运动，动力组件3包括用于将液体引入管筒1内的水泵31，冲洗组件4包括多个喷嘴41，多个喷嘴41均与管筒1连通设置；这样，可通过外部支撑件操纵带动上述吊装组件2，在冲洗前，将冲洗组件4缓慢放入格架7栅格单元70中，下潜到一定水位后启动调节水泵31；冲洗过程中，通过带动吊装组件2上下往复运动即可使多个喷嘴41喷出的水流充分地作用于格架7内壁、底部螺母孔(图未示)和底部沟槽(图未示)，从而使得清洗工作易操作，且对格架7的冲洗更加彻底高效。

优选地，请参阅图1及图6，水下冲洗装置还包括用于刮刷格架7内壁的刮刷组件5，刮刷组件5位于动力组件3和冲洗组件4之间，其包括套设在管筒1上的安装板51和设置在安装板51上的刮板52，刮板52的外周边缘抵接于格架7内壁。

需要说明的是，格架7在水池水下深处的去污清洗分解工作主要是通过水下冲洗装置安装在池内水下的冲洗组件4完成的；多个喷嘴41喷射出的高压力小流量高流速的水流急速地射向格架7栅格单元70底部四周的沟槽，进而搅动槽上部四周的水流使之翻腾，以形成一小范围水循环，从而使得沉积在槽内的污物通过格架7底部的开孔(图未示)沉入池底，进而完成格架7在水池水下深处的去污清洗作业。

当格架7底部槽内污物去除工作完成后，格架7栅格单元70侧壁侧棱上污物的清理则需要结合水下冲洗装置安装在管筒1上的刮刷组件5，即通过操作吊装组件2带动冲洗组件4和刮刷组件5的来回往复运动以实现格架7栅格单元70侧壁侧棱的冲洗和刮刷，需要说明的是，栅格单元70的横截面可设置为矩形，因而针对栅格单元70侧壁的四个直角内棱处的清洗则依靠冲洗组件4的与之位置相对应的喷嘴41直接冲洗完成，因而，冲洗组件4中多个喷嘴41的大小及位置关系可根据实际的格架7栅格单元70尺寸和规格进行设置。

需要说明的是，请参阅图2，由于该水下冲洗装置在悬吊状态下容易晃动，可在吊装组件2和动力组件3之间于管筒1上设置一用于固定该管筒1的固定组件6，该固定组件6可包括设置在管筒1上的固定盘61和与该固定盘61可拆卸连接的固定座62，具体结构形式及连接方式此处不作唯一限定。

在本发明的一个实施例中，请继续参阅图6，安装板51分为间隔设置的第一安装板构件511和第二安装板构件512，刮板52通过锁紧件53固定在第一安装板构件511和第二安装板构件512之间，从而保证了刮刷组件5的结构稳定性，其中，锁紧件53的数量此处不作唯一限定。

优选地，刮板52的外周边缘与格架7内壁之间的压缩变形量大于3mm，该结构使得刮板52的外周边缘与格架7内壁之间形成过盈配合，保证了刮刷组件5在格架7栅格单元70中来回往复运动时，刮板52的外周边缘与格架7内壁始终充分抵接，进而有利于格架7栅格单元70侧壁侧棱上污物的彻底清理，在保证了良好的清理效果的同时，减少了刮刷组件5和清洗组件来回往复运动的次数，提高了清理效率，进而降低了清理成本和能源消耗。

在本实施例中，请一并参阅图1和图3，多个喷嘴41均连接在管筒1的底端，使得冲洗组件4能够伸入格架7的栅格单元70底部进行清理，从而有效地降低格架7放射性。

进一步地，请一并参阅图3和图4，多个喷嘴41分为与管筒1同轴设置的第一喷嘴42、以第一喷嘴42为中心绕设在第一喷嘴42外周的多个第三喷嘴44以及以第一喷嘴42为中心绕设在第一喷嘴42外周且位于第一喷嘴42与多个第三喷嘴44之间的多个第二喷嘴43，在本实施例中，根据多个喷嘴的不同作用将其分为第一喷嘴42、多个第二喷嘴43和多个第三喷嘴44，该第一喷嘴42负责对准格架7栅格单元70底部的中心螺纹孔进行强力冲洗，多个第三喷嘴44负责对准格架7栅格单元70侧壁进行清洗，多个第二喷嘴43负责对准格架7栅格单元70底部的螺母槽进行冲洗；作为优选方案，多个第二喷嘴43的入水口以第一喷嘴42为中心等间距间隔布设在同一圆周上，且多个第二喷嘴43的出水端齐平且同样以第一喷嘴42为中心等间距间隔布设在同一圆周上；多个第三喷嘴44的入水口以第一喷嘴42为中心等间距间隔布设在上下两个圆周上，且多个第二喷嘴43的出水端齐平且以第一喷嘴42为中心间隔布设在同一矩形上，该矩形可为正方形，取决于格架7栅格单元70横截面形状，此处不作为一限定；在本实施例中，第二喷嘴43可设置为6个，第三喷嘴44可设置为16个，且每8个第三喷嘴44的入水口以第一喷嘴42为中心等间距间隔布设在同一圆周上。

需要说明的是，上述喷嘴41的布设方式以格架7栅格单元70结构为基准，在清洗过程中有助于流体在格架7栅格单元70中形成涡流，进而能够更有效地、更具有针对性地对格架7栅格单元70进行冲刷，冲洗彻底且效率高。

进一步地，请继续参阅图3，每个第三喷嘴44均具有第一喷嘴段411、连接第一喷嘴段411的出水端且由出水端向下延伸的第二喷嘴段412以及设置在第二喷嘴段412出水口处的第一喷头件413，第一喷嘴段411沿水平方向延伸设置；同时，进一步地，每个第二喷嘴43均具有弧形喷嘴段414和设置在弧形喷嘴段414出水口处的第二喷头件415；具体地，多个喷嘴41的横截面形状均为圆形。

由于在冲洗过程中，多个喷嘴41喷射出的高压力小流量高流速的水流同样会给予上述多个喷嘴41以高强度的反作用力，因而通过设置上述第三喷嘴44和第二喷嘴43形状结构，使得各喷嘴41在冲洗过程中，其自身结构可平衡缓冲部分高流速的流体作用力，同时使得各喷嘴41施加在管筒1底部的作用力亦可互相平衡抵消，从而保证了管筒1和各喷嘴41的使用寿命以及冲洗组件4的工作稳定性。

在本实施例中，请一并参阅图2和图5，吊装组件2包括套设在管筒1顶端的支撑座21以及通过一枢轴22枢接在支撑座21上的吊环23，枢轴22贯穿支撑座21的侧壁；进一步地，请参阅图5，枢轴22贯穿管筒1的侧壁；吊装组件2是为了实现物体挪移，系结在起重机械与被起重物体之间的一种受力工具，是为了稳固空间结构的受力构件，在本实施例中，吊环23为U型环，通过将U型环枢接在支撑座21上，控制吊车的吊钩勾住吊环23即可实现整个水下冲洗装置沿铅垂方向的平移，该结构简单可靠。

在本实施例中，动力组件3还包括用于控制水泵31流量大小的电机(图未示)和用于控制水泵31开关的阀(图未示)；作为格架7水下冲洗装置的核心元器件和动力提供者，动力组件3中的水泵31决定着整套装置功能实现的成败，即其功能特性、材料属性和安装方式无一不决定着水下冲洗装置其整台设备的工作能力、使用环境和结构布局。该动力组件3中的水泵31可但不局限于选用深井矿用全不锈钢潜水泵，其采用多级离心式结构，上述电机可位于潜水泵的下端，电缆可采用防水结构。

需要说明的是，请参阅图1，动力组件3中的水泵31可固定安装在一个具有卡紧结构的框架32内，以防止水下冲洗装置工作时在格架7的栅格单元70中横向旋转，该框架32保证了水下冲洗装置的工作稳定性。

此处，需要说明的是，动力组件3还可包括用于控制电机转速大小的变频器，即应用变频器控制电机的转速使得潜水电泵流量与电机转速相匹配，当喷嘴41出水口处压力降低或者升高时，深井潜水电泵的转速自动上升或者降低，这样，即可实现深井潜水电泵的连续运转，避免频繁启、停对电泵机组及电缆的损害。

具体地，变频器的控制原理为：

由电机特性分析可知，均匀改变电机供电频率，就可以平滑的改变电动机的转速，从而改变泵机的转速。根据深井潜水泵的工作特性分析，水泵31的流量与电机转速成正比；扬程与电机转速的平方成正比；水泵31功率与电机转速的立方成正比。因此，通过控制电机的转速就可以达到改变水泵31流量和扬程的目的，同时，可在喷嘴41出水口处附近设置一压力表，其作为在出水口处的压力控制检测传感器，可现场显示通过格架7水下冲洗装置喷嘴41处水的压力，同时也可将压力的变化以微电压的变化传送到变频器的控制部分，通过对设定压力与反馈压力的对比进行PI运算，通过采用变频器对水泵31进行控制，满足了水下冲洗装置在冲洗时出水口流量压力均恒定的要求。

其中，变频器控制箱采用不锈钢全密封结构，以实现潜水泵的启停、控制及状态显示，面板配有相应的控制开关和指示灯，箱内配有相应的变频器、调速器、断路器、继电器、端子排等。待调试结束，将系统参数固化，在正常使用过程中只需动作启停开关和调节相应的调速旋钮即可，操作简单，大大节省了人力物力。

本发明提出的一种用于乏燃料水池扩容的水下冲洗方法，包括以下步骤：即首先提供一待冲洗格架7，格架7具有一侧开口的栅格单元70；将上述水下冲洗装置吊装至格架7上方；控制吊装组件2将冲洗组件4置入栅格单元70底部；调节水泵31，冲洗开始；控制吊装组件2使冲洗组件4在栅格单元70底部与栅格单元70开口处往复平移；以及调节水泵31，冲洗结束；经某核电厂反复模拟实验，建议冲洗时间为5分钟，用户可根据现场实际情况和实际需求自行确定冲洗时间，此处不作唯一限定；该操作方法较为简单，便于操作，节省人力和成本，同时，通过带动吊装组件2上下往复运动使得冲洗组件4喷出的水流充分地作用于格架7内壁、底部螺母孔和底部沟槽，进而使得冲洗更加彻底高效。

当然，在本实施例中，控制吊装组件2亦可使刮刷组件5在格架7栅格单元70内往复平移，从而实现格架7内壁侧棱的充分去污和冲洗，便于操作的同时，冲洗彻底且效率高。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种用于乏燃料水池扩容的水下冲洗装置，其特征在于，包括沿铅锤方向设置的管筒以及自上而下依次设置在所述管筒上的下述组件：

吊装组件，用于将所述管筒悬吊在一外部支撑件上并带动所述管筒进行平移运动；

动力组件，包括用于将液体引入所述管筒内的水泵；和

冲洗组件，包括多个喷嘴，多个所述喷嘴均与所述管筒连通设置。

2.根据权利要求1所述的水下冲洗装置，其特征在于：所述水下冲洗装置还包括位于所述动力组件和所述冲洗组件之间且用于刮刷格架内壁的刮刷组件，所述刮刷组件包括套设在所述管筒上的安装板和设置在所述安装板上的刮板，所述刮板的外周边缘抵接于所述格架内壁。

3.根据权利要求2所述的水下冲洗装置，其特征在于：所述安装板包括间隔设置的第一安装板构件和第二安装板构件，所述刮板通过锁紧件固定在所述第一安装板构件和第二安装板构件之间。

4.根据权利要求3所述的水下冲洗装置，其特征在于：所述刮板的外周边缘与所述格架内壁之间的压缩变形量大于3mm。

5.根据权利要求1～4任一项所述的水下冲洗装置，其特征在于：多个所述喷嘴均连接在所述管筒的底端。

6.根据权利要求5所述的水下冲洗装置，其特征在于：多个所述喷嘴分为与所述管筒同轴设置的第一喷嘴、以所述第一喷嘴为中心绕设在所述第一喷嘴外周的多个第三喷嘴以及以所述第一喷嘴为中心绕设在所述第一喷嘴外周且位于所述第一喷嘴与多个所述第三喷嘴之间的多个第二喷嘴。

7.根据权利要求6所述的水下冲洗装置，其特征在于：每个所述第三喷嘴均具有第一喷嘴段、连接所述第一喷嘴段的出水端且由所述出水端向下延伸的第二喷嘴段以及设置在所述第二喷嘴段出水口处的第一喷头件，所述第一喷嘴段沿水平方向延伸设置。

8.根据权利要求6所述的水下冲洗装置，其特征在于：每个所述第二喷嘴均具有弧形喷嘴段和设置在所述弧形喷嘴段出水口处的第二喷头件。

9.根据权利要求5所述的水下冲洗装置，其特征在于：多个所述喷嘴的横截面形状均为圆形。

10.根据权利要求6～9任一项所述的水下冲洗装置，其特征在于：所述吊装组件包括套设在所述管筒顶端的支撑座以及通过一枢轴枢接在所述支撑座上的吊环，所述枢轴贯穿所述支撑座的侧壁。

11.根据权利要求10所述的水下冲洗装置，其特征在于：所述枢轴贯穿所述管筒的侧壁。

12.根据权利要求10所述的水下冲洗装置，其特征在于：所述动力组件还包括用于控制所述水泵流量大小的电机和用于控制所述水泵开关的阀。

13.一种用于乏燃料水池扩容的水下冲洗方法，包括以下步骤：

提供一格架，所述格架具有一侧开口的栅格单元；

将如权利要求1～12任一项所述的水下冲洗装置吊装至所述格架上方；

将所述冲洗组件置入所述栅格单元底部；

开启所述水泵，开始冲洗；

带动所述冲洗组件在所述栅格单元底部与所述栅格单元开口处之间进行平移往复运动；以及

关闭所述水泵，结束冲洗。