CN108630331A - 用于反应堆燃料组件装卸的换料机及换料装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于反应堆燃料组件装卸的换料机，安装在反应堆的堆顶盖的旋塞上，包括安装基座、转盘结构、转盘旋转驱动机构、支撑架、主轴升降装置、抓取机构以及锁紧解锁驱动机构，安装基座安装在旋塞，转盘结构安装在安装基座，转盘结构包括转盘，转盘旋转驱动机构安装在旋塞，支撑架安装在转盘结构顶部，主轴升降装置包括主轴及主轴升降驱动机构，主轴升降驱动机构安装在支撑架，主轴安装在转盘，主轴下端贯穿转盘，主轴的下端与抓取机构连接以带动抓取机构上下移动，抓取机构包括抓取头和可上下移动且周向定位地安装在抓取头的锁紧解锁件，抓取头用于抓取送入反应堆的燃料组件或者需要更换的燃料组件。

Description

用于反应堆燃料组件装卸的换料机及换料装置

技术领域

本发明涉及反应堆燃料组件装卸技术领域，尤其涉及一种用于反应堆燃料组件装卸的换料机及换料装置。

背景技术

现有技术公开了一种用于反应堆堆芯组件更换装置，在反应堆进行换料时，需要通过设置在反应堆内部的丝杠组件、链传动组件等传动机构辅助进行燃料组件装卸，而反应堆内温度极高，从而使得反应堆内的丝杠组件、链传动组件等容易因为温度过高而失效，降低了装卸料过程的可靠性，且现有技术的反应堆堆芯组件更换装置更换堆芯组件时容易干涉到反应堆堆芯中心控制机构，降低了反应堆的安全性及经济性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于反应堆燃料组件装卸的换料机，能够在高温情况下进行燃料组件装卸，提高了换料机的可靠性以及反应堆的安全性和经济性。

本发明的另一目的在于提供一种用于反应堆燃料组件装卸的换料装置，能够在高温情况下进行燃料组件装卸，提高换料机的可靠性，且能够避免换料机干涉反应堆堆芯中心控制机构的问题，提高了反应堆的安全性及经济性。

为实现上述目的，本发明提供一种用于反应堆燃料组件装卸的换料机，安装在反应堆的堆顶盖上的旋塞上，包括安装基座、转盘结构、转盘旋转驱动机构、支撑架、主轴升降装置、抓取机构以及锁紧解锁驱动机构，所述安装基座安装在所述旋塞上，所述转盘结构安装在所述安装基座上，所述转盘结构包括转盘，所述转盘旋转驱动机构安装在所述旋塞上，所述支撑架安装在所述转盘结构的顶部，所述主轴升降装置包括主轴及主轴升降驱动机构，所述主轴升降驱动机构安装在所述支撑架上，所述主轴安装在所述转盘上，所述主轴的下端贯穿所述转盘，所述抓取机构包括抓取头以及锁紧解锁件，所述锁紧解锁件可上下移动且周向定位地安装在所述抓取头，所述抓取头用于抓取送入所述反应堆的燃料组件或者需要更换的燃料组件，所述主轴的下端与所述抓取机构连接以带动所述抓取机构上下移动，所述锁紧解锁驱动机构安装在所述主轴升降装置上以随所述主轴上下移动，所述锁紧解锁驱动机构包括传动杆以及用于驱动所述传动杆上下移动的传动杆驱动组件，所述传动杆的下端与所述锁紧解锁件连接以带动所述锁紧解锁件上下移动进而解锁或锁紧燃料组件，所述转盘的转动带动所述支撑架、主轴升降装置、抓取机构、锁紧解锁驱动机构转动。

较佳地，所述转盘结构还包括转盘齿轮，所述转盘齿轮同轴固定连接在所述转盘的上端，所述转盘旋转驱动机构包括安装座、安装在所述安装座上的第一驱动电机以及连接在所述第一驱动电机的输出端的转盘旋转驱动齿轮，所述安装座安装在所述旋塞上，所述转盘齿轮与所述转盘旋转驱动齿轮啮合。

较佳地，所述主轴升降驱动机构包括安装平台以及用于驱动所述安装平台上下移动的主轴升降驱动组件，所述主轴升降驱动机构还包括位于所述安装平台上方的主轴升降平台，所述主轴升降平台与所述主轴的上端连接，所述主轴升降平台与所述安装平台之间设置有力传感器，所述安装平台支撑所述主轴升降平台，所述安装平台的向下移动使得所述主轴升降平台失去支撑而随所述安装平台向下移动。

较佳地，所述安装平台上固定有导向杆，所述导向杆的下端固定在所述安装平台，所述导向杆的上端形成有肩部，所述导向杆上套设有弹性件，所述弹性件的两端分别抵接在所述肩部和所述安装平台，所述力传感器安装在所述导向杆的顶部。

较佳地，所述主轴升降驱动组件包括第二驱动电机、连接在所述第二驱动电机的输出端的第一齿轮传动结构以及连接在所述第一齿轮传动结构的丝杠，所述安装平台的一侧安装在所述丝杠上，所述丝杠的旋转带动所述安装平台上下移动；由于所述丝杠位于反应堆的外部，因此不会受到堆内高温的影响。

较佳地，所述安装平台与丝杠螺母固定连接且通过所述丝杠螺母连接至所述丝杠上。

较佳地，所述主轴升降驱动组件还包括堆外导轨，所述堆外导轨的上下两端分别安装在所述支撑架的上下两端，所述安装平台和所述主轴升降平台的一侧滑设在所述堆外导轨上。

较佳地，所述传动杆同轴安装在所述主轴内，所述传动杆驱动组件包括安装在所述主轴升降平台上且与所述主轴升降平台间隔设置的安装板、安装在所述安装板上的第三驱动电机以及连接在所述第三驱动电机的输出端的第二传动齿轮结构，所述传动杆的上端通过外螺纹结构与所述第二传动齿轮结构连接。

较佳地，所述主轴升降装置还包括拉绳传感器，所述拉绳传感器安装在所述支撑架的上端，所述拉绳传感器的拉绳连接在所述安装板上。

较佳地，所述传动杆同轴安装在所述主轴内。

较佳地，所述锁紧解锁驱动机构还包括一拨动件，所述拨动件的一端连接至所述传动杆的下端，所述拨动件的另一端连接所述锁紧解锁件。

较佳地，所述抓取机构还包括位于所述抓取头的上方的安装件，所述锁紧解锁件为锁紧解锁杆，所述锁紧解锁杆的上端可上下移动且周向定位地安装在所述安装件，所述用于反应堆燃料组件装卸的换料机还包括抓取头旋转机构，所述抓取头旋转机构安装在所述安装基座上并具有位于所述安装基座下方的旋转头，所述抓取机构的上下移动使所述安装件与所述旋转头对接或脱离，所述旋转头的转动带动所述安装件、锁紧解锁杆和抓取头转动。

较佳地，所述抓取头旋转机构包括安装在所述安装基座上的第四驱动电机、连接在所述第四驱动电机的输出端的第三齿轮传动结构以及与所述第三齿轮传动结构连接的传动轴，所述传动轴向下穿过所述安装基座并与所述旋转头连接。

较佳地，所述抓取机构还包括连接在所述主轴的下端的箱体，所述箱体的一侧与所述主轴连接，所述箱体的另一侧与所述安装件和所述抓取头连接。

较佳地，所述用于反应堆燃料组件装卸的换料机还包括堆内导向装置，所述堆内导向装置包括安装在所述转盘的底端的安装管座以及安装在所述安装管座上的堆内导轨，所述堆内导轨上滑设有堆内滑块，所述堆内滑块与所述箱体连接。

较佳地，所述转盘呈筒状，所述转盘与所述安装基座之间设有轴承。

较佳地，所述安装基座上形成有法兰环，所述法兰环支撑在所述旋塞上，所述安装基座的下端伸入所述反应堆内。

为实现上述另一目的，本发明提供了一种用于反应堆燃料组件装卸的换料装置，包括同心安装在反应堆的堆顶盖上的旋塞以及偏心安装在所述旋塞上的用于反应堆燃料组件装卸的换料机，所述用于反应堆燃料组件装卸的换料机如上所述。

与现有技术相比，本发明用于反应堆燃料组件装卸的换料机，在装料时，抓取机构向下抓取并锁紧送入反应堆的燃料组件，通过主轴升降驱动机构驱动主轴向上移动以带动抓取机构向上移动进而使安装件与旋转头对接，根据堆芯的安装位置，通过抓取头旋转机构旋转带动安装件、锁紧解锁件以及抓取头旋转以调整抓取头的方位，通过转盘旋转驱动机构驱动转盘旋转使燃料组件定位在安装位置的正上方，通过主轴升降驱动机构驱动主轴向下移动以带动抓取机构向下移动进而将燃料组件插入至安装位置，并通过锁紧解锁驱动机构驱动锁紧解锁件向上移动以解锁燃料组件；换料时，根据堆芯需要换料的安装位置，通过抓取头旋转机构旋转带动安装件、锁紧解锁件以及抓取头旋转以调整抓取头的方位，通过转盘旋转驱动机构驱动转盘旋转使抓取头定位在需要换料的安装位置的正上方，通过主轴升降驱动机构驱动主轴向下移动带动抓取机构向下移动以使抓取头插入需要换料的安装位置上的燃料组件的抓取接口部位，通过锁紧解锁驱动机构驱动锁紧解锁件向下移动以锁紧燃料组件，通过主轴升降驱动机构驱动主轴向上移动以带动抓取机构向上移动，通过转盘旋转驱动机构驱动转盘旋转使燃料组件定位在燃料组件送入的位置的正上方。由于反应堆内没有丝杠、链、齿轮等传动结构，可有效避免反应堆内高温环境对换料机可靠度的影响，进而提高了换料机的可靠性和反应堆的安全性及经济性；另外，由于换料机偏转直动的作动方式避免了换料机干涉应堆堆芯中心控制机构的问题，进一步提高了反应堆的安全性及经济性。

附图说明

图1是本发明实施例的用于反应堆燃料组件装卸的换料机的结构示意图。

图2是本发明实施例与升降机在反应堆配合工作的结构示意图。

图3是本发明实施例的抓取机构的钩爪收缩时的结构示意图。

图4是本发明实施例的抓取机构的钩爪打开时的结构示意图。

图5是图3所示的抓取机构的俯视图。

图6是本发明实施例的抓取机构的防旋转装置的立体结构示意图。

图7是图6所示的防旋转装置的俯视图。

具体实施方式

为了详细说明本发明的技术内容、构造特征，以下结合实施方式并配合附图作进一步说明。

请参阅图1及图2，本发明的用于反应堆燃料组件装卸的换料机100，安装在反应堆的堆顶盖210上的旋塞200上，包括安装基座1、转盘结构2、转盘旋转驱动机构3、支撑架4、主轴升降装置、抓取机构6以及锁紧解锁驱动机构，安装基座1安装在旋塞200上，转盘结构2安装在安装基座1上，转盘结构2包括转盘21，转盘旋转驱动机构3安装在旋塞200上，支撑架4安装在转盘结构2的顶部，主轴升降装置包括主轴51及主轴升降驱动机构，主轴升降驱动机构安装在支撑架4上，主轴51安装在转盘21上，主轴51的下端贯穿转盘21，抓取机构6包括抓取头61以及锁紧解锁件62，锁紧解锁件62可上下移动且周向定位地安装在抓取头61，抓取头61用于抓取送入反应堆的燃料组件290或者需要更换的燃料组件290，主轴51的下端与抓取机构6连接以带动抓取机构6上下移动，锁紧解锁驱动机构安装在主轴升降装置上以随主轴51上下移动，锁紧解锁驱动机构包括传动杆71以及用于驱动传动杆71上下移动的传动杆驱动组件，传动杆71的下端与锁紧解锁件62连接以带动锁紧解锁件62上下移动进而解锁或锁紧燃料组件290，转盘21的转动带动支撑架4、主轴升降装置、抓取机构6、锁紧解锁驱动机构转动。在本实施例中，旋塞200同心安装在反应堆的堆顶盖210，换料机100偏心安装在旋塞200上，从而能够有效避免换料机100干涉反应堆堆芯中心控制机构的问题，提高了反应堆的安全性及经济性；同时配合旋塞200的旋转，本发明的换料机100能有效覆盖至堆芯的所有的安装位置A。

请参阅图1及图2，本实施例的换料机100在反应堆内与升降机400配合进行燃料组件装卸290，应该注意的是，这里的送入反应堆的燃料组件290指的是升降机400的燃料接收装置410接收的燃料组件290，这里需要更换的燃料组件290就是反应堆堆芯的安装位置A上的需要更换的燃料组件290。

请参阅图1，安装基座1上形成有法兰环11，法兰环11支撑在旋塞200上，安装基座1的下端伸入反应堆内。法兰环11开设有若干个均匀分布的通孔111，安装基座1通过设置在通孔111内的螺钉112安装在旋塞200上；安装基座1的内部设有转盘21的安装接口，安装基座1与转盘21之间进行密封处理，具体地，在安装基座1内部填充屏蔽材料，以屏蔽辐射以及热量。

请继续参阅图1，在本实施例中，转盘21呈筒状，转盘21与安装基座1之间设有轴承12，转盘21与安装基座1之间进行密封处理。在本实施例中，转盘21的中间开设有略大于主轴51直径的通孔211，主轴51沿通孔211上下滑动，较佳地，主轴51与通孔211之间进行密封处理。

请继续参阅图1，支撑架4为支撑结构体，支撑架4支撑换料机的各部件且为主轴升降装置等结构提供安装接口，具体地，转盘旋转驱动机构3驱动转盘结构2转动时，支撑架4随转盘21转动，继而带动安装在支撑架4上的主轴升降装置以及锁紧解锁驱动机构随支撑架4一同转动。

请继续参阅图1，转盘结构2还包括转盘齿轮22，转盘齿轮22同轴固定连接在转盘21的上端，转盘旋转驱动机构3包括安装座31、安装在安装座31上的第一驱动电机32以及连接在第一驱动电机32的输出端的转盘旋转驱动齿轮33，安装座31安装在旋塞200上，转盘齿轮22与转盘旋转驱动齿轮33啮合；第一驱动电机32驱动转盘旋转驱动齿轮33转动，使与转盘旋转驱动齿轮33啮合的转盘齿轮22转动，藉由转盘齿轮22带动转盘21转动。

请继续参阅图1，主轴升降驱动机构包括安装平台521以及用于驱动安装平台521上下移动的主轴升降驱动组件，主轴升降驱动机构还包括位于安装平台521上方的主轴升降平台523，主轴升降平台523与主轴51的上端连接，主轴升降平台523与安装平台521之间设置有力传感器524，安装平台521支撑主轴升降平台523，安装平台521的向下移动使得主轴升降平台523失去支撑而随安装平台521向下移动。为防止摩擦阻力及浮力等导致主轴升降平台523不随安装平台521下移，在安装平台521和主轴升降平台523之间设置有保护机构(图未示)。

具体地，主轴升降驱动组件驱动安装平台521向下移动，安装平台521的向下移动使得主轴升降平台523失去支撑而随安装平台521向下移动，主轴51、抓取机构6以及燃料组件290亦由于重力作用而向下移动，在燃料组件290到位安装位置A时，可通过力传感器524的信号值变化进行判断；主轴升降驱动组件驱动安装平台521向上移动，支撑在安装平台521上的主轴升降平台523随安装平台521向上移动。

请继续参阅图1，安装平台521上固定有导向杆525，导向杆525的下端固定在安装平台521，导向杆525的上端形成有肩部525a，导向杆525上套设有弹性件525b，弹性件525b的两端分别抵接在肩部525a和安装平台521，力传感器524安装在导向杆525的顶部。在本实施例中，弹性件525b为弹簧，但不以此为限，弹性件525b也可为其他具有弹性的结构。

请继续参阅图1，主轴升降驱动组件包括第二驱动电机522a、连接在第二驱动电机522a的输出端的第一齿轮传动结构522b以及连接在第一齿轮传动结构522b的丝杠522c，安装平台521的一侧安装在丝杠522c上，丝杠522c的旋转带动安装平台521上下移动；在本实施例中，安装平台521与丝杠螺母(图未示)固定连接且通过丝杠螺母连接至丝杠522c上，通过丝杠螺母将丝杠522c的旋转运动转化为安装平台521的升降运动，但不以此为限制，安装平台521自身亦可直接设有螺纹结构，以通过安装平台521的自身螺纹结构将丝杠522c的旋转运动转化为安装平台521的升降运动。

请继续参阅图1，主轴升降驱动组件还包括堆外导轨522d，堆外导轨522d的上下两端分别安装在支撑架4的上下两端，安装平台521和主轴升降平台523的一侧滑设在堆外导轨522d上，以增强主轴升降驱动组件的可靠性。

具体地，第二驱动电机522a通过第一齿轮传动结构522b驱动丝杠522c旋转，通过丝杠螺母将丝杠522c的旋转运动转化为安装平台521的升降运动，当丝杠522c往一方向旋转时，安装平台521向下移动，导向杆525及力传感器524随安装平台521向下移动，主轴升降平台523、主轴51、抓取机构6、锁紧解锁驱动机构以及燃料组件290在重力作用下向下移动，沿着堆外导轨522d向下移动，当燃料组件290抵至堆芯的安装位置A或燃料接收装置410时，停止驱动安装平台521向下移动，安装平台521止挡主轴升降平台523，力传感器524通过发生变化的信号值来判断燃料组件290是否到位燃料接收装置410或堆芯的安装位置A；当丝杠522c往另一方向旋转时，安装平台521向上移动，此时安装平台521支撑主轴升降平台523，继而带动主轴升降平台523向上移动，从而带动主轴51向上移动；在上下移动的过程中，由于主轴升降平台523、安装平台521与堆外导轨522d的配合，有效增强了主轴升降驱动组件的可靠性。

请继续参阅图1，在另一个实施例中，传动杆71同轴安装在主轴51内。

在本实施例中，传动杆驱动组件包括安装在主轴升降平台523上且与主轴升降平台523间隔设置的安装板721、安装在安装板721上的第三驱动电机722以及连接在第三驱动电机722的输出端的第二传动齿轮结构723，传动杆71的上端通过外螺纹结构(图未示)与第二传动齿轮结构723的内螺纹结构(图未示)配合，通过传动杆71的外螺纹结构与第二传动齿轮结构723的内螺纹，将第二传动齿轮结构723的旋转运动转化为传动杆71的升降移动。

较佳地，主轴升降装置还包括拉绳传感器53，拉绳传感器53安装在支撑架4的上端，拉绳传感器53的拉绳531连接在安装板721上，以检测主轴升降装置的位移。

请继续参阅图1，锁紧解锁驱动机构还包括一拨动件73，拨动件73的一端连接至传动杆71的下端，拨动件73的另一端连接至锁紧解锁件62。在本实施例中，拨动件73为一拨动横杆；但不局限于此，例如，拨动件73还可以根据实际情况更换为杠杆式结构，同样可实现原有功能。

具体地，第三驱动电机722驱动第二传动齿轮结构723转动，通过传动杆71的外螺纹结构与第二传动齿轮结构723的内螺纹配合，驱动传动杆71向上移动或者向下移动；传动杆71向上移动时，传动杆71通过拨动横杆73带动锁紧解锁件62向上移动，从而解锁燃料组件290，传动杆71向下移动时，传动杆71通过拨动横杆73带动锁紧解锁件62向下移动，从而锁紧燃料组件290。

请继续参阅图1，抓取机构6还包括位于抓取头61的上方的安装件63，锁紧解锁件62为锁紧解锁杆，锁紧解锁杆62的上端可上下移动且周向定位地安装在安装件63，本发明用于反应堆燃料组件装卸的换料机100还包括抓取头旋转机构，抓取头旋转机构安装在安装基座1上并具有位于安装基座1下方的旋转头81，抓取机构6的上下移动使安装件63与旋转头81对接或脱离，旋转头81的转动带动安装件63、锁紧解锁杆62和抓取头61转动。

具体地，安装基座1的内部设有抓取头旋转机构的安装接口，安装基座1与抓取头旋转机构之间进行密封处理。

请继续参阅图1，抓取头旋转机构包括安装在安装基座1上的第四驱动电机82、连接在第四驱动电机82的输出端的第三齿轮传动结构83以及与第三齿轮传动结构83连接的传动轴84，传动轴84向下穿过安装基座1并与旋转头81连接。

请继续参阅图1，抓取机构6还包括连接在主轴51的下端的箱体64，箱体64的一侧与主轴51连接，箱体64的另一侧与安装件63和抓取头61连接。具体地，箱体64为可拆卸式结构，通过螺栓连接紧固，装配完成后点焊放松。

具体地，当主轴51向上移动时，箱体64带动安装件63、抓取头61向上移动，旋转头81与安装件63对接，根据燃料组件290的安装位置A，计算得到抓取头61需要旋转的角度，然后第四驱动电机82驱动第三齿轮传动结构83转动，藉由第三齿轮传动结构83带动传动轴84转动，传动轴84的转动带动旋转头81转动，使得与旋转头81对接的安装件63以及锁紧解锁杆62和抓取头61转动相对应的旋转角度，从而调整抓取头61的方位。

请继续参阅图1，用于反应堆燃料组件装卸的换料机100还包括堆内导向装置9，堆内导向装置9包括安装在转盘21的底端的安装管座91以及安装在安装管座91上的堆内导轨92，堆内导轨92上滑设有堆内滑块93，堆内滑块93与箱体64连接，进而起到导向的作用。

具体地，转盘旋转驱动机构3驱动转盘21转动时，堆内导向装置9随着转盘21一起转动，当主轴51向上移动时，主轴51带动箱体64向上移动，进而带动与箱体64连接的堆内滑块93沿堆内导轨92向上移动，箱体64带动安装件63、抓取头61向上移动，从而带动抓取机构6向上移动；当主轴51向下移动时，主轴51带动箱体64向下移动，进而带动与箱体64连接的堆内滑块93沿堆内导轨92向下移动，箱体64带动安装件63、抓取头61向下移动，从而带动抓取机构6向下移动。

结合图1及图2，对本发明的换料机100在反应堆与升降机400配合进行燃料组件装卸290的工作步骤具体描述如下：

装料工作：

首先，抓取机构6的抓取头61插入升降机400的燃料接收装置410上的燃料组件290的抓取接口部位，并通过锁紧解锁驱动机构驱动锁紧解锁杆62向下移动以锁紧燃料组件290；

然后，主轴升降驱动机构驱动主轴51向上移动，主轴51带动箱体64向上移动，使抓取头旋转机构的旋转头81与抓取机构6的安装件63对接；

然后，根据堆芯的安装位置A，计算出燃料组件290需要旋转的角度，通过抓取头旋转机构带动与旋转头81对接的安装件63以及锁紧解锁杆62和抓取头61转动相对应的旋转角度，进而达到调整抓取头61的方位的目的；

然后，主轴升降驱动机构驱动主轴51向下移动一小段距离，带动抓取机构6向下移动一小段距离，使安装件63与旋转头81脱离；

然后，转盘旋转驱动机构3驱动转盘21旋转，使主轴51旋转，主轴51带动抓取机构6旋转以将燃料组件290定位在安装位置A的正上方；

然后，主轴升降驱动机构驱动主轴51向下移动，带动抓取机构6向下移动以将燃料组件290插入至安装位置A，根据力传感器524的信号值变化，判定燃料组件290就位；

然后，锁紧解锁驱动机构驱动锁紧解锁杆62向上移动以解锁燃料组件290；

最后，主轴升降驱动机构驱动主轴51向上移动，使得抓取机构6与燃料组件290完全脱离。

卸料工作：

首先，主轴升降驱动机构驱动主轴51向上移动，主轴51带动箱体64向上移动，使抓取头旋转机构的旋转头81与抓取机构6的安装件63对接；

然后，根据堆芯的需要换料的安装位置A，计算出燃料组件290需要旋转的角度，通过抓取头旋转机构带动与旋转头81对接的安装件63以及锁紧解锁杆62和抓取头61转动相对应的旋转角度，进而达到调整抓取头61的方位的目的；

然后，主轴升降驱动机构驱动主轴51向下移动一小段距离，带动抓取机构6向下移动一小段距离，使安装件63与旋转头81脱离；

然后，转盘旋转驱动机构3驱动转盘21旋转，使主轴51旋转，主轴51带动抓取机构6旋转以将抓取头61定位在需要换料的安装位置A的正上方；

然后，主轴升降驱动机构驱动主轴51向下移动带动抓取机构6向下移动以将抓取头61插入需要换料的安装位置A上的燃料组件290的抓取接口部位，根据力传感器524的信号值，判定抓取头61就位；

然后，锁紧解锁驱动机构驱动锁紧解锁杆62向下移动以锁紧燃料组件290；

然后，主轴升降驱动机构驱动主轴51向上移动一定高度；

然后，转盘旋转驱动机构3驱动转盘21旋转，使主轴51旋转，主轴51带动抓取机构6旋转以将燃料组件290定位在燃料接收装置410的正上方；

然后，主轴升降驱动机构驱动主轴51向下移动带动抓取机构6向下移动以将燃料组件290插入至燃料接收装置410，根据力传感器524的信号值变化，判定燃料组件290是否就位；

然后，锁紧解锁驱动机构驱动锁紧解锁杆62向上移动以解锁燃料组件290；

最后，主轴升降驱动机构驱动主轴51向上移动，使得抓取机构6与燃料组件290完全脱离。

另外，在需要的时候，通过旋塞200的旋转使换料机100覆盖至堆芯的所有安装位置A。

图3至图7公开了本发明中的抓取机构6的可选具体实现方式，详见以下描述。

请参阅图3及图4，抓取机构6包括抓取头61、锁紧解锁杆62、安装件63、钩爪65及锁定装置66，抓取头61内设有与外界相通的容置腔611，锁紧解锁杆62呈可上、下滑动地设置于抓取头61内，且锁紧解锁杆62的下端伸入容置腔611，具体地，抓取头61内壁沿锁紧解锁杆62的中心轴方向设有第一滑槽612，锁紧解锁杆62上设有限制锁紧解锁杆62与抓取头61相对转动的第一限位件621，第一限位件621滑动地设置于第一滑槽612内，锁紧解锁杆62的旋转运动可通过第一限位件621传递给抓取头61；其中，在本实施例中，第一限位件621选用螺钉，有利于节约成本，且安装简单方便，当然，第一限位件621也可选用滑轮或螺栓等，不以此为限。钩爪65围绕锁紧解锁杆62设置并枢接于容置腔611的内壁，锁紧解锁杆62相对于抓取头61滑动时，锁紧解锁杆62抵顶钩爪65，以使钩爪65转动打开或收缩；具体地，为了保证钩爪65能稳固地抓取物件，钩爪65的数量为三个且围绕抓取头61的中心轴均布于抓取头61内，但不以此为限，本领域技术人员可根据实际情况，将钩爪65的数量设置为两个、四个或五个等等，钩爪65之间的布置角度也可为30°或60°等等。

请继续参阅图3及图4，锁定装置66包括安装套661及锁定钩662，安装套661呈可滑动的套设于抓取头61外部，锁定钩662安装于安装套661上，通过安装套661相对于抓取头61上、下滑动，带动锁定钩662脱离或卡合钩爪65；具体地，钩爪65上设有至少两个供锁定钩662选择性地卡合的卡口651，在本实施例中，钩爪65上端设有两个卡口651，其中一个卡口651用于钩爪65收缩时锁定钩662卡合钩爪65，另一个用于钩爪65打开时锁定钩662卡合钩爪65，但卡口651的数量不以此为限，卡口651也可设置三个或四个等等，所述卡口651也可以设为齿状。安装套661相对于抓取头61向上滑动时，使锁定钩662脱离钩爪65的其中一个卡口651，从而对钩爪65进行释锁，锁紧解锁杆62再相对于抓取头61向下滑动，锁紧解锁杆62抵顶钩爪65，使得钩爪65转动打开；安装套661相对于抓取头61向下滑动时，使得锁定钩662与钩爪65其中另一个卡口651卡合，从而对钩爪65重新进行锁定，使得钩爪65保持打开状态，在抓取机构6抓取物件至半空中时，避免由于误操作钩爪65导致钩爪65脱离被抓取的物件，从而避免抓取的物件掉落。更具体的如下：

再请继续参阅图3及图4，在本实施例中，安装套661与抓取头61之间设有第一弹性件663，以提供使锁定钩662卡合于卡口651的弹性力，具体地，第一弹性件663选用压缩弹簧，但不以此为限。在抓取机构6下降抓取物件的过程中，安装套661在与待抓取的物件接触后，由于抓取机构6会继续下降，第一弹性件663会被压缩，起到缓冲作用，同时，安装套661会因受阻而相对于抓取头61向上滑动，从而带动锁定钩662与钩爪65脱离；在抓取机构6上升搬运物件的过程中，安装套661会在第一弹性件663的弹性恢复力的作用下而相对于抓取头61向下滑动，从而带动锁定钩662与钩爪65卡合。另外，在其他实施例中，安装套661与抓取头61之间也可不设置第一弹性件663，在抓取机构6上升搬运物件的过程中，安装套661会在重力的作用下而相对于抓取头61向下滑动，故不以此为限。

如图4所示，具体地，锁紧解锁杆62的上端呈上、下滑动的设置于安装件63内。具体地，安装件63内壁沿锁紧解锁杆62的中心轴方向设有第二滑槽631，锁紧解锁杆62上设有限制锁紧解锁杆62与安装件63相对转动的第二限位件632，第二限位件632滑动地设置于第二滑槽631内，安装件63的旋转运动可通过第二限位件632传递给锁紧解锁杆62。其中，在本实施例中，第二限位件632选用螺钉，有利于节约成本，且安装简单方便，当然，第二限位件632也可选用滑轮或螺栓等，不以此为限。通过抓取头旋转机构驱动安装件63旋转，使安装件63带动锁紧解锁杆62旋转，锁紧解锁杆62再带动抓取头61旋转，从而使抓取头61的钩爪65带动其抓取的燃料组件290旋转，以对抓取的燃料组件290的方位进行调整；当然，在钩爪65抓取燃料组件290前，抓取头旋转机构也可驱动安装件63旋转以调节抓取头61中钩爪65的方位。

如图4至图7所示，抓取机构还包括用于防止安装件63旋转的防旋转装置67，且防旋转装置67设置于安装件63的外侧并可对安装件63抱死。防旋转装置67包括基座671、第二滑块672及第二弹性件673，第二滑块672滑动的设置于基座671内，第二滑块672与基座671之间设有第二弹性件673，第二滑块672在第二弹性件673的作用下靠近并抱死安装件63。由于在对抓取的燃料组件290的方位进行调整时，安装件63需要旋转，故防旋转装置67还包括解锁体674，解锁体674可驱动第二滑块672离开安装件63，解锁体674安装在安装基座1的底部。在本实施例中，第二滑块672及第二弹性件673的数量为二，两第二滑块672相对地设置且两者中间留有一间隙675，第二滑块672的一侧设有斜面672a，解锁体674插入间隙675时，解锁体674挤压两第二滑块672以使两第二滑块672的斜面672a离开安装件63；解锁体674退出间隙675时，两第二滑块672分别在第二弹性件673的作用下靠近并抱死安装件63。当然，在其他实施例中，第二滑块672及第二弹性件673的数量也可为一，不以此为限。

结合图3至图7，抓取机构6抓取及放下燃料组件290的具体的工作原理如下：

当抓取头61插入燃料组件290的抓取接口部位时，钩爪65仍处于收缩状态；当锁定装置66的安装套661与燃料组件290接触后，抓取机构6继续下降，第一弹性件663被压缩，安装套661因受阻而相对于抓取头61向上滑动，锁定钩662与钩爪65的其中一个卡口651脱离，从而对钩爪65释锁；锁紧解锁驱动机构驱动锁紧解锁杆62下降，锁紧解锁杆62抵顶钩爪65，使得钩爪65的下端转动打开，从而使钩爪65抓取燃料组件290；接着，主轴升降驱动机构驱动主轴51向上移动，使得抓取头61上升，安装套661不再受阻，在第一弹性件663的弹性恢复力作用下，安装套661下滑，使得锁定钩662与钩爪65的另一个卡口651卡合，即锁定钩662重新对钩爪65进行锁定，防止在燃料组件290转移的过程中锁紧解锁杆62上升收缩钩爪65，进而防止燃料组件290掉落，避免造成安全事故。在需要对燃料组件290的方位进行调整时，主轴升降驱动机构驱动主轴51向上移动，主轴51带动箱体64向上移动，从而带动抓取机构6上升，使抓取头旋转机构的旋转头81与抓取机构6的安装件63对接，同时解锁体674插入防旋转装置67的两第二滑块672之间的间隙675中，解锁体674挤压两第二滑块672以使两第二滑块672的斜面672a离开安装件63，抓取头旋转机构驱动安装件63旋转，从而对燃料组件290的方位进行调整。方位调整完成后，解锁体674退出间隙675，两第二滑块672分别在第二弹性件673的作用下靠近并抱死安装件63。

与现有技术相比，本发明用于反应堆燃料组件装卸的换料机100，在装料时，抓取机构6向下抓取并锁紧送入反应堆的燃料组件290，通过主轴升降驱动机构驱动主轴51向上移动以带动抓取机构6向上移动进而使安装件63与旋转头81对接，根据堆芯的安装位置A，通过抓取头旋转机构旋转带动安装件63、锁紧解锁杆62以及抓取头61旋转以调整抓取头61的方位，通过转盘旋转驱动机构3驱动转盘21旋转使燃料组件290定位在安装位置A的正上方，通过主轴升降驱动机构驱动主轴51向下移动以带动抓取机构6向下移动进而将燃料组件290插入至安装位置A，并通过锁紧解锁驱动机构驱动锁紧解锁杆62向上移动以解锁燃料组件290；换料时，根据堆芯需要换料的安装位置A，通过抓取头旋转机构旋转带动安装件63、锁紧解锁杆62以及抓取头61旋转以调整抓取头61的方位，通过转盘旋转驱动机构3驱动转盘21旋转使燃料组件290定位在需要换料的安装位置A的正上方，通过主轴升降驱动机构驱动主轴51向下移动带动抓取机构6向下移动以使抓取头61插入需要换料的安装位置A上的燃料组件290的抓取接口部位，通过锁紧解锁驱动机构驱动锁紧解锁杆62向下移动以锁紧燃料组件290，通过主轴升降驱动机构驱动主轴51向上移动以带动抓取机构6向上移动，通过转盘旋转驱动机构3驱动转盘21旋转使燃料组件290定位在燃料组件290送入的位置的正上方。由于反应堆内没有丝杠、链、齿轮等传动结构，可有效避免反应堆内高温环境对换料机可靠度的影响，进而提高了换料机100的可靠性和反应堆的安全性及经济性；另外，由于换料机100偏转直动的作动方式避免了换料机100干涉反应堆堆芯中心控制机构的问题，进一步提高了反应堆的安全性及经济性。

以上所揭露的仅为本发明的较佳实例而已，不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，均属于本发明所涵盖的范围。

Claims (18)

1.一种用于反应堆燃料组件装卸的换料机，安装在反应堆的堆顶盖上的旋塞上，其特征在于，包括：

安装基座，所述安装基座安装在所述旋塞上；

转盘结构，所述转盘结构安装在所述安装基座上，所述转盘结构包括转盘；

转盘旋转驱动机构，所述转盘旋转驱动机构安装在所述旋塞上；

支撑架，所述支撑架安装在所述转盘结构的顶部；

主轴升降装置，包括主轴及主轴升降驱动机构，所述主轴升降驱动机构安装在所述支撑架上，所述主轴安装在所述转盘上，所述主轴的下端贯穿所述转盘；

抓取机构，包括抓取头以及锁紧解锁件，所述锁紧解锁件可上下移动且周向定位地安装在所述抓取头，所述抓取头用于抓取送入所述反应堆的燃料组件或者需要更换的燃料组件，所述主轴的下端与所述抓取机构连接以带动所述抓取机构上下移动；

锁紧解锁驱动机构，所述锁紧解锁驱动机构安装在所述主轴升降装置上以随所述主轴上下移动，所述锁紧解锁驱动机构包括传动杆以及用于驱动所述传动杆上下移动的传动杆驱动组件，所述传动杆的下端与所述锁紧解锁件连接以带动所述锁紧解锁件上下移动进而解锁或锁紧燃料组件；

所述转盘的转动带动所述支撑架、主轴升降装置、抓取机构、锁紧解锁驱动机构转动。

2.如权利要求1所述的用于反应堆燃料组件装卸的换料机，其特征在于，所述转盘结构还包括转盘齿轮，所述转盘齿轮同轴固定连接在所述转盘的上端，所述转盘旋转驱动机构包括安装座、安装在所述安装座上的第一驱动电机以及连接在所述第一驱动电机的输出端的转盘旋转驱动齿轮，所述安装座安装在所述旋塞上，所述转盘齿轮与所述转盘旋转驱动齿轮啮合。

3.如权利要求1所述的用于反应堆燃料组件装卸的换料机，其特征在于，所述主轴升降驱动机构包括安装平台以及用于驱动所述安装平台上下移动的主轴升降驱动组件，所述主轴升降驱动机构还包括位于所述安装平台上方的主轴升降平台，所述主轴升降平台与所述主轴的上端连接，所述主轴升降平台与所述安装平台之间设置有力传感器，所述安装平台支撑所述主轴升降平台，所述安装平台的向下移动使得所述主轴升降平台失去支撑而随所述安装平台向下移动。

4.如权利要求3所述的用于反应堆燃料组件装卸的换料机，其特征在于，所述安装平台上固定有导向杆，所述导向杆的下端固定在所述安装平台，所述导向杆的上端形成有肩部，所述导向杆上套设有弹性件，所述弹性件的两端分别抵接在所述肩部和所述安装平台，所述力传感器安装在所述导向杆的顶部。

5.如权利要求3所述的用于反应堆燃料组件装卸的换料机，其特征在于，所述主轴升降驱动组件包括第二驱动电机、连接在所述第二驱动电机的输出端的第一齿轮传动结构以及连接在所述第一齿轮传动结构的丝杠，所述安装平台的一侧安装在所述丝杠上，所述丝杠的旋转带动所述安装平台上下移动。

6.如权利要求5所述的用于反应堆燃料组件装卸的换料机，其特征在于，所述安装平台与丝杠螺母固定连接且通过所述丝杠螺母连接至所述丝杠上。

7.如权利要求3所述的用于反应堆燃料组件装卸的换料机，其特征在于，所述主轴升降驱动组件还包括堆外导轨，所述堆外导轨的上下两端分别安装在所述支撑架的上下两端，所述安装平台和所述主轴升降平台的一侧滑设在所述堆外导轨上。

8.如权利要求3所述的用于反应堆燃料组件装卸的换料机，其特征在于，所述传动杆同轴安装在所述主轴内，所述传动杆驱动组件包括安装在所述主轴升降平台上且与所述主轴升降平台间隔设置的安装板、安装在所述安装板上的第三驱动电机以及连接在所述第三驱动电机的输出端的第二传动齿轮结构，所述传动杆的上端通过外螺纹结构与所述第二传动齿轮结构连接。

9.如权利要求8所述的用于反应堆燃料组件装卸的换料机，其特征在于，所述主轴升降装置还包括拉绳传感器，所述拉绳传感器安装在所述支撑架的上端，所述拉绳传感器的拉绳连接在所述安装板上。

10.如权利要求1所述的用于反应堆燃料组件装卸的换料机，其特征在于，所述传动杆同轴安装在所述主轴内。

11.如权利要求10所述的用于反应堆燃料组件装卸的换料机，其特征在于，所述锁紧解锁驱动机构还包括一拨动件，所述拨动件的一端连接至所述传动杆的下端，所述拨动件的另一端连接所述锁紧解锁件。

12.如权利要求1所述的用于反应堆燃料组件装卸的换料机，其特征在于，所述抓取机构还包括位于所述抓取头的上方的安装件，所述锁紧解锁件为锁紧解锁杆，所述锁紧解锁杆的上端可上下移动且周向定位地安装在所述安装件，所述用于反应堆燃料组件装卸的换料机还包括抓取头旋转机构，所述抓取头旋转机构安装在所述安装基座上并具有位于所述安装基座下方的旋转头，所述抓取机构的上下移动使所述安装件与所述旋转头对接或脱离，所述旋转头的转动带动所述安装件、锁紧解锁杆和抓取头转动。

13.如权利要求12所述的用于反应堆燃料组件装卸的换料机，其特征在于，所述抓取头旋转机构包括安装在所述安装基座上的第四驱动电机、连接在所述第四驱动电机的输出端的第三齿轮传动结构以及与所述第三齿轮传动结构连接的传动轴，所述传动轴向下穿过所述安装基座并与所述旋转头连接。

14.如权利要求12所述的用于反应堆燃料组件装卸的换料机，其特征在于，所述抓取机构还包括连接在所述主轴的下端的箱体，所述箱体的一侧与所述主轴连接，所述箱体的另一侧与所述安装件和所述抓取头连接。

15.如权利要求14所述的用于反应堆燃料组件装卸的换料机，其特征在于，还包括堆内导向装置，所述堆内导向装置包括安装在所述转盘的底端的安装管座以及安装在所述安装管座上的堆内导轨，所述堆内导轨上滑设有堆内滑块，所述堆内滑块与所述箱体连接。

16.如权利要求1所述的用于反应堆燃料组件装卸的换料机，其特征在于，所述转盘呈筒状，所述转盘与所述安装基座之间设有轴承。

17.如权利要求1所述的用于反应堆燃料组件装卸的换料机，其特征在于，所述安装基座上形成有法兰环，所述法兰环支撑在所述旋塞上，所述安装基座的下端伸入所述反应堆内。

18.一种用于反应堆燃料组件装卸的换料装置，其特征在于，包括同心安装在反应堆的堆顶盖上的旋塞以及偏心安装在所述旋塞上的用于反应堆燃料组件装卸的换料机，所述用于反应堆燃料组件装卸的换料机如权利要求1至17任一项所述。