CN110168667A - 螺栓安装和张紧系统 - Google Patents

Abstract

螺栓安装和拆卸BIR系统用于组装和拆卸核容器。BIR系统包括具有用于支撑核容器的支架的平台(210)。轨道(204)围绕平台的外周延伸，并且多个工具车(202)包括在轨道上滚动的轮子(208)。工具塔(212)位于工具车上并包括工具组件(214)，其构造为安装和移除核反应堆容器上的螺栓(220)。弹匣塔(216)也从工具塔旁边的工具车向上延伸，并包括保持螺栓的弹匣(218)，用于与工具组件交换。驱动机构(238)使工具组件中的工具头围绕第一竖向轴线竖向上下移动，并且横向移动，以更简单且可靠地安装和移除放射性水下环境中的螺栓。

Description

螺栓安装和张紧系统

本申请要求2016年12月30日提交的题为：RXM CLOSURE BOLT INSTALLATION ANDTENSIONING TOOLS(MAEB)的美国临时专利申请No.62/441,048的优先权，其内容通过引用整体并入本文。

政府利益

本发明是在能源部授予的合同号DE-NE0000633的政府支持下完成的。政府对本发明享有一定的权利。

技术领域

本公开一般涉及用于组装和拆卸核容纳和压力容器的系统、装置、结构和方法。

背景技术

用于操作和更换燃料的核反应堆的组装和拆卸需要安装、张紧、松弛和移除固定反应堆容器凸缘的大型紧固件。这些操作在高辐射远程操作工作环境中执行。紧固件的尺寸和放射性工作环境妨碍了人工安装或干预以纠正故障机器。目前在核、海底或制造之外的其它工业中使用的所有螺柱张紧机构都需要预先安装紧固件，并手动放置用于张紧紧固件的工具。

附图说明

所包括的附图用于说明性目的，并且用于提供所公开的发明系统、装置、方法和计算机可读存储介质的可能结构和操作的示例。在不脱离所公开的实施方式的精神和范围的情况下，这些附图决不限制本领域技术人员可以做出的形式和细节上的任何改变。

图1示出了示例功率模块的示意图。

图2是螺栓安装和拆卸(BIR)系统的透视图。

图3是没有核容纳容器的BIR系统的另一个透视图。

图4是BIR系统的俯视图，其中多个工具车位于轨道的一侧。

图5是工具塔的透视图。

图6是处于降低位置的工具塔的侧视图。

图7是处于升高位置的工具塔的侧视图。

图8是工具塔的侧剖视图。

图9是处于缩回位置的工具组件的侧视图。

图10是处于中间位置的工具组件的侧视图。

图11是处于伸出位置的工具组件的侧视图。

图12是安装头的透视图。

图13是处于缩回位置的安装头的虚拟侧剖视图。

图14是处于中间位置的安装头的虚拟侧剖视图。

图15是处于伸出位置的安装头的虚拟侧剖视图。

图16是工具车的侧视图。

图17是工具车的俯视图，示出了工具塔和弹匣塔的运动。

图18是工具车的局部正视图。

图19是工具车的局部剖视图。

图20是弹匣塔的剖视图。

图21是弹匣的透视图。

图22、23、24和25是处于不同转动位置的工具车的俯视图。

具体实施方式

远程或自动操作的螺栓安装和拆卸(BIR)系统在核反应堆压力容器、核容纳容器或任何其他类型的容器上安装、移除、张紧和松弛闭合螺栓。BIR系统可以包括一系列工具车，其围绕核容器并且行进并转动到各种位置以加载、安装、张紧、松弛、移除和存储闭合螺栓。

BIR系统包括具有用于支撑核容器的支架的平台。轨道围绕平台的外周延伸，并且工具车在核容器周围的轨道上滚动。工具车携带具有转动工具组件的工具塔和具有转动弹匣的弹匣塔。

弹匣包括槽，所述狭将螺栓保持并转动到与工具塔的交换位置。工具组件转动到与弹匣组件交叉的位置以传送螺栓。工具组件的转动路径也与核容器上的螺栓位置相交。这允许工具组件在单个转动路径中与弹匣交换螺栓并将螺栓安装到核容器上或从其移除。

BIR系统中的独特的多转动轴控制方案简化了核容器的拆卸和重新组装所需的液压和电气控制。多工具车系统还提供固有的冗余，这是因为每个工具车可以移动到任何反应堆容器位置并且可以与任一侧上的相邻工具车交换螺栓。每个工具车都作为可单独控制的模块化单元操作，因此可以容易地从轨道上拆下进行维修。

图1是示例性功率模块组件100的示意图。功率模块组件100可包括整体反应堆压力容器(RPV)104和容纳容器106。在一些示例中，RPV 104可以是大约17.7米(58英尺)高，并且直径是3.0米(10英尺)。RPV 104可容纳具有多个燃料组件和控制棒130的反应堆堆芯102。在一些示例中，反应堆堆芯102可包括大约三十七个燃料组件和十六个控制棒组。反应堆堆芯102上方是中央热提升管138、至少部分地围绕提升管138的一对螺旋盘管蒸汽发生器或热交换器120以及内部加压器108。

图1还示出了用于主冷却剂148的示例性流动路径。主冷却剂148可以向上循环通过反应堆堆芯102，并且被加热的主冷却剂148可以向上输送通过提升管130。主冷却剂148的流动路径然后可以在将反应器容器104的主体与加压器108分开的加压板处向下转动。主冷却剂148可以在热交换器120的壳侧上流动，在此通过将热量传导到容纳在热交换器120内的次级冷却剂而被冷却。主冷却剂148可以继续向下流动，直到其在RPV 104的下部头部处反向，在此处主冷却剂148可以向上转回到反应堆堆芯102中。主冷却剂148的循环可以完全由离开反应堆堆芯102的较低密度(被加热)冷却剂的自然浮力而保持，并且较高密度(被冷却)冷却剂离开热交换器120的环。

在次级冷却剂侧，可以将给水泵送到蒸汽发生器管中，在此给水沸腾以产生过热蒸汽。蒸汽可以循环到专用的涡轮发电机系统。离开涡轮机的低压蒸汽可以冷凝并再循环到给水系统。整个核蒸汽供应系统可以封闭在钢制容器中，例如容纳容器106，其在一些示例中可以是大约二十三米高，并且直径是大约五米。

在一些示例中，功率模块组件100可包括模块化核反应堆组件，其包括一个或多个裂变反应堆。功率模块组件100可以容纳在功率模块舱144中。功率模块舱144可以包括水或一些其他材料的冷却池146，所述其他材料包括能够冷却功率模块组件100的热特性。功率模块组件100的至少一部分可以浸没在冷却池146中。因此，功率模块组件100的至少一部分可以位于冷却池146的水线147的顶部下方。

另外，功率模块组件100可包括功率模块芯102。功率模块芯102可包括用于可控制地产生热量的任何设备、组件、装置或配置。因此，功率模块组件100可包括发热组件。在一些示例中，功率模块芯102可包括核反应堆堆芯，例如但不限于裂变反应堆堆芯。功率模块芯102可以浸没在功率模块冷却剂148中。在至少一个示例中，功率模块冷却剂148包括水或能够使(由功率模块芯102产生的)热量流动远离反应堆堆芯102的任何其他材料。

在一些示例中，功率模块组件100可包括芯护罩134，其至少部分地约束、导引或以其他方式引导功率模块冷却剂148的流动。功率模块芯102可以至少部分地被芯护罩134围绕。功率模块芯102、芯护罩134和功率模块冷却剂148容纳在压力容器104内。

在各种示例中，功率模块芯102可以被配置为产生传递到功率模块冷却剂148的热量。如流动箭头所示，压力容器104中的加热功率模块冷却剂148可以产生功率模块冷却剂148的大致竖向的圆形对流。芯护罩148可以被配置为至少部分地约束、导引或以其他方式引导功率模块冷却剂148的大致竖向的圆形对流。加压器108可以被配置为调节压力容器104内的至少由于功率模块冷却剂148的加热和/或对流引起的内部压力。

功率模块芯102可以被配置为加热功率模块冷却剂148的位于芯护罩134的下气室136中的部分。被加热的功率模块冷却剂148向上流动并且从护罩提升器138流出。当功率模块冷却剂148向上流动时，被加热的功率模块冷却剂148向多个蒸汽发生器122提供热量。由于至少这种热交换，当被加热的功率模块冷却剂148流出护罩提升器138时，功率模块冷却剂148被冷却。

如图1中的流动箭头所示，一旦流出护罩提升器138，功率模块冷却剂148总体上在芯护罩134和压力容器104之间向下流动。对流将下部气室136附近的被冷却的功率模块冷却剂148拉回到芯护罩134中。功率模块芯102可以构造为再加热功率模块冷却剂148，使得对流继续循环并冷却反应堆堆芯102。

压力容器104可以容纳在容纳容器106内。容纳容器106可以禁止材料从压力容器104中释放，包括反应堆堆芯102中包括的任何材料，并禁止功率模块冷却剂148的释放。在一些示例中，功率模块组件100可包括多个功率模块再循环阀118，以从压力容器104排出压力和/或消散过量的热量。

给水可以在包括蒸汽发生器122和发电机的回路中流动。在蒸汽发生器122内，可以加热给水以产生蒸汽。产生的蒸汽流出蒸汽集管126并将传递的热量从功率模块组件100带走。多个蒸汽隔离阀114可构造为调节离开功率模块组件100的蒸汽流。蒸汽可以通过例如但不限于图2的蒸汽总线160的蒸汽总线路由到发电机，例如但不限于图2的涡轮发电机176，以产生电力或一些其他形式的可用功率。

在蒸汽内的能量产生电力之后，可以通过多个给水隔离阀112调节被冷却的给水到功率模块组件100的返回。被冷却的给水可以通过给水集管124返回到蒸汽发生器122以完成循环。

在至少一些示例中，即使在功率模块组件100关闭之后，功率模块芯102也可以被配置为继续产生热量。例如，在反应堆堆芯102包括核反应堆堆芯的示例中，核反应堆堆芯可以在与核反应堆堆芯内的乏燃料相关联的衰减期间继续产生热量。在功率模块组件100关闭之后产生的热量可以是衰变热。因此，为了确保反应堆堆芯102和功率模块组件100的其他部件不会至少由于衰变热而过热，可以消散由反应堆堆芯102产生的功率。

在一些示例中，为了消散衰变热，功率模块组件100包括衰变热去除系统(DHRS)。DHRS可以包括浸没在功率模块舱144的冷却池146中的多个DHRS热交换器120，以及多个DHRS阀116以使给水/蒸汽的流动远离蒸汽总线。

在功率模块组件100关闭期间，或者在期望不向发电机提供蒸汽和/或被加热的给水的另一事件期间，可关闭所述多个蒸汽隔离阀114，使得蒸汽和/或被加热的给水不会流到发电机中。而是，蒸汽和/或被加热的给水流过所述多个DHRS热交换器120并被冷却。DHRS热交换器120将过量的热量排放到冷却池146中。通过衰变热交换器120的给水的循环流动可以由所述多个DHRS阀116调节。

可以通过一个或多个控制棒130的定位来调节反应堆堆芯102的发电速率。所述一个或多个控制棒130的定位可以由控制棒驱动器132驱动。

螺栓安装和拆卸(BIR)系统

图2是用于组装和拆卸上述图1中所示的反应堆压力容器(RPV)104或容纳容器(CNV)106的螺栓安装和拆卸(BIR)系统200的透视图。图3是没有RPV 104或CNV 106的BIR系统200的另一个透视图。如图2和3所示，图1中的反应堆堆芯102需要周期性维修和/或更换燃料。在维修期间，起重机可以将CNV 106和所容纳的RPV 104从功率模块舱144移动到第一BIR系统200中。第一BIR系统200可以位于服务舱中并浸没在冷却水池中。

第一BIR系统200可以经由远程控制和/或自动地从容纳容器106上的凸缘222移除螺栓220。在一个示例中，螺栓220可以重约500磅并且可以是大约6英尺长。当然，BIR系统200可以用于任何其他螺栓尺寸。

起重机可以从下部228移除容纳容器106的上部头部226。然后，起重机可以将RPV104提升出容纳容器106并将RPV 104移动到也浸没在冷却水池中的第二BIR系统200中。第二BIR系统200以与第一BIR系统200从CNV 106移除螺栓220的方式基本相同的方式从RPV104的上部头部移除螺栓。起重机移除RPV 104的上部头部以用于对图1中的反应堆堆芯102进行维修和更换燃料。

相反的过程用于将维修过的功率模块组件100重新安装回到图1中的功率模块舱144中。例如，起重机可以将RPV 104的上部头部重新放置到下部上。第二BIR系统200将检查过的螺栓重新安装到凸缘中，将上头部固定到下部。起重机将RPV 104运送到保持CNV 106的第一BIR系统200。起重机将RPV 104降低到CNV 106的下部228中。然后，第一BIR系统200将螺栓220重新安装到凸缘222中，将上部头部226固定到下部228。起重机将包括RPV 104和CNV 106的重新组装和维修过的功率模块组件100运送至图1中的功率模块舱144。

第一和第二BIR系统200基本上相同地操作。然而，第二BIR系统200的尺寸可以设定为在RPV 104的较小尺寸上操作。下文的解释同样适用于移除和安装CNV 106上的螺栓的第一BIR系统200以及移除和安装RPV 104上的螺栓的第二BIR系统200。RPV 102、CNV106或可由BIR系统200组装或拆卸的任何其他装置在下文中总称为核容器201。

BIR系统200包括平台203和轨道204，所述轨道围绕圆形支撑件230以圆形延伸。圆形支撑件230的尺寸设计成接收和支撑处于直立位置的CNV 106或RPV 104。多个工具车202包括轮子208，所述轮子在轨道204上滚动到核容器201周围的不同位置以移除或安装螺栓220。

每个工具车202可包括工具塔212，所述工具塔从工具车平台210向上延伸并支撑工具组件214。每个工具车202还可包括支撑弹匣218的弹匣塔216。工具车202使工具组件214和弹匣218围绕核容器201移动以从凸缘222移除螺栓220。工具组件214将移除的螺栓220放置在弹匣218中。然后起重机从下部228移除上部头部226。在维修之后，上部头部226被重新安装在容器201上。工具车202使工具组件214和相关的弹匣218在容器201周围移动，将检查过的螺栓220重新安装回凸缘222中。工具组件214从相邻的弹匣组件218中取出已检查的螺栓200并将螺栓220插入和紧固到凸缘222中。

每个工具塔212通过机动齿轮组件234可转动地连接到辅助工具车平台210。齿轮组件234使工具塔212和附接的工具组件围绕中心竖向轴在360度圆中转动。每个弹匣218通过机动齿轮组件232可转动地连接到相关的弹匣塔216。齿轮组件232使弹匣218绕竖向轴在360度圆中转动。工具塔212还可包括托架236，该托架使工具组件214沿工具塔212竖向上下移动。

托架236可以降低在凸缘222下方。然后，齿轮组件234使工具塔212转动，将工具组件214定位在安装在凸缘222中的螺栓220下方。托架236升高，使得工具组件214与从凸缘222的底部向下延伸的螺栓220的底端接合。工具组件214中的工具头从顶部螺母224拧下螺栓220，所述顶部螺母保持附接到凸缘222的顶侧。然后降低托架236，从凸缘222移除螺栓220。螺母224可以在具有一些游隙的情况下附接到凸缘222，以与稍微未对准的螺栓220重新对准。

齿轮组件234转动工具塔212，将移除的螺栓220定位在弹匣218下方。托架236升高，将螺栓220插入到弹匣218中的槽中。工具组件214中的工具头将螺栓220拧入弹匣组件218中。托架236可以降低工具组件214，将螺栓220留在弹匣218中。齿轮组件234可使工具塔212转动，使工具组件214移回到先前移除的螺栓220的螺栓孔下方。齿轮组件232也可转动弹匣218，使下一个未使用的槽就位，以从工具组件214接收另一个螺栓220。

工具车202上的马达238可以使轮子208转动，使工具组件214中的工具头移动到凸缘222中的下一个相邻螺栓下方。然后，工具组件214和弹匣组件218重复相同的过程，从凸缘222移除下一个螺栓220，并将拆下的螺栓220放入弹匣218中的下一个开口槽中。

所述过程反过来用于将已检查的螺栓从弹匣218重新安装回到凸缘222中。例如，在维修图1中的反应堆堆芯102之后，核容器210的上部头部226被定位回下部228的顶部上。齿轮组件234使工具组件214转动到弹匣218下方。托架236将工具组件214中的工具头抬高到弹匣218中的螺栓220中的一个螺栓的底端中。工具头从弹匣218上拧下螺栓220，并且托架236降低工具组件214，从弹匣218去除拧下的螺栓220。齿轮组件232可以将弹匣218中的下一个螺栓220转动到与工具组件214的交换位置。

齿轮组件234使工具组件214中的工具头转动到凸缘222中的螺栓孔下方。托架236将插入螺栓220向上提升到凸缘螺栓孔中。工具组件214中的工具头将螺栓220拧入顶部螺母224中。托架236降低工具组件214，并且齿轮组件234转动工具塔212，将工具组件214的工具头定位在弹匣218中的下一个螺栓220下方。然后马达238使工具车202移动到凸缘222中的下一个相邻的螺栓孔。

多个工具车202放置在轨道204上并且一致地操作以减少从凸缘222移除和安装螺栓220所需的时间。例如，图2和3示出了在核容器210周围的不同90度位置处对准的四个工具车202。然而，更少或更多的工具车202可以在轨道204上一起操作。控制系统可以控制多个工具车202一致地操作。例如，当相邻的工具车202完成类似的螺栓安装或移除操作时，每个工具车202可移动到凸缘222上的下一个螺栓位置。

每个工具车202也可以独立操作。这增加了BIR系统200的冗余度。例如，工具车202之一上的组件可能失效。不操作的工具车202可以从轨道204移除，或者可以在螺栓移除或安装期间沿轨道204继续滚动。其他操作的工具车202可以执行不操作的工具车的螺栓安装或拆卸。

压紧夹具240附接到每个工具车202的前端和后端。中间轨道204C在内部迹线204A和外部轨道204B之间延伸。在地震事件期间，压紧夹具附接到中间轨道204C上，以防止工具车202翻倒。

图4示出了BIR系统200的俯视图，其中多个工具车202在平台203的一侧上聚集在一起。工具车202可以彼此相邻地定位，如图3所示，以提供更多空间用于将核容器201装载到支承件230中。工具车202也可以彼此相邻地定位，因此工具组件214可以将螺栓220移除或放置在相邻工具车202上的弹匣218中。例如，工具车202B可以定位成与工具车202A相邻。工具组件214A可以从工具车202B上的弹匣218B装载或移除螺栓220。类似地，工具车202C上的工具组件214C可以从工具车202D上的弹匣218D装载或移除螺栓220。通过允许工具车202从其他工具车202装载和移除螺栓，这进一步增加了冗余度。

图5是工具塔212的透视图，图6是处于降低位置的工具塔212的侧视图，图7是处于升起位置的工具塔212的侧视图，并且图8是工具塔212的侧剖视图。如图5-8所示，工具塔212包括底座248，所述底座在底端处连接到齿轮组件234。图8示出了毂274、垫圈264和衬套276，其连接到底座248的底端并且接收从工具车202的平台210向上延伸的轴(参见图19)。齿轮组件234附接在毂274下方并使工具塔212在竖向轴线上方转动。

托架236在顶端连接到支撑杆244。仍如图8所示，支撑杆244连接到两个活塞270，所述活塞由两个相关的缸272控制。伸出和缩回活塞270使支撑杆244和附接的托架236沿着底座248的外侧竖向上下移动。两个槽266沿底座248的相对两侧延伸并且允许托架236在如图5、图7和图8中所示的升高位置和如图6所示的降低位置之间移动。

轨道258刚性地附接在托架236周围并支撑可水平移动的滑板260。滑板260从托架236的相对两侧伸出，并且在一端上支撑安装头250并且在相对端上支撑张紧头262。马达252使滑板260在轨道258的顶部上方移动到不同的水平横向位置。

例如，附接到马达252的齿轮可以与形成在轨道258中的齿啮合，这使得滑板260从托架236的侧面伸出或缩回。在另一个示例中，连接在轨道258和滑板260之间的液压活塞可以将滑板260推入和拉入不同的水平延伸位置。下文更详细地示出了移动到不同的水平延伸位置的滑板260的示例。

安装头250构造为将螺栓220附接到核容器210的弹匣218和凸缘222以及从其拆下螺栓(图2和图3)。驱动保持器268将驱动钻头缸254附接至安装头部250。如下文更详细描述的，在弹匣218和凸缘222之间的转移操作期间，安装头250夹紧在螺栓220上。

张紧头262构造为通过安装头250紧固先前安装在凸缘222上的闭合螺母292和螺栓220，或者通过安装头250松开闭合螺母292和螺栓220，以便随后移除。张紧头262对于本领域技术人员是已知的，因此不再进一步详细描述。下文更详细地描述安装头250。

摄像机和灯256附接到底座248和工具车的其他位置。上文和下文描述的工具车操作可以通过摄像机256使用计算机视觉自主地执行，或者可以通过操作员远程执行。操作摄像机256和工具车上的其他机械装置的液压和电气控制系统可以远离BIR系统200定位。

齿轮组件234转动以将安装头250或张紧头262移动到弹匣218或凸缘222中的螺栓位置下方的对准位置。滑板260横向移动以进一步使安装头250或张紧头262与螺栓或螺栓孔位置对准。例如，由于公差，凸缘222下方的转动工具组件214可能不会将安装头250或张紧头262与安装的螺栓220精确地对准。滑板260略微向前或向后移动以考虑制造公差。

当对准时，活塞270将托架236、附接的安装头250和附接的张紧头262移动到弹匣218和凸缘222下方的不同竖向位置。例如，托架236可以在凸缘222下方升起并将安装头250附接到螺栓220的底端。在拆卸螺栓220之后，缸272缩回活塞270，将托架236降低并且使螺栓220向下滑动并滑出凸缘222。然后，安装头250通过齿轮组件234转动到弹匣218中的开口槽下方。缸272使活塞270伸出，将安装头250和附接的螺栓220向上移动到弹匣218中的开口槽中。在将螺栓220安装到弹匣218中之后，缸272缩回活塞270，将安装头250降低到下一个螺栓移除位置。

图9-11更详细地示出了工具组件214的横向移动。由于核容器制造中的公差，安装头250或张紧头262可能无法与核容器210的凸缘222中的螺栓孔正确对准。滑板260为工具组件214提供另一个移动方向以针对螺栓孔位置公差进行调节。下文的说明涉及安装头250，但也适用于张紧头262，仅沿相反方向移动滑板260。

在一个示例中，当转动到图2中的核容器201的凸缘222下方的螺栓移除或螺栓安装位置时，安装头250可能在螺栓220上方太远。马达252可以在第一方向上转动，使滑板260在轨道258上向左移动，如图9所示。马达252使滑板260向左移动，直到安装头250在螺栓孔位置下方对准。

图10示出了滑板260的中间横向位置。该中间位置可以对应于其中螺栓孔处于基本上零公差位置的正常操作位置。

图11示出了沿相反方向移动的工具滑板260。例如，安装头250可以转动到图2中的核容器201的凸缘222下方的螺栓移除或螺栓安装位置。由于核容器210的制造中的公差，安装头250可能不会到达位于核容器210上的螺栓220。马达252可以在第二方向上转动，使滑板260在轨道258上向右滑动，如图11所示，使安装头250对准在螺栓孔位置下方。

如上所述，工具塔212仅使用三个主动控制元件来安装或拆卸螺栓220。液压马达234转动工具塔212，液压缸272升高和降低托架236，并且液压马达252横向来回移动滑板260。这种简单的控制方案可提高可靠性并降低成本

图12是安装头250的透视图。图13-15是虚拟侧视图，其中虚线示出了安装头250的内部部件。封闭螺母292预先拧到螺栓220的底端上。图12示出了安装头250中的开口290，其接收螺栓220的底端。图13示出了完全插入并锁定在安装头250中的螺栓220，图14示出了螺栓220如何从安装头250解锁，并且图15示出了从安装头250伸出的螺栓220。安装头250包括相对往复运动的螺栓夹288，其通过夹弹簧286朝向关闭位置被压缩。

具体参见图13，螺栓220的底端可以具有蘑菇形头部294，该头部具有相对倾斜的侧面。方形或六角形螺栓孔302向上延伸到螺栓220的底端。向上延伸安装头250使得螺栓头294的侧面展开打开的螺栓夹288。当安装头250进一步向上移动时，弹簧286推动螺栓夹288朝向彼此返回，锁定在螺栓头294的顶部上方。夹288在螺栓头294上方的锁定位置防止螺栓220在从凸缘222中的螺栓孔中拉出时从安装头250中脱出。当在凸缘222和弹匣218之间传递时，螺栓夹288还更牢固地将螺栓220保持在安装头250中。

具体参见图14，驱动钻头缸254被启动以从夹288释放螺栓220。驱动钻头缸254使活塞300伸出，所述活塞将驱动杆296向上推入孔302中。将驱动杆296的顶端进一步向上延伸到螺栓孔302中迫使形成在驱动杆296上的较宽肩部298进入形成于螺栓夹288的内侧表面上的两个相对朝向的突起304之间。肩部298将夹288进一步推开，释放螺栓220的头部294。

具体参见图15，缸254使活塞300继续伸出，将螺栓220和附接的闭合螺栓292向上推入核容器210的凸缘222中的螺栓孔中或者推入弹匣218中的槽中。当螺栓220完全插入时，蜗轮284开始转动驱动杆296。如上所述，螺栓孔302可以具有正方形或六边形形状。驱动杆296的顶端可以具有插入螺栓孔302的类似的正方形或六边形形状。借助蜗轮284转动驱动杆296将螺栓220的顶端拧入固定到图2中的凸缘222的顶部的螺母224中的一个中。如果螺栓220插入弹匣218中，则转动驱动杆296将螺栓220的顶端拧入弹匣218的上板。

图16是工具车202的侧视图。压紧夹具240位于工具车202的相对两端上。压紧缸308从压紧夹具240向上延伸。安装头250示出为承载螺栓220和附接的闭合螺母292。示出的弹匣218承载多个螺栓220。

工具塔212上的托架236可以将安装头250和附接的螺栓220降低到下板332B下方。托架236升高，将螺栓220向上插入到弹匣218中的空槽中。安装头250然后将螺栓220的顶端拧入弹匣218的顶板332A中，直到闭合螺母292抵靠下板332B。

为了移除，空的安装头292移动到弹匣218下方并且升高，插入螺栓220中的一个的底端并且抵靠闭合螺母292。安装头250从上板332A拧下螺栓的顶端并且托架236降低，从弹匣218移除螺栓220和螺母292。

图17是BIR系统200的局部俯视图，示出了工具车202中的部件如何沿不同路径转动。弹匣218中的槽318的中心轴线可以沿圆形路径316转动。核容器凸缘222(图2)上的螺栓孔和螺母224的中心轴线沿着路径312延伸。工具车202沿着与螺栓孔路径312同心的轨道路径310行进。

安装头250和张紧头262沿圆形路径314转动。当工具组件214的滑板260处于先前在图10中示出的中间位置时，安装头250的中心轴线和张紧头262的中心轴线都可以沿圆形路径314A转动。

工具组件214可以使用相同的转动路径314A接近沿着路径312延伸的核容器凸缘222上的螺栓和沿着路径316延伸的弹匣218中的槽318。工具组件214也可以在相同的转动路径314A上移动安装头250和张紧头262。工具车202沿圆形轨道路径310移动以接近核容器凸缘222上的不同螺栓。弹匣216将不同的槽318转动到与路径314A交叉的位置，以将不同的螺栓提供给工具组件214或从其接收不同的螺栓。

通过将工具组件214的滑板260分别移动到图9所示的位置和图11所示的位置来产生转动路径314B和314C。例如，将滑板260移动到图9所示的横向位置将安装头250的中心线移动到转动路径314B，并将张紧头262的中心线移动到转动路径314C。将滑板260移动到图11所示的位置将安装头250的中心线移动到转动路径314C，并且将张紧头的中心线移动到转动路径314B。

如上所述，转动路径314B可能是安装或移除位于螺栓路径312稍微外侧的凸缘222上的螺栓所必需的。转动路径314C可能是安装或移除位于螺栓中心线路径312略微内侧的凸缘222上的螺栓所必需的。可以通过调节滑板260的位置来产生路径314B和314C之间的任何圆形路径。

图18是工具车202的局部前视图。工具塔212通过齿轮组件234转动地连接到工具车平台210。弹匣塔216刚性地连接到工具车平台210。马达238转动坐在轨道204上的工具车202的轮子208。轨道204围绕支撑件230圆形地延伸，所示支撑件保持图2中的核容器210。

压紧夹具240示出为处于正常缩回位置。响应于地震事件，压紧缸308使杆243延伸，该杆向下和向外推动闩锁连杆241。闩锁连杆241使压紧夹具240的顶端向外转动，使得压紧夹具240的底端聚集在一起并夹在中心轨道204C下方。闩锁连杆241还将夹具240保持在中心轨道204C下方的锁定位置，直到压紧缸308使杆243缩回。

图19是工具车202的局部侧剖视图。如上所述，轨道204A-204C位于平台203上并围绕核容器支撑件230的周边延伸。圆形轴320从工具车平台210向上延伸以转动地支撑工具塔架212。毂274插入工具塔212的底端，并且齿轮组件234附接在毂274下方。轴320延伸穿过齿轮组件234中的中心孔并进入形成在毂274中的中心通道中。图3中所示的马达234使齿轮组件234转动，使工具塔212绕延伸穿过轴320的竖向中心轴线转动。缸272连接在工具塔212的相对的内壁上，并且如上所述，升高和降低托架236。

图20是弹匣塔216的侧剖视图。图21是弹匣218的透视图。弹匣塔216的主柱344和支撑柱345从工具车202的平台向上延伸。管状杆330从主柱344的顶端向上延伸。管状转台326附接在杆330上并且在顶端329处转动地附接到杆330。齿轮组件232附接在转台326的底部周围并且转动地连接到马达324。对准板346从转台326径向向外延伸。

弹匣218包括通过支撑件336和中央中空圆筒334连接在一起的圆形顶板332A和圆形底板332B。板332A和332B各自分别包括多组同心对准的孔348A和348B，它们一起形成槽318的圆形。如上所示，槽318保持螺栓220。弹匣218可以通过起重机向下降到从弹匣塔216向上延伸的转台326上。中空圆筒334在转台326上方下降，直到底板332B位于对准板346的顶部上。

在核容器拆卸操作期间，工具车202从核容器210移除螺栓220并将螺栓附接到弹匣218上。工具塔212将螺栓220向上提升通过弹匣218中的槽318的底部。如上所述，安装头250中的驱动杆296插入螺栓220的螺栓孔302中。驱动杆296转动，使得螺栓220的螺纹顶端322与形成在上部弹匣板332A的孔348A中的螺纹内表面螺纹接合。

在槽318填充有螺栓220之后，起重机可以更换弹匣218。例如，起重机可以附接到手柄306并且将弹匣218竖向向上提升并且离开转动台326。然后起重机可以在柱344上方定位空弹匣218。降低空弹匣218，使转台326的锥形顶端329向上插入通过圆筒334的底端。起重机继续降低弹匣218，直到底板332B位于对准板346的顶部上。

如果例如在核容器安装操作期间弹匣218是空的，则起重机可以将具有全套螺栓220的弹匣218定位在柱344上。弹匣218再次下降，使得转台326的锥形顶端329向上插入到圆筒334的底端中。起重机继续降低弹匣218，直到底板332B位于对准板346上。

图21、22、23和24是BIR系统200的局部俯视图，其中工具车202处于不同的操作位置。首先参考图22，工具车202处于螺栓传送位置337，其中工具塔212的安装头250定位在弹匣218的槽318下方。工具塔212可以转动到位置337以将螺栓220插入到弹匣216中或从弹匣取出螺栓，如上所述。可替代地，螺栓传送位置337可以被称为处于零转动位置。

图23示出了安装或移除位置338，其中工具塔212沿顺时针方向转动以将安装头250定位在核容器201的凸缘222中的螺母224和相关螺栓孔下方。在核容器组装操作期间，工具塔212使托架236升高，使得安装头250中的螺栓220向上插入到形成在凸缘222中的一个螺栓孔中。安装头250然后将螺栓220拧入螺母224中。

在核容器拆卸操作期间，张紧头262可以事先从螺母224松开螺栓220。工具塔212升高托架236，将安装头250插入螺栓220的底端。安装头250进一步从凸缘222上的螺母224上拧下螺栓220。工具塔212将螺栓220降低出凸缘222，然后沿逆时针方向转动到图22所示的位置。然后，如上所述，工具塔212升高托架236并将螺栓220拧入弹匣218中。

图24示出了张紧位置340，其中工具塔212从图22中的初始位置沿逆时针方向转动，以将张紧头262定位在螺母224和附接的螺栓220下方。

在核容器组装操作期间，安装头250可以预先将螺栓220向上插入穿过凸缘222，并且以第一扭矩量将螺栓220拧入螺母224中。然后，工具塔212可以转动到位置340，以便以额外的扭矩量将螺栓220和/或附接的闭合螺母292进一步张紧到凸缘222。工具塔212升高托架236，使得张紧头262在闭合螺母292和螺栓222的底端上插入。张紧头262转动，将闭合螺母292和/或螺栓220紧固到凸缘222。然后，工具塔212降低托架236并沿顺时针方向转动到图22中的位置337。工具塔212使用安装头250将另一个螺栓220从弹匣218安装到凸缘222上的下一个螺栓孔位置。

在核容器拆卸操作期间，工具塔212可以转动到位置340以最初将螺栓220和/或附接的闭合螺母292从凸缘222松开。工具塔212升高托架236，使得张紧头262插在闭合螺母292和螺栓222的底端上。张紧头262沿相反方向转动，以松开凸缘222上的闭合螺母292和/或螺栓220。然后，工具塔212转动到图23中的位置338，并且使用安装头250进一步松开螺栓220并从螺母224和凸缘222卸下螺栓。工具塔212转动到图22中的位置337，以便将移除的螺栓220插入并拧入弹匣216中。然后，工具塔212可以沿逆时针方向转动到图24中的位置340，以松开凸缘222上的下一个螺栓220和闭合螺母292。

图25示出了两个工具车202A和202B之间的车间转移位置342。出于各种原因，工具车202A可以将螺栓传送到相邻工具车202B上的弹匣216B或从其传送螺栓。例如，工具车202A上的弹匣216A可以是空的或者是满的，并且其可以比更换弹匣216A更方便地将剩余的螺栓转移到弹匣216B或从弹匣216B转移。在另一个例子中，弹匣216A可能不起作用。在任一种情况下，BIR系统200通过允许每个工具车202与相邻的工具车202交换螺栓220来提供冗余度。

在该示例中，工具车202A上的工具塔212A沿顺时针方向转动到位置342。工具车202A中的安装头250A执行与上述相同的程序，以将螺栓220安装到工具车202B的弹匣216B中的槽318B中或从其移出螺栓。工具车202A和202B可以与另一个相邻的工具车一起执行任何其他安装或移除程序。例如，针对工具车202B上的不工作的张紧头262B，工具车202A上的张紧头262A可以松开凸缘222上的螺栓220。

因此，BIR系统200提供相对简单的机械控制系统，其减少维修核反应堆所需的活动部件的数量。相邻工具车之间的相互作用进一步增加了冗余度和可靠性。BIR系统200的高可靠性在核应用中特别有利，其中核容器210需要在水下拆卸和重新组装。还应该理解，BIR系统200可以用于从任何其他类型的结构安装和移除螺栓或任何其他元件。

已经参考了附图，附图形成说明书的一部分，并且通过图示的方式示出了具体实施方式。尽管以足够的细节描述了这些公开的实现以使得本领域技术人员能够实践所示实施方式，但是应该理解，这些示例不是限制性的，使得可以使用其他实施方式并且可以对所公开的实施方式进行改变而不背离他们的精神和范围。

已经描述和说明了优选实施例的原理，应该显而易见的是，在不脱离这些原理的情况下，可以在布置和细节上修改实施例。要求保护落入所附权利要求的精神和范围内的所有修改和变化。

Claims (22)

1.一种用于组装和拆卸核容器的工具车，其包括：

平台，其构造为围绕核容器的外周边行进并且定位成与核容器上的不同螺栓位置相邻；

从平台向上延伸的工具塔；和

附接到工具塔的工具组件，其构造为围绕竖向轴线转动，以在核容器上安装螺栓并从核容器移除螺栓。

2.根据权利要求1所述的工具车，包括：

从平台向上延伸的弹匣塔；

中心轴，其从弹匣塔的顶端向上延伸；

弹匣，其包括用于在中心轴上可拆卸地滑动的圆筒；和

用于使弹匣绕第二竖向轴线转动的齿轮和马达。

3.根据权利要求2所述的工具车，其中，所述弹匣包括：

上板，其附接到圆筒的顶端并包括圆形排列的第一组孔；和

下板，其附接到圆筒的底端并包括圆形排列的第二组孔，所述第二组孔与第一组孔同心地对准，形成一组圆形排列的槽。

4.根据权利要求2所述的工具车，其中：

所述马达将弹匣的不同槽转动到与工具组件的交换位置；并且

所述工具组件从交换位置中的槽下方的第一位置和核容器上的螺栓孔下方的第二位置转动。

5.根据权利要求4所述的工具车，其中：

所述马达使槽沿第一圆形路径转动；并且

所述工具塔使工具组件上的工具头沿着与第一圆形路径相交的第二圆形路径转动。

6.根据权利要求1所述的工具车，其中，所述工具塔包括：

工具底座；

托架，其支撑工具组件并且使工具底座竖向上下移动；和

齿轮组件，其使工具底座和托架绕竖向轴线转动。

7.根据权利要求6所述的工具车，其中，所述工具组件包括：

滑板，其能相对于工具底座水平移动；

安装头，其位于滑板的第一端上；和

张紧头，其位于滑板的相对的第二端上。

8.根据权利要求1所述的工具车，其中，所述工具组件包括：

安装头；

位于安装头中的驱动钻头；

驱动钻头缸，其使驱动钻头竖向向上延伸到在每个螺栓中形成的底孔中；和

螺栓夹，其保持所述螺栓中的一个，并且当驱动钻头缸使驱动钻头向上延伸到底部螺栓孔中时，使所保持的螺栓伸出并将其释放。

9.根据权利要求1所述的工具车，包括位于所述平台上的轮子，所述轮子构造为在围绕所述核容器的周边延伸的轨道上行进。

10.根据权利要求9所述的工具车，包括：

附接在平台上的压紧夹，其包括往复的爪；和

压紧缸，其构造为使杆伸出，使爪缩回并附接到轨道上。

11.一种用于在核容器上安装和拆卸螺栓的工具塔，其包括：

可转动地附接在平台上的底座；

围绕底座延伸的托架；

附接至托架的滑板；

附接至滑板的工具头，其用于在核容器上安装和拆卸螺栓；

第一驱动机构，其联接到底座，用于使工具头围绕竖向轴线沿圆形路径转动；

第二驱动机构，其联接到托架，用于使工具头在底座上竖向上下移动；和

第三驱动机构，其联接到滑板，用于使工具头相对于底座横向移动。

12.根据权利要求11所述的工具塔，包括：

第一工具头，其位于滑板的第一端上，用于安装和拆卸核容器上的螺栓；和

第二工具头，其位于滑板的相对的第二端上，用于张紧核容器上的螺栓。

13.根据权利要求11所述的工具塔，其中，所述工具头包括：

顶部开口，其用于接收螺栓的底端；

位于工具头中的驱动钻头；

驱动钻头缸，其联接到驱动钻头的端部，使驱动钻头竖向向上延伸到在螺栓的底端中形成的螺栓孔中；和

螺栓夹，其当插入顶部开口中时，夹紧到螺栓上，并且当驱动缸使驱动钻头向上延伸到螺栓孔中时，释放螺栓。

14.根据权利要求12所述的工具塔，其中，所述驱动钻头包括肩部，当所述驱动钻头缸使所述驱动钻头向上延伸到形成在所述螺栓中的孔中时，所述肩部压靠形成在螺栓夹中的相对的突起。

15.根据权利要求10所述的工具塔，其中，所述第一驱动机构包括：

齿轮组件，其位于底座的底端和工具车平台之间；和

马达，其使齿轮组件和底座围绕从工具车平台向上延伸的轴转动。

16.根据权利要求10所述的工具塔，其中，所述第二驱动机构包括一个或多个缸，所述缸在第一端处联接到所述底座并且在第二端处联接到所述托架。

17.根据权利要求10所述的工具塔，其中，所述第三驱动机构包括马达，所述马达使所述滑板和所述工具头相对于所述底座横向移动。

18.一种用于组装和拆卸核容器的螺栓安装和拆卸系统，其包括：

平台，其包括用于支撑所述核容器的支架；

围绕平台的外周边延伸的轨道；

多个工具车，其包括在轨道上滚动的轮子；

工具塔，其位于工具车上；和

附接到工具塔的工具组件，其构造为安装和拆除核反应堆容器上的螺栓。

19.根据权利要求18所述的系统，包括从与工具塔相邻的工具车向上延伸的弹匣塔，所述弹匣塔包括保持螺栓的弹匣，用于与工具塔上的工具组件交换。

20.根据权利要求19所述的系统，其中，所述工具组件构造为与所述工具车中的相邻工具车上的弹匣交换螺栓。

21.根据权利要求19所述的系统，其中，所述工具车包括：

第一驱动机构，其用于使工具组件围绕第一竖向轴线转动；

第二驱动机构，其使工具组件竖向上下移动；

第三驱动机构，其使工具组件相对于工具塔横向延伸和缩回；和

第四驱动机构，其使弹匣绕第二竖向轴线转动。

22.根据权利要求21所述的系统，其中：

工具组件中的工具头的中心线围绕第一竖向轴线沿第一圆形路径行进，所述第一圆形路径与核容器中的螺栓孔相交；并且

弹匣中的槽围绕第二竖向轴线沿第二圆形路径行进，该第二圆形路径与第一圆形路径相交。