CN110444304B - 一种核电站堆芯测量仪表水下更换系统以及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种核电站堆芯测量仪表水下更换系统以及方法，用于更换反应堆水池中的堆芯测量仪表，所述反应堆水池中具有第一预设深度的屏蔽水层，所述堆芯测量仪表水下更换系统包括设置在屏蔽水层中的拔出设备、剪切设备、转运设备和贮存容器，所述拔出设备用于拔出待更换的堆芯测量仪表并提升至第二预设深度进行定位；所述剪切设备用于对定位后的堆芯测量仪表进行剪切，并实时吸附剪切过程中产生的碎屑；所述转运设备用于将剪切后的堆芯测量仪表装入所述贮存容器中进行存储。本发明提供的核电站堆芯测量仪表水下更换系统以及方法实现了堆芯测量仪表的水下更换，大幅减少辐照风险，同时简化了操作流程，节省了设备成本和运维管理成本。

Description

一种核电站堆芯测量仪表水下更换系统以及方法

技术领域

本发明涉及核电施工技术领域，尤其涉及一种核电站堆芯测量仪表水下更换系统以及方法。

背景技术

核电站堆芯测量仪表从反应堆压力容器顶盖贯穿件进入反应堆，堆内构件上具有测量仪表的支承与导向结构，堆芯测量仪表可以从支承与导向结构顶部的端塞插入或抽出。在常规设计中，堆芯测量仪表的使用寿命小于反应堆寿命，需要在一定周期内进行仪表更换。现有的堆芯测量仪表主要有采用两种方案进行更换，其一是在反应堆水池内设置专门的仪表更换空间，并设计专用的屏蔽容器在仪表更换时进行辐射屏蔽，然后将仪表从上部堆内构件中抽出装入专用容器做进一步处置。该方法需要设置专用空间进行仪表更换，反应堆厂房需要增大，对已建成的电站则无法进行改造；同时，专用的屏蔽容器尺寸庞大、重量高、造价高，使用前后的吊装运输占用大量的时间，并且需要专门的储存空间。另外一种方案是借助换料机使用专门的抓具实施堆芯仪表水下更换，将堆芯仪表从上部堆内构件中完全抽出，然后装入专用屏蔽容器做进一步处理。该方法将堆芯仪表抽出到水面以上时无放射性屏蔽措施，专用抓具在操作堆芯时容易与相邻仪表干涉，在进行旧仪表剪切时也可能产生颗粒物，污染冷却剂。

另一方面，堆芯测量仪表在经过数个燃料循环之后其自身放射性剂量较高，操作人员借助屏蔽容器和专用设备接近仪表区域进行更换时，受辐照风险高，且操作复杂、时间长，占用了换料大修的关键路径，不利于核电站的经济效益；同时，借助屏蔽容器进行更换操作时，屏蔽容器自身也将成为放射性废物，不利于放射性废物最小化控制。

发明内容

本发明针对上述现有技术中的问题，提供了一种核电站堆芯测量仪表水下更换系统以及更换方法，借助屏蔽水层为操作人员远程操作提供辐射防护，大大简化操作流程，节约操作时间，提高核电站的经济效益。

本发明用于解决以上技术问题的技术方案为：一方面，提供一种核电站堆芯测量仪表水下更换系统，用于更换反应堆水池中的堆芯测量仪表，所述反应堆水池中具有第一预设深度的屏蔽水层，其特征在于，所述堆芯测量仪表水下更换系统包括设置在所述屏蔽水层中的拔出设备、剪切设备、转运设备和贮存容器，所述拔出设备用于拔出待更换的堆芯测量仪表并提升至第二预设深度进行定位；所述剪切设备用于对定位后的堆芯测量仪表进行剪切，并实时吸附剪切过程中产生的碎屑；所述转运设备用于将剪切后的堆芯测量仪表装入所述贮存容器中进行存储。

优选地，所述堆芯测量仪表水下更换系统还包括设置在所述屏蔽水层上方的换料机和设置在所述屏蔽水层中的运输设备，所述换料机用于在所述屏蔽水层内将所述贮存容器吊装至燃料转运通道处，所述运输设备用于将所述贮存容器翻转至水平状态并放入所述燃料转运通道中，以通过所述燃料转运通道用将贮存容器运输到燃料厂房内存储。

优选地，所述换料机还用于将新的堆芯测量仪表翻转至竖直状态；所述转运设备还用于将新的堆芯测量仪表转运至指定位置，所述拔出设备还用于将位于指定位置的新的堆芯测量仪表插入对应的仪表孔中。

优选地，所述拔出设备包括拔出漂浮装置、支承筒和拔出抓取组件；

所述拔出漂浮装置自漂浮在所述屏蔽水层上，用于进行所述拔出设备的上端定位，所述拔出漂浮装置上设置有拔出动力系统；所述支承筒设置在所述拔出漂浮装置底部，所述支承筒一端连接所述拔出动力系统，所述支承筒另一端用于可拆卸连接支承所述堆芯测量仪表的仪表端塞；所述拔出抓取组件连接所述拔出动力系统，用于在所述拔出动力系统的驱动下抓取堆芯测量仪表并提升至所述第二预设深度，还用于在所述拔出动力系统的驱动下抓取新的堆芯测量仪表并插入对应的仪表孔中。

优选地，所述剪切设备包括剪切动力系统、剪切驱动轴、剪切箱、液压剪组件、碎屑吸附系统和密封塞操作组件；

所述剪切动力系统设置在所述拔出漂浮装置内；所述剪切驱动轴一端连接所述剪切动力系统，所述剪切驱动轴另一端连接所述剪切箱，用于在所述剪切动力系统的驱动下进行所述剪切箱的高度控制；所述液压剪组件安装在所述剪切箱内，用于对所述堆芯测量仪表进行剪切；所述碎屑吸附系统安装在所述剪切箱上，用于吸附剪切过程中产生的碎屑；所述密封塞操作组件安装在所述剪切箱内，且所述密封塞操作组件上安装有密封塞，用于在剪切后的仪表断口上装入所述密封塞。

优选地，所述转运设备包括转运漂浮装置、稳定器、水下驱动器、盖板打开装置和转运抓取组件；

所述转运漂浮装置自漂浮在所述屏蔽水层上，所述转运漂浮装置上安装有转运动力系统；所述稳定器安装在所述转运漂浮装置底部且连接所述转运动力系统，用于在所述转运动力系统的驱动下进行旋转和轴向移动；所述水下驱动器安装在稳定器上，用于推进所述转运漂浮装置进行移动；所述盖板打开装置安装在所述稳定器上，用于打开或关闭所述贮存容器；所述转运抓取组件安装在所述转运漂浮装置底部且连接所述转运动力系统，用于抓取所述堆芯测量仪表。

优选地，所述碎屑吸附系统包括过滤组件、水泵和止回阀，所述水泵安装在所述剪切箱外且所述水泵的进口延伸至所述剪切箱内，所述过滤组件封装在所述水泵的进口上，所述止回阀安装在剪切箱上用于防止水的回流；所述水泵用于在所述剪切箱内建立负压空间，吸附所述堆芯测量仪表剪切过程中产生的碎屑。

优选地，所述液压剪组件包括液压固定支座、进刀伸缩杆、液压剪、进刀控制气缸和剪切控制气缸；

所述液压固定支座安装在剪切箱内；所述进刀伸缩杆固定安装在所述剪切箱内的固定端和与所述固定端可伸缩配合的伸缩端，所述伸缩端与所述液压固定支座滑动配合；所述进刀控制气缸安装在所述液压固定支座上，所述进刀控制气缸的动力杆连接所述伸缩端；所述液压剪安装在所述伸缩端的端部上，用于在所述进刀控制气缸的驱动下朝向所述支承筒移动；所述剪切控制气缸连接所述液压剪，用于驱动所述液压剪进行开合运动，以对所述堆芯测量仪表进行剪切。

优选地，所述密封塞操作组件包括X轴机械臂、垂直安装在所述X轴机械臂上并与其滑动连接的Y轴机械臂、垂直安装在所述Y轴机械臂上并与其滑动连接的Z轴机械臂，以及安装在所述Z轴机械臂上的运送模具，所述X轴机械臂、Y轴机械臂和Z轴机械臂用于带动所述运送模具进行三维空间移动；所述运送模具上安装有所述密封塞，所述运送模具与仪表断口相适配，用于将所述密封塞装入仪表断口上。

优选地，所述转运动力系统包括驱动轴控制机构、稳定器控制机构和盖板打开控制机构，所述驱动轴控制机构连接所述转运抓取组件，用于驱动所述转运抓取组件进行轴向移动；所述稳定器控制机构连接所述稳定器，用于驱动所述稳定器进行旋转和轴向移动；所述盖板打开控制机构连接所述盖板打开装置，用于驱动所述盖板打开装置进行旋转运动。

优选地，所述盖板打开装置包括定位板和定位连接杆，所述定位连接杆设置在所述稳定器内，所述定位连接杆一端连接所述盖板打开控制机构，所述定位连接杆另一端连接所述定位板，用于带动所述定位板进行旋转运动；所述定位板的底部设置有开关部，所述定位板上开设有贯穿所述开关部的进口通道，所述进口通道用于穿设所述堆芯测量仪表。

优选地，所述贮存容器包括容器本体、多个扇形盖板和盖板复位机构，所述容器本体上开设有容器开口，每一所述扇形盖板通过对应的所述盖板复位机构可活动安装在所述容器开口上；所述多个扇形盖板围合形成与所述开关部相适配的导向凹槽，用于在所述开关部的推动下打开所述容器开口；所述盖板复位机构用于在弹性力的作用下推动所述多个扇形盖板关闭所述容器开口。

优选地，所述拔出抓取组件包括第一驱动轴、第二驱动轴，以及安装在所述第一驱动轴上的第一机械手和安装在所述第二驱动轴上的第二机械手；

所述第一驱动轴和第二驱动轴分别连接所述拔出动力系统，用于在所述拔出动力系统的驱动下进行所述第一机械手和第二机械手的高度控制；所述支承筒的侧壁上开设有操作窗口，所述第一机械手和第二机械手通过所述操作窗口延伸进所述支承筒内，用于抓取所述堆芯测量仪表。

优选地，所述转动抓取组件包括第三驱动轴、第四驱动轴，以及安装在所述第三驱动轴上的第三机械手和安装在所述第四驱动轴上的第四机械手；

所述第三驱动轴和第四驱动轴分别连接所述驱动轴控制机构，用于在所述驱动轴控制机构的驱动下进行所述第三机械手和第四机械手的高度控制；所述第三机械手和第四机械手用于抓取剪切后的所述堆芯测量仪表。

优选地，所述支承筒远离所述拔出漂浮装置的内壁上设置有至少一个定位销钉，所述仪表端塞的侧壁上开设有与所述至少一个定位销钉相对应的L型凹槽，所述L型凹槽用于插设所述定位销钉。

另一方面，还提供一种核电站堆芯测量仪表水下更换方法，用于更换反应堆水池中的堆芯测量仪表，所述反应堆水池中具有第一预设深度的屏蔽水层，所述堆芯测量仪表水下更换方法包括步骤：

S1、通过设置在所述屏蔽水层中的拔出设备拔出待更换的堆芯测量仪表并提升第二预设深度进行定位；

S2、通过设置在所述屏蔽水层中的剪切设备对定位后的堆芯测量仪表进行剪切，并实时吸附剪切过程中产生的碎屑；

S3、通过设置在所述屏蔽水层中的转运设备将剪切后的堆芯测量仪表装入所述屏蔽水层中的贮存容器中进行存储。

优选地，所述堆芯测量仪表水下更换方法还包括步骤：

S4、通过设置在所述屏蔽水层上方的换料机将所述贮存容器吊装至燃料转运通道处；

S5、通过设置在所述屏蔽水层中的运输设备将所述贮存容器翻转至水平状态并放入所述燃料转运通道中，以通过所述燃料转运通道用将贮存容器运输到燃料厂房内存储。

实施本发明提供的一种核电站堆芯测量仪水下更换系统以及方法，具有以下有益效果：本发明通过设置在屏蔽水层中的拔出设备、剪切设备、转运设备和贮存容器实现了堆芯测量仪表的水下更换，借助屏蔽水层提供辐射防护，极大地降低了放射性屏蔽容器的使用，不仅简化了操作流程，节省了设备成本和运维管理成本，还有利于放射性废物减量减容，减少操作人员的辐照风险；同时，该堆芯测量仪表水下更换系统具有易于运输和操作等优点，且具有一定的系统集成及自动化程度，能够实现远程控制及自动化操作，减少人员干预可能造成的人因失误风险；另一方面，本发明提供的剪切设备与拔出设备配合使用，能够实时吸附仪表剪切过程中产生的碎屑，避免污染屏蔽水层，具有良好的技术效果。

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是本发明实施例示出的堆芯测量仪表水下更换系统的示意图；

图2是本发明实施例示出的拔出设备的俯视结构示意图；

图3是图2的A-A方向剖面图；

图4是图3的B-B方向剖面图；

图5是本发明实施例示出的支承筒下端的结构示意图；

图6是本发明实施例示出的仪表端塞的结构示意图；

图7是本实施例示出的剪切设备的侧视结构示意图；

图8是本实施例示出的剪切设备的俯视结构示意图；

图9是本实施例示出的液压剪组件的侧视结构示意图；

图10是本实施例示出的液压剪组件的俯视结构示意图；

图11是本实施例示出的密封塞操作组件的结构示意图；

图12为本实施例示出的密封塞的剖面示意图；

图13是本实施例示出的转运设备的结构示意图；

图14是本实施例示出的盖板打开装置的结构示意图；

图15是本实施例示出的贮存容器的侧视结构示意图；

图16是本实施例示出的贮存容器的俯视结构示意图；

图17是本实施例示出的控制系统的结构示意图；

图18是本实施例示出的一种堆芯测量仪表水下更换方法的流程图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员能够更加清楚地理解本发明，下面将结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细的描述。

针对现有技术中进行堆芯测量仪表更换时，操作人员受辐照风险高、操作复杂、时间长、导致占用换料大修的关键路径的问题，本发明旨在提供一种核电站堆芯测量仪表的水下更换系统以及方法，其核心思想是：在反应堆水池的屏蔽水层中设置拔出设备、剪切设备、转运设备和贮存容器，首先通过拔出设备将堆芯测量仪表拔出并进行定位，后使用剪切设备对堆芯测量仪表进行剪切，再通过转运设备将剪切后的堆芯测量仪表转运并装入贮存容器中进行存储，从而借助屏蔽水层为操作人员远程操作提供了辐射防护，减少屏蔽设备的使用，节约操作时间的同时提高经济效益。

图1是本实施例示出的堆芯测量仪表水下更换系统的示意图，如图1所示，该系统用于更换反应堆水池中的堆芯测量仪表10，反应堆水池中具有第一预设深度的屏蔽水层，具体地，该系统包括设置在屏蔽水层中的拔出设备20、剪切设备30、转运设备40和贮存容器70；

拔出设备20用于拔出待更换的堆芯测量仪表10并提升至第二预设深度进行定位；剪切设备30用于对定位后的堆芯测量仪表10进行剪切，并实时吸附剪切过程中产生的碎屑；转运设备40用于将剪切后的堆芯测量仪表10装入贮存容器70中进行存储，以完成旧仪表的拆除与存储。

该系统还包括设置在屏蔽水层上方的换料机60和设置在屏蔽水层中的运输设备50，换料机60可以在反应堆水池14上方移动，用于在屏蔽水层中将贮存容器70吊装至燃料转运通道51的入口处；运输设备50设置在燃料转运通道51的入口处，用于将贮存容器70翻转至水平状态并放入燃料转运通道51中，以通过燃料转运通道51将贮存容器70从反应堆厂房运输到燃料厂房内暂存，待反射性衰变低于一定值后即可运出燃料厂房进行后处理。

待更换的堆芯测量仪表拔出后，即可进行新的堆芯测量仪表的插入，新的堆芯测量仪表的插入借助换料机60、转运设备40和拔出设备20进行，具体的，换料机60还用于将新的堆芯测量仪表翻转至竖直状态，转运设备40还用于将新的堆芯测量仪表转运至指定位置，拔出设备20还用于将位于指定位置的新的堆芯测量仪表插入对应的仪表孔中，从而完成新的堆芯测量仪表的安装。

本实施例中，堆芯测量仪表更换在压力容器11上方完成,压力容器11上方具有第一预设深度为6m的屏蔽水层，压力容器11的上部堆内构件13上设置有仪表支承12，仪表支承12顶部设置有仪表端塞15(详见图3)，可用于堆芯测量仪表10的插入或抽出。在压力容器11开盖后，上部堆内构件13仍在压力容器11内，仪表支承12能够对堆芯测量仪表10进行支承，堆芯测量仪表10可以从仪表端塞15上进行插入或抽出。

需要说明的是，上述第二预设深度至少为2m，即堆芯测量仪表10最高允许拔出至水面以下2m，才能够借助屏蔽水层为操作人员提供辐射防护。另外，运输设备50可采用核电厂自有设备，能够进行贮存容器70的翻转即可。

图2是本实施例示出的拔出设备的俯视结构示意图，图3是图2的A-A方向剖面图，结合图2和图3所示，拔出设备20包括拔出漂浮装置21、支承筒22和拔出抓取组件；

其中，拔出漂浮装置21自漂浮在反应堆水池14的屏蔽水层上，用于进行拔出设备20的上端定位，拔出漂浮装置21上设置有与控制中心80控制连接的拔出动力系统83(详见图17)；支承筒22设置在拔出漂浮装置21底部，支承筒22一端连接拔出动力系统83，用于在拔出动力系统83的驱动下进行轴向和旋转运动，支承筒22另一端用于可拆卸连接支承堆芯测量仪表10的仪表端塞15；拔出抓取组件连接拔出动力系统83，用于在拔出动力系统83的驱动下抓取堆芯测量仪表10并提升至第二预设深度，还用于在拔出动力系统83的驱动下抓取新的堆芯测量仪表10并插入对应的仪表孔中。

本实施例中，拔出漂浮装置21可使用低密度材料制造的容器，其尺寸大小根据浮力进行设计，该容器内设置有用于安装拔出动力系统83的空腔；当然，拔出漂浮装置21也可采用其他一些水上辅助工装，只要能够将拔出设备20定位在压力容器11上方即可。

进一步地，拔出抓取组件包括第一驱动轴25和第二驱动轴26，以及安装在第一驱动轴25上的第一机械手23和安装在第二驱动轴26上的第二机械手24；第一驱动轴25和第二驱动轴26的分别连接拔出动力系统83，用于在拔出动力系统83的驱动下进行轴向运动，以控制第一机械手23和第二机械手24的高度。

图4是图3的B-B方向剖面图，结合图4所示，支承筒22的侧壁上开设有操作窗口221，操作窗口221沿支承筒22的周向和轴向延伸设置，第一机械手23和第二机械手24通过操作窗口221延伸进支承筒22内，用于抓取堆芯测量仪表10，以在第一驱动轴25和第二驱动轴26的带动下拔出待更换的堆芯测量仪表10，或者将新的堆芯测量仪表10插入对应的仪表孔中。

本实施例中，拔出动力系统83包括支承筒轴向驱动电机、支承筒旋转驱动电机、第一驱动轴电机和第二驱动轴电机，支承筒驱动电机通过蜗轮蜗杆传动组件连接支承筒22，用于带动支承筒22进行轴向移动；支承筒旋转驱动电机通过齿轮传动组件连接支承筒22，用于带动支承筒22进行旋转运动；第一驱动轴电机和第二驱动轴电机分别通过蜗轮蜗杆传动组件连接第一驱动轴25和第二驱动轴26，用于带动第一驱动轴25和第二驱动轴26进行轴向移动；上述蜗轮蜗杆传动组件和齿轮传动组件的具体结构可参考现有的传动结构，本实施例不一一展开；另外，第一机械手23和第二机械手24可采用现有的水下机械臂结构，能够实现堆芯测量仪表的抓取即可，本实施例并不具体限定。

图5是本实施例示出的支承筒下端的结构示意图，结合图5所示，支承筒22远离拔出漂浮装置21的内壁上安装有至少一个的定位销钉221，定位销钉221的数量优选为两个，两个定位销钉221设置于支承筒22内壁的径向两侧。

图6是本实施例示出的仪表端塞的结构示意图，结合图6所示，仪表端塞15的侧壁上开设有与定位销钉221相对应的L型凹槽，用于插设定位销钉221。L型凹槽的数量优选为两个，两个L型凹槽分别位于仪表端塞15的径向两侧；每一L型凹槽包括相互垂直连通的轴向凹槽151和周向凹槽152，轴向凹槽151沿仪表端塞15的轴向延伸设置，周向凹槽152沿仪表端塞15的周向延伸设置。当支承筒22连接仪表端塞15时，两个定位销钉221首先分别进入到对应的轴向凹槽151内，并在拔出动力系统83的驱动下顺沿向下移动到周向凹槽152处，再通过拔出动力系统83将支承筒22转动一定角度即可将定位销钉221锁定至周向凹槽152内，从而完成支承筒22与仪表端塞15的快速连接。此时，堆芯测量仪表10伸出仪表端塞15并进入支承筒22内。

图7和图8分别是本实施例示出的剪切设备的侧视结构示意图和俯视结构示意图，结合图7和图8所示，剪切设备30包括剪切动力系统85(详见图17)、剪切驱动轴31、剪切箱32、液压剪组件33、碎屑吸附系统34和密封塞操作组件35；

其中，剪切动力系统85设置在拔出漂浮装置21内，剪切驱动轴31一端连接剪切动力系统85，剪切驱动轴31另一端连接剪切箱32，用于在剪切动力系统85的带动下进行剪切箱32的高度控制；液压剪组件33安装在剪切箱32内，用于对堆芯测量仪表10进行剪切；碎屑吸附系统34安装在剪切箱32上，用于实时吸附堆芯测量仪表10剪切过程中产生的碎屑；密封塞操作组件35安装在剪切箱32内，且密封塞操作组件35上安装有密封塞36(详见图11)，用于在拔出抓取组件将仪表断口分开一定距离后，在堆芯测量仪表10剪切后的仪表断口上装入密封塞36。

本实施例中，剪切动力系统85包括安装在拔出漂浮装置21内的拔出电机，该拔出电机通过蜗轮蜗杆传动连接剪切驱动轴31，用于将拔出电机的旋转运动转变为剪切驱动轴31的轴向运动。当然，也可采用其他传动方式实现剪切驱动轴31的上下运动，本实施例并不具体限定。

进一步地，碎屑吸附系统34包括过滤组件341、水泵342和止回阀343，水泵342安装在剪切箱32外且水泵342的进口延伸至剪切箱32内；过滤组件341封装在水泵342的进口上；止回阀343安装在剪切箱32上，用于防止水的回流；水泵342用于在剪切箱32内建立负压空间，吸附堆芯测量仪表10剪切过程中产生的碎屑、仪表填充颗粒物等。

图9和图10分别是本实施例示出的液压剪组件的侧视结构示意图和俯视结构示意图，结合图9和图10所示，液压剪组件33包括液压固定支座331、进刀伸缩杆332、液压剪333、进刀控制气缸334和剪切控制气缸335，液压固定支座331安装在剪切箱32底部，液压固定支座331上设置有滑轨；进刀伸缩杆332包括固定安装在剪切箱32内的固定端332a和与固定端332a可伸缩配合的伸缩端332b，伸缩端332b通过滑块与液压固定支座331上的滑轨滑动配合；进刀控制气缸334安装在液压固定支座331上，进刀控制气缸334的活塞杆连接伸缩端332b；液压剪333安装在伸缩端332b的端部上，用于在进刀控制气缸334驱动下朝向支承筒22移动，从而实现液压剪333的进刀控制；剪切控制气缸335连接液压剪333，用于驱动液压剪333进行开合运动，以对堆芯测量仪表10进行剪切。

本实施例中，液压剪333包括两个相互交叉且可转动连接的剪切机械臂，剪切控制气缸335包括两个朝向相反方向往复运动的活塞杆，剪切控制气缸335的两个活塞杆分别连接液压剪333的两个剪切机械臂，用于驱动两个剪切机械臂进行开合运动。

需要说明的是，堆芯测量仪表10的剪切高度一般只需要在小范围内进行微调，即剪切箱32只需进行小行程的上下移动。支承筒22与剪切箱32之间通过现有的轴向密封件进行滑动密封连接，使得剪切箱32能够相对支承筒22进行小范围的上下移动，支承筒22上预先开设有位于剪切箱32内的剪切窗口，该剪切窗口沿剪切箱32的周向延伸设置，液压剪333穿过该剪切窗口对堆芯测量仪表10进行剪切。

图11是本实施例示出的密封塞操作组件的结构示意图，结合图11所示，密封塞操作组件35包括X轴机械臂351、Y轴机械臂352和Z轴机械臂353，Y轴机械臂352垂直安装在X轴机械臂351上并与其滑动连接，Z轴机械臂353垂直安装在Y轴机械臂352上并与其滑动连接，Z轴机械臂353上安装有运送模具(未示出)，X轴机械臂351、Y轴机械臂352和Z轴机械臂353用于带动该运送模具进行三维空间移动；运送模具上安装有密封塞36，且运送模具与堆芯测量仪表10剪切后的仪表断口相适配，用于将密封塞36装入仪表断口上。

本实施例中，X轴机械臂351、Y轴机械臂352和Z轴机械臂353之间的滑动连接通过滑轨和滑块的滑动配合实现；密封塞操作组件35还包括三个分别与X轴机械臂351、Y轴机械臂352和Z轴机械臂353驱动连接的步进电机354，密封塞操作组件35通过预编程控制三个步进电机354分别驱动X轴机械臂351、Y轴机械臂352和Z轴机械臂353分别进行X、Y、Z三个方位的运动，使得Z轴机械臂353上的运送模具能够将密封塞36转运至仪表断口处并装入。在本发明的另一些实施例中，密封塞操作组件35的三个机械臂也可采用滚珠丝杆的滑动连接方式实现三维空间运动，本实施例并不具体限定。

图12为本实施例示出的密封塞的剖面示意图，结合图12所示，密封塞36采用可压缩变形的材料，运送模具可将密封塞36直接在仪表断口上挤压变形并固定在仪表断口上，从而完成仪表断口的封堵。

图13是本实施例示出的转运设备的结构示意图，结合图13所示，转运设备40包括转运漂浮装置41、稳定器46、水下驱动器47、盖板打开装置48和转运抓取组件；

其中，转运漂浮装置41自漂浮在反应堆水池14的屏蔽水层上，其上设置有与控制中心80通讯连接的转运动力系统84；稳定器46安装在转运漂浮装置41底部且连接转运动力系统84，用于转运动力系统84的驱动下进行旋转和轴向移动，以进行贮存容器70的观察定位；稳定器46还用于平衡转运漂浮装置41运动过程中的载荷，防止翻转；水下驱动器47安装在稳定器46上，用于推进转运漂浮装置41进行移动；盖板打开装置48安装在稳定器46上，用于打开或关闭贮存容器70；转运抓取组件安装在转运漂浮装置41底部且连接转运动力系统84，用于转运动力系统84的驱动下抓取堆芯测量仪表，以从拔出设备20上抓取堆芯测量仪表10并装入贮存容器70中。

进一步地，转运动力系统84包括驱动轴控制机构841、稳定器控制机构842和盖板打开控制机构843；驱动轴控制机构841连接转运抓取组件，用于驱动转运抓取组件进行轴向移动；稳定器控制机构842连接稳定器46，用于驱动稳定器46进行旋转和轴向移动；盖板打开控制机构843连接盖板打开装置48，用于驱动盖板打开装置48进行旋转运动。

本实施例中，稳定器46呈圆筒状结构，稳定器控制机构842包括稳定器旋转控制电机和稳定器高度控制电机，稳定器旋转控制电机通过齿轮传动连接稳定器46，用于控制稳定器46的旋转运动；稳定器高度控制电机通过蜗轮蜗杆传动连接稳定器46，用于控制稳定器46的轴向移动；水下驱动器47可采用现有的集成电机推进器，水下驱动器47的数量为两个，两个水下驱动器47分别沿轴向间隔安装在稳定器46上，用于推进转运漂浮装置41进行移动；同时，通过旋转稳定器46可调整水下驱动器47的推进方向。

进一步地，转运抓取组件包括第三驱动轴45和第四驱动轴42，以及安装在第三驱动轴45上的第三机械手43和安装在第四驱动轴42上的第四机械手44；第三驱动轴45和第四驱动轴42分别连接驱动轴控制机构841，用于在驱动轴控制机构841的驱动下进行轴向运动，以控制第三机械手43和第四机械手44的高度；第三机械手43和第四机械手44用于抓取剪切后的堆芯测量仪表10，以将堆芯测量仪表10装入贮存容器70中。

本实施例中，驱动轴高度控制机构841包括第三驱动轴电机和第四驱动轴电机，第三驱动轴电机和第四驱动轴电机分别通过蜗轮蜗杆传动组件连接第三驱动轴45和第四驱动轴42，用于带动第三驱动轴45和第四驱动轴42进行轴向运动；第三机械手43和第四机械手44可采用现有的水下机械臂结构，能够实现堆芯测量仪表的抓取即可，本实施例并不具体限定。

图14是本实施例示出的盖板打开装置的部分结构示意图，结合图14所示，盖板打开装置48包括定位板481和定位连接杆482，定位连接杆482设置在稳定器46内，定位连接杆482一端连接盖板打开装置控制机构843，定位连接杆482另一端连接定位板481，用于在盖板打开装置控制机构843的驱动下带动定位板481进行旋转运动；定位板481的底部设置有开关部483，开关部483呈圆台状，定位板481上开设有贯穿定位板481的进口通道484，进口通道484用于穿设堆芯测量仪表10。

本实施例中，盖板打开装置控制机构843采用驱动电机，其与定位连接杆482通过齿轮传动组件进行连接。稳定器46远离转运漂浮装置41的侧壁上开设有稳定器窗口，稳定器窗口沿稳定器46的周向延伸设置，定位板481通过稳定器窗口延伸出稳定器46，以在定位连接杆482的带动下进行角度微调。同时，该稳定器窗口在稳定器46进行旋转和轴向移动时能够带动定位板481和定位连接杆482同时进行旋转和轴线移动，以进行较大幅度的高度和角度调整。

图15和图16分别是本实施例示出的贮存容器的侧视结构示意图和俯视结构示意图，结合图15和图16所示，贮存容器70包括容器本体71、多个扇形盖板72和盖板复位机构73，容器本体71上开设有容器开口，每一扇形盖板72通过对应的盖板复位机构73可活动安装在容器开口上，多个扇形盖板72围合形成与开关部483相适配的导向凹槽74，用于在开关部483的推动下沿径向分散以打开容器开口；盖板复位机构73用于在弹性力的作用下推动多个扇形盖板72沿径向聚合以关闭容器开口。

盖板打开装置48打开贮存容器70的具体过程为：首先确认贮存容器70的放置位置，并驱动转动漂浮装置41移动到贮存容器70上方；其次控制开关部483逐渐移动到扇形盖板72上方，使其大致对准后在稳定器46的推动下向下施加一定载荷将扇形盖板72打开，此时操作第三机械手43和/或第四机械手44将堆芯测量仪表10装入贮存容器70中；操作完成后，驱动转动漂浮装置41离开，扇形盖板72在盖板复位机构73的作用下自动关闭，从而实现贮存容器70的打开和关闭。

本实施例中，盖板复位机构73为安装在容器本体71上的弹簧结构，盖板复位机构73的两端分别连接容器本体71和扇形盖板72，用于通过弹性力的作用对扇形盖板72进行复位。扇形盖板72的数量为两个，连个扇形盖板72均为半圆板结构，贮存容器70采用与燃料组件相同的外部结构设计，与换料机60和运输设备50相匹配，以使贮存容器70能够直接适应厂房内设备进行吊装与运输。

图17是本实施例示出的控制系统的结构示意图，结合图17所示，该堆芯测量仪表水下更换系统还包括位于地面的控制中心80，地面控制中心80分别与拔出动力系统83、转运动力系统84和剪切动力系统85通讯连接，用于实现远程操控。

本实施例提供的堆芯测量仪表水下更换系统还包括多个与控制中心80通讯连接的位置传感器81和水下摄像头82，多个位置传感器81和水下摄像头82分别安装在第一机械手、第二机械手、第三机械手和第四机械手上，用于对堆芯测量仪表的抓取进行位置信息的实时测量与观察；控制中心80根据该位置信息控制拔出动力系统83、转运动力系统84和剪切动力系统85的动力输出，以精确控制堆芯测量仪表10的抓取。

实施例二

图18是本实施例示出的一种堆芯测量仪表水下更换方法，用于更换反应堆水池中的堆芯测量仪表，该反应堆水池中具有第一预设深度的屏蔽水层，如图18所示，该方法包括步骤：

S1、通过设置在屏蔽水层中的拔出设备拔出待更换的堆芯测量仪表并提升至第二预设深度进行定位；

S2、通过设置在屏蔽水层中的剪切设备对定位后的堆芯测量仪表进行剪切，并实时吸附剪切过程中产生的碎屑；

S3、通过设置在屏蔽水层中的转运设备将剪切后的堆芯测量仪表装入所述屏蔽水层中的贮存容器中进行存储。

进一步地，该方法还包括步骤：

S4、通过设置在屏蔽水层上方的换料机将所述贮存容器吊装至燃料转运通道处；

S5、通过设置在屏蔽水层中的运输设备将所述贮存容器翻转至水平状态并放入所述燃料转运通道中，以通过所述燃料转运通道用将贮存容器运输到燃料厂房内存储。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述水下更换方法的具体实施过程和相关设备可以参考实施例一提供的水下更换系统实现，本实施例不再赘述。

综上所述，本发明提供了一种核电站堆芯测量仪表水下更换系统以及更换方法，具有以下有益效果：

(1)本发明通过设备在屏蔽水层中的拔出设备、剪切设备、转运设备和贮存容器实现了堆芯测量仪表的水下更换，借助屏蔽水层为操作人员提供辐射防护，极大地降低了放射性屏蔽容器的使用，不仅简化了操作流程，节省了设备成本和运维管理成本，提高核电站的经济性，还有利于放射性废物减量减容，实现放射性废物的最小化控制，减少操作人员的辐照风险；

(3)本发明提供的拔出设备、剪切设备、转运设备、运输设备和贮存容器具有易于运输和操作等优点，同时具有一定的系统集成及自动化程度，能够实现远程控制及自动化操作，减少人员干预可能造成的人因失误风险；

(4)本发明提供的剪切设备与拔出设备配合使用，为仪表剪切操作提供密闭的负压空间，实时吸附仪表剪切过程中产生的碎屑，避免污染屏蔽水层。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (16)

1.一种核电站堆芯测量仪表水下更换系统，用于更换反应堆水池中的堆芯测量仪表，所述反应堆水池中具有第一预设深度的屏蔽水层，其特征在于，所述堆芯测量仪表水下更换系统包括设置在所述屏蔽水层中的拔出设备、剪切设备、转运设备和贮存容器，所述拔出设备用于拔出待更换的堆芯测量仪表并提升至第二预设深度进行定位；所述剪切设备用于对定位后的堆芯测量仪表进行剪切，并实时吸附剪切过程中产生的碎屑；所述转运设备用于将剪切后的堆芯测量仪表装入所述贮存容器中进行存储；

所述拔出设备包括拔出漂浮装置，所述拔出漂浮装置自漂浮在所述屏蔽水层上，用于进行所述拔出设备的上端定位，所述拔出漂浮装置上设置有拔出动力系统；

所述剪切设备包括剪切动力系统、剪切驱动轴、剪切箱、液压剪组件、碎屑吸附系统和密封塞操作组件，所述剪切动力系统设置在所述拔出漂浮装置内；所述剪切驱动轴一端连接所述剪切动力系统，所述剪切驱动轴另一端连接所述剪切箱，用于在所述剪切动力系统的驱动下进行所述剪切箱的高度控制；所述液压剪组件安装在所述剪切箱内，用于对所述堆芯测量仪表进行剪切；所述碎屑吸附系统安装在所述剪切箱上，用于吸附剪切过程中产生的碎屑；所述密封塞操作组件安装在所述剪切箱内，且所述密封塞操作组件上安装有密封塞，用于在剪切后的仪表断口上装入所述密封塞。

2.根据权利要求1所述的堆芯测量仪表水下更换系统，其特征在于，还包括设置在所述屏蔽水层上方的换料机和设置在所述屏蔽水层中的运输设备，所述换料机用于在所述屏蔽水层内将所述贮存容器吊装至燃料转运通道处，所述运输设备用于将所述贮存容器翻转至水平状态并放入所述燃料转运通道中，以通过所述燃料转运通道用将贮存容器运输到燃料厂房内存储。

3.根据权利要求2所述的堆芯测量仪表水下更换系统，其特征在于，所述换料机还用于将新的堆芯测量仪表翻转至竖直状态；所述转运设备还用于将新的堆芯测量仪表转运至指定位置，所述拔出设备还用于将位于指定位置的新的堆芯测量仪表插入对应的仪表孔中。

4.根据权利要求1所述的堆芯测量仪表水下更换系统，其特征在于，所述拔出设备还包括支承筒和拔出抓取组件；

所述支承筒设置在所述拔出漂浮装置底部，所述支承筒一端连接所述拔出动力系统，所述支承筒另一端用于可拆卸连接支承所述堆芯测量仪表的仪表端塞；所述拔出抓取组件连接所述拔出动力系统，用于在所述拔出动力系统的驱动下抓取堆芯测量仪表并提升至所述第二预设深度，还用于在所述拔出动力系统的驱动下抓取新的堆芯测量仪表并插入对应的仪表孔中。

5.根据权利要求1所述的堆芯测量仪表水下更换系统，其特征在于，所述转运设备包括转运漂浮装置、稳定器、水下驱动器、盖板打开装置和转运抓取组件；

所述转运漂浮装置自漂浮在所述屏蔽水层上，所述转运漂浮装置上安装有转运动力系统；所述稳定器安装在所述转运漂浮装置底部且连接所述转运动力系统，用于在所述转运动力系统的驱动下进行旋转和轴向移动；所述水下驱动器安装在稳定器上，用于推进所述转运漂浮装置进行移动；所述盖板打开装置安装在所述稳定器上，用于打开或关闭所述贮存容器；所述转运抓取组件安装在所述转运漂浮装置底部且连接所述转运动力系统，用于抓取所述堆芯测量仪表。

6.根据权利要求1所述的堆芯测量仪表水下更换系统，其特征在于，所述碎屑吸附系统包括过滤组件、水泵和止回阀，所述水泵安装在所述剪切箱外且所述水泵的进口延伸至所述剪切箱内，所述过滤组件封装在所述水泵的进口上，所述止回阀安装在剪切箱上用于防止水的回流；所述水泵用于在所述剪切箱内建立负压空间，吸附所述堆芯测量仪表剪切过程中产生的碎屑。

7.根据权利要求4所述的堆芯测量仪表水下更换系统，其特征在于，所述液压剪组件包括液压固定支座、进刀伸缩杆、液压剪、进刀控制气缸和剪切控制气缸；

所述液压固定支座安装在剪切箱内；所述进刀伸缩杆固定安装在所述剪切箱内的固定端和与所述固定端可伸缩配合的伸缩端，所述伸缩端与所述液压固定支座滑动配合；所述进刀控制气缸安装在所述液压固定支座上，所述进刀控制气缸的动力杆连接所述伸缩端；所述液压剪安装在所述伸缩端的端部上，用于在所述进刀控制气缸的驱动下朝向所述支承筒移动；所述剪切控制气缸连接所述液压剪，用于驱动所述液压剪进行开合运动，以对所述堆芯测量仪表进行剪切。

8.根据权利要求1所述的堆芯测量仪表水下更换系统，其特征在于，所述密封塞操作组件包括X轴机械臂、垂直安装在所述X轴机械臂上并与其滑动连接的Y轴机械臂、垂直安装在所述Y轴机械臂上并与其滑动连接的Z轴机械臂，以及安装在所述Z轴机械臂上的运送模具，所述X轴机械臂、Y轴机械臂和Z轴机械臂用于带动所述运送模具进行三维空间移动；所述运送模具上安装有所述密封塞，所述运送模具与仪表断口相适配，用于将所述密封塞装入仪表断口上。

9.根据权利要求5所述的堆芯测量仪表水下更换系统，其特征在于，所述转运动力系统包括驱动轴控制机构、稳定器控制机构和盖板打开控制机构，所述驱动轴控制机构连接所述转运抓取组件，用于驱动所述转运抓取组件进行轴向移动；所述稳定器控制机构连接所述稳定器，用于驱动所述稳定器进行旋转和轴向移动；所述盖板打开控制机构连接所述盖板打开装置，用于驱动所述盖板打开装置进行旋转运动。

10.根据权利要求9所述的堆芯测量仪表水下更换系统，其特征在于，所述盖板打开装置包括定位板和定位连接杆，所述定位连接杆设置在所述稳定器内，所述定位连接杆一端连接所述盖板打开控制机构，所述定位连接杆另一端连接所述定位板，用于带动所述定位板进行旋转运动；所述定位板的底部设置有开关部，所述定位板上开设有贯穿所述开关部的进口通道，所述进口通道用于穿设所述堆芯测量仪表。

11.根据权利要求10所述的堆芯测量仪表水下更换系统，其特征在于，所述贮存容器包括容器本体、多个扇形盖板和盖板复位机构，所述容器本体上开设有容器开口，每一所述扇形盖板通过对应的所述盖板复位机构可活动安装在所述容器开口上；所述多个扇形盖板围合形成与所述开关部相适配的导向凹槽，用于在所述开关部的推动下打开所述容器开口；所述盖板复位机构用于在弹性力的作用下推动所述多个扇形盖板关闭所述容器开口。

12.根据权利要求4所述的堆芯测量仪表水下更换系统，其特征在于，所述拔出抓取组件包括第一驱动轴、第二驱动轴，以及安装在所述第一驱动轴上的第一机械手和安装在所述第二驱动轴上的第二机械手；

所述第一驱动轴和第二驱动轴分别连接所述拔出动力系统，用于在所述拔出动力系统的驱动下进行所述第一机械手和第二机械手的高度控制；所述支承筒的侧壁上开设有操作窗口，所述第一机械手和第二机械手通过所述操作窗口延伸进所述支承筒内，用于抓取所述堆芯测量仪表。

13.根据权利要求9所述的堆芯测量仪表水下更换系统，其特征在于，所述转运抓取组件包括第三驱动轴、第四驱动轴，以及安装在所述第三驱动轴上的第三机械手和安装在所述第四驱动轴上的第四机械手；

所述第三驱动轴和第四驱动轴分别连接所述驱动轴控制机构，用于在所述驱动轴控制机构的驱动下进行所述第三机械手和第四机械手的高度控制；所述第三机械手和第四机械手用于抓取剪切后的所述堆芯测量仪表。

14.根据权利要求4所述的堆芯测量仪表水下更换系统，其特征在于，所述支承筒远离所述拔出漂浮装置的内壁上设置有至少一个定位销钉，所述仪表端塞的侧壁上开设有与所述至少一个定位销钉相对应的L型凹槽，所述L型凹槽用于插设所述定位销钉。

15.一种核电站堆芯测量仪表水下更换方法，应用于权利要求1所述的系统，用于更换反应堆水池中的堆芯测量仪表，所述反应堆水池中具有第一预设深度的屏蔽水层，其特征在于，所述堆芯测量仪表水下更换方法包括步骤：

S1、通过设置在所述屏蔽水层中的拔出设备拔出待更换的堆芯测量仪表并提升第二预设深度进行定位；

S2、通过设置在所述屏蔽水层中的剪切设备对定位后的堆芯测量仪表进行剪切，并实时吸附剪切过程中产生的碎屑；

S3、通过设置在所述屏蔽水层中的转运设备将剪切后的堆芯测量仪表装入所述屏蔽水层中的贮存容器中进行存储。

16.根据权利要求15所述的堆芯测量仪表水下更换方法，其特征在于，还包括步骤：

S4、通过设置在所述屏蔽水层上方的换料机将所述贮存容器吊装至燃料转运通道处；

S5、通过设置在所述屏蔽水层中的运输设备将所述贮存容器翻转至水平状态并放入所述燃料转运通道中，以通过所述燃料转运通道用将贮存容器运输到燃料厂房内存储。

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