CN110648774A - 一种车载移动式换料系统及换料方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种车载移动式换料系统及换料方法，包括换料集装箱、升降系统、移动系统和驱动系统；换料集装箱具体为一长方体箱体，箱体内部设有遥操拆卸机构、遥操换料机构、新燃料储存池、乏燃料储存池和顶盖临时搁置架，箱体的底端开有转运通道，转运通道上装有密封件；换料集装箱的顶部内壁上还设有横置轨道，遥操拆卸机构与遥操换料机构通过横置轨道与换料集装箱的顶部滑动相连，并沿轨道方向水平移动。本发明还提供了一种车载移动式换料系统的换料方法。本发明的优点在于：将换料过程所需的开关盖、装卸料、乏燃料回收等功能耦合在一个可移动的封闭集装箱内，可自行驶或被运输至任意换料需求地，从而灵活、便捷地完成闭式换料任务。

Description

一种车载移动式换料系统及换料方法

技术领域

本发明涉及核电技术领域，尤其涉及一种车载移动式换料系统及换料方法。

背景技术

随着我国核电技术的发展，核电作为一项清洁能源，其发展具有广阔的前景，尤其是目前的四代铅冷堆的发展，其固有安全性特性及小型灵活特性，具有广泛的应用。铅冷反应堆是第四代核能系统国际论坛(GIF)选出的第四代核能系统推荐堆型，其研发工作取得了良好的进展。随着可移动式的核电源的需求不断增加，与普通固定式的反应堆相比，对换料也提出了新的要求。

传统的换料系统为固定的换料，每个反应堆配套一套换料系统，不能移动，反应堆换料时才使用，使用效率低，成本、代价高昂。

小型移动式铅基反应堆的换料过程，与其他通用反应堆类似，不可避免地会产生气溶胶等放射性物质。由于移动式铅基反应堆的服役地点更广泛，尤其在偏远地区有更大优势，而偏远地区一般配套、防护设施不足，这就要求，整套换料过程也必须在完全密闭的空间内，避免放射性物质向外环境扩散。此外，通用反应堆换料闭式循环流程包括反应堆容器开盖、新燃料运输与装载、反应堆容器关盖和乏燃料卸载、运输与回收，每一道工序都要由相应的设备来完成。对于配套设施不足的偏远地区，开发将换料过程需要的全部功能耦合在一套装置中的换料系统将具有较深远的应用价值，也将大幅降低换料代价和简化换料流程。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种将换料过程需要的开关盖、装卸料、乏燃料回收等功能全部耦合在一个可移动的封闭集装箱内，并可自行驶或被运输至任意换料需求地的车载移动式换料系统及相应换料方法。

本发明采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种车载移动式换料系统，包括换料集装箱、升降系统、移动系统以及与移动系统相连的驱动系统，所述驱动系统与升降系统分别控制换料集装箱的移动与升降；所述换料集装箱具体为一长方体箱体，长方体箱体内部设置有遥操拆卸机构、遥操换料机构、新燃料储存池、乏燃料储存池和顶盖临时搁置架，长方体箱体的底端开有与外界连通的转运通道，转运通道的内壁上安装有密封件；所述换料集装箱的顶部内壁上还设有一横置轨道，所述遥操拆卸机构与遥操换料机构通过横置轨道与换料集装箱的顶部滑动相连，并沿其轨道设置方向水平移动。

作为本发明的优选方式之一，所述换料集装箱通过转运通道与反应堆集装箱对接；对接换料时，所述换料集装箱、反应堆集装箱与密封件之间围成一全密封空间。

作为本发明的优选方式之一，所述新燃料储存池、乏燃料储存池和顶盖临时搁置架均设置于换料集装箱的底板之上，所述新燃料储存池内放置有新燃料，乏燃料储存池内放置有乏燃料。

作为本发明的优选方式之一，所述顶盖临时搁置架具体设置于转运通道一侧的换料集装箱内，用于反应堆集装箱中反应堆容器顶盖的临时搁置；所述新燃料储存池与乏燃料储存池具体设置于转运通道另一侧的换料集装箱内，分别用于新燃料的存取与乏燃料的放置；所述新燃料储存池、乏燃料储存池和顶盖临时搁置架的上方还分别设置有遥操拆卸机构、遥操换料机构；所述遥操拆卸机构用于遥操拆卸反应堆容器的顶盖，并将其存放于顶盖临时搁置架，或者，将顶盖临时搁置架上的顶盖转运至反应堆容器处，并固定于反应堆容器顶部；所述遥操换料机构用于自动识别位置和抓取反应堆容器内的乏燃料，并实现燃料的运输与更换。

作为本发明的优选方式之一，所述遥操换料机构具体包括换料抓手和换料驱动系统，用于抓取和吊装新燃料/乏燃料；作用于乏燃料时，所述遥操换料机构沿横置轨道水平移动，将反应堆容器中的乏燃料转运或装载于乏燃料储存池内；作用于新燃料时，所述遥操换料机构沿横置轨道水平移动，将新燃料储存池中的新燃料转运或装载于反应堆容器内。

作为本发明的优选方式之一，所述遥操拆卸机构具体包括长柄拆卸工具、拆卸驱动系统、长柄吊装工具和吊装驱动系统；所述长柄拆卸工具在拆卸驱动系统的驱动下，对反应堆容器顶盖的螺栓进行拆卸，或者，对反应堆容器顶盖的螺栓进行拧紧；所述长柄吊装工具在吊装驱动系统的驱动下，将顶盖从反应堆容器上吊起，并转运至顶盖临时搁置架，或者，将顶盖从顶盖临时搁置架上吊起，并转运至反应堆容器上。

作为本发明的优选方式之一，所述移动系统具体设置于换料集装箱的下方，并通过升降系统与换料集装箱底端相连，移动系统的一侧连接有驱动系统；所述车载移动式换料系统通过升降系统驱动换料集装箱的升降，通过驱动系统控制移动系统，进一步带动换料集装箱的整体移动。

作为本发明的优选方式之一，所述驱动系统具体包括动力源、变速机构和传动机构，驱动系统通过驱动所述移动系统进行移动，来带动升降系统和换料集装箱的整体移动。

作为本发明的优选方式之一，所述密封件具体为C形金属密封环、O型金属密封环或金属缠绕垫片。

一种使用上述车载移动式换料系统进行换料的方法，包括如下具体步骤：

(1)先通过升降系统将换料集装箱升高，再由移动系统将其架空在反应堆集装箱上方，建立换料条件；

(2)遥操拆卸机构沿横置轨道水平移动；当移动至反应堆集装箱上方，遥操拆卸机构对反应堆容器顶盖进行螺栓拆卸，并将顶盖吊起转运至顶盖临时搁置架上；

(3)遥操换料机构沿横置轨道水平移动；当移动至反应堆集装箱上方，遥操换料机构将反应堆容器中的乏燃料抓起，并装载于乏燃料储存池内；接着，遥操换料机构继续平移至新燃料储存池上方，将新燃料储存池中的新燃料抓起，并装载于反应堆容器内，实现燃料的运输与更换；

(4)燃料更换完成后，遥操拆卸机构将顶盖从顶盖临时搁置架上吊起，并转运至反应堆集装箱上，接着，通过拧紧螺栓来实现顶盖与反应堆容器的固定，换料结束。

本发明相比现有技术的优点在于：本发明装置将换料过程所需的开关盖、装卸料、乏燃料回收等功能全部耦合在一个可移动的封闭集装箱内，可自行驶或被运输至任意换料需求地，从而灵活、便捷地完成闭式换料任务。具体优点如下：

(1)本发明将遥操拆卸机构、遥操换料机构、横置轨道、新燃料、新燃料储存池、乏燃料、乏燃料储存池全部耦合于一个换料集装箱内，能有效实现换料功能一体化；

(2)换料集装箱仅在转运通道处与外界有接口，为使整套换料流程在密闭空间内操作，在转运通道处装有密封件(如C形金属密封环、O型金属密封环、金属缠绕垫片等)，密封件能与反应堆集装箱紧密配合，有效防止放射性物质向外环境泄漏，确保换料全过程安全；

(3)换料集装箱由升降系统、移动系统支撑，可随移动系统整体移动，可根据用户的不同换料地点需求，自行驶或被运输至换料地，灵活高效地完成换料任务；

(4)换料集装箱的底部设置升降系统，可以为液压升降系统；当升降系统顶起时，换料集装箱可被顶起，再由移动系统驱动，架空在反应堆上方，建立换料条件；换料结束时，换料集装箱也可被落下，从而便于运输；

(5)遥操换料机构具体包括换料抓手和换料驱动系统，能够抓取和吊装新燃料组件；遥操换料机构整体安装于横置导轨，可水平移动，能够将新燃料转运或装载于反应堆集装箱；反之，也可将乏燃料由反应堆集装箱中卸料、转运并回收至乏燃料储存池，集中后处理；

(6)遥操拆卸机构具体包括长柄拆卸工具、拆卸驱动系统、长柄吊装工具和吊装驱动系统，能实现顶盖的螺栓拆卸和顶盖吊装转运，为开盖换料创造条件；反之，也可实现顶盖的吊装转运与螺栓安装，为闭盖创造条件。

附图说明

图1是实施例1中车载移动式换料系统的整体结构示意图；

图2是实施例1中车载移动式换料系统的左视结构示意图。

图中：1为换料集装箱，11为长方体箱体，111为横置轨道，12为转运通道，13为密封件，14为遥操拆卸机构，15为遥操换料机构，16为新燃料储存池，161为新燃料，17为乏燃料储存池，171为乏燃料，18为顶盖临时搁置架，2为升降系统，3为移动系统，4为驱动系统，5为反应堆集装箱，6为反应堆容器，61为顶盖。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1-2所示，本实施例的一种车载移动式换料系统，主要用于位置灵活多变的小型可移动式铅基堆反应堆的换料过程，包括换料集装箱1、升降系统2、移动系统3和驱动系统4，驱动系统4由动力源、变速机构和传动机构构成。其中，移动系统3设置于换料集装箱1的下方，并通过升降系统2与换料集装箱1底端相连，移动系统3的一侧连接有驱动系统4。本实施例装置通过升降系统2来驱动换料集装箱1的升降；通过驱动系统4控制移动系统3，进一步带动换料集装箱1的整体移动。

换料集装箱1具体为一长方体箱体11，长方体箱体11的底端开有与外界连通的转运通道12，转运通道12的内壁上安装有密封件13。换料集装箱1通过转运通道12与反应堆集装箱5对接。对接换料时，换料集装箱1、反应堆集装箱5与密封件13之间围成一全密封空间。

换料集装箱1内部还设置有遥操拆卸机构14、遥操换料机构15、新燃料储存池16、新燃料161、乏燃料储存池17、乏燃料171和顶盖临时搁置架18。其中，遥操拆卸机构14和遥操换料机构15通过安装于换料集装箱1顶部内壁上的横置轨道111与换料集装箱1的顶部滑动相连，并沿相应轨道的设置方向水平移动；新燃料储存池16、乏燃料储存池17和顶盖临时搁置架18则安置于换料集装箱1的底板之上，并且，新燃料储存池16内放置有新燃料161，乏燃料储存池17内放置有乏燃料171。

进一步地，顶盖临时搁置架18具体设置于转运通道12左侧的换料集装箱1内，用于反应堆集装箱5中反应堆容器6顶盖61的临时搁置。新燃料储存池16与乏燃料储存池17具体设置于转运通道12右侧的换料集装箱1内，分别用于新燃料161的存取与乏燃料171的放置。新燃料储存池16、乏燃料储存池17和顶盖临时搁置架18的上方从左至右分别设置有遥操拆卸机构14、遥操换料机构15；遥操拆卸机构14用于遥操拆卸反应堆容器6的顶盖61，并将其存放于顶盖临时搁置架18，或者，将顶盖临时搁置架18上的顶盖61转运至反应堆集装箱5处，并固定于反应堆容器6顶部；遥操换料机构15用于自动识别位置和抓取反应堆容器6内的乏燃料171，并实现燃料的运输与更换。

进一步地，遥操换料机构15具体包括换料抓手和换料驱动系统，用于抓取和吊装新燃料161/乏燃料171。当作用于乏燃料171时，遥操换料机构15沿横置轨道111水平移动，将反应堆容器6中的乏燃料171转运或装载于乏燃料储存池17内；当作用于新燃料161时，遥操换料机构15沿横置轨道111水平移动，将新燃料储存池16中的新燃料161转运或装载于反应堆容器6内。

进一步地，遥操拆卸机构14具体包括长柄拆卸工具、拆卸驱动系统、长柄吊装工具和吊装驱动系统。长柄拆卸工具在拆卸驱动系统的驱动下，对反应堆容器6顶盖61的螺栓进行拆卸，或者，对反应堆容器6顶盖61的螺栓进行拧紧；长柄吊装工具在吊装驱动系统的驱动下，将顶盖61从反应堆容器6上吊起，并转运至顶盖临时搁置架18，或者，将顶盖61从顶盖临时搁置架18上吊起，并转运至反应堆容器6上。

进一步地，升降系统2具体为液压升降杆，其设置于换料集装箱1底部，控制换料集装箱的升起与下落。

进一步地，移动系统3具体为滑轮组件，其设置于升降系统2底部，支撑升降系统2与换料集装箱1，并带动整体装置的移动。

进一步地，密封件13具体为C形金属密封环、O型金属密封环或金属缠绕垫片，其可确保整个换料流程完全处于密闭的空间范围。

换料方法：

(1)先通过升降系统2将换料集装箱1升高，再由移动系统3将其架空在反应堆集装箱5上方，建立换料条件；

(2)遥操拆卸机构14沿横置轨道111水平移动；当移动至反应堆集装箱5上方，遥操拆卸机构14对反应堆容器6的顶盖61进行螺栓拆卸，并将顶盖61吊起转运至顶盖临时搁置架18上；

(3)遥操换料机构15沿横置轨道111水平移动；当移动至反应堆集装箱5上方，遥操换料机构15将反应堆容器6中的乏燃料171抓起，并装载于乏燃料储存池17内；接着，遥操换料机构15继续平移至新燃料储存池16上方，将新燃料储存池16中的新燃料161抓起，并装载于反应堆容器6内，实现燃料的运输与更换；

(4)燃料更换完成后，遥操拆卸机构14将顶盖61从顶盖临时搁置架18上吊起，并转运至反应堆集装箱5上，接着，通过拧紧螺栓来实现顶盖61与反应堆容器6的固定，换料结束。

本实施例提供了一种车载移动式换料系统，具备自行驶和被车载运输功能，可用于灵活实现不同服役场地的小型反应堆容器6顶盖61的拆卸、反应堆燃料的更换和回收，实现一机多用，降低换料成本；通过完全封闭式的换料流程，实现放射性物质零排放。

本实施例的具体有益之处：

(1)将遥操拆卸机构14、遥操换料机构15、横置轨道111、新燃料161、新燃料储存池16、乏燃料171、乏燃料储存池17全部耦合于一个换料集装箱1内，能有效实现换料功能一体化；

(2)换料集装箱1仅在转运通道12处与外界有接口，为使整套换料流程在密闭空间内操作，在转运通道12处装有密封件13(如C形金属密封环、O型金属密封环、金属缠绕垫片等)，密封件13能与反应堆集装箱5紧密配合，有效防止放射性物质向外环境泄漏，确保换料全过程安全；

(3)换料集装箱1由升降系统2、移动系统3支撑，可随移动系统3整体移动，可根据用户的不同换料地点需求，自行驶或被运输至换料地，灵活高效地完成换料任务；

(4)换料集装箱1的底部设置升降系统2，当升降系统2顶起时，换料集装箱1可被顶起，再由移动系统3驱动，架空在反应堆上方，建立换料条件；换料结束时，换料集装箱1也可被落下，从而便于运输；

(5)遥操换料机构15具体包括换料抓手和换料驱动系统，能够抓取和吊装新燃料组件；遥操换料机构15整体安装于横置导轨111，可水平移动，能够将新燃料161转运或装载于反应堆集装箱5；反之，也可将乏燃料171由反应堆集装箱5中卸料、转运并回收至乏燃料储存池17，集中后处理；

(6)遥操拆卸机构14具体包括长柄拆卸工具、拆卸驱动系统、长柄吊装工具和吊装驱动系统，能实现顶盖61的螺栓拆卸和顶盖61吊装转运，为开盖换料创造条件；反之，也可实现顶盖61的吊装转运与螺栓安装，为闭盖创造条件。

以上所述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 (10)

1.一种车载移动式换料系统，其特征在于，包括换料集装箱、升降系统、移动系统以及与移动系统相连的驱动系统，所述驱动系统与升降系统分别控制换料集装箱的移动与升降；所述换料集装箱具体为一长方体箱体，长方体箱体内部设置有遥操拆卸机构、遥操换料机构、新燃料储存池、乏燃料储存池和顶盖临时搁置架，长方体箱体的底端开有与外界连通的转运通道，转运通道的内壁上安装有密封件；所述换料集装箱的顶部内壁上还设有一横置轨道，所述遥操拆卸机构与遥操换料机构通过横置轨道与换料集装箱的顶部滑动相连，并沿其轨道设置方向水平移动。

2.根据权利要求1所述的车载移动式换料系统，其特征在于，所述换料集装箱通过转运通道与反应堆集装箱对接；对接换料时，所述换料集装箱、反应堆集装箱与密封件之间围成一全密封空间。

3.根据权利要求1所述的车载移动式换料系统，其特征在于，所述新燃料储存池、乏燃料储存池和顶盖临时搁置架均设置于换料集装箱的底板之上，所述新燃料储存池内放置有新燃料，乏燃料储存池内放置有乏燃料。

4.根据权利要求1所述的车载移动式换料系统，其特征在于，所述顶盖临时搁置架具体设置于转运通道一侧的换料集装箱内，用于反应堆集装箱中反应堆容器顶盖的临时搁置；所述新燃料储存池与乏燃料储存池具体设置于转运通道另一侧的换料集装箱内，分别用于新燃料的存取与乏燃料的放置；所述新燃料储存池、乏燃料储存池和顶盖临时搁置架的上方还分别设置有遥操拆卸机构、遥操换料机构；所述遥操拆卸机构用于遥操拆卸反应堆容器的顶盖，并将其存放于顶盖临时搁置架，或者，将顶盖临时搁置架上的顶盖转运至反应堆容器处，并固定于反应堆容器顶部；所述遥操换料机构用于自动识别位置和抓取反应堆容器内的乏燃料，并实现燃料的运输与更换。

5.根据权利要求4所述的车载移动式换料系统，其特征在于，所述遥操换料机构具体包括换料抓手和换料驱动系统，用于抓取和吊装新燃料/乏燃料；作用于乏燃料时，所述遥操换料机构沿横置轨道水平移动，将反应堆容器中的乏燃料转运或装载于乏燃料储存池内；作用于新燃料时，所述遥操换料机构沿横置轨道水平移动，将新燃料储存池中的新燃料转运或装载于反应堆容器内。

6.根据权利要求4所述的车载移动式换料系统，其特征在于，所述遥操拆卸机构具体包括长柄拆卸工具、拆卸驱动系统、长柄吊装工具和吊装驱动系统；所述长柄拆卸工具在拆卸驱动系统的驱动下，对反应堆容器顶盖的螺栓进行拆卸，或者，对反应堆容器顶盖的螺栓进行拧紧；所述长柄吊装工具在吊装驱动系统的驱动下，将顶盖从反应堆容器上吊起，并转运至顶盖临时搁置架，或者，将顶盖从顶盖临时搁置架上吊起，并转运至反应堆容器上。

7.根据权利要求1-6任一所述的车载移动式换料系统，其特征在于，所述移动系统具体设置于换料集装箱的下方，并通过升降系统与换料集装箱底端相连，移动系统的一侧连接有驱动系统；所述车载移动式换料系统通过升降系统驱动换料集装箱的升降，通过驱动系统控制移动系统，进一步带动换料集装箱的整体移动。

8.根据权利要求7所述的车载移动式换料系统，其特征在于，所述驱动系统具体包括动力源、变速机构和传动机构，驱动系统通过驱动所述移动系统进行移动，来带动升降系统和换料集装箱的整体移动。

9.根据权利要求1所述的车载移动式换料系统，其特征在于，所述密封件具体为C形金属密封环、O型金属密封环或金属缠绕垫片。

10.一种使用如权利要求1-9任一所述的车载移动式换料系统进行换料的方法，其特征在于，包括如下具体步骤：

(1)先通过升降系统将换料集装箱升高，再由移动系统将其架空在反应堆集装箱上方，建立换料条件；

(2)遥操拆卸机构沿横置轨道水平移动；当移动至反应堆集装箱上方，遥操拆卸机构对反应堆容器顶盖进行螺栓拆卸，并将顶盖吊起转运至顶盖临时搁置架上；

(3)遥操换料机构沿横置轨道水平移动；当移动至反应堆集装箱上方，遥操换料机构将反应堆容器中的乏燃料抓起，并装载于乏燃料储存池内；接着，遥操换料机构继续平移至新燃料储存池上方，将新燃料储存池中的新燃料抓起，并装载于反应堆容器内，实现燃料的运输与更换；

(4)燃料更换完成后，遥操拆卸机构将顶盖从顶盖临时搁置架上吊起，并转运至反应堆集装箱上，接着，通过拧紧螺栓来实现顶盖与反应堆容器的固定，换料结束。

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