CN111133531A - 用于安放排管的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

将排管插入反应堆的方法包括使插入工具与排管的内表面啮合、通过插入工具将排管的一部分插入并穿过第一排管管板孔、将引导工具插入排管的内表面并通过插入工具和引导工具引导排管的一部分穿过第二排管管板孔。

Description

用于安放排管的装置和方法
对相关申请的交叉引用
本申请针对2017年6月23日提交的、申请号为62/524,330、名称为《用于安放排管的装置和方法》美国临时专利申请和2018年2月28日提交的、申请号为a 2018 00139的罗马尼亚专利申请主张优先权并要求优先权在内的所有权益。
在此以引用方式将这些申请完整纳入本发明中。
技术领域
本申请涉及将排管插入反应堆，并具体的涉及使用插入工具和引导工具将排管插入反应堆的装置和方法。
背景技术
核反应堆的运行寿命是有限的。举例而言，第二代CANDUTM型反应堆(“加拿大重水铀”)被设计为可运行约25至30年。此后，可以移除现有的燃料管道并安装新的燃料管道。作为核反应堆停用的备选方案，进行这种“换管”操作可以极大的延长反应堆的寿命。核反应堆换管操作包括移除大量的反应堆部件，并包括各种其它活动，例如关闭核反应堆、准备屏蔽室(vault)以及安装材料处理设备和各种平台和设备支持。移除操作也可以包括移除封闭塞及定位硬件组件、断开馈电组件、切断波纹管、移除终端配件、释放并移除排管插入件以及切断和移除压力管及排管。
移除操作完成后，一般会进行检查和安装操作。举例而言，位于反应堆各端的管板可包括多个孔。所述多个孔中的每一个支撑跨越管板的燃料管道组件。当燃料管道组件被移除后，检查各个管板孔以确保管板孔符合规格并且管板孔已准备好用于插入新的燃料管道组件。
在确认管板处于合适状态后，排管、压力管、端头配件及其它部件可被重新装入孔中。对于每个燃料管道组件而言，该流程的一部分包括(例如使用可变形排管容器插入件)将排管端部滚动至排管容器的管板、将端头配件主体插入孔中、将压力管的端部滚动进入端头配件主体以及将端头配件衬垫插入端头配件。
发明内容
在一些具体实施方式中，本发明提供将排管插入反应堆的方法。该方法包括使插入工具与排管的内径啮合、通过插入工具将排管的一部分插入并穿过第一排管管板孔、将引导工具插入排管的内径并通过插入工具和引导工具引导排管的一部分穿过第二排管管板孔。
本发明还提供了用于相对于反应堆第一排管管板孔和第二排管管板孔安放排管的装置。该装置包括位于邻近反应堆的换管平台上的工作台、安装至所述工作台并可穿过第一排管管板孔与排管的内径啮合的插入工具，以及可穿过所述第二排管管板孔与排管的内径啮合的引导工具。
本发明提供了通过插入/移除工具将第一排管从排管孔移除和通过插入/移除工具将第二排管插入排管孔的方法。
通过下文的详细说明和附图，本发明的其它方面将变得显而易见。
附图说明
通过下文的详细说明和附图，本发明的各个方面将变得显而易见。
图1是核反应堆堆芯的立体图；
图2是燃料通道组件的剖视图；
图3是插入工具和用于排管的多个支撑件的示意图；
图4是图3插入工具加上排管的示意图；
图5是图4插入工具和排管加上引导工具的的示意图；
图6是插入工具和排管加上别的引导工具的的示意图；
图7是插入工具和排管加上别的引导工具的的示意图；
图8A是插入工具和排管加上别的引导工具的的示意图；
图8B是图8A所示的引导工具的主视图。
具体实施方式
在对本发明的具体实施方式进行详细说明前，应当理解，本发明不仅仅局限于其在下文所列举的或在附图中所示的部件的具体构建和设置中的应用。本发明能够通过别的具体实施方式来实现，也可以以各种方式来实施或实现。
图1是CANDUTM型反应堆6的反应堆-例如900MW CANDUTM型反应堆-堆芯的立体图。或者，反应堆6可为100-300MW CANDUTM型反应堆、600MW CANDUTM型反应堆、1000MW CANDUTM型反应堆或别的加压重水反应堆(PHWR)。所述反应堆堆芯通常包含于屏蔽室中，屏蔽室是气密性密封的，用于辐射控制和防护。虽然本文为方便起见具体结合CANDUTM型反应堆6来对本发明的各方面进行说明，但是本发明不仅仅局限于CANDUTM型反应堆，在该特定领域外也可以使用。回到图1，被称为CANDUTM型反应堆6排管容器10的大致为圆柱形的容器含有重水慢化剂。排管容器10具有环形壳14和位于第一端22及第二端24的管板18。管板18包括多个孔隙(下称“孔”)，每个孔均可容纳燃料管道组件28。如图1所示，多个燃料管道组件28从第一端22穿过排管容器10的管板18抵达第二端24。
在例举的具体实施方式中，一些具体实施方式中的反应堆堆芯在反应堆堆芯各端22、24具有两个壁：由反应堆堆芯各端22、24处的管板18所限定的内壁以及位于反应堆堆芯各端22、24处管板18外侧一定距离的外壁64(通常被称为“端罩”)。晶格管65跨越管板18和端罩64之间的距离并位于配对孔中(即分别处于管板18和端罩64内)。
图2是图1所示的反应堆堆芯的一个燃料管道组件28的剖视图。如图2所示，每个燃料管道组件28包括围绕燃料管道组件28其它部件的排管(“CT”)32。每个排管32跨越管板18之间的距离。并且，每个排管32的相对端都被容纳和密封于管板18的对应孔中。在一些具体实施方式中，排管滚动接头插入件34用于将排管32固定在管板18的孔内。压力管(“PT”)36形成燃料管道组件28的内壁。压力管36用于向反应堆冷却剂提供管道和提供燃料棒束或组件40。举例而言，压力管36一般持有两个或多个燃料组件40并作为流经各个燃料组件40的反应堆冷却剂的管道。环形空间44由各个压力管36和与其对应的排管32之间的空隙来限定。环形空间44一般充有循环气体，例如干燥二氧化碳、氦、氮、空气或其混合物。排管32和压力管36之间设有一个或多个环形隔圈或夹紧盘簧48。环形隔圈保持压力管36和对应排管32之间的空隙，同时允许环形气体从环形隔圈48周围通过。
亦如图2所示，每个燃料管道组件28的每一端配有位于对应管板18外侧的端头配件组件50。每个端头配件组件50包括端头配件主体57和端头配件衬垫59。在每个端头配件组件50的终端是封闭塞52。每个端头配件组件50还包括运料器组件54。运料器组件54通过运料器管59将反应堆冷却剂运入压力管36或将反应堆冷却剂从压力管36移除(图1)。具体而言，对于单个燃料管道组件28，燃料管道组件28一端的运料器组件54作为入料器，而燃料管道组件28另一端的运料器组件54作为出料器。如图2所示，可以利用包括多个螺丝、垫片、密封件和/或其它类型连接器在内的连接组件56将运料器组件54连接至端头配件组件50。晶格管65(如上文所述)套住端头配件组件50和包含燃料组件40的压力管36之间的连接。防护滚珠轴承66和冷却水环绕晶格管65外部，这提供了额外的辐射防护。
回到图2，定位硬件组件60和波纹管62也和每个端头配件组件50连接。波纹管62允许燃料通道组件28轴向移动-这种能力对于燃料通道组件28随时间经受长度变化的情形是很重要的，这在许多反应堆中也是常见的。定位硬件组件60可用于将燃料通道组件28的端部设定为固定轴向位置的锁定结构，也可以设定为非锁定结构。定位硬件组件60还与端罩64相连。例举的定位硬件组件60中的每一个都包括杆，所述杆的末端被容纳在相应端罩64的孔中。在一些具体实施方式中，杆末端和端罩64中的孔是有螺纹的。再次说明，应当理解虽然图1和2展示了CANDUTM型反应堆，本发明还可以应用于其它类型的反应堆，包括具有与图1和2所展示的部件相似部件的反应堆。
图3例举了用于将排管32插入管板18中的排管孔中的插入工具110(图1、4)。具体而言，插入工具110将排管32插入穿过(反应堆6的第一侧上的)第一管板18中的孔并穿过(反应堆6的第二侧上与第一侧相对的)第二管板18上的孔。如图所示，插入工具110为推靠器，其包括第一支撑物112、第二支撑物114、伸缩臂116和用于将插入工具110安装至邻近反应堆6的换管平台上的工作台100的安装部分118。
第一和第二支撑物112、114彼此间隔开。如图4所示，第一和第二支撑物112、114彼此间隔一定距离安装在伸缩臂116上，并被配置为同时与排管32的内表面啮合。虽然支撑物112、114被示意性的显示为圆柱形，但是支撑物112、114也可以为辐条状或被设计为以其它方式与排管32啮合并支撑排管32。利用两个不同的支撑物112、114 提供了悬臂式支撑系统，从而在排管32的一端22被安装至工具110时减少了排管32的转矩。
伸缩臂116被配置为沿纵向轴120伸缩。纵向轴120与排管32的纵向轴对齐或平行，使得伸缩臂116的伸展使排管32沿其轴延伸，而伸缩臂116的收缩使排管32沿其轴回缩。伸缩臂116被固定至安装部分118。安装部分118可沿着工作台100移动，使得插入工具110能与沿着反应堆表面的各个点对齐。具体而言，插入工具110可移动以将伸缩臂与第一管板18中的孔对齐。
如图3-4所示，工作台100进一步支撑多个支撑件124。如图所示，支撑件124沿着排管32的纵向方向间隔开。图示了四个支撑件124，但是可以使用更多或更少的支撑件(例如1-3个支撑件、5个以上支撑件)以径向支撑排管32(即在排管32的径向提供力) 并进一步减少悬臂管32的转矩以及因此导致的管32的远端24的下垂。支撑件124可对排管32的外表面施加力。如图4所示，支撑件 124可在排管32的纵向方向施加彼此间隔的力。支撑件124可例如为液压控制的柱塞、气动控制的柱塞或电气控制的螺线管。
如图5-8B所示，进一步提供引导工具130A-D来控制排管32的运动。如图5所示，引导工具130A延伸进入排管32的端部。具体而言，引导工具130延伸进入排管32的第二端24，第二端24与插入工具110延伸穿过的第一端22相对。图5所示的引导工具130A为圆柱形杆，其接触排管32的内表面并包括逐渐变细的端部以改善插入精度。
至少排管32的第二端24为铃状端部，其直径大于管32其它部分的直径。图6所示的引导工具130B是圆柱形杆，但与引导工具130A不同，引导工具130B具有更大的端部，用于与排管32的铃状端部24啮合。引导工具130B的更大的端部可逐渐变细(如图所示)以改善插入精度。与铃状端部24 啮合后，引导工具130B与排管32的第二端24轴向对齐。
如图7所示，引导工具130C配有从圆柱形主体132径向延伸以与排管32的内表面啮合的指部134。如图所示，指部134彼此90度偏移，但是该角度可基于指部134的密度来增加或减少。指部可由弹性材料制成以在支持引导工具130C偏心插入排管32的同时提供结构支撑以相对于圆柱形主体132保持住排管32。
如图8A-8B所示，引导工具130D配有凸轮136，凸轮136被固定至圆柱形主体132的远端。凸轮136配有卵形轮廓138(图8B)并偏心安装至圆柱形主体132。因此，当凸轮136被插入排管32的端部24时，圆柱形主体132的旋转改变排管32的端部24的位置。
为了替换排管32，旧的排管32被移除，而第一和第二管板18准备好接收新的排管32。插入工具100沿着支撑平台被移动从而将推靠器116与第一管板18中的准备好的孔对齐。一旦对齐了，插入工具110就配上新的排管32。插入工具110的支撑物112、114被插入排管32的第一端22，与管32的内表面啮合，从而以悬臂方式支撑管32。推靠器116伸展，将排管32的第二端24朝向第一管板18的孔插入。为了进一步支撑管32，支撑件24延伸以从下方径向支撑管32。支撑件可使用距离感应器(未示出)来确定正确的启动距离来支撑(例如在一次启动位移时支撑铃状端部24，而在第二次启动位移时支撑管32的中心)。通过前述的对齐和支撑，排管32的第二端24被插入并穿过第一管板18的孔。
随着排管32移动穿过第一管板18的孔，第二端开始下垂并且不再与第二管板18的孔对齐。当排管32的第二端24与第二管板18的距离为预定距离时，引导工具130A-130D被插入并穿过第二管板18的孔从而与排管32的第二端啮合。更具体地说，引导工具130延伸进入排管32的第二端24从而与排管32的内表面啮合。引导工具130A-D防止排管32在两个管板18之间进一步下垂并将管32与第二管板18上的目标孔对齐。引导工具130A-D还在第一管板18上的孔未和第二管板18上的孔完全对齐的情况下将排管32与第二管板18的孔对齐。
引导工具130A-D与管132的内表面啮合后，插入工具110继续朝向第二管板18中的孔推动第二端24。某些引导工具(例如引导工具130C)可额外提供拉力来辅助插入工具110的推力。当第二端24靠近第二管板18时,可以 响应于感应器输出(例如位置感应器等)而由引导工具130A-D来实现管32的第二端24的位置的调整。举例而言，引导工具130D可旋转以相对于管32转动凸轮136，从而改变排管32相对于管板18的孔的位置。
一旦第二端24安全穿过第二孔，额外的感应器(未示出)验证管32是否已完全插入并适当固定。如果排管32已适当安放，那么引导工具130和插入工具就于管32的内表面解除啮合并被移除。插入工具110沿着工作台100被移动至新位置以将排管32插入不同的孔。
上述系统配有控制系统和提供关于排管32的位置的反馈的多个感应器。因此，该流程可被自动化以无需使用者直接接触就能安装管32，从而限制反应堆周围的人员暴露。另外，随着对每根排管32重复(每个反应堆6有几十至几百根排管32) 该流程，控制系统可使用从之前管安装收集的信息来预见必要的修正，例如管32的插入角度，从而在每次完成插入后改进效能。或者，上述的流程可通过人员互动启动插入工具110和引导工具130A-D来完成。
应当注意上文所述和附图所示的具体实施方式仅作为示例呈现，而不是为了限制本发明的理念和原则。因此，本领域普通技术人员应当理解对要素、结构和布置的各种可能改变都不会背离权利要求书所列明的本发明的宗旨和范围。

Claims (16)

1.将排管插入反应堆的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
将所述排管的内表面与插入工具啮合；
通过所述插入工具将所述排管的一部分插入并穿过第一排管管板孔；
将引导工具插入所述排管使所述排管的内表面与所述引导工具啮合；以及
通过所述插入工具和所述引导工具引导所述排管的所述一部分穿过第二排管管板孔。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在使所述排管的内表面与所述引导工具啮合前将所述引导工具插入并穿过所述第二排管管板孔。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使所述排管的内表面与所述插入工具啮合包括使所述排管的内表面在沿着所述排管的长度方向间隔开的多个点进行啮合。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述排管沿纵向方向被插入并穿过所述第一和第二排管管板孔，所述方法进一步包括在与所述纵向方向垂直的径向方向支撑所述排管的外表面。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述引导所述排管的所述一部分穿过所述第二排管管板孔包括：
使用所述插入工具轴向移走所述排管;和
使用所述引导工具将所述排管的前端与所述第二排管管板孔对齐。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述将所述排管的前端与所述第二排管管板孔对齐还包括移走所述引导工具。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述将所述排管的前端与所述第二排管管板孔对齐还包括相对于插入方向旋转所述引导工具。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述引导工具引导所述排管的所述一部分穿过第二排管管板孔包括：
使用所述插入工具推动所述排管;和
使用所述引导工具拉动所述排管。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将所述插入工具安装至邻近所述反应堆的平台。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述排管的所述一部分被插入并穿过所述第一排管管板孔后，所述引导工具与所述排管的内表面啮合。
11.用于相对于反应堆第一排管管板孔和第二排管管板孔安放排管的装置，其特征在于，所述装置包括：
位于邻近所述反应堆的换管平台上的工作台;
安装至所述工作台并能够穿过所述第一排管管板孔与所述排管的内表面啮合的插入工具;以及
能够穿过所述第二排管管板孔与所述排管的内表面啮合的引导工具。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述插入工具为推靠器。
13.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述插入工具包括第一支撑物和与所述第一支撑物轴向间隔开的第二支撑物，其中所述第一支撑物和所述第二支撑物能够与所述排管的内表面啮合。
14.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述装置还包括能够与所述排管的外表面啮合的多个支撑件。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述多个支撑件为液压控制的柱塞、气动控制的柱塞或电气控制的螺线管。
16.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述插入工具能够与所述排管的第一端啮合，并且所述引导工具能够与所述排管的第二端啮合，所述第二端与所述第一端相对。
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