CN111215737B - 核电站乏燃料格架的切割系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及核辅助系统技术领域，具体涉及一种核电站乏燃料格架的切割系统，所述核电站乏燃料格架包括支撑框架和可拆卸地设于支撑框架内的套管，该切割系统包括：等离子切割机构，用于切割支撑框架的组成部件；激光切割机构，用于切割套管；所述等离子切割机构和激光切割机构分别位于同一可密封空间内。所述核电站乏燃料格架的切割系统可解决目前百万千瓦级核电站遇到的切割核电站乏燃料格架遇到的切割工艺复杂、切割过程中容易引二次污染及对环境污染的问题。

Description

核电站乏燃料格架的切割系统

技术领域

本发明涉及核辅助系统技术领域，具体涉及一种核电站乏燃料格架的切割系统。

背景技术

核电站乏燃料格架是一种用于贮存从核电厂堆芯卸出的乏燃料组件、新燃料组件、控制棒组件以及破损燃料组件的装置，如图1所示为某核电站使用的旧式核电站乏燃料格架的结构示意图，其主要包括支撑框架20和可拆卸地设于支撑框架20内的套管30，支撑框架20由上支撑板21、下支撑板22和围板23其他紧固件组成，核电站乏燃料格架的套管30的内部填充有作为中子吸收材料的镉，套管的侧壁由两层不锈钢包覆的隔板构成，从而形成一种三明治结构，如图2所示，套管的两个端部分别设有底板31和喇叭口32。

为了使乏燃料水池能贮存更多乏燃料组件，部分大型核电厂对乏燃料水池进行了改造，将旧式镉核电站乏燃料格架更换为新的铝基碳化硼格架。更换下来的核电站乏燃料格架由于在乏燃料水池中使用过较长时间，具有一定的放射性，需要作为放射性废物进行处置。在进行处置时，需要先对格架进行解体，再对格架各部件进行切割，形成可以满足清洗装置以及熔炼装置要求的规格尺寸，最后分拣出不同金属，分别进行处理。

上述格架各部件的切割过程，存在以下技术难题：首先核电站乏燃料格架零部件结构复杂，各个零部件所需要的切割工艺并不相同，同时需要在有限的空间内完成对各部件的切割，难度较大；若使用传统的机械切割方式，需配备大型切割机床切割围板或上下支撑板，也需要开发复杂机械切割系统切割格架套管，同时，机械切割会引入冷却液等二次污染物；镉材料为有毒重金属，切割过程中产生的粉尘以及气溶胶可能造成环境污染，防护措施不足将引发严重的工业安全事故。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种核电站乏燃料格架的切割系统，解决目前百万千瓦级核电站遇到的切割核电站乏燃料格架遇到的切割工艺复杂、切割过程中容易引二次污染及对环境污染的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种核电站乏燃料格架的切割系统，所述核电站乏燃料格架的组成部件包括支撑框架和可拆卸地设于支撑框架内的套管，该切割系统包括：

等离子切割机构，用于切割支撑框架的组成部件；

激光切割机构，用于切割套管；

所述等离子切割机构和激光切割机构位于同一可密封空间内。

依据上述核电站乏燃料格架的切割系统，采用等离子切割与激光切割两种热切割的方式，避免了避免冷切割使用冷却液等引入二次废物；将等离子切割机构和激光切割机构分别设于同一可密封空间内对核电站乏燃料格架进行针对性切割，节约了空间也防止切割中粉尘外泄。

附图说明

图1为核电站乏燃料格架的结构示意图；

图2为核电站乏燃料格架的套管的结构示意图；

图3为一种实施例的核电站乏燃料格架的切割系统的内部示意图；

图4为一种实施例的另一视角的核电站乏燃料格架的切割系统的内部示意图；

图5为一种实施例的等离子切割机构的结构示意图；

图6为一种实施例的等离子切割机构切割下支撑板的结构示意图

图7为一种实施例的激光切割机构的输送组件的结构示意图；

图8为一种实施例的激光切割机构的结构示意图；

图9为另一种实施例的激光切割机构的结构示意图；

图10为一种实施例的核电站乏燃料格架的切割系统的结构示意图；

图11为一种实施例的核电站乏燃料格架的切割系统的物料搬运机构的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。

在对核电站乏燃料格架进行切割前，首先需要进行拆解，外部的支撑框架可以被拆解为围板以及上下支撑板等部件，内部的多根集成的套管则被取出变为单根的套管。

请参考图3至图4，本申请提供了一种核电站乏燃料格架10的切割系统，包括等离子切割机构100和激光切割机构200，等离子切割机构100和激光切割机构200分别位于同一可密封空间内。

等离子切割机构100用于切割支撑框架20的组成部件，例如对围板和上下支撑板等厚板进行切割，下面对一些符合本发明的等离子切割机构100进行举例说明。

一些实施例中，如图5与图6所示，等离子切割机构100包括切割台110、引导组件和等离子切割头130。

所述切割台110的台面上阵列分布有支撑柱111，用于支撑所述支撑框架20的组成部件(例如图6中的下支撑板22)，等离子切割头130设于引导组件上并悬设于切割台110上，引导组件引导等离子切割头130分别沿切割台110的X轴方向、Y轴方向和Z轴方向移动，对支撑框架20的组成部件完成切割。

引导组件可以具体包括至少一个设置于所述切割台110上的X轴引导件122，用于引导所述等离子切割头130沿切割台110的X轴方向移动；至少一个设置于所述切割台110上的Y轴引导件121，用于引导所述等离子切割头130沿切割台110的Y轴方向移动；至少一个悬设于所述切割台110上的Z轴引导件123，用于引导所述等离子切割头130沿切割台110的Z轴方向移动，从而形成三轴加工系统。

上述可以等离子切割机构100，切割台110上的支撑柱111之间的间隙形成了碎屑收集槽，从而可以很方便的对碎屑进行收集，同时产生的碎屑不会影响正在进行的切割作业。

在一些实施例中，所述Y轴引导件121的数目为两个且分别设于切割台110的两侧；两个所述Y轴引导件121上分别设有支撑梁124，两个支撑梁124之间连接有所述X轴引导件122；所述Z轴引导件123设置于X轴引导件122上；所述等离子切割头130设置于Z轴引导件123上。例如，如图6所示，Y轴引导件121和X轴引导件122分别为滑轨，Z轴引导件123则是具有滑块的滑座，等离子切割头130设于滑块上，可上下移动。

激光切割机构200用于切割套管30。套管30的切割包括三个部分。对套管30的底板31、喇叭口32和侧壁分别进行切割。下面对一些符合本发明的激光切割机构200举例进行说明。

一些实施例中，所述激光切割机构200包括支撑组件、输送组件和激光切割组件；所述支撑组件用于支撑输送组件；所述输送组件具有相对的第一侧和第二侧，用于将套管30自第一侧移动至第二侧；所述激光切割组件设于套管30的移动路径或其延长线上，用于切割套管30的两个端部以及侧壁。

上述激光切割机构200可完成基本的套管30切割作业，为了满足百万级核电站大量套管30切割作业的需求，还可以对上述激光切割机构200进行优化，具体为：

一些实施例中，所述支撑组件包括第一支撑架210a、第二支撑架210b以及若干用于支撑第一支撑架210a和第二支撑架210b的支撑腿210c，支撑组件用于支撑激光切割机构的其他部件。一些实施例中，支撑腿210c的底部设有滑轮，使得整个激光切割机构可以移动。一些实施例中，支撑腿210c的高度可以调节。

所述输送组件的第一侧和第二侧的其中一侧用于进料，另一侧用于出料，例如，输送组件的进料端200a位于第一侧，而输送组件的出料端200b位于第二侧。

所述输送组件包括双向输送设置的第一输送件220a、第二输送件220b和第三输送件220c，所述第一输送件220a两端分别朝向第一侧和第二侧，第二输送件220b的两端分别朝向第一侧和第二侧，使得第一输送件220a和第二输送件220b可以平行设置，也可以彼此呈一定的角度设置，例如两者具有三十度、四十五度、六十度等夹角。进一步的，第一输送件220a的一端可以作为输送组件的进料端200a，第二输送件220b的一端可以作为输送组件的出料端200b。

所述第三输送件220c的两端分别与第一输送件220a和第二输送件220b连通，用于将第一输送件220a上的套管30输送至第二输送件220b上，第一输送件220a、第二输送件220b和第三输送件220c的上表面分别为输送面。

所述第一输送件220a、第三输送件220c和第二输送件220b用于将待切割的套管30自第一侧(进料端200a)移动至第二侧(出料端200b)，且移动中套管30保持一端朝向第二侧，另一端朝向第一侧。

作为优选的一种方案，所述第一输送件220a和第二输送件220b平行设置，所述第三输送件220c与第一输送件220a和第二输送件220b分别垂直设置，这样也让输送组件的占地面积更小。

所述第一输送件220a、第二输送件220b和第三输送件220c可采用带传动、链传动和滚轮传动中的一种或多种。例如如图7所示，第一输送件220a和第二输送件220b分别包括多根的传动辊轮，第一输送件220a与第一支撑架210a的侧壁相连，第二输送件220b与第二支撑架210b的侧壁相连。下文将第一支撑架210a设有第一输送件220a的一侧称为第一支撑架210a的内侧，第三输送件220c则包括多根的传送带。

如图8-9所示，所述激光切割组件包括第一切割装置230a和第二切割装置230b，用于对套管30进行切割，所述第一切割装置230a位于第二侧，第二切割装置230b位于第一侧。

第一切割装置230a靠近第一输送件220a的另一端，即非进料端，并且位于第一输送件220a的输送方向的延长线上。

所述第一切割装置230a包括第一切割件231a和第一承载台232a，第一切割件231a为激光切割头。所述第一承载台232a用于承载套管30的一个端部，该端部可以是底板31或喇叭口32，第一切割件231a沿套管30的周向对套管30进行切割，切割后的端部保留在第一承载台232a上，该第一承载台232a可沿垂直于所述第一输送件220a且平行于第一输送件220a的输送面的方向可移动设置，这样在第一承载台232a上的端部可偏离第一输送件220a的输送方向的延长线，被取下回收，而第一承载台232a可复位等待承载下一根套管30。例如，如图10所示，整个第一切割装置230a以第一基座233a为支撑座，第一基座233a上设有与第一输送件220a的输送面平行的滑轨，且该滑轨与第一输送件220a的输送方向垂直设置，第一承载台232a于该滑轨上滑动。第一切割件231a的切割面与第一输送件220a的输送面和第一输送件220a的输送方向分别垂直设置，在第一承载台232a承载套管30的一个端部时，第一切割件231a切割套管30朝上的一侧，待切割完成后，绕套管30的轴向翻转套管30，使得套管30的剩余三个侧面依次分别朝上，从而完成端部的切割。

所述第二切割装置230b靠近第二输送件220b的另一端，即非出料端，并且位于第二输送件220b的输送方向的延长线上。

所述第二切割装置230b包括第二切割件231b和第二承载台232b，第二切割件231b为激光切割头。所述第二承载台232b用于承载套管30的另一个端部，该端部可以是底板31或喇叭口32，若第一切割装置230a将底板31切除，则第二承载台232b承载套管30的喇叭口32，反之第二承载台232b承载套管30的底板31。第二切割件231b沿套管30的周向对套管30进行切割，切割后的端部保留在第二承载台232b上，该第二承载台232b可沿垂直于所述第二输送件220b且平行于第二输送件220b的输送面的方向可移动设置，这样在第二承载台232b上的端部可偏离第二输送件220b的输送方向的延长线，被取下回收，而第二承载台232b可复位等待承载下一根套管30。例如，整个第二切割装置230b以第二基座233b为支撑座，第二基座233b上设有与第二输送件220b的输送面平行设置的滑轨，且该滑轨与第二输送件220b的输送方向垂直设置，第二承载台232b于该滑轨上滑动。第二切割件231b的切割面与第二输送件220b的输送面和第二输送件220b的输送方向分别垂直设置，在第二承载台232b承载套管30的另一个端部时，第二切割件231b切割套管30朝上的一侧，待切割完成后，绕套管30的轴向翻转套管30，使得套管30的剩余三个侧面依次分别朝上，从而完成端部的切割。

上述激光切割机构200，设置了第一输送件220a、第二输送件220b和第三输送件220c，三者配合，首先在输送组件的长度方向上就缩小了占地面积，其次，套管30的一个端部在第一输送件220a的输送方向的延长线上被切割，故切割完成后的端部不会落在第一输送件220a上，而该套管30在第三输送件220c的输送下送至第二输送件220b完成另一个端部的切割，同理，套管30的另一个端部也不会落在第二输送件220b上，故下一个待切割的套管30可更快地进入输送组件内被处理，且整个激光切割装置可同时对两个套管30进行切割作业，大大提高了处理效率，更加适用于百万级或千万级核电厂。

除了将套管30的两个端部切除外，激光切割机构200还可以包括第三切割装置230c，用于将套管30沿轴向切割为两半，下面进行说明。

所述第三切割装置230c和第一切割装置230a分别位于第二切割装置230b的同一侧，用于在套管30的两个端部(底板31和喇叭口32)被切割后，沿套管30的轴向将套管30切割为两半。

所述第三切割装置230c包括第三切割件231c，，第三切割件231c为激光切割头。第三切割件231c的切割面与所述第二输送件220b的输送方向平行设置，用于切割套管30的侧壁。在第二输送件220b输送套管30时，通常套管30与第二输送件220b的输送方向平行设置。当第三切割件231c的数目不同时，第三切割装置230c的具体设置也有所区别，下面举例进行说明。

一些实施例中，第三切割装置230c中的第三切割件231c的数目只有一个，该第三切割件231c沿第二输送件220b的输送方向可移动设置，具体而言，可以移动至第二输送件220b的上方，也可以移动至第二输送件220b的输送方向的延长线上。例如如图8所示，第三切割件231c位于第二输送件220b的上方，用于切割套管30朝上的侧面，当该侧面沿轴向被切割后，绕套管30的轴向翻转套管30，使得原本抵靠于第二输送件220b上的一面翻转朝上，第三切割件231c再对该面进行切割，从而将套管30切割为两半。

一些实施例中，存在更为优选的方案。第三切割件231c的数目为两个，两个所述第三切割件231c分别位于所述第二输送件220b的输送方向的延长线上，靠近出料端200b。两个所述第三切割件231c的切割面分别与第二输送件220b的输送面平行设置，两个第三切割件231c间隔设置。两个第三切割件231c之间的间隙用于供套管30穿过，在套管30穿过时对套管30完成切割。

上述两个第三切割件231c可以沿第二输送件220b的输送方向可移动设置，也可以固定设置，显然在固定设置时，第二切割件231b与第三切割件231c之间的距离大于套管30的长度。进一步的，第三切割件231c沿靠近或远离第二输送件220b的输送面的方向可移动设置，即高度可调，从而改变切割位置，可以按照需求对半切割套管30或按照其他比例将套管30切割为上下两半，当第三切割件231c的数目为两个时，可以不需要对套管30进行翻转，在一定程度上提高了安全系数和作业效率。例如，如图9所示，第三切割装置230c包括第三承载台232c和设于第三承载台232c上的两个第三切割件231c，第三承载台232c可对伸出第二输送件220b的套管30起到支撑作用。

通过设置上述第三切割装置230c，可以使得激光切割机构200实现套管30沿轴向分为两半的功能。

一些实施例中，在激光切割机构200中还可以设置翻转组件用于在套管30被切割时，绕套管30的轴向翻转套管30，以替代人工翻转。

第一翻转装置(图中未示出)靠近第一输送件220a设置，用于将套管30绕自身的轴向进行翻转；第二翻转装置(图中未示出)靠近第二输送件220b设置，用于将套管30绕自身的轴向进行翻转。

上述翻转组件的设置为优选的方案，在一些实施例中，依靠人工翻转套管30也是可行的，只是安全性有所降低。

在一些实施例中，可将标准集装箱改造为用于容纳等离子切割机构100和激光切割机构200的工作间300，例如如图10所示，工作间300为密闭空间且具有可开启或关闭的密封门，整个工作间300具有良好的气密性。在一些实施例中，还可以在工作间300的侧壁上增加窥视窗，用于查看工作间300内部的切割情况。

在一些实施例中，切割系统还包括排风机构400，排风机构400包括通风管410、废气过滤净化箱420和风机430。通风管410的一端与工作间300连通，另一端与废气过滤净化箱420的进风口连通，废气过滤净化箱420的出风口与风机430连通，风机430工作时，可在废气过滤净化箱420内产生自进风口至出风口的气流。

排风机构400的作用有两个，其一是用于抽排工作间300内的空气，以维持工作间300内的负压，其二是通过废气过滤净化箱420过滤切割过程中产生的粉尘以及气溶胶。

为了更方便的搬运核电站乏燃料格架10以及拆解后的核电站乏燃料格架10，一些实施例中，还设置了物料搬运机构500，物料搬运机构500设于所述工作间300内，用于将核电站乏燃料格架10的组成部件搬运至所述等离子机构和激光切割机构200，以及将核电站乏燃料格架10的组成部件搬运出等离子切割机构100和激光切割机构200。例如，如图11所示，物料搬运机构500包括单轨吊车510，所述单轨吊车510设于所述工作间300的内顶壁上。所述等离子切割机构100和激光切割机构200分别位于单轨吊车510的轨道的下方且沿单轨吊车510的轨道的轴向间隔设置。在将核电站乏燃料格架10的组成部件搬运至所述等离子切割机构100和激光切割机构200时，可将物料推送至等离子切割机构100和激光切割机构200之间的单轨吊车510的轨道下方，再利用吊车进行起重搬运，要将核电站乏燃料格架10的组成部件搬运出等离子切割机构100和激光切割机构200时同理。

依据上述核电站乏燃料格架的切割系统，避免了避免冷切割使用冷却液等引入二次废物；在工作间这一有限的空间内完成对核电站乏燃料格架的不同组成部件的针对性切割；同时，设计了排风系统维持了气密工作间的负压，减少切割时粉尘向外逸散，并且可以过滤粉尘和气溶胶，减少对环境的危害。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (9)

1.一种核电站乏燃料格架的切割系统，所述核电站乏燃料格架的组成部件包括支撑框架和可拆卸地设于支撑框架内的套管，其特征在于，该切割系统包括：

等离子切割机构，用于切割支撑框架的组成部件；

激光切割机构，用于切割套管；

所述等离子切割机构和激光切割机构位于同一可密封空间内;

所述激光切割机构包括支撑组件、输送组件和激光切割组件;

所述支撑组件用于支撑输送组件；

所述输送组件具有相对的第一侧和第二侧，用于将套管自第一侧移动至第二侧；

所述激光切割组件设于套管的移动路径或其延长线上，用于切割套管的两个端部以及侧壁;

所述输送组件包括双向输送设置的第一输送件、第二输送件和第三输送件，所述第一输送件和第二输送件平行设置，所述第三输送件与第一输送件和第二输送件分别垂直设置;

所述第一输送件两端分别朝向第一侧和第二侧，第二输送件的两端分别朝向第一侧和第二侧，所述第三输送件的两端分别与第一输送件和第二输送件连通；

所述第一输送件、第三输送件和第二输送件用于将套管自第一侧移动至第二侧，且移动中套管保持一端朝向第二侧，另一端朝向第一侧；

所述激光切割组件包括位于第二侧的第一切割装置、位于第一侧的第二切割装置和第三切割装置；

所述第一切割装置包括第一切割件，第一切割件位于第一输送件的输送方向的延长线上，用于切割套管的一个端部；

所述第二切割装置包括第二切割件，第二切割件位于第二输送件的输送方向的延长线上，用于切割套管的另一个端部；

所述第三切割装置和第一切割装置分别位于第二切割装置的同一侧；

所述第三切割装置包括第三切割件，所述第三切割件位于所述第二输送件的上方或第二输送件的输送方向的延长线上，第三切割件的切割面与所述第二输送件的输送方向平行设置，用于切割套管的侧壁；

所述第三切割件沿所述第二输送件的输送方向可移动设置；或者与所述第二切割装置之间的距离大于套管的长度且固定设置。

2.如权利要求1所述的核电站乏燃料格架的切割系统，其特征在于，还包括：

物料搬运机构，用于将核电站乏燃料格架的组成部件搬运至所述等离子切割机构和激光切割机构，以及将核电站乏燃料格架的组成部件搬运出等离子切割机构和激光切割机构。

3.如权利要求2所述的核电站乏燃料格架的切割系统，其特征在于，所述物料搬运机构包括单轨吊车；

所述等离子切割机构和激光切割机构分别位于单轨吊车的轨道的下方且沿单轨吊车的轨道的轴向间隔设置。

4.如权利要求1所述的核电站乏燃料格架的切割系统，其特征在于，还包括排风机构，该排风机构包括：

通风管，该通风管的一端与容纳等离子切割机构与激光切割机构的可密封空间连通；

废气过滤净化箱，该废气过滤净化箱的进风口与通风管的另一端连通；

风机，该风机与废气过滤净化箱的出风口连通，用于在废气过滤净化箱内产生自进风口至出风口的气流。

5.如权利要求1所述的核电站乏燃料格架的切割系统，其特征在于，所述等离子切割机构包括：

切割台，所述切割台的台面上阵列分布有支撑柱，用于支撑所述支撑框架的组成部件；

等离子切割头，悬设于切割台上，用于切割支撑框架的组成部件；

引导组件，与等离子切割头相连，用于引导等离子切割头分别沿切割台的X轴方向、Y轴方向和Z轴方向移动。

6.如权利要求5所述的核电站乏燃料格架的切割系统，其特征在于，所述引导组件包括：

至少一个设置于所述切割台上的X轴引导件，用于引导所述等离子切割头沿切割台的X轴方向移动；

至少一个设置于所述切割台上的Y轴引导件，用于引导所述等离子切割头沿切割台的Y轴方向移动；

至少一个悬设于所述切割台上的Z轴引导件，用于引导所述等离子切割头沿切割台的Z轴方向移动。

7.如权利要求6所述的核电站乏燃料格架的切割系统，其特征在于，所述Y轴引导件的数目为两个且分别设于切割台的两侧；

两个所述Y轴引导件上分别设有支撑梁，两个支撑梁之间连接有所述X轴引导件；

所述Z轴引导件设置于X轴引导件上；

所述等离子切割头设置于Z轴引导件上。

8.如权利要求1所述的核电站乏燃料格架的切割系统，其特征在于，所述第三切割件的数目为两个且间隔设置；

两个所述第三切割件分别位于所述第二输送件的输送方向的延长线上；

两个所述第三切割件的切割面分别与第二输送件的输送面平行设置，两个第三切割件之间的间隙供套管穿过，从而切割套管上两个相对的侧壁。

9.如权利要求1所述的核电站乏燃料格架的切割系统，其特征在于，还包括翻转组件；

所述翻转组件包括第一翻转装置和第二翻转装置；

所述第一翻转装置靠近所述第一输送件设置，用于将套管绕自身的轴向进行翻转；

所述第二翻转装置靠近所述第二输送件设置，用于将套管绕自身的轴向进行翻转。

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