CN1112718A - 带有可移动导杆的核反应堆加料机 - Google Patents

Abstract

用于导引内桅杆的导向机构(18)含有至少两根 直杆(28)，每根直杆至少安装有两组围绕轴线方向 (11)互相隔开的、可转动的导辊(19)、并配有将其可 移动地固定在加料机外轴(10)之外表面上的机构 (36，39)。外轴(10)含有一个供每根杆(28)的每组 导辊(19)进入外轴(10)内以导引内桅杆(13)的开口 (27)。

Description

本发明涉及一种为核反应堆堆芯添加燃料组件用的加料机。

核反应堆例如加压水核反应堆含有一个内有由燃料组件组成的反应堆堆芯的壳体，并且，在反应堆工作时其冷却液从该壳体中流过。

反应堆的堆芯由燃料组件组成，这些燃料组件通常是直立棱柱形的，它们通过其下部分或称下喷嘴并以垂直排列的方式停放在堆芯支板上。燃料组件是并置的，并且构成一个致密网格结构，在网格结构中的每一个燃料组件通过其喷嘴和隔栅与相邻的燃料组件相接触。

燃料组件中所含的裂变燃料材料在核反应堆工作的过程中逐渐消耗，结果燃料组件中的裂变燃料材料逐渐耗尽而变成一种磨损状。

因此，必须定期地对核反应堆的堆芯进行再加料。这些工作要求核反应堆停堆并冷却，并且通常在反应堆还有部分堆芯时进行，以便最充分地利用核燃料。

而且，在核反应堆首次工作时，必须对堆芯添加组成核反应堆的第一炉炉料的新燃料组件。

对核反应堆的加料和再加料工作是在水下进行的，此时，壳体的头部被拆开，燃料组件从反应堆堆腔的上高度加入到向反应堆的竖井敞开的底部上。

为了进行加料和再加料工作，使用一种称为加料机的提升和搬运燃料组件的机器，这种机器含有位于堆腔上限之上的水平导向机构和一个可沿一个水平面上的至少两个方向移动地安装在上述导向机构上的支架，以便能够使燃料组件的夹持和提升机构移到与核反应堆的堆芯中的每个燃料组件的位置对准的位置上。

燃料组件的夹持和提升机构含有一根固定在支架上且轴线垂直的大致为圆柱形的管状外轴和一根沿上述的轴线方向同轴地且可移动地安装在外轴之内的圆柱形内桅杆。

为了将燃料组件安放到反应堆的堆芯中，且连续地排列成网格状，必须有极为准确的搬运和提升机构。

具体地说，加料机的内桅杆必须能够使燃料组件沿精确规定的垂直轴线方向移动。为此，加料机的活动内桅杆一般含有在内桅杆移动时与具有与外轴和内桅杆的轴线方向相垂直的轴线的多组导辊相配合的纵向导轨，并且其结构是多组沿平行于外轴和活动内桅杆的轴线方向排列的形式。

活动桅杆在进行为堆芯再加料工作时沿轴线方向（也就是垂直方向）的位移高度很大，并且活动桅杆的位移方向必须十分精确地与要加料的反应堆堆芯中的燃料组件轴线的位置相对齐。

因此，安装在外轴上的活动桅杆的导向组件十分长并且必须具有经过精确地确定其方向和位置、使其准确对齐的轴线。

在加料机开动之前，甚至在其工作过程中，必须检查和调整安装在外轴上的活动桅杆导向机构的直线度。

尤其是当例如由于撞击而使导向机构的导辊组失调或者外轴变形时更需要进行这种调整。

在反应堆厂房中的反应堆竖井附近进行的这些调整工作必须搭脚手架来完成，这样才能沿外轴接近各个导辊的位置。

调整工作是通过设置在每个导辊支架的高度上的偏心装置进行的，可以穿过外轴上与导辊支架同一高度上的开口接近各导辊支架。

这种包括装、卸脚手架的工作可能需要长达48小时的时间，在这段时间里，加料机不能使用，故又延长了反应堆停堆以再加料的总时间。

此外，反应堆的堆腔内进行加料机的活动桅杆的导向机构的调整工作必须装上一个闸门后将堆腔这部分的水排掉。

因此，本发明的目的是提供一种为位于上端敞开的反应堆壳体之内的核反应堆堆芯添加燃料组件的加料机，这种加料机含有：位于反应堆壳体上方的水平导向机构;一个可移动地安装在导向机构上的支架;一根固定在支架上的、具有垂直轴线的外轴;一根同轴地安装在外轴内而使其能通过导向机构沿轴线方向在外轴内移动的圆柱形内桅杆，这种加料机还含有将燃料组件固定在垂直位置的机构和沿外轴的轴向方向移动内桅杆的机构（这些机构固定在上述的支架上），这种加料机能够以简单的方式在核反应堆的堆腔之外调整导向机构的直线度而不会延长使反应堆停堆的时间来进行加料或再加料。

为此，内桅杆的导向机构含有至少两根带有使其沿轴线方向固定在外轴的外表面上的机构的直杆，在每根杆上至少安装了两组沿轴线方向隔开的，能够绕垂直于外轴和内桅杆的轴线方向的轴线转动的导辊，上述的外轴含有一种供每根杆上的每组导辊进入外轴内的以便导引内桅杆的通孔。

为了更好地说明本发明，下面结合附图说明本发明加料机的一个实施例，附图中：

图1A和1B分别是本发明的加料机的上部和下部的垂直剖面图;

图2是本发明的加料机的外轴和内桅杆的放大横剖面图;

图3是通过本发明的加料机的外轴和导向机构的一个垂直面的部分剖面图;

图1A和1B示出了总体上以标号1表示的加料机，该加料机坐落在核反应堆的堆腔2的垂直混凝土壁3的上边缘上，堆腔2的底部与带有反应堆壳体的反应堆竖井相衔接。加料机1用于提升或装配构成位于该壳体之内的反应堆堆芯的燃料组件。

要采用加料机1对核反应堆加料或者再加料的操作是在水下进行的，上述堆腔2充满水，水平面的高度可达水平线4处。

加料机1含有一个总的以标号12表示的移动式支架，故能够移动加料机以便从壳体内的反应堆堆芯中的任何位置取出或放入燃料组件。

支架12含有一个通过轮7可移动地安装在导轨6上的第一支架5。导轨6本身固定在第二支架8上，支架8可移动地安装在坐落在堆腔2的壁3的上部分上的导轨9上，导轨9与导轨6互相垂直。含有第一和第二支架的支架12构成了一个可沿水平面的两个互相垂直的方向进行交叉移动的支架。

加料机支架12的第一支架5用于支承在垂直方向上具有轴线11的圆筒形加料机外轴10。外轴10通过导向机构固定在支架5上。使它可在转动中移动并可在第一支架5上沿轴线11定向。

内桅杆13以同轴的方式安装在外轴10之内，以便使其沿外轴的轴线11的方向移动，该内桅杆通过滑轮固定到绞车15的提升缆绳上。上述的活动桅杆13在其下部带有一个能够通过燃料组件17的上喷嘴固定燃料组件的机构16。

加料机1的移动式支架12能够在水平面上的两个方向交叉移动由外轴10和内桅杆13组成的组件。用这种方法，便能够使活动桅杆13与核反应堆堆芯内的任何位置对齐以取出或放入任何燃料组件17。

外轴10含有用于在轴线11的方向上导引在外轴10的内部移动的桅杆13的机构，例如18。

导向机构、例如18（在图1中仅作极简单的表示）含有多个沿外轴10的轴线方向隔开设置的导辊19，并且，这些导辊安排成可与桅杆13的导向零件相配合（这将在下面说明）。

在使用加料机时，桅杆13可通过绞车15沿轴向方向11（也就是垂直方向）在图1所示的完全升起的最高位置与活动桅杆13的固定机构16位于核反应堆堆芯燃料组件的上喷嘴的高度上的最低位置间移动。在这一最低位置上，它可以夹住或者放下一个核反应堆堆芯的燃料组件17。在活动桅杆13位于最高位置（如图1A和1B所示）时，通过固定机构16而固定在活动桅杆13的下端的燃料组件17完全进入外轴10内，该外轴可以在例如支架12沿水平方向移动时保护燃料组件。

活动桅杆13由导引构件例如18导引在外轴10内部以及在其最低位置与其最高位置之间移动。

导引机构例如18的多个导辊19的定位决定了活动桅杆13及燃料组件17的移动方向和定位。

因此，导辊19的位置应极其精确地检查和调整。

上述的加料机还含有一个位于外轴10之内用于在运送位置夹持燃料组件17的机构20和一个能够促进燃料组件的接合以便将其装到堆芯中的机构21。

夹持机构20含有一个被安装成可绕外轴10下端的销23转动的端部挡块22和一个一端与定位用的端部挡块22相连接、另一端（与外轴10的上部相邻）与一个作动筒25相连接的大致是轴向的动作杆24。

作动筒25能够在图1实线所示的夹持燃料组件17的位置（在这一位置上，端部挡块与燃料组件的下喷嘴17a相接合）与虚线所示的旁置位置22′之间移动端部挡块22。

接合机构21含有一个十分长的杆体，该杆体带有一个上端与动作杆26相连接的弯曲部分，而该运作杆26则是在外轴10的上端高度处与作动筒25相连接。作动筒25能够通过运作杆26在图1所示的旁置位置与接合机构的杆体21靠在连接机构上的工作位置之间移动接合机构21的长杆体（上述的连接机构牢固地固定在活动内桅杆13的外表面上）。在这一工作位置上，位于弯曲部分之下的接合机构21的下部分与燃料组件17的侧表面相邻接。在这一位置上，下端部挡块21a能够在活动桅杆13放下燃料组件17时导引燃料组件17的下喷嘴17a。

当固定有一个燃料组件的活动桅杆13下降进入反应堆的堆腔，然后进入壳体内而使燃料组件的支架到达堆芯的下支板附近时，端部挡块21a再回到下芯板的中心位置并在燃料组件下降时相对于下芯板而导引燃料组件的下喷嘴17a。因此，燃料组件的装配十分可靠。由于内部带有活动内桅杆13的外轴10能够在支架5上绕轴线11定向，故可保证燃料组件按所需方向装到堆芯的支承板上。

如图2和3所示，活动内桅杆13的导向机构18含有多组沿杆28的长度隔开设置并支承在牢固地固定在杆28上的支架29上的导辊19。

这多组导辊19中的每一组都含有两个轴线互相垂直的辊子，且它们的轴线各位于垂直于与外轴10和活动内桅杆13共有的轴线11的平面内。

具有U形横截面的直杆28的长度比外轴10稍短。每根杆28沿其母线的方向（即沿外轴10的轴线11的方向）固定在外轴的外面、面外向轴的外表面并与其保持一个短的距离。

外轴10在其面对杆28的部分带有多个沿轴10的轴线方向隔开设置的开口27，每个开口27形成了一组辊子19和这些径向导辊的支架29的出入口。

开口27在轴10的轴线方向上的高度比多组导辊19的支架29在这一轴线方向上的尺寸大得多。

开口27在圆周方向的宽度也比多组导辊19及其支架29在圆周方向上的宽度大得多。

这样，便很容易将导向构件安装到加料机的外轴10上（下面还将说明）。

如图2所示，加料机含有两个对置的导向机构18，因此，这两个导向机构具有一个对称面，并且该对称面与轴10和桅杆13的轴向面30相重叠。

具体地说，每一组导辊19的辊子都相对于轴向面30而对称地布置。

做成管状的活动内桅杆13带有两个固定在它的外表面上且互相呈180°排列的导轨31。

每个导轨31含有两个平直的滚动导轮31a和31b，它们是相对于桅杆13的轴向面而对称的，并且与多组导辊19中的导辊的滚动表面相配合，以便在活动内桅杆13沿其轴线方向移动时导引它。

这样，多组导辊19中的导辊以及活动内桅杆13的导轨31的滚动导轮31a和31b的位置便都是相对一轴向面30而对称地排列的。

因此，便能够通过采用两个相对于外轴轴线11彼此呈180°排列的导向组件有效地导引活动桅杆13。

当然，也可以设想其它的结构，例如采用三个相对于轴10的轴线11互隔120°排列的导向机构，或者采用四个相对于轴线11相隔90°设置的导向机构。

每个由杆18构成的轴向导向机构通过支架29支承多组沿外轴10的轴线方向相隔设置的导轨19。现在使用的加压水反应堆中所用的那种加料机采用五组沿外轴10的轴线方向大体上规则地隔开的双导辊19。

外轴10的外表面上带有与每个轴向杆28对齐的下支脚32和上支脚33。下支脚32用例如焊接的方法固定在外轴10的外表面上允许下面一组导辊19及其支架29通过的下开口27之下方的部位上。

上支脚33用例如焊接的方法固定在外轴10的外表面上允许上面一组导辊19及其支架29通过的上开口27之上方的部位上。

每个导向机构18的杆28的一端带有一个下支板34，而在其相对端则带有一个上支板35。

每个杆28的下支板34带有两个能够与穿过外轴10的下支脚32中的孔相接合、且尺寸与其相对应的定位销36。

外轴10的每个上支脚33含有两个面向两个穿过杆28的上支板35中的孔38的护套37。

每个杆28通过牢牢地固定在其下支板34上的定位销36与外轴10的下支脚32中的两个孔相接合，并将两个具有外螺纹的紧固螺栓39旋入牢牢地固定在与下支脚32在轴线方向上对齐的上支脚33上的两上护套37的锥形孔中的办法固定到外轴10的外表面上。

用一种与螺栓39露出的端部39a相接合的工具拧入紧固螺栓39便能够使紧固螺栓的封锁端进入杆28的支板35的孔38中。

向上张开成喇叭形的壁40能够导引杆28的下部分并使定位销36与外轴10的下支脚32中的孔相接合。

每一个杆28还含有一个位于它的上端附近的耳环41。

如图2所示，加料机还含有一台固定在安装成可在外轴10内沿轴线方向移动的管状杆42的下端上的电视摄象机。

固定在管状杆42端部上的摄象机能够观察反应堆堆芯中夹持和放下燃料组件17的操作。固定电视摄象机用的管状杆42带有可在运送和提升燃料组件的过程中移动电视摄象机用的独立的电气系统和导向系统。

在外轴10的外表面上还固定有三个轴向的导轨43，它们位于外轴10的轴线11周围、彼此相隔120°排列，并且每一个导轨43各带有一个安装在支架上的泛光灯，故能够照亮加料机的部分工作区。

由悬挂在管状杆42的摄象机42发出的图象被传送到加料机的控制台45中的安装在活动支架12或者控制板上的电视屏幕44。

在采用本发明的加料机对核反应堆的堆芯加入（或再加入）燃料组件的操作结束时，将导向机构18的杆28从外轴10上卸下，这一拆卸工作非常容易，只要拧松紧固螺栓39，使这些紧固螺栓的下接合部分退出杆28的上支板35中相应的孔38即可。

杆28通过它的耳环41与能够在固定在加料机的支架下面的导轨上移动的升降机的起重钩相连接。该升降机能够提升杆28而使定位销36与外轴10的下支脚32中的孔脱开。然后，沿径向方向移动杆28而使其完全离开外轴10以便将支承在支架29上的各组导辊19从开口27中拔出来。

而后由核反应堆的回转式吊车将杆28吊起并移到反应堆厂房外。

已经从反应堆厂房中取出的外轴的两个导向机构的两根杆在返回核反应堆工作之前被依次拆卸。

这两根杆以水平状态储存在核反应堆厂房之外的能够检查和调整每根杆上的各组导辊直线度的房子里。

如果有一个或多个导辊受损伤，容易更换它们。

因此，负责对加料机的导向机构进行调整和维修的人员可以在十分好的条件下进行工作，而不必在反应堆的厂房内完成这项任务。此外，这些工作可以在核反应堆运行过程中进行，也就是说，不占用核反应堆加料或再加料过程中停堆的时间。

因此，根据本发明的加料机可以利用导向机构来进行核反应堆的加料和再加料工作。特别是对于设有多个装有同种类型的加料机的反应堆的核动力厂，便能够将在前一次再加料操作之后经过调整和/或修理过的标准导向机构装入任一台加料机中。

为了在加料或再加料操作之前将导向机构装入加料机中，先将导向机构运入反应堆厂房中，再用反应堆的回转式吊车将它们吊到加料机的外轴附近。

而后由位于加料机支架的下面并可沿导轨在径向方向上移动的升降机吊起每个导向机构。

升降机将构成导向机构的支架的杆28沿垂直位置移到外轴10的外表面附近，然后再径向移动它，使各组导辊19及其支架29进入相应的开口27中相对开口27的下端升高的位置上。

然后由升降机使杆28垂直下降而使固定在杆28的下端的定位销36由喇叭形的壁40导引而进入与外轴10的支脚32中相应的孔中。此后，通过将紧固螺栓39旋入外轴10的上支脚33的护套37中而固定杆28的上部分，从而使每个螺栓39的下接合部分与杆28的上支板35中相应的孔38相接合。

然后，再顺序地安装构成每一导向机构的支架的每一根杆28。

这样，加料机便完成了准备工作，使其活动内桅杆可由多组导辊19沿垂直方向精确地导引。

一旦有一个导向机构在核反应堆加料或再加料过程中例如由于发生事故而出现问题时，可以将它拆卸而不必排空反应堆堆腔中的水，并可通过核反应堆厂房的控制板调节它，或者用一个已在反应堆厂房之外调整和检查过的新的导向机构将它更换。

因此，本发明的加料机可以在各种情况下保持十分良好的工作状态，并且可以发生事故之后用简单而快速的方法进行修理。

本发明不限于上面已说明的实施例。

因此，可以设想与上述类型不同的机构来将导向机构的支杆定位和固定到加料机的外轴上。

也可设想使用不是两个杆的导向机构，每个导向机构含有不是5个的导辊组。

本发明的加料机可以用来对各种类型的核反应堆进行加料或再加料工作。

Claims (8)

1、一种为位于反应堆堆腔(2)中的反应堆壳体(上端是敞开的)内的反应堆堆芯加入燃料组件(17)用的加料机含有：设置在反应堆壳体上方的水平导向机构(6，9)；一个可移动地安装在导向机构(6，9)上的支架(12)；一根固定在支架(12)上、具有垂直轴线(11)的管状外轴(10)，一根与外轴同轴地安装而使其可通过导向机构(18)导引而在外轴(10)内沿轴线方向(11)移动的圆柱形内桅杆(13)；和用来使内桅杆(13)沿外轴(10)的轴线方向(11)移动的机构(该机构安装在支架(12)上)，其特征在于，上述内桅杆(13)的导向机构(18)至少含有两根直杆(28)，该直杆(28)上带有使其沿轴线方向固定到外轴(10)的外表面上的机构(36，39)，在每根杆上至少安有两组沿轴线方向(11)彼此相隔、且能绕与外轴(10)和内桅杆(13)的轴线(11)相垂直的轴线转动的导辊(19)，上述的外轴含有一个用于供每根杆(28)的每组导辊(19)进入外轴(10)之内、以便导引上述的内桅杆(13)的通孔(27)。

2、根据权利要求1的加料机，其特征在于，上述每组辊子（19）可转动地安装在牢牢固定的杆（28）上的支架（29）上，并且沿垂直于杆（28）的轴线方向延伸，且能够带有间隙地穿入外轴（10）的开口（27）中。

3、根据权利要求2的加料机，其特征在于，它含有两个围绕外轴（10）的轴线（11）彼此呈180°排列的导向机构（18），因此，每组导辊（19）相对于外轴（10）的轴向平面（30）而对称排列。

4、根据权利要求3的加料机，其特征在于，上述的活动内桅杆（13）带有含两个用于与上述多组导辊（19）的导辊滚动表面相配合的平直导轮（31a，31b），以便导引活动内桅杆（13）沿其轴线方向移动的导轨31。

5、根据权利要求1的加料机，其特征在于，上述的将每个杆（28）可移动地固定在外轴（10）上的机构含有至少一个牢牢固定到杆（28）的轴向端部上、用于与牢牢固定到外轴（10）上的支脚（32）中的孔相接合的定位销（36），和至少一个用于旋入外部固定在上述的外轴（10）上的带内螺纹的护套（37）中、并有一部分与穿过杆（28）的与定位销（36）相对的端部中的孔相接合的带螺纹的紧固螺栓（39）。

6、根据权利要求5的加料机，其特征在于，上述可移动地固定每个上述的杆（28）的机构含有两个定位销（36）和两个紧固螺栓（39）。

7、根据权利要求1的加料机，其特征在于，每个上述的导向机构（18）的直杆（28）含有一个耳环（41）。

8、根据权利要求6和7中任一项的加料机，其特征在于，上述的外轴（10）在导向机构（18）的每个杆（28）的下支脚（32）之上方带有一个向上张开成喇叭状的导壁（40），以便在使导向机构（18）定位在外轴（10）上的过程中导引杆（28）的带有定位销（36）的端部，并使定位销（36）与支脚（32）中的孔相接合。

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