CN112792404A - 核电站堆芯围板切割装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核电站堆芯围板切割装置，其包括：支撑底座，可固定在围板内表面上，支撑底座上设有圆形轨道；旋转平台，设置在支撑底座上并沿着圆形轨道围绕支撑底座360°旋转，旋转平台设有液压伸缩缸；以及切割组件，安装在液压伸缩缸上并可随着液压伸缩缸的伸缩进给或归位。相对于现有技术，本发明核电站堆芯围板切割装置体积小、重量轻，可由环吊吊入压力容器后自行固定在堆芯围板内侧，伸展固定后即可在反应堆厂房内现场操作，切割堆芯围板，可实现围辐板组件的高效、经济、完整拆除。

Description

核电站堆芯围板切割装置

技术领域

本发明属于核电技术领域，更具体地说，本发明涉及一种核电站堆芯围板切割装置。

背景技术

围辐板组件是核电站反应堆堆内构件的重要组成部分，布置在堆芯燃料组件的外侧，使用多边形的围板将堆芯围住，在围板外侧的轴向位置上设有8层同吊篮筒体相连接的幅板。辐板为环形，外侧与吊篮筒壁连接，多边形内侧同围板相配合固定，围辐板组件借助螺栓形成一个刚性的整体，从堆芯下板一直延伸到燃料组件上管座以上，形成堆芯的封闭边界。

现有核电站中，围板组件卡在辐板的内侧，包裹着反应堆堆芯，结构复杂；围板表面垂直且光滑，拆除机器难以固定；因长时间(40-60年)的辐照活化与核素沉积，围板组件本身带有高强度辐射，人员无法靠近。因此，反应堆堆内构件中围辐板组件的拆除工作一直是核电站退役工程面临的难题。

目前，国内尚无核电站退役案例，缺乏堆芯围板的拆除技术。国外压水堆核电站退役技术路线繁杂，也缺乏已固化的成熟经验。国外一种可行的现有技术是：利用机械臂搭载大型切割工具(如火焰割炬)，将切割工具从反应堆水池送往压力容器内部，借助机械臂的垂直水平运动将堆内构件中的吊篮筒体连同围辐板组件整体切割。

但是，现有的堆芯围板拆除技术至少存在以下缺点：

现有压水堆核电站的反应堆水池普遍深10米，难以架设机械臂：如果机械臂安装在池底，操作人员要等到压力容器开盖后才能安装，会受到高剂量照射；如果安装在水池顶部，为承受工具自重和移动部件的重量并保持切割工具工作的稳定性，需使用大型机械臂，增加机械臂安装工期与成本，也给大设备引入提出挑战。

为了避免机械振动损坏刀具，机械臂通常只能配备非机械切割设备，如等离子割炬和火焰割炬，这些工具在水下切割时效率低，在空气中割切则会产生含放射物质的气溶胶污染空气。

切割工具的移动受机械臂控制，操作延迟大、定位不准。难以控制切割深度，即无法控制单独切割堆芯围板，有可能会切割过度连同辐板和吊篮筒体一并切下，产生的废物形状难以预料；此外，完成切割后机械臂本体受污染，拆除麻烦。

有鉴于此，确有必要提供一种可高效、经济、完整拆除围辐板组件的核电站堆芯围板切割装置。

发明内容

本发明的目的在于：克服现有技术的缺陷，提供一种可高效、经济、完整拆除围辐板组件的核电站堆芯围板切割装置。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种核电站堆芯围板切割装置，其包括：

支撑底座，可固定在围板内表面上，支撑底座上设有圆形轨道；

旋转平台，设置在支撑底座上并沿着圆形轨道围绕支撑底座360°旋转，旋转平台设有液压伸缩缸；以及

切割组件，安装在液压伸缩缸上并可随着液压伸缩缸的伸缩进给或归位。

作为本发明核电站堆芯围板切割装置的一种改进，所述支撑底座包括两纵两横钢梁骨架，每条钢梁骨架的两端分别安装一个液压支腿，液压支腿可在液压泵的驱使下自由伸缩，将支撑底座固定在围板内表面。

作为本发明核电站堆芯围板切割装置的一种改进，所述液压支腿的末端设有可抵住两块相互垂直围板的L型垂直支脚。

作为本发明核电站堆芯围板切割装置的一种改进，所述支撑底座的外围使用八根钢梁拼接成八边形框架，将四根钢梁骨架连接成一体。

作为本发明核电站堆芯围板切割装置的一种改进，所述钢梁骨架和八边形框架通过多个辐射状布置的水平连接板固定。

作为本发明核电站堆芯围板切割装置的一种改进，所述水平连接板上焊接有弧形护板，用于固定圆形轨道。

作为本发明核电站堆芯围板切割装置的一种改进，所述四根钢梁骨架的交接处焊接有固定环，固定环上下打孔。

作为本发明核电站堆芯围板切割装置的一种改进，所述旋转平台包括主体、固定在主体上方的液压进给模块和切割组件滑轨，以及安装在主体下方的移动模块。

作为本发明核电站堆芯围板切割装置的一种改进，所述液压进给模块包括液压动力单元、液压伸缩缸、布置在液压伸缩缸两侧的液压伸缩缸导向轨道，以及切割组件滑轨。

作为本发明核电站堆芯围板切割装置的一种改进，所述液压动力单元可拆卸安装于所述旋转平台上。

作为本发明核电站堆芯围板切割装置的一种改进，所述移动模块包括主动轮、定位轮和从动轮，主动轮在液压马达的驱动下带动旋转平台沿圆形轨道旋转，定位轮配置行进编码定位系统并通过读取支撑底座上圆形轨道的位置编码器确定旋转平台的方位。

作为本发明核电站堆芯围板切割装置的一种改进，所述主动轮、从动轮和定位轮两侧延长，卡在所述支撑底座的圆形轨道上。

作为本发明核电站堆芯围板切割装置的一种改进，所述切割组件滑轨为两个内侧加工出凹槽轨道的钢条，切割组件的底部两侧设有突出的滑轨凸块，凹槽与切割组件的滑轨凸块配合，确定切割组件的进给路线。

作为本发明核电站堆芯围板切割装置的一种改进，所述切割组件包括设有底座的支撑件和安装于支撑件端部的圆锯，支撑件的底座焊接在所述液压伸缩缸上并随着液压伸缩缸伸缩带动圆锯进给或归位。

相对于现有技术，本发明核电站堆芯围板切割装置体积小、重量轻，可由环吊吊入压力容器后自行固定在堆芯围板内侧，伸展固定后即可在反应堆厂房内现场操作，切割堆芯围板，可实现围辐板组件的高效、经济、完整拆除。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式，对本发明核电站堆芯围板切割装置及其技术效果进行详细说明，其中：

图1为本发明核电站堆芯围板切割装置的分解示意图。

图2为本发明核电站堆芯围板切割装置的组装示意图。

图3为本发明核电站堆芯围板切割装置的支撑底座的结构示意图。

图4为本发明核电站堆芯围板切割装置的八个液压支腿的指定位置的示意图。

图5为本发明核电站堆芯围板切割装置的旋转平台的结构示意图。

图6为本发明核电站堆芯围板切割装置的旋转平台的主动轮与支撑底座的圆形轨道配合的示意图。

图7为本发明核电站堆芯围板切割装置的切割组件的结构示意图。

图中，

10--支撑底座；100--钢梁骨架；102--液压支腿；104--L型垂直支脚；106--钢梁；108--固定环；110--水平连接板；112--圆形轨道；

20--旋转平台；200--主体；202--导向固定件；204--液压动力单元；206--液压伸缩缸；208--伸缩缸导向轨道；210--切割组件滑轨；212--移动模块；

30--切割组件；300--底座；302--滑轨凸块；304--支撑件；306--圆锯。

具体实施方式

为了使本发明的发明目的、技术方案及其技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。

请参照图1至2所示，本发明提供了一种核电站堆芯围板切割装置，其包括：

支撑底座10，可固定在围板内表面上，支撑底座10上设有圆形轨道112；

旋转平台20，设置在支撑底座10上并可沿着圆形轨道112围绕支撑底座10作360°旋转，旋转平台20设有液压伸缩缸206；以及

切割组件30，安装在液压伸缩缸206上并可随着液压伸缩缸206的伸缩进给或归位。

请特别参照图3所示，支撑底座10包括两纵两横、粗细相同且相互垂直的钢梁骨架100，每条钢梁骨架100的两端分别安装一个液压支腿102，液压支腿102的末端设有可抵住两块相互垂直围板的L型垂直支脚104。液压支腿102可在液压泵的驱使下自由伸缩，支撑底座10就位时，液压支腿102不断伸长，直至液压支腿102的L型垂直支脚104抵住两块相互垂直的围板，将支撑底座10固定在围板内表面上。每条钢梁骨架100上两个液压支腿102的作用力同一条直线的两个方向，避免在钢梁骨架100上产生力矩导致材料变形。

在图示实施方式中，支撑底座10的四根钢梁骨架100对称放置，间距相同，保证每根钢梁骨架100上受力相同。L型垂直支脚104包括相互垂直的两个钢板，可确保每个L型垂直支脚104同时挤压两块围板获得摩擦力，分散每块围板上的压力，避免压力集中在一块围板上引起的变形，保证固定牢靠。此外，L型垂直支脚104延长后会顺着围板表面自然卡在两块围板的交界角落，便于定位。

为了防止钢梁骨架100变形导致液压支腿102定位不准，支撑底座10的外围使用八根钢梁106拼接成八边形框架，将四根钢梁骨架100连接成一体。在四根钢梁骨架100相互交错的应力集中部位，焊接有均匀分散应力的固定环108，固定环108上下打孔，以减轻自重。钢梁骨架100和八边形框架通过16块辐射状布置的水平连接板110固定，支撑底座10通过辐射状的水平连接板110维持框架和钢梁骨架100保持在同一平面，防止框架扭曲变形。水平连接板110上焊接有弧形护板，用于固定环形轨道112。

请一并参照图4所示，支撑底座10的每个L型垂直支脚104固定在4块最长围板(设为第1块围板)顺时针和逆时针方向数第3、4块围板的垂直交界处(四块最长围板位于0°、90°、180°、270°方位，任选其中一块围板顺/逆时针数到的第三、第四块围板交界处即为L型垂直支脚104固定位置)。因此，可通过这八个交界点确定支撑底座10的四根钢梁骨架100的方位。

请参照图5所示，旋转平台20上接切割组件30下连支撑底座10，承担切割工具的转向定位与进给功能。旋转平台20包括不规则的钢板材料的主体200，钢板主体200上部固定有液压进给模块和切割组件滑轨210，钢板主体200下方安装有移动模块212。

液压进给模块包括液压动力单元204、液压伸缩缸206、布置在液压伸缩缸206两侧的液压伸缩缸导向轨道208，以及切割组件滑轨210。液压动力单元204主要包括液压泵，为液压伸缩缸206提供伸长与复位的液压。在图示实施方式中，液压动力单元204为可拆卸式装置，如果为水下切割，可将液压单元放置在反应堆水池边，通过延长的液压管向液压伸缩缸206提供动力。如果选择空气中拆除，直接将液压动力单元204放置在旋转平台20上驱动切割装置工作。图5所示液压伸缩缸206与现已广泛存在的液压伸缩缸的结构、原理上一致，但焊接了两个导向固定件202，保证液压伸缩缸206行程笔直。

根据本发明的一个实施方式，液压伸缩缸206与切割组件30的底座300焊接在一起，直接控制圆锯306在工作过程的进给。伸缩缸导向轨道208布置在液压伸缩缸206两侧，与导向固定件202配合约束液压伸缩缸206的运动方向，防止液压伸缩缸206运动歪斜导致变形。

移动模块212包括主动轮、从动轮和定位轮(未标注)，定位轮配置行进编码定位系统，通过读取支撑底座10上圆形轨道112的位置编码器确定旋转平台20的方位。定位轮和从动轮不具备主动行进能力，而是在主动轮的带动下沿着圆形轨道112行驶；主动轮在液压马达的驱动下带动旋转平台20沿圆形轨道112旋转。请一并参照图6所示，主动轮、从动轮和定位轮两侧延长，能卡在支撑底座10的圆形轨道112上防止脱轨。切割组件滑轨210是两个内侧加工出凹槽轨道的钢条，凹槽与切割组件30中底座300两侧突出的滑轨凸块302吻合，保证进给行程是条直线，且有利于维持切割轨迹水平，固定切割组件30的进给路线。

请参照图7所示，切割组件30负责围板的实际切割拆除工作，其包括设有底座300的支撑件304和安装于支撑件304端部的圆锯306。圆锯306由电力驱动，电机将电能转化为机械能带动旋转轴高速旋转，再通过齿轮箱的调整输出转速，带动圆锯306切割围板。图7所示的圆锯306与现已广泛存在的圆锯在方法、原理上一致。

支撑件304为密闭防水钢制外壳，在支撑固定圆锯306的同时保护内部布置的圆锯电路在水下切割时不短路。支撑件304设有底座300，底座300下方设有与切割组件滑轨210配合的滑轨凸块302，底座300与旋转平台20的液压伸缩缸206焊接在一起，随液压伸缩缸206的伸缩带动圆锯306进给或归位。为了减少圆锯306进给的反作用力矩，图示实施方式中将圆锯306安装在支撑件304的水平梁下表面。

以下结合附图详细描述本发明核电站堆芯围板切割装置的操作原理：

组装切割装置，接通电源与液压源后进行测试，无问题后连接环吊；

环吊将切割装置吊入到反应堆水池底部的压力容器内，下放到目标位置(如第二层围板-辐板连接螺栓处)后打开液压支腿102；

8个液压支腿102伸出并抵住16个围板(每个液压支腿102的L型垂直支脚104有两个垂直接触面)，达到预定压力后将切割装置固定在围板上；

圆锯306通电开始旋转，达到设定转速后在液压动力单元204的驱动下向前进给，达到预定切割深度后，旋转平台20开始缓慢旋转，扩大切割范围；

完成一层围板的切割后，旋转平台20停转，液压动力单元204带动圆锯306归位，圆锯306断电；

再次连接切割装置与环吊，收起液压支腿102后将切割装置吊出反应堆水池。

结合以上对本发明实施方式的详细描述可以看出，相对于现有技术，本发明核电站堆芯围板切割装置体积小、重量轻，可由环吊吊入压力容器后自行固定在堆芯围板内侧，伸展固定后即可在反应堆厂房内现场操作，切割堆芯围板，可实现围辐板组件的高效、经济、完整拆除。

根据上述原理，本发明还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。

Claims (14)

1.一种核电站堆芯围板切割装置，其特征在于，包括：

支撑底座，可固定在围板内表面上，支撑底座上设有圆形轨道；

旋转平台，设置在支撑底座上并沿着圆形轨道围绕支撑底座360°旋转，旋转平台设有液压伸缩缸；以及

切割组件，安装在液压伸缩缸上并可随着液压伸缩缸的伸缩进给或归位。

2.根据权利要求1所述的核电站堆芯围板切割装置，其特征在于，所述支撑底座包括两纵两横钢梁骨架，每条钢梁骨架的两端分别安装一个液压支腿，液压支腿可在液压泵的驱使下自由伸缩，将支撑底座固定在围板内表面。

3.根据权利要求2所述的核电站堆芯围板切割装置，其特征在于，所述液压支腿的末端设有可抵住两块相互垂直围板的L型垂直支脚。

4.根据权利要求2所述的核电站堆芯围板切割装置，其特征在于，所述支撑底座的外围使用八根钢梁拼接成八边形框架，将四根钢梁骨架连接成一体。

5.根据权利要求4所述的核电站堆芯围板切割装置，其特征在于，所述钢梁骨架和八边形框架通过多个辐射状布置的水平连接板固定。

6.根据权利要求5所述的核电站堆芯围板切割装置，其特征在于，所述水平连接板上焊接有弧形护板，用于固定圆形轨道。

7.根据权利要求2所述的核电站堆芯围板切割装置，其特征在于，所述四根钢梁骨架的交接处焊接有固定环，固定环上下打孔。

8.根据权利要求1所述的核电站堆芯围板切割装置，其特征在于，所述旋转平台包括主体、固定在主体上方的液压进给模块和切割组件滑轨，以及安装在主体下方的移动模块。

9.根据权利要求8所述的核电站堆芯围板切割装置，其特征在于，所述液压进给模块包括液压动力单元、液压伸缩缸、布置在液压伸缩缸两侧的液压伸缩缸导向轨道，以及切割组件滑轨。

10.根据权利要求9所述的核电站堆芯围板切割装置，其特征在于，所述液压动力单元可拆卸安装于所述旋转平台上。

11.根据权利要求9所述的核电站堆芯围板切割装置，其特征在于，所述移动模块包括主动轮、定位轮和从动轮，主动轮在液压马达的驱动下带动旋转平台沿圆形轨道旋转，定位轮配置行进编码定位系统并通过读取支撑底座上圆形轨道的位置编码器确定旋转平台的方位。

12.根据权利要求11所述的核电站堆芯围板切割装置，其特征在于，所述主动轮、从动轮和定位轮两侧延长，卡在所述支撑底座的圆形轨道上。

13.根据权利要求9所述的核电站堆芯围板切割装置，其特征在于，所述切割组件滑轨为两个内侧加工出凹槽轨道的钢条，切割组件的底部两侧设有突出的滑轨凸块，凹槽与切割组件的滑轨凸块配合，确定切割组件的进给路线。

14.根据权利要求1所述的核电站堆芯围板切割装置，其特征在于，所述切割组件包括设有底座的支撑件和安装于支撑件端部的圆锯，支撑件的底座焊接在所述液压伸缩缸上并随着液压伸缩缸伸缩带动圆锯进给或归位。

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