CN85104083A - 导管中开口销组件的替换 - Google Patents

Abstract

利用水池下的机器人工作站以新的开口销组件替换选定的核反应堆下导管的旧的开口销组件。许多遥控的机器人工具用于使导管为替换操作而精确地定位，破碎旧开口销组件，在水下处理碎片，并安装一个新开口销组件。下导管定位装置有一个遥控的液压缸，用于使导管取向，以便随后用不同的工具处理，也使得每个导管中的两个开口销组件可以用同一套工具来替换。

Description

本发明一般与核反应堆有关，特别与核反应堆导管的修理有关。导管是核反应堆上部内部零件的一部分。导管安装在反应堆堆芯的燃料组件的上方，它用来引导组件的控制棒束，当控制棒束相对于堆芯向上或向下移动时，控制棒就起动。每一个导管都放置在反应堆上部芯板的旁边，横向地附着于芯板上。一般说来，悬挂着一对分叉的销，或者叫开口销，与导管的下端空隔180°。每个开口销用螺帽固定在导管法兰盘的扩孔上。开口销的分叉或叶片有弹性地连接固定导管的反应堆上部芯板的相应洞孔的壁，当控制棒束向上或向下移动时，导管就容纳控制棒束。反应堆的流体冷却剂浸泡着开口销，它对开口销材料是腐蚀性的。我们发现，由于当前在一些反应堆中常用的老式开口销发生应力腐蚀破裂，向下固定开口销的螺帽可能产生有害的松动。在冷却剂的作用下，松动的螺帽可能从反应堆上部的内部零件转移到核反应堆发电厂的管道和蒸汽发电机中，并可能损坏相关的管道或发电机。在反应堆的运转中，发现一个旧螺帽转移到蒸汽发电机的通道头之内后，就需要修理蒸汽发电机。

开口销产生裂缝会导致发生故障，裂缝能够用超声波检验测出来。在对美国威斯康星州比奇角（Point    Beech）的反应堆进行超声检验时，发现约90%的开口销上存在裂缝。基于这一重要的发现，似乎查找开口销的裂缝不仅要求对有关的导管采取检修，而且也要求对所有导管采取检修，一个反应堆中的导管一般为60或61根。如果在蒸汽发电机的通道头或反应堆发电厂的其它部件中发现一个螺帽，那么对反应堆的所有导管都应采取检修。可以预料也有一些反应堆，用超声检验以外的其它方法发现一个螺帽转移到通道头中，以致开口销可能失效。对于这样推测的反应堆，所有的导管都应采取检修。

与先前技术的叙述相一致的是，有过这样的做法，如1982年7月和8月中已经完成的，即全部替换导管组件。这一做法的缺点是，替换的费用很高，时间很长，特别是考虑到导管是用不锈钢制成的，开口销是用铬镍铁耐热合金制成的，因此制造一根导管所花的费用很高，所需的时间很长。一根导管的费用可能高达8万美元，而一整个组件的制造时间可能是一年。一个更重要的缺点是，导管组件体积很庞大，放射性很高，处理这样的物件会产生严重的问题。

先前技术的另一做法是日本于1978年下半年发展和使用的，后来法国在1979年初也使用了，那是在“热”室环境中只替换开口销。这一做法在1982年下半年和1983年初在法国得到进一步的发展。在这一做法中，旧开口销被焊接到旧螺帽上。“热”室方法的优点是，在“热”室中新的开口销能被焊接到新螺母上。该法的缺点是，它会使工作人员遭受长时间的高辐射曝光，而且劳动强度很大，费用很高。辐射水准可能高达1000雷姆（＝人体伦琴当量）/小时。已被采用的一种合适措施是在替换开口销之前对整个导管清除污染，但这种措施费用很大，而且清除污染之后仍然留下相当高的残余辐射。

本发明的目的是克服先前技术中的缺点，提供设备和一种方法，以排除核反应堆导管开口销的故障或潜在故障。

从广义上说本发明包括一套用新开口销组件替换选定的核反应堆导管的旧开口销组件的设备，所提到的导管和开口销组件是高度放射性的，所提到的设备包括一个在水池下面的工作站，工作站包括：（a）遥控的定位装置，用于将一个需要替换上面的旧开口销组件的待处理导管转动定位;（b）遥控的拆除装置，用于将旧开口销组件从上述已定位导管上拆下来;（c）遥控的安装装置，用于将新开口销组件安装在上述已定位导管上;运输装置，用于从上述反应堆上咬住和拆除导管，把拆下的导管运输到上述工作站中的定位装置;还有可在上述水池外操作并连接运输装置的装置，以及在水池外也可操作连接所述的定位装置、拆除装置和安装装置的装置，它们起动定位装置使它对运来的待处理导管定位，而后起动拆除装置从运来的导管上拆除旧的开口销组件，而后起动安装装在导管上安装一个新的开口销组件。

旧的产生应力腐蚀破裂的开口销及其旧螺母都替换成未产生应力腐蚀破裂的新开口销和向下紧固的新螺母，替换工作是在水池下的机器人工作站中进行的，水池中的水一般是用硼酸盐处理过的。水池保护工作人员免受放射性危害。在本申请中，每一个开口销和紧固它的螺钉有时候被称作“开口销组件”，旧的被替换的开口销和旧螺母被称作“旧开口销组件”，而新的开口销和螺母被称作“新开口销组件”。机器人工作站包括许多机器人工具，它们由水池外的机器人控制中心远距离起动。用新开口销组件替换旧开口销组件的工作，完全由这些机器人工具在水池下进行。

导管由上下两部分构成，上部有时被称作热套筒或上导管，下部被称作下导管（LGT）。在本发明的方法中在旧开口销组件的替换中所处理的正是下导管。

在旧开口销组件中，螺母和开口销用暗销紧固在一起，并焊接在开口销和螺母上。在硼酸盐处理过的水中焊接，产生严重的问题。避免这些问题的方法是利用锁定帽盖将开口销和螺母紧固在一起。锁定帽盖从螺母处延伸出去，其边缘卷入开口销的槽沟中。

明确地说，完成全部替换操作的工具包括一种定位工具，它被称作夹持-转位工具。这种工具将待处理的下导管精确地定位，包括用于下导管转动或转位的装置，使得可以用一套工具处理两个开口销，并使得在每一组连续操作的起始，利用连续程序中合适的工具来适宜地将下导管定位，等待处理。此外，在工作站中有旧开口销组件拆除工具、拾放工具、擦帚工具、开口销插入/旋扭工具、卷边机和新螺母给料器。旧开口销组件拆除工具利用金属破碎加工来破碎旧组件，称为MDM。通常，第一堆碎片包括旧螺母和旧开口销上螺母紧固的那部分，第二堆碎片为旧开口销的残余部分。第一堆碎片在此处称为螺母碎片。拾放工具移去螺母碎片，从给料器移动新螺母，把每个准备拧到相应的新开口销上去的新螺母定位，擦扫工具清扫导管上破碎和移去开口销组件的部位，开口销插入/旋扭工具将新开口销插入导管，将螺母旋扭上去。卷边机将锁定帽盖卷边到新开口销中。

从下面一个实施例的具体描述，结合附图，可以更详细地理解本发明，此处：

图1是一个新开口销组件的纵向剖面图，它在本发明中替换了一个旧开口销组件。

图2，是图1中新组件在Ⅱ-Ⅱ方向的放大平面图。

图3是一辐透视图，一般的示意图，表示用于转移上导管部分和待处理下导管的设备。

图4表示替换操作期间上、下导管的不同转移路径。

图5是一辐局部示意图，表明核反应堆上部内部零件包括导管的部分。

图6、7、8、9是与图5相似的局部示意图，表明把导管部件拆卸成下导管和上导管以备转移的连续步骤。

图10是一辐局部示意图，表明在修理站安装上导管。

图11是一辐示意图，表明替换旧开口销组件的机器人工作站。

图1和图2中表示的新开口销组件100，包括一个开口销127（b）和一个新螺母128。开口销包括一个轴杆153，轴杆具有中间螺纹部分155。从车螺纹部分155的顶部延伸出一个无螺纹杆157。杆157具有相对的两个槽158。从轴杆底部延伸出一个法兰盘159。轴杆末端接在法兰盘的抛物形压边条161上。从法兰盘159上延伸出叉齿或叶片164。新螺母128有一个中央螺纹部分，该部分拧到开口销上。螺纹部分一端接在套筒160中，另一端接在裙形板161中。螺母在套筒160的下面有一个键槽162。锁定帽盖167紧固在套筒160的直径相对的孔中，并紧固于杆157中的一对相对的槽158中。锁定帽盖紧固得很紧，因此排除了在反应堆中存在的条件下螺母和开口销的相对转动。组件100紧固于下导管177的下法兰盘175的上下堆口孔171和173中（图3，图5）。叉齿164有弹性地连接反应堆上部芯板181中洞孔179的壁。

如图3所示，反应堆183位于核反应堆工厂的由外壁186包围的空室185的底层坑187中。反应堆183的头（未表示）已移去。空室187包含一个硼酸盐处理水的水池189。天车191可沿着外壁186的承梁194上面的轨道193移动。天车191包括相对的柱架195，其底部有轮子197，它们停放在轨道193上。两介柱架195支撑起天车桥梁199。桥梁199承载天车架201，天车架可沿轨道滑行，或在桥梁199上沿垂直于轨道193的方向移动。天车装有沿轨道193和203移动的传动装置（图中未表明），也装有工作人员控制天车用的平台（图中未表明）。

在反应堆183的头（图中未表明）被移去后，其上部内部零件205由外壁186的竿式起重机（图中未表明）移至空室187的存放场地如图3所示，在该场地上可适当地处理内部零件。竿式起重机也用来将一个带工作平台211的门架209安装到外壁186的操作承梁194上。门架209保持在承梁194的固定位置上。门架209有一个由柱架214支撑的横梁212。工作平台211由柱架213从横梁212悬挂下来。U形托架216安装在横梁212上，可横向地沿横梁移动。每个U形托架216在U形的腹板220的中部载带一个升降机218。升降机218和U形托架216由传动机构（图中未表明）传动，传动机构由工作平台211上的工作人员控制。

每根导管除了下导管177以外还包括一个热套筒或上导管217。下导管除了下法兰盘175以外，还包括一个上法兰盘219（图5）。图5和其它类似的视图示出了下法兰盘175中的旧开口销组件218。上导管217也有一个下法兰盘220。上导管和下导管217和177由螺栓221同轴地连接，螺栓通过法兰盘219和220上的清洁孔，拧到上支撑板223中。

在本发明的实施中，上导管217与下导管177分离，两者都分别移到存放场地224和226上或者移到处理站231和245，如图4中箭头所示。

在上部内部零件205浸入水池189下的存放场地后，用长把工具225（图6）把螺栓或帽盖螺杆221拧下，露出法兰盘219和220中的螺孔。将导向双头螺栓227（图7）插入法兰盘219和220的对角线螺孔中，并拧入上支撑板223中。而后用升降机218提起上导管217，把它转移到运行起重机191的钩子229上，起重机已移到上部内部零件205附近的一个可以有效地转移上导管的地方。运行起重机191把上导管217转移到存放场地230或上导管工作站231（图10），在那里如果需要的话可以修理上导管。工作站231包括一个紧固上导管用的夹具233（图10），和一个进行修理时用的卡具235。不需要修理时，上导管217就被放置在存放场地230上。现在将一个夹紧箍237（图8）紧固到下导管的法兰盘219上。夹紧箍237包括一个直角板239。直角板上安装了一个通常为C型截面的提升卡具241。法兰盘219有螺孔，螺栓243拧入这些孔中，将夹紧箍紧固到法兰盘219上。钩子229钩住夹紧箍237，运行起重机191将下导管提起，行驶到下导管机器人工作站245（图11）或存放场地246（图4）。

工作站245包括一个坚固的基座247，它悬挂在管子的框架249上，管子是由水池189上方的平台上伸出来的。坚固基座支撑一个夹持-转位工具251、一台金属破碎机（MDM）253、一个拾放工具255、一个擦扫工具257、一个开口销插入/旋扭工具259、一个卷边机261，和一个新螺母128的给料器263。金属破碎机253和擦扫工具257安装在棒束板265和267上，拾放工具255、开口销插入/旋扭工具259、卷边机261和给料器263都安装在棒束板上。棒束板用燕尾接合（图中未表明）悬挂在坚固基座247上。夹持-转位工具251直接悬挂在坚固基座的燕尾接合（图中未表明）上。这些工具由水池189外部的机器人控制中心271通过液压方法远距离操作。软管273和导线275从这些工具延伸到机器人控制中心。金属破碎机可以在轨道277上从工作站245移动到水池外边的平台279，以便可以更换它的电极281。

当下导管177运送到工作站245时，它被放置在夹持-转位工具251上以待处理。下导管177的上法兰盘219由夹持-转位工具251悬挂在一个上平面上，下法兰盘175被定位，因此利用其它工具的操作就能够替换旧开口销组件218。夹持-转位工具251悬挂在面上有销钉（图中未表明），它们插入上法兰盘219的对角线螺孔，以悬挂下导管。夹持-转位工具有一个液压柱283供下导管的转动或转位用，一般可转180°，以便下导管合适地定位，等待其它工具进行处理，也以便两个开口销组件218可以由单独一组机器人工具来替换。还有一根提升柱，用来使下导管从销钉上升高，以便能够转动。提升柱连接到夹紧箍237上。在下导管定位于夹持-转位工具上后，升降机200脱开并移走。

金属破碎机253把旧开口销组件218破碎为容易移动的碎片。利用拾放工具和夹持-转位工具上的螺旋式压榨机，分别把绝大部分的螺母和开口销碎片除去。用擦扫工具257清扫孔眼171和173（图1）。而后用拾放工具255将新螺母128定位于上孔171内，用开口销插入/旋扭工具259将新开口销127b，与其穿过下孔173伸出的螺纹部分155定位，以使螺纹部分的上端与新螺母128的下端螺孔相旋合。然后用开口销插入-扭转工具159将新螺母旋到新开口销上。在拧螺旋时螺母保持向下，因此开口销127b引入下孔173。在新开口销组件100的安装完成以后，下导管可以移到存放场地246，以备下一步安装到上部内部零件中去，或者也可以直接安装。

全部操作，包括上导管217与下导管177的分离，上导管和下导管的来回运输，以及两个导管的重新安装，都在水下完成，工作人员不会受到放射性的照射。

在机器人工作站245中安装各种工具，以及在准备开口销组件替换操作用的工具的其它活动中，目前花费约两周的时间。一旦工具准备妥当，可以在约两小时内替换下导管177中的一个旧开口销组件。在一个反应堆中约有61根导管;这些下导管能在约一星期内替换下来。拆卸工作站大约花一个星期时间。一个反应堆全套替换操作时间，以停下来到修理完重新工作，总共需要约四个星期。按照先前技术替换全套新导管组件需要42天。这并不包括制造组件的时间，制造时间有可能长达一年。旧的放射性导管的处理提出一个问题，此问题尚未在美国解决。日本和法国的处理也花费时间很长。

虽然本发明的主要内容和方法如此处所述，但由此还可以作许多更改。本发明不受限制，除非是先前技术的精神实质所必需的。

Claims (6)

1、用新的开口销组件替换核反应堆导管的选定的旧开口销组件用的设备，特征在于：所述的导管和开口销组件是高度放射性的，所述的设备包括一个水池下的工作站，所述的工作站包括：

(a)遥控的定位装置，用于将一个需要替换上面的旧开口销组件的导管转动定位，

(b)遥控的拆除装置，用于将旧开口销组件从所述定位导管上拆下来，(c)遥控的安装装置，用于将新开口销组件安装在所述定位导管上；

运输装置，用于从所述反应堆上咬住和拆除导管，并用于将拆下的导管运输到所述工作站中的定位装置上。

可在所述水池外操作并连接所述运输装置并使其起动的装置，以及也在上述水池外操作并连接定位装置、拆除装置和安装装置的装置，它们起动定位装置使它对运来的待处理导管定位，而后起动拆除装置从运来的导管上拆除旧开口销组件，而后起动安装装置在导管上安装一个新开口销组件。

2、按权项1中用新开口销组件替换每个旧开口销组件的设备，其特征在于：新开口销组件包括一个新开口销和一个新螺母;螺母有一个锁定帽盖，帽盖的边缘翻卷到上述开口销上，在此处，定位装置、拆除装置和安装装置包括导管定位工具机;将旧开口销组件分解为易拆除碎片的工具机;除去碎片的工具机;清扫导管上除去碎片部分的工具机;盛新螺母的给料器;将新螺母从所述给料器中移出并定位于上述被定位导管上新开口销紧固位置的拾放工具机;销钉插入/旋扭工具机，用来将新开口销定位于导管上由上述定位新螺母紧固的位置，并用于将上述定位新螺母紧固到上述定位的新开口销上;以及卷边工具机，用于将上述锁定帽盖的边缘翻卷到上述已定位的新开口销上。

3、一种用新的开口销组件替换选定的核反应堆导管上的旧开口销组件的方法，其特征是：每一个新开口销组件包括一个新螺母和一个新开口销，所述螺母有一个锁定帽盖，螺母紧固到所述开口销上，锁定帽盖的边缘翻卷到所述开口销上，所述导管和所述旧开口销组件是高度放射性的，实施所述方法的设备包括用于处理导管以新开口销组件替换旧开口销组件的水池下工作站，和将所述导管连接和运输到所述工作站的运输装置，所述方法包括通过水池外操作使运输装置将待处理导管运输到所述工作站，所述运输的导管通过水池外操作的处理包括下列步骤：

（a）将所述被运输的导管精确地定位，以便用新开口销组件替换旧开口销组件，

（b）将所述已定位导管的旧开口销组件分解为易于移动的碎片，

（c）移去和处理所述碎片，

（d）清扫所述已定位导管上移去旧开口销的区域，

（e）将新螺母插入所述已定位导管上连接和紧固新开口销的位置，

（f）将新开口销插入所述已定位导管上将由所述插入的螺母紧固的位置，

（g）将所述已定位新螺母紧固到所述已定位新开口销上，

（h）将锁定帽盖的边缘翻卷到所述开口销上。

4、按权项3所述用于替换导管上两个旧开口销组件的方法，其特征是：第二个旧开口销组件与导管上第一个旧开口销组件之间偏移一个预定的角度，该方法包括：

（j）将运输来的导管精确地定位，以便用新开口销组件替换所述第一个开口销组件，

（k）完成权项3中的步骤（b）至（h），用一个新开口销组件替换所述第一个旧开口销组件，

（l）当上述导管保持定位时，转动所述导管经过一个预定的角度，以使所述第二个旧开口销组件定位，以便用另一个新开口销组件来替换它，

（m）在转动后的位置对上述导管完成步骤（b）至（h），用另一个新开口销组件来替换所述旧开口销组件。

5、按权项1中用于以新开口销组件替换核反应堆导管的旧开口销组件的设备，其特征在于：所述导管有两个旧开口销组件，第二个旧开口销组件与第一个旧开口销组件之间偏移一个预定的角度，此处定位工具包括用于将已定位的导管转动一个预定角度的遥控工具，以便在上述第一个开口销组件被新开口销组件替换之后，所述第二个开口销组件可以用另一个新开口销组件替换，所用的拆除方法和安装方法与以一个新开口销组件替换第一个开口销组件的方法相同。

6、按权项2中所述用新开口销组件替换导管的旧开口销组件的设备，其特征是：该导管有两个开口销组件，第二个开口销组件与第一个开口销组件之间偏移一个预定的角度，此处导管定位装置包括可以在水池外部驱动的装置，用于使上述导管转动一个所述的角度。

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