本發(fā)明屬于核反應(yīng)堆的換料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種反應(yīng)堆堆內(nèi)換料系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

反應(yīng)堆堆芯具有一定的設(shè)計(jì)壽命，隨著堆芯不斷進(jìn)行核反應(yīng)，裂變核材料相應(yīng)減少，為維持繼續(xù)運(yùn)行，必須進(jìn)行換料操作，堆內(nèi)換料系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)堆內(nèi)新燃料組件裝入堆芯、乏燃料組件卸出和組件運(yùn)輸。

目前國際上主要開發(fā)的快中子反應(yīng)堆有三種，即鉛冷快堆、鈉冷快堆、氣冷快堆，這三種快堆都屬于第四代核能系統(tǒng)六種主要參考堆型中的選項(xiàng)。在反應(yīng)堆中，堆內(nèi)換料機(jī)構(gòu)采用全自動(dòng)換料，堆內(nèi)需要有足夠的換料空間。另外，堆內(nèi)換料系統(tǒng)需要在反應(yīng)堆容器完全密封、且高溫、密封、腐蝕冷卻劑環(huán)境中，從堆芯上方完成堆芯組件的裝卸操作，因此在堆芯組件的裝卸過程中，需使用特殊的換料和提升裝置，既能將新燃料組件裝入堆芯，又能將堆芯中的乏燃料組件卸出，保證運(yùn)輸過程中燃料組件的安全以及抓手的穩(wěn)定可靠，并有利于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作。同時(shí)，在安全、可靠裝卸組件時(shí)，要保證反應(yīng)堆容器的密封性，隔離反應(yīng)堆內(nèi)外的氣體，屏蔽放射性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換料，操作方便，適合高溫腐蝕密封環(huán)境運(yùn)行的反應(yīng)堆堆內(nèi)換料系統(tǒng)。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種反應(yīng)堆堆內(nèi)換料系統(tǒng)，反應(yīng)堆包括反應(yīng)堆容器和安裝在反應(yīng)堆容器上的堆頂蓋，系統(tǒng)包括大旋塞、小旋塞、中心測(cè)量柱、換料機(jī)和提升機(jī)；

所述大旋塞轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在堆頂蓋上，所述小旋塞偏心轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在大旋塞上，所述大旋塞中心預(yù)留質(zhì)子束管安裝孔道，所述小旋塞上預(yù)留換料機(jī)安裝孔道；

所述中心測(cè)量柱為圓環(huán)形殼體，由中心測(cè)量柱a、中心測(cè)量柱b大小兩部分組成，整體與大旋塞同心，上端分別焊接于大旋塞和小旋塞底部，中心為質(zhì)子束管安裝通道；

所述換料機(jī)穿過換料機(jī)安裝孔道，所述換料機(jī)與小旋塞連接部位設(shè)置有導(dǎo)向筒；

所述提升機(jī)為圓柱形內(nèi)空結(jié)構(gòu)，穿設(shè)在堆頂蓋上，頂部為堆芯組件出口，出口處設(shè)置有移動(dòng)密封門，確保反應(yīng)堆運(yùn)行時(shí)堆內(nèi)的密封。

進(jìn)一步地，所述大旋塞和小旋塞上端周邊均設(shè)置U型凹槽與堆頂蓋上部圓環(huán)頸配合，配合處采用機(jī)械密封和液態(tài)合金密封串聯(lián)密封方式，將反應(yīng)堆內(nèi)腔和堆外環(huán)境隔離開。

進(jìn)一步地，所述大旋塞和小旋塞均為中空厚圓餅柱體，內(nèi)部分別焊接有5～7層隔層板，用于填充不同種類屏蔽材料。

進(jìn)一步地，所述大旋塞和小旋塞與堆頂蓋配合處的機(jī)械密封布置在液態(tài)金屬密封的空氣側(cè)，采用柔性石墨填料密封，液態(tài)合金密封采用易熔金屬合金密封。

進(jìn)一步地，所述中心測(cè)量柱內(nèi)部等距焊接有隔板，用于貫穿其中的控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的固定以及熱工測(cè)量熱電偶的布置，外表面均勻開有圓孔，便于內(nèi)部冷卻劑的流動(dòng)。

進(jìn)一步地，所述換料機(jī)和提升機(jī)通過法蘭連接分別垂直安裝于小旋塞和堆頂蓋上，能夠一體式裝入和卸出。

進(jìn)一步地，所述中心測(cè)量柱底部為弧形過渡，便于堆芯出口冷卻劑的分流。

進(jìn)一步地，所述換料機(jī)和提升機(jī)均從頂部進(jìn)行一體式更換。

本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：

1.相比較鈉冷快堆，本發(fā)明可以克服加速器質(zhì)子束管的引入而帶來的自動(dòng)換料難題，適合臨界/次臨界雙模式反應(yīng)堆運(yùn)行，同時(shí)，適合高溫腐蝕密封環(huán)境運(yùn)行。

2.相比較MYRRHA底部換料方式、鈉冷快堆傾斜式提升裝置，本發(fā)明結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間小，操作方便，換料機(jī)構(gòu)能一體式更換，更有利于ADS小型反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)、建造及維護(hù)。

3.本發(fā)明用在液態(tài)重金屬環(huán)境，針對(duì)解決高溫、腐蝕及密封環(huán)境，確保反應(yīng)堆運(yùn)行的安全。

4.本發(fā)明設(shè)計(jì)出一種新型的雙旋塞分體式中心測(cè)量柱堆內(nèi)換料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案，可以通過大/小旋塞及換料機(jī)三者復(fù)合運(yùn)動(dòng)，讓換料機(jī)抓手運(yùn)行軌跡避開加速器質(zhì)子束管以及分體式中心測(cè)量柱，對(duì)堆芯所有組件實(shí)現(xiàn)更換，并保證系統(tǒng)運(yùn)行安全、可靠、不泄露。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的反應(yīng)堆堆內(nèi)換料系統(tǒng)正視圖。

圖2為本發(fā)明一實(shí)施例的反應(yīng)堆堆內(nèi)換料系統(tǒng)俯視圖。

附圖中各部件的標(biāo)記為：1換料機(jī)；2小旋塞驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；3小旋塞；4小旋塞軸承；5堆頂蓋；6反應(yīng)堆容器；7中心測(cè)量柱；8圓孔；9抓手；10堆芯組件；11大旋塞驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；12大旋塞；13大旋塞軸承；14移動(dòng)密封門；15提升機(jī)；16隔板；17旋轉(zhuǎn)槽；18中心測(cè)量柱a；19中心測(cè)量柱b；20質(zhì)子束管安裝孔；21導(dǎo)向筒。

具體實(shí)施方式

為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員較好的理解本發(fā)明，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述。顯而易見，下面所述的實(shí)施例僅是本發(fā)明實(shí)施例中的一部分，而不是全部?；诎l(fā)明記載的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的情況下得到的其它所有實(shí)施例，均在本發(fā)明保護(hù)的范圍內(nèi)。

參見圖1和圖2。

本發(fā)明一實(shí)施例的反應(yīng)堆堆內(nèi)換料系統(tǒng)，包括大旋塞12、小旋塞3、中心測(cè)量柱7、換料機(jī)1和提升機(jī)15，反應(yīng)堆包括反應(yīng)堆容器6和同心安裝在反應(yīng)堆容器6上的堆頂蓋5，大旋塞12、小旋塞3、換料機(jī)1和提升機(jī)15均安裝在堆頂蓋5上；

所述大旋塞12通過大旋塞軸承13同心安裝支撐在堆頂蓋5上，大旋塞12中心預(yù)留質(zhì)子束管安裝孔道20，所述小旋塞3通過小旋塞軸承4偏心安裝支撐在大旋塞12上，小旋塞3上預(yù)留換料機(jī)安裝孔道；大旋塞12和小旋塞3分別由大旋塞驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)11和小旋塞驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)2驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可以是電機(jī)；

大旋塞12和小旋塞3上端周邊設(shè)置U型凹槽與堆頂蓋5上部圓環(huán)頸配合，配合處采用機(jī)械密封和液態(tài)合金密封串聯(lián)密封方式，將反應(yīng)堆內(nèi)腔和堆外環(huán)境隔離開，系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，堆內(nèi)處于密封狀態(tài)，確保氣體不泄露，機(jī)械密封布置在液態(tài)金屬密封的空氣側(cè)，采用柔性石墨填料密封，柔性石墨環(huán)具有高耐滲透能力和自潤(rùn)滑性，不需要過大的軸向壓緊力，可減少對(duì)旋塞裙板支承的磨損，液態(tài)合金密封采用易熔化金屬合金密封，如錫鉛合金、錫鉍合金等。反應(yīng)堆運(yùn)行時(shí)，易熔合金冷凝，旋塞靜止。換料之前將易熔合金融化，旋塞可以轉(zhuǎn)動(dòng)，合金融化靠合金槽外側(cè)的電加熱器加熱；

所述堆頂蓋5、大旋塞12和小旋塞3均為中空厚圓餅柱體，內(nèi)部分別焊接有5～7層隔層板，用于填充不同類型屏蔽材料，同時(shí)起到容器邊界作用；

所述中心測(cè)量柱7為圓環(huán)形殼體，由中心測(cè)量柱a18、中心測(cè)量柱b19大小兩部分組成，整體與大旋塞12同心，上端分別焊接于大旋塞12和小旋塞3底部，中心為質(zhì)子束管安裝通道，底部為弧形過渡，便于堆芯出口冷卻劑的分流；

所述中心測(cè)量柱7內(nèi)部等距焊接有3～5層隔板16，用于貫穿其中的控制棒驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的固定以及熱工測(cè)量熱電偶的布置，所述中心測(cè)量柱7外表面均勻開有5～8圈圓孔8，便于內(nèi)部冷卻劑的流動(dòng)；

所述換料機(jī)1偏心安裝支撐在小旋塞3上，與小旋塞3連接部位設(shè)置有導(dǎo)向筒21，確保在抓取和運(yùn)輸堆芯組件10過程中主軸不彎曲變形；該系統(tǒng)通過大旋塞12和小旋塞3的復(fù)合旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)換料機(jī)1的定位和尋址功能，從而實(shí)現(xiàn)堆芯組件10的更換。

所述提升機(jī)15為圓柱形內(nèi)空結(jié)構(gòu)，穿設(shè)在堆頂蓋5上，頂部為堆芯組件出口，出口處設(shè)置有移動(dòng)密封門14，確保反應(yīng)堆運(yùn)行時(shí)堆內(nèi)的密封。

優(yōu)選地，所述換料機(jī)1和提升機(jī)15通過法蘭連接分別垂直安裝于小旋塞3和堆頂蓋5上，能夠一體式裝入和卸出。

優(yōu)選地，所述換料機(jī)1和提升機(jī)15均從頂部進(jìn)行一體式更換。

本發(fā)明通過大旋塞和小旋塞的復(fù)合旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)換料機(jī)的定位和尋址功能，從而實(shí)現(xiàn)堆芯組件的更換；工作流程包括堆芯燃料組件卸料流程與裝料流程，裝料流程與卸料流程操作步驟剛好相反，卸料流程啟動(dòng)時(shí)，首先是定位，大旋塞驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)大旋塞旋轉(zhuǎn)，小旋塞驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)小旋塞旋轉(zhuǎn)，換料機(jī)自身旋轉(zhuǎn)和升降，通過大旋塞、小旋塞及換料機(jī)三者復(fù)合運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)換料機(jī)抓手到達(dá)指定目標(biāo)組件正上方；然后是抓取，通過換料機(jī)各電機(jī)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)燃料組件的抓取；再是運(yùn)輸，換料機(jī)將組件運(yùn)輸至升降機(jī)旋轉(zhuǎn)槽上方后釋放，提升機(jī)旋轉(zhuǎn)槽在各電機(jī)驅(qū)動(dòng)下將組件旋進(jìn)并提升，上端移動(dòng)密封門打開，提升機(jī)將堆芯組件送出堆外，完成卸料流程；裝料流程，操作過程與卸料流程相反。

下面詳細(xì)說明上述反應(yīng)堆堆內(nèi)換料系統(tǒng)的工作流程步驟：

定位步驟：堆內(nèi)換料系統(tǒng)接收卸料指令后，大旋塞驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)11驅(qū)動(dòng)大旋塞12旋轉(zhuǎn)，小旋塞驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)2驅(qū)動(dòng)小旋塞3旋轉(zhuǎn)，換料機(jī)1旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)換料機(jī)抓手9繞著換料機(jī)主軸旋轉(zhuǎn)，通過大旋塞12、小旋塞3及換料機(jī)1三者復(fù)合運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)換料機(jī)抓手9定位到目標(biāo)堆芯組件10正上方，此時(shí)，提升機(jī)15上端的升降機(jī)旋轉(zhuǎn)槽17向下運(yùn)動(dòng)至下端；

抓取步驟：換料機(jī)1升降電機(jī)驅(qū)動(dòng)換料機(jī)抓手9向下運(yùn)動(dòng)，至堆芯組件10上端操作頭位置停止，定位到堆芯組件10上，電機(jī)驅(qū)動(dòng)換料機(jī)抓手9的張開，換料機(jī)1升降電機(jī)再驅(qū)動(dòng)主軸向上運(yùn)動(dòng)小段距離，使換料機(jī)抓手9卡緊組件操作頭，實(shí)現(xiàn)堆芯組件10的抓??；

堆內(nèi)運(yùn)輸步驟：抓緊堆芯組件10后，再通過大旋塞12、小旋塞3及換料機(jī)1三者復(fù)合運(yùn)動(dòng)，將堆芯組件10運(yùn)至旋轉(zhuǎn)槽17正上方，換料機(jī)1升降電機(jī)驅(qū)動(dòng)主軸向下運(yùn)動(dòng)，使堆芯組件10下端管腳進(jìn)入旋轉(zhuǎn)槽17內(nèi)，然后同抓取步驟相反，釋放堆芯組件10，移動(dòng)密封門14打開，提升機(jī)15電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)槽17向上運(yùn)動(dòng)，將堆芯組件10送出堆外，完成卸料流程；

復(fù)位步驟：即裝料作流程，跟卸料流程步驟相反，通過各機(jī)構(gòu)配合運(yùn)行工作，將堆芯組件10運(yùn)至堆芯指定位置。

由于第四代反應(yīng)堆為小型模塊化堆，結(jié)構(gòu)緊湊，堆內(nèi)空間有限，本發(fā)明采用雙旋塞分體式中心測(cè)量柱結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)，堆內(nèi)裝置采用純機(jī)械設(shè)計(jì)，控制部件均放置在裝置頂端，抓取及升降功能靠機(jī)械相互作用實(shí)現(xiàn)，確保組件在運(yùn)輸過程中的安全。同時(shí)，換料流程簡(jiǎn)單，不設(shè)置堆內(nèi)暫存區(qū)，占用空間小，機(jī)構(gòu)能一體式更換，提高了裝置的安全可靠性及便于維護(hù)性，更有利于反應(yīng)堆的小型化設(shè)計(jì)。

應(yīng)當(dāng)理解本文所述的例子和實(shí)施方式僅為了說明，并不用于限制本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)它做出各種修改或變化，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。