反应堆燃料组件的锁紧与提升机构以及锁紧与提升方法技术

本发明专利技术公开了用于反应堆燃料组件的锁紧与提升机构及其操作方法。该机构包括：旋爪，其能够移动和绕竖直轴线旋转；操作头，其能够与旋爪锁紧或分离；定位轴套，其将操作头和燃料组件固接在一起；锁紧杆，其贯穿定位轴套和燃料组件并能够绕竖直轴线旋转，锁紧杆的下端锁头从燃料组件的下端伸出；以及下栅格板，其固定在反应堆的底部。在初始状态下，旋爪与操作头锁紧在一起，锁紧杆未与下栅格板锁紧在一起。在反应堆燃料组件被安装就位到下栅格板上之后，旋爪通过旋转一角度而与操作头解除锁紧，以允许旋爪脱离操作头；同时，在旋爪的带动下，锁紧杆的下端锁头旋转一角度并与下栅格板锁紧在一起，由此将燃料组件锁紧在下栅格板上。

【技术实现步骤摘要】
反应堆燃料组件的锁紧与提升机构以及锁紧与提升方法
本专利技术涉及反应堆燃料组件的锁紧与提升机构以及锁紧与提升方法，更具体地涉及核能利用领域中用于加速器驱动次临界反应堆燃料组件的锁紧与提升机构以及锁紧与提升方法。
技术介绍
加速器驱动次临界系统(AcceleratorDrivenSub-criticalSystem，在下文中简称为ADS)主要由加速器、重核散裂靶和次临界反应堆构成。这种系统的原理是：利用加速器产生的高能强流质子束流轰击重核散裂靶，产生宽能谱、中高通量中子，以此作为外源来驱动次临界反应堆中的裂变材料发生持续的链式反应，使得长寿命、高反射性核素最终转变为非放射性或者短寿命的放射性核素，并且维持反应堆运行。这种系统是提高核燃料利用率并减少高放废物地质积存量的有效技术手段之一。次临界反应堆是ADS系统的重要组成部分。次临界反应堆的冷却剂是液态铅铋共晶合金(在下文中简称为LBE)。在ADS次临界反应堆运行时，由于铅铋和中子之间的反应会产生微量的剧毒物质钋(210Po)，所以反应堆必须保持高度的密封性，并采用有效的处理净化系统来确保环境和人员安全。因此，反应堆一般采用堆内换料。为了保证换料机可靠地运行，燃料组件的上部一般没有固定装置。由于液态铅铋密度大，所以当燃料组件浸泡在LBE冷却剂中时，燃料组件自身的重力小于LBE冷却剂产生的浮力。因此，必须采用适当的锁紧机构来确保正常工况和其它工况下燃料组件有效地定位在反应堆中。此外，由于液态铅铋合金对燃料组件的结构材料的腐蚀和冲蚀作用较大，所以燃料组件的锁紧机构必须具备足够的可靠性，以避免由于液态铅铋合金的腐蚀和冲蚀作用以及杂质堵塞而造成的锁紧或提升故障。已知的ADS反应堆燃料组件的锁紧机构的设计方案有欧盟的XADS方案。在该方案中，通过抽出反应堆的中心处的一根燃料棒，为下部的簧片式锁紧机构提供安装空间。这种簧片式锁紧机构利用弹性变形将该锁紧机构的抓手伸出组件外套管，然后抓手和下栅格板卡合，由此实现燃料组件的锁紧。这种锁紧机构由于利用弹性变形进行锁紧，所以爪手比较薄，难以承受液态铅铋的腐蚀和冲蚀作用。此外，在反应堆的高辐照环境下，该锁紧机构的材料会发生辐照脆化。由此可见，利用弹性变形进行锁紧容易导致结构材料脆断。另外，欧盟的XADS方案目前仅是概念设计，因而这种锁紧机构的实际可靠性的高低尚未可知。已知的液态金属冷却式反应堆燃料组件的锁紧机构的方案还有类似于常见的自动圆珠笔的笔芯升降的方案。具体地说，在锁紧状态下，锁紧构件借助自身的浮力卡合在圆周齿槽中；在进行解锁时，提升装置将燃料组件向下推，使锁死滑块沿着圆周齿槽滑动至解锁位置，由此实现解锁。虽然这种锁紧机构利用了液态铅铋合金的浮力较大的特点，但并没有实现真正意义上的反应堆燃料组件锁紧，燃料组件仍然存在上下运动的可能性，尤其在地震工况下极易出现燃料组件的上下窜动，致使锁死滑块滑向解锁位置，导致燃料组件解锁。结果，燃料组件在液态铅铋合金的浮力作用下上升，由此引发事故。如上所述，现有的反应堆燃料组件的锁紧方案难以承受反应堆内的液态铅铋冷却剂的高温、高腐蚀、堆内高辐照环境以及地震载荷的综合作用。因此，设计开发性能更可靠、操作更简便并且更充分地利用液态铅铋合金的高浮力特性的锁紧机构是很有必要的。
技术实现思路
【技术问题】为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供用于加速器驱动次临界反应堆燃料组件的锁紧与提升机构以及锁紧与提升方法。本专利技术的锁紧与提升机构以及锁紧与提升方法能够圆满地完成燃料组件的锁紧和提升，操作简便并且可靠性高。【技术方案】根据本专利技术的一个方面，提供一种用于反应堆燃料组件的锁紧与提升机构。所述锁紧与提升机构包括：旋爪，其能够移动和绕自身的竖直轴线旋转；操作头，其能够与所述旋爪锁紧在一起或者彼此分离；定位轴套，其将所述操作头和所述反应堆燃料组件固接在一起；锁紧杆，其在竖直方向上贯穿所述定位轴套和所述反应堆燃料组件并且能够绕自身的竖直轴线旋转，所述锁紧杆的下端锁头从所述反应堆燃料组件的下端伸出；以及下栅格板，其固定在所述反应堆的底部，用以承载所述反应堆燃料组件。在对所述反应堆燃料组件执行就位与锁紧操作之前的初始状态下，所述旋爪与所述操作头锁紧在一起，而所述锁紧杆未与所述下栅格板锁紧在一起。在所述反应堆燃料组件被安装就位到所述下栅格板上之后，所述旋爪通过绕自身的竖直轴线旋转一角度而与所述操作头解除锁紧，以允许所述旋爪提升并脱离所述操作头；与此同时，在所述旋爪的带动下，所述锁紧杆的下端锁头也旋转一角度并且变为与所述下栅格板锁紧在一起，由此将所述反应堆燃料组件锁紧在所述下栅格板上。优选地，所述操作头的底部设置有通孔，所述通孔具有与所述旋爪的下端锁头相配合的形状，使得所述下端锁头在处于预定周向角度的情况下能够自由地出入所述通孔，而在所述下端锁头处于除了所述预定周向角度之外的其它周向角度的情况下不能自由地出入所述通孔。优选地，所述下栅格板上设置有槽孔，所述槽孔具有与所述锁紧杆的下端锁头相配合的形状，使得所述下端锁头在处于预定周向角度的情况下能够自由地出入所述槽孔，而在所述下端锁头处于除了所述预定周向角度之外的其它周向角度的情况下不能自由地出入所述槽孔。优选地，所述锁紧杆的上端锁头的顶部设置有凹槽，所述凹槽具有与所述旋爪的下端锁头的形状相配合的形状，所述旋爪的下端锁头在向下穿过所述通孔之后被收纳/卡合在所述凹槽中，以便带动所述锁紧杆旋转。优选地，上述锁紧与提升机构还包括：导向轴，所述旋爪在竖直方向上贯穿所述导向轴并随所述导向轴一起移动；以及浮力销，其能够在所述反应堆中的液态冷却剂所产生的浮力作用下上浮，并且在所述导向轴的压力作用下克服所述浮力而下移。所述浮力销上设置有卡舌，所述锁紧杆上设置有卡槽。当所述反应堆燃料组件被锁紧在所述下栅格板上时，所述卡槽正好旋转至对准所述卡舌的位置。在所述导向轴对所述浮力销的压力作用消除之后，所述浮力销上浮，使得所述卡舌嵌入所述卡槽中，由此阻止所述锁紧杆旋转。根据本专利技术的另一个方面，提供一种利用上述锁紧与提升机构对反应堆燃料组件执行就位与锁紧操作的方法。所述方法包括如下步骤：在初始状态下，所述反应堆燃料组件与下栅格板处于分离的状态，将所述旋爪与所述操作头锁紧在一起，以使所述反应堆燃料组件随所述旋爪一起移动；在将所述反应堆燃料组件安装就位到所述下栅格板上之后，使所述旋爪绕自身的竖直轴线旋转一角度，以使所述旋爪与所述操作头解除锁紧，以允许所述旋爪提升并脱离所述操作头；与此同时，在所述旋爪的带动下，所述锁紧杆的下端锁头也旋转一角度并与所述下栅格板锁紧在一起，由此将所述反应堆燃料组件锁紧在所述下栅格板上；然后，所述旋爪和所述导向轴提升并脱离所述操作头，所述浮力销上浮，使得所述浮力销上的卡舌嵌入所述锁紧杆上的卡槽中，以阻止所述锁紧杆旋转。根据本专利技术的另一个方面，提供一种对已锁紧在反应堆的下栅格板上的反应堆燃料组件执行解锁与提升操作的方法。该方法的操作过程是本专利技术的前一个方面所述的方法的操作过程的逆过程并且包括如下步骤：在初始状态下，所述反应堆燃料组件与所述下栅格板处于锁紧状态，所述旋爪及所述导向轴与所述操作头处于分离状态，所述浮力销的卡舌嵌入所述卡槽中；所述旋爪和所述导向轴向下移动并进入所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于反应堆燃料组件(7)的锁紧与提升机构，所述锁紧与提升机构包括：旋爪(2)，其能够移动和绕自身的竖直轴线旋转；操作头(3)，其能够与所述旋爪(2)锁紧在一起或者彼此分离；定位轴套(5)，其将所述操作头(3)和所述反应堆燃料组件(7)固接在一起；锁紧杆(6)，其在竖直方向上贯穿所述定位轴套(5)和所述反应堆燃料组件(7)并且能够绕自身的竖直轴线旋转，所述锁紧杆(6)的下端锁头(61)从所述反应堆燃料组件(7)的下端伸出；以及下栅格板(8)，其固定在所述反应堆的底部，用以承载所述反应堆燃料组件(7)，其特征在于，在对所述反应堆燃料组件(7)执行就位与锁紧操作之前的初始状态下，所述旋爪(2)与所述操作头(3)锁紧在一起，而所述锁紧杆(6)未与所述下栅格板(8)锁紧在一起；并且在所述反应堆燃料组件(7)被安装就位到所述下栅格板(8)上之后，所述旋爪(2)通过绕自身的竖直轴线旋转一角度而与所述操作头(3)解除锁紧，以允许所述旋爪(2)提升并脱离所述操作头(3)；与此同时，在所述旋爪(2)的带动下，所述锁紧杆(6)的下端锁头(61)也旋转一角度并且变为与所述下栅格板(8)锁紧在一起，由此将所述反应堆燃料组件(7)锁紧在所述下栅格板(8)上。...

【技术特征摘要】
1.一种用于反应堆燃料组件(7)的锁紧与提升机构，所述锁紧与提升机构包括：旋爪(2)，其能够移动和绕自身的竖直轴线旋转；操作头(3)，其能够与所述旋爪(2)锁紧在一起或者彼此分离；定位轴套(5)，其将所述操作头(3)和所述反应堆燃料组件(7)固接在一起；锁紧杆(6)，其在竖直方向上贯穿所述定位轴套(5)和所述反应堆燃料组件(7)并且能够绕自身的竖直轴线旋转，所述锁紧杆(6)的下端锁头(61)从所述反应堆燃料组件(7)的下端伸出；以及下栅格板(8)，其固定在所述反应堆的底部，用以承载所述反应堆燃料组件(7)，其特征在于，在对所述反应堆燃料组件(7)执行就位与锁紧操作之前的初始状态下，所述旋爪(2)与所述操作头(3)锁紧在一起，而所述锁紧杆(6)未与所述下栅格板(8)锁紧在一起；并且在所述反应堆燃料组件(7)被安装就位到所述下栅格板(8)上之后，所述旋爪(2)通过绕自身的竖直轴线旋转一角度而与所述操作头(3)解除锁紧，以允许所述旋爪(2)提升并脱离所述操作头(3)；与此同时，在所述旋爪(2)的带动下，所述锁紧杆(6)的下端锁头(61)也旋转一角度并且变为与所述下栅格板(8)锁紧在一起，由此将所述反应堆燃料组件(7)锁紧在所述下栅格板(8)上。2.根据权利要求1所述的锁紧与提升机构，其中，所述操作头(3)的底部设置有通孔(31)，所述通孔(31)具有与所述旋爪(2)的下端锁头(21)相配合的形状，使得所述下端锁头(21)在处于预定周向角度的情况下能够自由地出入所述通孔(31)，而在所述下端锁头(21)处于除了所述预定周向角度之外的其它周向角度的情况下不能自由地出入所述通孔(31)。3.根据权利要求1所述的锁紧与提升机构，其中，所述下栅格板(8)上设置有槽孔(81)，所述槽孔(81)具有与所述锁紧杆(6)的下端锁头(61)相配合的形状，使得所述下端锁头(61)在处于预定周向角度的情况下能够自由地出入所述槽孔(81)，而在所述下端锁头(61)处于除了所述预定周向角度之外的其它周向角度的情况下不能自由地出入所述槽孔(81)。4.根据权利要求2或3所述的锁紧与提升机构，其中，所述锁紧杆(6)的上端锁头(62)的顶部设置有凹槽(621)，所述凹槽(621)具有与所述旋爪(2)的下端锁头(21)的形状相配合的形状，所述旋爪(2)的下端锁头(21)在向下穿过所述通孔(31)之后被收纳/卡合在所述凹槽(621)中，以便带动所述锁紧杆(6)旋转。5.根据权利要求4所述的锁紧与提升机构，还包括：导向轴(1)，所述旋爪(2)在竖直方向上贯穿所述导向轴(1)并随所述导向轴(1)一起移动；以及浮力销(4)，其能够在所述反应堆中的液态冷却剂所产生的浮力作用下上浮，并且在所述导向轴(1)的压力作用下克服所述浮力而下移，其中，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱彦雷，顾龙，于锐，蔡义林，彭天骥，王大伟，李金阳，秦长平，刘璐，盛鑫，唐延泽，张璐，田旺盛，冯丽，
申请(专利权)人：中国科学院近代物理研究所，
类型：发明
国别省市：甘肃,62