一种易于实现辐照后水下快速拆装的连接结构及其装配方法与流程

本发明属于核电站内部装备连接技术领域，具体涉及一种易于实现辐照后水下快速拆装的连接结构及其装配方法。

背景技术

核反应堆堆芯结构设计主要包含燃料组件、燃料相关组件以及相关试验件的设计。燃料组件及相关组件辐照损伤导致失效后需要进行维修，相关试验件的试验样品需要进行更换。这些维修或更换操作由于辐照后发射性剂量高，往往只能在乏燃料水池中进行水下拆装，给其维修、更换带来较大挑战。因此，核反应堆堆芯结构设计中，需要开展连接结构的精细化设计，除考虑其可靠性外，还应充分考虑操作和维护的便捷性。

在现有技术中，连接燃料组件的下管座和导向管的文献有“lowerendfittinglocknutfornuclearfuelassembly(专利号为ca2870195)”(文献1)。文献1中通过螺母拧在螺钉上来连接燃料组件的下管座和导向管，通过螺母变形来限制二者相互转动，起到了很好的连接和防松效果。但是文献1给出的连接方式中，螺母拆装时需要有工装对螺钉进行固定和限位，增加了水下拆装的难度，同时存在损伤螺钉的风险；螺母的变形需要专用工具来实现；螺钉及其附属结构面临调入乏燃料水池的风险。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种易于实现辐照后水下快速拆装的连接结构及其装配方法，可以满足在辐照环境下快速简单的实现机械拆卸。

本发明的具体技术方案为：

一种易于实现辐照后水下快速拆装的连接结构，

包括开有防转安装孔的结构主体，还包括插入防转安装孔内的防转螺杆，所述防转螺杆圆周侧壁凸起形成防转凸台部，所述防转凸台部位于防转安装孔内并与防转安装孔形状匹配，所述防转螺杆圆周侧壁设置有螺纹形成螺纹部，所述螺纹部位于防转凸台部上方，螺纹部上方设置有一段顶部，还包括裙边螺母，所述裙边螺母包括旋接在螺纹部处的螺母本体，螺母本体上端面延伸形成裙边结构体，所述裙边结构体套设在顶部外，其中，所述顶部包括至少一段部位在圆台体或圆柱体的结构基础上设置凸起或凹陷所形成的异形结构，在螺母本体与螺纹部匹配到位时，采用外力对裙边结构体施压，使得裙边结构体至少周向全包围挤压在异形结构体外表面上。

本发明的设计原理为：从现有技术来看，现有技术采用连接设计理念是钉式螺纹配合连接，这种连接方式一般存在装配复杂，拆卸复杂的问题，以及零部件易掉落的安全风险问题。由于本发明是用于核反应堆内零件的连接，其具有大量的辐射，难以实现人工装配和拆卸，一般情形下都是利用机械手操作，而如果是复杂的装配和拆卸，那么需要配置操作复杂的机械手，其需要面临很大的成本，另外，由于机械手操作复杂的装配和拆卸，其过程会更加漫长，不利用恢复核反应供电，因此，亟待设计出一款安全性能高，安装和拆卸都较为简单的连接方式；在本发明中，本发明有2个重要发明要点，第一设计有定位防止转动的定位设计，第二螺帽上配置定位防转设计，同时该定位防转设计还能简便的、快速的、安全的拆除。具体的，在本发明中，防转螺杆采用设置防转凸台部，该防转凸台部与防转安装孔配合，使得防转螺杆一旦插入到防转安装孔后，防转螺杆相对于结构主体而言无法转动，在此情况下，我们在防转凸台部就可以加载限位用的裙边螺母，以阻止防转螺杆掉落，而由于反应堆内环境复杂，有些部件存在振动，在一定的振动下，螺母会松动，因此单纯的加载螺母难以保证其安全特性，为此，本发明采用了裙边设计，该裙边与螺母本体一体化设计，同时本发明还将防转螺杆的上端部做出了特殊的设计，即防转螺杆的顶部包括至少一段部位在圆台体或圆柱体的结构基础上设置凸起或凹陷所形成的异形结构，由于存在凸起或者凹陷，那么使得裙边与顶部之间就会形成配合间隙，此时，本发明只需采用机械手，将裙边变形挤压到顶部使得配合间隙消失，这样的操作就可以使得螺母可以依赖顶部对变形后的裙边的周向约束而被约束，以防止螺母的松动，提高其装配后的安全性能，同时，由于本发明结构中仅采用了变形导致的周向约束，在后期需要拆卸维护时，只需反向转动螺母，使得螺母带动裙边转动，由于防转螺杆是无法转动的，因此防转螺杆的顶部会将变形的裙边撑开恢复到装配前的状态，因此即可实现螺母的拆卸，而整个结构体系中，没有任何一个部件是独立的，因此，不会发生部件掉入反应堆中的安全事故。本发明取消了拆装时对螺钉进行固定和限位的专用工具；通过改进螺母变形结构，取消了变形专用工具；通过设计防掉结构，消除了螺钉及其附属结构面临调入乏燃料水池的风险。

在上述原理的基础上，本发明还面临对顶部的设计问题、以及顶部与裙边的配合设计，其顶部与裙边的设计遵循一个设计目的，即防止裙边相对于顶部发生周向旋转运动。关于这种设计目的，本发明提供了两种优选方案，一种是以挤压贴合方式，一种是嵌入式设计。

挤压贴合方式：所述顶部包括临近螺纹部并位于螺纹部上方的等径段，还包括临近等径段并位于等径段上方的向上缩小变径的变径段，所述异形结构体与变径段匹配连接，异形结构体由圆台体或圆柱体向外延伸凸起变形成楔形结构，该楔形结构下端部与变径段自由过渡匹配，该楔形结构具有2个相对的倾斜斜面，所述裙边结构体包括从螺母本体上端向上延伸形成的裙边直过渡段，与裙边直过渡段上端连接的裙边斜过渡段，与裙边斜过渡段连接的裙边，所述裙边直过渡段为与螺母本体等内经的圆管段，裙边斜过渡段为向上内经渐变小的圆管段，所述裙边为内经与裙边斜过渡段最小内经相等的等径圆管段，所述等径段位于裙边直过渡段内部，所述变径段位于裙边斜过渡段内部，所述楔形结构位于裙边内部，在外力作用下，裙边变形并被挤压在楔形结构的两个倾斜斜面上。

在上述优选方式中，裙边直过渡段可容纳防转螺杆超出螺母头的螺纹，裙边斜过渡段以及顶部变径段的设计都是由于支撑稳定螺母较大时，可以缩径设计，使得楔形结构部分的尺寸变小，这样楔形结构在俯视方向最大长度就会相比螺母尺寸减小许多，此时就可以缩小裙边相对与楔形结构的扭矩，就可以采用较为小的力量旋转螺母后，让楔形结构可以轻松的撑开裙边。且由于本发明中楔形结构为具有2个相对的倾斜斜面，其裙边相对楔形结构旋转90度后即可完全被撑开，操作较为轻松，也特别适合在辐照环境较弱区域人工快速操作，也可以只需配置较小输出功率的机械手即可。

螺母本体与防转螺杆连接；螺纹紧固后，裙边直过渡段可容纳防转螺杆超出螺母头的螺纹；同时，裙边夹扁贴靠在防转螺杆支撑面，防止连接松脱。

嵌入式设计：所述顶部包括临近螺纹部并位于螺纹部上方的等径段，还包括临近等径段并位于等径段上方的向上缩小变径的变径段，所述异形结构体与变径段匹配连接，异形结构体由圆台体或圆柱体向内凹陷变形成侧壁具有裙边匹配凹槽的结构体，该结构体下端部与变径段自由过渡匹配，所述裙边结构体包括从螺母本体上端向上延伸形成的裙边直过渡段，与裙边直过渡段上端连接的裙边斜过渡段，与裙边斜过渡段连接的裙边，所述裙边直过渡段为与螺母本体等内经的圆管段，裙边斜过渡段为向上内经渐变小的圆管段，所述裙边为内经与裙边斜过渡段最小内经相等的等径圆管段，所述等径段位于裙边直过渡段内部，所述变径段位于裙边斜过渡段内部，所述结构体位于裙边内部，在外力作用下，裙边变形并被挤压到结构体的裙边匹配凹槽内。

同样的，在上述优选方式中，裙边直过渡段可容纳防转螺杆超出螺母头的螺纹，裙边斜过渡段以及顶部变径段的设计都是由于支撑稳定螺母较大时，可以缩径设计，使得异形结构体部分的尺寸变小，这样异形结构体在俯视方向最大长度就会相比螺母尺寸减小许多，此时就可以缩小裙边相对与异形结构体的扭矩，就可以采用较为小的力量旋转螺母后，让异形结构体可以轻松的撑开裙边。且由于本发明中异形结构体是以开槽方式形成裙边匹配凹槽，裙边变形部分是嵌入到裙边匹配凹槽内，在上述情况下，其裙边相对楔形结构旋转较小角度后即可完全被撑开，即旋转较小角度即可使得裙边变形部分从裙边匹配凹槽内脱离，操作较为轻松，也特别适合在辐照环境较弱区域人工快速操作，也可以只需配置较小输出功率的机械手即可。

优选的，所述裙边匹配凹槽位于异形结构体的圆周侧壁或上顶面，上述设计可以视具体环境具体配置不同数量的裙边匹配凹槽。

优选的，所述防转凸台部和防转安装孔均在俯视方向投影形状为椭圆形或菱形或方形或其组合。

优选的，所述防转螺杆的圆周侧壁还设置有径向孔。径向孔，可用于防转螺杆的安装辅助定位，防止防转螺杆及其被连接件下掉。

一种易于实现辐照后水下快速拆装的连接结构的装配方法，包括装配操作和拆卸操作，

装配操作：

s1、采用机械夹具将防转螺杆插入到结构主体的防转安装孔内，使得防转凸台部位于防转安装孔内；

s2、采用机械夹具将裙边螺母的螺母本体旋接到螺纹部上；

s3、采用机械夹具挤压裙边结构体，使得裙边结构体变形并将裙边结构体至少周向全包围挤压在异形结构体外表面上；

拆卸操作：

a、采用机械夹具反向旋转螺母本体，螺母本体带动裙边结构体旋转，裙边结构体变形部分被异形结构体撑开。

裙边结构体变形的方式为裙边结构体从两侧向中心方向被挤压变形后包围挤压在形状为楔形结构的异形结构体上。

裙边结构体变形的方式为裙边结构体从一侧向中心方向被挤压凹陷变形后形成凹陷部，该凹陷部延伸到异形结构体的裙边匹配凹槽内。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1)通过在防转螺杆和结构主体上设计限制相互转动的结构，取消了拆装时对螺杆进行固定和限位的专用工具，简化了拆装程序，提高拆装效率，减少了操作人员辐照剂量，消除了专用工具损伤防转螺杆的风险；更便于辐照后水下拆装；

2)通过改进螺母变形结构为裙边螺母，可以直接用普通钳子等常用工具进行防松操作，取消了变形专用工具，简化了组装程序，提高组装效率，减少了操作人员辐照剂量，更便于辐照后水下组装；同时裙边螺母结构简单，更便于加工；

3)通过在防转螺杆下部靠近结构主体中部处开径向孔，在安装和拆卸前通过该孔对防转螺杆及其被连接件进行约束和限位，可避免其调入乏燃料水池进而受到损伤的风险；当被连接件提供了其他更好的约束和限位结构时，也可用于拆装的辅助定位。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1是本发明的结构图。

图2是防转螺杆的结构图。

图3是裙边螺母的结构图。

图4是结构主体开防转安装孔的结构图。

图5是异形结构体设计为楔形结构与裙边配合的结构图。

图6是异形结构体具有裙边匹配凹槽与裙边配合的结构图。

图中，1、防转螺杆；2、裙边螺母；3、结构主体。

其中，11、防转凸台部；12、螺纹部；13、顶部；14、连接件匹配下部；15、径向孔；21、螺母本体；22、裙边；23、裙边斜过渡段；221、裙边匹配凹槽；24、裙边直过渡段；31、防转安装孔。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例一

如图1、图2、图3、图4所示：

一种易于实现辐照后水下快速拆装的连接结构，

包括开有防转安装孔31的结构主体3，还包括插入防转安装孔31内的防转螺杆1，所述防转螺杆1圆周侧壁凸起形成防转凸台部11，所述防转凸台部11位于防转安装孔31内并与防转安装孔31形状匹配，所述防转螺杆1圆周侧壁设置有螺纹形成螺纹部12，所述螺纹部12位于防转凸台部11上方，螺纹部12上方设置有一段顶部13，还包括裙边螺母2，所述裙边螺母2包括旋接在螺纹部12处的螺母本体21，螺母本体21上端面延伸形成裙边结构体，所述裙边结构体套设在顶部13外，其中，所述顶部13包括至少一段部位在圆台体或圆柱体的结构基础上设置凸起或凹陷所形成的异形结构，在螺母本体21与螺纹部12匹配到位时，采用外力对裙边结构体施压，使得裙边结构体至少周向全包围挤压在异形结构体外表面上。

本发明的设计原理为：从现有技术来看，现有技术采用连接设计理念是钉式螺纹配合连接，这种连接方式一般存在装配复杂，拆卸复杂的问题，以及零部件易掉落的安全风险问题。由于本发明是用于核反应堆内零件的连接，其具有大量的辐射，难以实现人工装配和拆卸，一般情形下都是利用机械手操作，而如果是复杂的装配和拆卸，那么需要配置操作复杂的机械手，其需要面临很大的成本，另外，由于机械手操作复杂的装配和拆卸，其过程会更加漫长，不利用恢复核反应供电，因此，亟待设计出一款安全性能高，安装和拆卸都较为简单的连接方式；在本发明中，本发明有2个重要发明要点，第一设计有定位防止转动的定位设计，第二螺帽上配置定位防转设计，同时该定位防转设计还能简便的、快速的、安全的拆除。具体的，在本发明中，防转螺杆1采用设置防转凸台部11，该防转凸台部11与防转安装孔31配合，使得防转螺杆1一旦插入到防转安装孔31后，防转螺杆1相对于结构主体3而言无法转动，在此情况下，我们在防转凸台部11就可以加载限位用的裙边螺母2，以阻止防转螺杆1掉落，而由于反应堆内环境复杂，有些部件存在振动，在一定的振动下，螺母会松动，因此单纯的加载螺母难以保证其安全特性，为此，本发明采用了裙边设计，该裙边与螺母本体21一体化设计，同时本发明还将防转螺杆1的上端部做出了特殊的设计，即防转螺杆1的顶部13包括至少一段部位在圆台体或圆柱体的结构基础上设置凸起或凹陷所形成的异形结构，由于存在凸起或者凹陷，那么使得裙边与顶部13之间就会形成配合间隙，如图1所示，此时，本发明只需采用机械手，将裙边变形挤压(参考图1中箭头方向)到顶部13使得配合间隙消失，这样的操作就可以使得螺母可以依赖顶部13对变形后的裙边的周向约束而被约束，以防止螺母的松动，提高其装配后的安全性能，同时，由于本发明结构中仅采用了变形导致的周向约束，在后期需要拆卸维护时，只需反向转动螺母，使得螺母带动裙边转动，由于防转螺杆1是无法转动的，因此防转螺杆1的顶部会将变形的裙边撑开恢复到装配前的状态，因此即可实现螺母的拆卸，而整个结构体系中，没有任何一个部件是独立的，因此，不会发生部件掉入反应堆中的安全事故。本发明取消了拆装时对螺钉进行固定和限位的专用工具；通过改进螺母变形结构，取消了变形专用工具；通过设计防掉结构，消除了螺钉及其附属结构面临调入乏燃料水池的风险。

在本发明中，整个结构分为三个大部件，包括防转螺杆1、裙边螺母2和结构主体3，可通过防转螺杆和裙边螺母将防转螺杆上的被连接部件连接到结构主体上。

装配时，首先将防转螺杆1穿过结构主体3。其间，防转螺杆上部的螺纹部12穿过结构主体的防转安装孔31；同时，防转凸台部11就位于结构主体的防转安装孔31内。其后，将裙边螺母的螺母本体21(六角)与螺纹部12拧紧，拧紧过程中，防转螺杆中部的防转凸台部11由于被限制在结构主体的防转安装孔31内，避免了防转螺杆上端塞随螺母一起转动，以保证顺利安装。螺纹紧固后，突出螺母本体的防转螺杆的螺纹段被包含在裙边结构体内，将裙边结构体夹扁，夹扁的裙边结构体与防转螺杆顶部13贴靠在一起，防止裙边螺母2松脱。

拆卸时，对螺母本体21进行反向拧松。旋转过程中，首先是夹扁的裙边结构体被防转螺杆的顶部13自行撑开。继续拧松螺母本体21，直到从防转螺杆1上部的螺纹部12上卸下。拧松过程中，防转螺杆中部的防转凸台部11被限制在结构主体的防转安装孔31内，以保证撑开裙边结构体以及拧松螺母本体21。在安装、拆卸时，防转螺杆的径向孔15可对防转螺杆及其被连接件进行约束和限位，避免其调入乏燃料水池进而受到损伤的风险。

实施例2

在上述实施例1的基础上，本发明还面临对顶部13的设计问题、以及顶部13与裙边的配合设计，其顶部13与裙边的设计遵循一个设计目的，即防止裙边相对于顶部13发生周向旋转运动。关于这种设计目的，本发明提供了两种优选方案，一种是以挤压贴合方式，如图5所示，一种是嵌入式设计如图6所示。

如图5所示，挤压贴合方式：所述顶部13包括临近螺纹部12并位于螺纹部12上方的等径段，还包括临近等径段并位于等径段上方的向上缩小变径的变径段，所述异形结构体与变径段匹配连接，异形结构体由圆台体或圆柱体向外延伸凸起变形成楔形结构，该楔形结构下端部与变径段自由过渡匹配，该楔形结构具有2个相对的倾斜斜面，所述裙边结构体包括从螺母本体21上端向上延伸形成的裙边直过渡段24，与裙边直过渡段24上端连接的裙边斜过渡段23，与裙边斜过渡段23连接的裙边22，所述裙边直过渡段24为与螺母本体21等内经的圆管段，裙边斜过渡段23为向上内经渐变小的圆管段，所述裙边22为内经与裙边斜过渡段23最小内经相等的等径圆管段，所述等径段位于裙边直过渡段24内部，所述变径段位于裙边斜过渡段23内部，所述楔形结构位于裙边22内部，在外力作用下，裙边22变形并被挤压在楔形结构的两个倾斜斜面上。

在上述优选方式中，裙边直过渡段24可容纳防转螺杆超出螺母头的螺纹，裙边斜过渡段23以及顶部13变径段的设计都是由于支撑稳定螺母较大时，可以缩径设计，使得楔形结构部分的尺寸变小，这样楔形结构在俯视方向最大长度就会相比螺母尺寸减小许多，此时就可以缩小裙边22相对与楔形结构的扭矩，就可以采用较为小的力量旋转螺母后，让楔形结构可以轻松的撑开裙边22。且由于本发明中楔形结构为具有2个相对的倾斜斜面，其裙边22相对楔形结构旋转90度后即可完全被撑开，操作较为轻松，也特别适合在辐照环境较弱区域人工快速操作，也可以只需配置较小输出功率的机械手即可。

螺母本体与防转螺杆连接；螺纹紧固后，裙边直过渡段24可容纳防转螺杆超出螺母头的螺纹；同时，裙边夹扁贴靠在防转螺杆支撑面，防止连接松脱。

如图6所示，嵌入式设计：所述顶部13包括临近螺纹部12并位于螺纹部12上方的等径段，还包括临近等径段并位于等径段上方的向上缩小变径的变径段，所述异形结构体与变径段匹配连接，异形结构体由圆台体或圆柱体向内凹陷变形成侧壁具有裙边匹配凹槽221的结构体，该结构体下端部与变径段自由过渡匹配，所述裙边结构体包括从螺母本体21上端向上延伸形成的裙边直过渡段24，与裙边直过渡段24上端连接的裙边斜过渡段23，与裙边斜过渡段23连接的裙边22，所述裙边直过渡段24为与螺母本体21等内经的圆管段，裙边斜过渡段23为向上内经渐变小的圆管段，所述裙边22为内经与裙边斜过渡段23最小内经相等的等径圆管段，所述等径段位于裙边直过渡段24内部，所述变径段位于裙边斜过渡段23内部，所述结构体位于裙边22内部，在外力作用下，裙边22变形并被挤压到结构体的裙边匹配凹槽221内。

同样的，在上述优选方式中，裙边直过渡段24可容纳防转螺杆超出螺母头的螺纹，裙边斜过渡段23以及顶部13变径段的设计都是由于支撑稳定螺母较大时，可以缩径设计，使得异形结构体部分的尺寸变小，这样异形结构体在俯视方向最大长度就会相比螺母尺寸减小许多，此时就可以缩小裙边22相对与异形结构体的扭矩，就可以采用较为小的力量旋转螺母后，让异形结构体可以轻松的撑开裙边22。且由于本发明中异形结构体是以开槽方式形成裙边匹配凹槽221，裙边22变形部分是嵌入到裙边匹配凹槽221内，在上述情况下，其裙边22旋转较小角度后即可完全被撑开，即旋转较小角度即可使得裙边22变形部分从裙边匹配凹槽221内脱离，操作较为轻松，也特别适合在辐照环境较弱区域人工快速操作，也可以只需配置较小输出功率的机械手即可。

在上述实施例的基础上，优选的，所述裙边匹配凹槽221位于异形结构体的圆周侧壁或上顶面，上述设计可以视具体环境具体配置不同数量的裙边匹配凹槽221。

优选的，所述防转凸台部11和防转安装孔31均在俯视方向投影形状为椭圆形或菱形或方形或其组合。

优选的，所述防转螺杆1的圆周侧壁还设置有径向孔15。径向孔，可用于防转螺杆的安装辅助定位，防止防转螺杆及其被连接件下掉。

实施例3

一种易于实现辐照后水下快速拆装的连接结构的装配方法，包括装配操作和拆卸操作，

装配操作：

s1、采用机械夹具将防转螺杆1插入到结构主体3的防转安装孔31内，使得防转凸台部11位于防转安装孔31内；

s2、采用机械夹具将裙边螺母2的螺母本体21旋接到螺纹部12上；

s3、采用机械夹具挤压裙边结构体，使得裙边结构体变形并将裙边结构体至少周向全包围挤压在异形结构体外表面上；

拆卸操作：

a、采用机械夹具反向旋转螺母本体21，螺母本体21带动裙边结构体旋转，裙边结构体变形部分被异形结构体撑开。

裙边结构体变形的方式为裙边结构体从两侧向中心方向被挤压变形后包围挤压在形状为楔形结构的异形结构体上。

裙边结构体变形的方式为裙边结构体从一侧向中心方向被挤压凹陷变形后形成凹陷部，该凹陷部延伸到异形结构体的裙边匹配凹槽221内。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。