专利名称：乏燃料贮存竖井屏蔽井盖及其提升装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及核电站的一种乏燃料贮存竖井屏蔽井盖及与其匹配的提升装置，属于反应堆工程技术领域。
背景技术：
核电站使用的核燃料主要由可裂变材料和可转换材料组成。反应堆中的可裂变材料，在裂变过程中会释放大量的热量，即核能；裂变材料消耗到一定程度后，裂变材料将成为乏燃料，乏燃料的主要特征是，具有很强的放射性，并仍产生衰变热。我国在积极发展压水堆核电站的同时，也在积极开发球床模块式高温气冷堆核电 站，清华大学核能技术设计研究院在IOMW高温气冷实验堆的技术基础上，设计开发了可以商业应用的球床模块式高温堆示范电站。高温堆核电站被公认为是具有第四代核电主要特征的核电站，具有固有安全、防止核扩散、可产生高温工艺热等优点。球床高温气冷堆从堆芯排出的球形乏燃料，需要采用合适的贮存容器，并贮存在合适的中间贮存设施内，其中可行的一种贮存方案是将乏燃料贮罐放入屏蔽贮存竖井内贮存。乏燃料贮存竖井的顶部设有屏蔽井盖，屏蔽井盖可由钢制、灌铅或混凝土制成，其中混凝土屏蔽井盖的成本最低。在将乏燃料贮罐放入贮存竖井或将贮罐从竖井内取出时，首先需要将屏蔽井盖提起，然后进行贮罐在竖井内的吊装操作。本专利说明了所研究设计的一种乏燃料贮存竖井屏蔽井盖及提升装置，能够实现高温堆乏燃料贮存竖井的辐射屏蔽和安全操作，该屏蔽井盖及提升装置经过适当修改，可应用于压水堆核电站和其它类型核电站乏燃料的贮存设施，也可应用于其他放射性物质的贮存领域。
发明内容
(一 )要解决的技术问题本发明要解决的技术问题是如何实现高温堆乏燃料贮存竖井的辐射屏蔽和安全操作。(二)技术方案为了解决上述技术问题，本发明提供一种乏燃料贮存竖井屏蔽井盖，其由钢框架通过浇注混凝土而成，屏蔽井盖的钢框架由外壳和壳内钢结构组成，外壳由井盖上环板15、井盖下环板16和井盖底板18拼接而成；井盖上环板15比井盖下环板16直径大，两者之间通过锥角过渡，井盖上环板15顶端的直径比下端大，并与井盖上承重板14配合。屏蔽井盖的壳内钢结构由井盖吊装口 13、井盖上承重板14、井盖中心筒21、井盖加强筋19、井盖吊板17和井盖吊筋20组成；井盖吊装口 13位于井盖的中心，用于井盖吊具的卡爪抓取井盖，井盖吊装口 13通过井盖上承重板14固定在井盖上环板15上；井盖中心筒21的上端固定在井盖吊装口 13的下部，下端固定在井盖吊板17上，井盖吊板17除了通过井盖中心筒21固定在井盖吊装口 13上外，还通过井盖吊筋20固定在井盖上承重板14和井盖加强筋19上；井盖加强筋19除了通过井盖吊筋20固定在井盖上承重板14上外，还与井盖下环板16固定，在外壳和壳内钢结构间的空隙内浇注混凝土，形成井盖的屏蔽层。其中，所述井盖上环板15、井盖下环板16和井盖底板18焊接构成所述外壳。
其中，所述屏蔽井盖的外壳由不锈钢材料制成。本发明还提供一种用于提升所述乏燃料贮存竖井屏蔽井盖的提升装置，其主要由提升装置支架5、井盖导向条4、井盖吊具6、上层加强板11、下层加强板12、环链7、提升机构8和承重梁10构成；该提升装置的主体由提升装置支架5构成，上层加强板11和下层加强板12分别固定在提升装置支架5的中部和底部，上层加强板11和下层加强板12的中心设有井盖吊装孔，上层加强板11和下层加强板12的井盖吊装孔通过井盖导向条4连接起来。提升装置支架5通过承重梁10固定在乏燃料厂房内的地车上；提升机构8固定在承重梁10上，井盖提升机构8通过环链7与井盖吊具6连接，井盖吊具6具有抓取和脱开屏蔽井盖的功能。其中，所述井盖吊具6主要由吊具本体22、吊轴23、电动推杆31、凸轮27、卡爪28和导向轴承30构成。井盖吊具6的主要部件均固定在吊具本体22上，吊具本体22的顶部设有吊轴23，提升吊耳33的底部连接在吊轴23上，顶部则固定在吊钩9上，吊钩9通过环链7连接到提升机构8上。吊具本体22上部的中心部位设有宽槽，宽槽内容纳有卡爪28的驱动机构，卡爪28的驱动机构为电动推杆31，电动推杆31通过支撑臂32固定在吊具本体22上，电动推杆31的侧翼为电动推杆电机24，电机24通过电动推杆电缆25取电和接受控制室的操作指令。电动推杆31的下端为电动推杆轴26,推杆轴26的底端固定有凸轮27,推杆轴26在电动推杆31的驱动下，可带动凸轮27作上下直线运动。吊具本体22的中部设有中心孔，除了用于穿过电动推杆轴26，还设有导向轴承30，导向轴承30用于推杆轴26在作上下运动时，为推杆轴26提供导向。吊具本体22的下部开有多个立槽，用于容纳卡爪28，卡爪28用于抓取所述屏蔽井盖的井盖吊装口 13，电动推杆31驱动推杆轴26进行上下运动时，固定在推杆轴26上的凸轮27跟着进行上下直线运动，当凸轮27位于卡爪28的上部时，卡爪28处于收回状态，井盖吊具6从屏蔽井盖上脱开，当凸轮27位于卡爪28的下部时，卡爪处于张开状态，井盖吊具6将屏蔽井盖I牢牢抓住。其中，所述卡爪28设置为3个或4个，沿圆周对称布置，卡爪28通过销轴29固定在吊具本体22上。(三)有益效果本发明屏蔽井盖具有辐射屏蔽功能，且由于井盖上下环板的台阶设计，可以有效防止竖井内的辐射从井盖外圈的缝隙处漏出。井盖吊具采用电动推杆作为卡爪的驱动装置，操作性能可靠、稳定。井盖吊具通过轴承对电动推杆轴进行导向，防止其在上下运动过程中发生偏斜，保证装置操作的可靠性和稳定性。井盖提升机构和井盖吊具采用成套设计，可以实现屏蔽井盖操作的各项功能，满足核电站的集成化要求。
图I是本发明屏蔽井盖及其提升装置的主视图；图2是图I所示屏蔽井盖及其提升装置的剖视图；图3是本发明提升装置的立体图；图4是本发明屏蔽井盖的结构图；图5是图I中I局部放大图；图6是图2中II局部放大图。其中，I-屏蔽井盖；2_ 存竖井顶板；3_井盖支撑环；4_井盖导向条；5_提升装置支架；6_井盖吊具；7_环链；8_提升机构；9_吊钩；10-承重梁；11-上层加强板；12_下层加强板；13_井盖吊装口 ；14_井盖上承重板；15_井盖上环板；16_井盖下环板；17_井盖吊板；18_井盖底板；19_井盖加强筋；20_井盖吊筋；21_井盖中心筒；22_井盖吊具本体；23_吊轴；24_电动推杆电机；25_电动推杆电缆；26_电动推杆轴；27_凸轮；28_卡爪；29-销轴；30_导向轴承；31_电动推杆；32_电动推杆支撑臂；33_提升吊耳。下面结合附图和具体实施例对本发明乏燃料贮存竖井屏蔽井盖及提升装置进行详细介绍。
具体实施例方式本发明提出的乏燃料贮存竖井屏蔽井盖及提升装置，可用于球床高温气冷堆乏燃料贮存竖井的辐射屏蔽和安全操作。该乏燃料贮存竖井屏蔽井盖及提升装置的示意图如图I 图6所示。该乏燃料贮存竖井屏蔽井盖及提升装置的结构描述如下屏蔽井盖主要由井盖吊装口、井盖上承重板、井盖上下环板、井盖吊板、井盖底板、井盖加强筋和井盖中心筒等部件构成。井盖提升装置主要由提升装置支架、井盖导向条、井盖吊具、加强板、环链和提升机构等部件构成。屏蔽井盖I由钢框架通过浇注混凝土而成，屏蔽井盖I的钢框架由外壳和壳内钢结构组成，外壳由井盖上环板15、井盖下环板16和井盖底板18焊接而成，考虑到耐腐蚀性，屏蔽井盖I的外壳可由不锈钢材料制成。井盖上环板15比井盖下环板16直径略大，之间通过锥角过渡，该锥角与井盖支撑环3上的相应锥角配合，可以有效屏蔽贮存竖井内的辐射，防止竖井内的辐射从井盖外圈的缝隙处漏出。井盖上环板15顶端的直径比下端大，与井盖上承重板14配合，将井盖支撑在井盖支撑环3的上口。屏蔽井盖I的壳内钢结构由井盖吊装口 13、井盖上承重板14、井盖中心筒21、井盖加强筋19、井盖吊板17和井盖吊筋20组成。井盖吊装口 13位于井盖的中心，用于井盖吊具的卡爪抓取井盖，井盖吊装口 13通过井盖上承重板14固定在井盖上环板15上。井盖中心筒21的上端固定在井盖吊装口 13的下部，下端固定在井盖吊板17上，井盖吊板17除了通过井盖中心筒21固定在井盖吊装口 13上外，还通过井盖吊筋20固定在井盖上承重板14 和井盖加强筋19上，以承受井盖内部混凝土的载荷，并将载荷传递到井盖上承重板14上，井盖上承重板14将井盖的载荷传递到固定在贮存竖井顶板2的井盖支撑环3上。井盖加强筋19除了通过井盖吊筋20固定在井盖上承重板14上外，还与井盖下环板16固定，使屏蔽井盖I的壳内钢结构与外壳可靠固定，形成一个整体，在外壳和壳内钢结构间的空隙内浇注混凝土，形成井盖的屏蔽层，使井盖具备辐射屏蔽功能。井盖提升装置主要由提升装置支架5、井盖导向条4、井盖吊具6、上层加强板11、下层加强板12、环链7、提升机构8和承重梁10等部件构成。井盖提升装置的主体由提升装置支架5构成，上层加强板11和下层加强板12分别固定在提升装置支架5的中部和底部，上层加强板11和下层加强板12的中心设有井盖吊装孔，上层加强板11和下层加强板12的井盖吊装孔通过井盖导向条4连接起来，在吊装井盖的过程中，井盖导向条4为井盖提供导向，防止井盖晃动影响吊装的可靠性和稳定性。 提升装置支架5通过承重梁10固定在乏燃料厂房内的地车上，地车可以带动乏燃料贮存竖井屏蔽井盖及提升装置在厂房内移动，以精确定位到目标竖井的井口上。井盖提升机构8固定在承重梁10上，井盖提升机构8通过环链7与井盖吊具6连接，井盖吊具6具有抓取和脱开屏蔽井盖I的功能。井盖吊具6主要由吊具本体22、吊轴23、电动推杆31、凸轮27、卡爪28和导向轴承30等部件构成。井盖吊具6的主要部件均固定在吊具本体22上，吊具本体22的顶部设有吊轴23，提升吊耳33的底部连接在吊轴23上，顶部则固定在吊钩9上，吊钩9通过环链7连接到提升机构8上。吊具本体22上部的中心部位设有宽槽结构，宽槽内容纳有卡爪28的驱动机构，卡爪28的驱动机构为电动推杆31，电动推杆31通过支撑臂32固定在吊具本体22上，电动推杆31的侧翼为电动推杆电机24，电机24通过电动推杆电缆25取电和接受控制室的操作指令。电动推杆31的下端为电动推杆轴26,推杆轴26的底端固定有凸轮27,推杆轴26在电动推杆31的驱动下，可带动凸轮27作上下直线运动。吊具本体22的中部设有中心孔，除了用于穿过电动推杆轴26，还设有导向轴承30，导向轴承30用于推杆轴26在作上下运动时，为推杆轴26提供导向，防止其发生偏斜，影响装置操作的可靠性和稳定性。吊具本体22的下部开有多个立槽，用于容纳卡爪28，卡爪28用于抓取屏蔽井盖I的井盖吊装口 13，卡爪28可以设置3个或4个，沿圆周对称布置，卡爪28通过销轴29固定在吊具本体22上。电动推杆31驱动推杆轴26进行上下运动时，固定在推杆轴26上的凸轮27跟着进行上下直线运动，当凸轮27位于卡爪28的上部时，卡爪处于收回状态，井盖吊具6从屏蔽井盖I上脱开，当凸轮27位于卡爪28的下部时，卡爪处于张开状态，井盖吊具6将屏蔽井盖I牢牢抓住。该乏燃料贮存竖井屏蔽井盖及提升装置的操作过程如下将置于井盖支撑环3内的屏蔽井盖I提升到上限位置初始状态为屏蔽井盖提升装置已将井盖吊具6正对着下方的井盖中心，井盖吊具6处于上限位置，卡爪28处于收回状态，屏蔽井盖I置于贮存竖井顶板2上的井盖支撑环3内。操作过程为
操作井盖提升机构8，将井盖吊具6下降至屏蔽井盖I的井盖吊装口 13内，控制电动推杆31，推杆轴26在电动推杆31的驱动下，带动凸轮27向下运动，将处于收回状态的卡爪28张开，使井盖吊具6抓住屏蔽井盖I。操作井盖提升机构8，井盖吊具6带动屏蔽井盖1，将其从贮存竖井顶板2上的井盖支撑环3内提起，升至提升机构8的上限位置，使屏蔽井盖I的底面高出井盖支撑环3的顶面，屏蔽井盖I完全从井盖支撑环3内提出。将置于上限位置的屏蔽井盖I下落至井盖支撑环3内初始状态为屏蔽井盖提升装置已将井盖吊具6正对着下方的井盖中心，井盖吊具6的卡爪28处于张开状态，抓住屏蔽井盖I并处于上限位置，井盖吊具6下方正对着的井盖支撑环3，井盖支撑环3内无屏蔽井盖I。操作过程为
操作井盖提升机构8，将井盖吊具6带动屏蔽井盖I下降至井盖支撑环3内，控制电动推杆31，推杆轴26在电动推杆31的驱动下，带动凸轮27向上运动，将处于张开状态的卡爪28收回，使井盖吊具6从屏蔽井盖I的井盖吊装口 13上脱开。操作井盖提升机构8，将井盖吊具6从屏蔽井盖I的吊装口 13内提起，升至提升机构8的上限位置，使屏蔽井盖I完全复位到井盖支撑环3内。本发明提出的乏燃料贮存竖井屏蔽井盖及提升装置，具有以下优点I.屏蔽井盖具有辐射屏蔽功能，且由于井盖上下环板的台阶设计，可以有效防止竖井内的辐射从井盖外圈的缝隙处漏出；2.屏蔽井盖主要由混凝土浇注而成，成本较低；3.屏蔽井盖的外壳可由不锈钢材料制成，具有良好的耐腐蚀性；4.屏蔽井盖的壳内钢结构将整个屏蔽井盖形成一个有机整体，使屏蔽井盖整体具有良好的力学性能；5.井盖吊具采用电动推杆作为卡爪的驱动装置，操作性能可靠、稳定；6.井盖吊具通过轴承对电动推杆轴进行导向，防止其在上下运动过程中发生偏斜，保证装置操作的可靠性和稳定性；7.在吊装井盖的过程中，井盖导向条为井盖提供导向，保证井盖吊装的可靠性和稳定性；8.井盖提升机构采用环链提升机构，机构紧凑，占用空间小；9.井盖提升机构和井盖吊具采用成套设计，可以实现屏蔽井盖操作的各项功能，满足核电站的集成化要求。以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
权利要求
1.乏燃料贮存竖井屏蔽井盖，其特征在于，其由钢框架通过浇注混凝土而成，屏蔽井盖的钢框架由外壳和壳内钢结构组成，外壳由井盖上环板(15)、井盖下环板(16)和井盖底板(18)拼接而成；井盖上环板(15)比井盖下环板(16)直径大，两者之间通过锥角过渡，井盖上环板(15)顶端的直径比下端大，并与井盖上承重板14配合； 屏蔽井盖的壳内钢结构由井盖吊装口(13)、井盖上承重板(14)、井盖中心筒(21)、井盖加强筋(19)、井盖吊板(17)和井盖吊筋(20)组成；井盖吊装口(13)位于井盖的中心，用于井盖吊具的卡爪抓取井盖，井盖吊装口(13)通过井盖上承重板(14)固定在井盖上环板(15)上；井盖中心筒(21)的上端固定在井盖吊装口(13)的下部，下端固定在井盖吊板(17)上，井盖吊板(17)除了通过井盖中心筒(21)固定在井盖吊装口(13)上外，还通过井盖吊筋(20)固定在井盖上承重板(14)和井盖加强筋(19)上；井盖加强筋(19)除了通过井盖吊筋(20)固定在井盖上承重板(14)上外，还与井盖下环板(16)固定，在外壳和壳内钢结构间的空隙内浇注混凝土，形成井盖的屏蔽层。
2.如权利要求I所述的乏燃料贮存竖井屏蔽井盖，其特征在于，所述井盖上环板(15)、井盖下环板(16)和井盖底板(18)焊接构成所述外壳。
3.如权利要求I所述的乏燃料贮存竖井屏蔽井盖，其特征在于，所述屏蔽井盖的外壳由不锈钢材料制成。
4.一种用于提升所述乏燃料贮存竖井屏蔽井盖的提升装置，其特征在于，主要由提升装置支架(5)、井盖导向条(4)、井盖吊具￠)、上层加强板(11)、下层加强板(12)、环链(7)、提升机构(8)和承重梁(10)构成；该提升装置的主体由提升装置支架(5)构成，上层加强板(11)和下层加强板(12)分别固定在提升装置支架(5)的中部和底部，上层加强板(11)和下层加强板(12)的中心设有井盖吊装孔，上层加强板(11)和下层加强板(12)的井盖吊装孔通过井盖导向条(4)连接起来； 提升装置支架(5)通过承重梁(10)固定在乏燃料厂房内的地车上；提升机构(8)固定在承重梁10上，井盖提升机构(8)通过环链(7)与井盖吊具(6)连接，井盖吊具(6)具有抓取和脱开屏蔽井盖的功能。
5.如权利要求4所述的提升装置，其特征在于，所述井盖吊具(6)主要由吊具本体(22)、吊轴(23)、电动推杆(31)、凸轮(27)、卡爪(28)和导向轴承(30)构成； 井盖吊具￠)的主要部件均固定在吊具本体(22)上，吊具本体(22)的顶部设有吊轴(23)，提升吊耳(33)的底部连接在吊轴(23)上，顶部则固定在吊钩(9)上，吊钩(9)通过环链(7)连接到提升机构(8)上； 吊具本体(22)上部的中心部位设有宽槽，宽槽内容纳有卡爪(28)的驱动机构，卡爪(28)的驱动机构为电动推杆(31)，电动推杆(31)通过支撑臂(32)固定在吊具本体(22)上，电动推杆(31)的侧翼为电动推杆电机(24)，电机(24)通过电动推杆电缆(25)取电和接受控制室的操作指令。电动推杆(31)的下端为电动推杆轴(26)，推杆轴(26)的底端固定有凸轮(27)，推杆轴(26)在电动推杆(31)的驱动下，可带动凸轮(27)作上下直线运动； 吊具本体(22)的中部设有中心孔，除了用于穿过电动推杆轴(26)，还设有导向轴承(30)，导向轴承(30)用于推杆轴(26)在作上下运动时，为推杆轴(26)提供导向。
吊具本体(22)的下部开有多个立槽，用于容纳卡爪(28)，卡爪(28)用于抓取所述屏蔽井盖的井盖吊装口(13)，电动推杆(31)驱动推杆轴(26)进行上下运动时，固定在推杆轴(26)上的凸轮(27)跟着进行上下直线运动，当凸轮(27)位于卡爪(28)的上部时，卡爪(28)处于收回状态，井盖吊具(6)从屏蔽井盖上脱开，当凸轮(27)位于卡爪(28)的下部时，卡爪处于张开状态，井盖吊具(6)将屏蔽井盖I牢牢抓住。
6.如权利要求5所述的提升装置，其特征在于，所述卡爪(28)设置为3个或4个，沿圆周对称布置，卡爪(28)通过销轴(29)固定在吊具本体(22)上。
全文摘要
本发明涉及核电站的一种乏燃料贮存竖井屏蔽井盖及与其匹配的提升装置，属于反应堆工程技术领域。屏蔽井盖，其由钢框架通过浇注混凝土而成，屏蔽井盖的钢框架由外壳和壳内钢结构组成，外壳由井盖上环板、井盖下环板和井盖底板拼接而成；屏蔽井盖的壳内钢结构由井盖吊装口、井盖上承重板、井盖中心筒、井盖加强筋、井盖吊板和井盖吊筋组成。本发明的屏蔽井盖具有辐射屏蔽功能，且由于井盖上下环板的台阶设计，可以有效防止竖井内的辐射从井盖外圈的缝隙处漏出。井盖吊具采用电动推杆作为卡爪的驱动装置，操作性能可靠、稳定。井盖提升机构和井盖吊具采用成套设计，可以实现屏蔽井盖操作的各项功能，满足核电站的集成化要求。
文档编号B66C1/10GK102708933SQ201210185500
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月6日 优先权日2012年6月6日
发明者刘继国, 吴彬, 张作义, 李悦, 王金华 申请人:清华大学