一种压水堆乏燃料组件水下解体修复装置及其修复工艺的制作方法

本发明属于核工业燃料组件修复技术领域，涉及一种压水堆乏燃料组件水下解体修复装置及其修复工艺。

背景技术：

燃料组件是核电站关键核心部件，其完整性和破损率直接与核电厂的安全性和经济性密切相关。尽管世界核大国为降低燃料组件的破损率做出了不懈努力，但燃料组件的破损率依然屡见不鲜。燃料组件的破损不仅给反应堆的安全运行带来严重影响，而且给核电站带来重大的经济损失，且后续破损燃料处理难度极大，因此开展破损燃料组件修复是解决这一问题的最佳途径。

由于压水堆核电站辐照后燃料组件具有较强的放射性，并且不断释放大量的余热，组件修复工作需在水下7m+的位置进行，由于组件上的燃料棒布置密集，现有技术在水下7m+的位置更换燃料棒无论效率和安全性都存在不足。

技术实现要素：

本发明解决了现有技术在水下7m+的位置更换燃料棒无论效率和安全性都存在不足的问题，提供了一种压水堆乏燃料组件水下解体修复装置及其修复工艺。该装置和工艺适用于在水下7m+的位置处对破损燃料棒进行更换操作的目的，操作更加简便、安全。

一种压水堆乏燃料组件水下解体修复装置，包括：

立柱轨道，设置在立柱轨道上的移动小车，设置在移动小车上的组件暂存装置和燃料棒暂存装置，设置在立柱轨道顶端的拔棒控制平台；

所述拔棒控制平台包括用于抓取燃料棒的燃料棒抓取工具，控制燃料棒抓取工具升降的拔棒升降平台，限定燃料棒抓取工具水平位置的拔棒定位平台，用于燃料棒抓取工具精确定位抓取燃料棒的双层导向板机构。

本发明解决了现有技术效率低、精度低，安全保障差的问题。本发明装置能够快速、准确地完成燃料组件定位格架轻微损伤校正，燃料棒更换，定位格架骨架更换等修复工作。操作时避免了需要将破损组件从水下取出全部更换，只需更换破损组件中的破损燃料棒即可，极大地节约了成本，而且本发明的装置和方法实现了水下更换的操作，更加省时，且避免破损组件取出再进行破损燃料棒更换时高温和高辐射对更换操作人员的影响，更加安全。

所述燃料棒抓取工具包括气缸，与气缸的传动轴连接的传动机构，套接在传动机构上且与气缸固定连接的外管，连接在传动机构上的抓头，以及设置在传动机构与气缸之间的弹簧；所述抓头包括弹性抓头，套接在弹性抓头上的外套管，设置在外套管内且位于弹性抓头与传动机构之间的销子。

工作时，气缸通过传动机构带动抓头上的外套管挤压与放松抓头，实现燃料棒的加紧与松开。此外，工具采取偏安全设计。具体工作过程为：断气时，弹簧促使传动机构朝向抓头的方向移动，进而通过传动机构促使外套管朝向弹性抓头方向移动，由于弹性抓头的直径呈逐渐增大的趋势，在外套管移动过程中，促使弹性抓头内的孔径变小，进而压紧伸入弹性抓头孔径内的燃料棒端部，实现燃料棒的抓取。通气时，气缸促使传动机构朝向远离抓头的方向移动，该传动机构带动外套管向远离弹性抓头的方向移动，进而弹性抓头的大直径端移出外套管，增大弹性抓头内的孔径大小，进而使弹性抓头松开燃料棒端部，实现燃料棒的松开。

更进一步地，本发明还包括设置在燃料组件上用于燃料棒抓取工具精确定位的双层导向板机构；所述双层导向板机构包括E/F导向板，及夹紧机构；其中，E/F导向板上设置孔洞，孔洞直径为1.7倍燃料棒间距，孔位对角布置，减轻视觉疲劳，上端设置E或者F标识。工作时，夹紧机构四边紧贴破损燃料组件的格架，本发明可根据破损燃料棒的位置，选择合适的双层导向板，并选择合适的角度将双层导向板安装在底部夹紧机构上。

通过上述结构的优化设置，能有效实现水下燃料棒的精确抓取操作，有效提高燃料棒的更换操作效率。

为了达到更加精确定位的目的，所述拔棒定位平台上设置导向机构，所述燃料棒抓取工具穿过该导向机构延伸到燃料棒抓取位置处。本发明中的导向机构为圆柱形筒状结构，该导向机构套接在燃料棒抓取工具上，且固定在拔棒定位平台上。通过该结构的设置，避免燃料棒抓取工具在拔棒操作过程中出现角度的偏移，进而有效避免更换过程中燃料棒的损坏，操作更加安全、稳定。

进一步，所述拔棒定位平台包括设置在立柱轨道顶端的主平台，设置在主平台上用于调节导向机构左右位移的拔棒X平台，以及设置在主平台上用于调节导向机构前后位移的拔棒Y平台。

为了更好地实现拔棒的操作，避免拔棒过程中由于用力过大造成燃料棒的损坏，影响更换操作，因而所述拔棒升降平台与燃料棒抓取工具之间的连接处还设置有拉拔力测量仪。通过拉拔力测量仪检测出燃料棒抓取工具与燃料棒之间的拉拔力，及时调整，保证更换操作的顺利进行。

进一步，所述移动小车包括用于固定组件暂存装置和燃料棒暂存装置的车体，以及用于驱动车体在立柱轨道上移动的卷扬机构。

其中，组件暂存装置采用不锈钢角钢和钢板焊接而成，钢板内设有两个组件暂存孔，左边孔用于暂存破损燃料组件，右边孔用于暂存燃料棒暂存装置。该燃料棒暂存装置与压水堆燃料组件类似，均采用不锈钢钢管及钢板焊接而成，不同的是其上部孔位优选布置为8×8，密集程度远小于压水堆燃料组件。

优选地，本发明还包括用于控制拔棒控制平台和移动小车工作的控制箱；该控制箱连接于监控系统上。通过上述结构的设置，可以实现更换操作的自动控制，有效减少人工成本投入。

一种压水堆乏燃料组件水下解体修复工艺，包括：

1)、确定破损燃料棒在破损组件中的位置；

2)、将破损组件移动至组件暂存位置处，取出破损组件的上管座；

3)、将双层导向板机构安装在破损组件上；

4)、通过移动拔棒升降平台促使移动燃料棒抓取工具移动到破损组件的对应位置处；

5)、通过拔棒定位平台对燃料棒抓取工具进行粗定位，将燃料棒抓取工具移动到破损燃料棒位置处；

6)、通过拔棒升降平台将燃料棒抓取工具下移并抓取破损燃料棒，然后将破损燃料棒从破损组件中拔出；

7)、将破损燃料棒移动到燃料棒暂存装置中，再通过拔棒定位平台移动燃料棒抓取工具，使燃料棒抓取工具对准燃料棒暂存装置中新燃料棒或哑棒；

8)、抓取燃料棒暂存装置中新燃料棒或哑棒，然后移动到步骤6中拔出破损燃料棒的位置处，并将新燃料棒或哑棒插入破损组件中即可。

优选地，本发明包括：

1)、通过超声检查，确定破损燃料棒在破损组件中的位置；

2)、将破损组件移动至组件暂存位置处，采用螺母松脱工具拆除破损燃料组件的上管座上螺栓，采用组件管座抓取工具取出破损组件的上管座；

3)、将双层导向板机构安装在破损组件上；

4)、通过移动拔棒升降平台促使移动燃料棒抓取工具移动到破损组件的正上方位置处；

5)、通过拔棒定位平台对燃料棒抓取工具进行粗定位，将燃料棒抓取工具移动到破损燃料棒正上方位置处；

6)、通过拔棒升降平台将燃料棒抓取工具下移到双层导向板机构，并通过双层导向板机构上与破损燃料棒对应的孔位，然后抓取双层导向板机构下方的破损燃料棒，并将破损燃料棒从破损组件中拔出；

7)、燃料棒抓取工具将破损燃料棒移动到燃料棒暂存装置中，并通过破损燃料棒的自重插入到燃料棒暂存装置，燃料棒抓取工具上移放开破损燃料棒，再通过拔棒定位平台移动燃料棒抓取工具，使燃料棒抓取工具对准燃料棒暂存装置中新燃料棒或哑棒；

8)、燃料棒抓取工具下移抓取燃料棒暂存装置中的新燃料棒或哑棒，然后抽出燃料棒暂存装置中的新燃料棒或哑棒移动到步骤6中拔出破损燃料棒的位置处，通过新燃料棒或哑棒发自重插入破损组件中。

上述过程中所用的组件管座抓取工具由弹簧，钢丝绳，外管，抓头组成，其中，抓头一对角为定位销，另一对角为抓头板。工作时，远程操作工具将定位销插入管座，然后提起钢丝绳，并将抓头板旋转90°卡入组件管座，最后放下钢丝绳完成抓取工作。

上述过程中所用的螺母松脱工具由上端管组件、下端管组件、连接头、抓头组成，其中上端管组件和下端管组件通过连接头连接，抓头插入下端管并通过螺钉连接。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明的装置和工艺适用于在水下7m+的位置处对破损燃料棒进行更换操作的目的，操作更加简便、安全；

2、本发明减少了操作人员所受辐射危害，降低放射性污染风险。

附图说明

图1为本发明的结构示意图一。

图2为本发明的结构示意图二。

图3为本发明的结构示意图三。

图4为本发明的燃料棒抓取工具的结构示意图。

图5为本发明的双层导向板机构的结构示意图。

图6为本发明的螺母松脱工具的结构示意图。

图7为本发明的组件管座抓取工具的结构示意图。

图8为本发明燃料棒抓取工具中抓头的结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-立柱轨道，3-组件暂存装置，4-燃料棒暂存装置，5-燃料棒抓取工具，6-拔棒升降平台，7-拔棒定位平台，8-双层导向板机构，9-导向机构，10-拉拔力测量仪，11-控制箱，12-监控系统，13-定位支撑，14-定位销，15-破损组件，16-气缸、17-弹簧、18-传动机构、19-外管，20-抓头；

21-车体，22-卷扬机构，23-E/F导向板，24-夹持机构；

25-弹性抓头，26-外套管，27-销子；

61-卷筒，62-主体框架，63-卷扬电机；

71-主平台，72-拔棒X平台，73-拔棒Y平台。

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，下面结合实施例和附图，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1

一种压水堆乏燃料组件水下解体修复装置，如图1、图2和图3所示，包括：

立柱轨道1，设置在立柱轨道1上的移动小车，设置在移动小车上的组件暂存装置3和燃料棒暂存装置4，设置在立柱轨道1顶端的拔棒控制平台；

所述拔棒控制平台包括用于抓取燃料棒的燃料棒抓取工具5，控制燃料棒抓取工具5升降的拔棒升降平台6，限定燃料棒抓取工具5水平位置的拔棒定位平台7。

该燃料棒抓取工具5包括气缸16、弹簧17、传动机构18、外管19及抓头，该。工作时，气缸16断气时，弹簧17促使传动机构18朝向抓头20的方向移动，进而通过传动机构18促使外套管26朝向弹性抓头25方向移动，由于弹性抓头25的直径呈逐渐增大的趋势，在外套管26移动过程中，促使弹性抓头25内的孔径变小，进而压紧伸入弹性抓头25孔径内的燃料棒端部，实现燃料棒的抓取。通气时，气缸16促使传动机构18朝向远离抓头的方向移动，该传动机构18带动外套管26向远离弹性抓头25的方向移动，进而弹性抓头25的大直径端移出外套管26，增大弹性抓头25内的孔径大小，进而使弹性抓头25松开燃料棒端部，实现燃料棒的松开。

本发明中，拔棒升降平台6用于将燃料棒抓取工具5移动到燃料组件上方位置处，并可有效控制燃料棒抓取工具5升降即可，只要是能够实现燃料棒抓取工具5移动的结构均可。而拔棒定位平台7用于将燃料棒抓取工具5移动到需要抓取的燃料棒上方位置处，实现该目的的结构也多种，本实施例中公开了其中一种具体实现方案，设置如下：

拔棒升降平台6包括安装板、主体框架62、定滑轮、卷扬电机63，卷筒61及钢丝绳，其中，主体框架呈三角形结构，采用三根不锈钢钢管焊接而成。安装时，主体框架底部插入安装板的安装孔中，可以360°旋转，定滑轮固定在主体框架顶部，钢丝绳一端与燃料棒抓取工具5固定连接，另一端穿过定滑轮后固定在卷筒上，卷扬电机用于驱动卷筒运动。

拔棒定位平台7包括主平台71、拔棒X平台72和拔棒Y平台73，其中，拔棒X平台和拔棒Y平台均采用丝杠传动，并与伺服电机通过联轴器直接连接驱动。安装时，拔棒定位平台7通过定位支撑13上的两组定位销14准确地安装在主平台71上，本实施例中该主平台71与安装板为同一平面板，如图1、图2和图3所示。

移动小车包括用于固定组件暂存装置3和燃料棒暂存装置4的车体21，以及用于驱动车体在立柱轨道1上移动的卷扬机构22。

为了达到自动控制的目的，本发明中还设置有控制箱11，该控制箱11通过控制线与拔棒控制平台和移动小车的卷扬机构22连接，即拔棒控制平台的拔棒X平台72、拔棒Y平台73、拔棒升降平台6的卷扬电机以及驱动主体框架呈360度转动的驱动机构。本发明还包括监控系统12，该监控系统12与控制箱11连接。

本发明的具体工作过程如下：

1)、通过超声检查，确定破损燃料棒在破损组件中的位置；

2)、将破损组件移动至组件暂存位置处，采用螺母松脱工具拆除破损燃料组件的上管座上螺栓，采用组件管座抓取工具取出破损组件的上管座；

3)、将双层导向板机构安装在破损组件上；

4)、通过移动拔棒升降平台促使移动燃料棒抓取工具移动到破损组件的正上方位置处；

5)、通过拔棒定位平台对燃料棒抓取工具进行粗定位，将燃料棒抓取工具移动到破损燃料棒正上方位置处；

6)、通过拔棒升降平台将燃料棒抓取工具下移并抓取破损燃料棒，然后将破损燃料棒从破损组件中拔出；

7)、燃料棒抓取工具将破损燃料棒移动到燃料棒暂存装置中，并通过破损燃料棒的自重插入到燃料棒暂存装置，燃料棒抓取工具上移放开破损燃料棒，再通过拔棒定位平台移动燃料棒抓取工具，使燃料棒抓取工具对准燃料棒暂存装置中新燃料棒或哑棒；

8)、燃料棒抓取工具下移抓取燃料棒暂存装置中的新燃料棒或哑棒，然后抽出燃料棒暂存装置中的新燃料棒或哑棒移动到步骤6中拔出破损燃料棒的位置处，通过新燃料棒或哑棒发自重插入破损组件中。

其中，本发明中该螺母松脱工具由上端管组件、下端管组件、连接头、抓头组成，其中上端管组件和下端管组件通过连接头连接，抓头插入下端管并通过螺钉连接，如图6所示。组件管座抓取工具由弹簧，钢丝绳，外管，抓头组成。其中，抓头一对角为定位销，另一对角为抓头板。工作时，远程操作工具将定位销插入管座，然后提起钢丝绳，并将抓头板旋转90°卡入组件管座，最后放下钢丝绳完成抓取工作，如图7所示。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于，本实施例中优化了燃料棒抓取工具5位置处的结构，使抓取时精度更高，准确率更高，有效提高抓取效率，具体设置如下：

本发明还包括设置在燃料组件上用于燃料棒抓取工具5精确定位的双层导向板机构8。所述拔棒定位平台7上还设置导向机构9，所述燃料棒抓取工具5穿过该导向机构9延伸到燃料棒抓取位置处。

本发明中该双层导向板机构8包括E/F导向板23及夹持机构24；其中，E/F导向板23上设置孔洞，孔洞直径为1.7倍燃料棒间距，孔位对角布置，减轻视觉疲劳，上端设置E或者F标识。工作时，夹持机构24四边紧贴破损燃料组件的格架，本发明可根据破损燃料棒的位置，选择合适的双层导向板，并选择合适的角度将双层导向板安装在底部夹紧机构上，如图5所示。

导向机构9的结构为：中间为不锈钢钢管，两端为滚动轴承导向机构。拔棒定位平台7与导向机构9的连接关系如下：导向机构8通过快速螺栓连接固定在拔棒Y平台73上，拔棒Y平台73通过直线轴承和丝杠螺母与拔棒X平台72的导向杆和丝杠连接。电控部分：拔棒X平台72的控制线和拔棒Y平台73的控制线与控制箱11相连。

本实施例中定位时的具体工作过程如下：

即在步骤6中，通过拔棒升降平台将燃料棒抓取工具下移到双层导向板机构，并通过双层导向板机构上与破损燃料棒对应的孔位，然后抓取双层导向板机构下方的破损燃料棒，并将破损燃料棒从破损组件中拔出。

实施例3

本实施例与实施例2的区别在于，本实施例中增加了拉拔力测量仪10，有效对燃料棒拉拔的力量进行监控。

所述拔棒升降平台6与燃料棒抓取工具5之间的连接处还设置有拉拔力测量仪10，该拉拔力测量仪10通过控制线与控制箱连接。

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。