本實用新型涉及核電技術領域，具體為一種燃料組件處理系統(tǒng)。

背景技術：

目前世界各國大約建造運行了幾十座快堆，對各國快堆的設計分析表明，其對快堆的技術選擇是非常相似的，特別是商業(yè)模式的快堆，它們的共同之處在于均采用液態(tài)金屬鈉作為冷卻劑、均采用混合氧化物燃料、均采用池式結構和緊湊的系統(tǒng)以及高輸出功率等。鈉冷快堆的建成和運行，證明快堆在技術上的可行性，在總體上具有工程安全性，但是鈉冷快堆存在以下不安全因素：

(1)由于鈉是化學性質(zhì)活潑的金屬，當管道或設備破損發(fā)生鈉泄漏時，泄漏的鈉與空氣接觸發(fā)生燃燒形成鈉火，可使安全殼升溫升壓；另外，當蒸汽發(fā)生器發(fā)生漏水時，水與鈉接觸發(fā)生強烈的鈉水反應，并產(chǎn)生氫氧化鈉和氫，隨之產(chǎn)生大量的熱，氫和氧的結合又增加了反應能。

(2)在大型鈉冷快堆中，鈉的空泡效應產(chǎn)生整的反應性，當鈉發(fā)生沸騰時，可使堆功率迅速上升并導致嚴重事故。

因此，為改善鈉冷快堆的安全性，用鉛冷卻快堆更具安全性。在鉛冷卻快堆中，作為燃料的循環(huán)戰(zhàn)略，快堆的換料必須在安全的環(huán)境下進行，以免引發(fā)事故。

有鑒于此，特提出本實用新型。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型要解決的技術問題在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種用于鉛冷卻快堆換料的燃料組件處理系統(tǒng)，效率高，安全性高。

為解決上述技術問題，本實用新型采用技術方案的基本構思是：

一種燃料組件處理系統(tǒng)，包括堆內(nèi)重載機構；所述堆內(nèi)重載機構包括大小不同的兩個旋塞以及內(nèi)部換料機；其中大旋塞設置在反應堆容器頂部，小旋塞偏心的設置在大旋塞上，內(nèi)部換料機偏心地貫穿小旋塞并與小旋塞相對固；兩旋塞均獨立的繞各自的軸線旋轉(zhuǎn)。

更進一步的，所述兩旋塞均包括上部和下部兩部分；其中所述上部為一個金屬框架，框架中填充蛇紋石混凝土，框架頂部設有隔熱材料層；所述下部包覆鉛材料層，下部通過法蘭結構與上部連接。

更進一步的，兩旋塞之間以及兩旋塞和反應堆容器之間均設有密封結構，所述密封結構由鉍錫共晶合金材料制成。

更進一步的，兩旋塞之間以及兩旋塞和反應堆容器之間還設有橡膠墊圈。

更進一步的，所述反應堆容器內(nèi)部位于兩旋塞下方設有水平孔板，水平孔板外徑與反應堆容器內(nèi)徑相等；水平孔板上設有用于內(nèi)部換料機穿過的孔；反應堆容器內(nèi)兩側設置轉(zhuǎn)換桶。

更進一步的，所述內(nèi)部換料機包括伸縮桿、執(zhí)行機構、控制系統(tǒng)以及供電系統(tǒng)；執(zhí)行機構、控制系統(tǒng)以及供電系統(tǒng)設置在伸縮桿頂部；所述伸縮桿包括支撐管、旋轉(zhuǎn)管、導向管以及夾爪，支撐管頂部設置所述執(zhí)行機構、控制系統(tǒng)以及電力系統(tǒng)，所述旋轉(zhuǎn)管可旋轉(zhuǎn)的設置在支撐管內(nèi)，導向管可伸縮的套設在旋轉(zhuǎn)管內(nèi)，導向管底部連接夾爪。

更進一步的，所述旋轉(zhuǎn)管與導向管之間通過滾珠絲桿機構可伸縮地連接，至少兩組絲桿設在旋轉(zhuǎn)管與導向管之間，導向管外壁固定連接螺母，通過螺母沿絲桿升降。

更進一步的，所述執(zhí)行機構包括控制旋轉(zhuǎn)管旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器、控制導向管伸縮的導向管驅(qū)動器以及控制夾爪工作的夾爪運動驅(qū)動器，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器、導向管驅(qū)動器以及抓夾驅(qū)動器均連接控制系統(tǒng)和供電系統(tǒng)。

更進一步的，所述旋轉(zhuǎn)管與支撐管連接處、旋轉(zhuǎn)管與導向管連接處以及導向管與夾爪連接處均設置運動傳感器，運動傳感器與控制系統(tǒng)通信連接。

采用上述技術方案后，本實用新型與現(xiàn)有技術相比具有以下有益效果：

本實用新型采用雙旋塞配合垂直升降式內(nèi)部換料機復合運動方式可實現(xiàn)堆芯內(nèi)任意位置處的換料，定位準確、效率高且安全性高。

附圖說明

圖1是本實用新型一種燃料組件處理系統(tǒng)的結構示意圖；

圖2是圖1中所示大小旋塞配合示意圖；

圖3是圖2中所示旋塞的結構示意圖；

圖4是圖1中所示內(nèi)部換料機的局部結構示意圖；

圖5是密封結構示意圖；

圖中：1-反應堆容器、2-大旋塞、3-小旋塞、4-內(nèi)部換料機、5-上部、6-下部、7-鉛材料層、8-框架、9-蛇紋石混凝土、10-水平孔板、11-轉(zhuǎn)換桶、12-燃料組件；

21-鉍錫共晶合金、22-旋轉(zhuǎn)槽、23-管式加熱器或電加熱絲、24-膠墊圈、25-有機硅油；

41-支撐管、42-旋轉(zhuǎn)管、43-導向管、44-夾爪、45-絲桿、46-螺母、47-旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器、48-導向管驅(qū)動器、49-抓夾驅(qū)動器。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例，對本實用新型作進一步說明，以助于理解本實用新型的內(nèi)容。

如圖1-4所示，一種燃料組件處理系統(tǒng)，包括堆內(nèi)重載機構，堆內(nèi)重載機構用于堆內(nèi)重新加載燃料組件，堆內(nèi)重載機構包括大小不同的兩個旋塞2、3和內(nèi)部換料機4，大旋塞2設置在反應堆容器1頂部頂蓋上的大旋塞安裝孔中，通過超大型止推軸承支撐，大旋塞與頂蓋同心，并在反應堆運行期間對反應堆容器1內(nèi)腔進行密封；小旋塞3偏心的設置在大旋塞2上的小旋塞安裝孔中，通過止推軸承支撐，內(nèi)部換料機4偏心的設置在小旋塞3上，兩旋塞2、3均有獨立的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置(圖中未標志，為常規(guī)旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置)以繞各自的軸線旋轉(zhuǎn)，換料時三者逐級運動，大旋塞2是第Ⅰ級，小旋塞第Ⅱ級，內(nèi)部換料機為第Ⅲ級，大旋塞2自轉(zhuǎn)時帶著小旋塞3繞大旋塞2軸線公轉(zhuǎn)，小旋塞3自轉(zhuǎn)時帶著內(nèi)部換料機4繞小旋塞3軸線公轉(zhuǎn)，調(diào)整兩旋塞2、3的偏心距以及小旋塞3與內(nèi)部換料機4的偏心距可以引導內(nèi)部換料機4進入堆芯或者堆內(nèi)貯藏所的某一單元內(nèi)。

旋塞2、3還可以用于熱隔絕和生物屏蔽；兩旋塞2、3在氬和鉛環(huán)境中運作，且下部位處于820K左右的溫度中；具體的，大小兩旋塞2、3均包括上部和下部兩部分：

旋塞2、3的上部5是一個柱型金屬框架8并被蛇紋石混凝土9填充，蛇紋石混凝土具有容重大、易施工和強度高耐久性好等特點,尤其是在長期高溫(最高達450℃)工況下仍然可以發(fā)揮生物屏蔽的抗輻射作用；框架8頂部用高嶺土與毛的混合材料層進行隔熱，旋塞表面的高溫能夠被空氣帶走以提供正常的維持條件；

旋塞2、3的下部6包覆鉛材料層7，下部6通過法蘭和螺栓與上部5連接；大小兩旋塞的內(nèi)徑分別為4470mm和2470mm；所述下部6下方的反應堆容器2內(nèi)部充有大量放射性惰性氣體作為保護氣體。

結合圖5所示，為防止放射性氣體泄漏，兩旋塞2、3之間、兩旋塞2、3和反應堆容器1之間以及小旋塞3和內(nèi)部換料機4之間均設有密封結構，所述密封結構為液壓密封鎖閉結構，具體由鉍錫共晶合金材料制成，在上述部件之間的旋轉(zhuǎn)間隙內(nèi)填充鉍錫共晶合金21，鉍錫共晶合金易熔，在旋轉(zhuǎn)間隙中設置旋轉(zhuǎn)槽22，兩旋塞之間的旋轉(zhuǎn)槽22可設置在大旋塞2上，小旋塞3與內(nèi)部換料機4之間的旋轉(zhuǎn)槽可設置在小旋塞上等等，旋轉(zhuǎn)槽22內(nèi)設有管式加熱器或電加熱絲23，鉍錫共晶合金21設置在旋轉(zhuǎn)槽22中，反應堆正常運行狀態(tài)下，鉍錫共晶合金21處于冷凝狀態(tài)，兩旋塞相對密封固定；換料操作時，鉍錫共晶合金被管式加熱器或電加熱絲23熔化并保持液態(tài)，兩旋塞2、3可以自由旋轉(zhuǎn)，完成換料；鉍錫共晶合金21表面覆蓋有機硅油25防止合金氧化；進一步的；兩旋塞2、3之間以及兩旋塞2、3和反應堆容器1之間以及小旋塞3和內(nèi)部換料機4之間的旋轉(zhuǎn)間隙可以通過橡膠墊圈24結構加強液壓密封鎖閉結構的密封效果；本實用新型采用液態(tài)金屬密封和機械密封雙重密封方式，大大增強密封性能。

反應堆容器1內(nèi)部位于旋塞下方設有水平孔板10，水平孔板10外徑與反應堆容器1內(nèi)徑相等；水平孔板10上設有用于內(nèi)部換料機4穿過的孔；水平孔板10用于覆蓋在被加熱的冷卻液(鉛冷卻液)自由面以穩(wěn)定鉛水平面以及泵的排出速率。反應堆容器1兩側設置轉(zhuǎn)換桶11，轉(zhuǎn)換桶11內(nèi)設有若干插槽用于放置新的燃料組件或乏燃料組件。

所述內(nèi)部換料機4包括伸縮桿、執(zhí)行機構、控制系統(tǒng)(圖中未標示)以及供電系統(tǒng)(圖中未標示)；執(zhí)行機構、控制系統(tǒng)以及供電系統(tǒng)設置在伸縮桿頂部，控制系統(tǒng)和供電系統(tǒng)為常規(guī)控制和供電技術，用于對執(zhí)行機構以及伸縮桿的控制和電力供應。此處不做多余贅述。

所述伸縮桿包括支撐管41、旋轉(zhuǎn)管42、導向管43以及夾爪44，支撐管41頂部設置所述執(zhí)行機構、控制系統(tǒng)以及電力系統(tǒng)，所述旋轉(zhuǎn)管42可旋轉(zhuǎn)的設置在支撐管41內(nèi)，導向管43可伸縮的套設在旋轉(zhuǎn)管42內(nèi)，導向管43底部連接夾爪44；伸縮桿通過伸縮運動將組件送至目標位置。旋轉(zhuǎn)管42與支撐管41可以通過滾動軸承等可旋轉(zhuǎn)的連接，旋轉(zhuǎn)管42與導向管43之間通過滾珠絲桿機構可伸縮連接，至少兩組絲桿45設在旋轉(zhuǎn)管42與導向管43之間，導向管43外壁固定連接螺母46，通過螺母46沿絲桿45升降；當然，這種傳動方式只是一種適合的實施例，本實用新型旋轉(zhuǎn)管42與導向管43之間也可以采用例如齒輪傳動等其他適合傳動方式。

所述執(zhí)行機構包括控制旋轉(zhuǎn)管旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器47、控制導向管伸縮的導向管驅(qū)動器48以及控制夾爪工作的夾爪運動驅(qū)動器49，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器47、導向管驅(qū)動器48以及抓夾驅(qū)動器49均連接控制系統(tǒng)和供電系統(tǒng)，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器47、導向管驅(qū)動器48以及抓夾驅(qū)動器49均包括電機、減速機以及制動器等常規(guī)驅(qū)動系統(tǒng)部件，分別控制旋轉(zhuǎn)管42、導向管43以及夾爪44的啟停。

所述旋轉(zhuǎn)管42與支撐管41連接處、旋轉(zhuǎn)管42與導向管43連接處以及導向管43與夾爪44連接處均設置扭矩傳感器、距離傳感器等運動傳感器，運動傳感器與控制系統(tǒng)通信連接，用以檢測旋轉(zhuǎn)扭矩或運動情況等，將檢測的信息反饋到控制系統(tǒng)。

通過大小旋塞3、2可以在完全密封狀態(tài)下，安全、精準的定位內(nèi)部換料機4使其對堆芯組件進行加載或卸載，內(nèi)部換料機4也可以實現(xiàn)快速裝卸操作。通過大小旋塞3、2定位，使夾爪44準確抓取堆芯內(nèi)某一乏燃料組件，通過導向管43提升夾爪44的乏燃料組件將其帶出堆芯，之后裝入乏燃料組件反應堆容器1內(nèi)兩側的轉(zhuǎn)換桶11插槽內(nèi)以備升降機運出；加載新的燃料組件12時，通過大小旋塞定位內(nèi)部換料機4使夾爪44從轉(zhuǎn)換桶11插槽中吊起新的燃料組件12，對準堆芯某一目標位置，伸縮桿將新的燃料組件降落至目標位置，釋放夾爪44完成重新加載工作。這種雙旋塞配合垂直升降式內(nèi)部換料機復合運動方式可實現(xiàn)堆芯內(nèi)任意位置處的換料。

以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。