一种通过挂载燃料实现自锁的燃料组件抓具的制作方法

本技术涉及核反应堆工程，特别涉及一种通过挂载燃料实现自锁的燃料组件抓具。

背景技术：

1、压水堆核电厂的反应堆堆芯排布置有数百个燃料组件，每个燃料组件都是由燃料棒束构成，呈正方形截面的长方体结构。燃料组件装入或卸出堆芯，以及从反应堆移出至乏燃料水池存放的操作，均需要借助装卸料机或燃料操作工具完成。燃料抓具作为装卸料机或燃料操作工具的爪头部件，是直接与被操作燃料组件接触并实现抓取与释放的关键执行机构。

2、现有燃料抓具存在以下技术缺陷：其一，现有抓具虽设有自锁机构以防止燃料组件意外脱开，但对滑块的误操作仍可能导致抓具解锁，进而引发燃料组件脱开并发生跌落事故；其二，现有抓具依靠底部的定位销插入燃料组件顶部的销孔来实现导向与定位，在换料水深约10～20m的工况下对齐难度较大。而一体化反应堆的发展进一步增加了容器高度和操作深度，使定位更加困难。

3、现有专利cn214653021u采用滑块推拉四个钩爪，通过下推滑块使钩爪外转钩入提梁，并利用滑块抵靠钩爪臂实现自锁。现有专利cn102415012a原理相似，但改用电磁铁与弹簧驱动滑块复位。然而，上述方案均未解决误操作导致解锁的风险，也未改善深水环境下的导向定位难题。

4、综上，亟需一种能够有效防止滑块误操作解锁并提升深水定位便捷性的燃料抓具结构。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中燃料抓具依赖持续外部动力保持夹持而导致失压脱钩风险及水下对位时容差能力不足、对定位精度要求苛刻等问题，本技术提出了一种通过挂载燃料实现自锁的燃料组件抓具，可实现抓具挂载燃料后依靠重力自动维持锁定，同时通过锥形导向与柔性连接的自适应对中，显著提升水下远距离操作的容错性与便捷性。

2、为达到上述目的，本技术第一方面提出了一种通过挂载燃料实现自锁的燃料组件抓具，具体技术方案如下：

3、一种通过挂载燃料实现自锁的燃料组件抓具包括：

4、抓具组件，用于抓取或释放燃料组件；

5、驱动组件，连接于所述抓具组件的上方，用于向所述抓具组件提供驱动力；

6、气路组件，用于向所述驱动组件输送高压气体；

7、悬吊组件，设置于所述驱动组件的上方，用于与外部吊装设备连接；

8、以及连接组件，连接于所述悬吊组件与所述驱动组件之间；

9、所述抓具组件设有承载自锁结构，所述抓具组件在挂载燃料组件时通过燃料组件的重力作用自动维持锁定状态。

10、进一步的，所述连接组件为柔性连接组件，为所述抓具组件提供径向偏摆自由度。

11、进一步的，所述抓具组件包括底座及安装于所述底座的键爪和复位结构，所述键爪沿周向间隔设置有多个，并分别可转动地安装于所述底座上，所述复位结构安装于所述底座内部且位于所述键爪下方。

12、进一步的，所述键爪具有伸出端和驱动端，所述伸出端伸出所述底座，用于与燃料组件形成挂载配合，所述驱动端位于所述底座内部，用于接收驱动力以驱动所述键爪转动。

13、进一步的，所述复位结构包括支杆和套设于所述支杆外的第一弹性件，所述支杆位于所述键爪的驱动端下方，所述第一弹性件通过所述支杆为所述键爪的驱动端提供轴向复位力。

14、进一步的，所述抓具组件还包括键爪套，所述键爪套套设于所述键爪外侧，所述键爪套上设有钢丝绳连接部，用于在应急状态下通过外部提拉钢丝绳带动所述键爪转动收回。

15、进一步的，所述底座下端设有锥形导向结构，所述锥形导向结构为所述底座下端外径自上而下逐渐减小的锥形面。

16、进一步的，所述驱动组件包括第一缸体和至少部分设置于所述第一缸体内部的第二缸体，所述第二缸体的下端伸出所述第一缸体与所述抓具组件连接，所述第二缸体可沿轴向相对所述第一缸体滑动，以带动所述抓具组件执行抓取或释放动作。

17、进一步的，所述驱动组件还包括设置于第二弹性件，所述第二弹性件的两端分别作用于所述第一缸体和所述第二缸体，用于向所述第二缸体提供轴向复位力。

18、进一步的，所述第一缸体的上端端口处设有顶盖，所述顶盖上开设有用于连接所述气路组件的通孔，高压气体经通孔进入所述第一缸体内部，推动所述第二缸体相对所述第一缸体轴向滑动。

19、进一步的，所述气路组件包括气管和同轴套设于其外部的套管，所述气管的下端与所述驱动组件连通。

20、进一步的，所述悬吊组件包括套筒，所述套筒上端设有沿轴向贯通的通孔，用于供所述气路组件穿过并伸出；所述套筒下端设有多个沿周向间隔分布的延长臂，各所述延长臂与所述驱动组件的上端周向限位配合。

21、进一步的，所述连接组件上设置有拉力计，所述拉力计设连接于所述悬吊组件的下端，用于检测所述抓具组件的轴向载荷。

22、进一步的，还包括应急解锁机构，所述应急解锁机构包括牵引件，所述牵引件的一端与所述抓具组件连接，另一端绕过所述驱动组件并穿过所述悬吊组件并向上伸出。

23、为达到上述目的，本技术第二方面提出了一种燃料组件，与上述燃料组件抓具配合使用，所述燃料组件的顶端设置有向内凸出的卡合凸缘，各所述卡合凸缘用于与所述抓具组件卡合挂载配合。

24、应用本发明的上述技术方案，至少实现了如下技术效果：

25、1.本发明通过在抓具组件中设置承载自锁结构，使抓具挂载燃料后依靠燃料组件重量自动维持锁定状态，即使意外通入气压或误发解锁指令，气源压力不足以克服燃料重力而收回键爪，从结构层面规避因人员误操作、气源中断或电气故障导致的燃料组件意外脱钩跌落风险，实现本质安全防护。

26、2.本发明通过在抓具组件下端设置上宽下窄的锥形导向结构，并在悬吊组件与驱动组件之间设置柔性连接组件，使抓具在较大位置偏差下利用锥面滑入燃料组件上端开口，同时通过柔性连接提供径向偏摆自由度，从而实现大容差自适应对中，显著降低水下远距离操作时对定位精度的依赖，提升对位效率与容错性。

27、3.本发明通过为键爪设置两种相互独立的驱动方式，即被动触发式与主动驱动式，使抓具在弹簧力过大导致键爪无法依靠自重复位时，仍可通过驱动组件推动键爪转动完成操作；同时设置手动应急解锁机构，在气动功能故障时可通过钢丝绳手动收回键爪，实现抓具与燃料组件的可靠脱开，避免抓具卡滞于燃料组件中无法抽出的风险。

28、4.本发明通过在外套缸下端四面设置凸起的限位挡块，使抓具下行至预设行程终点时与燃料组件提梁抵接配合，从而限制抓具过度下行，有效防止抓具下端碰触燃料棒而造成损伤，保障燃料组件的结构完整性。

29、5.本发明通过在连接组件上设置多组拉力计，分别对应监测各键爪所在载荷路径上的轴向载荷变化，使操作人员可实时判断各键爪是否处于正常抓持状态及燃料组件是否已被可靠抓取，同时在吊运过程中通过载荷波动识别卡塞、摩擦或碰撞等异常工况，从而提供实时载荷反馈与故障预警。

30、本技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。