一种用于高温气冷堆吸收球的取出装置的制作方法

1.本发明涉及核电站高温气冷堆主设备检修领域，具体涉及一种用于高温气冷堆吸收球的取出装置。


背景技术：

2.吸收球停堆系统是高温气冷堆的一个关键系统，其作为第二套反应性控制系统，起到辅助停堆作用，与控制棒系统同时使用可使反应堆压力容器达到更低温度的冷停堆状态。吸收球停堆系统位于反应堆压力容器的顶盖上，一共有六套，在压力容器顶盖上成环形布置。
3.吸收球停堆系统对反应性的控制实际是通过吸收球来吸收反应堆压力容器内的中子实现的。根据高温气冷堆的设计要求，吸收球需要进行不定期更换，即需要将吸收球从吸收球停堆系统的储球罐中取出，因此吸收球的取出工作是一项重要内容。
4.吸收球位于吸收球停堆系统的储球罐内，而储球罐则位于反应堆压力容器内部，其周围环境为高纯度的氦气环境，储球罐与外界的通道狭窄，而且路径曲折，因此伸入到反应堆压力容器内的取球工具的末端必须具有一定的自由度，一是能够顺利通过曲折路径，二是可以灵活移动以便靠近吸收球，从而顺利将吸收球取出，而且在取出吸收球的过程中，外界空气不得进入反应堆压力容器内。
5.因此，吸收球更换不仅是一项极其重要的任务，关系到反应堆压力容器的运行是否具有足够的安全保障，而且是一项极具难度的任务。单个吸收球的直径为6mm，重量为0.24g，单个储球罐内大约有180kg的吸收球；狭窄通道的直径不大于50mm。
6.基于以上原因，需要能够安全可靠地对吸收球进行取出，保证高温气冷堆的氦气气氛不被破坏，同时也能够保证操作人员的安全。


技术实现要素：

7.本发明所要解决的技术问题是现阶段吸收球不易取出，且容易出现氦气气氛被破坏的问题，目的在于提供一种用于高温气冷堆吸收球的取出装置，解决了如何在保证高温气冷堆内部氦气气氛不被破坏的情况下，避免反应堆压力容器内放射性的氦气逸出至环境中，对抽出至堆外的放射性吸收球进行屏蔽保护的问题。
8.本发明通过下述技术方案实现：
9.一种用于高温气冷堆吸收球的取出装置，包括：
10.取出管，其上端设置在反应堆压力容器的外部，所述取出管的下端穿过所述反应堆压力容器和储球罐罐体设置在所述储球罐内部，所述取出管的外侧面与所述反应堆压力容器和所述储球罐密封连接；
11.连续体机器人，其内部设置有中空管路，所述连续体机器人设置在所述取出管内，所述连续体机器人的下端穿过所述取出管吸附位于所述储球罐内的吸收球；
12.负压输送组件，其具有进气口和出气口，所述负压输送组件的进气口与所述连续
体机器人的上端连接；
13.存球箱，其具有进气口和出气口，所述存球箱的进气口与所述负压输送组件的出气口连通，所述存球箱的出气口与所述取出管连通。
14.优选地，所述连续体机器人的外侧与所述取出管的内侧之间设置有间隙，位于所述储球罐内部的所述取出管的管壁上设置有供所述连续体机器人穿出的分叉口。
15.具体地，所述负压输送组件包括：
16.转接块，其内部设置有回气孔和竖直的贯穿孔，所述转接块与所述取出管的上端连接，所述回气孔的进气口与所述存球箱的出气口连通，所述回气孔的出气口与所述所述取出管的上端连通。
17.刚性管，其下端穿过所述贯穿孔与所述连续体机器人的上端连接，且与所述连续体机器人的中空管路连通；
18.风机，其进气口与所述刚性管的上端连通，所述风机的出气口与所述存球箱的进气口连通。
19.优选地，所述转接块与所述存球箱之间、所述存球箱与所述风机之间、所述风机与所述刚性管之间通过连接软管连通；
20.所述转接块的下侧面设置有与所述取出管的上端可拆卸连接的螺纹接头；
21.所述转接块上设置有与所述回气孔连通的接管嘴。
22.进一步，所述负压输送组件还包括：
23.直线移动组件，其具有移动端和固定端，所述直线移动组件的固定端与所述转接块固定连接，所述刚性管与所述直线移动组件的移动端固定连接，且所述直线移动组件驱动所述刚性管上下移动。
24.作为一个优选的实施方式，所述直线移动组件包括：
25.底座，其与所述转接块固定连接；
26.线性导轨副，其竖直设置，且所述线性导轨副的下端与所述底座固定连接；
27.滚珠丝杠副，其与所述线性导轨副平行设置，且所述滚珠丝杠副的下端与所述底座固定连接；
28.伺服电机，其转矩输出轴与所述滚珠丝杠副动力连接，并驱动所述滚珠丝杠副转动；
29.移动块，其与所述滚珠丝杠副螺纹连接，所述移动块与所述线性导轨副滑动连接，所述刚性管与所述移动块固定连接。
30.进一步，所述取出装置还包括柔性密封膜，所述移动块、所述刚性管和所述转接块的上部密封在所述柔性密封膜内。
31.具体地，所述存球箱包括：
32.箱体，其上侧面开口处设置有通过锁紧扣连接的箱盖；
33.竖隔板，其竖直设置在所述箱体内，且将所述箱体分隔成为上端连通的球腔和气腔；
34.进气管，其设置在所述箱体的其中一个竖侧面，所述进气管连通所述风机和所述球腔；
35.出气管，其设置在所述箱体的另一个竖侧面，所述出气管连通所述回气孔与所述
气腔。
36.具体地，所述连续体机器人包括：
37.上段机器人，其上端与所述刚性管的下端连接，所述上段机器人具有一个自由度；
38.中段机器人，其上端与所述上段机器人的下端连接，所述中段机器人具有一个自由度；
39.下段机器人，其上端与所述中段机器人的下端连接，所述下段机器人具有两个自由度；
40.驱动组件，其驱动所述上段机器人、所述中段机器人和所述下段机器人运动。
41.优选地，所述上段机器人/所述中段机器人/所述下段机器人包括：
42.中空管；
43.套装在所述中空管外的外套管，所述外套管的内侧面与所述中空管的外侧面连接；
44.所述驱动组件包括：
45.四个设置在反应堆压力容器外部的驱动电机；
46.四个钢丝绳，四个所述钢丝绳的上端分别与四个所述驱动电机的转矩输出端连接，四个所述钢丝绳设置在所述外套管内，且呈方形分布，所述钢丝绳的下端与所述下段机器人的下端连接。
47.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
48.本发明通过设置贯穿反应堆压力容器和储球罐的取出管，实现将连续体机器人深入至储球罐内，并通过负压输送组件对连续体机器人内部的中空管体提供负压，使得吸收球在负压的作用下进入存球箱内，并通过将存球箱与取出管连通，最终将负压输送组件抽出的氦气返还至储球罐内；
49.本发明中的高温气冷堆吸收球的取出方法，能够实现高温气冷堆内吸收球的快速取出，取球效率高；封闭的吸球回路避免了反应堆压力容器内的放射性氦气逸出，保证反应堆压力容器内的气压平衡。
附图说明
50.附图示出了本发明的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本发明的原理，其中包括了这些附图以提供对本发明的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。
51.图1是根据本发明所述的吸收球停堆系统的结构示意图。
52.图2是根据本发明所述的一种用于高温气冷堆吸收球的取出装置的结构示意图。
53.图3是根据本发明所述的负压输送组件的结构示意图。
54.图4是根据本发明所述的转接块的结构示意图。
55.图5是根据本发明所述的直线移动组件的结构示意图。
56.图6是根据本发明所述的存球箱的结构示意图。
57.图7是根据本发明所述的连续体机器人的结构示意图。
58.附图标记：1-反应堆压力容器，2-储球罐，3-吸收球，4-取出管，5-连续体机器人，6-负压输送组件，7-存球箱；
59.11-转接块，12-刚性管，13-风机，14-连接软管，15-柔性密封膜，16-直线移动组件，111-贯穿孔，112-回气孔，113-接管嘴，114-螺纹接头；
60.21-线性导轨副，22-滚珠丝杠副，23-底座，24-移动块；
61.31-箱体，32-箱盖，33-竖隔板，34-进气管，35-出气管，36-锁紧扣，37-起吊环。
具体实施方式
62.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本发明的限定。
63.另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分。
64.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
65.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
66.在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。
67.实施例一
68.本实施例在于构建一个相对密封的系统，将系统内充满氦气，并且和外界隔离。根据吸收球3停堆系统的特点，在保证高温气冷堆内部氦气气氛不被破坏的情况下，利用连续体机器人5伸入高温气冷堆的储球罐2内，通过负压输送技术将吸收球3从堆内抽吸出来，并将从反应堆压力容器1内抽吸出来的氦气导回至反应堆压力容器1内。
69.为了实现上述功能，如图1和图2所示，本实施例提供一种用于高温气冷堆吸收球的取出装置，包括取出管4、连续体机器人5、负压输送组件6和存球箱7。
70.取出管4的上端设置在反应堆压力容器1的外部，取出管4的下端穿过反应堆压力容器1和储球罐2罐体设置在储球罐2内部，取出管4的外侧面与反应堆压力容器1和储球罐2密封连接，取出管4的类型不做特殊限制，在本实施例中为直线型结构，在实际使用中，可能为了防止出现吸收球3泄露而采用弯曲的结构。
71.连续体机器人5的内部设置有中空管路，连续体机器人5设置在取出管4内，连续体机器人5的下端穿过取出管4吸附位于储球罐2内的吸收球3，在本实施例中，连续体机器人5采用象鼻型的连续体机器人5，能够通过狭窄弯曲的取出管4到达反应堆压力容器1内的吸收球3储球罐2内，连续体机器人5末端可灵活移动，利用负压输送技术实现对吸收球3的抽吸，吸球效率高效。为了更好才抽取，中空管路的直径为7mm～9mm。
72.负压输送组件6具有进气口和出气口，负压输送组件6的进气口与连续体机器人5的上端连接，负压输送组件6抽取连续体机器人5的中空管路内的空气，当中空管路与吸收球3接触时，在空气负压的作用下，吸收球3进入连续体机器人5的中空管路内，并跟随氦气移动至负压输送组件6内。
73.存球箱7具有进气口和出气口，存球箱7的进气口与负压输送组件6的出气口连通，进入负压输送组件6内部的氦气和吸收球3最终进入存球箱7内，吸收球3停留在存球箱7内，存球箱7的出气口与取出管4连通，氦气进入取出管4，并最终通过取出管4返回至储球罐2内。
74.为了实现将氦气从存球箱7内返回至储球罐2，保证连续体机器人5的外侧与取出管4的内侧之间设置有间隙。
75.为了使得连续体机器人5的末端可以在储球罐2内移动，保证位于储球罐2内部的取出管4的管壁上设置有供连续体机器人5穿出的分叉口。
76.本实施例中将连续体机器人5、负压输送装置、存球箱7和储球罐2联通，构成一个闭环系统，防止反应堆压力容器1内的放射性氦气逸出到环境中，以免造成人员伤害以及环境污染。同时能够及时将从反应堆压力容器1内抽吸出来的氦气返回至反应堆压力容器1内，保证反应堆压力容器1内的气压平衡，避免气压波动造成外界空气进入反应堆压力容器1内部。
77.实施例二
78.为了实现负压吸附的输送功能，如图2和图3所示，实施例中的负压输送组件6包括转接块11、刚性管12、直线移动组件16和风机13。
79.如图4所示，转接块11内部设置有回气孔112和竖直的贯穿孔111，转接块11与取出管4的上端连接，且采用刚性连接的方式，可以有效的进行固定。
80.回气孔112的进气口与存球箱7的出气口连通，回气孔112的出气口与取出管4的上端连通，回气孔112用于将存球箱7内的氦气返回至取出管4内。因此在实际制造中，最好保证贯穿孔111与回气孔112的隔离。
81.直线移动组件16具有移动端和固定端，直线移动组件16的固定端与转接块11固定连接，刚性管12与直线移动组件16的移动端固定连接，且直线移动组件16驱动刚性管12上下移动。
82.刚性管12的下端穿过贯穿孔111与连续体机器人5的上端连接，且与连续体机器人5的中空管路连通；刚性管12也为中空管，且通过直线移动组件16控制刚性管12的上下移动，从而可以控制连续体机器人5上下移动，最终可以实现对连续体机器人5的末端在储球罐2内的高低位置调整。
83.风机13的进气口与刚性管12的上端连通，风机13的出气口与存球箱7的进气口连通，风机13需要在进行送风的同时，避免对吸收球3造成影响，因此本实施例中选用的为非接触式的风机13。
84.在本实施例中，为了实现各个零部件之间的连接，转接块11与存球箱7之间、存球箱7与风机13之间、风机13与刚性管12之间通过连接软管14连通，连接软管14需要具备一定的强度与任性，且能保证吸收球3可以正常通过，且当刚性管12上下移动时，所连接的通路依然有效。
85.一般情况下，吸收球3停堆系统总共有6个储球罐2，每个储球罐2中有75万个吸收球3，因此本实施例中通过在转接块11的下侧面设置有与取出管4的上端可拆卸连接的螺纹接头114，可以通过松开螺纹来实现储球罐2的更换，一套装置及可以完成多个储球罐2的取球操作。
86.转接块11上设置有与回气孔112连通的接管嘴113。
87.实施例三
88.本实施例对直线移动组件16的结构加以说明。
89.直线移动组件16可以为直线电机，即将直线电机的次级竖直设置，并与转接块11连接，通过将刚性管12与初级固定连接，则可以通过改变直线电机的初级和次级的位置来实现对刚性管12的上下位置的控制。
90.同时，如图5所示，直线移动组件16还可以为螺纹丝杠结构，其包括底座23、线性导轨副21、滚珠丝杠副22、伺服电机和移动块24。
91.底座23与转接块11固定连接；线性导轨副21竖直设置，且线性导轨副21的下端与底座23固定连接；滚珠丝杠副22与线性导轨副21平行设置，且滚珠丝杠副22的下端与底座23固定连接；伺服电机的转矩输出轴与滚珠丝杠副22动力连接，并驱动滚珠丝杠副22转动移动块24与滚珠丝杠副22螺纹连接，移动块24与线性导轨副21滑动连接，刚性管12与移动块24固定连接。
92.线性导轨副21为移动块24提供导向，滚珠丝杠副22为移动块24提供动力，当伺服电机驱动滚珠丝杠转动时，在螺纹的作用下，可以实现移动块24的上下移动。
93.实施例四
94.为了放置放射性氦气的泄露，取出装置还包括柔性密封膜15，移动块24、刚性管12和转接块11的上部密封在柔性密封膜15内。
95.转接块11配合柔性密封膜15将移动块24、刚性管12密封起来，防止堆内的放射性氦气逸出至堆外。
96.存球箱7是用来收集吸收球3的，同时存球箱7上还留有回气孔112，便于将放射性的氦气返回至反应堆压力容器1内，存球箱7的外表面还设计有屏蔽层，能够对吸收球3的放射性进行屏蔽，避免造成人员伤害。
97.如图6所示，存球箱7包括箱体31、箱盖32、竖隔板33、进气管34和出气管35。
98.箱体31的上侧面开口处设置有通过锁紧扣36连接的箱盖32，锁紧扣36将箱体31和箱盖32进行连接锁紧，并在存球箱7上设置用于吊起存球箱7的起吊环37。
99.竖隔板33竖直设置在箱体31内，且将箱体31分隔成为上端连通的球腔和气腔，进气管34设置在箱体31的其中一个竖侧面，进气管34连通风机13和球腔；出气管35设置在箱体31的另一个竖侧面，出气管35连通回气孔112与气腔。
100.进气管34接收从反应堆压力容器1吸出的氦气与吸收球3的混合物，出气管35将氦气返回至反应堆压力容器1内部，竖隔板33将吸收球3挡住，防止其再次进入反应堆压力容器1内，氦气可以经竖隔板33上部从球腔进入气腔。
101.箱体31和箱盖32都是双层结构，中间有一层铅屏蔽层，用来屏蔽从堆内带出来的放射性，以防人员受到辐照。
102.实施例五
103.如图7所示，本实施例中采用连续体机器人5，连续体机器人5连接在刚性管12的下端，为内外套管式结构，内套管用来形成抽吸回路，外套管和电机用钢丝绳连接，从而实现所需运动。
104.连续体机器人5分为上中下三段，上段和中段各有一个自由度，下段具有两个自由度，满足灵活移动以及吸球的要求，头部具有两个自由度，以及中部和尾部各有一个自由度，满足通过复杂路径、灵活移动以及抽取吸收球3的要求。
105.连续体机器人5的四个自由度由四个对应的驱动电机来控制，四个驱动电机通过拉拽钢丝绳从而实现对连续体机器人5的控制。
106.连续体机器人5包括上段机器人、中段机器人、下段机器人和驱动组件。
107.上段机器人的上端与刚性管12的下端连接，上段机器人具有一个自由度；
108.中段机器人的上端与上段机器人的下端连接，中段机器人具有一个自由度；
109.下段机器人的上端与中段机器人的下端连接，下段机器人具有两个自由度；
110.驱动组件驱动上段机器人、中段机器人和下段机器人运动。
111.上段机器人/中段机器人/下段机器人包括中空管和套装在中空管外的外套管。
112.如图7所示，，外套管的内侧面与中空管的外侧面连接，且外套管可以为多个平行设置的圆环结构。与
113.驱动组件包括四个设置在反应堆压力容器1外部的驱动电机和四个钢丝绳。
114.四个钢丝绳的上端分别与四个驱动电机的转矩输出端连接，四个钢丝绳设置在外套管内，且呈方形分布，钢丝绳的下端与下段机器人的下端连接。
115.由于通往反应堆压力容器1内吸收球3储球罐2的路径狭窄而曲折，吸球管到达储球罐2具有一定的难度，需要吸球管自身具有一定的自由度，而具有多自由度的中空的连续体机器人5能够解决该问题。
116.另一方面，由于储球罐2内的吸收球3分布面积较广，需要吸球管的末端灵活可控，以便接近需要抽吸的吸收球3，具有多自由度的中空的连续体机器人5亦能够解决该问题。
117.实施例六
118.本实施例在基于实施例一至实施例五的基础上，提供一种吸收球3的取出方法。
119.将转接块11安装到取出管4上；
120.将直线移动组件16安装到转接块11上；
121.将刚性管12、连续体机器人5连接后进行安装；
122.用连接软管14将风机13、存球箱7、转接块11与刚性管12进行连接；
123.用柔性密封膜15将移动块24、刚性管12以及转接块11的上部进行密封；
124.控制刚性管12和连续体机器人5下降；
125.当连续体机器人5下降到分叉口时，控制连续体机器人5的下段做一定偏移，顺利通过分叉处；
126.当连续体机器人5接近吸收球3时，风机13开始工作，将吸收球3抽吸到存球箱7内，同时氦气经转接块11自动返回反应堆压力容器1内部；
127.当连续体机器人5的下段末端附近没有吸收球3时，连续体机器人5会下降以及控制末端作出一定范围移动，以便接近吸收球3；
128.吸收球3抽吸完毕；
129.拆卸装置。
130.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
131.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
132.本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本发明，而并非是对本发明的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述发明的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本发明的范围内。