CN110415853A - 后处理厂乏燃料组件贮运吊篮 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种后处理厂乏燃料组件贮运吊篮，包括支撑骨架和多个贮存小室，支撑骨架包括支座、栅格板、吊装结构和支撑结构，栅格板上开设有多个安装贮存小室的安装孔，贮存小室的上部安装在安装孔内，栅格板的中部设置有支撑板，栅格板通过吊装结构和支撑结构固定在支座的正上方，贮存小室为固定于支座上的独立贮存小室单元，每一独立贮存小室单元都包括套管和底座，套管固定于底座上，底座与支座固定连接。相对于现有技术，本发明后处理厂乏燃料组件贮运吊篮结构强度高、易于加工，同时具有贮存和运输功能，能够提高乏燃料接收贮存效率，降低乏燃料吊装高度，安全可靠性高。
Description
技术领域
本发明属于核燃料循环领域，更具体地说，本发明涉及一种后处理厂乏燃料组件贮运吊篮。
背景技术
乏燃料后处理厂的乏燃料接收和贮存通常是通过吊车一组一组的将乏燃料从乏燃料运输容器内取出，经水下转运并放入燃料贮存水池内的乏燃料贮存格架内进行存放，当需要对乏燃料进行后处理时，再通过吊车一组一组的从乏燃料贮存格架中取出，然后转运至后处理首端。这种乏燃料接收和贮存工艺运行效率低，而且乏燃料需要在乏燃料贮存格架上方经过和吊装，具有吊装高度大、操作次数多、操作难度大等缺点。此外，这种乏燃料接收和贮存工艺还需要很深的乏燃料贮存水池，整个工程设施建造成本较高。
现有乏燃料贮存格架结构形式如图1所示，结构描述如下：
1)格架由若干个正方形截面贮存小室11竖直布置排列组成；
2)格架的每个贮存小室11均由两个同心管组成，其间夹有纯镉中子吸收材料；
3)每个正方形贮存小室11底部焊接到一块小方板上，方板再与格架圆形底座15连接；
4)格架的四周使用围板12并用加强筋板13保持格架的完整性；
5)乏燃料贮存格架格架底部设有若干个支承整个格架重量的调节支腿14。
这种乏燃料贮存格架存在以下缺点：
1)仅具有贮存核乏燃料的功能，不能移动；
2)对使用基于乏燃料贮存格架的乏燃料接收贮存工艺，需要频繁吊装核乏燃料组件，接收效率低，不能满足后处理效率的要求；
3)贮存小室形状为正方形截面，只能接收和贮存正方形乏燃料组件，不能接收VVER堆型的六边形截面乏燃料组件；
4)乏燃料需要在乏燃料贮存格架上方吊装和转运，吊装操作行程远，吊装高度差大，使得乏燃料贮存水池深度大、乏燃料跌落后果严重；
5)采用纯镉作为中子吸收材料，格架密封失效时会发生镉水反应，影响乏燃料贮存过程中的临界安全，有可能引起乏池失水，并且易发生镉中毒。
有鉴于此，确有必要提供一种结构强度高、易于加工，具有贮存和转运双功能的后处理厂乏燃料组件贮运吊篮，以提高乏燃料接收贮存工艺效率、降低乏燃料吊装高度，提高安全性能。
发明内容
本发明的目的在于：克服现有技术的不足，提供一种结构强度高、易于加工，具有贮存和转运双功能的后处理厂乏燃料组件贮运吊篮，以提高乏燃料接收贮存工艺效率、降低乏燃料吊装高度，提高安全性能。
为了实现上述目的，本发明提供了一种后处理厂乏燃料组件贮运吊篮，包括支撑骨架和多个贮存小室，所述支撑骨架包括支座、栅格板、吊装结构和支撑结构，所述栅格板上开设有多个安装贮存小室的安装孔，所述贮存小室的上部安装在安装孔内，栅格板的中部设置有支撑板，栅格板通过吊装结构和支撑结构固定在支座的正上方，所述贮存小室为固定于支座上的独立贮存小室单元，每一独立贮存小室单元都包括套管和底座，套管固定于底座上，底座与支座固定连接。
作为本发明后处理厂乏燃料组件贮运吊篮的一种改进，所述安装孔为六边形孔，所述套管为六边形套管，所述底座为六边形底座，所述套管的上部插设在所述安装孔内并与所述安装孔适配，所述套管的底部与所述底座通过焊接连接，使得套管固定于底座上。
作为本发明后处理厂乏燃料组件贮运吊篮的一种改进，所述栅格板的边部间隔设置有多个固定部，固定部开设有固定孔，所述支撑结构为支撑柱，支撑柱的顶部穿设在固定孔内，并通过螺母进行固定，支撑柱的底部与所述支座固定连接。
作为本发明后处理厂乏燃料组件贮运吊篮的一种改进，所述栅格板为轴对称结构，多个所述安装孔围设在所述支撑板的四周。
作为本发明后处理厂乏燃料组件贮运吊篮的一种改进，所述吊装结构包括固定连接的吊装柱和吊装头，所述支撑板的中部设置有第一固定孔，所述支座的中部开设有与支撑板的第一固定孔相对应的第二固定孔，所述吊装柱穿过支撑板的第一固定孔后底部插入支座的第二固定孔，吊装柱与支撑板和支座分别通过焊接固定连接。
作为本发明后处理厂乏燃料组件贮运吊篮的一种改进，所述吊装头设置有“J”型吊装卡口。
作为本发明后处理厂乏燃料组件贮运吊篮的一种改进，所述底座上开设有流水孔，所述支座上开设有与底座的流水孔相对应的流水孔。
作为本发明后处理厂乏燃料组件贮运吊篮的一种改进，所述底座上开设有螺纹孔，所述支座上开设有与所述底座的螺纹孔相对应的螺纹孔，所述独立贮存小室单元通过对应的螺纹孔以螺栓连接的方式固定到支座上。
作为本发明后处理厂乏燃料组件贮运吊篮的一种改进，所述套管的顶部扩成具有一定角度的锥台形导向口而在套管的顶部形成倾斜的导向面。
作为本发明后处理厂乏燃料组件贮运吊篮的一种改进，所述贮存小室还包括中子吸收体和包覆板，所述中子吸收体通过包覆板固定于所述套管的外壁。
作为本发明后处理厂乏燃料组件贮运吊篮的一种改进，所述中子吸收体材料为铝基碳化硼或硼不锈钢。
相对于现有技术，本发明后处理厂乏燃料组件贮运吊篮具有以下有益技术效果：
1)一次可携带多组六边形乏燃料组件进行转运，提高了核乏燃料接收贮存效率；
2)通过使用六边形贮存小室和支撑骨架组合结构，具有结构刚性好、精度高、易于吊装操作、易于加工和组装；
3)适合水下吊装操作，无需在别的乏燃料吊篮上方经过，吊装高度低，吊装跌落风险小，吊装安全；
4)通过使用可快速抓取的吊装卡口，抓取容易、安全可靠；
5)通过使用导向口，有利于核乏燃料插入和回取导向；
6)通过使用高富集度B4C/Al铝基碳化硼中子吸收材料，并通过几何物理排列，次临界裕量高。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式，对本发明后处理厂乏燃料组件贮运吊篮进行详细说明，其中：
图1为现有技术中乏燃料贮存格架的结构示意图。
图2为本发明后处理厂乏燃料组件贮运吊篮的结构示意图。
图3为本发明后处理厂乏燃料组件贮运吊篮的支撑骨架的结构示意图。
图4为本发明后处理厂乏燃料组件贮运吊篮的支座的结构示意图。
图5为本发明后处理厂乏燃料组件贮运吊篮的贮存小室的结构示意图。
图6为本发明后处理厂乏燃料组件贮运吊篮的底座的结构示意图。
图7为本发明后处理厂乏燃料组件贮运吊篮的贮存小室固定示意图。
图8为图7的上部放大示意图。
图9为本发明后处理厂乏燃料组件贮运吊篮的支座与底座连接示意图。
附图标注：
10-支撑骨架；100-支座；1000-第二固定孔；1002-流水孔；1004-螺纹孔；102-栅格板；1020-安装孔；1022-支撑板；1024-固定部；104-吊装结构；1040-吊装头；1042-吊装柱；106-支撑结构；20-贮存小室；200-套管；202-底座；2020-流水孔；204-中子吸收体；206-包覆板；208-导向口。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及其技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。
请参阅图2至图9所示，本发明后处理厂乏燃料组件贮运吊篮，包括支撑骨架10和多个贮存小室20，支撑骨架10包括支座100、栅格板102、吊装结构104和支撑结构106，栅格板102上开设有多个安装贮存小室20的安装孔1020，贮存小室20的上部安装在安装孔1020内，栅格板102的中部设置有支撑板1022，栅格板102通过吊装结构104和支撑结构106固定在支座100的正上方，贮存小室20为固定于支座100上的独立贮存小室单元，每一独立贮存小室单元都包括套管200和底座202，套管200固定于底座202上，底座202与支座100固定连接。
请参阅图3和图4所示，支撑骨架10用于固定多个几何排列的贮存小室20，包括支座100、栅格板102、吊装结构104和支撑结构106。支座100作为乏燃料组件贮运吊篮的底部支撑，为圆形结构，其上均匀开设有多个圆形流水孔1002，在图示实施方式中，均匀设置有6流水孔1002，流水孔1002的四周设置有6螺纹孔1004，与底座202上的螺纹孔相对应，独立贮存小室单元通过对应的螺纹孔以螺栓连接的方式固定于支座100上，支座100的中心还开设有第二固定孔1000。
请参阅图3所示，栅格板102通过吊装结构104和支撑结构106固定在支座100的正上方，栅格板102套设在多个贮存小室20的上部。栅格板102为圆形结构，其结构和大小与支座100一致，其中部设置有支撑板1022，支撑板1022的中部设置有第一固定孔(图未标号)，与支座100上的第二固定孔1000位置对应，第一固定孔和第二固定孔1000均为圆形孔，其尺寸一致，用于固定吊装结构104。支撑板1022的四周设置有多个安装孔1020，栅格板102由于设置有多个安装孔1020，其边部间隔形成有多个固定部1024，固定部1024开设有固定孔(图未标号)。
支撑结构106分布于乏燃料组件贮运吊篮外侧，为顶部设有螺纹的支撑柱，支撑柱的底部与支座100通过焊接固定，顶部与栅格板102通过螺栓连接固定，用于加强乏燃料贮运吊篮的支撑骨架结构。
在图示实施方式中，支撑板1022为六边形结构，安装孔1020为六边形孔，固定部1024为扇形结构，优选地，支撑板1022和安装孔1020均为正六边形结构，支撑板1022的每一条边均作为一个安装孔1020的边部，使得支撑板1022的尺寸与安装孔1020的尺寸基本一致。
在图示实施方式中，栅格板102为一体成型结构，由于栅格板102与支座100均为圆形板，使得整个后处理厂乏燃料组件贮运吊篮为圆柱形结构。
吊装结构104和支撑结构106用于支撑栅格板102和模块化贮存小室20，也作为贮运两用吊篮的吊装部件，吊装结构104包括吊装头1040和吊装柱1042，吊装头1040的尺寸大于吊装柱1042的尺寸，吊装柱1042的顶部与吊装头1040的底部焊接连接，吊装柱1042穿过支撑板1022的第一固定孔后底部坐落在支座100的第二固定孔1000内，然后通过焊接分别与支座100和支撑板1022固定连接，吊装柱1042用于在中部位置支撑和固定栅格板102。栅格板102在中部位置通过支撑板1022与吊装结构104的吊装柱1042焊接固定，在外侧通过支撑柱支撑，构成整体骨架。
吊装头1040设置有“J”型吊装卡口，优选的，吊装头1040为套筒结构，在套筒上有一个十字型缺口，在缺口位置形成“J”型吊装卡口，使用吊装工具插入吊装卡口并向右或向左旋转一定角度即可锁紧和提取乏燃料贮运吊篮，在水下转运乏燃料贮运吊篮及其内部的乏燃料组件。
请参阅图2、图5至图9所示，贮存小室20为模块化结构，设置有多个，每个贮存小室20包括套管200和底座202，套管200为六边形套筒，底座202为六边形底座，套管200的底部通过焊接的方式与六边形底座202固定，套管200的上部插设在六边形的安装孔1020内，并与六边形安装孔1020适配，套管200的顶部为敞开式结构，套管200和底座202焊接固定后形成一个独立贮存小室单元，优选地，套管200为正六边形的套管，可以竖直存放多组VVER乏燃料组件。通过设置六边形套管200，能够接收和贮存VVER六边形乏燃料组件、提高乏燃料接收贮存效率。
底座202的中心开设有一个与支座100上的流水孔1002相对应的圆形流水孔2020，圆形流水孔2020与流水孔1002的尺寸相同并圆孔对对齐，这些流水孔1002、2020能够使得池水自由进入六边形贮存小室20来冷却其中的燃料组件。
流水孔2020的四周开设有6个与支座100上的螺纹孔1004相对应的螺纹孔。每个六边形贮存小室20的底部与支撑骨架的支座100通过螺栓进行紧固连接，上部通过支撑骨架的栅格板102进行固定，使其保持在竖直固定位置。
请参阅图5所示，进一步地，贮存小室20还包括中子吸收体204和包覆板206，中子吸收体204通过包覆板206固定于套管200的外壁上，中子吸收体204的材料为B4C/Al铝基碳化硼中子吸收材料或硼不锈钢，具有中子吸收能力强、化学稳定性好、结构优良等优点，可以消除现有技术中“镉-水”反应的安全风险。通过在外表面安装固定式中子吸收体204，使内部的核乏燃料组件在各种工况下均可保持在次临界状态。通过使用高富集度B4C/Al铝基碳化硼中子吸收材料，并通过几何物理排列，确保核乏燃料在各种工况下满足反应性增值系数Keff不超过0.95的要求，安全可靠性高。
请继续参阅图5所示，为了方便燃料组件在贮存小室20中的抽插操作，独立贮存小室单元的套管200的顶部扩成具有一定角度(角度为5～15度，优选10度)的锥台形的一体化固定式导向口208，从而在套管200的顶部形成倾斜的导向面，为乏燃料组件抽插提供导向作用。
请参阅图9所示，每个模块化贮存小室20的底部与支撑骨架的支座100使用螺栓进行紧固连接；上部通过支撑骨架10的栅格板102进行固定。
需要说明的是，本发明后处理厂乏燃料组件贮运吊篮的结构为圆柱形，栅格板102为轴对称结构，每一个栅格板102上设置有6个六边形安装孔1020。
需要进一步说明的是，本发明后处理厂乏燃料组件贮运吊篮通过设置六边形贮存小室20以及吊装结构104，可使用吊车抓取乏燃料吊篮一次携带多组VVER乏燃料组件，无需逐组抓取、转运和释放乏燃料组件，大大提高了乏燃料接收和贮存工艺效率，整体效率较逐组吊装乏燃料组件的工艺提高4～5倍，能够满足大型商用乏燃料后处理厂运行需求。
本发明后处理厂乏燃料组件贮运吊篮的吊装不需要在其它吊篮上方经过，可大大降低核乏燃料吊装高度，从而降低核燃料吊装跌落后果、减少燃料水池深度，降低工程建设成本。
通过在栅格板102上设置六边形安装孔1020，并设置六边形贮存小室20，本发明后处理厂乏燃料组件贮运吊篮可以在水下贮存和转运VVER六边形乏燃料组件。在贮存期间，乏燃料贮运吊篮坐落在乏燃料水池的存放支座上，通过存放支座保证其稳定性，并允许池水进入贮运吊篮内部冷却乏燃料组件；在转运期间，通过乏燃料水池上方的乏燃料贮运吊篮抓取机抓取贮运吊篮顶部的吊装头1040，实现乏燃料贮运吊篮在水池内的移动。
通过以上描述可知，本发明后处理厂乏燃料组件贮运吊篮是由六边形独立贮存小室单元组合而成，所有六边形贮存小室20的结构完全一致，因此具有易于模块化制造的特点；贮存小室20与支座100采用螺栓连接，可有效避免焊接结构导致的变形。
相对于现有技术，本发明后处理厂乏燃料组件贮运吊篮具有以下有益技术效果：
1)一次可携带多组六边形乏燃料组件进行转运，提高了核乏燃料接收贮存效率；
2)通过使用六边形贮存小室和支撑骨架组合结构，具有结构刚性好、精度高、易于吊装操作、易于加工和组装；
3)适合水下吊装操作，无需在别的乏燃料吊篮上方经过，吊装高度低，吊装跌落风险小，吊装安全；
4)通过使用可快速抓取的吊装卡口，抓取容易、安全可靠；
5)通过使用导向口，有利于核乏燃料插入和回取导向；
6)通过使用高富集度B4C/Al铝基碳化硼中子吸收材料，并通过几何物理排列，次临界裕量高。
根据上述原理，本发明还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
Claims (10)
1.一种后处理厂乏燃料组件贮运吊篮，其特征在于，包括支撑骨架和多个贮存小室，所述支撑骨架包括支座、栅格板、吊装结构和支撑结构，所述栅格板上开设有多个安装贮存小室的安装孔，所述贮存小室的上部安装在安装孔内，栅格板的中部设置有支撑板，栅格板通过吊装结构和支撑结构固定在支座的正上方，所述贮存小室为固定于支座上的独立贮存小室单元，每一独立贮存小室单元都包括套管和底座，套管固定于底座上，底座与支座固定连接。
2.根据权利要求1所述的后处理厂乏燃料组件贮运吊篮，其特征在于，所述安装孔为六边形孔，所述套管为六边形套管，所述底座为六边形底座，所述套管的上部插设在所述安装孔内并与所述安装孔适配，所述套管的底部与所述底座通过焊接连接，使得套管固定于底座上。
3.根据权利要求1所述的后处理厂乏燃料组件贮运吊篮，其特征在于，所述栅格板的边部间隔设置有多个固定部，固定部开设有固定孔，所述支撑结构为支撑柱，支撑柱的顶部穿设在固定孔内，并通过螺母进行固定，支撑柱的底部与所述支座固定连接。
4.根据权利要求3所述的后处理厂乏燃料组件贮运吊篮，其特征在于，所述栅格板为轴对称结构，多个所述安装孔围设在所述支撑板的四周。
5.根据权利要求1所述的后处理厂乏燃料组件贮运吊篮，其特征在于，所述吊装结构包括固定连接的吊装柱和吊装头，所述支撑板的中部设置有第一固定孔，所述支座的中部开设有与支撑板的第一固定孔相对应的第二固定孔，所述吊装柱穿过支撑板的第一固定孔后底部插入支座的第二固定孔，吊装柱与支撑板和支座分别通过焊接固定连接。
6.根据权利要求5所述的后处理厂乏燃料组件贮运吊篮，其特征在于，所述吊装头设置有“J”型吊装卡口。
7.根据权利要求5所述的后处理厂乏燃料组件贮运吊篮，其特征在于，所述底座上开设有流水孔，所述支座上开设有与底座的流水孔相对应的流水孔。
8.根据权利要求7所述的后处理厂乏燃料组件贮运吊篮，其特征在于，所述底座上开设有螺纹孔，所述支座上开设有与所述底座的螺纹孔相对应的螺纹孔，所述独立贮存小室单元通过对应的螺纹孔以螺栓连接的方式固定到支座上。
9.根据权利要求8所述的后处理厂乏燃料组件贮运吊篮，其特征在于，所述套管的顶部扩成具有一定角度的锥台形导向口而在套管的顶部形成倾斜的导向面。
10.根据权利要求1所述的后处理厂乏燃料组件贮运吊篮，其特征在于，所述贮存小室还包括中子吸收体和包覆板，所述中子吸收体通过包覆板固定于所述套管的外壁。
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