CN111667935A - 一种核反应堆倒置式驱动机构整体拆装装置 - Google Patents

一种核反应堆倒置式驱动机构整体拆装装置 Download PDF

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杜华
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Abstract

本发明公开了一种核反应堆倒置式驱动机构整体拆装装置，包括三自由度运动平台和适配套筒，所述三自由度运动平台带动适配套筒运动，实现对适配套筒在X轴方向、Y轴方向、Z轴方向三向位置的调节，以垂直于地面的高度方向为Z轴方向；使用时，适配套筒用于支撑驱动机构的中部组件和下部组件整体结构、以及用于支撑驱动机构的上部组件；三自由度运动平台带动适配套筒在压力容器下方移动，以使适配套筒上支撑的驱动组件对准安装位置、或者使适配套筒对准待拆卸驱动组件的位置。采用本发明装置可实现驱动机构在压力容器底部精准对准、快速拆装作业。

Description

一种核反应堆倒置式驱动机构整体拆装装置
技术领域
本发明涉及核反应堆技术领域，具体涉及一种核反应堆倒置式驱动机构整体拆装装置。
背景技术
反应堆控制棒组件驱动机构(简称驱动机构)是反应堆控制***和保护***的执行机构，通过它带动控制棒组件在堆芯内上下移动，实现对反应堆反应性的控制，从而完成反应堆启动、功率调节、功率维持、正常停堆和安全停堆。反应堆初装堆、检修及退役时，需要进行驱动机构的拆装。
本发明所涉及的一种核反应堆，在压力容器底部分层布置多台驱动机构，包括两种类型的驱动机构：A型驱动机构和B型驱动机构，A型驱动机构包括上层A型驱动机构和下层A型驱动机构，驱动机构的结构均分为上部组件、中部组件和下部组件，结构示意图见附图1，上层A型驱动机构和下层A型驱动机构的结构相同，长度不同，B型驱动机构与A型驱动机构结构完全不同，其长度与下层A型驱动机构相同。驱动机构安装时，首先将上部组件安装至压力容器底部，将中部组件与下部组件组装后，整体与上部组件连接。驱动机构拆卸时，将中部组件与上部组件脱开，将中部组件与下部组件整体拆卸。
上述核反应堆倒置式驱动机构拆卸、安装具有以下特殊性：
1)驱动机构是反应堆重要核级设备，倒置式安装于压力容器底部，拆装空间有限且操作难度大；
2)压力容器底部存在一定放射性，拆装过程应具有较高的效率，尽量减少人员所受辐照剂量；
3)驱动机构分为两种不同的类型，结构尺寸完全不同，因此拆装时须配备相应的接口组件；
4)相邻驱动机构间距小，拆装时应具有较高的对中精度，防止与相邻驱动机构发生擦挂；
5)拆装过程的升降行程较长，且负载较重。
为解决上述问题，设计一种倒置式驱动机构整体拆装装置是十分必要的。当前并无核反应堆倒置式驱动机构整体拆装的相关研究内容公开发表。国内外目前已有的研究主要针对驱动机构在堆顶拆装，如专利CN103295653A：用于压水堆的驱动机构的安装***，US20180102193A1：INSTALLATION STRUCTURE FOR INSTALLING CONTROL ROD DRIVEMECHANISM AND CABLE SEALING UNIT IN NUCLEAR REACTOR PRESSURE VESSEL，US2005084057-A1：Head assembly for nuclear reactor pressure vessel,has vesselclosure head,seismic support platform,array of control rod drive mechanism,lower shroud,internal ducts,upper plenum,missile head assembly,fanassemblies,and lift legs，均对压水堆驱动机构的安装/拆卸方法及装置进行了说明。但以上文献都不是针对倒置式驱动机构的整体拆装，与本专利申请内容所描述的装置完全不同。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：现有核反应堆倒置式驱动机构拆卸、安装操作过程复杂，本发明提供了解决上述问题的一种核反应堆倒置式驱动机构整体拆装装置。
本发明通过下述技术方案实现：
一种核反应堆倒置式驱动机构整体拆装装置，包括三自由度运动平台和适配套筒，所述三自由度运动平台带动适配套筒运动，实现对适配套筒在X轴方向、Y轴方向、Z轴方向三向位置的调节，以垂直于地面的高度方向为Z轴方向；使用时，适配套筒用于支撑驱动机构的中部组件和下部组件整体结构、以及用于支撑驱动机构的上部组件；三自由度运动平台带动适配套筒在压力容器下方移动，以使适配套筒上支撑的驱动组件对准安装位置、或者使适配套筒对准待拆卸驱动组件的位置。
本发明提供的倒置式驱动机构整体拆装装置用作反应堆初装堆及检修、退役期间驱动机构整体安装、拆卸的专用设备。驱动机构安装时，首先，通过调整三自由度运动平台，使适配套筒上安装的上部组件安装至压力容器底部，然后将中部组件与下部组件组装后，以整体结构与上部组件连接。驱动机构拆卸时，将中部组件与上部组件脱开，将中部组件与下部组件整体拆卸。本发明采用三自由度运动平台调整适配套筒的位置，确保待装卸驱动机构组件(即中部组件和下部组件连接整体结构)与上部组件精确对中；
本发明实现了倒置式驱动机构在压力容器底部的整体安装、拆卸，工艺简单，操作可靠、安全，减少工作人员在较高辐照剂量环境下工作的时间。
此外，三自由度运动平台，可以是直接带动适配套筒4沿X轴方向、Y轴方向、Z轴方向三向直线运动，或者采用其他运动方式的组合，只要能实现调整适配套筒4在在X轴方向、Y轴方向、Z轴方向三向的位置即可。具体地，三自由度运动平台的结构组成，可包含一些丝杠驱动机构、直线导轨机构、气缸驱动运动机构。
进一步地，所述三自由度运动平台包括升降组件和十字滑动组件，所述升降组件通过直线导轨机构带动十字滑动组件沿Z轴方向升降动作；所述十字滑动组件带动适配套筒在水平面上沿沿X轴方向或Y轴方向运动。
优选可采用双滑轨、四滑台直线导轨，支承并带动负载较大的驱动机构升降且行程较长。
进一步地，所述升降组件包括导轨背板、升降伺服电机、直线导轨和升降滑台；所述直线导轨安装在导轨背板上，直线导轨沿Z向延伸，由升降伺服电机驱动升降滑台沿直线轨道上下滑动，通过升降滑台带动X轴方向、Y轴方向运动机构同步升降运动。
进一步地，所述升降组件还包括制动机构和电磁控制阀；所述电磁控制阀通电后，制动机构通气打开，实现升降伺服电机驱动升降滑台沿直线导轨升降动作；所述电磁控制阀断电后，制动机构夹紧直线导轨，升降滑台在直线导轨上锁紧固定。
通过在直线滑轨上安装四组常闭型制动机构，电磁阀通电时，制动机构通气打开，滑台才能沿导轨移动，否则制动机构夹紧导轨，防止驱动机构因掉电意外坠落，也可作为紧急制动。
进一步地，所述十字滑动组件包括滑动托板、十字滑台和水平伺服电机；所述滑动托板安装在升降组件的滑动部件上；所述十字滑台固定在滑动托板上，十字滑台上用于安装适配套筒；通过水平伺服电机带动十字滑台在水平面上沿沿X轴方向或Y轴方向运动。
十字滑动组件采用十字交叉的滑动轨道，并与适配套筒配合进行水平及转动调心，实现精确定位。
进一步地，所述适配套筒通过套筒托板安装在三自由度运动平台上，所述适配套筒的顶部与驱动组件适配的筒状结构，用于套接支撑驱动组件；适配套筒的底部与套筒托板可拆卸万向转动连接。
进一步地，所述适配套筒包括适配套筒A和适配套筒B，所述适配套筒A用于与A型驱动机构适配连接，所示适配套筒B用于与B型驱动机构适配连接。
进一步地，还包括转运车体，所述三自由度运动平台安装在转运车体上；所述转运车体底部安装有万向轮和活动支架，所述万向轮用于保障转运车体各向行走，所述活动支架用于维持转运车架稳态定位。
本发明具有如下的优点和有益效果：
1、本发明提供的设备属于首次设计使用，实现倒置式驱动机构从压力容器底部整体安装、拆卸；驱动机构安装时，首先将上部组件安装至压力容器底部，将中部组件与下部组件组装后，整体与上部组件连接。驱动机构拆卸时，将中部组件与上部组件脱开，将中部组件与下部组件整体拆卸。
2、本发明采用三自由度位置调节且可转动调心，确保驱动机构与安装位置精确对中。
3、本发明驱动机构的升降可采用双滑轨、四滑台的驱动方式，并安装常闭型制动机构，解决了驱动机构负载大、行程长的问题。
4、本发明可通过工控机实时读取升降过程的力矩、位置、速度，并具有过载保护功能，防止驱动机构出现卡滞时继续运行导致驱动机构受损。操作人员一边观看驱动机构的实际位置，一边操作手持式遥控器控制拆装装置的运行，操作直观、方便。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为驱动机构的结构示意图；其中，图(a)表示上层A型驱动机构，图(b)表示下层A型驱动机构，图(c)表示B型驱动机构；
图2为本发明倒置式驱动机构整体拆装装置结构示意图；
图3为本发明转运车体的结构示意图；
图4为本发明升降组件的结构示意图；
图5为本发明水平滑动组件的结构示意图；
图6为本发明适配套筒A的结构示意图；
图7为本发明适配套筒B的结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-转运车体，2-升降组件，3-十字滑动组件，4-适配套筒；5-万向轮，6-活动支架；7-光电传感器，8-导轨背板，9-升降伺服电机，10-直线导轨，11-升降滑台，12-制动机构，13-电磁控制阀；14-滑轨托板，15-十字滑台，16-套筒托板，17-水平伺服电机；18-适配套筒A，19-适配套筒B；20-压力容器底部，21-上部组件，22-中部组件，23-下部组件。
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
本实施例提供了一种核反应堆倒置式驱动机构整体拆装装置，包括三自由度运动平台和适配套筒4，所述三自由度运动平台带动适配套筒4运动，实现对适配套筒在X轴方向、Y轴方向、Z轴方向三向位置的调节，以垂直于地面的高度方向为Z轴方向；其中三自由度运动平台，可以是直接带动适配套筒4沿X轴方向、Y轴方向、Z轴方向三向直线运动，或者采用其他运动方式的组合，只要能实现调整适配套筒4在在X轴方向、Y轴方向、Z轴方向三向的位置即可。具体地，三自由度运动平台的结构组成，可包含一些丝杠驱动机构、直线导轨机构、气缸驱动运动机构。
使用时，适配套筒4用于支撑驱动机构的中部组件和下部组件整体结构、以及用于支撑驱动机构的上部组件；三自由度运动平台带动适配套筒4在压力容器下方移动，以使适配套筒4上支撑的驱动组件对准安装位置、或者使适配套筒4对准待拆卸驱动组件的位置。
实施例2
基于实施例1的基础进一步改进，通过三自由度运动平台直接带动适配套筒4沿X轴方向、Y轴方向、Z轴方向三向直线运动，可采用三组直线运动机构适配连接，或者采用一组直线移动机构与一组可两向移动机构组合。本实施例中，三自由度运动平台包括升降组件2和十字滑动组件3，升降组件2通过直线导轨机构带动十字滑动组件3沿Z轴方向升降动作；十字滑动组件3带动适配套筒4在水平面上沿沿X轴方向或Y轴方向运动；且为了保障结构调节灵活度和稳定性，将十字滑动组件3安装在升降组件2的滑动部件上，将适配套筒4安装在十字滑动组件3上，通过升降装置2带动十字滑动组件3和适配套筒4上下运动，通过十字滑动组件3带动适配套筒4水平面内在X轴向或Y轴向两个方向移动。具体结构如下：
1、关于升降组件：
如图4所示，升降组件2包括导轨背板8、升降伺服电机9、直线导轨10、升降滑台11、制动机构12、电磁控制阀13和光电传感器7，本实施例采用双滑轨的直线导轨10带动四个滑台11升降运动。两组直线导轨10安装在导轨背板8上，直线导轨10沿Z向延伸，由升降伺服电机9驱动四个升降滑台11沿直线轨道10上下滑动，通过升降滑台11带动十字滑动组件3上下运动。
本实施例采用常闭型制动机构，失电时滑台夹紧直线导轨防止驱动机构意外坠落：电磁控制阀13通电后，制动机构12通气打开，升降伺服电机9才能驱动升降滑台11沿直线导轨10升降动作；电磁控制阀13断电后，制动机构12夹紧直线导轨10，升降滑台11在直线导轨10上锁紧固定。
本实施例提供过设置多个光电传感器7，适应多类型驱动机构，实现在升降过程中实时获取力矩、位置、速度，并有报警指示及过载保护，防止驱动机构出现擦挂、卡滞现象发生损伤，方便通过操作手持式遥控器，与工控机进行无线通讯，控制拆装装置的行走、对中、升降等运动，实现驱动机构的拆装。
2、关于十字滑动组件：
如图5所示，十字滑动组件3包括滑动托板14、十字滑台15和水平伺服电机17，十字滑台15即十字交叉的滑动轨道；滑动托板14安装在升降组件2的升降滑台11上；十字滑台15固定在滑动托板14上，十字滑台15上用于安装适配套筒4；通过水平伺服电机17带动十字滑台15在水平面上沿沿X轴方向或Y轴方向运动。
实施例3
在实施例2的基础上进一步改进，如图1所示，两种类型的驱动机构：A型驱动机构和B型驱动机构，A型驱动机构包括上层A型驱动机构和下层A型驱动机构，驱动机构的结构均分为上部组件21、中部组件22和下部组件23，上层A型驱动机构和下层A型驱动机构的结构相同，长度不同，B型驱动机构与A型驱动机构结构完全不同，其长度与下层A型驱动机构相同。由于驱动机构分为两种不同的类型，支承驱动机构的适配套筒4也分为两种适配方式：适配套筒A18(如图5)、适配套筒B(19)(见附图6)，两者结构尺寸不同，适配套筒4的顶部为与对应的驱动组件适配的筒状结构，用于套接支撑驱动组件；不同类型的适配套筒4的底部结构相同，均与十字滑动组件3上的套筒托板16万向转动连接，可实现拆装装置的转动调心，确保待装组件(中部组件22和下部组件23连接整体)与上部组件21的精确对中。
实施例4
在实施例3的基础上进一步改进，如图2所示，驱动机构整体拆装装置还包括转运车体1，转运车体1底部安装有万向轮5和活动支架6。该驱动机构整体拆装装置的支撑、行走及定位是通过转运车体1实现的，其他组件均固定在转运车体1上，转运车体1结构见附图3。底部安装万向轮5，使得转运车体1行走、转向灵活，行走到位后，将活动支架6张开至合适位置并调平，确保拆装过程中拆装装置处于稳定状态。
综上所述，本实施例采用三自由度运动平台且可转动调心，确保待装卸驱动机构组件(即中部组件和下部组件连接整体结构)与上部组件精确对中；采用双滑轨、四滑台直线导轨，支承并带动负载较大的驱动机构升降且行程较长；直线滑轨上安装四组常闭型制动机构，电磁阀通电时，制动机构通气打开，滑台才能沿导轨移动，否则制动机构夹紧导轨，防止驱动机构因掉电意外坠落，也可作为紧急制动；升降过程中实时获取力矩、位置、速度，并有报警指示及过载保护，防止驱动机构出现擦挂、卡滞现象发生损伤。十字滑动组件采用十字交叉的滑动轨道，并与适配套筒配合进行水平及转动调心，实现精确定位。利用人机交互界面，实时观察力矩变化，防止驱动机构与相邻驱动机构发生擦挂或者待装卸组件与上部组件出现卡滞现象；利用无线传输模块，通过操作人员手持遥控器，与工控机进行通讯，控制拆装装置的运行。从而实现了倒置式驱动机构在压力容器底部的整体安装、拆卸，工艺简单，操作可靠、安全，减少工作人员在较高辐照剂量环境下工作的时间。
实施例5
基于实施例4提供一种核反应堆倒置式驱动机构整体拆装装置的工作原理：
1、安装驱动机构：
步骤1，选择驱动机构对应的适配套筒4，通过移动转运车体1将拆装装置推向驱动机构，从适配套筒4开口处托住驱动机构。
步骤2，操作手持式遥控器，控制升降伺服电机9，使升降组件2带动驱动机构以较快的速度上升，至压力容器底部的安装位置下方约50mm处。
步骤3，推动转运车体1行走，直至初步对中至待安装位置，将活动支架6打开并调平定位。
步骤4，然后操作遥控器，控制水平伺服电机17，以驱动十字滑动组件3调节驱动机构的水平位置，使得驱动机构精确对中至待安装位置，
步骤5，操作遥控器控制升降伺服电机9，以驱动升降组件2带动驱动机构缓慢上升，并根据实际对中情况微调适配套筒4的位置或者转动调心，直至驱动机构到达安装位置，将驱动机构安装就位。
步骤6，驱动机构安装好后，操作遥控器，驱动升降组件2带动适配套筒4下降直至驱动机构从中脱出，将活动支架6收缩，向外侧整体推出拆装装置。
2、拆卸驱动机构：
步骤1，操作手持式遥控器，控制升降伺服电机9，使升降组件2带动驱动机构以较快的速度上升，至压力容器底部拆卸位置下方约50mm处。
步骤2，推动转运车体1带动拆装装置行走，适配套筒4与驱动机构初步对中后，将活动支架6打开并调平定位。
步骤3，操作遥控器控制水平伺服电机17，驱动十字滑动组件3调节适配套筒4的水平位置，使得适配套筒4与驱动机构精确对中；
步骤4，操作遥控器控制升降伺服电机9，驱动升降组件2带动适配套筒4缓慢上升，并根据实际对中情况微调适配套筒4的位置或者转动调心，直至适配套筒4完全托住驱动机构，将驱动机构从压力容器底部拆开。
步骤5，操作遥控器控制升降伺服电机9，使十字滑动组件3带动驱动机构缓慢向外侧移动，与其他驱动机构相隔一定距离后，将活动支架6收缩，并向外侧整体推出拆装装置及已拆卸的驱动机构。
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。

Claims (8)

1.一种核反应堆倒置式驱动机构整体拆装装置，其特征在于，包括三自由度运动平台和适配套筒(4)，所述三自由度运动平台带动适配套筒(4)运动，实现对适配套筒在X轴方向、Y轴方向、Z轴方向三向位置的调节，以垂直于地面的高度方向为Z轴方向；
使用时，适配套筒(4)用于支撑驱动机构的中部组件和下部组件整体结构、以及用于支撑驱动机构的上部组件；三自由度运动平台带动适配套筒(4)在压力容器下方移动，以使适配套筒(4)上支撑的驱动组件对准安装位置、或者使适配套筒(4)对准待拆卸驱动组件的位置。
2.根据权利要求1所述的一种核反应堆倒置式驱动机构整体拆装装置，其特征在于，所述三自由度运动平台包括升降组件(2)和十字滑动组件(3)，所述升降组件(2)通过直线导轨机构带动十字滑动组件(3)沿Z轴方向升降动作；所述十字滑动组件(3)带动适配套筒(4)在水平面上沿沿X轴方向或Y轴方向运动。
3.根据权利要求2所述的一种核反应堆倒置式驱动机构整体拆装装置，其特征在于，所述升降组件(2)包括导轨背板(8)、升降伺服电机(9)、直线导轨(10)和升降滑台(11)；所述直线导轨(10)安装在导轨背板(8)上，直线导轨(10)沿Z向延伸，由升降伺服电机(9)驱动升降滑台(11)沿直线轨道(10)上下滑动，通过升降滑台(11)带动X轴方向、Y轴方向运动机构同步升降运动。
4.根据权利要求3所述的一种核反应堆倒置式驱动机构整体拆装装置，其特征在于，所述升降组件(2)还包括制动机构(12)和电磁控制阀(13)；所述电磁控制阀(13)通电后，制动机构(12)通气打开，实现升降伺服电机(9)驱动升降滑台(11)沿直线导轨(10)升降动作；所述电磁控制阀(13)断电后，制动机构(12)夹紧直线导轨(10)，升降滑台(11)在直线导轨(10)上锁紧固定。
5.根据权利要求2所述的一种核反应堆倒置式驱动机构整体拆装装置，其特征在于，所述十字滑动组件(3)包括滑动托板(14)、十字滑台(15)和水平伺服电机(17)；所述滑动托板(14)安装在升降组件(2)的滑动部件上；所述十字滑台(15)固定在滑动托板(14)上，十字滑台(15)上用于安装适配套筒(4)；通过水平伺服电机(17)带动十字滑台(15)在水平面上沿沿X轴方向或Y轴方向运动。
6.根据权利要求1至5任一项所述的一种核反应堆倒置式驱动机构整体拆装装置，其特征在于，所述适配套筒(4)通过套筒托板(16)安装在三自由度运动平台上，所述适配套筒(4)的顶部与驱动组件适配的筒状结构，用于套接支撑驱动组件；适配套筒(4)的底部与套筒托板(16)可拆卸万向转动连接。
7.根据权利要求1所述的一种核反应堆倒置式驱动机构整体拆装装置，其特征在于，所述适配套筒(4)包括适配套筒A(18)和适配套筒B(19)，所述适配套筒A(18)用于与A型驱动机构适配连接，所示适配套筒B(19)用于与B型驱动机构适配连接。
8.根据权利要求1所述的一种核反应堆倒置式驱动机构整体拆装装置，其特征在于，还包括转运车体(1)，所述三自由度运动平台安装在转运车体(1)上；所述转运车体(1)底部安装有万向轮(5)和活动支架(6)，所述万向轮(5)用于保障转运车体(1)各向行走，所述活动支架(6)用于维持转运车架(1)稳态定位。
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