CN113284638A - 一种用于核动力船舶的模块化换料方舱 - Google Patents

一种用于核动力船舶的模块化换料方舱 Download PDF

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董海防
朱刚
孙福江
陆游
余迎
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Abstract

本发明涉及一种用于核动力船舶的模块化换料方舱，其包括模块化换料方舱，所述模块化换料方舱的外侧边设有连接口，所述模块化换料方舱的内部设有吊车、堆顶结构存放箱、屏蔽设施、堆芯燃料操作设备、燃料转运容器、乏燃料水池、设于乏燃料水池上方的乏燃料装卸机、设于乏燃料水池中乏燃料格架和新燃料贮存间，所述新燃料贮存间内设有新燃料贮存格架和新燃料组件检查装置，新燃料贮存格架装有燃料组件。本发明用于核动力船舶的模块化换料方舱能够实现核动力船舶的堆芯换料，且通用性强、操作安全、布置合理、作业方便、综合建造成本较低。

Description

一种用于核动力船舶的模块化换料方舱
技术领域
本发明涉及海上浮动堆反应堆装卸料，具体地指一种用于核动力船舶的模块化换料方舱，属于海洋核能技术领域。
背景技术
核动力船舶作为搭载有核反应堆的船舶平台类的船舶，核反应堆在核燃料燃烧到设计燃耗后需要进行换料操作，由于目前国内没有水上核动力船舶，相关海洋核动力装置的换料研究较少，没有一种成熟的可用于核动力船舶的换料***。
在实现核动力船舶堆芯换料过程中，至少存在如下问题：
目前陆地核电站换料***和设备的设计及布置方式对空间要求较大，将换料***布置在核动力船舶上较为困难。由于核动力船舶的可移动性，与陆地核电站反应堆装置始终固定不动的情况差距较大，现有成熟换料***无法使用到核动力船舶堆芯换料过程中。同时每个反应堆装置均配置一套换料***，换料***的综合建造成高且不具有通用性。
发明内容
本发明目的在于克服上述现有技术的不足而提供一种用于核动力船舶的模块化换料方舱，该方舱能够实现核动力船舶的堆芯换料，且通用性强、操作安全、布置合理、作业方便、综合建造成本较低。
实现本发明目的采用的技术方案是一种用于核动力船舶的模块化换料方舱，其包括模块化换料方舱，所述模块化换料方舱的外侧边设有连接口，所述模块化换料方舱的内部设有吊车、堆顶结构存放箱、屏蔽设施、堆芯燃料操作设备、燃料转运容器、乏燃料水池、设于乏燃料水池上方的乏燃料装卸机、设于乏燃料水池中乏燃料格架和新燃料贮存间，所述新燃料贮存间内设有新燃料贮存格架和新燃料组件检查装置，新燃料贮存格架装有燃料组件。
进一步地，所述核动力船舶设有吊装口，所述吊装口位于核动力船舶内核反应堆的上方，所述吊装口设有垂直导轨；所述模块化换料方舱内设置的水平扶持机构，垂直导轨与水平扶持机构平板车互相配合，实现对吊车吊运进行全程导向扶持。
更进一步地，所述模块化换料方舱内设有检修间。
在上述技术方案中，所述燃料转运容器至少为两个。
本发明用于核动力船舶的模块化换料方舱，实现多种核动力船舶均可以通过换料方舱进行堆芯换料，换料过程操作安全、布置合理、作业方便，核动力船舶及换料方舱综合建造成本低。
附图说明
图1是本发明用于核动力船舶的模块化换料方舱与船舶连接示意图；
图2是本发明用于核动力船舶的模块化换料方舱布置的结构示意图；
图中：1-核动力船舶、2-模块化换料方舱、3-连接口、4-吊车、5-核反应堆、6-吊装口、7-垂向导轨、8-水平扶持机构、9-平板车、10-堆顶结构存放箱、11-检修间、12-专设屏蔽设施、13-堆芯燃料操作设备、14-燃料转运容器、15-燃料组件、16-乏燃料水池、17-乏燃料装卸机、18-乏燃料贮存格架、19-新燃料贮存间、20-新燃料贮存格架、21-新燃料组件检查装置。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1和图2所示，本发明用于核动力船舶的模块化换料方舱包括模块化换料方舱2，模块化换料方舱2的外侧边设有连接口3，模块化换料方舱的内部设有吊车4、堆顶结构存放箱10、专设屏蔽设施12、堆芯燃料操作设备13、燃料转运容器14、乏燃料水池16、设于乏燃料水池16上方的乏燃料装卸机17、设于乏燃料水池16中乏燃料贮存格架18和新燃料贮存间19，新燃料贮存间19内设有新燃料贮存格架20和新燃料组件检查装置21，新燃料贮存格架20装有燃料组件15
核动力船舶1设有吊装口6，吊装口6位于核动力船舶1内核反应堆5的上方，吊装口6设有垂向导轨7；模块化换料方舱2内设置水平扶持机构8和平板车9，垂向导轨7与水平扶持机构8、平板车9互相配合，实现对吊车4吊运进行全程导向扶持。
上述各部件的连接结构以及作用如下：
连接口3用于与核动力船舶1进行连接固定，将模块化换料方舱2与核动力船舶1内部通过吊装口6连通，以便于进行核反应堆换料操作。吊装口6设置的垂向导轨7及模块化换料方舱内设置的水平扶持机构8、平板车9可互相配合，实现对吊车4吊运进行全程导向扶持，使被吊设备运行轨迹准确可靠，减小吊运过程中的晃荡，有益于保证被吊设备的结构完整。
模块化换料方舱2内设的吊车4，用于换料过程中各换料操作设备及核反应堆结构部件的吊运及拆卸操作。
模块化换料方舱2内设置单独房间作为新燃料贮存间19，用于新燃料组件接受、检查及贮存，房间结构有益于对新燃料组件进行实体防护。新燃料贮存间19设置有新燃料组件贮存格架20，用于贮存准备装入核反应堆堆芯的燃料组件，保证燃料组件的结构、临界安全及洁净。新燃料贮存间19设置有新燃料组件检查装置21，用于接收及检查从外部运来的新燃料组件，以备装入核反应堆5的堆芯。
模块化换料方舱2内设置单独房间作为检修间11，用于换料过程设备及反应堆拆卸的结构部件的检查维修及清洗。
模块化换料方舱2内设置的专设屏蔽设施12，其包括两个以上分别用以转运及存放大型反应堆构件和小型反应堆构件的屏蔽设施。专设屏蔽设施12外部设有足够厚度的铅层或其他屏蔽结构，确保专设屏蔽设施在内部存放从反应堆拆卸出的构件时外表面剂量率在要求的范围内。
模块化换料方舱2内设置的堆顶结构存放箱10，用于进行存放换料过程拆卸下来的各种反应堆顶部结构部件，保护其不受损坏及污染。
模块化换料方舱2内设置有堆芯燃料操作设备13，用于在核动力船舶内进行装卸核反应堆堆芯的燃料组件，换料过程的堆芯操作期间在核反应堆上方进行燃料操作，非堆芯操作期间放置于模块化换料方舱内存放待用。
模块化换料方舱2内设置有燃料转运容器14，用于装载燃料组件，燃料转运容器可装载一组或多组燃料组件，能够实现将核动力船舶内核反应堆的燃料组件转运至模块化换料方舱内的乏燃料水池，以及实现模块化换料方舱内的燃料组件转运至核动力船舶内进行装料。燃料转运容器14设置两个及以上，可实现卸料及装料过程分别在核动力船舶上和模块化换料方舱内同时进行燃料组件装入或卸出燃料转运容器，有益于缩短换料过程装料和卸料时间，提高换料效率。燃料转运容器14能够保证转运过程燃料组件的结构、临界、屏蔽及热工安全。
模块化换料方舱2内设置的乏燃料水池16内有水，用于贮存从堆芯卸出燃料组件，并对燃料组件进行热量导出及辐射防护。
模块化换料方舱2内设置的乏燃料装卸机17，用于操作燃料组件，实现将燃料转运容器14转运至乏燃料水池16的乏燃料组件装入乏燃料贮存格架20中。
模块化换料方舱2内设置有乏燃料贮存格架20，能够实现乏燃料组件的安全贮存。
模块化换料方舱2能够保证燃料组件操作过程处于次临界、有效辐射防护及衰变余热顺利导出。
通过上述本发明用于核动力船舶的模块化换料方舱实现换料的过程如下：
当核动力船舶1需要换料时，将模块化换料方舱2运输至该核动力船舶1所确定的换料场所，利用模块化换料方舱2的连接口3与核动力船舶1进行连接固定成一个整体即可开始换料操作。
在换料过程中，首先利用模块化换料方舱2内设置的吊车4将核反应堆5上方的吊装口6打开，使核动力船舶1与模块化换料方舱2的设施连通。吊车4设置在顶部，设备吊入或吊出吊装口6的过程中，将设备放置在平板车9上，吊车4的吊钩连接设备，吊车4随着平板车9进行移动；在沿着舱室侧壁转运过程时，吊车4的吊钩连接设备进行吊运，同时设置的水平向扶持机构8与被吊设备连接，对被吊运设备进行扶持减摇，吊车与水平向扶持机构8同步前进运动。垂向导轨7及模块化换料方舱2内设置的水平扶持机构8、平板车9互相配合，实现对吊车4吊运进行全程导向扶持，使被吊设备运行轨迹准确可靠，减小吊运过程摇晃，有益于保证被吊设备的结构完整。
拆卸核反应堆5的堆顶结构部件，通过吊车4将堆顶结构部件吊运并贮存于模块化换料方舱2内的堆顶结构存放箱10，后续清洗维修过程中取出进行清洗维修，并在清洗维修后在装回核反应堆5之前仍需在堆顶结构存放箱10内存放，保护其不受损坏及污染。
模块化换料方舱2内还设置有单独房间作为检修间11，用于换料过程设备及反应堆拆卸的结构部件的检查维修及清洗。利用吊车4将模块化换料方舱2内的专设屏蔽设施12吊运至核动力船舶1内进行拆卸核反应堆5具备放射性的结构部件，然后吊运回模块化换料方舱2。专设屏蔽设施12包括两个以上分别用以转运及存放大型反应堆构件和小型反应堆构件的屏蔽设施，针对拆卸下来的反应堆构件，设计为不同的尺寸和形状。拆卸下的结构部件在换料期间一直存放于专设屏蔽设施12内，专设屏蔽设施12外部设有足够厚度的铅层或其他屏蔽结构，确保专设屏蔽设施12在内部存放从反应堆拆卸出的构件时外表面剂量率在要求的范围内。
核反应堆5所有结构部件拆卸完成后，依次将模块化换料方舱2内的堆芯燃料操作设备13、燃料转运设备14吊运至核动力船舶1内的核反应堆5上方，堆芯燃料操作设备13和燃料转运设备14协调工作，将堆芯燃料组件15卸出并装入燃料转运设备14中，燃料转运容器14能够保证转运过程燃料组件15的结构、临界、屏蔽及热工安全。利用吊车4将燃料转运容器14从核动力船舶1转运至模块化换料方舱2内设置的乏燃料水池16，然后利用乏燃料水池16上方的乏燃料装卸机17将燃料转运容器14转运至乏燃料水池16的燃料组件15装入乏燃料水池16内的乏燃料贮存格架18中进行贮存。燃料转运容器14设置两个及以上，以实现分别在核动力船舶上和模块化换料方舱2内同时进行燃料组件装入或卸出燃料转运容器14，有利于缩短换料过程装料和卸料时间，提高换料效率。在后续燃料组件15装堆过程是将新燃料贮存间19内新燃料贮存格架20内的新燃料组件装入核反应堆，新燃料贮存格架20内的新燃料组件在需在新燃料组件检查装置21上进行接收检验，检验合格后安装至核反应堆的具体操作过程与上述过程相反，此处不再赘述。
模块化换料方舱2完成一艘核动力船舶1的堆芯换料后，可返回码头，将乏燃料水池16内的燃料组件15转运至码头贮存，新燃料贮存间19内补充新燃料组件，可将模块化换料方舱运输至下一艘核动力船舶的换料场地进行换料操作。
通过本发明模块化换料方舱能够实现多种核动力船舶均可以通过换料方舱进行堆芯换料，换料过程操作安全、布置合理、操作方便，核动力船舶及换料方舱综合建造成本低廉。

Claims (4)

1.一种用于核动力船舶的模块化换料方舱，其特征在于：包括模块化换料方舱，所述模块化换料方舱的外侧边设有连接口，所述模块化换料方舱的内部设有吊车、堆顶结构存放箱、屏蔽设施、堆芯燃料操作设备、燃料转运容器、燃料转运设备、乏燃料水池、设于乏燃料水池上方的乏燃料装卸机、设于乏燃料水池中乏燃料格架和新燃料贮存间，所述新燃料贮存间内设有新燃料贮存格架和新燃料组件检查装置，新燃料贮存格架装有燃料组件。
2.根据权利要求1所述用于核动力船舶的模块化换料方舱，其特征在于：核动力船舶设有吊装口，所述吊装口位于核动力船舶内核反应堆的上方，所述吊装口设有垂向导轨；所述模块化换料方舱内设置的水平扶持机构和平板车，垂向导轨与水平扶持机构和平板车互相配合，实现对吊车吊运进行全程导向扶持。
3.根据权利要求1所述用于核动力船舶的模块化换料方舱，其特征在于：所述模块化换料方舱内设有检修间。
4.根据权利要求1所述用于核动力船舶的模块化换料方舱，其特征在于：所述燃料转运容器至少为两个。
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