CN207038184U - 容器内棒操纵*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及容器内棒操纵***。具有：外旋转塞，该外旋转塞具有外旋转塞轴线；拾取臂组件，该拾取臂组件从外旋转塞延伸并且具有轴和枢臂，所述轴具有平行于外旋转塞轴线的轴心线，所述枢臂可围绕轴心线枢转，其中轴心线定位在与外旋转塞轴线相距第一径向距离处；内旋转塞，该内旋转塞偏心地配置在外旋转塞内，内旋转塞包括内旋转塞轴线，其中内旋转塞可独立于外旋转塞的旋转而旋转；进入端口旋转塞，该进入端口旋转塞偏心地配置在内旋转塞内，其中进入端口旋转塞能独立于外旋转塞和内旋转塞的旋转而旋转；和拉臂，该拉臂从进入端口旋转塞延伸并且包括拉臂轴线。
Description
技术领域
本实用新型涉及核反应领域，尤其涉及一种容器内棒操纵***。
背景技术
核裂变反应堆包括增殖-燃烧快速反应堆(也被称为行波反应堆，或 TWR)。TWR指将被设计成在起动之后使用天然铀、贫铀、轻水反应堆乏燃料或钍作为重载燃料无限期地运转并且其中增殖且随后燃烧的波将相对于燃料行进的反应堆。因此，在一些方面，TWR是依赖于增殖至可用状态并现场燃烧的亚临界重载燃料运行的直通式快速反应堆。在TWR中，增殖和裂变波(“增殖-燃烧波”)起源于反应堆的中央芯体中并且相对于燃料移动。在燃料静止的情况下，增殖和燃烧波从燃点向外扩展。在一些情况下，燃料可移动以使得增殖和燃烧波相对于芯体静止(例如，驻波) 但相对于燃料移动；驻波应被视为一种TWR。燃料组件的移动称为“燃料倒换(fuel shuffling)”并且可完成驻波，这是对反应堆特性(热、通量、功率、燃料燃烧等)的调节。其中燃料组件被倒换的中央芯体配置在反应堆容器中。燃料组件包括裂变核燃料组件和能产生裂变物质的核燃料组件。在中央芯体中还可配置有用于调节反应堆特性的反应控制组件。
通过驻波限定的裂变能量形成热能，所述热能经一个或多个主冷却剂环路和中间冷却剂环路连续地传递到蒸汽发生器以发电，并且低温热通过一组水冷式真空冷凝器排出。冷却剂***分离成主冷却剂环路和中间冷却剂环路有助于维持芯体和主冷却剂环路的完整性。在TWR中，主冷却剂环路和中间冷却剂环路两者都采用液态钠作为冷却剂。
实用新型内容
在一方面，本实用新型的技术涉及一种容器内棒操纵***，该容器内棒操纵***具有：外旋转塞，该外旋转塞具有外旋转塞轴线；拾取臂组件，该拾取臂组件从外旋转塞延伸并且具有轴和枢臂，所述轴具有平行于外旋转塞轴线的轴心线，所述枢臂可围绕轴心线枢转，其中轴心线定位在与外旋转塞轴线相距第一径向距离处；内旋转塞，该内旋转塞偏心地配置在外旋转塞内，内旋转塞包括内旋转塞轴线，其中内旋转塞可独立于外旋转塞的旋转而旋转；进入端口旋转塞，该进入端口旋转塞偏心地配置在内旋转塞内，其中进入端口旋转塞能独立于外旋转塞和内旋转塞的旋转而旋转；和拉臂，该拉臂从进入端口旋转塞延伸并且包括拉臂轴线。在一个实施例中，外旋转塞轴线、轴心线、内旋转塞轴线和拉臂轴线中的每一者都互相平行。在另一实施例中，进入端口旋转塞的旋转和内旋转塞的旋转使拉臂轴线与外旋转塞轴线对齐。在又一实施例中，外旋转塞、内旋转塞和进入端口旋转塞可定位成将拉臂定位在与外旋转塞的外周相距第一距离处。在再另一实施例中，枢臂包括拾取机构，该拾取机构具有贴近与枢臂的轴相对的一端配置的拾取轴线。
在上述方面的另一实施例中，在枢臂枢转时，拾取轴线可定位在轴心线与外旋转塞轴线之间；其中当这样定位时，拾取轴线配置在与外旋转塞的外周相距第二距离处；并且其中第二距离大于或等于第一距离。在一个实施例中，外旋转塞、内旋转塞、进入端口旋转塞和枢臂中的每一者都具有至少90度的旋转范围。在另一实施例中，该旋转范围为至少180度。在又一实施例中，该旋转范围大致等于360度。在再另一实施例中，拉臂在内旋转塞的上表面的上方和下方延伸。
在上述方面的另一实施例中，枢臂的枢转半径小于内旋转塞的基准直径。在一个实施例中，枢臂的枢转半径包含全部容器内储存空间和反应堆芯体中央部的一部分。在另一实施例中，拉臂的枢转半径包括全部反应堆芯体中央部。在又一实施例中，拉臂的枢转半径包含容器内储存空间的内环。在再另一实施例中，拉臂的枢转半径包含容器内储存空间的外环。
附图说明
以下构成本申请的一部分的附图对所描述的技术而言是说明性的且并非意在以任何方式限制要求专利权的技术的范围，该范围应当基于在此所附的权利要求。
图1以框图形式示出熔融燃料反应堆的一些基本构件。
图2是示例性容器内棒操纵***的透视图。
图3A-3H是处于各种相对位置的图2所示的容器内棒操纵***的构件的俯视平面图。
具体实施方式
图1以框图形式示出行波反应堆(TWR)100的一些基本构件。一般而言，TRW100包括容纳多个燃料组件(未示出)的反应堆芯体102。芯体102配置在保持一定体积的液态钠冷却剂106的池104内的最低位置处。池104被称为热池并且具有比也容纳液态钠冷却剂106的周围冷池108高的钠温度(归因于通过反应堆芯体102中的燃料组件产生的能量)。热池 104通过内部容器110与冷池108隔开。钠冷却剂106的液面上方的顶部空间112可充填有诸如氩气的惰性保护气体。包封容器114(安全壳)包围反应堆芯体102、热池104和冷池108，并且利用反应堆顶盖116密封。反应堆顶盖116提供通向包封容器114的内部中的各种检修点。
反应堆芯体102的尺寸基于多个因素来选择，包括燃料的特性、期望的发电量、可供使用的反应堆100空间等等。TWR的各种实施例可根据需要或期望用于低功率(约300MWe-约500MWe)、中功率(约500MWe- 约1000MWe)和大功率(约1000MWe以上)应用中。可通过在芯体102 周围设置未示出的一个或多个反射体以将中子反射回到芯体102中来改善反应堆100的性能。另外，能产生裂变物质的和可裂变的核组件在芯体102 内和其周围移动(或“倒换”)以控制其中发生的核反应。用于使这些核组件在芯体内移动的构件是本申请的主题并且以下在图2-3H中更详细地描述。
钠冷却剂106经由主钠冷却剂泵118在容器114内循环。主冷却剂泵 118从冷池108抽吸钠冷却剂106并且在反应堆芯体102附近(例如，在其下方)将它喷射到热池104中，在此冷却剂106由于反应堆芯体102内发生的反应而被加热。一部分被加热的冷却剂106从热池104的上部进入中间热交换器120，并且在冷池108中的某一位置处离开中间热交换器120。这种主冷却剂环路122因而使钠冷却剂106完全在反应堆容器114内循环。
中间热交换器120也包括液态钠冷却剂并且用作主冷却剂环路122与发电***123之间的屏障，从而能确保芯体102和主冷却剂环路122的完整性。中间热交换器120将热从主冷却剂环路122(完全容纳在容器114 内)传递到中间冷却剂环路124(仅部分地位于容器114内)。中间热交换器120穿过内部容器110中的开口，从而桥接热池104和冷池108(以便允许主冷却剂环路122中的钠106在其间流动)。在一个实施例中，四个中间热交换器120分布在容器114内。
中间冷却剂环路124使经管道进出容器114的钠冷却剂126经由反应堆顶盖116循环。位于反应堆容器114的外部的中间钠泵128使钠冷却剂 126循环。热从主冷却剂环路122的钠冷却剂106传递到中间热交换器120 中的中间冷却剂环路124的钠冷却剂126。中间冷却剂环路124的钠冷却剂126经过中间热交换器120内的多个管130。这些管130保持主冷却剂环路122的钠冷却剂106与中间冷却剂环路124的钠冷却剂126分隔开，同时在其间传递热能。
直接热交换器132延伸入热池104内并且向主冷却剂环路122内的钠冷却剂106提供额外的冷却。直接热交换器132构造成允许钠冷却剂106 从热池104进入和离开该热交换器132。直接热交换器132具有与中间热交换器120相似的结构，其中管134保持主冷却剂环路122的钠冷却剂106 与直接反应堆冷却剂环路138的钠冷却剂136分隔开，同时在其间传递热能。
(位于反应堆容器114内的和位于反应堆容器114外的)其它辅助反应堆构件包括但不限于未示出但对本领域的技术人员而言显而易见的泵、止回阀、截止阀、凸缘、***槽等。穿过反应堆顶盖116的另外的贯通孔 (例如，用于主致冷剂泵118的端口、惰性保护气体和检查端口、钠处理端口等)未示出。控制***140用于控制和监测反应堆100的各种构件。
宽泛而言，本公开描述了改善图1所示的反应堆100的性能的构型。具体地，容器内棒操纵***的实施例、构型和布置结构被示出并且以下参考图2-3H更详细地描述。
一般而言，容器内棒操纵***允许燃料组件在芯体内贴近芯体的移动而不必打开容器，从而能实现反应堆的更有效的操作。例如，该容器内棒操纵***管理容器内的各种燃料组件的位置，也就是说通过使燃料组件在芯体与容器的储存区之间以及芯体和容器的储存区内移动。需要燃料组件的这种移动或“倒换”以便控制容器中发生的核反应。该容器内棒操纵***还促进了燃料组件(经由反应堆顶盖中的一个或多个穿孔)进出反应堆容器的移动。在将新燃料导入容器和从容器除去乏燃料时需要这种进出反应堆容器的移动。
可裂变的和能产生裂变物质的核燃料组件的倒换完全发生在容器内和反应堆顶盖下方。此构型由此限制打开反应堆的需求，这维持了容器对其中的任何被加热的和/或放射性材料的屏蔽。该容器内棒操纵***使燃料组件往来于容器内储存部位或芯体周边的管与芯体内的各种位置之间移动。另外，该容器内棒操纵***使燃料组件在芯体区域内的各种位置之间移动。此外，导入容器的燃料组件从传递罐移动到芯体的周边或芯体本身。向传递罐内的反向操作允许从容器除去燃料组件。所有这些操作和移动在不必打开容器的情况下发生，由此提高了反应堆效率。
图2是容器内操纵***200和芯体组件202的一个示例性实施例的透视图。容器内操纵***200包括外旋转塞204——该外旋转塞具有固定于其上的拾取臂组件210、内旋转塞206(图2中未示出)和进入端口旋转塞 208——该进入端口旋转塞具有固定于其上的拉臂212。芯体组件202被示意性地示出并且包括中央芯体区域214、周边芯体区域216和燃料传递端口220，该中央芯体区域具有多个可裂变的核燃料组件215和能产生裂变物质的核燃料组件217，该周边芯体区域包括容器内储存罐218。在图2 和后面的图中，出于说明的目的仅示出可裂变的核燃料组件215、能产生裂变物质的核燃料组件217和容器内储存罐218的一部分。在所示的实施例中，外旋转塞204、内旋转塞206和进入端口旋转塞208全都与中央芯体区域214的顶部竖直地间隔开。为了清楚起见省略了许多构件，其它实施例可包括容器内操纵***200和/或芯体组件202的更多或更少的构件。
外旋转塞204以+/-180度的典型旋转范围围绕中心轴线A旋转。在另一些例子中，旋转范围可扩展至+/-360度。典型地，图1所示的反应堆顶盖116包围外旋转塞204。
拾取臂组件210在与中心轴线A径向地偏心的位置固定在外旋转塞 204上并且随外旋转塞204一起旋转。拾取臂组件210包括具有轴心线SA 的轴222，其中轴心线SA平行于外旋转塞204的中心轴线A。拾取臂组件 210穿过外旋转塞204延伸到反应堆芯体228的顶部。拾取臂组件210还包括具有拾取轴线PU的枢臂224。枢臂224独立于外旋转塞204的旋转而围绕轴心线SA枢转。在例子中，枢臂224具有+/-180度的典型旋转范围，但在其它情形中，枢臂224可沿任意方向连续地旋转。
内旋转塞206定位在外旋转塞204内。内旋转塞206具有径向地偏离外旋转塞204的中心轴线A的中心轴线B。另外，内旋转塞206可独立于外旋转塞204旋转。内旋转塞206具有+/-90度的典型旋转范围，但在另一些例子中，该旋转范围可扩展至+/-360度。
进入端口旋转塞208定位在内旋转塞206内。进入端口旋转塞208具有径向地偏离外旋转塞204的中心轴线A和内旋转塞206的中心轴线B两者的中心轴线C。进入端口旋转塞208具有+/-90度的典型旋转范围，但在另一些例子中，该旋转范围可扩展至+/-360度。
拉臂212由进入端口旋转塞208支承并由进入端口旋转塞208旋转。拉臂具有偏离以下中的每一者的轴线PA：外旋转塞204的中心轴线A、内旋转塞206的中心轴线B和进入端口旋转塞208的中心轴线C。拉臂212 穿过进入端口旋转塞208向下延伸到反应堆芯体228的顶部。
一般而言，容器内操纵***200构造成在中央芯体区域214与周边芯体区域216之间倒换可裂变的核燃料组件215和能产生裂变物质的核燃料组件217。这按需或按要求在芯体寿命的各个阶段执行以启动、维持、加速或终止核反应或发电和/或出于安全考虑。容器内操纵***200容许可裂变的核燃料组件215和/或能产生裂变物质的核燃料组件217在不从核反应堆100除去这些组件的情况下移动。
拾取臂组件210和拉臂212的下端包括合适的抓齿装置，例如抓斗等，其使得在移动操作期间能够抓持所选择的可裂变的核燃料组件215和/或能产生裂变物质的核燃料组件217。旋转塞204、206和208以及枢臂224的旋转允许拾取臂组件210和拉臂212定位在用于在任何期望位置从中央芯体区域214拉出所选择的燃料组件的任何期望位置，包括周边芯体区域216 中的位置。所选择的燃料组件然后可移动到中央芯体区域214、周边芯体区域216或燃料传递端口220内的不同位置。
图3A-3H是容器内操纵***200和中央芯体区域214的俯视平面图，其中为了清楚起见省略了内旋转塞206。以下一并说明各图3A-3H，除非另外指出。为了容易说明，将利用基本方向(东、南、西、北)说明图3A-3H 中的构件的位置。为了清楚起见，图3A-3H省略了将定位在中央芯体区域 214内的许多燃料组件。类似地，同样为了清楚起见，省略了许多容器内储存罐218。
图3A-3H示出了图2所示的构件的各种运动范围和各种相对位置。图 2中未示出的配置在塞204、206与芯体组件202之间的内部结构可阻止或限制图3A-3H所示的全部运动范围。这些内部结构可能需要一个或两个塞 204、206的不同定位以到达如图所示的芯体组件202中的位置。
周边芯体区域216包括容器内储存罐218的三个同心环。图3A-3B示出处于其与储存罐218的最内部环重合的最外部范围的拉臂212。在另一些实例中，拉臂212构造成能够到达储存罐218的每个环，包括最外部环。为了实现这种方位/取向(orientation)，内旋转塞206和进入端口旋转塞208旋转以使得拉臂212在东向上的位置最大化。为了使拉臂212能够到达最内部环内的其它容器内储存罐218，外旋转塞204随保持相对静止的内旋转塞206和进入端口旋转塞208一起旋转。通过外旋转塞204、内旋转塞206和进入端口旋转塞208的协同旋转，拉臂212的枢转半径包括全部中央芯体区域214。
在图3A-3B中，拉臂212定位在与外旋转塞204的外周230相距一距离D1处。图3A所示的方位为D1的最小值。随着内旋转塞206和/或进入端口旋转塞208沿任意方向旋转，D1改变。D1在拉臂212如图3C所示定位时达到最大。
如图3A所示，拾取臂组件210可沿枢轴半径R枢转，使得拾取轴线 PU在中央芯体区域214的外部上方。在此构型中，拾取轴线PU沿线l在轴心线SA与外旋转塞204的轴线A之间。另外，拾取轴线PU配置在与外旋转塞204的外周230相距一距离D2处。当距离D1最大时，距离D2 等于或大于距离D1。
图3B示出从图3A的方位外旋转塞204已顺时针旋转90度、内旋转塞206已旋转180度并且进入端口旋转塞208已旋转180度后的方位。图 3B示出拉臂212取向成使得它可到达中央芯体区域214的中央。换句话说，进入端口旋转塞208和内旋转塞206已旋转成使得拉臂212的轴线PA与外旋转塞204的轴线A对齐。外旋转塞204从图3B所示的位置的任何旋转不会改变拉臂212的轴线PA的位置。
图3C示出拉臂212取向成使得它可到达内部的一排储存罐218。为了实现图3C所示的方位，外旋转塞204已从其在图3A中的位置旋转180度。
图3D示出定位在中央芯体区域214上方的随机位置的拉臂212。相对于图3C所示的方位，外旋转塞204已顺时针旋转90度并且内旋转塞206 和进入端口旋转塞208已旋转。该图有助于说明，经由外旋转塞204、内旋转塞206和进入端口旋转塞208的旋转，拉臂212可以定位在中央芯体区域214和周边芯体区域216的内环上方的几乎任何位置。
图3E示出外旋转塞204旋转成使得拾取臂组件210可以到达燃料传递端口220。如图所示，枢臂224已枢转成定位在燃料传递端口220上方。在图3E所示的位置，拉臂212可到达芯体燃料组件棒。在外旋转塞204 已旋转到图3E所示的位置之后，枢臂224枢转直至抓斗部分定位在燃料传递端口220上方。
图3F-3G示出处于随机取向的外旋转塞204、内旋转塞206和进入端口旋转塞208，以及处于容器内储存罐218上方的位置的拾取臂组件210。一般而言，拾取臂组件210的枢臂224可以定位在同心的每一排容器内储存罐218的上方。如图3F所示，枢臂224正与最内部环的容器内储存罐 218阵列交互。在图3G中，枢臂224正与中间环的容器内储存罐218阵列交互。内旋转塞206和进入端口旋转塞208的定位不影响容器内储存罐218 的交互。
图3H示出处于中央芯体区域214中的位置上方的位置的拾取臂组件 210。一般而言，枢臂224可以定位在中央芯体区域214内的最外部位置的上方。如图3H所示，枢臂224定位在中央芯体区域214的外环的上方。
应理解，本公开不限于在此公开的具体结构、处理步骤或材料，但扩展至相关领域的普通技术人员将认识到的它们的等同物。还应理解，这里使用的术语仅仅是出于描述具体实施例的目的，且并非意图进行限制。必须指出的是，如在本说明书中所用，单数形式的“一”、“一个”和“所述的”包括复数的指代，除非在上下文中另有明确的说明。
将显而易见的是，这里描述的***和方法很好地适合实现提到的目的和优点以及其中固有的目的和优点。本领域的技术人员将认识到，本说明书内的方法和***可采用许多方式实施并且因此不应受前面例示的实施例和例子限制。在这方面，这里描述的不同实施例的任意数量的特征可组合成一个实施例并且具有比这里描述的全部特征多或少的特征的替代实施例是可以的。
虽然已出于本公开的目的描述了各种实施例，但可做出各种变更和修改，其同样处于本公开所设想的范围内。可做出本领域的技术人员将容易地想到并且被涵盖在本公开的精神内的许多其它变更。
Claims (15)
1.一种容器内棒操纵***，其特征在于包括：
外旋转塞，所述外旋转塞包括外旋转塞轴线；
拾取臂组件，所述拾取臂组件从所述外旋转塞延伸并且包括轴和枢臂，所述轴具有平行于所述外旋转塞轴线的轴心线，所述枢臂能围绕所述轴心线枢转，其中所述轴心线定位在与所述外旋转塞轴线相距第一径向距离处；
内旋转塞，所述内旋转塞偏心地配置在所述外旋转塞内，所述内旋转塞包括内旋转塞轴线，其中所述内旋转塞能独立于所述外旋转塞的旋转而旋转；
进入端口旋转塞，所述进入端口旋转塞偏心地配置在所述内旋转塞内，其中所述进入端口旋转塞能独立于所述外旋转塞和所述内旋转塞的旋转而旋转；和
拉臂，所述拉臂从所述进入端口旋转塞延伸并且包括拉臂轴线。
2.根据权利要求1所述的容器内棒操纵***，其特征在于，所述外旋转塞轴线、所述轴心线、所述内旋转塞轴线和所述拉臂轴线各者互相平行。
3.根据权利要求2所述的容器内棒操纵***，其特征在于，所述进入端口旋转塞的旋转和所述内旋转塞的旋转使所述拉臂轴线与所述外旋转塞轴线对齐。
4.根据权利要求1所述的容器内棒操纵***，其特征在于，所述外旋转塞、所述内旋转塞和所述进入端口旋转塞能定位成将所述拉臂定位在与外旋转塞的外周相距第一距离处。
5.根据权利要求4所述的容器内棒操纵***，其特征在于，所述枢臂包括拾取机构，所述拾取机构具有靠近与所述枢臂的轴相对的一端配置的拾取轴线。
6.根据权利要求5所述的容器内棒操纵***，其特征在于，在所述枢臂枢转时，所述拾取轴线能定位在所述轴心线与所述外旋转塞轴线之间；
其中，当这样定位时，所述拾取轴线配置在与所述外旋转塞的外周相距第二距离处；并且
其中，所述第二距离大于或等于所述第一距离。
7.根据权利要求1所述的容器内棒操纵***，其特征在于，所述外旋转塞、所述内旋转塞、所述进入端口旋转塞和所述枢臂中的每一者都包含至少90度的旋转范围。
8.根据权利要求7所述的容器内棒操纵***，其特征在于，所述旋转范围为至少180度。
9.根据权利要求8所述的容器内棒操纵***，其特征在于，所述旋转范围大致等于360度。
10.根据权利要求1所述的容器内棒操纵***，其特征在于，所述拉臂在所述内旋转塞的上表面的上方和下方延伸。
11.根据权利要求1所述的容器内棒操纵***，其特征在于，所述枢臂的枢转半径小于所述内旋转塞的基准直径。
12.根据权利要求11所述的容器内棒操纵***，其特征在于，所述枢臂的枢转半径包含容器内储存空间的全部和反应堆芯体中央部的一部分。
13.根据权利要求12所述的容器内棒操纵***，其特征在于，所述拉臂的枢转半径包含反应堆芯体中央部的全部。
14.根据权利要求13所述的容器内棒操纵***，其特征在于，所述拉臂的枢转半径包含容器内储存空间的内环。
15.根据权利要求13所述的容器内棒操纵***，其特征在于，所述拉臂的枢转半径包含容器内储存空间的外环。
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