阅读说明：本技术 单根乏燃料棒转运容器及其使用方法 (Single spent fuel rod transfer container and use method thereof ) 是由 冯艳明 吕仙镜 王育坤 于 2019-09-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了单根乏燃料棒转运容器及其使用方法,单根乏燃料棒转运容器,包括容纳乏燃料棒的转运结构,所述转运结构包括上端、下端开口的容器结构、驱动容器结构转体运动的转动装置,还包括位于转运结构上方的吊装结构,所述吊装结构包括动屏蔽棒、动屏蔽棒上端设置有与推拉竿连接配合的连接端,所述动屏蔽棒下端连接有与乏燃料棒连接配合的连接件；其中,转动装置能驱动容器结构转体、使得容器结构的上端、下端开口轴线与动屏蔽棒的轴线重合。因此,上述结构利用的是同轴设置的思想,使得乏燃料棒在上升运动过程就直接进入容器结构,其装载速度快,避免放射暴露时间过长。(The invention discloses a single spent fuel rod transfer container and a use method thereof, wherein the single spent fuel rod transfer container comprises a transfer structure for accommodating spent fuel rods, the transfer structure comprises a container structure with openings at the upper end and the lower end, a rotating device for driving the container structure to rotate, and a hoisting structure positioned above the transfer structure, the hoisting structure comprises a movable shielding rod, the upper end of the movable shielding rod is provided with a connecting end which is connected and matched with a push-pull rod, and the lower end of the movable shielding rod is connected with a connecting piece which is connected and matched with the spent fuel rods; the rotating device can drive the container structure to rotate, so that the axes of the openings at the upper end and the lower end of the container structure are superposed with the axis of the movable shielding rod. Therefore, the structure utilizes the idea of coaxial arrangement, so that the spent fuel rod directly enters the container structure in the ascending motion process, the loading speed is high, and the radiation exposure time is prevented from being overlong.)

单根乏燃料棒转运容器及其使用方法

技术领域

本发明涉及反应堆燃料棒控制领域，具体单根乏燃料棒转运容器及其使用方法。

背景技术

对于现有的燃料棒转运容器而言，其多数设计构思是一体化构造一个容器瓶，若专利公开号CN105359221B的一种废核燃料棒罐包含潜水式压力容器。

这类转运容器的核心思想是全包围的设置屏蔽壳，然后在其一端开口，并设置较为特殊的密封盖，从而用来屏蔽和转运核燃料棒。

对于上述这类转运容器，其转运方法是利用核电厂厂房内的推拉竿，将燃料棒从堆芯内取出，然后向上移动到一定高度，然后水平移动，待燃料棒到达容器上方后，将燃料棒***到转运容器内，最后将转运容器的屏蔽盖封闭在转运容器上。

这种使用方法存在以下问题，在燃料棒平移后，燃料棒会产生钟摆，需要等燃料棒钟摆停止或摆幅较小时才能***到转运容器内，因此需要花费时间去等待。

发明内容

本发明目的在于提供一种单根乏燃料棒转运容器及其使用方法，其克服燃料棒转运时的复杂工序，其能适应将乏燃料棒转运到放射性热室。

本发明通过下述技术方案实现：

单根乏燃料棒转运容器，包括容纳乏燃料棒的转运结构，

所述转运结构包括上端、下端开口的容器结构、驱动容器结构转体运动的转动装置，

还包括位于转运结构上方的吊装结构，所述吊装结构包括动屏蔽棒、动屏蔽棒上端设置有与推拉竿连接配合的连接端，所述动屏蔽棒下端连接有与乏燃料棒连接配合的连接件；

其中，转动装置能驱动容器结构转体、使得容器结构的上端、下端开口轴线与动屏蔽棒的轴线重合。

从上述结构可以看出，本发明中的上述结构的空间关系是：转运结构在下、动屏蔽棒在上，本发明使用时，利用转动装置让容器结构转体，使得容器结构的上端、下端开口轴线与动屏蔽棒的轴线重合，此时，只需利用推拉竿驱动动屏蔽棒去竖直方向拉动乏燃料棒，将乏燃料棒向上移动到容器结构内后，再利用转动装置让容器结构的上端、下端开口轴线与动屏蔽棒的轴线垂直，即在装载乏燃料棒前，容器结构竖直设置，在装载乏燃料棒之后，使得容器结构水平设置。对于推拉竿，其动作仅有上下运动，对于乏燃料棒仅有上运动和转体运动。整个过程中避免利用推拉竿带动乏燃料棒水平移动，其构思是让乏燃料棒从容器结构底部进入，整个容器结构在转运过程中使得乏燃料棒处于水平状态。因此，上述结构利用的是同轴设置的思想，使得乏燃料棒在上升运动过程就直接进入容器结构，其装载速度快，避免放射暴露时间过长。

为了实现容器结构与转动装置配合，让容器结构能在转动装置的驱动下完成转体，本发明借用了阀芯的设计理念，将屏蔽阀芯与转动装置连接，在转动装置的驱动能在屏蔽阀芯外壳内自由转体，因此，所述容器结构包括屏蔽阀芯和贯穿于屏蔽阀芯且上端、下端开口的屏蔽阀芯中管，屏蔽阀芯外套有屏蔽阀芯外壳，屏蔽阀芯外壳设置有轴承孔，在轴承孔内设置有轴承，轴承的轴承座嵌入到轴承孔内，轴承的轴承转轴的一端与屏蔽阀芯连接、另一端与转动装置连接。其动作过程为：转动装置转动，从而带动轴承的轴承转轴转动，再通过轴承的轴承转轴再带动屏蔽阀芯转动。

虽然上述结构实现了将乏燃料棒设置到容器结构内，但为了避免放射，因此，需要在上述结构的基础上外设放射屏蔽结构，其中，所述屏蔽阀芯外壳外套有屏蔽阀外壳，屏蔽阀外壳侧壁开有转动装置装配孔，转动装置穿过转动装置装配孔后与轴承的轴承转轴连接。一般来说，屏蔽阀外壳与屏蔽阀芯外壳之间存在间隙，其间隙构成了封闭空间C，在封闭空间C内填充放射屏蔽材料(灌铅)。因此在屏蔽阀芯水平时，其屏蔽阀芯中管的上端、下端开口会对准厚实的封闭空间C，从而达到屏蔽效果。

优选的，为了实现整体结构的一体化。屏蔽阀芯外壳与屏蔽阀外壳之间设置有连接筒，所述转动装置穿过转动装置装配孔后***连接筒内后与轴承的轴承转轴连接。

优选的，由于需要驱动转动装置，为了避免放射影响，因此，所述转动装置包括转动屏蔽塞，转动屏蔽塞包括小径部和大径部，且大径部的直径大于小径部，其中小径部和大径部同轴连接，小径部贯穿转动装置装配孔，小径部连接小径部的端面与屏蔽阀外壳外壁齐平，还包括设置在大径部外端的手轴。上述小径部和大径部实质性的构成了一个台阶结构，由于放射遇到屏蔽层后就会反射，因此利用台阶构造，可以满足较高的屏蔽要求。

同时，优选的，所述小径部和大径部为中空圆管结构，其内部为一个封闭空间E，该封闭空间E内填充有放射屏蔽材料(灌铅)。

本发明通过创新设计了阀芯转体的容器，以使乏燃料棒可以便捷的进、出转运容器，通过创新设计了转动屏蔽塞可使屏蔽阀在转运过程中始终保持良好的屏蔽性，保证了在操作过程中操作人员的安全和转运过程中转运人员的安全。

优选的，由于需要对动屏蔽棒构建良好的屏蔽结构，因此该屏蔽结构包括上封头、下封头，在上封头、下封头之间利用外屏蔽筒构建了封闭空间A，在封闭空间A内填充有放射屏蔽材料(灌铅)，从而达到对内管的屏蔽，同时在下封头上设置定位装置，该定位装置具有定位和屏蔽的功能。

因此，本发明优选的还包括：上封头、下封头，下封头上方设置有定位装置，

所述吊装结构还包括套在动屏蔽棒外的内管，内管外套装有外屏蔽筒，

其中，外屏蔽筒两端分别与上封头、下封头连接，内管的上端贯穿下封头，动屏蔽棒的连接端从内管的上端穿出后被下封头上方的定位装置固定；

所述转运结构外套设有屏蔽阀外壳，屏蔽阀外壳的上封闭端与上封头的下侧面连接，屏蔽阀外壳的上封闭端、上封头开有与内管同轴对中的通孔，内管的下端贯穿上封头的通孔，转动装置驱动容器结构转体、使得容器结构的上端、下端开口轴线与动屏蔽棒的轴线重合时，容器结构的上端、下端开口轴线与屏蔽阀外壳的上封闭端、上封头的通孔同轴，转动装置从屏蔽阀外壳侧壁穿入到屏蔽阀外壳内与转运结构连接。

优选的，为了使得乏燃料以及动屏蔽棒能连贯性的运动，因此需要在屏蔽阀外壳内设置引导用的连通通道，该连通通道包括屏蔽阀芯上空管和屏蔽阀芯下空管，总的构造上，使得内管、上封头、通孔、屏蔽阀芯上空管、屏蔽阀芯中管、屏蔽阀芯下空管同轴对中设置，乏燃料以及动屏蔽棒能连贯性的在上述同轴对中的通道内移动。

因此，本发明的所述屏蔽阀外壳的上封闭端的通孔向内侧延伸设置有屏蔽阀芯上空管，所述屏蔽阀外壳的下封闭端贯穿有屏蔽阀芯下空管；转动装置驱动容器结构转体、使得容器结构的上端、下端开口轴线与动屏蔽棒的轴线重合时，屏蔽阀芯上空管、屏蔽阀芯下空管的轴线与动屏蔽棒的轴线、容器结构的上端、下端开口的轴线重合。

优选的，单根乏燃料棒转运容器的使用方法，转运乏燃料时，包括以下步骤：

S1、转动装置正转：驱动转动装置、使得容器结构转体运动，待容器结构的上端、下端开口与动屏蔽棒的轴线重合时，停止驱动转动装置；

S2、动屏蔽棒下驱：使用厂房内推拉竿，将推拉竿与动屏蔽棒的连接，带动动屏蔽棒、连接件穿过容器结构的上端后从容器结构的下端穿出；

S3、连接乏燃料棒：待连接件从容器结构的下端穿出后，通过连接件与乏燃料棒连接；

S4、动屏蔽棒上驱：使用厂房内推拉竿，带动动屏蔽棒、连接件上移；

S5、转动装置回转：待乏燃料棒完全进入到容器结构内部时，断开连接件与乏燃料棒的连接，然后驱动转动装置使得容器结构转体运动，待容器结构的上端、下端开口与动屏蔽棒的轴线垂直时，停止驱动转动装置。

断开连接件与乏燃料棒的连接前，需要通过下封头上方的定位装置将动屏蔽棒的连接端固定。

本发明可以达到以下效果：该发明用为乏燃料棒进行转运时提供了一种安全、便捷的容器，能够屏蔽乏燃料棒的射线，避免操作人员受辐射伤害，极大的降低了操作带来的辐射伤害风险，且使操作更简单、省力，结构更紧凑，安全系数高，稳定性好，易于维修。

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：

附图1本发明的侧剖结构示意图。

附图2本发明的俯视示意图。

附图3本发明的侧视示意图。

图中的附图标记分别表示为：

1、动屏蔽棒；2、套管；3、内管；4、屏蔽阀芯中管；5、屏蔽阀芯；6、屏蔽阀外壳；7、轴承A；8、转动屏蔽塞；9、手轴；10、止动盖；11、外屏蔽筒；12、大垫圈；13、下封头；14、压板；15、螺栓；16、螺母；17、封闭空间A；18、封闭空间B；19、封闭空间C；20、封闭空间D；21、封闭空间E；22、转动屏蔽塞盖筒；23、上封头；24、轴向吊耳；221、U槽；61、屏蔽阀芯外壳；62、连接筒；63、轴承转轴；64、轴承座。

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

如图1：单根乏燃料棒转运容器，包括容纳乏燃料棒的转运结构，

所述转运结构包括上端、下端开口的容器结构、驱动容器结构转体运动的转动装置，

还包括位于转运结构上方的吊装结构，所述吊装结构包括动屏蔽棒1、动屏蔽棒1上端设置有与推拉竿连接配合的连接端，所述动屏蔽棒下端连接有与乏燃料棒连接配合的连接件；

其中，转动装置能驱动容器结构转体、使得容器结构的上端、下端开口轴线与动屏蔽棒1的轴线重合。

从上述结构可以看出，本发明中的上述结构的空间关系是：转运结构在下、动屏蔽棒1在上，本发明使用时，利用转动装置让容器结构转体，使得容器结构的上端、下端开口轴线与动屏蔽棒1的轴线重合，此时，只需利用推拉竿驱动动屏蔽棒1去竖直方向拉动乏燃料棒，将乏燃料棒向上移动到容器结构内后，再利用转动装置让容器结构的上端、下端开口轴线与动屏蔽棒1的轴线垂直，即在装载乏燃料棒前，容器结构竖直设置，在装载乏燃料棒之后，使得容器结构水平设置。对于推拉竿，其动作仅有上下运动，对于乏燃料棒仅有上运动和转体运动。整个过程中避免利用推拉竿带动乏燃料棒水平移动，其构思是让乏燃料棒从容器结构底部进入，整个容器结构在转运过程中使得乏燃料棒处于水平状态。因此，上述结构利用的是同轴设置的思想，使得乏燃料棒在上升运动过程就直接进入容器结构，其装载速度快，避免放射暴露时间过长。

实施例2

如图1：

在实施例1的基础上，具体的，为了实现容器结构与转动装置配合，让容器结构能在转动装置的驱动下完成转体，本发明借用了阀芯的设计理念，将屏蔽阀芯5与转动装置连接，在转动装置的驱动能在屏蔽阀芯外壳61内自由转体，因此，所述容器结构包括屏蔽阀芯5和贯穿于屏蔽阀芯且上端、下端开口的屏蔽阀芯中管4，屏蔽阀芯5外套有屏蔽阀芯外壳61，屏蔽阀芯外壳61设置有轴承孔，在轴承孔内设置有轴承(该轴承的对称位置设置有轴承A7)，轴承的轴承座64嵌入到轴承孔内，轴承的轴承转轴63的一端与屏蔽阀芯5连接、另一端与转动装置连接。其动作过程为：转动装置转动，从而带动轴承的轴承转轴63转动，再通过轴承的轴承转轴63再带动屏蔽阀芯5转动。

虽然上述结构实现了将乏燃料棒设置到容器结构内，但为了避免放射，因此，需要在上述结构的基础上外设放射屏蔽结构，其中，所述屏蔽阀芯外壳61外套有屏蔽阀外壳6，屏蔽阀外壳6侧壁开有转动装置装配孔，转动装置穿过转动装置装配孔后与轴承的轴承转轴63连接。一般来说，屏蔽阀外壳6与屏蔽阀芯外壳61之间存在间隙，其间隙构成了封闭空间C19，在封闭空间C内填充放射屏蔽材料(灌铅)。因此在屏蔽阀芯5水平时，其屏蔽阀芯中管4的上端、下端开口会对准厚实的封闭空间C，从而达到屏蔽效果。

优选的，为了实现整体结构的一体化。屏蔽阀芯外壳61与屏蔽阀外壳6之间设置有连接筒62，所述转动装置穿过转动装置装配孔后***连接筒62内后与轴承的轴承转轴63连接。

优选的，由于需要驱动转动装置，为了避免放射影响，因此，所述转动装置包括转动屏蔽塞8，转动屏蔽塞8包括小径部和大径部，且大径部的直径大于小径部，其中小径部和大径部同轴连接，小径部贯穿转动装置装配孔，小径部连接小径部的端面与屏蔽阀外壳6外壁齐平，还包括设置在大径部外端的手轴9。上述小径部和大径部实质性的构成了一个台阶结构，由于放射遇到屏蔽层后就会反射，因此利用台阶构造，可以满足较高的屏蔽要求。

同时，优选的，所述小径部和大径部为中空圆管结构，其内部为一个封闭空间E21，该封闭空间E21内填充有放射屏蔽材料(灌铅)。

本发明通过创新设计了阀芯转体的容器，以使乏燃料棒可以便捷的进、出转运容器，通过创新设计了转动屏蔽塞可使屏蔽阀在转运过程中始终保持良好的屏蔽性，保证了在操作过程中操作人员的安全和转运过程中转运人员的安全。

实施例3

如图1：

在实施例1或实施例2的基础上，具体的，优选的，由于需要对动屏蔽棒1构建良好的屏蔽结构，因此该屏蔽结构包括上封头23、下封头13，在上封头23、下封头13之间利用外屏蔽筒11构建了封闭空间A17，在封闭空间A内填充有放射屏蔽材料(灌铅)，从而达到对内管3的屏蔽，同时在下封头13上设置定位装置，该定位装置具有定位和屏蔽的功能。

因此，本发明优选的还包括：上封头23、下封头13，下封头13上方设置有定位装置，

所述吊装结构还包括套在动屏蔽棒1外的内管3，内管3外套装有外屏蔽筒11，

其中，外屏蔽筒11两端分别与上封头23、下封头13连接，内管3的上端贯穿下封头13，动屏蔽棒1的连接端从内管3的上端穿出后被下封头13上方的定位装置固定；

所述转运结构外套设有屏蔽阀外壳6，屏蔽阀外壳6的上封闭端与上封头23的下侧面连接，屏蔽阀外壳6的上封闭端、上封头23开有与内管同轴对中的通孔，内管3的下端贯穿上封头23的通孔，转动装置驱动容器结构转体、使得容器结构的上端、下端开口轴线与动屏蔽棒1的轴线重合时，容器结构的上端、下端开口轴线与屏蔽阀外壳6的上封闭端、上封头23的通孔同轴，转动装置从屏蔽阀外壳6侧壁穿入到屏蔽阀外壳6内与转运结构连接。

优选的，为了使得乏燃料以及动屏蔽棒能连贯性的运动，因此需要在屏蔽阀外壳6内设置引导用的连通通道，该连通通道包括屏蔽阀芯上空管和屏蔽阀芯下空管，总的构造上，使得内管、上封头23、通孔、屏蔽阀芯上空管、屏蔽阀芯中管4、屏蔽阀芯下空管同轴对中设置，乏燃料以及动屏蔽棒能连贯性的在上述同轴对中的通道内移动。

因此，本发明的所述屏蔽阀外壳6的上封闭端的通孔向内侧延伸设置有屏蔽阀芯上空管，所述屏蔽阀外壳6的下封闭端贯穿有屏蔽阀芯下空管；转动装置驱动容器结构转体、使得容器结构的上端、下端开口轴线与动屏蔽棒1的轴线重合时，屏蔽阀芯上空管、屏蔽阀芯下空管的轴线与动屏蔽棒1的轴线、容器结构的上端、下端开口的轴线重合。

实施例4

如图1所示，单根乏燃料棒转运容器的使用方法，转运乏燃料时，包括以下步骤：

S1、转动装置正转：驱动转动装置、使得容器结构转体运动，待容器结构的上端、下端开口与动屏蔽棒1的轴线重合时，停止驱动转动装置；

S2、动屏蔽棒下驱：使用厂房内推拉竿，将推拉竿与动屏蔽棒1的连接，带动动屏蔽棒(1)、连接件穿过容器结构的上端后从容器结构的下端穿出；

S3、连接乏燃料棒：待连接件从容器结构的下端穿出后，通过连接件与乏燃料棒连接；

S4、动屏蔽棒上驱：使用厂房内推拉竿，带动动屏蔽棒1、连接件上移；

S5、转动装置回转：待乏燃料棒完全进入到容器结构内部时，断开连接件与乏燃料棒的连接，然后驱动转动装置使得容器结构转体运动，待容器结构的上端、下端开口与动屏蔽棒1的轴线垂直时，停止驱动转动装置。

断开连接件与乏燃料棒的连接前，需要通过下封头13上方的定位装置将动屏蔽棒1的连接端固定。

实施例5

如图1、图2、图3所示，在上述实施例的基础上，本实施例将从图中全结构的角度阐述下述结构构造和使用方法：

从图中可以看出，转运容器主要由动屏蔽棒1、套管2、内管3、屏蔽阀芯中管4、屏蔽阀芯5、屏蔽阀外壳6、轴承A7、转动屏蔽塞8、手轴9、止动盖10、外屏蔽筒11、大垫圈12、下封头13、压板14、螺栓15、螺母16、封闭空间A17、封闭空间B18、封闭空间C19、封闭空间D20、封闭空间E21、转动屏蔽塞盖筒22、上封头23、轴向吊耳24、U槽221、屏蔽阀芯外壳61、连接筒62、、轴承转轴63、轴承座64组成。

其中，动屏蔽棒1、套管2(连接件)位于内管内，动屏蔽棒与内管之间的最大间隙需小于套管壁厚的二分之一，且不小于0.5mm，以保证屏蔽效果和动屏蔽棒和内管内移动顺畅。动屏蔽棒的锥形端(下端)与套管开孔一端焊接，动屏蔽棒的锥形端面与乏燃料棒端面相接触，另一端的外环面与大垫圈被压板通过螺栓与螺母压紧在下封头的凹面。

下封头、圆筒、上封头之间，以及转动屏蔽塞盖筒、屏蔽阀之间通过焊接连接。转运容器的内管、圆筒、上封头、下封头组成的封闭空间A、上封头的内部封闭空间B、屏蔽阀内的封闭空间C、转动屏蔽塞内的封闭空间D内灌铅，用以屏蔽乏燃料棒的射线。

屏蔽阀分为上、下两部分，均与上封头通过螺栓、螺母连接装配，屏蔽阀及屏蔽阀芯在轴向和径向均设计为阶梯结构，屏蔽阀芯可在屏蔽阀内灵活转动。屏蔽阀的上部开有圆孔，转动屏蔽塞置于其中，转动屏蔽塞底部的方形孔与屏蔽阀芯上端的方形棒相配合，两者之间被禁止有相互转动，转动屏蔽塞的顶端与止动盖内表面相接触或仅有小于1mm的间隙。手轴开孔一端插在转动屏蔽塞上部两凸台中间，通过螺栓、螺母固定在转动屏蔽塞顶部另一端穿过转动屏蔽塞盖筒上的U槽221，被止动盖通过螺栓、螺母限制在止动盖的U槽221与转动屏蔽塞盖筒的U槽221之间。止动盖的U形缺口和转动屏蔽塞盖筒的U形缺口对齐时刚好将转动手轴紧密包围，沿止动盖外沿均匀分布四个。

从上述结构来看，乏燃料棒进入该转运容器前，依次执行以下步骤：1.先拧去止动盖外沿上的四颗螺栓、螺母，拿掉止动盖，略抬起手轴并由原始位置转动90°后，将手轴卡在转动屏蔽塞盖筒上沿对应的U槽221处,使得屏蔽阀芯中管与内管轴向对齐，屏蔽阀被打开，再将止动盖通过螺栓、螺母固定在原位；2.拧去压板14底部的螺栓15与螺母16并拿掉压板、大垫圈(压板、大垫圈、螺栓与螺母构成了定位装置)，将推拉竿的螺母与动屏蔽棒外端的螺纹相连接，通过推动推拉竿将动屏蔽棒连同套管向屏蔽阀方向移动，直至套管露出屏蔽阀的管外(推拉竿为一端焊有与动屏蔽棒外端螺纹相匹配的螺母的长管)；3.通过机械手等将乏燃料棒***套管内，使乏燃料棒的一端与动屏蔽棒的内端相贴，缓慢拉动推拉竿，使得动屏蔽棒带着套管与乏燃料棒被拉回到初始位置，再将大垫圈、压板与动屏蔽棒分别通过螺栓、螺母安装至原始位置，此时乏燃料棒已进入转运容器。乏燃料棒进入转运容器后重复执行上述步骤1使得屏蔽阀芯中管与内管轴向垂直，屏蔽阀被关闭，此时可将转运容器运输至放射性热室。乏燃料棒移出转运容器时依次执行上述步骤1、步骤2。待乏燃料棒被放射性热室内的机械手取出完成检验后执行步骤3即可将转运容器运回目的地。

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。