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，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一个实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，除非另外定义，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。若全文中涉及“第一”、“第二”等描述，则该“第一”、“第二”等描述仅用于区别类似的对象，而不能理解为指示或暗示其相对重要性、先后次序或者隐含指明所指示的技术特征的数量，应该理解为“第一”、“第二”等描述的数据在适当情况下可以互换。

在相关技术中，对于分体式控制棒组件，通常，移动体每1年进行一次更换，外套筒每1.5年进行一次更换。即，移动体和外套筒的使用周期不同，更换时需要单独地更换移动体或单独地更换外套筒。

在相关技术中，移动体和外套筒具有各自的换料工艺。通常利用换料专用抓具携带新的外套筒进入反应堆堆芯内部，并利用换料专用抓具携带乏外套筒移出反应堆。

具体地，换料专用抓具能够在外套筒内与外套筒锁定或解锁；在反应堆堆芯内，可通过反应堆堆内换料系统的换料机抓取换料专用抓具的操作头带动换料专用抓具移动，从而带动外套筒移动。此外，在反应堆堆芯内，可通过反应堆堆内换料系统的换料机的操作实现换料专用抓具与外套筒锁定或解锁，从而在将新外套筒放入堆芯空位后，可将新外套筒与换料专用抓具解锁，再将换料专用抓具与乏外套筒锁定，之后利用换料专用抓具携带乏外套筒移出堆芯。

图1示出了一种用于更换控制棒组件外套筒的换料专用抓具。参见图1，换料专用抓具包括操作头103和套管组件；所述操作头103与所述套管组件固定连接；所述操作头103通过防滑结构与抓手套1连接以保证操作头103和抓手套101之间不发生相对转动；所述套管组件通过第一锁定结构与控制棒组件外套筒116连接以使所述套管组件与控制棒组件外套筒116锁定或解锁。

操作头103可以与燃料组件操作头的外形尺寸一致，整个换料系统内用于转运组件的机械设备如新组件装载机、转运机、水池操作机等均可抓取套管组件的操作头103。套管组件可以包括固定连接在一起的上套管105、连接段106、下套管107、和连接头108。

所述第一锁定结构包括第一销柱109和第一竖直槽110；所述第一销柱109设置在套管组件上，第一竖直槽110设置在控制棒组件外套筒116中。第一销柱109设置在连接头108上，用于与控制棒组件外套筒116内的第一竖直槽110相配合实现锁紧与解锁。第一竖直槽110中还设置有第一内凸台111；所述第一销柱109能够沿第一竖直槽110滑动至该第一竖直槽110底部，旋转后能够被所述第一内凸台111挡住以使控制棒组件外套筒116和所述套管组件锁定。所述第一销柱109上设置有便于与所述第一内凸台111配合的平面。

控制棒组件外套筒116还可以通过第二锁定结构与小栅板联箱115连接以使控制棒组件外套筒116与小栅板联箱115锁定或解锁；所述套管组件还与所述第二锁定结构控制连接；在所述套管组件与控制棒组件外套筒116锁定时，所述控制棒组件外套筒116与小栅板联箱115解锁；在所述套管组件与控制棒组件外套筒116解锁时，所述控制棒组件外套筒116与小栅板联箱115锁定。

所述第二锁定结构包括锁紧套112和弹性部件；所述锁紧套112和弹性部件设置在控制棒组件外套筒116的管脚中；所述锁紧套112能够与管脚轴向相对移动；所述锁紧套112能够在所述弹性部件的作用下抵住所述套管组件以使所述第一销柱109压紧所述第一内凸台111；所述套管组件能够旋转所述锁紧套112以实现所述控制棒组件外套筒116与所述小栅板联箱115锁定或解锁。

所述锁紧套112上设置有第二销柱113，实现外套筒116与小栅板联箱115的锁紧与解锁；控制棒组件外套筒116的管脚上设置有锁定通孔，小栅板联箱115上设置有带有第二内凸台的第二竖直槽；所述第二销柱113穿过所述锁定通孔，能够沿第二竖直槽滑动至该第二竖直槽底部，旋转后能够被所述第二内凸台挡住以使所述控制棒组件外套筒116与所述小栅板联箱115锁定。

锁紧套112上设置有与所述连接头108的下部匹配的孔以便所述连接头108的下部伸入并使所述锁紧套112旋转。连接头108下端结构为六边形，能够与外套筒116管脚内锁紧套112的六边形槽相配合。

通过套管组件与外套筒116、外套筒116与小栅板联箱115之间建立的连锁关系，能够实现套管组件与外套筒116锁紧时，外套筒116与小栅板联箱115解锁，套管组件与外套筒116解锁时，外套筒116与小栅板联箱115锁紧，通过该连锁关系能够确保只有当套管组件与外套筒116锁紧时，外套筒116才能从小栅板联箱115内抽出，避免了在堆芯内转移外套筒116时，发生跌落事故。

在反应堆堆芯内，可通过反应堆堆内换料系统的换料机抓取移动体的操作头带动移动体移动。在所述反应堆堆芯内，通过所述反应堆堆内换料系统的换料机和旋塞的配合，实现换料专用抓具的转移、移动体的转移以及换料专用抓具与外套筒的锁定和解锁。

由于堆内、外换料系统中设备如：装卸料提升机，乏组件转换桶等设备用于接收乏燃料组件或乏外套筒，单独的换料专用抓具缺少与上述设备的接口尺寸，因此单独的换料专用抓具不能运出反应堆堆芯，抓具必须与外套筒或暂存套筒锁定，外形尺寸完整才能运出反应堆堆芯。因此，在设计更换外套筒时，必须要考虑换料专用抓具从反应堆内移出的问题。

在相关技术中，为了便于更换外套筒，在反应堆堆芯的储存井内设置一个预留空位；但是在更换外套筒的过程中会长时间占用装卸料提升机下限位，换料专用抓具与外套筒锁紧解锁操作位于装卸料提升机处。若换料专用抓具与外套筒解锁后发生卡滞现象，由于装料提升机吊筒内不能限制外套筒在竖直方向上移动，则在抽出换料专用抓具的过程中，存在将外套筒从装料提升机吊筒内带出的情况，安全性有待于提高。

本发明提供了一种新的分体式控制棒组件的外套筒的更换方法。在本发明的方法中，在反应堆堆芯储存井(即小栅板联箱)处设置两个预留空位：第一预留空位和第二预留空位。其中第一预留空位内设有暂存套筒；第二预留空位内为空。

本发明实施例提供的一种反应堆堆芯内控制棒组件的外套筒的更换方法包括：

新暂存套筒置入步骤：利用换料专用抓具将新暂存套筒置于所述反应堆堆芯内的所述第二预留空位，所述换料专用抓具能够与外套筒锁定或解锁，

其中在更换乏外套筒的过程中，所述暂存套筒用于临时存放从所述乏外套筒中移出的移动体；所述新暂存套筒用于临时存放换料专用抓具。

本发明实施例的技术方案通过设置两个预留空位，通过在预留空位处分别设置专门用于临时存放从所述乏外套筒中移出的移动体的暂存套筒和用于临时存放换料专用抓具的新暂存套筒，便于对反应堆堆芯内控制棒组件的外套筒进行更换。

图2示出了根据本发明实施例的新暂存套筒置入步骤的流程图。

参见图2，新暂存套筒置入步骤可以包括：

步骤202，提供换料专用抓具，所述换料专用抓具能够在外套筒内与外套筒锁定或解锁；

步骤204，在反应堆新燃料库房内将所述换料专用抓具与新暂存套筒锁定；

步骤206，将锁定在一起的所述换料专用抓具和所述新暂存套筒通过换料系统将其转运至反应堆堆芯内并置于所述反应堆堆芯内的第二预留空位。

在步骤S202中，提供的换料专用抓具可具有图1所示的结构，所述换料专用抓具能够通过销柱与槽的配合实现在所述外套筒内与所述外套筒锁定或解锁。当然，本领域技术人员也可以根据换料专用抓具的作用，采用具有其他结构的换料专用抓具。

容易理解，暂存套筒、新暂存套筒的结构与控制棒组件的外套筒结构相同或相近，从而可利用相同结构的换料专用抓具实现换料专用抓具与暂存套筒(包括新暂存套筒和第一预留空位内的暂存套筒)的锁定或解锁、以及换料专用抓具与外套筒(包括新外套筒和乏外套筒)的锁定或解锁。

在步骤S204中，可在新燃料库房内，将所述换料专用抓具与所述新暂存套筒锁定。所述新暂存套筒置入步骤还包括：将锁定的所述换料专用抓具与所述新暂存套筒通过新组件工艺运输系统运至反应堆大厅内；再利用堆内、外换料系统将锁定的所述换料专用抓具与所述新暂存套筒运至反应堆堆芯内。

步骤S206中，在所述反应堆堆芯内，通过所述反应堆堆内换料系统的换料机抓取换料专用抓具的操作头，将锁定的所述换料专用抓具与所述新暂存套筒置于所述反应堆堆芯内的第二预留空位处。

图3是根据本发明一个实施例的反应堆堆芯内控制棒组件的外套筒的更换方法的流程图。如图3所示，本申请实施例的更换方法包括：

新暂存套筒置入步骤S302：利用换料专用抓具将新暂存套筒置于所述反应堆堆芯内的所述第二预留空位。

移动体移出步骤S304：将待更换的乏外套筒中的移动体移至所述暂存套筒；

乏外套筒取出步骤S306：利用换料专用抓具将乏套筒移出所述反应堆；

新外套筒置入步骤S308：利用另一换料专用抓具将新外套筒置于所述乏外套筒移出后空出的工作位；

换料专用抓具移出步骤S310：将所述另一换料专用抓具移至所述新暂存套筒；以及

移动体移回步骤S312：将移动体移回至所述新外套筒内。

在上述更换方法中，移动体移出步骤S304与新暂存套筒置入步骤S302之间的顺序可以改变。即，可以先进行移动体移出步骤S304，再进行新暂存套筒置入步骤S302，也可以先进行新暂存套筒置入步骤S302，再进行移动体移出步骤S304。

移动体移出步骤S304包括：在所述反应堆内，通过所述反应堆堆内换料系统的换料机和旋塞的配合，将移动体从所述乏外套筒中移至所述暂存套筒暂存。

图4示出了根据本发明实施例的乏外套筒取出步骤S306的流程图。参见图4，乏外套筒取出步骤S306可以包括：

步骤402，将所述换料专用抓具与所述新暂存套筒解锁；

步骤404，将所述换料专用抓具转移至待更换的乏外套筒内，与所述乏外套筒锁定；

步骤406，将锁定的所述换料专用抓具与所述乏外套筒从所述反应堆堆芯的空位处移出反应堆。

在步骤402中，可利用堆内换料系统的换料机和旋塞的配合，将换料专用抓具与所述新暂存套筒解锁，在换料专用抓具与所述新暂存套筒解锁的同时，新暂存套筒与小栅板联箱锁定。

步骤404中，可利用堆内换料系统的换料机将解锁后的换料专用抓具从所述新暂存套筒内转移至待更换的乏外套筒内(该乏外套筒内的移动体已被移出至暂存套筒)；之后可利用堆内换料系统的换料机和旋塞的配合，将换料专用抓具与所述乏外套筒锁定，在换料专用抓具与所述乏外套筒锁定的同时，乏外套筒与小栅板联箱解锁。

步骤406中，可利用装卸料提升机将锁定的所述换料专用抓具与乏外套筒运至反应堆外部。

移出反应堆的换料专用抓具与乏外套筒可进一步通过换料系统运输至乏燃料水池内。将乏外套筒放置于贮存格架内后，将换料专用抓具与乏外套筒解锁，然后对换料专用抓具进行清洗干燥，之后运输至新燃料库房内，循环使用。

在步骤S406中，将所述换料专用抓具与乏外套筒运至反应堆外部的同时，乏外套筒所处的堆芯工作位空出。

图5示出了根据本发明实施例的新外套筒置入步骤S308的流程图。参见图5，新外套筒置入步骤S308可以包括：

步骤502，在所述反应堆外部新燃料库房内将另一换料专用抓具与新外套筒锁定；

步骤504，将锁定在一起的所述另一换料专用抓具和所述新外套筒置于所述乏外套筒换出堆芯后空出的工作位。

在步骤502中，另一换料专用抓具可为新的换料专用抓具，也可为之前使用过经清洗干燥后的换料专用抓具。

图6示出了根据本发明实施例的换料专用抓具移出步骤S310的流程图。参见图6，所述换料专用抓具移出步骤S310可以包括：

步骤602，将所述另一换料专用抓具与所述新外套筒解锁；

步骤604，将所述另一换料专用抓具转移至所述新暂存套筒内。

所述移动体移回步骤S312包括：将位于所述暂存套筒内的移动体转移至所述新外套筒内，完成乏外套筒的更换。

可以理解，本申请通过步骤304至步骤312，最终完成一组控制棒组件的外套筒的更换。

重复上述过程，即重复执行步骤304至步骤312，即可依次将全部外套筒更换完毕。

因此，在所述移动体移回步骤S312之后，所述更换方法还包括：依次重复进行所述移动体移出步骤S304、乏外套筒取出步骤S306、新外套筒置入步骤S308、换料专用抓具移出步骤S310以及移动体移回步骤S312，直至完成全部乏外套筒的更换。

在一些实施例中，所述暂存套筒在反应堆堆芯密封充钠前，通过人工操作将暂存套筒预先放置在反应堆堆芯预留空位处。即，暂存套筒与控制棒组件的外套筒在反应堆堆芯密封充钠前同时置于堆芯空位，这样，当外套筒服役期限届满需要进行更换时，也需要对暂存套筒进行更换。

在另一些实施例中，所述暂存套筒是在上一次利用本申请的更换方法更换所述控制棒组件的外套筒时，在所述新暂存套筒置入步骤中放置于反应堆堆芯的预留空位内的新暂存套筒。即，在另一些实施例中，暂存套筒和控制棒组件的外套筒均已经更换过。在这样的实施例中，当更换过的外套筒服役期限届满需要进行再次更换时，也需要对更换过暂存套筒进行再次更换。

因此，在完成全部乏外套筒的更换之后，所述更换方法还包括：

暂存套筒取出步骤：利用换料专用抓具将暂存套筒移出所述反应堆。

图7示出了根据本发明实施例的暂存套筒取出步骤的流程图。参见图7，所述暂存套筒取出步骤包括：

步骤702，将位于所述新暂存套筒内的换料专用抓具转移至所述暂存套筒内，以与所述暂存套筒锁定；

步骤704，将锁定的所述换料专用抓具与所述暂存套筒移出反应堆，完成暂存套筒的更换。

下面结合图8和图9对本发明实施例所提供的一种反应堆堆芯内控制棒组件的外套筒的更换方法进行详细说明。

1、在新燃料库内，首先将换料专用抓具与新暂存套筒锁紧，然后通过现有组件换料工艺路线中的新组件工艺运输路线将锁紧的换料专用抓具与新暂存套筒运至反应堆大厅内。

2、将二者运至反应堆大厅后，通过现有组件换料工艺路线中的堆外与堆内换料工艺路线将锁紧的换料专用抓具与新暂存套筒运至反应堆堆芯内。

3、在反应堆堆芯内：

反应堆堆芯初始状态参见图a。堆芯工作位10内设置有外套筒11和移动体12，堆芯工作位20内设置有外套筒21和移动体22。其中反应堆具有第一预留空位30和第二预留空位40，第一预留空位30内设置有暂存套筒31。

(1)通过堆内换料系统的换料机与旋塞相配合，将锁紧的换料专用抓具52与新暂存套筒51转移至堆芯内第二预留空位40处(参见图b)；

(2)通过换料机与旋塞相配合，将堆芯内需要更换外套筒11的控制棒组件的移动体12转移至第一预留空位30处的暂存套筒31内，此时，需被换出的乏外套筒11空出(参见图c)；

(3)通过换料机操作将位于第二预留空位40处锁紧的换料专用抓具52与新暂存套筒51解锁，然后将换料专用抓具52转移至堆芯内空出的乏外套筒11内，并将换料专用抓具52与乏外套筒11锁紧(参见图d)；

(4)将锁紧的换料专用抓具52与乏外套筒11运出反应堆，堆芯工作位10空出(参见图e)。

4、将运出反应堆的换料专用抓具52与乏外套筒11通过现有组件换料工艺路线中的乏组件工艺运输路线将其运至乏燃料水池内存放。

5、在新燃料库内，将换料专用抓具62与新外套筒61锁紧，然后通过现有组件换料工艺路线中的新组件工艺运输路线将其运至反应堆大厅内。

6、将二者运至反应堆大厅后，通过现有组件换料工艺路线中的堆外与堆内换料工艺路线将锁紧的换料专用抓具62与新外套筒61运至反应堆堆芯内。

7、在反应堆内：

(1)通过旋塞与换料机相配合，将锁紧的换料专用抓具62与新外套筒61放至堆芯内的堆芯工作位10处(参见图f)；

(2)通过旋塞与换料机的操作，将换料专用抓具62与新外套筒61解锁并将换料专用抓具62转移至位于第二预留空位40的新暂存套筒51内，新外套筒61内空出(参见图g)；

(3)通过换料机的操作，将移动体12放至新外套筒61内，完成一组控制棒组件的外套筒更换(参见图h)。

然后，开始下一组控制棒组件的外套筒的更换。

8、在反应堆内：

(1)通过换料机与旋塞相配合，将堆芯内需要更换外套筒21的控制棒组件的移动体22转移至第一预留空位30处的暂存套筒31内，此时，需被换出的乏外套筒21空出(参见图i)；

(3)通过换料机操作将位于第二预留空位40处的换料专用抓具62从新暂存套筒51转移至乏外套筒21内，并将换料专用抓具52与乏外套筒21锁紧(参见图j)；

(4)将锁紧的换料专用抓具62与乏外套筒21运出反应堆，堆芯工作位20空出(参见图k)。

9、将运出反应堆的换料专用抓具62与乏外套筒21通过现有组件换料工艺路线中的乏组件工艺运输路线将其运至乏燃料水池内存放。

10、在新燃料库内，将换料专用抓具72与新外套筒71锁紧，然后通过现有组件换料工艺路线中的新组件工艺运输路线将其运至反应堆大厅内。

11、将二者运至反应堆大厅后，通过现有组件换料工艺路线中的堆外与堆内换料工艺路线将锁紧的换料专用抓具72与新外套筒71运至反应堆堆芯内。

12、在反应堆内：

(1)通过旋塞与换料机相配合，将锁紧的换料专用抓具72与新外套筒71放至堆芯内的堆芯工作位20处(参见图l)；

(2)通过旋塞与换料机的操作，将换料专用抓具72与新外套筒71解锁并将换料专用抓具72转移至位于第二预留空位40的新暂存套筒51内，新外套筒71内空出(参见图m)；

(3)通过换料机的操作，将移动体22放至新外套筒71内，完成一组控制棒组件的外套筒更换(参见图n)。

按上述更换方法将所有控制棒组件的外套筒全部更换完成。之后，将换料专用抓具72与暂存套筒31移出反应堆。具体地：

13、在反应堆内：

(1)通过换料机操作，将位于新暂存套筒51内的换料专用抓具72转移至暂存套筒31内，通过旋塞与换料机的操作将换料专用抓具72与暂存套筒31锁定(参见图o)；

(2)通过旋塞与换料机的操作，将锁定的换料专用抓具72与暂存套筒31移出反应堆，完成暂存套筒的更换(参见图p)，留在堆芯第二预留空位40处的新暂存套筒51作为暂存套筒使用。

由此可见，本发明实施例的更换方法至少具有以下有益效果：

(1)能够在换料系统现有设备的操作下实现控制棒组件的外套筒的更换操作；该换料工艺流程不影响燃料组件的换料操作；

(2)本申请实施例的更换方法只占用堆芯内存储井两个空位，在本申请优选实施例中，通过在其中一个空位处设置长期占位的暂存套筒31，并且在更换控制棒组件的外套筒之前，先在另一个空位处设置新暂存套筒51，从而使得在更换完所有的控制棒组件之后，还可利用留在反应堆内的换料专用抓具72将暂存套筒31携带移出反应堆，从而使得反应堆内的两个空位处只留下新暂存套筒51，实现了暂存套筒31的更换。

(3)相比相关技术中的更换方法，本申请由于设置专门用于临时存放从所述乏外套筒中移出的移动体的暂存套筒和用于临时存放换料专用抓具的新暂存套筒，从而使得移动体从发外套筒内移出及移回新外套筒内的操作不受换料专用抓具的干涉。整个更换过程设计精简，减少了操作步骤，提高了控制棒组件的更换效率。

对于本发明的实施例，还需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。