一种核动力船舶反应堆装卸料系统及装卸料方法
阅读说明：本技术 一种核动力船舶反应堆装卸料系统及装卸料方法 (Nuclear power ship reactor loading and unloading system and loading and unloading method ) 是由 顾颖宾 胡安康 林一 陈励志 孙建 王立陶 丁海 杜晓程 张筠如 于 2021-10-18 设计创作，主要内容包括：本发明涉及核动力船舶设计技术领域,具体公开了一种核动力船舶反应堆装卸料系统及装卸料方法,其中在装卸料过程中,装卸料箱置于反应堆舱的上方,燃料转运开口B与燃料转运开口A对中,屏蔽套筒的上端卡设于燃料转运开口B处,下端扣设于反应堆压力容器上的环形平台处。本发明采用转运的方式结合装卸料技术进行陆上处理,具有充分可实现性,配套设施可反复为多艘核动力船舶服务。(The invention relates to the technical field of nuclear power ship design, and particularly discloses a nuclear power ship reactor loading and unloading system and a loading and unloading method. The invention adopts a transfer mode and combines the loading and unloading technology to carry out land treatment, has sufficient realizability, and can repeatedly serve a plurality of nuclear power ships by matching facilities.)
技术领域
本发明属于核动力船舶设计技术领域，具体涉及一种核动力船舶反应堆装卸料系统及装卸料方法。
背景技术
核动力船舶相比于常规动力船舶具有以下明显的优势：1、核能作为清洁能源，可有效避免如石油产品燃料带来的废气排放问题；2、核动力船舶具有极强的自持力，一次装填燃料即可运营数年之久，极大程度避免靠港加注燃料的情况，缩短非营运时间，提高了运营效率。
由于核燃料的辐射危害以及核污染可能造成的极其恶劣的社会影响，一旦核燃料需要更换，为了确保不发生核废气等的泄露，换料操作必然需要经过精准、安全的设计。同时船上核设施不能像陆上核设施一样拥有充足的场地条件用于设置专门的乏燃料贮存、装卸料场所，而且相比陆上核设施尤其是核电站，船用核燃料消耗非常缓慢，通常数年甚至十数年才需要更换一次，如果在单条船上设置换料舱非常不经济。
因此，结合陆上保障基地装卸料场地进行船用核燃料的更换是更具可操作性的方案。
发明内容
本发明的目的在于提供一种核动力船舶反应堆装卸料系统及装卸料方法，适用于具备甲板大开口条件的核动力船舶的装卸料，并为所有基于船舶反应堆舱装卸料相关设计提供新的方法和依据。
本发明的技术方案如下：
一种核动力船舶反应堆装卸料系统，包括反应堆舱及船体相关结构、装卸料箱；
所述的反应堆舱及船体相关结构包括反应堆舱壁、辐射屏蔽体、顶部辐射屏蔽舱盖、反应堆压力容器、露天甲板；
所述的装卸料箱包括外围壁、屏蔽层、内围壁、箱内行车、行车吊钩、行车乏吊、底部辐射屏蔽舱盖、燃料组件贮存容器、屏蔽套筒；
所述的反应堆舱壁为双层中空结构，在其内部填充有辐射屏蔽体；
在所述反应堆舱壁的顶面上加工有燃料转运开口A，通过顶部辐射屏蔽舱盖封闭；
所述的反应堆压力容器置于反应堆舱壁的内底面上；
在所述反应堆压力容器的侧壁上加工有一圈环形平台；
在所述的反应堆压力容器内放置有燃料组件；
所述的压力容器顶盖扣设于反应堆压力容器上方；
在所述反应堆舱壁的顶面最上方设有贯通的露天甲板；
所述外围壁和内围壁之间围成的空腔采用屏蔽层填充，整体围成装卸料箱体；
在所述内围壁的顶面上固定设有箱内行车；
在所述装卸料箱体的底面中心处加工有燃料转运开口B，通过底部辐射屏蔽舱盖封闭；
所述的燃料临时贮存容器置于内围壁的底面上，能够安置需更换的燃料组件；
所述屏蔽套筒的外径小于燃料转运开口B的直径，内径大于压力容器顶盖，以确保压力容器顶盖能从屏蔽套筒中被顺利吊出；
在装卸料过程中，装卸料箱置于反应堆舱的上方，燃料转运开口B与燃料转运开口A对中，屏蔽套筒的上端卡设于燃料转运开口B处，下端扣设于反应堆压力容器上的环形平台处。
还包括配套陆基转运设施，所述的配套陆基转运设施包括吊机、大吨位运输平板车。
在所述的露天甲板与反应堆舱壁顶面之间设有开孔甲板；
所述开孔甲板的开孔尺寸大于装卸料箱体的尺寸，以保证装卸料箱体能够顺利吊至反应堆舱壁的顶面。
所述的露天甲板为强力甲板，设置舱口盖，以避免反复切割导致露天甲板强度减弱而被破坏；
设置舱口围，与舱口盖相匹配，焊接在露天甲板的贯通口处。
所述的露天甲板为普通贯通甲板，对于不足以支撑大型舱盖的，则采用切割形式，待装卸料完成再补焊封闭贯通口；
对于能够支撑大型舱盖的，则设置舱口盖和舱口围；
所述的舱口围与舱口盖相匹配，焊接在露天甲板的贯通口处。
在所述反应堆舱壁的顶面上设有导轨架，垂直于反应堆舱壁的顶面，用于在吊入装卸料箱时进行导向。
所述导轨架的高度不小于2m，且顶端低于露天夹板所在平面。
在所述的环形平台上加工有嵌入槽，在嵌入槽中设有耐辐射老化橡胶，以确保屏蔽套筒卡入后实现密封。
在所述内围壁的底面上设有屏蔽套筒固定夹座，用于固定屏蔽套筒。
在所述外围壁的外部、底部辐射屏蔽盖以及顶部辐射屏蔽舱盖上分别设有吊耳，以确保起吊安全和稳定。
采用箱内行车的行车吊钩吊装底部辐射屏蔽盖、屏蔽套筒、顶部辐射屏蔽舱盖、压力容器顶盖，采用行车乏吊吊装燃料组件。
基于所述装卸料系统的一种核动力船舶反应堆装卸料方法，包括以下步骤：
S1.在船舶靠泊或入坞停止状态下，打开露天甲板的贯通口；
S2.将装卸料箱吊入船内，并准确落在反应堆舱壁的顶面加以固定，同时确保顶部辐射屏蔽舱盖和底部辐射屏蔽舱盖对中且能够打开；
S3.打开底部辐射屏蔽盖，用箱内行车将其吊移至放置区域；
S4.打开顶部辐射屏蔽舱盖，并用箱内行车将其吊移至装卸料箱内放置区域；
S5.用箱内行车将屏蔽套筒经燃料转运开口B和燃料转运开口A吊至环形平台处；
S6.打开反应堆压力容器顶盖，并用箱内行车将其吊移至装卸料箱内放置区域；
S7.用箱内行车将需更换的燃料组件吊离反应堆压力容器，并移至燃料临时贮存容器内存放；
S8.用箱内行车将新的燃料组件吊入反应堆压力容器；
S9.用箱内行车将反应堆压力容器顶盖吊回原位并封闭；
S10.用箱内行车将顶部辐射屏蔽舱盖吊回原位并封闭；
S11.用箱内行车将底部辐射屏蔽盖吊回原位并封闭；
S12.解除装卸料箱的固定，将装卸料箱吊至陆上；
S13.封闭露天甲板的贯通口。
采用箱内行车的行车吊钩吊装底部辐射屏蔽盖、屏蔽套筒、顶部辐射屏蔽舱盖、压力容器顶盖，采用箱内行车的行车乏吊吊装燃料组件。
若装卸料在干船坞内进行，则使用龙门吊或浮吊船进行装卸料箱的吊运作业；
若装卸料在船舶靠泊码头进行，则采用浮吊船进行装卸料箱的吊运作业。
装卸料箱在陆地上使用大型平板运输车进行转运。
本发明的显著效果在于：
(1)本发明采用转运的方式结合装卸料技术进行陆上处理，具有充分可实现性，配套设施可反复为多艘核动力船舶服务。
(2)本发明无需在船上设置乏燃料处理舱室，节约了船舶舱容、避免了船舶性能和功能受到燃料处理的过度限制。
(3)本发明装卸料箱体设计强度、屏蔽方式等均与反应堆舱保持一致，其安全性得到充分保障。
(4)本发明在打开压力容器顶盖前，加装有屏蔽套筒，可有效避免反应堆舱内其他设备、构件遭受辐射污染和损坏。
附图说明
图1反应堆舱及船体相关结构示意图；
图2装卸料箱结构示意图；
图3装卸料中间过程示意图；
图4装卸料完成过程示意图；
图5乏燃料陆上转运示意图；
图6配套陆基转运设施示意图。
图中：101反应堆舱壁；102辐射屏蔽体；103顶部辐射屏蔽舱盖；104反应堆压力容器；105开口甲板；106露天甲板；107舱口围；108舱口盖；109导轨架；1041环形平台；1042压力容器顶盖；1043燃料组件；201外围壁；202屏蔽层；203内围壁；204箱内行车；205行车吊钩；206行车乏吊；207底部辐射屏蔽舱盖；208燃料组件临时贮存容器；209屏蔽套筒；210吊耳；211套筒固定夹座；301干船坞；302坞墩；303船舶靠泊码头；304龙门吊；305浮吊船；306大吨位运输平板车。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
一种核动力船舶反应堆装卸料系统，包括反应堆舱及船体相关结构、装卸料箱、配套陆基转运设施。
所述的反应堆舱及船体相关结构包括反应堆舱壁101、辐射屏蔽体102、顶部辐射屏蔽舱盖103、反应堆压力容器104、开口甲板105、露天甲板106、舱口围107、舱口盖108、导轨架109。
所述的装卸料箱包括外围壁201、屏蔽层202、内围壁203、箱内行车204、行车吊钩205、行车乏吊206、底部辐射屏蔽舱盖207、燃料组件贮存容器208、屏蔽套筒209。
所述的配套陆基转运设施包括吊机、大吨位运输平板车306。所述的吊机为浮吊船305或船坞龙门吊304。
如图1所示的反应堆舱及船体相关结构，所述的反应堆舱壁101为双层中空结构，在其内部填充有辐射屏蔽体102。所述反应堆舱壁101的材料通常为钢材，辐射屏蔽体102为铅板、含硼聚乙烯等已经过验证的辐射屏蔽材料。
在所述反应堆舱壁101的顶面上加工有燃料转运开口A，通过顶部辐射屏蔽舱盖103封闭。所述的顶部辐射屏蔽舱盖103至少具备与反应堆舱壁101相当的耐压、耐辐射能力。在所述的顶部辐射屏蔽舱盖103上设有吊耳，以确保起吊安全和稳定。
所述的反应堆压力容器104置于反应堆舱壁101的内底面上。在所述反应堆压力容器104的侧壁上铸出或焊接出一圈带嵌入槽的环形平台1041，在嵌入槽中设有耐辐射老化橡胶，以确保屏蔽套筒209卡入后实现密封。在所述的反应堆压力容器104内放置有燃料组件1043。所述的压力容器顶盖1042扣设于反应堆压力容器104上方，压力容器顶盖1042可拆、可吊。
在所述反应堆舱壁101的顶面上方设有甲板，其中最上层的为露天甲板106。
所述的露天甲板106为最上层贯通甲板。如露天甲板106为强力甲板，则设置舱口盖108，以避免反复切割导致露天甲板106强度减弱而被破坏；如露天甲板106为普通贯通甲板，那么对于强度较弱、不足以支撑大型舱盖的，则采用切割形式，待装卸料完成再补焊封闭贯通口，对于能够支撑大型舱盖的，则设置舱口盖108。
所述的舱口盖108选用液压式舱口盖或吊离式舱口盖。
所述的舱口围107焊接在露天甲板106的贯通口处，与舱口盖108相匹配。
所述的导轨架109固定设于反应堆舱壁101的顶面上，垂直于反应堆舱壁101的顶面，用于在吊入装卸料箱时进行导向限位。所述导轨架109的高度不小于2m，且顶端低于露天夹板106所在平面。
在所述的露天甲板106与反应堆舱壁101顶面之间设有一层或多层开孔甲板105。所述开孔甲板105的开孔尺寸大于装卸料箱体的尺寸，以保证装卸料箱体能够顺利吊至反应堆舱壁101的顶面。所述的开口甲板105也可不设置。
如图2所示的装卸料箱，所述外围壁201和内围壁203之间围成的空腔采用屏蔽层202填充，整体围成装卸料箱体。所述的外围壁201为钢质，在其外部设有吊耳210，以确保起吊安全和稳定。
在所述内围壁203的顶面上固定设有箱内行车204，采用行车吊钩205吊装底部辐射屏蔽盖207、屏蔽套筒209、顶部辐射屏蔽舱盖103、压力容器顶盖1042，采用行车乏吊206吊装燃料组件1043。在所述装卸料箱体的底面中心处加工有燃料转运开口B，通过底部辐射屏蔽舱盖207封闭，在底部辐射屏蔽盖207上设有可供起吊的吊耳。所述底部辐射屏蔽盖207的耐压及屏蔽效果至少与装卸料箱体相同。
所述的燃料临时贮存容器208置于内围壁203的底面上，能够安置需更换的燃料组件1043。
所述屏蔽套筒209的外径小于燃料转运开口B的直径，内径大于压力容器顶盖1042，以确保压力容器顶盖1042能从屏蔽套筒209中被顺利吊出。所述屏蔽套筒209的材质为钢或铅。
在所述内围壁203的底面上设有屏蔽套筒固定夹座211，用于固定屏蔽套筒209。
在装卸料过程中，装卸料箱置于反应堆舱的上方，燃料转运开口B与燃料转运开口A对中，屏蔽套筒209的上端卡设于燃料转运开口A处，下端扣设于反应堆压力容器104上的环形平台1041处，能够避免反应堆压力容器104外的设备设施在装卸料过程中遭受辐射污染。
一种核动力船舶反应堆装卸料方法，采用上述装卸料系统进行船舶核燃料换料，如图3～6所示，包括以下步骤：
S1.在船舶靠泊或入坞停止状态下，打开舱口盖108或将露天甲板106切割出一个可供装卸料箱吊入的开孔。
S2.通过浮吊船305或船坞龙门吊304将装卸料箱吊入船内，并准确落在反应堆舱壁101的顶面加以固定，同时确保顶部辐射屏蔽舱盖103和底部辐射屏蔽舱盖207对中且能够打开。
S3.打开底部辐射屏蔽盖207，并用行车吊钩205将其吊移至指定放置区域。
S4.打开顶部辐射屏蔽舱盖103，并用箱内行车吊钩205将其吊移至装卸料箱2内指定放置区域。
S5.用箱内行车吊钩205将屏蔽套筒209经燃料转运开口B和燃料转运开口A吊至环形平台1041处。
S6.打开反应堆压力容器顶盖1042，并用箱内行车吊钩205将其吊移至装卸料箱内指定放置区域。
S7.用箱内行车乏吊206将需更换的燃料组件1043吊离反应堆压力容器104，并移至燃料临时贮存容器208内存放。
S8.用箱内行车乏吊206将新的燃料组件1043吊入反应堆压力容器104。
S9.用箱内行车吊钩205将反应堆压力容器顶盖1042吊回原位并封闭。
S10.用箱内行车吊钩205将顶部辐射屏蔽舱盖103吊回原位并封闭。
S11.用箱内行车吊钩205将底部辐射屏蔽盖207吊回原位并封闭。
S12.解除装卸料箱的固定，并通过浮吊305或船坞龙门吊304将装卸料箱吊至陆上大吨位运输平板车306，进而运输至相应乏燃料处理区域。
S13.盖上舱口盖108或将露天甲板106的开孔进行补焊。
装卸料应尽可能在干船坞301内进行，以使装卸料作业时船舶能够坐位在足够数量的坞墩302上处于静止状态；如能确保船舶的状态满足装卸料要求，装卸料作业也可在船舶靠泊码头303进行。
若装卸料在干船坞301内进行，则使用龙门吊304或浮吊船305进行装卸料箱的吊运作业；若装卸料在船舶靠泊码头303进行，由于装卸料箱重量较大，码头岸吊难以完成吊运作业，需采用浮吊船305进行装卸料箱的吊运作业。
装卸料箱在陆地上使用大型平板运输车306进行转运。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。