已輻照燃料接收置設(shè)計(jì)方案

1、已輻照燃料接收裝置設(shè)計(jì)-機(jī)電論文已輻照燃料接收裝置設(shè)計(jì)陳書(shū)華 黃新東 安彥波 任荷甕松峰（中國(guó)核動(dòng)力研究設(shè)計(jì)院反應(yīng)堆燃料及材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都610041 ）【摘 要】已輻照燃料組件由于輻射劑量大而導(dǎo)致其轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程復(fù)雜，空中轉(zhuǎn) 運(yùn)可以通過(guò)換料機(jī)鉛屏屏蔽輻射，水下轉(zhuǎn)運(yùn)則通過(guò)水層屏蔽，而從空中轉(zhuǎn)移到水下的過(guò)程需要專用的接收裝置來(lái)完成，給出了已輻照燃料接收裝置的設(shè)計(jì)思路， 介紹了其結(jié)構(gòu)，并對(duì)相關(guān)零件進(jìn)行了計(jì)算校核。關(guān)鍵詞已輻照燃料；輻射；接收裝置【Abstract 】The transport of spent fuel is very complex because ofhuge radiati

2、 on. The radiati on is shielded by refueli ng machi ne in the air,and by water layer in the underwater. The receiving device is needed whe n the spe nt fuel is tan sported betwee n the air and water. This paper gives the design scheme, structure and strengthcheckingof therecei ving device.【Key words

3、 】Spe nt Fuel ； Radiati on ； Recei ving Device作者簡(jiǎn)介：陳書(shū)華（1984 ），男，學(xué)士，工程師，2005年畢業(yè)于上海交 通大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化專業(yè)，從事核反應(yīng)堆換料工藝及專用設(shè)備設(shè)計(jì)及研究工 作。黃新東（1971 ），男，學(xué)士，研究員級(jí)高級(jí)工程師，1995年畢業(yè)于衡陽(yáng) 工學(xué)院機(jī)械工藝專業(yè)，從事核反應(yīng)堆換料工藝及專用設(shè)備設(shè)計(jì)及研究工作安彥波（1985 ）,男，碩士，工程師，2010年畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)機(jī) 械設(shè)計(jì)專業(yè)，從事核反應(yīng)堆換料工藝及專用設(shè)備設(shè)計(jì)及研究工作。0引言已輻照燃料接收裝置（以下簡(jiǎn)稱接收裝置）是某型核反應(yīng)堆換料檢修需要使用的專用設(shè)備之一

4、，其功能是完成已輻照燃料組件在空氣中與水下之間的轉(zhuǎn)運(yùn)， 空中轉(zhuǎn)運(yùn)通過(guò)換料機(jī)進(jìn)行，水下轉(zhuǎn)運(yùn)通過(guò)長(zhǎng)桿操作工具完成1。接收裝置的設(shè)計(jì)要在滿足其功能的同時(shí)保護(hù)操作人員免受過(guò)量輻照劑量。1 設(shè)計(jì)思路核反應(yīng)堆裝卸檢修工具的設(shè)計(jì)應(yīng)在滿足防止燃料組件跌落的同時(shí)保證操作人員免受超限劑量輻射2，因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿足以下要求：（1）接收裝置必須具有輻射安全防護(hù)功能，對(duì)操作人員起到輻射防護(hù)作用；（2）接收裝置在使用過(guò)程中應(yīng)保證燃料組件的安全；（3 ）接收筒在上接收位置時(shí)，應(yīng)能與屏蔽筒組件的內(nèi)方孔對(duì)準(zhǔn)以便燃組件能順暢地通過(guò)，并且保證接收筒中的燃料組件在換料機(jī)的抓取范圍內(nèi)；（4）裝有燃料組件的接收筒在接收位置時(shí)不會(huì)意外跌落；

5、（5）燃料組件的接收筒在抓取位置時(shí)，操作人員使用燃料組件長(zhǎng)桿工具應(yīng)能方便地轉(zhuǎn)運(yùn)燃料組件。2結(jié)構(gòu)介紹根據(jù)接收裝置的各部分結(jié)構(gòu)功能進(jìn)行劃分， 其主要由鑄鋼平臺(tái)、套環(huán)、鉛屏、1。導(dǎo)軌組件、池壁支撐組件、接收筒、電機(jī)傳動(dòng)裝置及其他部分組成，見(jiàn)圖圖1水下燃料接收裝置2.1 鑄鋼平臺(tái)、套環(huán)和鉛屏鑄鋼平臺(tái)用于整個(gè)接收裝置在水池面上的支撐，同時(shí)也是支承換料機(jī)的剛性 平臺(tái)，套環(huán)安裝于鑄鋼平臺(tái)上，其直接與換料機(jī)接觸并為換料機(jī)提供定位， 保證 換料機(jī)抓具能夠順利進(jìn)入鉛屏的中心方孔； 鉛屏中心方孔是燃料組件從換料機(jī)進(jìn) 入接收筒的通道，鉛屏的徑向有180mm厚的鉛層和40mm厚的鋼板作為生物 屏蔽層，頂部有235mm厚

6、的鋼板（其上部的套環(huán)厚度為165mm）作為生物屏 蔽層。見(jiàn)圖2。圖2鐫鋼平臺(tái)、奩環(huán)和鉛屏2.2 導(dǎo)軌組件導(dǎo)軌組件為接收筒的運(yùn)動(dòng)提供限制，接收筒沿導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)軌為曲線導(dǎo)軌, 上段豎直，下段向平臺(tái)外平滑彎曲，當(dāng)接收筒運(yùn)行到上接收位置時(shí)與鉛屏對(duì)接， 此時(shí)換料機(jī)可以抓取或者釋放燃料組件。當(dāng)接收筒向下運(yùn)行時(shí)就會(huì)沿著導(dǎo)軌到達(dá) 鑄鋼平臺(tái)外側(cè)的抓取位置，此時(shí)可以使用燃料組件長(zhǎng)桿抓具抓取或者釋放燃料組 件。導(dǎo)軌組件包括左導(dǎo)軌和右導(dǎo)軌兩部分，都為 U型槽導(dǎo)軌，U型槽能夠?qū)υ?其中行走的接收筒滾輪進(jìn)行限制，防止?jié)L輪脫離軌道。導(dǎo)軌組件的下部有導(dǎo)軌正 支撐、導(dǎo)軌背支撐及導(dǎo)軌斜支撐等支撐，這些支撐保證導(dǎo)軌剛度。保證裝置經(jīng)

7、長(zhǎng) 期運(yùn)行或存放后不發(fā)生位移和變形。2.3 池壁支撐組件池壁支撐組件由鋼板焊接而成，其一端通過(guò)螺栓與導(dǎo)軌組件背面相連接固定，另一端上面焊接有調(diào)節(jié)裝置，調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)螺桿通過(guò)支撐盤與水池壁相頂， 在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，根據(jù)水池壁上預(yù)留的焊接板位置調(diào)整池壁支撐組件的位置，對(duì)齊后調(diào)節(jié)頂緊再將支撐盤與焊接板焊接固定。2.4 接收筒接收筒組件主要包括接收筒、滾輪、滾輪軸、拉軸、側(cè)架及底輪等組成，接 收筒承接并包容已輻照燃料組件，上邊沿有一段喇叭導(dǎo)向段方便燃料組件進(jìn)入。 在滾輪軸的兩端安裝有兩個(gè)滾輪，兩個(gè)滾輪沿著導(dǎo)軌組件上下運(yùn)行，而接收筒僅 與上面的滾輪軸連接，接收筒底部有底輪，當(dāng)接收筒組件處于導(dǎo)軌組件下部的傾

8、斜段向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，底輪沿著斜槽滑動(dòng)防止接收筒組件的傾斜。2.5 電機(jī)傳動(dòng)裝置電機(jī)傳動(dòng)裝置主要由電機(jī)、減速器、卷盤、鋼絲繩、軸承以及卷盤支架組件 等組成。鋼絲繩連接卷盤和接收筒，電機(jī)帶動(dòng)卷盤轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)接收筒的升降運(yùn)動(dòng)。電機(jī)選用速度控制性能較好且自帶編碼器的伺服電機(jī)， 其自帶的旋轉(zhuǎn)編碼器可以 間接地給出接收筒位置信息，減速器則采用蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)型減速器2.6 其他其他部分主要有轉(zhuǎn)向滑輪組件、載荷傳感用定滑輪及限位裝置等。轉(zhuǎn)向滑輪 組件主要用于改變鋼絲繩的走向。載荷傳感用定滑輪中裝有載荷傳感器，用來(lái)監(jiān) 測(cè)鋼絲繩的拉力，為過(guò)載保護(hù)和失重保護(hù)提供信號(hào)。限位裝置用來(lái)檢測(cè)接收筒組 件是否到位，為控制系統(tǒng)對(duì)電機(jī)的控

9、制提供信號(hào)輸入，分為上限位裝置、下限位裝置和換料機(jī)聯(lián)鎖限位。3計(jì)算校核3.1計(jì)算輸入設(shè)定（1）設(shè)滿載情況下接收筒總重2637N ；（2） 接收筒運(yùn)行速度為1m/min，最大速度4.5m/min ）；（3）卷盤直徑為320mm412mm；（4）接收筒側(cè)架尺寸見(jiàn)圖3。3.2 運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受力分析將運(yùn)動(dòng)分成三部分：上部豎直段、中間圓弧過(guò)渡段及下部?jī)A斜段。對(duì)接收筒 的側(cè)架進(jìn)行分析，簡(jiǎn)化后力學(xué)分析模型如下:#f Cr|圈4力學(xué)分析示倉(cāng)剛(花263 了賀.#二Q0Q5,【尸荃0 W4卵1 jF+Afiiiift=G+； sintf+ Q 誡)eoSA iM：Kjl_.V2 r*iMH j £ )$

10、inj0& I 勺kx更世1竺1 二、_ >d00 sinMI5tl平、嚴(yán)-；5 =A, *J.5xiiid t"6(FJftixifiO0得出：鋼絲繩拉力F=2637N ;9=0。（上部豎直段）接收筒側(cè)架對(duì)軌道壓力N仁N2=1.5G=3956N;9=30 ° （中間圓弧過(guò)渡段）接收筒側(cè)架對(duì)軌道壓力達(dá)到最大N1=N2=1.732G=4567N;9=45。（下部?jī)A斜段）接收筒側(cè)架對(duì)軌道壓力N仁N2=1.673G=4412N;3.3 電機(jī)、減速器選型3.3.1 選擇交流伺服電機(jī):F:鋼絲繩拉力為2637N ;v :設(shè)計(jì)最大速度為4.5m/min ；n傳動(dòng)效率，這里

11、取35%。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，電機(jī)在拖動(dòng)負(fù)載起動(dòng)的暫態(tài)過(guò)程中，其暫態(tài)輸出功率為平穩(wěn)狀態(tài)下功率的1.52倍，所以選擇額定功率0.9kW的松下全數(shù)字式交流伺服電機(jī)MGMA900W，主要參數(shù)如下：表1Jft大料扯(162 鶯 m3.3.2 選擇減速機(jī)擬選擇三聯(lián)傳動(dòng)SLS系列蝸輪蝸桿減速機(jī)。由輸出最大速度v出=4.5r/min、卷盤直徑320mm412mm和電機(jī)額定轉(zhuǎn)速n額定=1000rpm 得出減速比i=n額定/v出=222.2由鋼絲繩拉力F=2637N、卷盤最大直徑D=412mm ，得出驅(qū)動(dòng)卷盤需要轉(zhuǎn)矩：T工作=F D/2=543.2Nm ，減速機(jī)許用轉(zhuǎn)矩：TN>T 工作 f1 f2 f3=814.8Nmf1、f2、f3分別為工作機(jī)系數(shù)、原動(dòng)機(jī)系數(shù)、起動(dòng)系數(shù)。根據(jù)接收裝置使用情況查詢?nèi)?lián)傳動(dòng)選型手冊(cè)得出f1=1.5 ，f2=1.0，f3=1.0。選擇三聯(lián)SLSAF87R57減速機(jī)，其主要參數(shù)如下：在2傳動(dòng)比63r/mirL121501 iu2221,653.4 鋼絲繩F0 > F n=26.37kNF0 :鋼絲繩破斷拉力；n：安全系數(shù)，考慮到水下工作及不可更換性，該處n取10 ;F:鋼絲繩最大工作靜拉力，為 2637N 。由于在水下工作，因此選擇不銹鋼絲繩6.00NAT1