液态金属反应堆内的维修操作装置及其维修操作方法

技术领域

本申请属于核电站维修技术领域，具体涉及一种液态金属反应堆内的维修操作装置及其维修操作方法。

背景技术

利用液态金属作为冷却剂是目前主流的快中子增殖反应堆的选择，液态金属以液态金属钠、液态金属铅等为主。以液态金属作为冷却剂的反应堆始终处于高温(例如，约200℃～600℃)、低压力(例如，约0.005MPa～0.05MPa)和高辐射状态，由于液态金属的不透明属性，在反应堆运行过程中一旦产生异物落入或需要维修操作，在如此高温、高辐射、不可视情况下其处理难度极大，相应的核安全风险也极大，如处理不慎很容易造成异物无法取出、引入更多异物、人员受到意外照射等风险。

鉴于液态金属作为冷却剂的反应堆在国内尚处于起步阶段，相关运行经验很少，目前并没有有效的解决手段。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例致力于提供一种液态金属反应堆内的维修操作装置及其维修操作方法，通过对液态金属反应堆内局部待维修区域进行加压排液技术手段，实现了堆内维修可视化技术效果，以解决现有技术存在的无法解决利用液态金属作为冷却剂的反应堆内可视化维修操作问题。

本申请第一方面提供了一种液态金属反应堆内的维修操作装置，该维修操作装置包括密封筒、密封筒顶盖、机械手、摄像头、惰性气体系统和控制系统。密封筒配置为与堆容器的顶盖连接，且能够插入堆容器内覆盖被维修或抓取部件。密封筒顶盖覆盖在密封筒背离堆容器的顶盖一侧的开口。机械手连接在密封筒顶盖的中心。摄像头安装在密封筒的内表面上。摄像头配置为监控被维修或抓取部件。惰性气体系统位于密封筒顶盖背离密封筒的一侧。惰性气体系统中的惰性气体不与堆容器内的液态金属发生反应。控制系统与机械手、摄像头和惰性气体系统电连接。控制系统配置为控制机械手和摄像头在密封筒内移动，且控制惰性气体系统向密封筒内加压直至密封筒内液态金属全部排出。

在上述方案中，通过设置密封能够插入堆容器内覆盖被维修或抓取部件，利用密封筒构成局部待维修区域，再利用惰性气体系统对局部待维修区域进行加压排液，使得机械手和摄像头能够处于诸如较低的温度和较低的腐蚀环境等保护气体环境下，利用控制系统控制机械手和摄像头在密封筒内移动，从而实现了堆内维修可视化，也能够利用控制系统实现堆内维修远程操作，提高了维修安全性和可靠性。

在本申请一个具体实现方式中，密封筒包括可伸缩外筒和内筒。可伸缩外筒和内筒均与密封筒顶盖连接，内筒配置为沿与密封筒顶盖所在平面垂直的方向移动。可伸缩外筒配置为随内筒的移动而伸缩。

在本申请一个具体实现方式中，可伸缩外筒的材料为柔性材料。内筒的材料为刚性材料。

在本申请一个具体实现方式中，密封筒还包括筒仓支承筒。筒仓支承筒连接在可伸缩外筒与堆容器的顶盖之间，且筒仓支承筒配置为支承可伸缩外筒。

在本申请一个具体实现方式中，内筒上设有导轨。摄像头安装在导轨上，且摄像头能够在导轨上移动。

在本申请一个具体实现方式中，密封筒包括可伸缩外筒，可伸缩外筒包括固定区段和移动区段，移动区段配置为沿与密封筒顶盖所在平面垂直的方向移动，摄像头安装在移动区段的内表面上。

在本申请一个具体实现方式中，机械手包括底座、机械臂和抓手。底座通过螺栓连接在密封筒顶盖的中心。机械臂配置为可伸缩。

在本申请一个具体实现方式中，惰性气体系统中的惰性气体为氩气。

在本申请一个具体实现方式中，控制系统的电缆通过密封筒顶盖上的贯穿件与机械手、摄像头和惰性气体系统的电缆连接。

本申请第二方面提供了一种液态金属反应堆内的维修操作方法，该维修操作方法包括：将本申请第一方面的一种液态金属反应堆内的维修操作装置吊装到堆容器的顶盖的正上方；连接维修操作装置中的密封筒与堆容器的顶盖；移动密封筒，直至密封筒插入堆容器内覆盖被维修或抓取部件；通过维修操作装置中的惰性气体系统向密封筒内加压，直至将密封筒内液态金属全部排出；通过维修操作装置中的控制系统分别控制摄像头和机械手的位置，直至摄像头监控到被维修或抓取部件，机械手对被维修或抓取部件进行维修操作。

附图说明

图1所示为本申请一实施例提供的一种液态金属反应堆内的维修操作装置的结构示意图。

图2所示为本申请一实施例提供的一种液态金属反应堆内的维修操作装置安装在堆容器的顶盖后对应的结构示意图。

图3所示为本申请一实施例提供的一种液态金属反应堆内的维修操作方法的流程示意图。

图4所示为图1所示实施例的维修操作装置中的内筒插入堆容器内覆盖被维修或抓取部件对应的结构示意图。

图5所示为图1所示实施例的维修操作装置中的惰性气体系统向内筒加压排液对应的结构示意图。

图6所示为图1所示实施例的维修操作装置堆内维修对应的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

图1所示为本申请一实施例提供的一种液态金属反应堆内的维修操作装置的结构示意图。图2所示为本申请一实施例提供的一种液态金属反应堆内的维修操作装置安装在堆容器的顶盖后对应的结构示意图。图2所示实施例为图1所示实施例中维修操作装置的使用状态示意图。

如图1和图2所示，该维修操作装置100包括密封筒1、密封筒顶盖2、机械手3、摄像头4、惰性气体系统5和控制系统6。密封筒1配置为与堆容器A的顶盖B连接，且能够插入堆容器A内覆盖被维修或抓取部件。密封筒顶盖2覆盖在密封筒1背离堆容器A的顶盖B一侧的开口。机械手3连接在密封筒顶盖2的中心。摄像头4安装在密封筒1的内表面上，摄像头4配置为监控被维修或抓取部件。惰性气体系统5位于密封筒顶盖2背离密封筒1的一侧。惰性气体系统5中的惰性气体不与堆容器A内的液态金属C发生反应。控制系统6与机械手3、摄像头4和惰性气体系统5电连接。控制系统6配置为控制机械手3和摄像头4在密封筒内移动，且控制惰性气体系统5向密封筒1内加压直至密封筒1内液态金属C全部排出。如此，通过设置密封筒1能够插入堆容器A内覆盖被维修或抓取部件，利用密封筒1构成局部待维修区域，再利用惰性气体系统5对局部待维修区域进行加压排液，使得机械手3和摄像头4能够处于诸如较低的温度和较低的腐蚀环境等保护气体环境下，利用控制系统6控制机械手3和摄像头4在密封筒1内移动，从而实现了堆内维修可视化，也能够利用控制系统6实现堆内维修远程操作，提高了维修安全性和可靠性。

需要说明的是，在堆内维修时，维修操作装置100中的密封筒1和密封筒顶盖2可以与堆容器A的顶盖B以及堆容器A之间构成密闭空间，密封筒1、密封筒顶盖2和堆芯D可以构成局部待维修区域。

机械手3自身可以是可伸缩的，也可以是不可伸缩的。例如，在一些实施例中，机械手3包括底座31、机械臂32和抓手33。底座31通过螺栓连接在密封筒顶盖2的中心。机械臂32配置为可伸缩。如此，通过设置机械臂32可伸缩，扩大了机械手3的调节范围，使得机械手3的定位更加精准，也使得维修更加方便。

惰性气体系统5中的惰性气体只要能够不与堆容器A内的液态金属C发生反应即可，在此基础上，本申请实施例对惰性气体的类型不做具体限定。例如，在一些实施例中，惰性气体系统5中的惰性气体为氩气，如此，可以避免惰性气体因与液态金属C发生反应而造成的冷却效果降低等问题。

在本申请一个具体实现方式中，控制系统6的电缆通过密封筒顶盖2上的贯穿件与机械手3、摄像头4和惰性气体系统5的电缆连接。如此，通过密封筒顶盖2上的贯穿件实现控制系统6与机械手3、摄像头4和惰性气体系统5的电连接，也保证了密封筒顶盖2与密封筒1的密封性。

需要说明的是，惰性气体系统5可以与焊接在密封筒顶盖2上的接管通过快接连接，从而实现惰性气体系统5与装置内部的连通。

密封筒1只要能够与堆容器A的顶盖B连接，且能够插入堆容器A内覆盖被维修或抓取部件即可，在此基础上，本申请实施例对密封筒1的结构不做具体限定。密封筒1能够插入堆容器A内覆盖被维修或抓取部件可以是密封筒1的部分或全部部件能够插入堆容器A内覆盖被维修或抓取部件。下面，结合几个具体实施例，对密封筒1的结构设计进行举例说明。

例如，在一些实施例中，密封筒1包括可伸缩外筒11。可伸缩外筒11包括固定区段和移动区段。移动区段配置为沿与密封筒顶盖2所在平面垂直的方向移动，摄像头4安装在移动区段的内表面上。如此，通过设置移动区段沿与密封筒顶盖2所在平面垂直的方向移动，实现了可伸缩外筒11的伸缩功能，从而可以利用固定区段为移动区段提供支撑，通过移动移动区段使得移动区段插入堆容器A内覆盖被维修或抓取部件，也使得摄像头4的位置精准定位到能够观测到被维修或抓取部件的位置处。

需要说明的是，移动区段的长度可以长于固定区段的长度，移动区段的长度只要能够插入堆容器A内覆盖被维修或抓取部件即可，在此基础上，本申请实施例对固定区段和移动区段的结构设计不做具体限定。

又例如，在另一些实施例中，密封筒1包括可伸缩外筒11和内筒12。可伸缩外筒11和内筒12均与密封筒顶盖2连接，内筒12配置为沿与密封筒顶盖2所在平面垂直的方向移动。可伸缩外筒11配置为随内筒12的移动而伸缩。如此，通过设置内筒12沿与密封筒顶盖2所在平面垂直的方向移动，从而可以通过移动内筒12使得内筒12插入堆容器A内覆盖被维修或抓取部件。另外，通过设置内筒12在插入堆容器A内的过程中可伸缩外筒11随内筒12的移动而伸缩，保证了维修操作装置100与堆容器A之间的密封性。

在本申请一个具体实现方式中，可伸缩外筒11的材料为柔性材料。内筒12的材料为刚性材料。如此，可伸缩外筒11可以随着内筒12的上下移动而折叠或拉升，并保证了维修过程中，维修操作装置100与堆容器A之间一直处于密封状态。

在本申请一个具体实现方式中，密封筒1还包括筒仓支承筒13。筒仓支承筒13连接在可伸缩外筒11与堆容器A的顶盖B之间，且筒仓支承筒13配置为支承可伸缩外筒11。如此，通过设置筒仓支承筒13支承可伸缩外筒11，一方面有利于密封筒1与堆容器A的顶盖B之间的连接，另一方面可以避免可伸缩外筒11不可控的移动而对堆容器A造成损害。

在一些实施例中，筒仓支承筒13可以具有上部法兰和下部法兰。筒仓支承筒13的上部法兰与可伸缩外筒11的下部法兰通过螺栓连接，并密封。筒仓支承筒13的下部法兰可以用于连接堆容器A的顶盖B上的安装接口，并密封。可伸缩外筒11的上部法兰与密封筒顶盖2可以通过螺栓连接，并密封。内筒12与密封筒顶盖2可以通过螺栓连接，内筒12可在筒仓支承筒13内上下移动。

在本申请一个具体实现方式中，内筒12上设有导轨。摄像头4安装在导轨上，且摄像头4能够在导轨上移动。如此，通过设置摄像头4安装在内筒12的导轨上，使得摄像头4可在内筒12的导轨上移动，有利于摄像头4位置的精准定位，提高了维修操作装置100的可视化程度。

需要说明的是，密封筒1也可以包括外筒和可伸缩内筒。如此，通过可伸缩内筒的伸缩使得可伸缩内筒插入堆容器A内覆盖被维修或抓取部件。密封筒1还可以仅包括不可伸缩的筒体，不可伸缩的筒体可以沿与密封筒顶盖2所在平面垂直的方向移动，从而使得不可伸缩的筒体能够插入堆容器A内覆盖被维修或抓取部件。

图3所示为本申请一实施例提供的一种液态金属反应堆内的维修操作方法的流程示意图。图4所示为图1所示实施例的维修操作装置中的内筒插入堆容器内覆盖被维修或抓取部件对应的结构示意图。图5所示为图1所示实施例的维修操作装置中的惰性气体系统向内筒加压排液对应的结构示意图。图6所示为图1所示实施例的维修操作装置堆内维修对应的结构示意图。

如图3所示，该维修操作方法包括以下步骤。

S10：将本申请实施例的一种液态金属反应堆内的维修操作装置吊装到堆容器的顶盖的正上方。

S20：连接维修操作装置中的密封筒与堆容器的顶盖。

举例来说，若密封筒1包括可伸缩外筒11、内筒12和筒仓支承筒13，则可以打开堆容器A的顶盖B上安装接口，将维修操作装置100吊装在安装接口上，通过螺栓将筒仓支承筒13与安装接口法兰连接并密封。

S30：移动密封筒，直至密封筒插入堆容器内覆盖被维修或抓取部件。

举例来说，若密封筒1包括可伸缩外筒11和内筒12，则可以缓慢下降内筒12，直至将反应堆内被维修或抓取部件覆盖(如图4所示)。

S40：通过维修操作装置中的惰性气体系统向密封筒内加压，直至将密封筒内液态金属全部排出。

举例来说，若密封筒1包括可伸缩外筒11和内筒12，惰性气体系统5为氩气系统，则可以通过氩气系统向内筒12加压，直至将内筒12内液态金属C全部排出(如图5所示)。

S50：通过维修操作装置中的控制系统分别控制摄像头和机械手的位置，直至摄像头监控到被维修或抓取部件，机械手对被维修或抓取部件进行维修操作。

在一些实施例中，通过控制系统6控制摄像头4下降，直至可监控到被维修或抓取部件；通过控制系统6控制机械手3下降，通过摄像头4监控视频对被维修或抓取部件进行操作(如图6所示)。

需要说明的是，图3所示实施例中的液态金属反应堆内的维修操作方法为本申请上述实施例中液态金属反应堆内的维修操作装置对应的方法，包括了维修操作装置对应的技术特征，至少能够实现相应的技术效果，此处不再赘述。

在维修操作完成后，通过控制系统6控制机械手3上升至初始位置；通过控制系统6控制摄像头4上升至初始位置；通过氩气系统对内筒12排气，直至内筒12内液面恢复与堆容器A内液面一致；缓慢上升内筒12至初始位置；拆除筒仓支承筒13与堆容器A上顶盖的安装接口连接螺栓，吊走该装置；密封堆容器A的顶盖B上安装接口。

还需要说明的是，本申请实施例中各技术特征的组合方式并不限本申请实施例中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式，本申请所记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合，除非相互之间产生矛盾。

以上仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本申请的保护范围之内。