ЗАХВАТЫВАЮЩАЯ И БЛОКИРУЮЩАЯ/ДЕБЛОКИРУЮЩАЯ СИСТЕМА И ЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ ДЛЯ МАНИПУЛИРОВАНИЯ ДЕРЖАТЕЛЯМИ ОБРАЗЦОВ ЯДЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2018 года по МПК G21C19/00 

Область техники, к которой относится изобретения

Настоящее изобретение относится к новому типу захватывающей и блокирующей/деблокирующей системы.

Основным применением, для которого предназначено изобретение, является манипулирование держателями образцов ядерных материалов в исследовательском ядерном реакторе для обеспечения введения и извлечения держателей образцов без какого-либо повреждения в защитной оболочке относительно внешней среды.

Хотя здесь изобретение описано со ссылками на основное применение, оно также может быть использовано для любого применения, в котором имеется необходимость введения внутренней трубки во внешнюю трубку и блокировки двух трубок друг с другом после введения и, наоборот, деблокировки трубок друг относительно друга перед извлечением внутренней трубки, размещенной внутри внешней трубки.

Для краткости изложения, по всему тексту настоящей заявки трубка держателя образцов может называться “SH трубкой” (specimen holder tube), a трубка держателя приборов может называться “IH трубкой” (instrumentation holder tube).

По всему тексту настоящей заявки термины “нижний”, “верхний”, “вертикальный”, “поднимающийся”, “опускающийся”, “снизу” и “сверху” следует понимать в значении по отношению к внешней трубке, расположенной вертикально и манипулирование которой осуществляется захватывающим элементом со стороны верхней части ее верхнего конца.

Таким образом, во время операции манипулирования, обеспечивающей введение внутренней трубки во внешнюю трубку, захватывающий элемент опускается.

Уровень техники

Для того чтобы проверить, как ведут себя материалы и топливо, подвергающиеся химическим, нейтронным или даже химическим нагрузкам, типичным для полномасштабной эксплуатации в промышленном ядерном реакторе, установившейся практикой является использование исследовательских реакторов, которые являются неотъемлемым инструментом в научно-исследовательских разработках ядерно-электрических реакторных систем.

Такие исследовательские ядерные реакторы также обычно известны как реакторы облучения, поскольку они обеспечивают возможность проведения экспериментов с облучением на образцах ядерных материалов, например ядерного топлива, в бассейне вблизи активной зоны или в самой активной зоне реактора.

В частности, исследовательский реактор, который скоро будет запущен во Франции, реактор Жюля Хоровица (Jules Horowitz, JHR), позволит изучать то, как ядерное топливо ведет себя при различных сценариях облучения.

Для обеспечения экспериментов с облучением в реакторах облучения, облучающие устройства выполнены в соответствии, главным образом, с местоположением, выделенном для них в пределах активной зоны и/или вблизи области, в которой сконцентрирован облучающий поток.

В реакторе JHR облучающее устройство, главным образом, предназначено для изучения ядерного топлива и материалов оболочки для тепловыделяющих элементов, в которых размещается ядерное топливо.

При манипулировании образцами ядерных материалов в исследовательских ядерных реакторах известной практикой является использование, посредством держателей образцов, трубки, внутри которой размещен образец, например столб гранул ядерного топлива.

Более конкретно, трубка держателя образцов (SH трубка) содержит несколько трубчатых участков различного сечения, включая расширенную часть верхнего участка, называемой далее захватывающей головкой, посредством которой захватывается SH трубка таким образом, что с ней могут осуществлять манипуляции. Образец, подлежащий облучению, как таковой помещается в участок SH трубки, находящийся на расстоянии от захватывающей головки, предпочтительно на противоположном ее конце, в частности, когда образец представляет собой столб облучающих топливных гранул. В установленном состоянии для облучения в активной зоне или вблизи ее участок SH трубки, на котором размещен образец, должен быть расположен в области, подвергающейся воздействию нейтронного потока, при условиях, необходимых для эксперимента облучения (Т°, внешние условия и т.д.).

Для того, чтобы выполнить измерения физических параметров, связанных с образцами, обеспечено, что SH трубка вводится в концентрическую глухую трубку, называемую далее трубкой держателя приборов (IH трубкой), в которой размещены, в частности, измерительные датчики и система охлаждения. IH трубка скреплена с частью облучающего устройства.

Кроме того, для того, чтобы удовлетворить требованиям безопасности, необходимо обеспечить герметизацию между SH трубкой, образующей внутреннюю трубку, и IH трубкой, образующей внешнюю трубку с тем, чтобы образовать защитный барьер, поскольку хладагент системы охлаждения, циркулирующий между IH и SH трубками при высоком давлении, обычно составляющем по меньшей мере 160 бар, не должен получить возможность утечки в бассейн реактора облучения. Другими словами, в состоянии, установленном для облучения, необходимо, чтобы SH трубка была блокирована и герметизирована внутри IH трубки.

Таким образом, до выполнения эксперимента облучения манипулирование SH трубкой подразумевает ее захват посредством захватывающего элемента, опускание захватывающего элемента и SH трубки для введения последней в IH трубку, блокировку обеих трубок, SH и IH, друг с другом с герметизацией и подъем отдельно захватывающего элемента.

При обратной операции, после выполнения эксперимента облучения манипулирование SH трубкой, размещенной внутри IH трубки, подразумевает опускание захватывающего элемента, захват SH трубки с использованием захватывающего элемента, деблокировку SH трубки относительно IH трубки, а затем подъем захватывающего элемента вместе с SH трубкой.

Опять же, для удовлетворения требованиям безопасности захват SH трубки посредством захватывающего элемента выполняется при блокированном захвате.

В области манипулирования ядерными материалами или радиоактивными веществами известной практикой является использование захватывающих систем (захватывающих модулей) с захватывающими пальцами с блокированным захватом пальцами и использование крюкообразных элементов для блокировки/деблокировки контейнеров или барабанов, содержащих либо ядерные материалы, либо контейнеры, которые сами содержат радиоактивные вещества. Использование крюкообразных элементов в качестве блокирующего средства часто приветствуется, поскольку они представляют собой надежное решение, которое также является легким для изготовления и, в частности, подразумевает малое количество механических частей.

Здесь стоит упомянуть патентную заявку FR 2725188, описывающую решение, предназначенное для прикрепления снабженного крышкой барабана к двери сосуда с внутренним уплотнением, служащее для извлечения радиоактивных предметов, причем блокировка/деблокировка крышки относительно внутреннего уплотнения осуществляется с использованием крюкообразных элементов, закрепленных с возможностью поворота во внутреннем уплотнении, и барабан блокируется/деблокируется относительно сосуда с использованием крюкообразных элементов, называемых угловыми рычагами, закрепленных с возможностью поворота на стенке сосуда. Одним основным недостатком описанного решения является то обстоятельство, что для него требуется установка двух раздельных блокирующих/ деблокирующих систем, что повышает количество частей и, следовательно, риск заедания. Кроме того, до фактической надлежащей фиксации манипулирование барабаном подразумевает использование подъемной пластины, расположенной снизу. Итак, для основного применения, для которого предназначено изобретение, установка какого-либо подъемного устройства снизу SH и IH трубок является неприемлемой. И наконец, полная реализация описанного решения, т.е. удаление как крышки, так и внутреннего уплотнения для открывания внутренней части барабана в объем сосуда, подразумевает большое количество операций манипулирования и, следовательно, длительное время процесса. Итак, в контексте исследовательского ядерного реактора замена облучаемого образца новым образцом без риска повреждения защитной оболочки должна быть простым- и быстрым процессом так, что количество экспериментов, которое может быть проведено с одной и той же IH трубкой в заданный период времени, может быть повышено.

Патентная заявка FR 2906638 в своей части описывает контейнер для транспортировки емкостей, содержащих радиоактивные вещества, в котором крышка контейнера блокируется/деблокируется относительно корпуса контейнера с помощью крюкообразных элементов, закрепленных с возможностью поворота в крышке, причем возможность поворота крюкообразных элементов обеспечивается либо посредством опускания магнитного захвата на намагниченную крышку, либо посредством поворота механического захвата, закрепленного с возможностью поворота на крышке. Система захватывающего удержания крышки либо магнитным средством, либо с использованием механического захвата, подобная описанной для данного применения, не может быть использована в контексте ядерного реактора.

Следовательно, существует потребность в создании системы для захватывающего удержания трубки держателя образцов и для герметичной блокировки/деблокировки трубки держателя образцов в трубке держателя приборов в ядерном реакторе облучения с блокировкой/деблокировкой захвата, которая является надежной, простой в изготовлении с ограниченным количество деталей и быстрой в использовании.

В более общем случае, существует необходимость в создании системы для захвата и блокировки/деблокировки внутренней трубки во внешней трубке, концентрической с внутренней трубкой, с блокировкой/ деблокировкой захвата, которая, в частности, является надежной, простой в изготовлении с ограниченным количеством деталей и быстрой при использовании.

Раскрытие изобретения

Изобретение нацелено на решение всех или некоторых из этих потребностей и в одном из своих аспектов относится к захватывающей и блокирующей/ деблокирующей системе, содержащей внешнюю трубку, внутреннюю трубку приспособленную для установки внутри внешней трубки, захватывающий элемент с захватывающей головкой приспособленной для размещения во внутренней трубке, причем в этой системе как внешняя трубка, так и захватывающая головка содержат на своей периферии по меньшей мере одну канавку, и в этой системе внутренняя трубка содержит по меньшей мере одно зацепляющее устройство, соединенное с ее верхним концом, и по меньшей мере одну выемку, сформированную в толщине внутренней трубки с ее верхнего конца, причем зацепляющее устройство содержит:

- первый крюкообразный элемент, называемый блокирующим крюкообразным элементом, закрепленный с возможностью поворота вокруг стержня вращения, перпендикулярного к продольной оси внутренней трубки, между блокированным положением, в котором он размещен в канавке внешней трубки для блокировки внутренней и внешней трубок друг с другом, и разблокированным положением, в котором он находится на расстоянии от указанной канавки,

- второй крюкообразный элемент, называемый захватывающим крюкообразным элементом, закрепленный на первом крюкообразном элементе с возможностью поворота вокруг стержня вращения, перпендикулярного к продольной оси внутренней трубки, между положением захвата, в котором он размещен в канавке захватывающей головки с тем, чтобы обеспечивать захват внутренней трубки, и по меньшей мере одним свободным положением, в котором он находится на расстоянии от указанной канавки,

- приводной рычаг, закрепленный на стержне вращения, вокруг которого поворачивается блокирующий крюкообразный элемент между первым нейтральным положением, в котором он находится на расстоянии от выемки и не выступает во внутреннюю трубку, и вторым нейтральным положением, в котором он размещен в выемке, проходя через приводящее в действие положение, в котором он выступает во внутреннюю трубку, причем приводной рычаг соединен с возможностью поворота с блокирующим крюкообразным элементом между его приводящим в действие положением и его вторым нейтральным положением, и выполнен с возможностью свободного вращения независимо от блокирующего крюкообразного элемента между своим первым и вторым нейтральными положениями,

- первое упругое возвращающее средство, предназначенное для возвращения захватывающего крюкообразного элемента из свободного положения в свое положение захвата,

причем система отличается тем, что:

- когда внутренняя трубка установлена внутри внешней трубки и заблокирована с ней посредством блокирующего крюкообразного элемента, удерживаемого с помощью возвращающего средства, поступательное движение вниз захватывающей головки во внутреннюю трубку на заданное смещение (А) вызывает поворот приводного рычага из его приводящего в действие положения в его второе нейтральное положение и, таким образом, одновременно вызывает поворот блокирующего крюкообразного элемента из его блокированного положения в его разблокированное положение, затем вызывает поворот захватывающего крюкообразного элемента, как под действием его собственного веса, так и под действием упругости первого возвращающего средства, в канавку захватывающей головки, таким образом деблокируя внутреннюю и внешнюю трубку друг относительно друга, а затем вызывая захват внутренней трубки за головку на конце смещения (А),

- когда захватывающая головка и внутренняя трубка заблокированы друг с другом посредством захватывающего крюкообразного элемента, поступательное движение вниз захватывающей головки и внутренней трубки внутрь внешней трубки на заданное смещение (В), большее чем смещение (А), вызывает освобождение захватывающего крюкообразного элемента из канавки головки, а затем вызывает отсоединение приводного рычага из его второго нейтрального положения и, таким образом, одновременно вызывает поворот блокирующего крюкообразного элемента из его разблокированного положения в его заблокированное положение под действием по меньшей мере его собственного веса, таким образом деблокируя внутреннюю трубку от захватывающей головки и блокируя друг с другом внутреннюю и внешнюю трубки на конце смещения В.

Другими словами, изобретение по существу включает в себя системы с одним или более зацепляющими устройствами, обеспечивающими возможность как герметичной блокировки/ деблокировки SH трубки вместе с захватывающим элементом до и после экспериментов с облучением в реакторе облучения, так и SH трубки в IH трубке для проведения этих экспериментов, и это осуществляется только при поступательном движении захватывающего элемента на смещение A или смещение В.

Такая система согласно изобретению особенно предпочтительна, поскольку она является простой в изготовлении, надежной и быстрой в использовании.

В конфигурации, в которой SH трубка установлена внутри IH трубки посредством захватывающего элемента на расстоянии, герметичная блокировка SH трубки в IH трубке, выполняемая с использованием системы согласно изобретению, является прочной и обеспечивает возможность того, что хладагент системы охлаждения между SH и IH трубками помещается при относительно высоком давлении, обычно составляющем по меньшей мере 160 бар.

Кроме того, она обеспечивают возможность надежного манипулирования образцами материалов вслепую, а именно в конфигурации, в которой невозможно визуально или с использованием любых других технических средств, например, камеры, проверить находятся или нет элементы в блокированном состоянии. В самом деле, требуется только проверить, прошел или нет захватывающий элемент на смещение (А, В) в направлении и внутрь SH трубки.

Система согласно изобретению может быть использована для любого применения, в котором имеется необходимость захвата и блокировки/ деблокировки внутренней трубки, которая должна быть размещена внутри внешней трубки.

Согласно одному предпочтительному варианту система содержит несколько зацепляющих устройств, соединенных с верхним концом внутренней трубки, причем зацепляющие устройства распределены по периферии внутренней трубки для того, чтобы обеспечить статически определенное распределение блокирующей и захватывающей нагрузки. Предпочтительно, согласно этому варианту, система содержит три зацепляющих устройства, разнесенных на 120° друг от друга вокруг продольной оси внутренней трубки. Это также дополнительно усиливает надежность системы посредством распределения таким образом механической нагрузки.

Согласно предпочтительному варианту первое упругое возвращающее средство включает в себя скручивающую витую пружину, закрепленную вокруг стержня вращения, вокруг которого поворачивается захватывающий крюкообразный элемент, причем два ее конечных витка фиксированы, а нажимающий центральный виток выполнен с возможностью нажатия, упираясь в захватывающий крюкообразный элемент. Такой вариант предпочтителен, поскольку скручивающую пружину легко изготовить, подогнать по размеру и установить в зацепляющем устройстве.

Согласно предпочтительному варианту осуществления система содержит второе упругое возвращающее средство, предназначенное для возвращения блокирующего крюкообразного элемента из его разблокированного положения в его заблокированное положение. Такой вариант осуществления является предпочтительным, поскольку он обеспечивает возможность возвращения блокирующего крюкообразного элемента более быстро, чем только под действием его собственного веса. Предпочтительно, второе упругое возвращающее средство включает в себя витую скручивающую пружину, закрепленную вокруг стержня вращения, вокруг которого поворачивается блокирующий крюкообразный элемент, причем пружина содержит два конечных витка, соединенных с верхним концом внутренней трубки, и центральный нажимающий виток, выполненный с возможностью нажатия, упираясь в блокирующий крюкообразный элемент.

Предпочтительно блокирующий крюкообразный элемент включает в себя палец, имеющий форму, дополняющую канавку внешней трубки, и по существу V-образный хомут, соединенный с пальцем и внутри которого закреплен захватывающий крюкообразный элемент.

Согласно первому варианту канавка внешней трубки простирается вокруг всей ее периферии.

В альтернативном случае согласно второму варианту может быть обеспечена по меньшей мере одна канавка внешней трубки, простирающаяся на ее части.

Согласно варианту канавка захватывающей головки простирается по всей ее периферии.

Приводной рычаг, предпочтительно включает в себя лапку, которая является простой в изготовлении.

Согласно одному предпочтительному варианту осуществления, когда желательно получить герметичную блокировку, в частности таким образом, что пространство между внутренней и внешней трубками может быть подвергнуто воздействию повышенного давления, внутренняя трубка и/или внешняя трубка могут предпочтительно содержать одно или более уплотнение для создания герметичного соединения друг с другом. Это может быть уплотнение в виде о-образного кольца, размещенное в канавках вокруг всей периферии той и/или другой трубки.

Захватывающий элемент и зацепляющее устройство (устройства) имеют такой размер, чтобы преодолеть силы трения уплотнения (уплотнений) при введении внутренней трубки внутрь или извлечении из внешней трубки. Обычно для SH и IH трубок, предназначенных для использования в JHR реакторе облучения, когда хладагент системы охлаждения находится под давлением 175 бар, захватывающий элемент и зацепляющее устройство (устройства) должны иметь такой размер, чтобы преодолеть силы трения уплотнения порядка 1370 Н.

Внутренняя трубка может представлять собой держатель образцов материалов, а внешняя трубка может представлять собой держатель измерительных приборов.

Для основного применения, для которого подразумевается изобретение, система представляет собой систему для введения и извлечения трубки держателя образцов, предназначенной для размещения образца ядерных материалов, например ядерного топлива, внутрь и наружу из измерительной трубки держателя приборов, предназначенной для размещения измерительных датчиков и системы охлаждения.

Осуществления-изобретения

Другие преимущества и признаки изобретения будут более понятны после рассмотрения описания некоторых примеров вариантов осуществления изобретения, приведенных в качестве иллюстрирующих и неограничивающих примеров со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

- фиг.1 представляет собой схематическое изображение конфигурации, при размещении для облучения, трубки (SH) держателя образов в трубке (IH) держателя приборов в исследовательском ядерном реакторе;

- фиг.2 представляет собой частично увеличенное схематическое изображение зацепляющего устройства, соединенного с внутренней трубкой согласно изобретению;

- фиг.3 представляет собой схематическое изображение с внутренней стороны внутренней трубки, иллюстрирующего фрагмент зацепляющего устройства согласно изобретению с опциональным возвращающим средством, предназначенным для возвращения его блокирующего крюкообразного элемента;

- фиг.4А - 4J представляют собой изображения в перспективе и в поперечном сечении, иллюстрирующие различные этапы захвата внутренней трубки посредством захватывающего элемента в то же время, когда внутренняя и внешняя трубки деблокированы друг относительно друга согласно изобретению;

- фиг.5А - 5J представляет собой изображения в перспективе и в поперечном сечении, иллюстрирующие различные этапы освобождения внутренней трубки от захватывающего элемента в то же время, когда внутренняя и внешняя трубки заблокированы друг с другом согласно изобретению;

- фиг.6 представляет собой схематическое изображение и изображение в перспективе, иллюстрирующее внутреннюю и внешнюю трубки, заблокированные друг с другом согласно изобретению посредством находящегося поблизости захватывающего элемента; и

- фиг.7 представляет собой вид в поперечном сечении, иллюстрирующий фрагмент герметизации, реализованной между внутренней и внешней трубками, заблокированными друг с другом.

Фиг.1 иллюстрирует внутреннюю трубку 1, 10 с продольной осью X, представляющую собой трубку держателя образцов, предназначенную для размещения образца ядерных материалов, например ядерного топлива, такую что она должна быть заблокирована во внешней трубке 2, представляющую собой держатель измерительных приборов, предназначенный для размещения измерительных датчиков и системы охлаждения, служащие для проведения экспериментов с облучением в заполненной водой шахте 3 ядерного исследовательского реактора. Более конкретно, внутренняя трубка 1 содержит трубчатый нижний участок, в котором размещен образец ядерных материалов, например столб гранул ядерного топлива, и трубчатый верхний участок 10, посредством которого осуществляется захват захватывающего элемента 6.

До проведения какого-либо эксперимента облучения необходимо обеспечить возможность того, чтобы доставить внутреннюю трубку 1, ввести ее внутрь внешней трубки 2 посредством опускающегося захватывающего элемента, затем заблокировать ее с внешней трубкой 2, причем захватывающий элемент должен быть освобожден от внутренней трубки 1 таким образом, чтобы он мог быть снова поднят.

После одного или более экспериментов с облучением необходимо обеспечить возможность того, чтобы внутренняя трубка 1 была деблокирована от внутренней части внешней трубки 2, в которой она размещена, захватывающий элемент мог захватить деблокированную внутреннюю трубку 1 и подняться вверх снова с последней для того, чтобы извлечь ее из шахты 3.

Согласно изобретению система, имеющая по меньшей мере одно зацепляющее устройство 4, приспособлена для того, чтобы сперва освободить внутреннюю трубку 1 от захватывающего элемента 6 и, при том же движении захватывающего элемента 6, блокировать внутреннюю трубку 1 герметично с внешней трубкой 2, а затем деблокировать внутреннюю трубку 1, размещенную во внешней трубке 2 и, при том же движении захватывающего элемента 6, обеспечить захват внутренней трубки 1 захватывающим элементом 6.

Согласно изобретению как внешняя трубка 2, так и захватывающий элемент 6 имеют соответствующую канавку 20, 60. Внутренняя трубка 1, 10 имеет по меньшей мере одну выемку 11 на своем верхнем, конце 10а. захватывающая головка захватывающего элемента 6 имеет наружный диаметр, согласованный с внутренним диаметром внутренней трубки 1.

Зацепляющее устройство 4 согласно изобретению соединено с верхним концом 10а внутренней трубки 10. Зацепляющее устройство включает в себя двойной крюкообразный элемент 40, 41 один из которых, крюкообразный элемент 40, закреплен с возможностью поворота вокруг стержня 42, Y1 вращения, перпендикулярного продольной оси Х внутренней трубки. Как изображено на фиг.2 и 3, этот стержень 42 вращения может быть закреплен в двух лапках 12, находящихся на расстоянии друг относительно друга и прикрепленных к верхнему концу 10а внутренней трубки 1, 10. Две лапки могут быть выполнены как единое целое с внутренней трубкой 1, 10.

Более конкретно, зацепляющее устройство 4 содержит, во-первых, блокирующий крюкообразный элемент 40 закрепленный с возможностью поворота вокруг стержня 42, Y1 вращения, перпендикулярного продольной оси Х внутренней трубки, между блокированным положением, в котором он размещен в канавке 20 внешней трубки 2 для блокировки последней с внутренней трубкой 1, и разблокированным положением, в котором он находится на расстоянии от указанной канавки 20. Как изображено на фиг.6, блокирующий крюкообразный элемент 40 может содержать палец 40а, имеющий форму, дополняющую канавку 20 внешней трубки 2, и по существу V-образный хомут 40b, соединенный с пальцем 40а.

Зацепляющее устройство 4 также содержит захватывающий крюкообразный элемент 41, закрепленный с возможностью поворота на блокирующем крюкообразном элементе вокруг стержня 43, Y2 вращения, также перпендикулярного продольной оси Х внутренней трубки 1, так что он поворачивается между положением захвата, в котором он размещен в канавке 60 захватывающей головки 6 для того, чтобы обеспечивать захват внутренней трубки, и по меньшей мере одним свободным положением, в котором он находится на расстоянии от указанной канавки 60. Как изображено на фиг.6, захватывающий крюкообразный элемент 41 может быть закреплен внутри хомута 40b, блокирующего крюкообразный элемент 40.

Зацепляющее устройство 4 также содержит приводной рычаг 44, закрепленный на оси Y1 поворота блокирующего крюкообразного элемента 40 между первым нейтральным положением, в котором он находится на расстоянии от выемки и не выступает во внутреннюю трубку 1, и вторым нейтральным положением, в котором он размещен в выемке 11, проходя через приводящее в действие положение, в котором он выступает во внутреннюю трубку 1. Приводной рычаг 44 соединен в плане вращения с блокирующим крюкообразным элементом 40 между его приводящим в действие положением и его вторым нейтральным положением, и не ограничен во вращении независимо от блокирующего крюкообразного элемента 40 между своим первым и вторым нейтральными положениями, как пояснено ниже со ссылками на фиг.4А - 4I. Как проиллюстрировано на всех чертежах, приводной рычаг может содержать простую лапку 44, находящуюся на продолжении блокирующего крюкообразного элемента 40.

Захватывающая и блокирующая/ деблокирующая система согласно изобретению, наконец, содержит упругое возвращающее средство 5, предназначенное для возвращения захватывающего крюкообразного элемента 41 из свободного положения в его захватывающее положение. Как проиллюстрировано на фиг.6, упругое возвращающее средство может предпочтительно содержать витую скручивающую пружину 5, закрепленную вокруг стержня 43, Y2 вращения, вокруг которого поворачивается захватывающий крюкообразный элемент 41, причем два ее конечных витка фиксированы, а нажимающий центральный виток 50 выполнен с возможностью нажатия, упираясь в захватывающий крюкообразный элемент 41.

Система согласно изобретению может, кроме того, содержать дополнительно упругое возвращающее средство 7, предназначенное для возвращения блокирующего крюкообразного элемента 40 из его разблокированного положения в его заблокированное положение. Как проиллюстрировано на фиг.8, это дополнительное упругое возвращающее средство 7 может предпочтительно содержать витую, скручивающую пружину 7, закрепленную вокруг стержня 42, Y1 вращения, вокруг которого поворачивается блокирующий крюкообразный элемент 40, причем два ее конечных витка 51, 52 фиксированы, а центральный нажимающий виток 70 выполнен с возможностью нажатия, упираясь в блокирующий крюкообразный элемент 40.

В варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг.4А - 5J, система согласно изобретению имеет три зацепляющих устройства 4, подобные описанному, разнесенные на 120° друг от друга вокруг продольной оси (X) внутренней трубки. Такой вариант осуществления является предпочтительным, поскольку он обеспечивает статически определенное распределение захватывающей и блокирующей нагрузки. В этом же варианте осуществления канавки 20, 60 внешней трубки 2 и захватывающего элемента 6 выполнены вокруг всей периферии этой трубки и этого элемента соответственно.

В варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг.6, система согласно, изобретению имеет только одно зацепляющее устройство 4, как было только что описано. В этом же варианте осуществления обеспечено, что канавка 20 была изготовлена только на периферийном участке внешней трубки 2.

Здесь подразумевается, что стрелки D обозначают движение вниз захватывающего элемента 6, в то время как стрелки R обозначают поднимающееся движение захватывающего элемента 6.

Также подразумевается, что смещение A соответствует смещению, достигаемому захватывающим элементом 6 на конце его движения вниз, когда осуществляется захват внутренней трубки 1, заблокированной с внешней трубкой 2 (фиг.4A - 4J).

Смещение В как таковое соответствует смещению, достигаемому захватывающим элементом 6 на конце его движения вниз при освобождении внутренней трубки 1 и блокировки ее с внешней трубкой 2 (фиг.5А - 5J).

Теперь будет описана кинематическая схема захвата внутренней трубки 1 посредством захватывающего элемента 6 и, при том же движении захватывающего элемента 6, деблокировка внутренней 1 и внешней 2 трубок друг относительно друга, что обеспечено конфигурацией системы согласно изобретению.

Когда внутренняя 1 и внешняя 2 трубки заблокированы друг с другом посредством блокирующего крюкообразного элемента 40, и возникает необходимость извлечения внутренней трубки 1, захватывающий элемент опускается (фиг.4А и 4В).

При своем движении вниз, когда захватывающий элемент 6 начинает упираться в приводной рычаг 44, последний поворачивается, и блокирующий крюкообразный элемент 40, соединенный для вращения с рычагом 44, поворачивается в то же время вокруг оси Y1 в направлении внутрь трубок 1, 2 из своего блокированного положения в свое разблокированное положение (фиг.4С - 4D). По причине контакта с внешней поверхностью захватывающей головки, захватывающий крюкообразный элемент 41 поворачивается на угол в несколько градусов в направлении наружу от трубок.

Движение вниз захватывающего элемента 6 продолжается, и оно приводит к тому, что приводной рычаг 44 размещается в своем нейтральном положении в выемке 11, и в то же время приводит к полному освобождению блокирующего крюкообразного элемента 40 из канавки 20 внешней трубки 2, а именно его перемещению в разблокированное положение (фиг.4Е). Фактически была достигнута деблокировка внутренней трубки 1 относительно внешней трубки. В этом положении захватывающий крюкообразный элемент 41 начинает поворот в направлении канавки 60 захватывающего элемента 6 под действием своего собственного веса и скручивающей пружины 5, что возвращает указанный крюкообразный элемент 41 в направлении внутрь трубок 1,2.

Опускание захватывающего элемента на конце смещения А затем прекращается, а захватывающий крюкообразный элемент 41 продолжает поворачиваться в направлении внутрь трубки 1 в направлении своего положения захвата (фиг.4F).

Затем может начаться подъем захватывающего элемента 6, причем поворот захватывающего крюкообразного элемента 41 продолжается до его вхождения в канавку 60 захватывающего элемента 6, а именно до тех пор, пока он не достигнет своего положения захвата (фиг.4G). Затем фактически реализуется захват и блокировка внутренней трубки 1 вместе с захватывающим элементом 6, а внутренняя трубка 1 также деблокируется относительно внешней трубки 2. Таким образом, когда схватывается внутренняя трубка, оператор может быть уверен, что нет никакого риска повреждения захватывающей системы, самой внутренней трубки или соединения между ними. Этот аспект является особенно важным, когда операции выполняются вслепую, например при массивной или непрозрачной головке, что имеет место в JHR реакторе облучения. Полный контроль двух смещений, A и B, например, посредством введения их в автоматическую систему, позволит обеспечить безопасное выполнение этих операций.

Затем продолжается подъем захватывающего элемента 6 (фиг.4Н -4J). Захватывающий элемент и зацепляющее устройство (устройства) 4 имеют такой размер, чтобы преодолеть силы трения уплотнения (уплотнений) 8, размещенного внутри канавок 80 на периферии внутренней трубки 1, при извлечении последней из внешней трубки 2 (фиг.4J).

Теперь будет описана кинематическая схема герметичной блокировки внутренней трубки 1 во внешней трубке 2 и, при том же движении захватывающего элемента 6, освобождение внутренней трубки 1 из этого элемента, что обеспечено конфигурацией системы согласно изобретению.

Когда внутренняя трубка 1 схватывается посредством захватывающего элемента и блокируется с ним с использованием захватывающего крюкообразного элемента 41 в его положении захвата, и имеется необходимость блокировки внутренней трубки 1 с внешней трубкой 2, захватывающий элемент 6 опускается (фиг.5A и 5B). Захватывающий элемент 6 и зацепляющее устройство (устройства) 4 имеют такой размер, чтобы преодолеть силы трения уплотнения (уплотнений) 8, размещенных внутри канавки 80 на периферии внутренней трубки 1 при введении „последнего во внешнюю трубку 2 (фиг.5A).

После начала введения внутренней трубки 1 во внешнюю трубку 2, опускание захватывающего элемента 6 продолжается (фиг.5C) до тех пор, пока внутренняя трубка 1 не начнет упираться в днище (фиг.5D). В этом положении верхний конец 10а внутренней трубки 1 находится на уровне с соответствующим концом внешней трубки 2.

Опускание захватывающего элемента продолжается, и это вызывает освобождение захватывающего крюкообразного элемента 41 из канавки 60 захватывающего элемента 6 (фиг.5E).

Опускание захватывающего элемента 6 продолжается до достижения смещения B, большего, чем смещение A (фиг.5F). В этом положении приводной рычаг 44 больше не удерживается в своем нейтральном положении в выемке 11 посредством освобождающего элемента 6.

Блокирующий крюкообразный элемент 40 затем поворачивается вокруг оси Y1 под действием своего собственного веса и скручивающей пружины 7 в направлении наружу относительно трубок 1, 2, и это одновременно вызывает поворот приводного рычага 44, соединенного для вращения с блокирующим крюкообразным элементом 40, а также вызывает поворот захватывающего крюкообразного элемента 41 в свое свободное положение, поддерживаемое скручивающей пружиной 5. Поворот блокирующего крюкообразного элемента 40 продолжается до тех пор, пока этот крюкообразный элемент не достигнет своего блокированного положения (фиг.5G). В этом положении фактическая блокировка друг с другом внутренней 1 и внешней 2 трубок фактически достигается посредством блокирующего крюкообразного элемента 40.

захватывающий элемент 6 затем поднимается, вызывая поворот приводного рычага 44 вверх из его приводящего в действие положения (фиг.5G)в его нейтральное положение (фиг.5H), в котором он не выступает внутрь внутренней трубки 1 (фиг.5I).

Подъем захватывающего элемента 6 может затем продолжаться, причем приводной рычаг 44 будет поворачиваться вниз под действием собственного веса до тех пор, пока он не возвратится в свое первоначальное приводящее в действие положение (фиг.5J).

Изобретение не ограничено описанными здесь примерами; признаки проиллюстрированных примеров, в частности, могут быть скомбинированы друг с другом в вариантах, которые не были проиллюстрированы.

Таким образом, например, проиллюстрированный L-образный захватывающий крюкообразный элемент 41 может быть видоизменен, также как и блокирующий крюкообразный элемент 40, и приводная лапка 44.

Кроме того, количество зацепляющих устройств 4 может быть увеличено, в частности для того, чтобы преодолеть более высокие силы герметизации уплотнения 8.

Изобретение относится к системам для захвата внутренней трубки и блокировки/деблокировки ее во внешней трубке, концентрической с внутренней трубкой. Захватывающая и блокирующая/деблокирующая система обеспечена одним или более зацепляющими устройствами, обеспечивающими возможность как герметичной блокировки/деблокировки внутренней трубки вместе с захватывающим элементом, так и внутренней трубки во внешней трубке, и это осуществляется только при поступательном движении захватывающего элемента на смещение A или смещение B. Система представляет собой систему для введения и извлечения трубки держателя образцов, предназначенной для размещения образца ядерных материалов, например, ядерного топлива, внутрь и наружу из измерительной трубки держателя приборов, предназначенной для размещения измерительных датчиков и системы охлаждения. Изобретение позволяет манипулировать держателями образцов ядерных материалов в исследовательском ядерном реакторе для обеспечения извлечения держателей образцов без какого-либо повреждения в защитной оболочке относительно внешней среды, а также является надежным, простым в изготовлении и быстрым в использовании. 15 з.п. ф-лы, 26 ил.

1. Захватывающая и блокирующая/деблокирующая система, содержащая внешнюю трубку (2), внутреннюю трубку (1, 10), приспособленную для установки внутри внешней трубки, захватывающий элемент (6) с захватывающей головкой, приспособленной для размещения во внутренней трубке (1), причем в этой системе как внешняя трубка, так и захватывающая головка содержат на своей периферии по меньшей мере одну канавку (20, 60), и в этой системе внутренняя трубка содержит по меньшей мере одно зацепляющее устройство (4), соединенное с ее верхним концом (10А), и по меньшей мере одну выемку (11), сформированную в толщине внутренней трубки с ее верхнего конца,

причем зацепляющее устройство содержит:

- первый крюкообразный элемент, называемый блокирующим крюкообразным элементом (40), установленный с возможностью поворота вокруг стержня (42) вращения, перпендикулярного к продольной оси (X) внутренней трубки, между блокированным положением, в котором он размещен в канавке (20) внешней трубки (2) для блокировки внутренней и внешней трубок друг с другом, и разблокированным положением, в котором он находится на расстоянии от указанной канавки,

- второй крюкообразный элемент, называемый захватывающим крюкообразным элементом (41), установленный с возможностью поворота на первом крюкообразном элементе (40) вокруг стержня (43) вращения, перпендикулярного к продольной оси (X) внутренней трубки, между положением захвата, в котором он размещен в канавке (60) захватывающей головки (6) с тем, чтобы обеспечивать захват внутренней трубки, и по меньшей мере одним свободным положением, в котором он находится на расстоянии от указанной канавки,

- приводной рычаг (44), установленный на стержне (42) вращения, с возможностью поворота вокруг которого выполнен блокирующий крюкообразный элемент между первым нейтральным положением, в котором он находится на расстоянии от выемки (11) и не выступает во внутреннюю трубку, и вторым нейтральным положением, в котором он размещен в выемке (11), проходя через приводящее в действие положение, в котором он выступает во внутреннюю трубку (1), причем приводной рычаг (44) соединен с возможностью поворота с блокирующим крюкообразным элементом (40) между его приводящим в действие положением и его вторым нейтральным положением и выполнен с возможностью свободного вращения независимо от блокирующего крюкообразного элемента между своим первым и вторым нейтральными положениями,

- первое упругое возвращающее средство (5), предназначенное для возвращения захватывающего крюкообразного элемента (41) из свободного положения в его положение захвата,

причем система отличается тем, что:

- когда внутренняя трубка (1) установлена внутри внешней трубки (2) и заблокирована с ней посредством блокирующего крюкообразного элемента (40), поступательное движение вниз захватывающей головки (6) во внутреннюю трубку (1) на заданное смещение (А) вызывает поворот приводного рычага (44) из его приводящего в действие положения в его второе нейтральное положение и, таким образом, одновременно вызывает поворот блокирующего крюкообразного элемента (40) из его блокированного положения в его разблокированное положение, затем вызывает поворот захватывающего крюкообразного элемента (41) как под действием его собственного веса, так и под действием упругости первого возвращающего средства (5) в канавку (60) захватывающей головки, таким образом деблокируя внутреннюю и внешнюю трубки друг относительно друга, а затем вызывая захват внутренней трубки за головку в конце смещения (А),

- когда захватывающая головка (6) и внутренняя трубка (1) заблокированы друг с другом посредством захватывающего крюкообразного элемента (41), поступательное движение вниз захватывающей головки и внутренней трубки внутрь внешней трубки на заданное смещение (В), большее чем смещение (А), вызывает освобождение захватывающего крюкообразного элемента (41) из канавки (60) головки, а затем вызывает отсоединение приводного рычага (44) из его второго нейтрального положения и, таким образом, одновременно вызывает поворот блокирующего крюкообразного элемента (40) из его разблокированного положения в его заблокированное положение под действием, по меньшей мере, его собственного веса, таким образом деблокируя внутреннюю трубку (1) от захватывающей головки и блокируя друг с другом внутреннюю и внешнюю трубки на конце смещения В.

2. Захватывающая и блокирующая/деблокирующая система по п.1, содержащая множество зацепляющих устройств (4), соединенных с верхним концом внутренней трубки (1), причем зацепляющие устройства распределены по периферии внутренней трубки для того, чтобы обеспечить статически определенное распределение блокирующей и захватывающей нагрузки.

3. Захватывающая и блокирующая/деблокирующая система по п.2, содержащая три зацепляющих устройства (4), разнесенных на 120° друг от друга вокруг продольной оси (X) внутренней трубки.

4. Захватывающая и блокирующая/деблокирующая система по п.1, в которой первое упругое возвращающее средство (5) включает в себя скручивающую витую пружину, установленную вокруг стержня (43) вращения, с возможностью поворота вокруг которого выполнен захватывающий крюкообразный элемент (41), причем два ее конечных витка фиксированы, а нажимающий центральный виток (50) выполнен с возможностью нажатия на захватывающий крюкообразный элемент (41).

5. Захватывающая и блокирующая/деблокирующая система по п.1, содержащая второе упругое возвращающее средство (7), предназначенное для возвращения блокирующего крюкообразного элемента (40) из его разблокированного положения в его заблокированное положение.

6. Захватывающая и блокирующая/деблокирующая система по п.5, в которой второе упругое возвращающее средство содержит витую скручивающую пружину (17), закрепленную вокруг стержня (42) вращения, с возможностью поворота вокруг которого выполнен блокирующий крюкообразный элемент (40), причем два ее конечных витка (71, 72) фиксированы, а центральный нажимающий виток (70) выполнен с возможностью нажатия на блокирующий крюкообразный элемент (40).

7. Захватывающая и блокирующая/деблокирующая система по п.1, в которой блокирующий крюкообразный элемент включает в себя палец (40а), имеющий форму, заполняющую канавку (20) внешней трубки (2), и, по существу, V-образный хомут (40b), соединенный с пальцем и внутри которого установлен захватывающий крюкообразный элемент (41).

8. Захватывающая и блокирующая/деблокирующая система по п.1, в которой канавка (20) внешней трубки (2) проходит вокруг всей ее периферии.

9. Захватывающая и блокирующая/деблокирующая система по п.1, содержащая по меньшей мере одну канавку (20) внешней трубки (2), проходящую по ее части.

10. Захватывающая и блокирующая/деблокирующая система по п.1, в которой канавка (60) захватывающей головки (6) проходит по всей ее периферии.

11. Захватывающая и блокирующая/деблокирующая система по п.1, в которой приводной рычаг (44) содержит лапку.

12. Захватывающая и блокирующая/деблокирующая система по п.1, в которой внутренняя трубка (1) и/или внешняя трубка (2) содержат одно или более уплотнений для создания герметичного соединения друг с другом.

13. Захватывающая и блокирующая/деблокирующая система по п.12, в которой захватывающий элемент и/или зацепляющее устройство (устройства) имеют такой размер, чтобы преодолеть силы трения уплотнения (уплотнений) (8) при введении внутренней трубки внутрь или извлечении из внешней трубки.

14. Захватывающая и блокирующая/деблокирующая система по п.1, в которой внутренняя трубка представляет собой трубку держателя образцов материалов, а внешняя трубка представляет собой трубку держателя измерительных приборов.

15. Захватывающая и блокирующая/деблокирующая система по п.14, содержащая систему для введения и извлечения трубки держателя образцов, предназначенной для размещения образца ядерных материалов, например ядерного топлива, внутрь и наружу из трубки держателя измерительных приборов, предназначенной для размещения измерительных датчиков и системы охлаждения.