Устройство для захвата и удержания тепловыделяющего элемента Российский патент 2021 года по МПК G21C19/10 G21C19/18 G21C19/105 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к устройствам для захвата и удержания тепловыделяющих элементов, устанавливаемым на промышленных роботах манипуляторах для выполнения транспортно-технологических операций, фиксации и передачи тепловыделяющего элемента в процессе его сборки и контроля.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Одной из актуальных задач в ядерной энергетике является повышение надежности и безопасности при обращении с тепловыделяющими элементами (далее - твэл) в условиях высокого уровня радиации и инертной атмосферы, в которых происходит сборка и контроль твэлов. В замкнутом ядерном топливном цикле необходимо использовать оборудование без смазки и минимизировать использование электромеханики и пневматики.

Из уровня техники известно техническое решение, раскрытое в источнике SU1195828, опубл. 23.01.1987, МПК G21C19/10, относится к грузозахватным приспособлениям для извлечения и установки тепловыделяющих сборок и образцов. Этот известный захват относится к захвату тепловыделяющий сборки, содержащему механизм открытия и закрытия захвата, представляющий собой сцепной рычаг, взаимодействующий с копиром, установленным на якоре с пружиной, связывающей якорь и электромагнит.

К недостаткам технического решения согласно SU1195828 относятся использование электромагнита, требующего питания от внешнего источника энергии, что усложняет эксплуатацию устройства; возможность захвата сборки только из вертикального положения; кроме того, механизм имеет высокую конструктивную сложность, что снижает надежность работы.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является устройство захвата топливных элементов, выполненное таким образом, что его можно толкать в горизонтальном положении и отсоединять от погрузочно-разгрузочной системы в случае неисправности. При этом отсоединение позволяет высвободить груз, образованный топливными элементами и захватывающим их держателем, и переместить его в безопасное место (патент EP2324481). Указанное изобретение относится также к погрузочно-разгрузочной системе, способу перемещения топливных элементов в случае неисправности, а также соответствующего захватного зажима.

Недостатками технического решения по патенту EP2324481 являются сложность конструкции устройства захвата, ограничение положений, в которых можно передавать твэл, технологически сложное изготовление деталей устройства захвата.

Общими признаками с известным техническим решением являются: использование аналогичных конструктивных компонентов таких как пружина, втулки, рычаги, ролики, пальцы.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является создание устройства для захвата и удержания, функционирующего с использованием пассивной механики без использования смазки, позволяющий надежно удерживать твэл как в горизонтальном, так и в вертикальном положении.

Указанная задача решена путем создания устройства для захвата и удержания тепловыделяющего элемента, содержащего: базовую опору, выполненную в виде профилированной балки; тягу, установленную параллельно опоре и выполненную с возможностью перемещения вдоль нее; продольную опору, установленную и зафиксированную относительно базовой опоры; опорную площадку, установленную в нижней части базовой опоры, рычажную систему, и по меньшей мере две губки захвата, выполненные с возможностью по меньшей мере частичного поворота относительно продольной опоры с обеспечением их схождения в параллельных плоскостях и содержащие по меньшей мере два сжимающих компонента; а также опорные средства для тепловыделяющего элемента, расположенные по существу на уровне нижнего конца тяги; причем рычажная система выполнена с возможностью обеспечения раскрытия губок захвата, а в нижней части вертикальной тяги установлен толкатель; при перемещении тяги в одном из направлений вдоль базовой опоры обеспечена передача движения на рычажную систему для раскрытия губок захвата; при перемещении тяги в противоположном направлении обеспечена передача движения на рычажную систему для закрытия губок захвата для захвата и транспортировки тепловыделяющего элемента.

Предлагаемое устройство отличается тем, что базовая опора, выполненная в виде профилированной балки, имеет профиль типа швеллер.

Предлагаемое устройство отличается тем, что продольная опора выполнена в виде одного из следующего: цилиндрического элемента, прутка или трубы.

Предлагаемое устройство отличается тем, что на тягу установлен сухарь таким образом, чтобы нажатие на него приводило к раскрытию губок захвата.

Предлагаемое устройство, отличается тем, что вместо сухаря используется шаровая опора.

Предлагаемое устройство отличается тем, что опорные средства представляют собой подпружиненный опорный цилиндр, с установленной в нем пружиной с пальцем, выполненным с возможностью линейного перемещения под действием осевой нагрузки от опоры на него тепловыделяющего элемента.

Предлагаемое устройство отличается тем, что на торце каждой губки захвата коаксиально закреплена ось с установленным на ней сжимающим компонентом.

Предлагаемое устройство отличается тем, что сжимающий компонент представляет собой ролик, содержащий две усеченные противоположно направленные конические поверхности, соединенные в месте усечения.

Предлагаемое устройство отличается тем, что сжимающий компонент представляет собой ролик, содержащий две противоположно направленные конические поверхности, между которыми имеется цилиндрическая поверхность, совпадающая по диаметру с наименьшим диаметром конических поверхностей или меньше наименьшего диаметра конических поверхностей.

Техническим результатом, достигаемым в предлагаемом изобретении, является эффективное использование пассивной механики, возможность удержания твэла как в горизонтальном, так и в вертикальном положении.

В контексте настоящего описания слова «первый», «второй», «верхний», «нижний» и т.д. используются в виде прилагательных исключительно для различения существительных, к которым они относятся, но не для описания какой-либо конкретной связи между этими существительными.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг. 1 показан общий вид предлагаемого устройства для захвата и удержания тепловыделяющего элемента;

на фиг. 2 показан увеличенный вид А по фиг. 1, иллюстрирующий нижнюю часть предлагаемого устройства для захвата и удержания тепловыделяющего элемента;

на фиг. 3 показана нижняя часть предлагаемого устройства для захвата и удержания тепловыделяющего элемента с установленным в нем тепловыделяющим элементом;

на фиг. 4 схематично показана вертикальная тяга;

на фиг. 5 схематично показана рычажная система;

на фиг. 6 схематично показан вид сверху рычажной системы;

на фиг. 7 показан общий вид предлагаемого устройства для захвата и удержания тепловыделяющего элемента вместе с ответным устройством для захвата и транспортировки тепловыделяющего элемента;

на фиг. 8 показаны нижние части устройства для захвата и удержания тепловыделяющего элемента и ответного устройства для захвата тепловыделяющего элемента;

на фиг. 9 проиллюстрирован первый этап передачи тепловыделяющего элемента из ответного устройства в устройство для захвата и удержания тепловыделяющего элемента согласно изобретению;

на фиг. 10 проиллюстрирован второй этап передачи тепловыделяющего элемента из ответного устройства в устройство для захвата и удержания тепловыделяющего элемента согласно изобретению;

на фиг. 11 проиллюстрирован третий этап передачи тепловыделяющего элемента из ответного устройства в устройство для захвата и удержания тепловыделяющего элемента согласно изобретению;

на фиг. 12 проиллюстрирован четвертый этап передачи тепловыделяющего элемента из ответного устройства в устройство для захвата и удержания тепловыделяющего элемента согласно изобретению;

на фиг. 13 проиллюстрирован пятый этап передачи тепловыделяющего элемента из ответного устройства в устройство для захвата и удержания тепловыделяющего элемента согласно изобретению;

на фиг. 14 проиллюстрирован шестой этап передачи тепловыделяющего элемента из ответного устройства в устройство для захвата и удержания тепловыделяющего элемента согласно изобретению;

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Далее со ссылками на сопроводительные чертежи описан предпочтительный вариант реализации предлагаемого изобретения.

Как видно из фиг. 1 и фиг.2, предлагаемое устройство для захвата включает в себя базовую опору 1 и тягу 2, в частности, вертикальную тягу, опорные средства, представляющие собой подпружиненный опорный цилиндр 3, опорную площадку 4, рычажную систему 5, продольную опору 6 и губки 7 захвата. Подпружиненный опорный цилиндр 3 расположен в нижней части устройства для захвата и удержания твэл, по существу на уровне нижнего конца вертикальной тяги 2, и предназначен для опоры на него твэл во время его захвата устройством для захвата и удержания твэл.

На фиг. 2 более подробно проиллюстрирован взаимное соединение рычажной системы 5 с вертикальной тягой 2, продольной опорой 6 и губками 7 захвата. Базовая опора 1 выполнена в виде балки, имеющей профиль типа швеллер, в нижней части которой закреплена опорная площадка 4. Опорная площадка 4 имеет вид прямоугольной пластины. Рычажная система 5 и губки 7 захвата образуют фиксирующий узел 8, закрепленный относительно опоры 1 любыми подходящими крепежными средствами. Согласно неограничивающему варианту осуществления изобретения базовая опора 1 содержит множество таких фиксирующих узлов 8, отстающих друг от друга на равное или приблизительно равное расстояние по длине опоры 1, как это видно из фиг. 1. Количество фиксирующих узлов 8 может быть выбрано специалистом в данной области техники, исходя из требований надежности фиксации тепловыделяющего элемента.

Параллельно опоре 1 установлена вертикальная тяга 2, выполненная с возможностью перемещения вдоль базовой опоры 1. Рычажная система 5 при перемещении вертикальной тяги 2 вверх (перемещение изображено стрелкой на фиг. 4), раскрывает губки 7 захвата, которые при этом вращаются вокруг продольной опоры 6, зафиксированной держателями 9, как показано на фиг. 3. Закрытие губок 7 захвата происходит при перемещении вертикальной тяги 2 вниз также за счет их вращения вокруг опорной трубы 6, но в обратную сторону.

Таким образом, при перемещении вертикальной тяги 2 вверх обеспечена передача движения на рычажную систему 5 для раскрытия губок 7 захвата; а при перемещении вертикальной тяги 2 вниз обеспечена передача движения на рычажную систему 5 для закрытия губок 7 захвата для захвата тепловыделяющего элемента 10 (далее - твэла 10), после чего твэл 10 является зафиксированным и может находиться в зафиксированном положении.

Подпружиненный опорный цилиндр 3 выполнен как единое целое с прямоугольной удерживающей рамкой 11, в цилиндре установлена пружина (на чертежах не показана) с пальцем 12, выполненным с возможностью линейного перемещения под действием осевой нагрузки от опоры на него тепловыделяющего элемента 10.

Вертикальная тяга 2 изображена более подробно на фиг. 4 и включает тяговую трубу 13, содержащую толкатель 14, установленный в сухарь 15, и первые втулки 16. Толкатель 14 предназначен для взаимодействия с опорной поверхностью ответного устройства для захвата, на которое могут осуществлять передачу твэла 10. Толкатель 14 может быть снабжен упругим элементом, в частности, пружиной для амортизации при опоре на опорную поверхность ответного устройства. Упругий элемент установлен с обеспечением приложения усилия к тяге, приводящего к закрытию губок 7 захвата. Ответным устройством может быть устройство для захвата и транспортировки твэла, которое выполнено с возможностью перемещения. Пример такого устройства для захвата и передачи твэла приведен, в частности, на фиг. 7 в связи описанием функционирования предлагаемого устройства для захвата и транспортировки твэла 10. Перемещение захвата твэла 10 вниз обеспечивает поднятие вертикальной тяги 2 вверх, при этом первые втулки 16 передают движение на рычажную систему 5 для раскрытия губок 7 захвата.

Рычажная система 5 изображена более подробно на фиг. 5-6 и содержит первый стержень 18 и второй стержень 21, установленные параллельно друг другу, плечи 17, первый стержень 18, вторую втулку 19, пластины 20, второй стержень 21, третьи втулки 22, палец 23.

Принцип работы рычажной системы 5 заключается в следующем. При поднятии вертикальной тяги 2 ее движение через первые втулки 16 передается на плечи 17, при этом первый стержень 18 перемещается по второй втулке 19 с передачей через второй стержень 21 линейного перемещения пластинам 20. Линейное перемещение пластин 20 вызывает движение третьей втулки 22 вдоль паза «А» (см. фиг. 6), при этом палец 23 вращается вокруг четвертой втулки 24, закрепленной на трубе 6 посредством установочных колец 25. Вращение пальца 23 относительно четвертой втулки 24 приводит к раскрытию губок 7 захвата, удерживающих твэл 10 посредством роликов 26, каждый из которых закреплен на соответствующей ему оси 27. На фиг. 6 рычажная система 5 проиллюстрирована таким образом, чтобы наглядно был виден паз «А».

На тягу 2 может быть установлен сухарь 15 таким образом, чтобы нажатие на него приводило к раскрытию губок 7 захвата. Вместо сухаря может быть использована шаровая опора.

Таким образом, для обеспечения захвата и удержания твэл 10 его помещают в раскрытые губки 7 захвата, а затем благодаря использованию вертикальной тяги 2 и рычажной системы 5 обеспечивают закрытие губок 7 захвата с удержанием в них твэл 10. Губки захвата содержат сжимающие компоненты, представляющие собой ролики 26, закрепленные каждый на своей оси 27.

Более подробно, на торце каждой губки 7 захвата коаксиально закреплена ось 27 с установленной на ней сжимающим компонентом, представляющим собой ролик 26, содержащий две усеченные противоположно направленные конические поверхности, между которыми расположена цилиндрическая поверхность, предпочтительно совпадающая по диаметру с наименьшим диаметром конических поверхностей, как это видно, например, на фиг. 3. В то же время, эта цилиндрическая поверхность может быть незначительно меньше диаметра конических поверхностей.

Кроме того, специалисту в данной области техники очевидно, что губок 7 захвата в одном фиксирующем узле 8 может быть больше двух, поскольку, чем больше точек захвата, тем надежнее фиксация.

Как проиллюстрировано на фиг. 7 изначально твэл 10 установлен и полностью зафиксирован в ответном устройстве 28, в данном случае оно представляет собой устройство для захвата и транспортировки твэла, выполненное подвижным и с возможностью обеспечения перемещения твэла 10 в пространстве. Ответное устройство 28 может быть частью роботизированного комплекса и перемещение ответного устройства 28 может происходить с использованием манипулятора или иного подходящего средства.

Устройство 29 для захвата и удержания твэл представляет собой полностью неподвижный захват, закрепленный от перемещения (крепеж на чертежах не показан).

Как видно из фиг. 2 и 3, подпружиненный опорный цилиндр 3 служит для опоры на него твэла 10 при передаче с ответного устройства 28 на устройство 29 для захвата и удержания тепловыделяющего элемента. Подпружиненный опорный цилиндр 3 выполнен как единое целое с прямоугольной удерживающей рамкой 11, закрепленной в нижней части устройства 29. Подпружиненный опорный цилиндр 3 размещен на рамке 11 таким образом, что расположен на одной линии с роликами 26 губок 7 захвата и предназначен для опоры на него твэла при передаче с ответного устройства 28 на устройство 29 для захвата и удержания твэл.

Устройства 28 и 29 имеет одинаковую конструкцию вертикальной тяги и рычажной системы 5. Однако устройство 29 для захвата и удержания твэл содержит подпружиненный опорный цилиндр 3, а также площадка 4 имеет конфигурацию параллелепипеда, в отличие от конфигурации площадки ответного устройства 28 аналогичного назначения, имеющей форму равнобокого уголка.

Далее приведено описание способа передачи тепловыделяющего элемента 10 с ответного устройства 28 для захвата и транспортировки твэла 10 на устройство 29 для захвата и удержания твэла 10, включающего следующие этапы.

На первом этапе выполняют обеспечение размещения опорной площадки ответного устройства 28 с установленным и полностью зафиксированным в нем тепловыделяющим элементом 10 под вертикальную тягу 2 устройства 29 для захвата и удержания (см. фиг. 8).

На втором этапе путем перемещения ответного устройства 28 вверх осуществляют нажим опорной площадкой на вертикальную тягу 2 устройства 29 для захвата и удержания твэл с обеспечением перемещения вертикальной тяги вверх для раскрытия губок ответного устройства 28 (см. фиг. 9).

На третьем этапе опорная площадка ответного устройства 28 взаимодействует с толкателем 14 вертикальной тяги 2 устройства 29 для опоры вертикальной тяги 2 на опорную площадку ответного устройства 28, при этом обеспечено выравнивание вдоль вертикальной линии губок 30 устройства 28 и губок 7 устройства 29, таким образом, что тепловыделяющий элемент 10 заведен в губки 7 устройства 28 и расположен над подпружиненным опорным цилиндром 3 (см. фиг. 10).

На четвертом этапе выполняют обеспечение перемещения вниз ответного устройства 28 с обеспечением закрытия губок 7 устройства 29 с зажатием в них тепловыделяющего элемента 10, который одновременно расположен в губках 30 ответного устройства 28 и губках 7 устройства 29 (см. фиг. 11).

На пятом этапе выполняют обеспечение дальнейшего перемещения вниз ответного устройства 29 до контакта его толкателя с опорной площадкой 4 устройства 28 для захвата и удержания твэл (см. фиг. 12) и обеспечение дальнейшего перемещения вниз ответного устройства 28 с обеспечением установки тепловыделяющего элемента 10 на подпружиненный опорный цилиндр 3.

На шестом этапе выполняют обеспечение перемещения назад ответного устройства 28, при этом тепловыделяющий элемент 10 остается зажатым в губках 7 устройства 29 и установленным на подпружиненном опорном цилиндре 33 устройства 29 (см. фиг. 13) и обеспечение перемещения вверх ответного устройства 28 с закрытием его губок 7.

На фиг. 14 проиллюстрировано, что твэл 10 передан с ответного устройства 28 на устройство 29 для захвата и удержания твэл.

Очевидно, что для выполнения передачи тепловыделяющего элемента с устройства 29 для захвата и удержания тепловыделяющего элемента на устройство 28 для захвата и транспортировки тепловыделяющего элемента необходимо использовать данный способ в обратном порядке.

Модификации и усовершенствования вышеописанных вариантов осуществления настоящей технологии могут быть очевидны для специалистов в данной области техники. Приведенные выше примеры осуществления не ограничивают объем охраны предлагаемого изобретения. Объем предлагаемого изобретения ограничивается только объемом прилагаемой формулы изобретения.

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к устройствам для захвата тепловыделяющих элементов, устанавливаемым на промышленных роботах манипуляторах для выполнения транспортно-технологических операций, фиксации и передачи тепловыделяющего элемента в процессе его сборки и контроля. Устройство содержит: базовую опору, тягу, продольную опору, опорную площадку, рычажную систему, и по меньшей мере две губки захвата, выполненные с возможностью частичного поворота относительно продольной опоры с обеспечением их схождения в параллельных плоскостях и содержащие по меньшей мере два сжимающих компонента. Рычажная система выполнена с возможностью обеспечения раскрытия губок захвата. При перемещении тяги в одном из направлений вдоль базовой опоры обеспечена передача движения на рычажную систему для раскрытия губок захвата; при перемещении тяги в противоположном направлении обеспечена передача движения на рычажную систему для закрытия губок захвата для захвата и транспортировки тепловыделяющего элемента. Изобретение позволяет эффективно использовать пассивную механику без пневматики и технологически, и конструктивно сложных узлов и деталей с обеспечением передачи твэла как в горизонтальном, так и в вертикальном положении. 9 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Устройство для захвата и удержания тепловыделяющего элемента, содержащее:

базовую опору, выполненную в виде профилированной балки;

тягу, установленную параллельно опоре и выполненную с возможностью перемещения вдоль нее;

продольную опору, установленную и зафиксированную относительно базовой опоры;

опорную площадку, установленную в нижней части базовой опоры,

рычажную систему, и

по меньшей мере две губки захвата, выполненные с возможностью по меньшей мере частичного поворота относительно продольной опоры с обеспечением их схождения в параллельных плоскостях и содержащие по меньшей мере два сжимающих компонента; а также

опорные средства для тепловыделяющего элемента, расположенные по существу на уровне нижнего конца тяги;

причем рычажная система выполнена с возможностью обеспечения раскрытия губок захвата, а в нижней части вертикальной тяги установлен толкатель;

при перемещении тяги в одном из направлений вдоль базовой опоры обеспечена передача движения на рычажную систему для раскрытия губок захвата;

при перемещении тяги в противоположном направлении обеспечена передача движения на рычажную систему для закрытия губок захвата для захвата и транспортировки тепловыделяющего элемента.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что базовая опора, выполненная в виде профилированной балки, имеет профиль типа швеллер.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что продольная опора выполнена в виде одного из следующего: цилиндрического элемента, прутка или трубы.

4. Устройство по пп.1-3, отличающееся тем, что содержит упругий элемент, установленный с обеспечением приложения усилия к тяге, приводящего к закрытию губок захвата.

5. Устройство по пп.1-4, отличающееся тем, что на тягу установлен сухарь таким образом, чтобы нажатие на него приводило к раскрытию губок захвата.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что вместо сухаря используется шаровая опора.

7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что опорные средства представляют собой подпружиненный опорный цилиндр, с установленной в нем пружиной с пальцем, выполненным с возможностью линейного перемещения под действием осевой нагрузки от опоры на него тепловыделяющего элемента.

8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на торце каждой губки захвата коаксиально закреплена ось с установленным на ней сжимающим компонентом.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что сжимающий компонент представляет собой ролик, содержащий две усеченные противоположно направленные конические поверхности, соединенные в месте усечения.

10. Устройство по п.8, отличающееся тем, что сжимающий компонент представляет собой ролик, содержащий две противоположно направленные конические поверхности, между которыми имеется цилиндрическая поверхность, совпадающая по диаметру с наименьшим диаметром конических поверхностей или меньше наименьшего диаметра конических поверхностей.