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

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности, к устройствам для захвата и транспортировки 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 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 транспортировки, функционирующего с использованием пассивной механики без использования смазки, позволяющий передавать твэл как в горизонтальном, так и в вертикальном положении, а также повышение надежности перегрузочного оборудования и сокращение времени транспортировки твэла.

Предлагаемое устройство для захвата и транспортировки тепловыделяющего элемента, содержит: базовую опору, выполненную в виде балки; тягу, установленную параллельно опоре и выполненную с возможностью перемещения вдоль нее; продольную опору, установленную и зафиксированную относительно базовой опоры; вилку, установленную на продольной опоре и выступающую относительно нее с обеспечением охвата тяги и выполненную с возможностью по меньшей мере частичного размещения в ней тепловыделяющего элемента, 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; причем рычажная система выполнена с возможностью обеспечения раскрытия губок захвата, а в нижней части 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 цилиндрического элемента, прутка или трубы.

Предлагаемое устройство отличается тем, что содержит упругий элемент, установленный с обеспечением приложения усилия к тяге, приводящего к закрытию губок захвата.

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 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 передачи твэла как в горизонтальном, так и в вертикальном положении, а также повышение надежности перегрузочного оборудования и сокращение времени транспортировки твэла.

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 транспортировки тепловыделяющего элемента;

на фиг. 2 показана нижняя часть предлагаемого устройства для захвата и транспортировки тепловыделяющего элемента;

на фиг. 3 показана нижняя часть предлагаемого устройства для захвата и транспортировки тепловыделяющего элемента с раскрытыми губками захвата;

на фиг. 4 показан общий вид предлагаемого устройства для захвата и транспортировки тепловыделяющего элемента с установленным в нем тепловыделяющим элементом;

на фиг. 5 показана нижняя часть предлагаемого устройства для захвата и транспортировки тепловыделяющего элемента с закрытыми губками захвата, фиксирующими установленный в устройстве для захвата тепловыделяющим элементом;

на фиг. 6 схематично показана вертикальная тяга;

на фиг. 7 схематично показана рычажная система;

на фиг. 8 схематично показан вид сверху рычажной системы;

на фиг. 9 показан общий вид предлагаемого устройства для захвата и транспортировки тепловыделяющего элемента вместе с ответным устройством для захвата и удержания тепловыделяющего элемента.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

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

Как видно из фиг. 1, предлагаемое устройство для захвата включает в себя базовую опору 1, тягу 2, в частности, вертикальную тягу, вилку 3, опорную площадку 4, рычажную систему 5, продольную опору 6 и губки 7 захвата.

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. Вилка 3 установлена на продольной опоре 6 и выступает относительно нее с обеспечением охвата вертикальной тяги 2. Рычажная система 5 и губки 7 захвата образуют фиксирующий узел 8, закрепленный относительно базовой 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 базовой 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 базовой опоре 1 установлена вертикальная тяга 2, выполненная с возможностью перемещения вдоль опоры 1. Рычажная система 5 при перемещении вертикальной тяги 2 вверх (перемещение изображено стрелкой на фиг. 7), 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 поворота ращения вокруг продольной опоры 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 быть транспортирован.

Перед установкой твэла 10 губки 7 захвата раскрыты и установку твэла 10 осуществляют путем размещения его в пазе 11 вилки 3, в то время как вертикальная тяга 2 проходит в отверстии 12 вилки 3. После закрытия губок 7 захвата происходит полная фиксация твэла 10 от перемещения (см. фиг. 4, 5).

Вертикальная тяга 2 изображена более подробно на фиг. 6 и включает тяговую трубу 13, толкатель 14, установленный в сухарь 15, и первые втулки 16. Толкатель 14 предназначен для взаимодействия с опорной поверхностью ответного устройства для захвата, на которое осуществляют 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 удержания твэла, которое выполнено статичным, то есть без возможности перемещения. Пример такого устройства для захвата и передачи твэла приведен, в частности, на фиг. 9 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. 7 - 8 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. 8), 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. 8 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 транспортировки твэл 10 его размещают в пазе 11 вилки 3, затем первые втулки 16 обеспечивают передачу движения на рычажную систему 5 для раскрытия губок 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. 5. 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.

Для выполнения транспортно-технологических операций с твэлом 10, операций установки твэла 10 в технологическое оборудование и эвакуации твэла 10 с неисправного оборудования необходимо осуществлять транспортировку твэла 10, например, на ответное устройство для захвата и удержания твэла 10. Для этого предлагается следующий способ передачи твэла 10.

Как проиллюстрировано на фиг. 9 изначально твэл 10 установлен и полностью зафиксирован в устройстве 28 для захвата и транспортировки твэла, выполненного подвижным и с возможностью обеспечения перемещения твэла 10 в пространстве. Устройство 28 может быть частью роботизированного комплекса и перемещение 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).

При этом твэл 10 зафиксирован в губках 7 захвата и вилке 3.

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. Устройство содержит: базовую опору, тягу, продольную опору, вилку, выполненную с возможностью по меньшей мере частичного размещения в ней тепловыделяющего элемента, опорную площадку, установленную в нижней части базовой опоры, рычажную систему, и по меньшей мере две губки захвата, содержащие по меньшей мере два сжимающих компонента. Рычажная система выполнена с возможностью обеспечения раскрытия губок захвата, а в нижней части 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 вертикальной 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 конструктивно сложных узлов и деталей, с обеспечением передачи твэла, как в горизонтальном, так и в вертикальном положении. 5 з.п. ф-лы, 9 ил.

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

базовую опору, выполненную в виде балки;

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

продольную опору, установленную и зафиксированную относительно базовой опоры;

вилку, установленную на продольной опоре и выступающую относительно нее с обеспечением охвата тяги и выполненную с возможностью по меньшей мере частичного размещения в ней тепловыделяющего элемента,

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;

причем рычажная система выполнена с возможностью обеспечения раскрытия губок захвата, а в нижней части 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.