Устройство для захвата и транспортировки тепловыделяющего элемента, имеющего цилиндрическое отверстие Российский патент 2023 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 (твэл) для ядерного топлива, имеющих цилиндрическое отверстие и вырез на одном из концов. Захват устанавливается на промышленных роботах-манипуляторах для выполнения транспортно-технологических операций, фиксации и передачи тепловыделяющего элемента в процессе его сборки и контроля на предприятиях ЯТЦ.

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, исключая механические повреждения (царапины, задиры и забоины) выше допустимых по техническим условиям, с обеспечением необходимой безопасности. В замкнутом ядерном топливном цикле при производстве твэлов и ТВС необходимо использовать оборудование без смазки, исключая, по возможности, применение гидравлики и пневматики для уменьшения радиоактивных отходов и минимизировать или исключить использование электроприводов, находящихся в зоне радиационного излучения из-за их плохой радиационной стойкости. Наиболее приемлемым в данных условиях будет применение механического захвата.

Из уровня техники известно техническое решение, раскрытое в источнике SU 1195828, опубл. 23.01.1987, МПК G21C 19/10, относится к грузозахватным приспособлениям для извлечения и установки тепловыделяющих сборок и образцов. Этот известный захват относится к захвату тепловыделяющей 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 SU 1195828 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, известное из патента ЕР2324481 устройство захвата топливных элементов выполнена 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. 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 твэлов, имеющих на одном из концов цилиндрическое отверстие и вырез, 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.

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; устройство фиксации, установленное на базовой опоре и выступающее относительно нее и выполненное с возможностью по меньшей мере частичной фиксации в нем тепловыделяющего элемента в продольном направлении; опорную площадку, установленную в нижней части базовой опоры; по меньшей мере, один захват, содержащий по меньшей мере рычажную систему, и по меньшей мере, две губки захвата, выполненные с возможностью, по меньшей мере, частичного поворота относительно захвата 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 тяга 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 показана нижняя часть 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 тяга;

на фиг. 7 схематично показано сечение рычажной системы, вид сбоку; на фиг. 8 схематично показан вид сверху рычажной системы;

на фиг. 9 показано устройство фиксации, позволяющее фиксировать твэл отверстие подпружиненным штырем;

на фиг. 10 показано устройство фиксации с штырем в крайнем втянутом положении; на фиг. 11 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 рисунки описан предпочтительный вариант реализации предлагаемого изобретения.

Как видно из фиг. 1, предлагаемое устройство для захвата включает в себя базовую опору 1, тягу 2, устройство фиксации 3, опорную площадку 4, захват 8, включающий, кроме того, рычажную систему 5 и губки 7 захвата.

На фиг. 2 более подробно проиллюстрировано взаимное соединение рычажной системы 5 захвата с тягой 2 и губками 7 захвата. Базовая опора 1 выполнена в виде балки, в нижней части которой закреплена опорная площадка 4. Устройство фиксации 3 установлено на базовой опоре 1 и выступает относительно нее. Рычажная система 5 и губки 7 захвата входят в захват 8, закрепленный относительно базовой опоры 1 любыми подходящими крепежными средствами. Согласно неограничивающему варианту осуществления изобретения базовая опора 1 содержит множество таких захватов 8, отстающих друг от друга на равное или приблизительно равное расстояние по длине базовой опоры 1, как это видно из фиг. 1. Количество захватов 8 может быть выбрано специалистом в данной области техники, исходя из требований надежности фиксации тепловыделяющего элемента, его длины и массы.

На фиг. 3 показана установка тяги 2, параллельно базовой опоре 1. Тяга 2 установлена с возможностью перемещения вдоль базовой опоры 1. Рычажная система 5 при перемещении тяги 2 вверх (перемещение изображено стрелками), раскрывает губки 7 захвата, как показано на фиг. 3. Закрытие губок 7 захвата производится рычажной системой при перемещении вертикальной тяги 2 вниз.

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 в радиальном (боковом) направлении.

Перед установкой твэла 10 губки 7 захвата раскрыты за счет перемещения тяги 2 вверх и установку твэла 10 осуществляют путем взаимного перемещения захвата и твэла таким образом, чтобы устройство фиксации 3 вошло в отверстие на конце твэла, в то время как тяга 2 проходит в пазу 12 устройства фиксации 3. После закрытия губок 7 захвата происходит полная фиксация твэла 10 от перемещения (см. фиг. 4, 5) в продольном и радиальном (боковом) направлениях.

Тяга 2 изображена более подробно на фиг. 6 и включает тяговую трубу 13, толкатель 14, установленный в сухарь 15, и оси 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. 11 в связи описанием функционирования предлагаемого устройства для захвата и транспортировки твэла 10. Перемещение захвата твэла 10 вниз обеспечивает поднятие тяги 2 вверх, при этом оси 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, вторую втулку 19, пластины 20, третьи втулки 22, палец 23.

Принцип работы рычажной системы 5 заключается в следующем: при поднятии вертикальной тяги 2 ее движение через оси 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. 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.

На фиг. 9 подробно показано устройство фиксации твэла, которое имеет штырь 32, установленный на осях 30, и подпружиненный пружинами 31. При взаимном перемещении захвата и твэла подпружиненный штырь 32 проходит в цилиндрическое отверстие твэла. Штырь 32, расположенный в цилиндрическом отверстии твэла обеспечит продольную фиксацию твэла, что в совокупности с радиальной фиксацией твэла губками захвата, обеспечит полную фиксацию твэла во всех направлениях. Конусная поверхность на штыре 32 обеспечивает заход штыря в цилиндрическое отверстие твэла 10, даже при его боковом смещении или не точном исходном взаимном расположении твэла и захвата. Возможность штыря 32 перемещаться линейно, как показано на рисунке 10, обеспечивает безопасное взаимодействие захвата и твэла, в случае непопадания штыря в цилиндрическое отверстие твэла, за счет отсутствия радиального усилия на твэл со стороны захвата.

Таким образом, для обеспечения захвата и транспортировки твэла 10, обеспечивают передачу движения на рычажную систему 5 для раскрытия губок 7 захвата, размещают в устройстве фиксации 3 твэл 10, а затем благодаря использованию 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 извлечение твэла 10 из устройства 29 для захвата и транспортировки твэла. Для этого предлагается следующий способ передачи твэла 10.

Как проиллюстрировано на фиг. 11, изначально твэл 10 установлен и полностью зафиксирован в устройстве 28 для захвата и транспортировки твэла. Устройство 29 может быть частью роботизированного комплекса и перемещение устройства 28 может происходить манипулятором или иным подходящим средством.

При этом твэл 10 зафиксирован в губках 7 захвата и устройстве фиксации 3. Устройство 28 для захвата и транспортировки твэла перемещается к опоре, где твэл фиксируется во внешнем устройстве и перемещается относительно опоры, нажимая на сухарь 14. Данное движение приводит к раскрытию губок 7 захвата, после чего боковым движением (относительно твэла) устройство фиксации 3 устройства 28 для захвата и транспортировки твэла выводится из контакта с твэлом. Твэл остается зафиксированным во внешнем устройстве 29.

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, устройство фиксации, опорную площадку, рычажную систему, и по меньшей мере две губки захвата, толкатель. Устройство фиксации установлено на базовой опоре и выполнено с возможностью фиксировать твэл в продольном направлении за отверстие упруго установленным штырем, исключающим при этом воздействие на твэл, которое могло бы привести к его повреждению. Рычажная система выполнена с возможностью обеспечения раскрытия губок захвата. Изобретение позволяет исключить недопустимые повреждения твэлов. 8 з.п. ф-лы, 11 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;

опорную площадку, установленную в нижней части базовой опоры;

устройство фиксации, установленное на базовой опоре и выполненное с возможностью фиксировать твэл в продольном направлении за отверстие упруго установленным штырем, исключающим при этом воздействие на твэл, которое могло бы привести к его повреждению (искривлению);

по меньшей мере один захват, содержащий по меньшей мере рычажную систему, и по меньшей мере две губки захвата, выполненные с возможностью, по меньшей мере частичного поворота относительно захвата 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 тяга 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 пп. 1-6, отличающееся тем, что на торце каждой губки захвата коаксиально закреплена ось с установленным на ней сжимающим компонентом.

8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что сжимающий компонент представляет собой ролик, содержащий две усеченные противоположно направленные конические поверхности, соединенные в месте усечения.

9. Устройство по п. 7, 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.