МАШИНА ДЛЯ ЗАГРУЗКИ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ СБОРОК
MACHINE FOR LOADING OF FUEL ASSEMBLIES

Изобретение касается машины для загрузки тепловыделяющих сборок, включающей в себя направляющую мачту и телескопически опускаемые из направляющей мачты и снова поднимаемые телескопические элементы в виде центроискателя, грейфера тепловыделяющей сборки и грейфера элемента управления, при этом телескопические элементы сцеплены друг с другом и активно соединены с общим основным подъемным механизмом таким образом, что при подъеме телескопических элементов из опущенного положения сначала грейфер элемента управления захватывает грейфер тепловыделяющей сборке, а затем грейфер тепловыделяющей сборки захватывает центроискатель, и при этом направляющая мачта снабжена неподвижным упором, который задает конечное положение центроискателя, достигаемое при опускании.
Такого рода машина для загрузки тепловыделяющих сборок, служащая для манипулирования и для транспортировки тепловыделяющих сборок в охлаждаемом водой под давлением реакторе известна, например, из DE 10004100 C2.
У такого рода машины для загрузки тепловыделяющих сборок при перемещении вверх тросового привода, которым телескопические элементы сцеплены друг с другом, в так называемом режиме тепловыделяющих сборок (режим ТЭ) поочередно захватываются грейфером элемента управления сначала грейфер тепловыделяющей сборки, а затем центроискатель, пока последний не окажется на верхнем конце направляющей мачты. То есть все телескопические элементы полностью перемещаются вверх по меньшей мере до верхнего конца телескопической мачты. Только когда это положение, так называемое транспортное положение, достигнуто, загрузочная машина может перемещаться. Тем самым гарантируется, что при транспортировке тепловыделяющей сборки он в любом случае будет полностью поднят, во избежание того, что тепловыделяющая сборка при транспортировке, например, повиснет на барьере между реактором и бассейном выдержки тепловыделяющих сборок и приведет к повреждениям.
При замене тепловыделяющих сборок реактор отключен. Чтобы по возможности сократить простои оборудования при производстве энергии во время замены тепловыделяющих сборок, стремятся к тому, чтобы осуществлять замену тепловыделяющих сборок в как можно более короткий промежуток времени.
С этой целью были разработаны стратегии загрузки нового типа, которые описаны в DE 102008005468 B3, но которые из-за вышеназванных ограничений существовавших до сих пор машин для загрузки тепловыделяющих элементов были неосуществимы или, во всяком случае, осуществимы в ограниченной степени. Правда, эта проблема уже частично предвиделась в DE 10004100 C2 и была частично решена с помощью закрепленного в головной части (балансире) грейфера элемента управления, при необходимости разводного захвата, который при процессе подъема обеспечивает предварительный захват центроискателя грейфером элемента управления. Но на практике это решение зарекомендовало себя только при движении машины для загрузки тепловыделяющих элементов без груза, т.е. когда не происходит транспортировки тепловыделяющего элемента.
В основу настоящего изобретения положена задача предоставить машину для загрузки тепловыделяющих сборок вышеназванного рода, с помощью которой по сравнению с традиционной технологией достигалось бы сокращение времени, необходимого для замены тепловыделяющих сборок, и с помощью которой можно было бы реагировать на возможные возникающие проблемы центрирования быстрее и эффективнее, чем до сих пор.
Задача изобретения решается за счет того, что на направляющей мачте расположен по меньшей мере один перемещаемый посредством отдельного специального подъемного механизма в направлении подъема или опускания упор, который взаимодействует с согласованным несущим фланцем центроискателя, так что центроискатель при подъеме перемещаемого упора может подниматься из своего конечного положения в расположенное выше него промежуточное или поднятое положение.
Благодаря такого рода конфигурации, при сохранении опробированных в эксплуатации процессов центрирования и без ущерба в отношении аспектов техники безопасности, возможно расширение существовавшей до сих пор стратегии загрузки, при котором путем целенаправленного устранения, соответственно, возобновления центрирования центроискателя, независимо от основного подъемного механизма, возможен гибкий, в частности со смещением в поперечном направлении, как, например, описано в DE 102008005468 B3, подъезд к находящейся в соответствующем положении тепловыделяющей сборке.
В предпочтительном варианте осуществления отдельный подъемно-опускающий механизм для перемещаемого упора выполнен таким образом, что центроискатель из промежуточного положения, задаваемого перемещаемым упором, путем опускания перемещаемого упора может непрерывно и плавно передвигаться в ограниченное неподвижным упором конечное положение. Это значит, вес центроискателя при опускании перемещаемого упора из его поднятого положения в конце процесса опускания передается на неподвижный упор в направляющей мачте; тогда перемещаемый упор и предусмотренный для приведения его в действие специальный подъемный механизм разгружаются.
Предпочтительно перемещаемый упор включает в себя некоторое количество фиксирующих элементов, болтов или штифтов, которые продеваются сквозь соответствующие направляющие отверстия в направляющей мачте, и которые могут перемещаться внутри направляющих отверстий с одной составляющей движения в направлении подъема или опускания. Для хорошего доступа, например, при работах по техническому обслуживанию, специальный подъемный механизм расположен на верхнем конце направляющей мачты или над ним, например, на грузовой тележке машины для загрузки тепловыделяющих сборок или внутри нее, и посредством одной или нескольких подъемных тяг соединен с перемещаемым упором.
В предпочтительном варианте осуществления специальный подъемный механизм снабжен винтовым приводом, включающим в себя по меньшей мере один самотормозящийся ходовой винт. Для привода целесообразно предусмотреть электродвигатель. Весь специальный подъемный механизм предпочтительно рассчитан на продублированную и безотказную работу.
Центроискатель может включать в себя два отдельных несущих фланца, из которых один предназначен для взаимодействия с неподвижным упором, а другой для взаимодействия с перемещаемым упором. Альтернативно предусмотрен только один единственный несущий фланец, который может взаимодействовать как с неподвижным упором, так и с перемещаемым упором.
Предпочтительно машина для загрузки тепловыделяющих сборок снабжена некоторым количеством сенсоров, которые непосредственно или опосредствованно регистрируют по меньшей мере конечное положение, предпочтительно любое текущее положение перемещаемого упора и передают на пульт управления. При этом они могут представлять собой, например, концевые выключатели, которые непосредственно приводятся в действие перемещаемым упором. Альтернативно или дополнительно сенсоры могут быть расположены в ветви привода специального подъемного механизма, например, в виде устройств кодирования угловых координат, которые в случае подъемного винтового привода регистрируют положение ходового винта или электродвигателя.
Достигаемые с помощью изобретения преимущества заключаются, в частности, в том, что путем целенаправленного временного устранения центрирования центроискателя посредством перемещаемого упора независимо от основного подъемного механизма обеспечена возможность смещенного в бок относительно положения тепловыделяющей сборки подъезда или отъезда машины для загрузки тепловыделяющих сборок, что приводит к сокращению процессов замены тепловыделяющих сборок в реакторе. При этом наибольшая часть процесса подъема и опускания тепловыделяющей сборки может осуществляться без прикосновения к соседним тепловыделяющим сборкам в активной зоне реактора, с преимуществом сокращения до минимума контактов тепловыделяющих сборок и риска повреждения тепловыделяющих сборок. Другое преимущество заключается в том, что эти процессы могут осуществляться с повышенной скоростью, благодаря чему время замены тепловыделяющей сборки еще более сокращается. Кроме того, теперь имеются аппаратные возможности для того, чтобы при использовании дополнительного подъема перемещаемого упора особенно быстро и гибко реагировать на возможно возникающие проблемы центрирования.
Один из примеров осуществления изобретения ниже поясняется подробнее с помощью чертежей. На них показано, соответственно в сильно упрощенном и схематизированном изображении:
Фиг.1 - частично рассеченный вид сбоку машины для загрузки тепловыделяющих сборок в первом рабочем состоянии, и
Фиг.2 - машина для загрузки тепловыделяющих сборок, показанная на фиг.1, во втором рабочем состоянии.
Одинаковые детали на обеих фигурах снабжены одними и теми же ссылочными позициями.
Изображенная на Фиг.1 машина 2 для загрузки тепловыделяющих сборок служит для манипулирования и для транспортировки тепловыделяющих сборок 4 внутри бассейна ядерного реактора здесь охлаждаемого водой под давлением реактора. Машина 2 для загрузки тепловыделяющих сборок применяется также для транспортировки тепловыделяющих сборок 4 между бассейном реактора и бассейном выдержки, находящимся вне корпуса высокого давления ядерного реактора.
Машина 2 для загрузки тепловыделяющих сборок включает в себя здесь только схематично обозначенную, направляемую по не изображенным рельсам грузовую тележку 6, которая расположена выше зеркала воды бассейна реактора. Посредством фланцевого соединения 8 на грузовой тележке 6 установлена выступающая вертикально вниз в бассейн реактора направляющая мачта 10. Направляющая мата 10 выполнена в виде полой трубы с круглым внутренним поперечным сечением. Внутри направляющей мачты 10 может помещаться центроискатель 12, который выполнен в виде полой трубы с квадратным поперечным сечением. Внутри центроискателя 12, в свою очередь, помещается выполненный в виде полой трубы с квадратным поперечным сечением грейфер 14 тепловыделяющей сборки. Грейфер 14 тепловыделяющей сборки выполнен в виде двойного грейфера, и в его полости помещается грейфер 16 элемента управления. Равным образом по общеупотребительной, но здесь далее не применяемой терминологии весь узел, состоящий из центроискателя 12, грейфера 14 тепловыделяющей сборки и грейфера 16 элемента управления может также называться двойным грейфером.
Центроискатель 12, грейфер 14 тепловыделяющей сборки и грейфер 16 элемента управления являются телескопическими элементами, которые могут выдвигаться из втянутого, убранного друг в друга состояния (не изображено) телескопически вниз из направляющей мачты 10. Выдвижение телескопических элементов происходит за счет их собственного веса. Обратное втягивание телескопических элементов осуществляется с помощью смонтированного на грузовой тележке 6 или над ней основного подъемного механизма 18 (здесь обозначенного только схематично).
Конструктивно движение отдельных телескопических элементов друг относительно друга согласовано таким образом, что в опускающем режиме сначала центроискатель 12 опускается вниз из направляющей мачты 10, притом, как правило, до тех пор, пока он не достигнет своего изображенного на фиг.1 нижнего конечного положения. При дальнейшем опускающем режиме затем продолжается только лишь опускание грейфера 14 тепловыделяющей сборки, и наконец, грейфера 16 элемента управления, пока и они не достигнут своего нижнего конечного положения. В подъемном режиме последовательность действий обратная, как еще будет описано ниже в деталях.
Центроискатель 12 служит для центрирования и направления грейфера 14 тепловыделяющей сборки. Сам центроискатель 12 при движении подъема или опускания направляется несколькими расположенными на внутренней стороне направляющей мачты 10 парами роликов. На верхнем конце центроискателя 12 расположен несущий фланец 20, который, с одной стороны, садится в конце движения вниз на закрепленный в направляющей мачте 10 нижний неподвижный упор 22, благодаря чему это движение вниз ограничено, а с другой стороны, действует в качестве захвата при движении вверх с помощью грейфера 14 тепловыделяющей сборки. Кроме того, несущий фланец 20 приводит в действие закрепленный на направляющей мачте 10 конечный выключатель.
На нижнем конце центроискателя 12 закреплено восемь центрирующих штифтов 24, а именно, по две штуки на каждой из четырех сторон центроискателя 12. Незадолго до того как центроискатель 12 достигнет нижнего положения в бассейне реактора корпуса высокого давления реактора и окажется непосредственно над целевой тепловыделяющей сборкой 4 (или соответствующим проемом в активной зоне реактора), центрирующие штифты 24 проникают в предназначенные для них центрирующие отверстия в головках соседних тепловыделяющих сборок 4' и тем самым центрируют центроискатель 12. При этом грейфер 14 тепловыделяющей сборки и грейфер 16 элемента управления также центрируются над намеченным положением в решетке тепловыделяющих сборок. Благодаря этому, с одной стороны, обеспечивается наличие свободного поперечного сечения необходимого размера для опускания или подъема тепловыделяющей сборки 4, а с другой стороны, достижение необходимой глубины посадки. Кроме того, при этом осуществляется контроль недопустимого наклонного положения тепловыделяющих сборок 4, а также правильной посадки соседних тепловыделяющих сборок 4'.
В центроискателе 12 расположен выполненный в виде полой трубы с квадратным поперечным сечением грейфер 14 тепловыделяющей сборки. На его нижнем конце установлен грейферный инструмент 26, служащий для захвата тепловыделяющей сборки 4. На своем верхнем конце он закрыт фиксирующей плитой 28. Через выемку в фиксирующей плите 28 проходит подъемная тяга 30 элемента управления для находящегося внутри грейфера 14 тепловыделяющей сборки грейфера 16 элемента управления, которая служит для захвата и манипулирования вставленного в тепловыделяющую сборку 4 элемента управления (также называемого управляющим стержнем, не изображен). Размеры выемки в фиксирующей плите 28 выбраны так, что грейфер 16 элемента управления не проходит насквозь через нее. Поэтому грейфер 16 элемента управления при своем движении вверх, как только он упрется в фиксирующую плиту 28, захватывает с собой вверх грейфер 14 тепловыделяющей сборки.
На верхнем конце подъемная тяга 30 грейфера элемента управления проходит через выемку в несущем фланце 20 центроискателя 12 и соединена с балансиром 32. На балансире 32, в свою очередь, закреплен нижний конец тросового привода 34. На верхнем конце тросовый привод 34 прикреплен к электроприводной тросовой лебедке основного подъемного механизма 18. Привод основного подъемного механизма 18 находится в целях доступности для работ по техническому обслуживанию и тому подобного на верхнем конце направляющей мачты 10, например, над фланцевым соединением 8 направляющей мачты 10 с грузовой тележкой 6.
В опускающем режиме основного подъемного механизма 18 грейфер 16 элемента управления посредством тросового привода 34 и посредством соединенной через балансир 32 с тросовым приводом 34 подъемной тяги 30 грейфера элемента управления опускается вниз в направлении активной зоны 36 реактора. Под действием своего собственного веса грейфер 14 тепловыделяющей сборки и центроискатель 12 синхронно движутся вниз. При достижении своего конечного положения центроискатель 12 упирается своим несущим фланцем 20 в нижний неподвижный упор 22 в направляющей мачте 10 и за счет этого фиксируется. Ранее несомый основным подъемным механизмом 18 вес центроискателя 12 благодаря этому переносится на направляющую мачту 10. Центроискатель 12 уже описанным выше образом центрируется относительно соседних тепловыделяющих сборок 4'.
При дальнейшем опускающем режиме затем продолжается только лишь опускание грейфера 14 тепловыделяющей сборки и грейфера 16 элемента управления. Они оба движутся дальше вниз сначала синхронно. Как только грейфер 14 тепловыделяющей сборки упрется в предназначенную для захвата тепловыделяющую сборку 4 и зафиксируется с ней (или опустит ранее зафиксированный тепловыделяющий элемент 4 в намеченном положении в решетке активной зоны), движение опускания грейфера 14 тепловыделяющей сборки заканчивается. Затем в последней фазе режима опускания только лишь грейфер 16 элемента управления продолжает двигаться вниз, пока он также не зафиксируется с предназначенным для захвата элементом управления. В случае если манипулирование элементом управления не требуется или, соответственно, нежелательно, последний этап движения может отсутствовать, и грейфер 16 элемента управления остается в своем верхнем положении упора относительно грейфера 14 тепловыделяющей сборки.
В подъемном режиме последовательность действий обратная: основной подъемный механизм 18 сначала посредством тросового привода 34 и подъемной тяги 30 грейфера элемента управления тянет вверх грейфер 16 элемента управления, пока этот грейфер не упрется в фиксирующую плиту 28 грейфера 14 тепловыделяющей сборки и благодаря этому не захватит грейфер 14 тепловыделяющей сборки. В дальнейшем ходе процесса подъема фиксирующая плита 28 грейфера 14 тепловыделяющей сборки упирается затем в несущий фланец 20 центроискателя 12, благодаря чему центроискатель также захватывается верх.
Вследствие центрирования центроискателя 12 в соседних тепловыделяющих сборках 4' и описанной выше связи подъема центроискателя с основным подъемным механизмом 18 машина 2 для загрузки тепловыделяющих сборок не может перемещаться в поперечном направлении. В результате этого стратегия загрузки
сужается.
Чтобы устранить это ограничение, у машины 2 для загрузки тепловыделяющих сборок, как показано на фиг.1, предусмотрен перемещаемый в направлении 38 подъема/опускания упор 40 в направляющей мачте 10, который приводится в действие посредством отдельного и независимого от основного подъемного механизма 18 специального подъемного механизма 42. Перемещаемый упор 40 при необходимости поднимает центроискатель 12 из его нижнего конечного положения, которое задано неподвижным упором 22, настолько, что центрирование центроискателя 12 в соседних тепловыделяющих сборках 4' устраняется, и становится возможным боковое перемещение машины 2 для загрузки тепловыделяющих сборок. Благодаря этому обеспечивается возможность - при условии наличия достаточного пространства сбоку в активной зоне 36 реактора - транспортировки тепловыделяющей сборки, соответственно, «смещенного в бок подъезда» к намеченному положению с одной составляющей движения в горизонтальном направлении, причем уже до того, как захваченная тепловыделяющая сборка 4 полностью будет вынута из активной зоны 36 реактора или, соответственно, еще в конечной фазе процесса посадки, при которой сажаемая тепловыделяющая сборка 4 уже частично опущена в активную зону 36 реактора. Это наглядно поясняется на фиг.2.
Конкретно перемещаемый упор 40 в машине 2 для загрузки тепловыделяющих сборок, показанной на фиг.1, включает в себя несколько сцепленных друг с другом в процессе движения штифтов или фиксирующих элементов (не изображены), которые продеты через соответствующие выемки, например, шлицевые или круглые выемки, в наружной стенке направляющей мачты 10. Эти выемки образуют предпочтительно направляющие для штифтов или фиксирующих элементов, которые могут перемещаться в них с одной составляющей движения в вертикальном направлении. Таким образом, в этом варианте образуется в итоге кулисная направляющая. Но направление фиксирующих элементов перемещаемого упора 40 может также осуществляться другим способом. Отдельные штифты или фиксирующие элементы могут быть сцеплены друг с другом вне наружной стенки направляющей мачты 10 посредством соединенной с ней системой тяг или рамной конструкцией или тому подобным. Посредством направляемых по наружной стороне направляющей мачты 10 подъемных тяг 44 образуемый штифтами или фиксирующими элементами упор 40 приводится в действие, т.е. поднимается или опускается в направлении 38 подъема/опускания. В альтернативном варианте осуществления, при условии наличия соответствующего места, подъемные тяги 44 могут быть расположены внутри направляющей мачты 10.
Внутри направляющей мачты 10 штифты или фиксирующие элементы взаимодействуют, в зависимости от положения перемещаемого упора 40, с несущим фланцем 20 центроискателя 12 и при необходимости поднимают его. В нижнем конечном положении перемещаемого упора подъемные штанги 44 не должны нести веса, и специальный подъемный механизм 42 не нагружен. Более того, тогда вес центроискателя 12 полностью воспринимается неподвижным упором 22, на который опирается несущий фланец 20 центроискателя 12, когда центроискатель 12 полностью опущен основным подъемным механизмом 18. Конструкция может быть также такой, чтобы в нижнем конце перемещаемого упора 40 центроискатель 12 опирался на перемещаемый упор 40, который тогда, в свою очередь, опирается на неподвижный упор 22. При подъеме перемещаемого упора 40 он захватывает с собой вверх несущий фланец 20 центроискателя и поднимает центроискатель 12 относительно неподвижного упора 22, как изображено на фиг.2. То есть вес центроискателя 12 при подъеме воспринимается перемещаемым упором 40, который в отношении этой несущей функции является достаточно стабильным и благодаря своим размерам способен нести нагрузку. Перемещаемый упор 40 не должен обязательно взаимодействовать с одним и тем же несущим фланцем 20, который в нижнем конечном положении центроискателя 12 опирается на неподвижный упор 22 направляющей мачты 10; для этой цели на центроискателе 12 может быть также предусмотрен отдельный от него второй несущий фланец.
Как уже было описано выше, приведение в действие перемещаемого упора 40 в примере осуществления, показанном на фиг.1 и 2, осуществляется посредством двух подъемных тяг 44. Эти подъемные тяги 44 могут, например, быть выполнены в виде винтовых подъемных тяг, электропривод и приведение в действие которых, в свою очередь, осуществляется посредством расположенного в области грузовой тележки 6 винтового привода. Такого рода привод, конечно, является самотормозящимся. Предпочтительно ровно один приводной двигатель 9 через соответствующие шарнирные валы 92 и приводные червяки приводит в действие две подъемные тяги 44, снабженные каждая резьбой (для взаимодействия с соответствующим приводным червяком). Эти компоненты привода в целом образуют приводимый в действие независимо от основного подъемного механизма 18 специальный подъемный механизм 42, служащий для подъема и опускания перемещаемого упора 40. Возможны альтернативные варианты осуществления функции вертикального перемещения подъемного устройства 40 с применением надлежащих электромеханических и/или гидравлических конструктивных и приводных элементов. В целях резервирования (дублирования) предпочтительно предусмотрены два или более специальных подъемных механизма 42, при этом каждый специальный подъемный механизм может выполнять свою задачу самостоятельно при выходе из строя другого специального подъемного механизма.
Целесообразно, если текущее положение перемещаемого упора 40 регистрируется соответствующими сенсорами (не изображены) измерительных приборов и контролируется или, соответственно, визуально отображается (например, с помощью сообщения «центроискатель в поднятом положении» или тому подобного) на пульте управления (не изображен) машины 2 для загрузки тепловыделяющих сборок. Сигналы позиционирования такого рода сенсоров интегрируются в управление машины 2 для загрузки тепловыделяющих сборок. Целесообразно, если подъем перемещаемого упора 40 включен в автоматизированную программу движения соответственно выбранной стратегии загрузки/разгрузки, которая программно или аппаратно имплементирована в электронику управления или, соответственно, регулирования пульта управления. Стандартные меры безопасности предотвращают или препятствуют непреднамеренному приведению в действие перемещаемого упора 40 в определенных рабочих ситуациях, которые регистрируются с помощью других сенсоров и передаются на пульт управления, например, когда центрирующие штифты 24 центроискателя 12 «застряли» в соседних тепловыделяющих сборках 4'. Причем для особых случаев предусмотрено ручное управление и приведение в действие перемещаемого упора 40 в обход автоматики.
Общая длина направляющей мачты 10 составляет, например, 10000 мм, длина центроискателя 12 приблизительно 10300 мм, а длина грейфера 14 тепловыделяющей сборки соответственно длине соответствующей тепловыделяющей сборке приблизительно 5800 мм. Общая высота подъема тросового привода 34 составляет обычно 12000 мм, высота подъема перемещаемого упора 40 составляет например, 200 мм. Вес центроискателя 12 составляет, например, от 500 до 1000 кг, грейфер тепловыделяющей сборки весит примерно 260 кг, а один отдельная тепловыделяющая сборка весит округленно 850 кг.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ
2 Машина для загрузки тепловыделяющих сборок
4 Тепловыделяющая сборка
6 Грузовая тележка
8 Фланцевое соединение
10 Направляющая мачта
12 Центроискатель
14 Грейфер тепловыделяющей сборки
16 Грейфер элемента управления
18 Основной подъемный механизм
20 Несущий фланец
22 Неподвижный упор
24 Центрирующий штифт
26 Грейферный инструмент
28 Фиксирующая плита
30 Подъемная тяга грейфера элемента управления
32 Балансир
34 Тросовый привод
36 Активная зона реактора
38 Направление подъема/опускания
40 Перемещаемый упор
42 Специальный подъемный механизм
44 Подъемная тяга
90 Приводной двигатель
92 Шарнирный вал.