ЗАХВАТ КЛАСТЕРА ТВС ДЛЯ АЭС С РЕАКТОРОМ ТИПА ВВЭР

Заявляемая полезная модель относится к ядерной технике и касается захвата кластера, используемого перегрузочной машиной при выполнении технологических операций с тепловыделяющими сборками (ТВС) ядерных реакторов типа ВВЭР.
Известно захватное устройство, используемое загрузочным оборудованием для перегрузки тепловыделяющих элементов ядерного реактора, которое состоит из корпуса, комплектов захватных пальцев, расположенных в корпусе, причем пальцы каждого комплекта расположены симметрично по продольной оси корпуса в плоскостях, проходящих через указанную ось, приводной детали, перемещаемой относительно указанных комплектов пальцев по рабочему диапазону перемещения, и устройства зацепления, поддерживающего правильное зацепление соответствующих комплектов пальцев с упомянутой приводной деталью на протяжении всего указанного рабочего диапазона. (Описание к патенту US 3152830 по кл. G21C 19/105, опубликовано 13.10.1964 г.). Указанная приводная деталь выполнена таким образом, что при движении по указанному рабочему диапазону она так отклоняет и смыкает упомянутые комплекты пальцев радиально указанной оси, что обеспечивает перемещение пальцев в другую секцию рабочего диапазона для каждого из упомянутых комплектов пальцев. Приводная деталь включает в себя кулачок и упомянутые пальцы, а также элементы, работающие от кулачка. Указанный кулачок и элементы, работающие от кулачка, взаимодействуют для размыкания и сжатия пальцев согласно движению упомянутой приводной детали и для блокировки движения пальцев в любой из позиций указанной приводной детали.
Недостатком данного устройства является сложность конструкции, наличие многих взаимодействующих деталей; выход из строя отдельных из них обуславливает снижение надежности.
Известно также захватное устройство для грузов с фигурной головкой (Описание к патенту RU №2034770 по классу МПК В66С 1/66, опубликовано 10.05.1995 г.), содержащее корпус, расположенные в нем соосно направляющую для фигурной головки груза, втулку, выполненную с фигурным пазом, включающим скошенные участки на внешней по отношению к вертикальной оси симметрии корпуса стороне, штангу, расположенную во втулке, штифт, расположенный горизонтально одним концом в фигурном пазу втулки, захватные шарики, расположенные в радиальных отверстиях направляющей, и орган соединения с подъемным механизмом. Устройство снабжено дополнительной втулкой, расположенной в корпусе с охватом нижней части штанги, подпружиненной относительно торца направляющей и выполненной с радиальными канавками с фасками и расположенными на двух уровнях по высоте фиксирующими шариками, размещенными в отверстиях корпуса и канавках дополнительной втулки; направляющей трубой для расположения в ней корпуса с зазором с возможностью взаимодействия с фиксирующими шариками.
Недостатком приведенного захватного устройства является сложная конструкция и низкая надежность за счет фиксирования шариками, расположенными в отверстиях корпуса и взаимодействующими с дополнительной втулкой, что может привести к заклиниваниям и износу деталей, контактирующих с шариками.
Наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является захват кластера ТВС ядерного реактора (Описание к патенту WO 2012039647 А1 по кл. G21C 19/10, опубликовано 29.03.2012 г.), который включает корпус, ползун, толкатель, головку, рычаги и захватные элементы в виде рычагов и клещевин, формирующих при смыкании поворотную грибовидную головку. Корпус в верхней части закрыт наконечником, который выполнен заодно с направляющей шпонкой. В среднюю часть корпуса вмонтированы два диаметрально противоположных направляющих пальца. Ползун представляет собой цилиндр со штоком, где боковая поверхность ползуна выполняет функции механического программатора, в котором V-образные криволинейные направляющие пазы взаимодействуют с направляющими пальцами в корпусе и задают вращение ползуна при его поступательном перемещении. Шток ползуна снабжен грузом, установленным с возможностью свободного вращения вокруг него, но зафиксированным от осевого смещения на штоке. В верхней части груза имеется коуш для закрепления грузового каната.
Основным недостатком данного захвата является сложность конструкции, наличие многих взаимодействующих деталей, что может привести к отказу всего захвата из-за отказа одного из элементов.
Задачей и техническим результатом усовершенствования заявляемого в качестве полезной модели захвата кластера является повышение надежности работы при упрощении конструкции.
Указанный технический результат достигается тем, что в захвате кластера ТВС ядерного реактора, содержащем цилиндрический корпус с установленным в нем с возможностью поступательного перемещения ползуном, ориентированным относительно корпуса, толкатель с функцией механического программатора в виде криволинейных пазов на боковой поверхности, воздействующий на захватывающий механизм, установленный в нижней части цилиндрического корпуса и снабженный поворотным элементом с грибовидной головкой, усеченной с двух сторон, согласно полезной модели функция механического программатора толкателя представлена винтовым пазом для воздействия толкателя на захватывающий механизм при периодическом и ориентированном вводе последнего в поворотную обойму захватывающего механизма и фигурными пазами в верхней части толкателя для периодического сцепления с ползуном, который снабжен шарнирно закрепленными на нем управляющими планками с роликами на их концах, вводимыми в пазы на боковой поверхности толкателя, при этом фигурные пазы в верхней части толкателя сформированы  фигурными пазами и размещенными в их внутренней зоне перевернутыми V-образными выступами-зацепами, установленными с наклоном их вертикальных осей, определяющим направление перемещения ролика управляющей планки ползуна в зоне фигурного паза, а захватывающий механизм установлен в цилиндрическом корпусе посредством подшипникового узла, например, посредством подшипника качения и поворотной обоймы, при этом перемещение толкателя ориентировано относительно корпуса, например, вертикальным продольным пазом и управляющим выступом на внутренней поверхности корпуса.
Осуществление периодического зацепления ползуна с планками и толкателя, выполненного с функцией механического программатора, и управляющего посредством выполненных на поверхности толкателя последовательностью фигурных пазов с установленными во внутренней зоне последних перевернутыми V-образными выступами-зацепами и осуществляемого винтовым пазом поворотом вводимого в головку кластера ТВС захватывающего механизма, обеспечивает надежность срабатывания захвата и исключает возможность расцепления ползуна и толкателя благодаря заданной траектории движения роликов управляющих планок ползуна в фигурных пазах. Задание траектории перемещения управляющих планок ползуна предусмотрено формой фигурных пазов на поверхности толкателя, и размещенных в их внутренней зоне перевернутых V-образных выступов-зацепов, установленных с наклоном их вертикальных осей. Перемещение управляющих планок, благодаря представленному выше выполнению механического программатора на поверхности толкателя, осуществляется только в одном направлении, что исключает самопроизвольные перемещения захватного механизма и повышает надежность работы захвата. Периодичность соединения ползуна с толкателем управляющими планками ползуна, вводимыми роликами на их концах в пазы на боковой поверхности толкателя, определяет последовательность действия элементов захвата, при которой процедура зацепления ТВС завершается фиксацией грибовидной головки в заданном положении захватного механизма, а последующее транспортирование ТВС осуществляются при размыкании толкателя и ползуна, что исключает самопроизвольный поворот и расцепление грибовидной головки и ТВС.
Благодаря воздействию толкателя на захватывающий узел периодическим ориентированным вводом в поворотную обойму захватывающего механизма, осуществляемым посредством, например, предусмотренных на внутренней поверхности толкателя винтового продольного паза и управляющего пальца на внутренней поверхности поворотной обоймы захватывающего механизма, также определена последовательность действия элементов захвата, определяющих процедуру зацепления ТВС и исключается самопроизвольный поворот захватного механизма.
Установка узла зацепления в поворотной обойме подшипниковым узлом с использованием подшипника качения значительно снижает усилия, требуемые для поворота грибовидной головки и ее удержания в положении зацепления, что повышает надежность захвата.
При этом выполнение захватывающего механизма с поворотной цельной грибовидной головкой, управляемой механическим программатором, упрощает конструкцию захвата за счет использования минимально возможного количества деталей, что также повышает его надежность.
Пример реализации заявляемого захвата кластера поясняется эскизами.
На фиг. 1 показано исходное положение захвата (расцеплен с головкой кластера).
На фиг. 2 изображено рабочее положение, в котором захват сцеплен с головкой кластера.
На фиг. 3 показано транспортное положение, захват сцеплен с головкой кластера.
На фиг. 4 представлен фигурный паз толкателя.
Захват кластера содержит цилиндрический корпус 1, в котором расположен ползун 2 с коушем 3 в верхней части для крепления грузового каната (не показан на чертеже), толкатель 4 и захватывающий механизм, включающий поворотную обойму 5 и поворотный элемент 6 с грибовидной головкой, который установлен в подшипниковом узле 7 во втулке 8, ввинченной в нижней части корпуса 1. В верхней части цилиндрического корпуса 1 установлена гайка 9. На наружной боковой поверхности цилиндрического корпуса 1 по одной линии закреплены штифты 10, ориентирующие ползун 2 и толкатель 4 и управляющие перемещением захвата во внутренней секции (на чертеже не показана) штанги машины перегрузочной. Поворотная обойма 5 и поворотный захватный элемент 6 соединены между собой резьбовым элементом. На боковой поверхности толкателя 4 выполнен продольный паз 11 для его ориентированного перемещения относительно корпуса захвата посредством выступов 12, а для поворота захватного механизма, осуществляемого посредством поворотной обоймы 5 при вертикальном перемещении толкателя, на его поверхности выполнен винтовой паз 13, взаимодействующий со штифтом 14 на поверхности поворотной обоймы 5. В нижней части ползуна 2 с двух сторон шарнирно установлены управляющие планки 15, на нижних концах которых закреплены ролики 16. На наружной поверхности верхней части толкателя 4 с двух сторон выполнены фигурные пазы 17, во внутренней зоне которых размещены перевернутые V-образные выступы-зацепы 18 с наклоном их вертикальных осей. В верхней части фигурного паза 17 выполнен прямой участок 17а (на фиг. 4), предназначенный для входа роликов 16 управляющих планок 15 в фигурный паз 17 и выхода из него. Выступы-зацепы 18, выполненные с наклонной осью, формируют каналы 17b и 17с, перемещаясь по которым ролики 16 подводятся под выступы-зацепы 18, и соединяющий участок 17d, по которому ролики 16 выводятся из-под них в канал 17е и по каналу 17а из паза 17.
Наличием фигурных пазов 17, выступов-зацепов 18 и винтового паза 13 на поверхности толкателя 4 обеспечиваются его функции механического программатора. Поворотный захватный элемент 6 представляет собой цилиндрический стержень, в нижней части которого имеется головка 19 грибовидной формы, усеченная с двух сторон.
Захват кластера работает следующим образом.
В исходном положении захвата кластера ползун 2 и толкатель 4 сцеплены между собой, при этом ползун 2, находясь в верхнем положении, упирается торцом в гайку 9. Толкатель 4 с ползуном 2 находятся в зацеплении посредством управляющих планок 15, ролики 16 которых подведены под перевернутый V-образный выступ-зацеп 18 в фигурном пазу 17. Затем при ослаблении каната машины перегрузочной (на чертеже не показан) под действием собственного веса ползун 2 с толкателем 4 опускаются вниз, управляющая планка 15 перемещается по участку 17d в канал 17е. Толкатель 4 вводится в поворотную обойму 5 и, при его ориентированном вертикальном перемещении относительно корпуса посредством паза 11 на поверхности толкателя и выступов 12 на внутренней поверхности корпуса 1, перемещением штифта 14 в винтовом пазу 13 толкателя 4 поворотная обойма 5 и поворотный захватный элемент 6 поворачиваются относительно цилиндрического корпуса 1 на 90 градусов. После перемещения вниз толкатель 4 нижним торцом упирается в основание поворотной обоймы 5, при этом захват сцепляется с головкой кластера. При дальнейшем движении ползуна 2 вниз происходит расцепление его с толкателем 4 за счет перемещения роликов 16 управляющих планок 15 из канала 17е по участку 17а паза 17. Затем ползун 2 поднимается вверх до упора торцом в гайку 9 и производится подъем кластера и последующее его транспортирование для установки кластера ТВС в бассейне выдержки (на чертеже не показан). При повторном опускании вниз ползун 2 упирается торцом в толкатель 4, затем поднимается вверх и сцепляется с толкателем 4 при помощи роликов 16 управляющих планок 15, которые, перемещаясь по участкам 17а и 17d, подводятся под перевернутый V-образный выступ-зацеп 18. Последующее перемещение ползуна 2 и толкателя 4 вверх, за счет перемещения штифта 14 поворотной обоймы 5 в винтовом пазу 13 толкателя 4, поворотный захватный элемент 6 проворачивается на 90 градусов, переводя захват в положение, когда он расцепляется с головкой кластера.
Таким образом, при выполнении толкателя с функцией механического программатора, задаваемой фигурными пазами, сформированными винтовым пазом на его поверхности и λ-образными пазами в верхней его части, определяется возможность использования в захватывающем механизме упрощенного цельного поворотного элемента с грибовидной головкой, что упрощает конструкцию захвата. При этом выполнение в верхней части толкателя фигурных пазов, определяющих соединение подвижных ползуна и толкателя в процессе зацепления кластера ТВС и разъединение их при транспортировке последнего, исключает вероятность расцепления захвата с кластером и повышает надежность работы захвата.