ЛЕБЕДКА
WINCH

Изобретение относится к подъемно-транспортному оборудованию и может быть использовано для перегрузки блока с активной зоной (AЗ) ядерного реактора полностью или частично выработавшей ресурс как с отработавшими тепловыделяющими сборками (ОТВС), так и без них, на судах с атомной паропроизводящей установкой (АППУ).
Известна лебедка (Под ред. И.И.Артоболевского. Политехнический словарь. - М.: Советская энциклопедия - 1976 - 251 с.), изготовленная с барабаном, редуктором и электродвигателем, предназначенная для погрузочно-разгрузочных работ.
Недостатком указанной лебедки являются большие ее габариты за счет отдельного размещения редуктора и барабана.
Известна тяговая лебедка с планетарным редуктором (RU №63791, В66D 1/22, опубл. 2007 г.), содержащая канатный барабан, установленный на корпусе планетарного редуктора, водило, установленное в крышке редуктора на подшипниках.
Недостатком указанной лебедки являются значительные ее габариты за счет того, что канатный барабан установлен на корпусе планетарного редуктора.
Известен мотор-барабан Шабалина-Рекунова (RU №2271990, В66D 1/22, опубл. 2006 г.), состоящий из двух опор, фланцевого двигателя, планетарного, многопоточного редуктора, размещенного внутри корпуса барабана, выходящая наружу из редуктора опорная цапфа водила редуктора жестко соединена с первой опорой барабана, при этом водило снабжено второй опорной цапфой, выходящей внутрь барабана, корпус редуктора и барабан опираются на обе эти опорные цапфы, причем возможно размещение двигателя как при наружном, так и при внутреннем расположении.
Недостатком указанного мотор-барабана является его применение без альтернативного ручного привода для завершения осуществляемой работы в аварийном случае при отключении электроэнергии.
Известен транспортно-перезарядный контейнер для перегрузки активной зоны ядерного реактора (RU №2157008, G21С 19/10, опубл. 2000 г.), содержащий лебедку с автоматическим захватом, привод захвата, устройство контроля перемещения захвата, устройство контроля и ограничения усилия на захвате, устройство регулирования натяжения каната и управления стопором захвата.
Недостатком лебедки указанного транспортно-перезарядного контейнера является то, что конструкция и размеры лебедки требуют дополнительных работ по созданию транспортного коридора судна при установке контейнера на реактор. В аварийной ситуации при обесточивании лебедки исключается возможность завершения операции по перегрузке блока с активной зоной, в частности в зоне прямого радиационного излучения, кроме того, корпус лебедки выполнен в негерметичном варианте.
Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка конструкции лебедки с минимизацией ее габарита, с обеспечением герметичности корпуса лебедки и возможностью завершения операции по перегрузке блока с активной зоной при обесточивании лебедки, обеспечивая радиационную и ядерную безопасность.
При использовании предлагаемого изобретения могут быть получены, в частности, следующие технические результаты:
- уменьшение габаритов;
- герметичность исполнения полости корпуса лебедки;
- использование альтернативного (ручного) привода перемещения захвата электромеханическому в случае отключения электроэнергии во время подъема-опускания блока с AЗ;
- улучшение техники безопасности;
- улучшение радиационной и ядерной безопасности;
- дистанционное управление всеми операциями по подъему и опусканию лебедкой блока с активной зоной;
- фиксация сцепленного состояния захвата с грибком блока с AЗ;
- выдача на пульт информации о сцеплении захвата с грибком блока с AЗ;
- контроль сцепленного состояния захвата с грибком блока с AЗ;
- непрерывное слежение на пульте за информацией о нагрузке и перемещении захватного устройства с блоком с AЗ;
- автоматическое накидывание скоб на крюк крана.
Указанная задача решается тем, что лебедка содержит корпус, автоматический захват, привод захвата, устройство контроля перемещения захвата, устройство контроля ограничения усилия на захвате, устройство регулирования натяжения каната и управления стопором захвата, согласно изобретению часть привода вращения барабана встроена в его внутреннюю полость и представляет собой барабан-редуктор (многоступенчатый редуктор), состоящий из нескольких, например трех, планетарных механизмов, соединенных между собой соосно и последовательно с замыканием водила механизма последней ступени на корпус для уменьшения габарита лебедки, в цепи между барабаном-редуктором и электродвигателем встроен дифференциал с ручным самотормозящимся приводом, приводящийся в движение как от пневмопривода, так и вручную с возможностью завершения операции подъема-опускания блока с активной зоной в случае отключения электроэнергии и для повышения надежности в работе, для обеспечения радиационной безопасности электродвигатель и все электрооборудование установлены вне зоны прямого радиационного излучения, все выходы механизмов за пределами корпуса лебедки выполнены с уплотнением для обеспечения герметичности, лебедка оснащена выносным пультом управления работой.
Желательно электромеханический привод захвата выполнить с электродвигателем с тормозом, цилиндрической зубчатой передачей, дифференциалом с колесами, валом, коническими колесами и соединительной муфтой с приводным валом.
Целесообразно тормоз электродвигателя электромеханического привода захвата выполнить нормально-замкнутым.
Предпочтительно ручной привод выполнить со встроенными зубчатыми цилиндрическими колесами, червячной зубчатой парой, дифференциалом с колесами, валом, коническими колесами и соединительной муфтой с приводным валом.
Желательно червячную зубчатую пару ручного привода выполнить самотормозящейся.
Целесообразно для увеличения надежности фиксации цепи ручного привода при работе от электропривода установить фиксатор, воздействующий на зубчатое цилиндрическое колесо.
Предпочтительно фиксатор, воздействующий на зубчатое цилиндрическое колесо, выполнить подпружиненным.
Желательно для обеспечения техники безопасности и радиационной безопасности ввести устройство автоматического набрасывания скоб на крюк крана.
Технический результат заключается в том, что для уменьшения габарита лебедки, обусловленного ее размещением в заданных габаритах транспортно-перезарядного контейнера для перегрузки блока с активной зоной ядерного реактора, часть привода вращения барабана встроена в его внутреннюю полость и представляет собой многоступенчатый редуктор, состоящий из нескольких, например трех, планетарных механизмов, соединенных между собой соосно и последовательно с замыканием водила механизма последней ступени на корпус.
Герметичность полости корпуса лебедки достигается уплотнением всех выходов механизмов за пределы корпуса лебедки, что позволяет в сборе с корпусом контейнера производить вакуумирование, обеспечивая исключение выброса радиоактивных аэрозолей и тем самым улучшая радиационную и ядерную безопасность.
Для обеспечения завершения операции подъема-опускания блока с AЗ в случае отключения электроэнергии в цепи между электродвигателем и барабаном-редуктором встроен дифференциал с ручным самостопорящимся приводом, приводящийся в движение как от пневмопривода, так и вручную.
Фиксация сцепленного состояния захвата и контроль сцепленного состояния захвата с грибком блока с AЗ (при этом грибок - принадлежность переходника, установленного на блоке с AЗ перед выгрузкой) обеспечиваются введением устройства управления стопором захвата, которое фиксирует захват в закрытом положении с передачей информации на дистанционный пульт и шкалу для визуального наблюдения, расположенную на корпусе лебедки. Кроме того, введены устройство контроля положения захвата и устройство контроля усилий. Показания этих устройств также выведены на вышеупомянутый дистанционный пульт и соответствующие им шкалы на корпусе лебедки для визуального наблюдения.
Для обеспечения техники безопасности и радиационной безопасности введено устройство автоматического набрасывания скоб на крюк крана. При этом информация о процессе накидывания скоб на крюк крана поступает на дистанционный пульт. Для визуального наблюдения достаточно хорошо видны скобы и крюк крана. Кроме того, все электрооборудование устройств и электродвигатель установлены вне зоны прямого радиационного излучения и имеют доступ к техническому обслуживанию и ремонту. Пульт управления работой лебедки вынесен за пределы аппаратного помещения.
Заявляемое изобретение поясняется схемой, представленной на чертеже, где изображена кинематическая схема лебедки.
Лебедка (фиг.1) содержит корпус 1, барабан-редуктор 2 с канатоукладчиком 117, электромеханический привод 3 захвата, ручной привод 4, захват 5 автоматический, устройство контроля перемещения 6 захвата 5, устройство контроля усилия 7 на захвате 5, устройство управления стопором 8 захвата 5, устройство набрасывания скоб 9 на крюк 10 крана.
Корпус 1 лебедки представляет собой коробку прямоугольной формы с основанием плиты 11, имеющей окно 12 прямоугольной формы с размерами несколько большими габарита барабана-редуктора 2, полкой 13 со сквозными отверстиями для крепления к корпусу контейнера 14 (отверстия и крепления не показаны).
На верхней поверхности корпуса 1 имеются два продольных ребра 15, расположенных параллельно продольной оси симметрии.
В продольных ребрах 15 выполнены, в частности, два сквозных отверстия 16 симметрично продольным стенкам корпуса 1, соосно выполнены, в частности, два сквозных отверстия 17 и 18 для создания опор барабану-редуктору 2.
В корпусе 1 лебедки отверстия 18 предназначены для устройства контроля перемещения 6 захвата, устройства контроля усилий 7 на захвате 5 и устройства управления стопором 8 захвата 5.
Барабан-редуктор 2 выполнен в форме цилиндра, на наружной поверхности которого выполнены полукруглые канавки 20 и 21 правого и левого направления соответственно для силового каната 22 и канавки 23 меньшего размера правого направления для каната 24 устройства управления стопором 8 захвата 5.
Для предотвращения выхода двух ветвей силового каната 22 и каната 24 устройства управления стопором 8 захвата 5 из своих канавок во время их сматывания с барабана-редуктора 2 или наматывания на него в корпусе 1 закреплен канатоукладчик 117. Канатоукладчик 117 состоит из оси 118, на которой насажены три конических ролика: два (крайних) конических ролика 123, соединенных с противовесом 126, и конический ролик 124, соединенный с противовесом 125.
В полости (барабана) барабана-редуктора 2 размещены, например, три планетарных механизма 25, 26, 27, соединенных между собой последовательно соосно с осью барабана, при этом водило планетарного механизма 27 замыкается на корпус 1 лебедки.
Барабан-редуктор 2 приводится в движение приводным валом 28 от электромеханического привода 3 захвата 5 или ручного привода 4.
Электромеханический привод 3 захвата 5 состоит из корпуса 29 электродвигателя 30 с установленными нормально-замкнутыми тормозами 119, цилиндрической зубчатой передачи 31, 32 дифференциала 120 с колесами 33, 34, 35, вала 36, конических колес 37, 38 и соединительной муфты 39 с приводным валом 28. Электромеханический привод 3 захвата 5 установлен и закреплен на основании плиты 11 корпуса 1 лебедки.
Ручной привод 4 представляет собой корпус 40 со встроенными зубчатыми цилиндрическими колесами 41, 42, червячной самотормозящейся зубчатой парой 43, 44, дифференциалом 120 с колесами 35, 34, 33, валом 36, коническими колесами 37, 38 и соединительной муфтой 39 с приводным валом 28.
Подпружиненный фиксатор 45 при работе вручную (от ручного привода 4) выводится из зацепления с колесом 42 и взаимодействует с конечным выключателем 46, блокирует включение электромеханического привода 3, а при работе от электромеханического привода 3 вместе с самотормозящей червячной парой 43, 44 дополнительно фиксирует цепь ручного привода 4 от поворота.
Для работы вручную на валах 47 и 48 выполнены квадраты.
Корпус 40 ручного привода 4 установлен и закреплен к корпусу электромеханического привода 3.
Захват 5 представляет собой корпус 49, выполненный в виде плиты круглой формы со сквозным отверстием 50 в центре и радиальными сквозными отверстиями (например тремя) 51 для размещения подпружиненных захватных элементов 52 с поворотными втулками 53, и снабжен блоковой подвеской 54, включающей в себя кронштейн со встроенными двумя блоками 55 и 56 для соединения захвата 5 с барабаном-редуктором 2 лебедки посредством силового каната 22 и блоком 57 устройства управления стопором 8 захвата 5 для соединения стопора 58 с барабаном-редуктором 2 лебедки посредством каната 24.
Блоковая подвеска 54 закреплена к корпусу 49 захвата 5. На корпусе 49 установлены направляющие 59 с роликами 60 для обеспечения направления захвата 5 при проходе проема в корпусе контейнера 14 в зоне шиберной задвижки (не показана), при этом также ролики 60 за счет качения обеспечивают сохранность антикоррозионного покрытия внутренней поверхности корпуса контейнера 14, направляющие 59 также служат и упорами в крайнем верхнем положении захвата 5.
Устройство контроля положения 6 захвата 5 представляет собой редуктор 61 с цилиндрическими зубчатыми колесами, реечным механизмом 62 с конечными выключателями 63 и 64, отключающими электромеханический привод 3 при нахождении захвата 5 в крайнем верхнем и нижнем положениях соответственно.
Датчик 65, подающий сигналы с информацией о положении захвата 5 на дистанционный пульт, и шкала 66, установленная на корпусе 1, со стрелкой 67 предназначены для визуального наблюдения за положением захвата 5. Механизм устройства контроля перемещения 6 захвата 5 приводится в движение от барабана-редуктора 2 и крепится к корпусу 1 лебедки.
Устройство контроля усилия 7 содержит поворотную ось 68, установленные на ней эксцентрично подвижный уравнительный блок 69 и рычаг 70, реечный механизм 71 с зубчатой передачей 72 и датчиком усилий 73, дающим сигнал на дистанционный пульт о нагрузке на захвате 5, стрелкой 74 и шкалой 75, установленной на корпусе 1, и показывающих нагрузку на захвате 5 для визуального наблюдения, и конечными выключателями 76 для отключения лебедки в положении "нагрузка менее массы захвата" и 77 для отключения в положении "нагрузка более допускаемой".
Устройство контроля усилия 7 смонтировано в корпусе 1 лебедки. Уравнительный блок 69 соединен канатом 22 через блоки 55 и 56, блоковой подвески 54 захвата 5 с барабаном-редуктором 2.
Устройство управления стопором 8 захвата 5 состоит из корпуса 78, вала 79, блока 80, реечного механизма 81, пневмопривода 82 подъема стопора 58 через блок 57, ручного привода 83 подъема стопора 58, управляющего каната 24, механического указателя, состоящего из шкалы 84 и стрелки 85, и датчика электрических сигналов, состоящего из конечных выключателей 86, 87 и 88, которые передают на дистанционный пульт информацию о состоянии стопора захвата 5, соответствующую надписям на шкале 84 механического указателя. Механический указатель, состоящий из шкалы 84 и стрелки 85, предназначен для визуального наблюдения за состоянием стопора захвата и управляющего каната (троса) 24.
Устройство набрасывания скоб 9 на крюк 10 крана, выполненное автоматическим, содержит скобы 19, вращающиеся на осях 89, которые установлены в сквозные отверстия 16 и неподвижно закреплены в продольных ребрах 15 корпуса 1, предназначено для обеспечения техники безопасности и радиационной безопасности.
В скобах 19 установлены ролики 90 с некоторым смещением оси относительно оси симметрии скобы для создания опрокидывающего момента.
Скобы 19 роликами 90 соединены посредством горизонтальных пазов 91 с опорной плитой 92. К нижней поверхности опорной плиты 92 закреплены две полые направляющие 93, скользящие по двум направляющим стойкам 94. В стойках 94 установлены пружины 95, например тарельчатые, с направляющими стержнями 96, уравновешивающие массу скоб 19 при их углах наклона с некоторым большим усилием, так как при сведении-разведении скоб 19 изменяется и вертикальная составляющая действия усилия.
К нижней поверхности опорной плиты 92 и к верхней поверхности корпуса 1 лебедки закреплен механизм, фиксирующий и удерживающий скобы 19 в сведенном или разведенном положениях. Механизм представляет собой палец 97, закрепленный на нижней поверхности опорной плиты 92, со свободно вращающейся втулкой 98, выполненной с короткими и длинными пазами 99 и 100 соответственно, в частности глухими, полую направляющую 101 с упором 102, закрепленную на корпусе 1. Взаимодействие упора 102 с коротким и длинным пазами 99 и 100 обеспечивает удержание скоб 19 в разведенном или сведенном положении соответственно. Скосы 103, выполненные как фаски пазов, при движении опорной плиты 92 вверх под действием пружин 95 или вниз под действием массы крюка 10 крана обеспечивают поворот вращающейся втулке 98.
Для ориентирования установки крюка 10 крана на опорную плиту 92 установлены направляющие стержни 105 и 104.
Для обеспечения информацией на дистанционном пульте о состоянии устройства автоматического набрасывания скоб 19 введены конечные выключатели.
Конечный выключатель 106 срабатывает при правильной установке крюка 10 крана на опорную плиту 92 от подпружиненного механизма при воздействии крюка 10 крана на стержень 121 при посадке его на опорную плиту 92.
Конечный выключатель 107 сигнализирует на дистанционный пульт, что скобы 19 разведены и находятся в исходном положении.
Конечный выключатель 108 сигнализирует на дистанционный пульт о полном (максимальном) разведении (раскрытии) скоб 19.
Конечный выключатель 109 сигнализирует на дистанционный пульт, что скобы 19 наброшены.
Лебедка работает следующим образом. В исходном положении лебедка установлена на корпус контейнера 14 и неподвижно закреплена.
Скобы 19 разведены и упор 102 находится в коротком пазу 99, подано электропитание, установлен переходник 111 на блок с AЗ, в переходнике 111 установлен грибок 110, захват 5 находится в корпусе контейнера 14 в крайнем верхнем положении в раскрытом виде, при этом палец 116 находится в коротком пазу 114 поворотной втулки 53 захватного элемента 52.
На шкале 75 устройства контроля усилия 7 стрелка 74 показывает массу захвата 5.
На шкале 84 устройства управления стопором 8 стрелка 85 показывает состояние стопора захвата 5 "стопор вверху". На шкале 66 устройства контроля перемещения (положения) 6 захвата 5 стрелка 67 стоит на нуле.
Аналогичные показания от соответствующих датчиков отображаются и на вынесенном дистанционном пульте управления.
Корпус контейнера.14 с лебедкой установлен на корпус реактора. Нажатием на дистанционном пульте кнопки "пуск" включается электромеханический привод 3 захвата 5, автоматически тормоза 119 размыкаются, идет передача вращения через колеса 31, 32, 33, 34, вал 36, при этом колесо 35 неподвижно, конические колеса 37, 38, через соединительную муфту 39, приводной вал 28, планетарные механизмы 25, 26, 27 с замкнутым на корпус водилом, происходит вращение барабана-редуктора 2, сбегание силового каната 22 от центра к периферии (для сохранения допустимого угла сбегания каната с канавки), сбегание каната 24, при этом стрелка 67 перемещается по шкале 66 и показывает местоположение захвата 5, дублируя показания величины перемещения захвата 5 на пульте управления от датчика 65.
При опущенном захвате 5 в крайнее нижнее положение сработает конечный выключатель 64 и произойдет переключение (автоматически) электромеханического привода 3 на подъем захвата 5 с блоком с AЗ. При этом при соприкосновении захватных элементов 52 с поверхностями грибка 110, установленного на переходнике 111, произойдет закрытие захвата 5.
При крайнем нижнем положении захвата 5 на шкале 75 устройства контроля усилия 7 стрелка 74 покажет нагрузку менее массы захвата 5, но более нуля. При последующем подъеме и сцеплении захвата 5 с грибком 110 на шкале 84 устройства управления стопором 8 стрелка 85 покажет состояние стопора 58 захвата 5 "стопор внизу", так как стопор 58 скользя по поверхности захватного элемента 52 под действием пружины 122 при совмещении с углублением в виде гнезда 112 для стопора на захватном элементе 52 автоматически западает в него и стопорит захватный элемент 52.
Аналогичные показания от соответствующих датчиков выводятся на дистанционный пульт управления.
При этом поворотная втулка 53 захватного элемента 52 поворачивается за счет соприкосновения скосов 115 пазов с пальцем 116 и неподвижный палец 116 переходит в длинный паз 113, позволяя тем самым захватному элементу 52 переместиться к центру на закрытие захвата 5. При дальнейшем подъеме захвата 5 с блоком с AЗ в крайнее верхнее положение захват 5 не должен касаться направляющими 59 нижней поверхности корпуса 1 лебедки, так как сработает конечный выключатель 63 и электромеханический привод 3 отключится. В случае несрабатывания конечного выключателя 63 захват 5 направляющими 59 упрется в нижний торец корпуса 1 и сработает конечный выключатель 77 устройства контроля усилия 7 и отключит электродвигатель 30, если не сработает и конечный выключатель 77, то автоматически остановится электродвигатель 30 по сигналам своей внутренней защиты по току.
При этом на шкале 75 стрелка 74 покажет нагрузку на захвате 5, а на выносном дистанционном пульте выведется информация от конечного выключателя 77 и датчика усилий 73.
В случае отключения электроэнергии для завершения операции подъема (опускания) блока с AЗ предусмотренный ручной привод 4 работает как от вращения вала 47 или вала 48 вручную, так и от пневмопривода на подъем захвата 5 вращением вала 48, на опускание захвата 5 - вращением вала 47, (учитывая то, что отечественные пневмомашинки вращаются только в одном направлении, а при вращении вручную при подъеме необходимо уменьшение усилия на рукоятке).
При использовании ручного привода работа осуществляется в следующей последовательности:
Поднимается вверх фиксатор 45, при этом он выводится из зацепления с зубчатым колесом 42, отключает электродвигатель 30 воздействием на конечный выключатель 46, вращается вал 47 или вал 48, червяк 43, червячное колесо 44, коническое колесо 35, конические колеса 34, при этом коническое колесо 33 неподвижно при выключенном и заторможенном, с помощью тормозов 119, двигателе, вал 36, конические колеса 37, 38 и далее как и от электропривода на барабан-редуктор 2.
При положении захвата 5 с блоком с AЗ в крайнем верхнем положении и закрытой и уплотненной шиберной задвижке (на фиг.1 не показано) производится вакуумирование полостей корпуса контейнера 14 и лебедки для обеспечения радиационной безопасности, а именно выброса аэрозолей в случае нагревания объема воздуха в полостях.
Затем производится накидывание скоб 19 на крюк 10 крана. Опускается крюк 10 крана на опорную плиту 92, ориентируясь по выступающим из плиты направляющим стержням 105 и 104, и нажимает на стержень 121, при этом срабатывает конечный выключатель 106, и дает сигнал на пульте "крюк в зоне". Далее происходит опускание крюка 10 крана совместно с опорной плитой 92 до срабатывания конечного выключателя 108 и получения сигнала на пульте "скобы полностью разведены". При этом вращающаяся втулка 98 с короткими и длинными пазами 99 и 100 соответственно, сидящая на пальце 97, закрепленном к нижней поверхности опорной плиты 92, под воздействием упора 102 полой направляющей 101, неподвижно закрепленной на корпусе 1, повернется на некоторый угол за счет скосов 103 пазов и, выйдя из короткого паза 99, войдет в длинный паз 100.
При подъеме крюка 10 крана под воздействием пружин 95 опорная плита 92 поднимается вверх, скобы 19 синхронно с подъемом крюка 10 крана сходятся к центру и занимают положение до срабатывания конечного выключателя 109 и получения сигнала на пульте "скобы наброшены".