СТЕНД ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПРЯМОЛИНЕЙНОСТИ УДЛИНЕННЫХ ПОДВЕСОК ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА РЕАКТОРА РБМК

Полезная модель относится к обработке металлов давлением и может быть использована для правки длинномерных изделий, например, подвесок ядерного топлива для реактора РБМК.
Подвески ядерного топлива для реактора РБМК атомной станции представляют собой с переменным сечением в нескольких местах удлиненный до 7 метров сложной формы пустотелый вал, работающий в условиях высокой температуры и повышенного давления, в силу чего подвержен деформации в своих критических точках. И поэтому в процессе замены топлива (ТВС) деформированная подвеска (из-за дороговизны и сложности ее изготовления) для повторной установки на рабочую позицию реактора требует обязательного восстановления ее прямолинейности биения с точностью ±0,2 мм. Для выполнения этой сложной и точной технологической операции восстановления прямолинейности подвески в настоящее время устройств, стендов, станков и прессов в атомной энергетике и других отраслях промышленности не существует.
Так известно устройство для правки деталей типа валов, содержащее стойку и траверсу, в которой установлены опорные захваты, выполняемые в виде скоб. Упомянутые захваты имеют возможность регулирования по высоте посредством гаек и резьбы на хвостовиках, а также перемещения вдоль траверсы по направляющим посредством пазов, выполненных в захватах. Между захватами на траверсе смонтирован правильный инструмент, имеющий привод, выполненный в виде пневмогидроусилителя прямого действия, который включает пневмоцилиндр, установленный на верхней площадке траверсы, поршень которого сообщает движение штоку, входящему в корпус гидроцилиндра. Правильный инструмент в виде башмака закреплен на поршне гидроцилиндра, ход поршня которого предварительно может быть отрегулирован на необходимую величину с помощью фиксирующей гайки с делениями. Сжатый воздух подается в пневмоцилиндр с помощью крана управления. Стойка включает опору, на которой шарнирно закреплен кронштейн, положение которого регулируется посредством стяжки, щеки и регулировочного винта. Траверса подвешена к кронштейну стойки посредством подвески и цепных ветвей. Устройство предназначено для правки изогнутых прутков и кругляка, установленных в центрах токарного станка перед их обработкой. (Авторское свидетельство СССР №889191 B21D 3/00, опубл. 15.12.81 г., бюлл. №46). То есть данное устройство предназначено для восстановления прямолинейности валов с невысокой точностью и ограниченной длины.
Также известен пресс для правки цилиндрических изделий, содержащий опоры, станину, на которой закреплены гидроцилиндр с двусторонним штоком, регулируемый упор с механизмом регулировки, штатив с опорной площадкой. Один конец штока гидроцилиндра жестко связан с бойком, другой проходит через отверстие в регулируемом упоре и снабжен закрепленном на конце упорным элементом, выполненным в виде упорной шайбы. Механизм регулировки упора состоит из двух винтов, имеющих упорную резьбу и проходящих через соответствующие резьбовые отверстия в упоре. Винты связаны с приводными двигателями через зубчатую передачу. К регулируемому упору крепится измеритель перемещения - индикаторные часы, которые своей ножкой опираются на опорную площадку штатива. Опорная площадка крепится с помощью винта и имеет возможность перемещения по штативу (Патент РФ №2107569 B21D 3/10, опубл. 27.03.98 г. Бюлл. №9). Этот пресс характеризуется сложностью настройки выполнения операции правки цилиндрических изделий, поскольку каждый раз необходимо при различной кривизне, например, трубы проводить расчет зазора между бойком и ее поверхностью, и в связи с этим перенастраивать механизм давления пресса, что вообще-то обусловливает и невысокий уровень точности правки изделия.
Задача полезной модели состоит в устранении недостатков, имеющихся у аналогов, в части касающейся повышения производительности и точности восстановления прямолинейности удлиненных с переменным сечением цилиндрических изделий. По конструктивному исполнению ни один из аналогов не может быть определен в качестве прототипа стенда восстановления прямолинейности удлиненных с переменным сечением подвесок ядерного топлива реактора РБМК (далее - стенд).
Технический результат - повышение производительности и точности восстановления прямолинейности удлиненных с переменным сечением подвесок ядерного топлива реактора РБМК обеспечивается созданием стенда, содержащего протяженную станину со смонтированной на ней с возможностью продольного перемещения по направляющим и зубчатой рейке, выполненной в виде силовой рамы, снабженной двумя упорами и силовым органом, кареткой с приводом, на которой установлен в быстросъемном корпусе блок панельного компьютера, включающий собственно панельный компьютер, нормирующий преобразователь и блок сопряжения. На каретке также размещены датчик биения подвески, нивелир лазерно-оптический и приводы ее перемещения. А привод вращения, опоры подвески, блоки контроля зазора, дальномер лазерный и общий блок питания установлены на станине. При этом датчик биения подвесок связан через нормирующий преобразователь с панельным компьютером, входы которого через блок сопряжения подключены к выходам двух блоков контроля зазора, связанных с входами приводов перемещения каретки, причем последний вход компьютера соединен с выходом дальномера лазерного.
Стенд характеризуется тем, что в качестве вращающихся опор подвесок использованы люнеты, перемещаемые в вертикальной и частично в горизонтальной плоскости, а привод каретки выполнен электрическим или в ручном исполнении, при этом блок питания с напряжением 24 В постоянного тока для всех конструктивных элементов является общим. Стенд также отличается и тем, что блок контроля зазора выполнен в виде передатчика и приемника светового сигнала и снабжен флеш-накопителем информации, который может быть связан с внешним компьютером.
Заявляемый стенд по совокупности технических средств, узлов, механизмов (станина, каретка, люнеты, нивелир лазерно-оптический и другие элементы), их взаимное расположение находятся в конструктивном и функциональном взаимодействии и представляют собой единое устройство, обеспечивающее достижение более высокого уровня технического результата, а именно высокое качество и одновременно производительность правки чрезмерно длинной (более 7 м) и сложной по конфигурации дорогостоящей подвески ядерного топлива реактора и поэтому заявляется в качестве полезной модели. Отсутствие любого из средств делает стенд неработоспособным или значительно снижающим его достоинства.
Полезная модель является новой, поскольку совокупность существенных признаков ее формулы не обнаружена в информационных и патентных источниках (см. источники информации, принятые во внимание при оформлении данной заявки на полезную модель). Компоновка конструктивных элементов стенда сама по себе является новой, так как с найденными аналогами совпадает только по функциональному назначению.
Промышленная применимость полезной модели не вызывает сомнения, так как в основном каждый элемент конструкции стенда известен в технике и может быть применен и изготовлен методом обычного инженерного проектирования с использованием известных промышленных технологий. По предлагаемому стенду разработана конструкторская документация. Стенд предполагается использовать на Курской атомной станции.
Полезная модель проиллюстрирована чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид стенда в сборе, на фиг. 2 изображен его вид сверху, общий вид каретки с компьютерным блоком и силовым органом отражен на фиг. 3, на фиг. 4 и 5 показаны соответственно ее виды сверху и сбоку, на фиг. 6 изображена схема установки люнетов с механизмом перемещения. Схема структурная стенда показана на фиг. 7.
Стенд восстановления прямолинейности удлиненных подвесок ядерного топлива для реактора РБМК (далее - стенд) содержит протяженную станину 1 со смонтированной на ней с возможностью продольного перемещения по направляющим 2 и зубчатой рейке 3 кареткой 4. Каретка 4 выполнена в виде силовой рамы, снабженной двумя упорами 6 и 7 и силовым органом 8, и на которой установлен в быстросъемном корпусе 9 блок панельного компьютера 10, включающий собственно панельный компьютер 11, нормирующий преобразователь 12 и блок сопряжения 13. На каретке 4 также размещены датчик 14 биения подвески 15, нивелир 16 лазерно-оптический и приводы 16 и 17 перемещения каретки, соответственно ручной и электрический, а на самой станине 1 установлены вращающиеся опоры для подвески 15 в виде люнетов 18, привод 19 ее вращения, блоки 20 контроля зазора, дальномер 21 лазерный и общий блок 22 питания. Стенд может быть снабжен флеш-накопителем 23 информации и который может быть подключен к внешнему компьютеру 24 с целью распечатывания протокола восстановления прямолинейности подвесок 15. При этом в электротехнической схеме стенда датчик 14 биения подвесок 15 связан через нормирующий преобразователь 12 с панельным компьютером 11, входы которого через блок 13 сопряжения подключены с выходом двух блоков 20 контроля зазора, связанных с входами приводов 16 и 17 перемещения каретки 4, причем последний вход компьютера 11 соединен с выходом дальномера 21 лазерного. Стенд также может быть снабжен магазин -контейнером 25, который можно установить в кронштейны 26. Станина 1 должна обладать достаточной жесткостью и неизменностью формы и размеров в процессе всего срока службы и во всем диапазоне рабочих температур. Направляющие 2 и зубчатые рейки 3 могут набираться из отрезков любой длины, при этом зубчатая рейка 3 комплектуется шестернями 27 с определенной линейкой диаметров. Упоры 6 и 7 функционально конструктивно разделяются на упорный элемент 28 и механизм 29 его перемещения. Упорный элемент 28 представляет собой сориентированный в пространстве ложемент 30 сложной формы с центральной канавкой 31 для предотвращения сжатия сварного шва подвески 15. Механизм 29 перемещения упоров 6 и 7 выполнен в виде червячной пары 32 (на фиг. не показаны), винта 33 и ходового колеса 34. Механизм 29 перемещения упоров 6 и 7 должен обеспечивать линейное перемещение в пределах от 0 до 70 мм, выдерживать продольное усилие 1000 кгс и быть необратимым.
Для механизации подачи усилия на приводы могут быть установлены двигатели с редукторами. С целью создания усилия, восстанавливающего прямолинейность формы подвески 15, на каретке 4 имеется силовой орган 8, который по конструкции аналогичен конструкции упоров 6 и 7 и развивает с помощью ходового винта 35 и штурвала 36 усилие до 1000 кгс. Люнеты 18 предназначены для удержания подвески 15 в опорных сечениях «D» и обеспечения их правильной ориентации. При выставлении подвески 15 или при перенастройке стенда на другие типы подвесок люнет 18 имеет возможность вертикального перемещения с помощью привода 37, аналогичного приводу упоров 6 и 7 и может осуществлять поворот вокруг вертикальной оси. Вращающихся поверхностей 38 контакта в люнете 18 должно быть несколько, и люнет в целом должен выдерживать достаточно большую боковую нагрузку и при этом не сминать подвеску 15 ядерного топлива. Сама различного типа подвеска 15 с длиной до 7000 мм имеет сложную с различными переходами и диаметрами (в пределах от 25 до 90 мм) цилиндрическую форму и поэтому вращающий момент на такую подвеску необходимо передавать без проскальзывания гарантированно в зоне максимального ее диаметра «D», оказывая в то же время минимальное воздействие на ее форму. Привод 19 вращения подвески 15 может быть снабжен, например, мотор-редуктором с регулируемым количеством оборотов ведущего вала. В качестве измерителя исходного биения подвески 15 в стенде выбран бесконтактный лазерный датчик 14, в частности, лазерный датчик ODHI фирмы «Sick Sensor Intelligence)) с диапазоном измерения (0-140) мм и разрешающей способностью 20 мкм. Причем датчик 14 на каретке 4 установлен так, чтобы его лазерный луч имел возможность лежать в одной плоскости, совпадающей с осями силового органа 8 и упоров 6 и 7. Ручной привод 16 каретки 4 составлен из пары: зубчатая рейка 3 - зубчатое колесо 27 и передачи на него через зубчатый механизм 39 и маховик 40 усилия движения этой каретки относительно стенда. Электрический привод 17 обеспечивает перемещение каретки 4 относительно направляющих 2 и зубчатой рейки 3 с помощью мотор-редуктора 41 и шестерни 27. Для возможности точной контрольной проверки установки подвески 15 в стенде последний оснащается лазерно-оптическим нивелиром 46, принцип действия которого основан на явлении отражения света от цилиндрической поверхности. Для контроля заданного положения источник и приемник нивелира 46 должны находиться в одной плоскости, а ось диаметра подвески 15 - в области измерения. В дальномер 21 лазерный по общепринятой схеме входит собственно дальномер лазерный «Hilti», контроллер (на фиг. не показаны) и лазерная мишень 42. Дальномер лазерный предназначен для определения местонахождения каретки 4 относительно места правки подвески 15 и люнетов 18, в которых установлена подвеска 15. Одним из условий перемещения каретки 4 является выведение из области подвески 15 ее упоров 6 и 7 и силового органа 8, так чтобы между границами люнета 18 и перечисленными устройствами присутствовал зазор a. Наличие зазора a с каждой стороны контролируется блоками 20 контроля зазора, каждый из которых состоит из передающей и приемной частей 43, 44 лазерного луча. Передатчик 43 осуществляет передачу на приемник 44 узконаправленного светового сигнала, модулированного частотой, не кратной 50 Гц. Приемник 44 принимает сигнал при отсутствии препятствий в просвете и пропускает сигнал с выхода фотоэлемента через полосовой фильтр с целью отсечения световой засветки. При отсутствии зазора оптический сигнал не доходит до приемника 44 и сигнал на его выходе равен нулю. Данный сигнал поступает на вход компьютера 11 и одновременно блокирует питание на движение каретки 4. При свободном зазоре a сигнал в виде единицы поступает на вход того же компьютера 11 и он разрешает подачу питания на блок управления электрическим приводом каретки 4. Компьютер 11, нормирующий преобразователь 12 и блок сопряжения 13 помещены в быстросъемный корпус 9, который в целях механической и радиационной сохранности после выполнения правки подвесок 15 удаляются с рабочей позиции стенда, а с целью исключения механического повреждения компьютера 11, он с боков снабжен предохранительными (защитными) дугами 45. Блок питания 22 напряжением в 24 В является общим для всех потребляющих ток конструктивных элементов.
Стенд восстановления прямолинейности удлиненных подвесок ядерного топлива для реактора РБМК может быть использован при необходимости правки многих подвесок и совместно с магазин-контейнером и их кантователем.
Имеющееся программное обеспечение стенда позволяет осуществлять полуавтоматизацию правки подвески 15.
Стенд работает следующим образом.
После того, как краном (на фиг. не показан) подвеску 15, например, из магазин-контейнера 25 устанавливают большим диаметром «D» в люнеты 18 стенда, включают общий блок 22 питания и привод 19 вращения подвески 15, которой сообщается вращение со скоростью 6-7 об/мин, после чего камеру 4 перемещают относительно этой подвески для определения ее критических точек кривизны вдоль продольной оси. Перемещаясь между люнетами 18 в начальной позиции измерения, настроенный на ось симметрии упоров 6, 7 и силового органа 8 датчик 14 биения передает аналоговый сигнал величины max кривизны в нормирующий преобразователь 12, который уже в цифровой форме передает его в компьютер 11, как исходные данные для проведения восстановления прямолинейности подвески 15.
При построении векторной диаграммы биений и при достижении требуемой ориентации подвески по сигналу от компьютера 11 произойдет остановка двигателя привода 19. После выявления местонахождения, количества и величины радиальных биений (прогибов) подвески каретка 4 отводится в начальное положение I для восстановления ее прямолинейности. Затем, вращая колесо 34 с помощью механизма 29 перемещения, устанавливают упоры 6 и 7 до полного соприкосновения с подвеской 15. К установленному месту прогиба, используя ходовой винт 35 и штурвал 36, прикладывают горизонтально к силовому органу 8 усилие в пределах до 1000 кгс в зависимости от жесткости подвески 15, контролируя уменьшение величины прогиба до нормы по индикатору нормирующего преобразователя 12. Закончив устранение прогиба на I измерительной позиции, отводят упоры 6,7 и силовой орган 8 за пределы люнета 18 и, образовав зазор a, который контролируется блоками 20, включают передатчики 43 и приемники 44 узконаправленного светового сигнала. От приемника 44 при отсутствии зазора а сигнал поступает на вход компьютера 11 и блокирует подачу питания на блок управления электрическим приводом каретки 4, а при наличии свободного зазора a разрешает подачу ее питания на электрический привод 17 и каретка 4 перемещается по направляющим 2 и зубчатой передаче 3-27 на позицию измерения II. Для более точной подгонки и установки силового органа 8 к критическому месту прогиба подвески 15 используют ручной привод 16, приводя во вращение колесо 34 через зубчатое зацепление 3-27. Как только упоры 6,7 и силовой орган 8 подведены к подвеске 15, каретка 4 обесточивается и жестко стоит на выверенной рабочей позиции II измерения. Устранив прогиб подвески 15 на этом участке, снова отводят упоры 6, 7 и силовой орган 8 за пределы люнета 18, блок 20 контроля зазора подает сигнал компьютеру 11 и последний подает питание на каретку 4 для возможного перемещения ее на следующую позицию восстановления прямолинейности подвески 15 и цикл повторяется до полного восстановления всей ее длины. При всех совершаемых перемещениях каретки 4, позиции ее остановки компьютер 11 четко следит с помощью дальномера 21 и лазерной мишени 42. Поскольку стенд предназначен для исправления различного типа с различными диаметрами подвесок, то разнодиаметральность устраняется возможностью вертикального подъема люнетов 18, а эксплуатационные дефекты направляющих 2, зубчатой рейки 3 можно контролировать, применяя нивелир 46 лазерно-оптический. После восстановления подвесок отклонение их от эталонной нормы с учетом их длины и различных сечений должны быть в пределах (0,5-1) мм.
Предлагаемая полезная модель предназначена обеспечить в ядерной энергетике:
- повышение достоверности контроля радиальных биений подвесок;
- сокращение времени диагностирования подвесок;
- повышение производительности восстановления прямолинейности подвесок;
- оперативный контроль и регистрацию информации о выполнении технологии по восстановлению прямолинейности подвесок.
Источники информации, принятые во внимание при оформлении заявки на полезную модель.
1. Авторское свидетельство СССР №564042 B21D 3/10 опубл. 05.07.1977 г.
2. Авторское свидетельство СССР №667276 B21D 3/10 опубл. 15.06.1979 г.
3. Авторское свидетельство СССР №1433535 B21D 3/10 опубл. 30.10.1988 г.
4. Авторское свидетельство СССР №1655595 B21D 3/10 опубл. 15.06.1991 г.
5. Патент РФ №2070456 B21D 3/10 опубл. 20.12.1996 г.
6. Патент РФ №2104108 B21D 3/10, 3/16 опубл. 10.02.1998 г.
7. Авторское свидетельство СССР №1013018 B21D 3/10 опубл. 31.12.1981 г.
8. Авторское свидетельство СССР №841704 B21D 3/16 опубл. 31.06.1981 г.
9. Свидетельство на полезную модель №15863 B21D 3/00 опубл. 20.11.2000 г.
10. Свидетельство на полезную модель №33724 B21D 3/00 опубл. 10.11.2009 г.
11. Патент РФ на полезную модель №75968 B21D 3/00, 3/16 опубл. 10.09.2008 г.
12. Патент США №3823588 B21D 3/02 опубл. 16.07.1974 г.
13. Авторское свидетельство №239199 B21D 3/04 опубл. 04.07.1967 г.
14. Авторское свидетельство №656696 B21D 3/00 опубл. 07.03.1986 г.