МЕХАНИЗМ УСТАНОВКИ КРЫШКИ КОНТЕЙНЕРА (ПЕНАЛА) С ОТРАБОТАВШИМ ЯДЕРНЫМ ТОПЛИВОМ
MECHANISM FOR INSTALLATION OF COVER OF CONTAINER (BOX) WITH SPENT NUCLEAR FUEL

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к устройствам для объектов использования атомной энергии (ОИАЭ), и может быть преимущественно использовано в защитных камерах АЭС для контейнеров (пеналов) с отработавшим ядерным топливом (ОЯТ).
Отработавшее ядерное топливо в виде пучков тепловыделяющих сборок (ПТ), которые упакованы в ампулы или чехлы, содержащиеся в защитном транспортном контейнере, перевозится на место длительного хранения. На площадке длительного хранения ампулы с ПТ перегружают в контейнеры (пеналы) длительного хранения в специальной защитной (горячей) камере. Пенал длительного хранения представляет собой цилиндрический контейнер, в котором на центральном стержне расположено запорное устройство, например, в виде шарикового замка, удерживающее крышку пенала и позволяющее производить другие технологические операции.
В процессе загрузки контейнеров (пеналов) длительного хранения в защитной камере возникла проблема, связанная с тем, что крышка пенала длительного хранения должна быть снята и отведена, чтобы не препятствовать загрузке ампул с ПТ в вышеупомянутый контейнер (пенал). Кроме того, для снятия крышки с контейнера (пенала) длительного хранения необходимо открыть замок, удерживающий крышку, а после окончания загрузки контейнера (пенала) длительного хранения необходимо закрыть крышкой. Одновременно необходимо учитывать, что после загрузки ОЯТ в пенал возможно произвольное изменение положения оси пенала относительно оси захвата, при этом необходимо обеспечение соосности крышки и посадочного места контейнера (пенала) при установке крышки на контейнер (пенал).
Известен консольно-поворотный кран (RU №2255038, B66C 23/04, опубл. 2004 г.), содержащий колонну, поворотную стрелу, вертикально и параллельно колонне направляющую трубу, имеющую ролики и закрепленную при помощи фланцевого соединения на конце стрелы, каретку с выступом, на конце которого установлено звено для присоединения грузозахватного приспособления.
Недостатком известного изобретения является содержание в конструкции отдельных движителей для обеспечения вертикального движения и поворота, что влияет на надежность и продолжительность выполнения технологической операции.
Известно грузоподъемное устройство (RU №2311335, B66C 23/00, опубл. 2007 г.), содержащее колонну, на которой установлена стрела с возможностью поворота, захват для перемещения изделия, снабженное перемещаемой по стреле кареткой с фиксатором, взаимодействующий с гнездами на стреле и имеющий возможность устанавливать захват на определенную координату.
Недостатком указанного изобретения является то, что колонна и каретка с грузозахватным приспособлением могут находиться в строго определенных положениях, что препятствует центрированию захвата относительно пенала, поскольку после загрузки ОЯТ в пенал ось последнего может занимать произвольное положение относительно оси захвата. Кроме того, наведение захвата на изделие и соединение с изделием производится вручную, что в данном случае недопустимо по соображениям радиационной безопасности.
Известны гайка и роликовый винтовой механизм (RU №2005126240, F16H 25/24, опубл. 2007 г.), при этом роликовый винтовой механизм содержит винт с резьбой и гайку, в корпусе которой выполнены канал, вытянутый вдоль центральной оси, и радиальные отверстия, в которых установлены ролики продольного нагружения с возможностью вращения вокруг своей оси и ролики поперечного нагружения, установленные в отверстиях в корпусе с возможностью вращения и смещения относительно корпуса вдоль оси вращения при взаимодействии винта и гайки, единую систему гидрокомпенсации нагрузки роликов.
Недостатком роликового винтового механизма является содержание единой системы гидрокомпенсации, что с учетом радиационных условий защитной камеры не желательно.
Известно запорное устройство для перекрытия канала горячей камеры (RU №2288395, F16K 1/20, 31/50, C21C 19/00, опубл. 2006 г.), содержащее корпус, запорный орган, размещенный на консольных рычагах, соединенных с поворотным валом привода его перемещения, смонтированного в корпусе, причем привод перемещения запорного органа выполнен в виде винтового механизма, винт которого установлен с возможностью вращения, а гайка установлена с возможностью линейного перемещения по винту и снабжена винтовым пазом, контактирующим с пальцем, зафиксированным в поворотном валу.
Недостатком известного устройства является то, что при раскрывании замка крышки и захвате крышки требуется два отдельных внешних движителя для обеспечения поворота и линейного (вертикального) движения, кроме того, не обеспечивается центрирование захвата относительно корпуса пенала, так как при загрузке ОЯТ в пенал возможно осевое смещение пенала относительно оси захвата.
Задачей, решаемой изобретением, является разработка дистанционно-управляемого механизма установки крышки контейнера (пенала) с отработавшим ядерным топливом для раскрытия шарикового замка, снятия крышки с контейнера (пенала), удержания крышки в процессе работ с контейнером (пеналом), отведения крышки в сторону для обеспечения возможности беспрепятственной загрузки ампул с ПТ в контейнер (пенал), после окончания загрузки контейнера (пенала) закрытие его крышкой с учетом радиационных условий защитной камеры.
При использовании предлагаемого изобретения могут быть получены, в частности, следующие технические результаты:
- исключение двух отдельных внешних движителей для раскрытия замка крышки и захвата крышки, происходящих последовательно при вращении винта привода захвата;
- обеспечение центрирования захвата относительно оси корпуса контейнера (пенала);
- исключение возможности осевого смещения контейнера (пенала относительно захвата;
- обеспечение соосности крышки и посадочного места пенала при установке крышки в контейнер (пенал);
- обеспечение многофункциональности механизма;
- повышение надежности;
- расширение технологических возможностей;
- сокращение времени работы.
Указанная задача решается тем, что механизм установки крышки контейнера (пенала) с отработавшим ядерным топливом содержит корпус стойки, поворотный вал перемещения, смонтированный в корпусе стойки привод перемещения, выполненный в виде винтового механизма, винт которого установлен с возможностью вращения, а гайка установлена с возможностью линейного перемещения по винту и снабжена винтовым пазом, контактирующим с пальцем, зафиксированным в корпус стойки, согласно изобретения на поворотном валу установлена головка с хоботом с возможностью ограниченного поворота относительно вала и с размещенным в нем приводом захвата крышки, выполненным в виде винтового механизма,
винт которого установлен в пиноли с возможностью вращения,
гайка установлена с возможностью линейного перемещения по винту и снабжена пазом под шпонку, закрепленную на хоботе,
хобот головки снабжен пинолью с возможностью линейного перемещения,
пиноль снабжена коническими роликами с возможностью центрирования захвата относительно контейнера,
в захвате размещен плунжер с возможностью вертикального перемещения,
плунжер захвата снабжен пальцем для раскрытия замка крышки контейнера (пенала) и
поворотными рычагами для удержания крышки при ее извлечении и отведении в сторону для обеспечения возможности беспрепятственной загрузки ампул с ПТ в контейнер (пенал), для установки крышки в исходное положение и закрытия его крышкой с учетом радиационных условий защитной камеры.
Предпочтительно пиноль снабдить пружиной, воспринимающей реакцию от винта пиноли.
Целесообразно плунжер захвата выполнить с наклонным пазом.
Желательно гайку привода захвата соединить со штоком, на конце которого установлены ролики, контактирующие с наклонным пазом плунжера захвата.
Предпочтительно палец для раскрытия замка крышки пенала (контейнера) снабдить пружиной.
Желательно поворотные рычаги захвата выполнить с фланцем плунжера захвата при посредстве тяг.
Целесообразно тяги по длине выполнить регулируемые.
Предпочтительно палец плунжера захвата выполнить в виде стержня круглой формы.
Технический результат достигается за счет того, что в механизме установки крышки контейнера (пенала) захват включает вертикально перемещающийся плунжер, снабженный подпружиненным пальцем для раскрытия шарикового замка крышки, и поворотные рычаги, связанные с фланцем плунжера и служащие для удержания крышки при ее извлечении и для установки крышки в исходное положение. Плунжер захвата выполнен с наклонным пазом, привод захвата крышки изготовлен в виде винтового механизма, винт которого установлен в пиноли с возможностью вращения, гайка установлена с возможностью линейного перемещения по винту. Поворотный вал снабжен пазом, выполненным с прямым участком для извлечения крышки из пенала, под шпонку, закрепленную на хоботе, и связана со штоком, на оси которого установлены ролики, контактирующие с наклонным пазом плунжера захвата и служащие для приведения плунжера в движение. В результате последовательного выполнения раскрытия замка крышки и захвата крышки, при вращении винта привода захвата, не требуется двух отдельных внешних движителей, при этом повышается надежность и сокращается время на проведение технологических операций.
Расширение технологических возможностей при использовании механизма обеспечивается выполнением раскрытия шарикового замка, снятия крышки, отведения крышки в сторону, удержания крышки, установка крышки в исходное положение и закрытие крышкой пенала при этом работа производится дистанционно в радиационных условиях защитной камеры.
Центрирование захвата относительно оси корпуса пенала обеспечивается за счет кронштейна с коническими роликами, размещенного на пиноли, выполненной подпружиненной с возможностью линейного перемещения и расположенной на хоботе головки, имеющей возможность ограниченного поворота относительно поворотного вала колонны.
Соосность крышки и посадочного места контейнера (пенала) обеспечивается за счет конических роликов кронштейна на пиноли, пружины, расположенной в хоботе, и возможности ограниченного поворота головки с хоботом.
Заявляемое изобретение поясняется чертежами, представленными на фиг.1-7:
фиг.1 - общий вид механизма установки крышки контейнера (пенала);
фиг.2 - механизм установки крышки - разрез по А-А (фиг.1);
фиг.3 - механизм установки крышки - разрез по А-А (фиг.1);
фиг.4 - механизм установки крышки - разрез по А-А (фиг.1);
фиг.5 - разрез по Б-Б (фиг.2).
фиг.6 - разрез по В-В (фиг.2).
фиг.7 - разрез по Г-Г (фиг.3).
Механизм установки крышки контейнера (пенала) (фиг.1) состоит из корпуса стойки 1 с подъемно-поворотной колонной 2 (фиг.4). На колонне 2 установлена головка 3 (фиг.1), снабженная хоботом 4. Хобот 4 снабжен пинолью 5 с кронштейном конических роликов 6 и захватом 7.
В колонне 2 (фиг.4) размещены поворотный вал 14, винт 8 и ролик 10, скользящий по пазу “И” гильзы 11, связанной с гайкой 9, и по пазу колонны 2, имеющему вертикальный “П” и винтовому “Л” участки.
В винте 8 перемещения колонны 2 выполнен поворотный вал 14, который посредством конической передачи 15, соединенной с валом 16, винтом 17, штоком 18 и толкателем 19, в котором установлены ролики 20, контактирующие с пазом “З”, выполненным в плунжере 21.
Головка 3 (фиг.1, 3), содержащая коническую передачу 15, имеет возможностью ограниченного поворота за счет упора 25 (фиг.7) и паза “Ж”, выполненного в колонне 2.
В хоботе 4 установленная пиноль 5 подпружинена пружиной 26 (фиг.3) с возможностью линейного перемещения. Параметры пружины 26 таковы, что она может воспринимать реакцию от винта 17, расположенного в хоботе 4.
Пиноль 5 (фиг.1) снабжена кронштейном конических роликов 6, предназначенных для центрирования захвата 7 относительно корпуса контейнера (пенала).
Захват 7 (фиг.1, 2) снабжен лапами 13 для дистанционного упора в крышку 29 контейнера (пенала) и поворотными рычагами 23 для удержания крышки 29 при ее извлечении, отведении в сторону, установки в исходное положение и закрытия контейнера (пенала), связанные с фланцем плунжера 21 через тяги 24, регулируемые по длине.
Захват 7 (фиг.1, 2) содержит плунжер 21, снабженный пружиной 30 и пальцем 22 для раскрытия замка К крышки 29.
Плунжер 21 выполнен с возможностью вертикального перемещения и снабжен пазом “З”.
Привод захвата 7 (фиг.1, 3) крышки выполнен в виде винтового механизма, винт 17 которого установлен в пиноли 5 с возможностью вращения, гайка 28 установлена с возможностью линейного перемещения по винту 17, снабжена пазом “М” под шпонку 27, закрепленную на хоботе 4, и связана со штоком 18. На оси штока 18 (фиг.2, 5) установлены ролики 20, контактирующие с пазом “З” плунжера 21 захвата 7 и служащие для приведения плунжера 21 в движение.
Работа устройства установки крышки пенала происходит следующим образом.
При вращении винта 8 гайка 9 вместе с колонной 2 перемещается вниз, при этом ролик 10 скользит по пазу “И” гильзы 11, связанной с гайкой 9 и по наклонному (винтовому) “Л” участку паза колонны 2, заставляя последнюю после опускания на необходимую величину поворачиваться из исходного положения в положение захвата крышки.
При этом ролики 12 (фиг.3, 6) входят в соприкосновение с боковой поверхностью контейнера (пенала), заставляя перемещаться пиноль 5 в осевом направлении и поворачиваться головку 3, в результате чего происходит центрирование захвата 7 относительно контейнера (пенала).
Опускание колонны 2 происходит до упора лап 13 захвата 7 в поверхность крышки 29, после чего по сигналу датчика привода (не показано) вращение винта 8 прекращается и начинает вращаться вал 14.
Вращение вала 14 (фиг.4, 3) через коническую передачу 15 и вал 16 передается винту 17. Последний, вращаясь, заставляет перемещаться шток 18, связанный с толкателем 19, на оси которого установлены ролики 20. Ролики 20, перемещаясь вместе с толкателем 19 (фиг.2), взаимодействуют с пазом “З”, например наклонным, плунжера 21, заставляя его перемещаться вниз. При этом палец 22 входит в центральное отверстие “Н” крышки 29, раскрывая замок “К”, например шариковый, а поворотные рычаги 23, связанные с плунжером 21 через тяги 24, разворачиваются на 90°, захватывая крышку. По сигналу датчика привода (не показано) вал 14 перестает вращаться и вновь включается винт 8.
При вращении винта 8 (фиг.4) ролик 10 перемещается по вертикальному “П” участку паза колонны 2, происходит подъем колонны 2, извлечение захватом 7 крышки 29 из пенала и подъем ее над торцем последнего.
При дальнейшем вращении винта 8 (фиг.4) ролик 10, взаимодействуя с вертикальным (винтовым) “П” участком паза колонны 2, вызывает ее поворот в исходное положение.
Работа устройства механизма при установке крышки в контейнер (пенал) с отработавшим ядерным топливом производится в обратном порядке.