ЗАХВАТНОЕ УСТРОЙСТВО
GRIPPING DEVICE

Изобретение относится к области ядерной энергетики и может быть использовано преимущественно для перегрузки отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС) в ядерных реакторах с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем.
При перегрузке ОТВС в ядерном реакторе с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем необходимо осуществить технологические операции по сцеплению захвата с головкой («грибком»), страгиванию («подрыву») ОТВС с места и подъему ОТВС в перегрузочный контейнер, учитывая условия ядерной и радиационной безопасности.
Особенность указанного процесса перегрузки представляется в том, что ОТВС находится под слоем тяжелого жидкометаллического теплоносителя, при погружении захватного устройства в указанный теплоноситель необходимо преодолевать значительную выталкивающую силу за счет высокой плотности теплоносителя, превышающей плотность материала (стали), из которого изготовлено захватное устройство.
Кроме того, механизмы захватного устройства должны сохранять работоспособность при воздействии высоких температур тяжелого жидкометаллического теплоносителя.
В связи с тем что конструктивно над ОТВС на значительную высоту могут выступать чехлы системы управления и защиты (СУЗ), то необходимо обеспечить возможность беспрепятственного прохождения захватного устройства через и между чехлами СУЗ, что в свою очередь уменьшает габаритные размеры захватного устройства.
Известен автоматический захват для грузов с фигурной головкой (патент RU, №1625808, В66С 1/66, опубл. 07.02.1991 г.), содержащий корпус, шарнирно установленные в его нижней части захватные рычаги, штангу и ползун, соединенный с копиром.
Недостатком данного захватного устройства является то, что оно не позволяет проходить через чехлы СУЗ, обеспечивая преодоление выталкивающей силы при погружении в теплоноситель и работать при воздействии высоких температур под слоем теплоносителя
Существует захватное устройство для грузов с фигурной головкой (патент RU, №2034770, В66С 1/66, опубл. 10.05.1995 г.), содержащее захватные шарики, расположенные в радиальных отверстиях направляющей, и снабженное фиксирующими шариками, расположенными в отверстиях корпуса и взаимодействующими с дополнительной втулкой.
Недостаток известного захватного устройства заключается в том, что оно не позволяет проходить через чехлы СУЗ, работать при высоких температурах тяжелого жидкометаллического теплоносителя и, кроме того, исключить повреждение грузозахватных элементов захватного устройства (направляющей) и головки («грибка») ОТВС при «подрыве» последнего. Также указанные устройства не позволяют отслеживать состояние (закрыто или открыто) захватного устройства, так как работают в автоматическом режиме, что может привести к нештатной ситуации при перегрузке ОТВС.
Задачей, решаемой изобретением, является разработка конструкции устройства для выполнения технологических операций по перегрузке ОТВС в ядерных реакторах с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем, обеспечивающей преодоление значительной выталкивающей силы при погружении захватного устройства в теплоноситель с минимальным общим весом и объемом погружаемых элементов, с вынесением управляющих механизмов захватного устройства из зоны тяжелого металлического теплоносителя, с отслеживанием состояния (закрыто или открыто) захватного устройства, обеспечивающей прохождение захватного устройства через чехлы СУЗ и работоспособность механизмов захватного устройства при воздействии высоких температур теплоносителя.
При использовании предполагаемого изобретения возможны, в частности, следующие технические результаты:
- обеспечение преодоления значительной выталкивающей силы при погружении захватного устройства в теплоноситель;
- уменьшение объема погружаемых элементов;
- обеспечение работоспособности механизмов захватного устройства при воздействии высоких температур теплоносителя;
- вынесение управляющих механизмов захватного устройства из зоны тяжелого жидкометаллического теплоносителя;
- отслеживание состояния (закрыто или открыто) захватного устройства;
- предотвращение захватных элементов от проворота вокруг собственной оси;
- расширение технологических возможностей;
- повышение надежности работы.
Указанная задача решается тем, что захватное устройство содержит корпус, захватные элементы, механизм управления, грузоподъемные элементы и фланец, согласно изобретению
корпус выполнен с механизмом управления в виде управляющего кулачка с пазами фигурными, с сердечником и стержнями для открытия захватного устройства,
захватные элементы выполнены в виде поворотных штанг, на соответствующих их концах размещены сухари для «обхвата» головки отработавших тепловыделяющих сборок, фланец для упора о фланец корпуса и ролики на осях с возможностью перемещения по пазам фигурным, в нижней их части установлен узел улавливания, ограничивающий изгиб поворотных штанг при «подрыве»,
при этом захватное устройство выполнено с центральным каналом для прохождения захватного устройства через чехлы системы управления и защиты.
Целесообразно поворотные штанги выполнить длиной, позволяющей проходить слой теплоносителя до головки («грибка») отработавших тепловыделяющих сборок.
Предпочтительно узел улавливания выполнить с отверстиями под установку штанг и отверстием с ловушкой
Желательно узел улавливания выполнить с опорами трения для поворота штанг вокруг своей оси.
Целесообразно управляющий кулачок расположить вне зоны тяжелого жидкометаллического теплоносителя.
Желательно пазы управляющего кулачка выполнить по винтовой линии.
Целесообразно пазы управляющего кулачка выполнить попарно навстречу друг другу
Желательно ролики расположить вне зоны тяжелого жидкометаллического теплоносителя.
Предпочтительно сердечник снабдить стержнями для открытия захватного устройства.
Желательно корпус снабдить выступом для выполнения «подрыва» отработавших тепловыделяющих сборок.
Технический результат достигается тем, что захватное устройство выполнено с массивным корпусом, что обеспечивает ему возможность преодоления значительной выталкивающей силы при погружении в тяжелый жидкометаллический теплоноситель. Кроме того, массивный корпус обеспечивает исключение повреждения механизмов управления при работе рядом с теплоносителем, имеющим высокие температуры.
Поворотные штанги выполнены длиной, позволяющей проходить слой теплоносителя до головки («грибка») ОТВС, и с сухарями в нижней их части для «обхвата» головки («грибка») ОТВС, что обеспечивает минимальный объем, погружаемый в тяжелый жидкометаллический теплоноситель.
В нижней части поворотных штанг установлен узел улавливания, выполненный с отверстиями под установку штанг с опорами трения и отверстием с ловушкой, который обеспечивает опору штанг и ограничивает раскрытие (изгиб) последних при подрыве ОТВС.
Сердечник, установленный с возможностью перемещения в управляющем кулачке, снабжен центральным каналом для прохождения захватного устройства через чехлы СУЗ, что обеспечивает расширение технологических возможностей.
Ролики, смонтированные на штангах, установленные на осях и взаимодействующие с пазами управляющего кулачка, и управляющий кулачок вынесены из зоны тяжелого жидкометаллического теплоносителя, обеспечивая работоспособность механизмов захватного устройства.
Отслеживание состояния (закрыто или открыто) захватного устройства при работе в тяжелом жидкометаллическом теплоносителе обеспечивается перемещением стержня относительно корпуса захватного устройства.
Пазы управляющего кулачка, выполненные фигурными, по винтовой линии и навстречу друг к другу попарно, обеспечивают поворот штанг и заведение сухарей поворотных штанг под головку («грибок») ОТВС, а прямой паз управляющего кулачка за счет фиксации шпонкой обеспечивает предотвращение проворота поворотных штанг вокруг собственной оси.
Заявляемое изобретение, в частном случае реализации, поясняется следующими чертежами, представленными на фиг.1-9:
фиг.1 - общий вид захватного устройства;
фиг.2 - захватное устройство - вид сверху (фиг.1);
фиг.3 - захватное устройство открыто - разрез Б-Б (фиг.1);
фиг.4 - захватное устройство открыто - разрез А-А (фиг.3);
фиг.5 - захватное устройство закрыто - разрез Б-Б (фиг.1);
фиг.6 - захватное устройство закрыто - разрез А-А (фиг.5);
фиг.7 - элементы захватного устройства - вид Г (фиг.1);
фиг.8 - захватное устройство открыто - разрез В-В (фиг.3);
фиг.9 - узел улавливания.
Захватное устройство (фиг.1) содержит корпус 1, выполненный массивным с возможностью преодоления значительной выталкивающей силы теплоносителя и выполнения работы при высокой температуре. Корпус 1 (фиг.2, 3) выполнен с грузоподъемными элементами 2 в виде симметричных блоков для присоединения к грузоподъемному канату контейнера перегрузочного и фланцем 4, размещенным в нижней его части. Захватное устройство снабжено управляющим кулачком 3, перемещающимся внутри корпуса 1 с ограничением внизу фланцем 4.
Фланец 4 (фиг.3), размещенный в корпусе 1, выполнен, в частности, с четырьмя отверстиями под установку соответствующих штанг 5 с возможностью поворота вокруг собственной оси последних.
Захватное устройство снабжено захватными элементами в виде поворотных штанг 5 с возможностью поворота вокруг своей оси. Поворотные штанги 5 (фиг.3, 4, 5), в частности четыре, установлены с возможностью размещения в соответствующие отверстия во фланце 4, выполнены длинными, то есть длиной, позволяющей проходить слой теплоносителя до головки («грибка») ОТВС, и с сухарями 17 в нижней их части для «обхвата» головки («грибка») ОТВС. Поворотные штанги 5 выполнены с фланцем 18 и с возможностью поворотным штангам опираться им на фланец 4.
Управляющий кулачок 3 (фиг.3, 7) снабжен прорезями, в частности четырьмя, с пазами 15, выполненными фигурными по винтовой линии и расположенными попарно навстречу друг к другу, (фиг.8) для поворота штанг и заведения сухарей поворотных штанг под головку («грибок») ОТВС, а также пазом, выполненным прямым, для фиксации шпонкой 9 от проворота вокруг собственной оси. При этом управляющий кулачок 3 расположен вне зоны тяжелого жидкометаллического теплоносителя, обеспечивая работоспособность механизмов захватного устройства при воздействии высоких температур.
Сердечник 8 (фиг.3), установленный в управляющем кулачке с возможностью перемещения относительно управляющего кулачка 3, снабжен центральным каналом 10 для прохождения захватного устройства через чехлы СУЗ, расширяя технологические возможности, и стержнями 11 (фиг.2, 3) под присоединение управляющих канатов для открытия захватного устройства. На сердечнике 8 установлена пружина 12 (фиг.3) для компенсации вытягивания канатов, присоединенных к грузоподъемным элементам 2 и стержням 11.
На поворотных штангах 5 смонтированы ролики 13 (фиг.4, 6), установленные на осях и взаимодействующие с пазами 15 фигурными управляющего кулачка 3 (фиг.7). При этом ролики 13 расположены вне зоны тяжелого жидкометаллического теплоносителя, обеспечивая работоспособность механизмов захватного устройства при воздействии высоких температур теплоносителя. В нижней части штанг 5 установлен узел улавливания 6 (фиг.3) с опорами трения 7, позволяющими поворотным штангам 5 вращаться вокруг своей оси. При этом конструкция поворотных штанг 5 позволяет уменьшить объем погружаемых элементов захватного устройства.
Узел улавливания 6 (фиг.3, 9) выполнен с отверстиями под установку соответствующих поворотных штанг 5 с опорами трения 7 и отверстием с ловушкой 14 (фиг.5), в которую упирается головка («грибок») ОТВС при стыковке захватного устройства. Узел улавливания 6 за счет объединения поворотных штанг 5 опорами трения 7 позволяет при подрыве ОТВС ограничить раскрытие (изгиб) поворотных штанг и исключить повреждение элементов захватного устройства.
Работа захватного устройства происходит следующим образом.
В исходном положении захватное устройство подвешено на тросе (не показано) лебедки перегрузочного контейнера (фиг.2). При этом ролики 13 расположены в нижней части пазов 15 фигурных управляющего кулачка 3, а сухари 17 штанг 5 повернуты наружу (от центра к периферии), сердечник 8 поднят и пружина 12 находится в сжатом состоянии.
При помощи наводящего устройства (не показано) производят наведение захватного устройства на координату ОТВС, подлежащей извлечению, после чего лебедкой контейнера осуществляют опускание захватного устройства за грузоподъемные элементы 2.
Далее соответствующий чехол СУЗ входит в центральный канал 10 захватного устройства. Опускание захватного устройства производят до ослабления грузоподъемных канатов.
При этом ловушка 14 узла улавливания 6 упирается в головку («грибок») ОТВС, ограничивая перемещение вниз корпуса 1, связанного со штангами 5. Корпус 1 захватного устройства обеспечивает ему возможность преодоления значительной выталкивающей силы теплоносителя и работы штанг 5 под слоем теплоносителя с высокой температурой, расширяя технологические возможности и повышая надежность работы.
При освобождении управляющего каната (не показано), прикрепленного к стержням 11, управляющий кулачок 3 под действием собственного веса перемещается вниз и позволяет отслеживать соответствующее состояние (закрыто или открыто) захватного устройства. Ролики 13, вставленные в пазы 15 фигурные управляющего кулачка 3, поворачивают поворотные штанги 5 вокруг собственных осей, заводя таким образом попарно навстречу друг другу сухари 17 поворотных штанг 5 под головку («грибок») ОТВС. Теперь захватное устройство находится в закрытом положении (фиг.3).
Для осуществления «подрыва» ОТВС труба наводящего устройства за выступ 16 (фиг.1) захватного устройства выполняет подъем ОТВС с контролируемым усилием на фиксированную высоту. Встроенные в узел улавливания 6 опоры трения 7 штанг 5 не позволяют разойтись (изогнуться) штангам от возникающих при этом усилий, исключая повреждение элементов захватного устройства.
При подъеме захватного устройства за грузоподъемные элементы 2 корпус 1 с управляющим кулачком 3 перемещается вверх в контейнер перегрузочный.
Раскрывание захватного устройства происходит в обратном порядке.