ЗАХВАТНОЕ УСТРОЙСТВО ВЫЕМНОГО БЛОКА
CLAMPING DEVICE OF PULL-OUT BLOCK

Предлагаемые для рассмотрения материалы заявки относятся к области машиностроения, а именно к атомной технике, и могут быть использованы для перегрузки радиоактивных объектов в ядерном реакторе.
Известен захват для загрузки топливных сборок по патенту РФ №2468455, который содержит поворотную штангу с закрепленной на ней направляющей втулкой и фигурными пазами, выполненными в направляющей втулке, и снабжен механизмом фиксации. Фигурные пазы в направляющей втулке захвата выполнены зеркально относительно плоскости симметрии направляющей втулки. Каждый фигурный паз представляет собой центральный вертикальный паз, начинающийся от нижнего торца направляющей втулки и пересекающийся двумя Г-образными пазами, разнесенными по высоте, содержащими горизонтальные и опускные участки. Опускные участки верхнего и нижнего Г-образных пазов выполнены с разных сторон относительно центрального вертикального паза. Применение предлагаемой конструкции захвата позволяет в процессе одной технологической операции по установке топливной сборки в активную зону реактора осуществлять загрузку свежих топливных сборок в активную зону реактора, производить установку свежих топливных сборок в посадочные гнезда нижней плиты реактора, контролировать сцепление хвостовика топливной сборки с нижней плитой реактора.
Недостатком данного захвата является управление им вручную. Данное техническое решение не предназначено для осуществления перегрузки всего блока выемного (БВ), содержащего тепловыделяющие сборки. Сложности возникают при необходимости ориентировать захват, т.к. на захвате отсутствуют элементы, позволяющие устанавливать тепловыделяющую сборку ориентировано и, кроме того, такой захват не обеспечивает преодоление выталкивающей силы и не позволяет управлять приспособлениями для фиксации БВ в реакторе.
Известно захватное устройство по патенту РФ №2395446, относящееся к подъемно-транспортному машиностроению и используемое на объектах атомной энергии. Грузозахватное устройство содержит корпус с установленными в нем рычагами с роликами и управляющий груз. В корпусе выполнены два ряда проушин, в которых на осях установлены внутренние рычаги захвата с возможностью зацепления центрального грузонесущего элемента, и наружные рычаги захвата с возможностью зацепления за грузонесущей элемент, выполненный по периферии груза. Управляющий груз закреплен на штанге, проходящей в направляющей втулке, установленной в корпусе захвата.
Недостатком данного захватного устройства является отсутствие элементов на захватном устройстве, позволяющих устанавливать пенал с отработанным ядерным топливом (ОЯТ) ориентированно. Также существует вероятность расцепления захватного устройства с пеналом ОЯТ в процессе перегрузки в случае поднятия (подпрыгивания) груза при сейсмическом воздействии на устройство. Кроме того, такой захват не обеспечивает преодоление выталкивающей силы при погружении в теплоноситель и необходимость работоспособности при воздействии высоких температур под слоем теплоносителя. Захват не может быть применен для перегрузки БВ, снабженного грузоподъемными элементами в виде силовых шпилек, и не позволяет управлять приспособлениями для фиксации БВ в реакторе.
Известно захватное устройство для грузов с фигурной головкой, которое позволяет производить сцепление и расцепление захвата с грузом без участия оператора по патенту РФ №2295487. Данное устройство содержит корпус, установленные в нем с возможностью радиального перемещения подпружиненные захватные элементы, которые фиксируют открытое и закрытое положения. Блоковая подвеска расположена на корпусе захвата. Направляющие снабжены штоками и компенсаторами, а также роликами, установленными на нескольких уровнях. В корпусе блоковой подвески выполнено сквозное отверстие с заходной фаской с возможностью центрирования захватного устройства относительно фигурной головки в момент взаимного сцепления.
Недостатком известного захватного устройства для грузов с фигурной головкой является то, что при опускании и в момент наведения его на фигурную головку груза возможно разворачивание захватного устройства по углу в силу раскручивания тросов, запасованных на блоковую подвеску и, как следствие, не состыковки исполнительных механизмов с приводными штангами приспособления для траспортировки блока выемного (ПТБВ). Кроме того, для срабатывания захвата требуется дополнительное воздействие на фигурную головку груза и разгрузка части массы захватного устройства на упомянутую головку, что приводит к возможному смещению груза. Захват не может быть применен для перегрузки БВ, снабженного грузоподъемными элементами в виде силовых шпилек, не позволяет управлять приспособлениями для фиксации БВ в реакторе и не обеспечивает преодоление выталкивающей силы.
Данное захватное устройство является наиболее близким к заявляемому техническому решению по совокупности признаков и было выбрано в качестве прототипа.
При разработке нового захватного устройства была поставлена следующая техническая задача - расширение технологических возможностей захватного устройства, сокращение времени выгрузки,
обеспечение стыковки захвата посредством приспособления для транспортировки блока выемного, находящегося под слоем теплоносителя, повышение надежности конструкции и обеспечение ядерной и радиационной безопасности.
Также требовалось учесть, что решать поставленную задачу приходится в «стесненных обстоятельствах», т.е. для размещения всех необходимых для безопасной и надежной работы узлов очень мало пространства.
Указанная задача решается тем, что захватное устройство для грузов, включающее корпус со сквозным отверстием, подпружиненные захватные элементы, направляющие в верхнем торце, дополнительно содержит:
- препятствующий развороту по углу ориентирующий элемент, находящийся в постоянном контакте с рядом роликов по всему тракту перемещения в скафандре и направляющем канале,
- узел высотного позиционирования и точности состыковки с приводными штангами приспособления для транспортировки блока выемного и возможности закрепления блока выемного в корпусе реактора,
- штоки жесткого упора,
- узлы управления блоком выемным - поворотные шпильки и силовые шпильки, связанные между собой промежуточными валами, расположенные повысотно в два ряда, обеспечивающие координаты стыковки с блоком выемным.
Предлагаемые для рассмотрения материалы заявки поясняются чертежами, представленными на Фиг.1-4:
Фиг.1 - захватное устройство для грузов с фигурной головкой - главный вид;
Фиг.2 - захватное устройство для грузов с фигурной головкой - вид А (Фиг.1);
Фиг.3 - входные редуктора управления поворотными и силовыми шпильками соответственно, сечение Б-Б (Фиг.2);
Фиг.4 - промежуточный вал, сечение по Г-Г (Фиг.2), где
1 - корпус захвата
2 - ориентирующий элемент
3 - верхний торец (корпуса 1 захвата)
4, 5 - приводные исполнительные механизмы (редуктора управления)
6, 7 - промежуточные исполнительные механизмы (редуктора управления)
8 - промежуточные валы
9 - зубчатые муфты
10 - боковые поверхности (ориентирующего элемента 2)
11 - направляющий канал
12 - поверхность (корпуса 1 захвата)
13 - жесткий упор (направляющего канала)
14 - блок приводов
15 - ролики
16 - подпружиненные захватные элементы
17 - направляющие
18 - заходная фаска (корпуса 1 захвата)
19 - радиальные сквозные отверстия (корпуса 1 захвата)
20 - блоковая подвеска
21 - штоки жесткого упора (на верхнем торце 3)
22 - сквозное отверстие (боковой подвески 20)
23 - заходная фаска (сквозного отверстия 22)
24 - фигурная головка захватного устройства для грузов, фигурная головка приспособления для транспортировки блока выемного
25 - подхваты
26 - рычаги подхватов 25
Предлагаемое захватное устройство для грузов с фигурной головкой 24 содержит корпус 1 и установленные в нем с возможностью радиального перемещения подпружиненные захватные элементы 16 и снабжено несколькими направляющими 17, расположенными на верхнем торце 3 корпуса захвата, выполненного в виде плиты круглой формы со сквозным отверстием в центре с заходной фаской 18 и радиальными сквозными отверстиями 19 для размещения захватных элементов.
Блоковая подвеска 20 расположена на корпусе захвата. Направляющие 17 снабжены роликами, установленными на нескольких уровнях. На верхнем торце 3 корпуса закреплены штоки 21 жесткого упора. В корпусе блоковой подвески выполнено сквозное отверстие 22 с заходной фаской 23 для возможности центрирования захватного устройства относительно фигурной головки 24 в момент взаимного сцепления. На корпусе установлен ориентирующий элемент 2, препятствующий развороту по углу захватного устройства на всем пути его перемещения. На верхнем торце корпуса захвата расположены исполнительные механизмы 4, 5, 6 и 7, входящие в состав узла высотного позиционирования и точности стыковки, обеспечивающего дистанционное управление поворотными и силовыми шпильками блока выемного (БВ) через приводные штанги приспособления для транспортировки блока выемного (ПТБВ).
Перегрузке подвергается ПТБВ с прикрепленным к нему блока выемного. В корпусе ПТБВ равномерно по диаметру располагаются подхваты 25 в количестве трех, которые своими рычагами 26 находятся в контакте с силовыми шпильками БВ после соединения ПТБВ с БВ. Подхваты управляются приводными штангами ПТБВ от исполнительных механизмов 5 и 7.
Организована разгрузка захватного устройства на жесткий упор 13 направляющего канала в тракте перемещения.
Исполнительные механизмы, установленные на верхнем торце плиты захвата, дистанционно управляют поворотными шпильками перегружаемого изделия через штанги ПТБВ, что позволяет расширить технологические возможности захватного устройства, сокращает время выгрузки и обеспечивает надежную работу.
Организация разгрузки захватного устройства на жесткий упор в канале направляющем даст возможность точного позиционирования относительно груза с фигурной головкой и стыковки исполнительных механизмов с приводными штангами ПТБВ, что сокращает время выгрузки и обеспечивает надежность в работе, ядерную и радиационную безопасность.
Штоки 21 жесткого упора, выполненные в виде отдельных стоек и закрепленные на верхнем торце 3 плиты захвата, не передают нагрузку на кронштейны со встроенными роликами, что придает конструкции дополнительную жесткость, повышая надежность конструкции.
Работа предлагаемого для рассмотрения захватного устройства осуществляется следующим образом.
Блок выемной (БВ) собран в шахте. Приспособление для транспортировки блока выемного (ПТБВ) установлено и закреплено на БВ, главный вид, фиг.1:
- приводные штанги ПТБВ состыкованы с поворотными шпильками БВ в количестве шести штук;
- рычаги 26 подхватов 25 ПТБВ сведены вокруг каждой из трех силовых шпилек БВ.
Захватное устройство, опускаясь из скафандра перегрузочного на фигурную головку 24 ПТБВ, приводит в действие подпружиненные захватные элементы 16.
Захват закрыт. Захват с ПТБВ и БВ втянут в скафандр перегрузочный в крайнее верхнее положение. Скафандр транспортируется на реакторную установку и устанавливается на торце плиты направляющего канала.
На торце 3 корпуса 1 захвата установлен ориентирующий элемент 2 (Фиг. 1, Фиг. 2), который своими внутренними боковыми поверхностями (размер 10, Фиг. 2) обхватывает три ролика 15 по высоте одновременно из большего их количества, расположенных равномерно по всей высоте внутренней поверхности скафандра и направляющего канала. Ориентирующий элемент 2 исключает разворот захвата по углу.
На торце 3 корпуса 1 захвата установлен узел управления, содержащий исполнительные механизмы, представляющие собой приводные 4, 5 и промежуточные 6, 7 редуктора управления приводными штангами ПТБВ и связанными в свою очередь с поворотными (шестью) и силовыми (тремя) шпильками блока выемного (БВ) соответственно (главный вид, фиг. 1 и вид А, фиг. 2). Приводной 4 и промежуточные редуктора 6 приводят в действие через штанги ПТБВ поворотные шпильки в количестве шести, расположенные на БВ. Приводной 5 и промежуточные 7 редуктора управления приводят через соответствующие штанги ПТБВ в действие подхваты 25.
Места состыковок приводных штанг ПТБВ для передачи крутящего момента представляют собой подпружиненные втулки выходных валов редукторов, которые своими внутренними восьмигранниками находят на наружные восьмигранники соответствующей штанги, каждая со своей, (Б-Б, фиг. 4), всего девять штанг. Передача крутящего момента от приводного редуктора к промежуточным осуществляется посредством промежуточных валов 8 и зубчатых муфт 9 (Фиг. 2, В-В Фиг. 4). Зубчатые муфты 9 позволяют скомпенсировать отклонение от соосности выходных валов приводных редукторов 4 и 5 с выходными валами промежуточных редукторов 6, 7 и их между собой соответственно.
Захват с ПТБВ и БВ опускается из контейнера перегрузочного. Поверхность 12 корпуса 1 входит в соприкосновение с поверхностью 13, которая является кольцевой проточкой направляющего канала 11 (Фиг.1). Блок выемной разгружается в корпусе реактора, придавленный сверху массой ПТБВ, предотвращающей его от всплытия в жидкометаллическом теплоносителе. Жесткий упор для захвата, расположенный в направляющем канале, предназначен для точной остановки захвата. Последнее необходимо для обеспечения стыковки приводов, расположенных на наружной поверхности направляющего канала, с механизмами, установленными на торце 3 захвата.
Приводные шпильки ПТБВ приводятся в действие промежуточными 6, 7 и приводными 4, 5 редукторами (фиг.2), а те в свою очередь от блока приводов 14 направляющего канала 11. Сначала срабатывают привода, управляющие поворотными шпильками БВ, а затем те, которые отвечают на раскрытие подхватов 25 ПТБВ.
После срабатывания всех приводов БВ закреплен в корпусе реактора и растыкован с ПТБВ. В процессе подъема захват закрыт и за фигурную головку поднимает ПТБВ, без БВ, в скафандр перегрузочный.
Таким образом, предложенное техническое решение, а именно
- препятствующий развороту по углу ориентирующий элемент, находящийся в постоянном контакте с рядом роликов по всему тракту перемещения в скафандре и направляющем канале,
- устройство наведения и поднятия груза, обеспечивающего стыковку с заменяемым блоком выгрузки,
- узел высотного позиционирования и точности состыковки с приводными штангами приспособления для транспортировки блока выемного и возможности закрепления блока выемного в корпусе реактора,
- штоки жесткого упора,
- узлы управления блоком выемным - поворотные шпильки и силовые шпильки, связанные промежуточными валами, расположенные повысотно в два ряда, обеспечивающие координаты стыковки с блоком выемным
являются новым и неизвестным из уровня техники и соответствует критерию «новизна».
Опытный образец предлагаемого для рассмотрения технического решения был спроектирован в г. Санкт-Петербурге в ОАО «Центральное конструкторское бюро машиностроения» и по параметрам соответствует требованиям технического задания. Т.е. предлагаемое техническое решение соответствует критерию «промышленная применимость».
Таким образом, предлагаемое для рассмотрения устройство захвата обеспечивает
- расширение технологических возможностей за счет расположенного ориентирующего элемента, препятствующего вращению захвата и возможности высотного позиционирования в виде разгрузки на жесткий упор;
- повышение надежности конструкции путем расположения на корпусе захвата исполнительных органов для управления приводными штангами приспособления для транспортировки выемного блока и возможности управления поворотными и силовыми шпильками выемного блока расположенными под слоем теплоносителя;
- обеспечение ядерной и радиационной безопасности за счет дистанционного управления механизмами захватного устройства, вынесенными на образующую канала управляющего;
- удержание блока выемного от всплытия в жидкометаллическом теплоносителе, при установке блока выемного в корпус МБР (моноблок реакторный), за счет достаточной массы ПТБВ, позволяющей преодолеть выталкивающую силу.
Применение предлагаемой конструкции захватного устройства позволяет выполнять транспортно-технологические операции с отработавшим блоком выемным, из которого выгружены отработавшие тепловыделяющие сборки, а также осуществлять загрузку нового блока выемного, содержащего тепловыделяющие сборки, что расширяет технологические возможности при перегрузке, и не требует дополнительных устройств и механизмов.
Заявитель просит рассмотреть представленные материалы на предмет выдачи патента РФ на изобретение.