ЗАХВАТНОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к грузозахватным устройствам, используемым, в частности, в ядерной технике, например, для обеспечения безопасной перегрузки отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС) из бассейнов выдержки атомных реакторов в транспортные контейнеры для их перевозки на переработку.
На сегодняшний день в ряде отраслей промышленности существует необходимость выполнения дистанционных работ для обеспечения защиты персонала от вредных факторов производства при выполнении технологических операций. Одна из них - атомная промышленность. После завершения эксплуатации ОТВС находятся на временном хранении в специальных бассейнах под слоем воды, который обеспечивает биологическую защиту персонала от воздействия ионизирующего излучения. После выдержки в бассейнах ОТВС перегружают в специализированные транспортные контейнеры, в которых перевозят на переработку.
Перемещение ОТВС из бассейнов выдержки в ячейки чехла транспортного контейнера выполняют с помощью перегрузочных контейнеров по одной непосредственно в ячейку чехла транспортного контейнера или несколько сборок в пеналах, которые обеспечивают упорядоченное размещение и позиционирование сборок. С помощью захватных устройств осуществляют дистанционное зацепление и отцепление груза, в частности, пеналов с ОТВС.
Известно устройство для подъема и перемещения отработавших тепловыделяющих сборок (Патент РФ №2418329, G21C 19/10, опубл. 10.05.2011), включающее захват, установленный в полости защитного стакана, открытого со стороны бассейна. Защитный стакан присоединен к нижней части штанги, установленной на грузоподъемном устройстве. Захват снабжен приводом с возвратно-поступательным движением штока, размещенном в полости защитного стакана. Шток управляет раздвижными лапками, которые установлены на подпружиненных поворотных осях и при втянутом положении штока привода образуют по внутреннему диаметру сечение, равное сечению головки ОТВС. В качестве привода захвата используется пневматический цилиндр, соединенный трубками с установленным на верхнем конце штанги ручным пневмораспределителем.
Устройство обеспечивает безопасность при перегрузке ОТВС из транспортных чехлов в чехлы хранилища в водонаполненных хранилищах отработанного ядерного топлива на заводах по регенерации такого топлива или на АЭС.
Однако использование пневмопривода значительно усложняет устройство, кроме того трубки, соединяющие пневматический цилиндр с пневмораспределителем, затрудняют работы по перегрузке в условиях ограниченного пространства, например, в бассейнах выдержки атомных реакторов. При этом зацепление и отцепление грузов осуществляется оператором.
Известно устройство для подъема и перемещения ампул с пучками отработавших тепловыделяющих элементов (Патент РФ №2500044, G21C 19/32, опубл. 27.11.2013), в котором используется захват, установленный в полость стакана, в радиальные пазы которого введены раздвижные лапки, управляемые установленным внутри стакана штоком с установленной на нем рукояткой. При этом стакан выполнен с возможностью его введения в крышку ампулы (перемещаемого объекта) при сведенных лапках и фиксации стакана в ней при разведенных лапках. Сведение и разведение лапок осуществляется поворотом штока в заданные положения с помощью соединенной со штоком рукоятки.
Устройство позволяет производить дистанционное зацепление и поднятие ампулы, загруженной пучком отработавших тепловыделяющих элементов.
Недостатком устройства является то, что зацепление и отцепление захвата от перемещаемого объекта осуществляется поворотом штока с рукояткой с помощью манипулятора, которым управляет оператор. Кроме того использование манипулятора для управления захватом усложняет применение устройства.
Технический результат, который может быть получен при использовании заявляемой полезной модели, заключается в создании возможности дистанционного зацепления и отцепления грузов, в частности, пеналов с ОТВС, без участия оператора и обеспечения их безопасной перегрузки при упрощении захватного устройства.
Указанный технический результат достигается тем, что захватное устройство содержит корпус, в котором размещены толкатель с возможностью его ограниченного поступательного перемещения и тяга с закрепленным на ней поворотным стопором, входящим в полость толкателя и взаимодействующим с упором толкателя и с отверстием или пазом, выполненным в боковой стенке толкателя. В нижней части тяги выполнены продольные наклонные направляющие, в которых установлены с возможностью перемещения выдвижные элементы, введенные в отверстия или пазы в нижней части корпуса. При этом нижняя часть корпуса выполнена с возможностью ее введения в перемещаемый объект или в приспособление для зацепления перемещаемого объекта при втянутых выдвижных элементах и фиксации в нем при выдвинутых элементах. Корпус имеет опорную поверхность, сопрягаемую с опорной поверхностью перемещаемого объекта, а толкатель снабжен элементом для соединения с перемещающим его механизмом.
Корпус может быть выполнен разъемным.
На тяге или на оси, установленной в отверстие тяги, может быть дополнительно закреплен соединительный элемент, по меньшей мере, один, при этом поворотный стопор закреплен на соединительном элементе.
Поворотный стопор выполнен в виде звездочки, преимущественно четырех лучевой.
Наклонные направляющие тяги выполнены в виде отверстий или пазов.
Выдвижные элементы могут быть закреплены на осях, установленных с возможностью перемещения в наклонных направляющих тяги.
Выдвижные элементы могут быть выполнены в виде стержней.
Корпус может иметь опорную поверхность, сопрягаемую с поверхностью опорных элементов перемещаемого объекта, выполненных, например, в виде стержней, а нижняя часть корпуса выполнена с возможностью ее введения между этими опорными элементами.
Толкатель снабжен элементом для соединения преимущественно с грузоподъемным механизмом.
Корпус обеспечивает защиту находящихся внутри него деталей и имеет элементы для обеспечения функций захватного устройства по дистанционному зацеплению и отцеплению грузов, а именно, ограничивает продольное перемещение толкателя, обеспечивает направленное перемещение выдвижных элементов, введенных в его отверстия или пазы, и, имея опорную поверхность, сопрягаемую с опорной поверхностью перемещаемого объекта, обеспечивает передачу силового воздействия на выдвижные элементы.
Ограничение поступательного перемещения толкателя, а также предотвращение вращения толкателя относительно корпуса, может быть обеспечено, например, продольными отверстиями или пазами, выполненными в стенке корпуса, с расположенными в них осями, закрепленными на толкателе, либо продольными отверстиями или пазами, выполненными в стенке толкателя и винтами, установленными в стенке корпуса, либо формой поперечного сечения толкателя и отверстия в корпусе, в которое устанавливается толкатель.
Выполнение нижней части корпуса с возможностью ее введения в перемещаемый объект или в приспособление для зацепления перемещаемого объекта при втянутых выдвижных элементах и фиксации в нем при выдвинутых элементах позволяет вводить нижнюю часть корпуса в перемещаемый объект и зафиксировать в нем при выдвижении элементов из отверстий или пазов корпуса.
Выполнение корпуса разъемным позволяет упростить его изготовление, а также сборку и обслуживание захватного устройства.
Толкатель с упором, взаимодействуя с тягой и поворотным стопором, обеспечивает передачу силового воздействия на выдвижные элементы и их фиксацию в выдвинутом или втянутом положении.
Продольные наклонные направляющие в нижней части тяги с установленными в них выдвижными элементами при поступательном движении тяги обеспечивают выдвижение элементов из отверстий или пазов корпуса для зацепления перемещаемого объекта и их втягивание для отцепления перемещаемого объекта.
Закрепление выдвижных элементов на осях, установленных с возможностью перемещения в наклонных направляющих тяги, и выполнение выдвижных элементов в виде стержней упрощает изготовление и сборку захватного устройства.
Поворотный стопор, закрепленный на тяге и входящий в полость толкателя, при поступательном перемещении толкателя взаимодействует с упором толкателя и с нижней поверхностью отверстия или паза, выполненного в боковой стенке толкателя, при этом в определенных положениях обеспечивает соединение толкателя и тяги, смену и фиксацию положения выдвижных элементов при зацеплении и отцеплении перемещаемого объекта.
При выполнении поворотного стопора в виде четырех лучевой звездочки работа захватного устройства будет характеризоваться четырехтактным циклом. При этом при каждом такте цикла звездочка и детали захватного устройства занимают строго определенное положение.
Соединительный элемент, по меньшей мере, один, закрепленный на тяге или на оси, установленной в отверстие тяги, упрощает изготовление и сборку захватного устройства.
На Фиг. 1 представлен продольный разрез захватного устройства в исходном состоянии, на Фиг. 2 представлен вид захватного устройства снизу.
В корпусе (1) размещены толкатель (2) с упором (3) и тяга (4), на которой на оси (5) закреплен соединительный элемент (6). На соединительном элементе (6) закреплен поворотный стопор (7), выполненный в виде четырех лучевой звездочки. Поворотный стопор (7) размещен в полости толкателя (2) напротив отверстия или паза (8), выполненного в боковой стенке толкателя (2), и взаимодействует с его нижней поверхностью. Ограниченное поступательное перемещение толкателя (2), предотвращение вращения толкателя (2) относительно корпуса (1) и позиционирование стопора (7) относительно отверстия или паза (8), выполненного в боковой стенке толкателя (2), обеспечивается в приведенном примере реализации захватного устройства продольными отверстиями или пазами, выполненными в стенке толкателя (2), и винтами, установленными в стенке корпуса (1) (на схеме не изображены).
В нижней части тяги (4) выполнены продольные наклонные отверстия (9), выполняющие роль наклонных направляющих, в которых на осях (10) установлены с возможностью перемещения выдвижные элементы (11), выполненные в виде стержней и введенные в отверстия или пазы (12) в нижней части корпуса (1). Нижняя часть корпуса (1) выполнена с возможностью ее введения в перемещаемый объект. В качестве перемещаемого объекта на схеме представлен пенал, загруженный ОТВС (13). Пенал снабжен приспособлением для его зацепления в виде стержней (14), имеющих пазы с внутренней стороны, за которые осуществляется зацепление пенала выдвижными элементами (11) захватного устройства.
Корпус имеет опорную поверхность (15), сопрягаемую с опорной поверхностью стержней (14) пенала.
Толкатель (2) снабжен элементом (16) для соединения с перемещающим его механизмом, в качестве которого в приведенном примере реализации заявляемой полезной модели использован грузоподъемный механизм. Корпус (1) выполнен разъемным (на схеме изображено условно).
Захватное устройство работает следующим образом.
Захватное устройство с помощью элемента (16), закрепленного в верхней части толкателя (2), например, в виде оси, навешивается на грузоподъемный механизм. Цикл работы захватного устройства состоит из четырех движений - два движения вниз и два движения вверх.
Цикл работы начинается с опускания захватного устройства. В начальный момент толкатель (2) и соединительный элемент (6) с тягой (4) находятся в крайнем верхнем положении и соединены между собой четырех лучевой звездочкой (7), которая упирается в нижнюю поверхность отверстия (8), выполненного в боковой стенке толкателя (2). При этом выдвижные элементы (стержни) (11) втянуты в отверстия (12) корпуса (1). Нижняя часть корпуса (1) вводится в пенал с ОТВС (13) между стержнями пенала (14). При этом корпус (1) опорной поверхностью (15) упирается в опорные поверхности стержней пенала (14).
Первое движение толкателя (вниз). После установки захватного устройства на пенал грузоподъемный механизм продолжает дальнейшее опускание вниз, вследствие чего перемещается вниз и толкатель (2), который перемещает вниз соединительный элемент (6) и тягу (4). При этом оси (10), двигаясь по наклонным отверстиям (9) тяги (4), выдвигают стержни (11) из отверстий (12) корпуса (1). Стержни (11) входят в пазы стержней пенала (14), тем самым осуществляя зацепление пенала.
После чего толкатель (2), продолжая движение, опускается в крайнее нижнее положение, при этом упор (3) толкателя (2) взаимодействует с четырех лучевой звездочкой (7), которая при повороте заходит в отверстие (8) в боковой стенке толкателя (2) двумя лучами и, разъединяя толкатель (2) и соединительный элемент (6), фиксирует выдвинутое положение стержней (11).
Второе движение толкателя (вверх). Толкатель (2) из крайнего нижнего положения поднимается до касания нижней поверхностью отверстия (8) четырех лучевой звездочки (7) и, поворачивая ее, поднимается до крайнего верхнего положения. При этом четырех лучевая звездочка (7) выходит из отверстия (8). В этом положении осуществляется подъем и перемещение пенала с ОТВС путем удерживания его стержнями (11) за верхнюю поверхность паза в стержне (14) пенала.
Третье движение толкателя (вниз). Из крайнего верхнего положения толкатель (2) опускается в крайнее нижнее положение, при движении толкателя (2) упор (3) касается четырех лучевой звездочки (7) и поворачивает ее до положения, при котором один луч заходит в отверстие (8).
Четвертое движение толкателя (вверх). Толкатель (2) из крайнего нижнего положения поднимается до касания нижней поверхностью отверстия (8) четырех лучевой звездочки (7) и поворачивает ее до упора второго луча в боковую стенку толкателя (2), тем самым обеспечивая соединение толкателя (2) с соединительным элементом (6). После этого толкатель (2) поднимается до крайнего верхнего положения, поднимая соединительный элемент (6) и тягу (4). При подъеме тяги (4) оси (10) перемещаются по наклонным отверстиям (9) и втягивают стержни (11) в отверстия (12) корпуса (1), переводя захватное устройство в исходное состояние. При этом происходит отцепление пенала от захватного устройства.
Возможность осуществления захватного устройства подтверждается использованием известных средств и недефицитных материалов, в том числе признаков, представленных на уровне функционального обобщения. Проведенные испытания подтвердили возможность дистанционного зацепления и отцепления грузов, в частности, пеналов с ОТВС, без участия оператора и обеспечения их безопасной перегрузки при упрощении захватного устройства.