МЕХАНИЗМ УСТАНОВКИ И УДЕРЖАНИЯ КРЫШКИ КОНТЕЙНЕРА (ПЕНАЛА) С ОТРАБОТАВШИМ ЯДЕРНЫМ ТОПЛИВОМ
MECHANISM FOR INSTALLATION AND RETENTION OF COVER OF CONTAINER (CANISTER) 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), упакованных в ампулы или чехлы, содержащиеся в транспортном контейнере, подлежит перевозке на место длительного хранения. На площадке длительного хранения в радиационных условиях защитной горячей камеры ампулы с ПТ перегружают в контейнеры (пеналы) длительного хранения. Контейнер (пенал) длительного хранения представляет собой цилиндрический корпус, в котором на центральном стержне расположено запорное устройство, например в виде шарикового замка, удерживающее крышку пенала и позволяющее производить другие технологические операции.
При загрузке контейнера (пеналов) длительного хранения в защитной камере возникает необходимость решения проблем, связанных с раскрытием замка крышки контейнера (пенала), захватом крышки, извлечением крышки из контейнера (пенала), удержанием и отведением крышки от контейнера (пенала) с возможностью проведения работ с ним, например, по загрузке ОЯТ в контейнер (пенал), установкой крышки на контейнер (пенал) по окончании работ. Одновременно возникают вопросы, в частности с возможной деформацией контейнера при центрировании по нему захвата, несоосностью замка крышки и центральной трубы контейнера (пенала) при установке крышки, непараллельностью осей захвата и крышки, заклиниванием замка механизма подъема колонны и преждевременным износом гайки.
Известен механизм установки крышки контейнера (пенала) с отработавшим ядерным топливом (RU №2400844, G21F 5/12, 5/14, опубл. 2010 г.), содержащий корпус стойки с подъемной колонной, смонтированный в корпусе стойки привод перемещения стойки, выполненный в виде винтового механизма, винт которого установлен с возможностью вращения, а гайка установлена с возможностью линейного перемещения по винту, поворотный вал, установленный на колонне и связанный с поворотным валом хобот и захват, закрепленный на хоботе, при этом хобот снабжен пинолью с коническими роликами для центрирования захвата относительно пенала, в захвате размещен плунжер, снабженный пальцем для раскрытия замка крышки пенала и поворотными рычагами для удержания крышки.
Недостатком известного изобретения является наличие трения скольжения в узле подъемно-поворотной колонны, которое ведет к необходимости использования привода большой мощности, преждевременному износу трущихся деталей, увеличению зазоров в сопряжениях и потере точности механизма. Кроме того, преодоление больших усилий при центрировании захвата относительно контейнера при помощи роликов ведет к деформации контейнера и, как следствие, к невозможности извлечения или установки крышки, в связи с внецентренно приложенной нагрузкой, жесткая установка гайки в подъемной колонне ведет к заклиниванию механизма подъема или к преждевременному износу гайки.
Задачей, решаемой изобретением, является разработка дистанционно-управляемого механизма, позволяющего в условиях защитной камеры производить установку крышки пенала, раскрытие шарикового замка крышки контейнера (пенала), захват и удержание крышки, извлечение крышки из контейнера (пенала), отведение крышки для обеспечения возможности проведения работ с контейнером (пеналом) и установку крышки на контейнер (пенал) по окончании работы.
При использовании предлагаемого изобретения могут быть получены, в частности, следующие технические результаты:
- исключение необходимости использования приводов большой мощности;
- предотвращение заклинивания механизма подъема колонны и преждевременного износа гайки;
- исключение механизмов в хоботе, испытывающих значительные изгибающие нагрузки;
- исключение возможной деформации контейнера при центрировании по нему захвата;
- повышение точности наведения механизма;
- снижение несоосности захвата и крышки;
- предотвращение попадания при дезактивации жидкости внутрь стойки;
- расширение технологических возможностей;
- повышение надежности.
Указанная задача решается тем, что механизм установки и удержания крышки контейнера (пенала) с отработавшим ядерным топливом содержит стойку с подъемной колонной, привод перемещения стойки, выполненный в виде винтового механизма, винт которого установлен с возможностью вращения, а гайка - с возможностью линейного перемещения по винту, поворотный вал, установленный на колонне и связанный с поворотным валом хобот и захват, закрепленный на хоботе, согласно изобретения,
гайка механизма подъема колонны выполнена с возможностью самоустановки относительно колонны,
в стойке размещены ролики с возможностью перемещения по ним подъемной колонны,
узел поворота хобота выполнен на подшипниках качения,
подъемная колонна снабжена ограничителем угла поворота хобота с возможностью регулирования (настройки) угла поворота хобота,
на хоботе расположен стыковочный ключ с возможностью центрирования захвата, наведения по нему при извлечении крышки и раскрытия замка крышки,
захват соединен с хоботом при помощи сферических шарниров,
привод захвата выполнен в виде зубчатых передач внутреннего зацепления,
захват снабжен поворотными планками,
захват снабжен упорами, ограничивающими угол поворота ведущего зубчатого колеса,
захват снабжен подъемной втулкой, предназначенной для фиксации ведущего зубчатого колеса,
подъемная втулка снабжена пальцами, связывающими ее с ведущим зубчатым колесом и входящими в соответствующие отверстия корпуса захвата.
Предпочтительно, поворотные планки установить на ведомых зубчатых колесах для удержания крышки при ее извлечении, отведении от контейнера и установки в исходное положение;
Желательно, пальцев подъемной втулки выполнить два.
Целесообразно, один сферический шарнир установить в расточке корпуса.
Желательно, расточку корпуса выполнить конической.
Целесообразно, другой сферический шарнир установить в расточке фланца.
Желательно, расточку фланца выполнить конической.
Предпочтительно, хобот снабдить кожухом для предотвращения попадания воды при дезактивации.
Технический результат достигается за счет конструкции механизма установки и удержания крышки контейнера (пенала) с ОЯТ следующим образом.
Исключение необходимости использования приводов большой мощности и снижение трения обеспечивается тем, что вертикальное перемещение подъемной колонны производят по роликам и установку узла поворота хобота осуществляют на подшипниках качения.
Исключение возможности заклинивания механизма подъема подъемной колонны и преждевременного износа гайки, обеспечивается за счет того, что гайка винтового механизма подъема колонны выполнена с возможностью самоустановки относительно колонны.
Устранение центрирования захвата по боковой поверхности контейнера при помощи роликов исключает возможность деформации контейнера и повышает надежность.
Повышение точности наведения механизма обеспечивается тем, что захват установлен на двух сферических шарнирах и центрирование захвата произведено по стыковочному ключу, устанавливаемому непосредственно на крышку с возможностью снижения несоосности захвата и крышки.
Снабжение хобота кожухом обеспечивает предотвращение попадания при дезактивации жидкости внутрь стойки.
Расширение технологических возможностей механизма достигается как за счет устранения центрирования захвата по боковой поверхности контейнера, что позволяет использовать механизм для контейнеров с нецилиндрической наружной поверхностью, так и за счет разделения движений и возможности регулировки (настройки) угла поворота хобота, что позволяет, при необходимости, устанавливать крышку на стеллаж и обслуживать одним механизмом два контейнера, расположенные в разных шахтах.
Заявляемое изобретение поясняется чертежами, представленными на фиг.1-8:
фиг.1 - общий вид механизма установки и удержания крышки контейнера (пенала) (стыковочный ключ - на месте хранения);
фиг.2 - механизм установки и удержания крышки (стыковочный ключ на крышке пенала) - вид A (фиг.1);
фиг.3 - механизм установки и удержания крышки - вид Б (фиг.1);
фиг.4 - механизм установки и удержания крышки - вид В (фиг.2);
фиг.5 - разрез по Г-Г (фиг.3);
фиг.6 - механизм установки и удержания крышки - вид Д (фиг.3);
фиг.7 - механизм установки и удержания крышки - вид Е (фиг.1);
фиг.8 - механизм установки и удержания крышки (фиг.1).
Механизм установки и удержания крышки контейнера (пенала) с отработавшим ядерным топливом (фиг.1) состоит из стойки 1 с подъемной колонной 2 (фиг.3), на которой с возможностью поворота установлен хобот 3. На хоботе 3 размещены захват 4 и стыковочный ключ 5.
В стойке 1 (фиг.3) размещены винт 6, установленный на подшипниках качения 7 и 8, палец 9, скользящий по пазу Ж подъемной колонны 2 и ролики 10 (фиг.5), предназначенные для вертикального перемещения подъемной колонны 2 и обеспечивающие исключение необходимости использования приводов большой мощности и снижение трения. В винте 6 на подшипниках качения 11 и 12 установлен поворотный вал 13.
В подъемной колонне 2 (фиг.2) установлена гайка 14 «плавающая», имеющая возможность перемещения по винту 6 и обеспечивающая исключение возможности заклинивания механизма подъема колонны и преждевременного износа гайки, и узел поворота хобота 3, выполненный в виде стакана 15, установленного на подшипниках качения 16 и 17, обеспечивающих исключение необходимости использования приводов большой мощности и снижение трения. В стакане размещена втулка 18 шлицевая с возможностью перемещения по поворотному валу 13 и связанная со стаканом 15 при помощи шпонки 19. На фланце хобота 3 подъемной колонны 2 (фиг.6) установлен ограничитель 21, снабженный винтами 22 и компенсаторами 23, что обеспечивает возможность регулировки (настройки) угла поворота хобота и позволяет, при необходимости, устанавливать крышку на стеллаж и обслуживать одним механизмом два контейнера, расположенные в разных шахтах, тем самым расширяя технологические возможности механизма.
Хобот 3 (фиг.3) снабжен кожухом 24, предназначенным для предотвращения попадания при дезактивации жидкости внутрь стойки, пальцем 25, имеющим возможность взаимодействия с винтами 22 ограничителя 21, гнездом 26 (фиг.1, 2), предназначенным для размещения стыковочного ключа 5, фланцем 27, служащим для закрепления захвата 4 и связанного с хоботом при помощи шпонки 28, и кожухом 29, предназначенным для предотвращения попадания при дезактивации жидкости внутрь захвата 4.
Захват 4 (фиг.1, 2) включает в себя корпус 30, на котором на подшипниках качения 31 установлена обойма 32, в которой закреплен зубчатый венец 33 внутреннего зацепления, связанный с обоймой через шпонку 34. В расточках, например трех, корпуса 30 на подшипниках качения 35 установлены ведомые зубчатые колеса 36, входящие в зацепление с зубчатым венцом 33 и снабженные поворотными планками 37, предназначенными как для захвата и удержания крышки контейнера, так и для ее извлечения, отведения и установки на контейнер (пенал) по окончании работы. На обойме 32 размещена втулка 38, связанная с обоймой 32 пальцами 39, например двумя, и имеющая возможность перемещения вдоль оси обоймы 32. Пальцы 39 входят в одну из двух групп отверстий И или К (фиг.4), выполненных на корпусе 30. На нижней поверхности обоймы 32 установлены два упора 55. Обойма 32 и втулка 38 снабжены ручками управления 40. В центральной расточке корпуса 30 при помощи втулки 41 установлен плунжер 42, снабженный пружиной 43 и имеющий возможность вертикального перемещения. На наружной поверхности корпуса 30 установлены (фиг.7) указатели 44 направления открытия-закрытия захвата и указатели 45 и 46 состояния захвата. Присоединение захвата 4 к фланцу 27 производится при помощи сферических шарниров 47 и 48, например двух, (фиг.2), связанных между собой тягой 49, что обеспечивает повышение точности наведения механизма, при этом сферический шарнир 47 установлен в конической расточке Л корпуса 30, а сферический шарнир 48 - в аналогичной расточке М фланца 27.
Стыковочный ключ 5 (фиг.8) состоит из корпуса 50, в котором установлены шарики 51, например три, и плунжер 52, имеющий возможность вертикального перемещения. Снаружи корпуса 50 расположена втулка 53, имеющая возможность вертикального перемещения и снабженная расточкой Н и винтом 54, взаимодействующим с пазом О корпуса 50.
Работа механизма установки крышки происходит следующим образом.
Стыковочный ключ 5 (фиг.2, 8) при помощи копирующего манипулятора извлекается из гнезда 26. При этом втулка 53 стыковочного ключа (винта) 5 поднимается до упора винта 54 в дно паза О корпуса 50, а ее расточка Н располагается напротив шариков 51, освобождая последние. Далее стыковочный ключ 5 устанавливается на «грибок» С крышки 20 (фиг.2, 8) контейнера с возможностью снижения несоосности захвата и крышки. При этом шарики 51 стыковочного ключа 5 располагаются напротив канавки П «грибка» С, плунжер 52 входит в отверстие шарикового замка Р крышки, а втулка 53 опускается до упора в корпус 50, вводя шарики 51 в канавку О «грибка» крышки и запирая их. При вращении поворотного вала 13 (фиг.3) от привода поворота (не показан) вращение через втулку 18 и шпонку 19 передается стакану 15, на котором закреплен хобот 3. Поворот происходит до упора пальца 25 в соответствующий винт 22 ограничителя 21 (фиг.6), после чего по сигналу датчика привода поворота вращение вала 13 прекращается и включается привод подъема (не показан).
При вращении винта 6 от привода подъема гайка 14 вместе с подъемной колонной 2 перемещается вниз, при этом:
палец 9 скользит по пазу Ж колонны, препятствуя повороту последней;
конус У корпуса 30 захвата 4 (фиг.2) взаимодействует с конусом Т корпуса 50 стыковочного ключа 5 (фиг.8), в результате чего происходит центрирование захвата 4 относительно стыковочного ключа 5, устанавливаемого непосредственно на крышку, что обеспечивает повышение точности наведения механизма, исключает возможность деформации контейнера и повышает надежность;
плунжер 42 захвата 4 давит на плунжер 52 стыковочного ключа 5, заставляя плунжер 52 перемещаться вниз и тем самым открывать замок Р крышки 56 (фиг.2, 8).
Опускание подъемной колонны 2 происходит до упора корпуса 30 захвата 4 в поверхность Ф крышки 20, после чего по сигналу датчика привода вращения вращение винта 6 прекращается (фиг.2, 3).
Копирующим манипулятором втулка 38 (фиг.2) захвата 4 поднимается до упора, при этом пальцы 39 выходят из отверстий И (фиг.4). Затем втулка 38 поворачивается в направлении, соответствующем указателям 44. Поворот втулки 38 ограничивается упорами 55 (фиг.4). При повороте втулки 38 обойма 32 с установленным в ней зубчатым венцом 33 и связанная с втулкой 38 пальцами 39 также поворачивается, заставляя поворачиваться и ведомые зубчатые колеса 36, на которых установлены поворотные планки 37. В результате последние, поворачиваясь на 90°, захватывают крышку 20. Втулка 38 опускается и пальцы 39 входят в отверстия K, фиксируя захват и удержание крышки. Контроль за работой захвата производится при помощи телевизионной камеры (не показана).
После захвата и удержания крышки вновь включается привод подъема и происходит извлечение крышки из контейнера и подъем ее над торцом последнего. Подъем осуществляется до упора пальца 9 в дно паза Ж подъемной колонны 2, после чего по сигналу датчика привода подъема вращение винта 6 прекращается, включается привод поворота и происходит отвод захвата с крышкой от контейнера.
Работа механизма при установке крышки в контейнер (пенал) по окончании загрузки ОЯТ в него производится в обратном порядке.