CN101062748B - 用于提升设备的负载补偿装置 - Google Patents

Abstract

用于提升设备的负载补偿装置，其包括检测装置，该检查装置适于检测使得所述负载补偿装置致动的过载或欠载。所述负载补偿装置包括执行机构，所述执行机构与支撑负载(11)的缆绳(6)的一端相连，并可使所述缆绳在与缆绳的长度相比为短的距离内产生正的或负的位移，所述执行机构利用无刷马达(21)操作，所述无刷马达自身与无极变速传动装置相连，所述无极变速传动装置自身连接至用于检测过载或欠载的该检测装置。

Description

用于提升设备的负载补偿装置

技术领域

本发明主要涉及提升和搬运设备，尤其是涉及一种称为负载补偿器、用于优化此种提升设备的操作的装置。

更确切地，本发明应用于核反应堆领域，特别用于在核电站搬运核燃料组件。

背景技术

在提升和搬运设备领域，更确切地说，在移动式起重机领域，应用负载补偿装置广为人知。在此特定的情况下，用于进行提升的提升缆绳或缆绳组的一端卷绕在绞车的旋转滚筒上，其另一端连接在所述提升设备的提升滑车上。

在两端之间，缆绳或缆绳组卷绕在可转动地安装在所述滑车的连接点上方的游轮上，并卷绕在具有吊钩的游车的游轮上，其中负载例如通过抓爪附着在吊钩上。

如果缆绳或缆绳组发生过载，或者在另一方面，在游轮和游车之间欠载，测压仪与用于停止滚筒旋转的装置相配合。

如果所述负载在提升过程中碰到障碍物，将发生过载，反之，如果负载在下放过程中碰到障碍物，将发生欠载。

在核反应堆领域，由一定数量的核燃料组件组成的反应堆堆芯，需要定期地重新排列，其中所述核燃料组件安装在位于反应堆容器底部、也称为堆芯格板的堆芯栅板的水平面上。

事实上，经过一定的运行时间后，反应堆堆芯中的燃料组件，主要是指基本位于堆芯的中心区域的最早及最先经受辐照的组件，被从堆芯中移出，并且外围的组件逐渐向内移至堆芯的中心。因此，新的燃料组件放置在外围。

如果所述燃料组件未使用过，它们整齐有序因而将其搬运或放置在堆芯板上并不是很困难。

相反地，如果所述燃料组件已经接受一定时长的辐照，其将发生各种类型的变形，特别是扭曲，即所谓的“香蕉化”和俯曲，由于这种变形随着持续时间或辐照度的增加将急剧增大，从而导致将燃料组件放置在堆芯中或从中取出的难度增大。

如果燃料组件由于经过一个或多个操作周期而导致变形，通过堆芯板将其重新插入堆芯的其他位置，特别是由于与毗邻的燃料组件之间缺少间隙，可能会造成问题。

按照惯例，使用所谓的加燃料机从高于反应堆腔体平面的平面向反应堆堆芯添加燃料，所述加燃料机通过使用移动式起重机可在所述腔体上方移动。这种核电厂的工作人员所面临的一个主要问题在于，如果需要完成大量的操作，移动反应堆堆芯将花费相当长的时间。

事实上，为了移动或重新排列反应堆堆芯而必须将电厂关停几个星期的情况司空见惯；这相应地限制了发电从而减少了这种电厂的盈利能力。

装载或卸载反应堆的时长是实际操作燃料组件并将其放置在堆芯板上的固有时长。因此，很容易理解，需要具有一种提升和搬运装置，其高效、快捷且克服或降低了在装载和卸载操作操作中燃料组件之间产生阻碍的风险。

读者还可想到，一般而言，核燃料组件由棒状物组成，所述棒状物由实际燃料的烧结芯块堆叠而成，这些棒状物通过沿燃料组件的长度分布的间隔格板安装在一起。

在提升操作中，也就是将燃料组件移出或移走时，组件的悬置导致提升设备的过载，并且特别地，必须立即对缆绳或缆绳组进行检测以便停止加燃料机的绞车的马达。

事实上，如果这样的过载未被检测到或者在停止绞车的马达之前持续的时间过长，燃料组件所涉及的间隔格板可能损坏，并存在实际组件受其不利影响而发生聚合的风险，从而导致无法接受的后果：棒状物的释放使得必须在极度恶劣的环境中将其复原，等等。

在将燃料组件放置在堆芯中时，同样的事情也可能发生，其中除了过载变成欠载并且缆绳或缆绳组的张力减小，造成不能将燃料组件垂直放置。

为了克服这些缺点，例如在文献EP-A-0292413中提出了一种负载补偿器，其自身用于放置在加燃料机的滑车的平面上。

这种装置主要包括：

-固定车架，与滑车相连，并包括两个停止端；

-滑块，适于在所述车架内在所述停止端之间滑动；

-外部钟状部件，具有适于与滑块配合的装置；

-过载致动器(overload jack)，设置在滑块与车架、特别是其一个停止端之间；

-欠载致动器(underload jack)，嵌入在滑块和外部钟状部件之间；

-被动式平衡配重系统，由预定的重量组成，使得在放置燃料组件时可对施加在燃料组件上的力加以限制。

提升设备的缆绳或缆绳组的端部直接或间接地与外部钟状部件相连。

并且为所述致动器配备有调制的电-气供给电路，其根据检测到的负载力的变化动作。这些变化通过测压仪检测，其中根据预定义的和预设的阈值，使得压力根据离散值分别施加在所述欠载和/或过载致动器上。

文献FR-A-2753188中还提出了对这种装置进行优化的方案，其中对各个致动器的压力的控制进行连续控制。

尽管该装置公认地运行良好，然而正在进行的旨在使核电站的运行合理化的研究显示，为了实现上述目的，要求缩短反应堆堆芯关停持续时间，并应加快提升速度。

此外，已发生改变并且进而与取决于用具的可变质量一起被提升的实际负载可分别安装在位于缆绳或缆绳组端部的装载抓爪上。

经验表明，如果意欲将这种气动操作的负载补偿器应用于其动态特性发生特定变化、但又不可能将取决于所搬运负载的各阈值考虑在内的环境，是不适当的。

因而，本发明的目的在于克服以上缺点并提出一种负载补偿系统，可加快负载提升速度并增大在现有技术的情况下最初采用的质量，从而在优化操作和安全状况的同时，可指定用于引起所述负载补偿器的致动的各阈值。

发明内容

本发明涉及一种尤其用于提升设备的负载补偿装置，其包括检测装置，该检测装置适于检测使得所述负载补偿装置致动的过载或欠载。

所述负载补偿装置包括执行机构，所述执行机构与支撑负载的缆绳或缆绳组的一端相连，并可使所述缆绳组在与所述缆绳或缆绳组的长度相比为短的距离内产生正的或负的位移，所述执行机构利用无刷马达操作，所述无刷马达自身与用于检测过载或负载的检测装置相连。

换句话说，本发明主要涉及不再使用气动装置(其由于在此特别由核电站的工作人员提出的负载提升速度而不适用)，并且涉及用在提供短的响应时间和可观的加速能力方面具有优势的电动执行机构代替这种装置。

为此，线性电动执行机构包括无刷马达，减速齿轮及蜗杆，特别是具有滚珠轴承或滚柱轴承的。

根据本发明的一种形式，线性执行机构包括由这种无刷马达致动的电动滚珠螺旋致动器(electric ball screw jack)。

在本发明的另一个实施例中，线性执行机构由转矩马达类型的旋转部件组成，所述马达也是无刷类型的，并与减速齿轮以及连杆配合，以便获得所要求的平移运动。

附图说明

通过参照相关附图对以下仅作为示例给出的实施例的说明，将更易于理解实施本发明的方式以及由此带来的有益之处。

图1是根据现有技术所述装置的示意图。

图2是根据本发明所述装置的动力连接的示意图。

图3，3a和3b是本发明第一实施例的补偿器的示意图，图3a所示为过载情况下的补偿器，图3b所示为欠载情况下的补偿器。

图4a和4b是本发明第二实施例的补偿器的示意图，图4a所示为过载情况下的补偿器，图4b所示为欠载情况下的补偿器。

图5是两个曲线图，其中示出在检测到故障后补偿器的速度和位置随时间变化的函数。

具体实施例

以下的说明更直接地针对核反应堆。无论如何必须清楚地理解到，此种应用决非限定性的，本发明还可设想出其他应用，所述补偿装置可用于任何提升和搬运系统。

图1示出了用于将核燃料组件加载到核电站的反应堆中的加燃料机的滑车1。滑车1借助滚轮3在轨道2上移动。所述滑车包括一提升设备，在这种情况下，所述提升设备包括由马达5提供动力的绞车4以及卷绕在绞车上的一根或多根缆绳6。缆绳6的另一端与负载补偿装置7连接，负载补偿装置7也连接在滑车1上。

在这种情况下，缆绳6卷绕在游轮8上，所述游轮可转动地安装在与滑车1连接的臂上。

所述缆绳与功率计式张力计类型的传感器或传感器组10配合并连接至重量指示器，与重量相关的信息传送给控制该加燃料机的可编程逻辑控制器(未示出)。

负载11(在是核燃料组件的情况下)被固定在游车13的吊钩12上，缆绳或缆绳组6卷绕在绞车4的滚筒上之前先卷绕在滑轮14上。

图2更为详细地示出了所使用的动力连接。

这样，除了与图1所示现有技术相关地进行描述的各种部件，应注意，事实上，用于使缆绳或缆绳组6卷绕于其上的滚筒进行旋转的马达5通过连接器与滚筒连接，所述连接器自身与减速齿轮16连接。

进而，该绞车包括例如由直接作用于马达5的马达轴的操作型制动器17、也作用于马达5的轴的辅助制动器18以及直接作用于滚筒的安全制动系统19组成的三重制动系统。

根据本发明，负载补偿器由线性执行机构构成，该线性执行机构自身由无刷电马达致动。

从而，在各图3所示的第一实施例中，所述补偿器包括电致动器(jack)20，所述电致动器的无刷马达21通过机械连接来致动连接于缆绳(组)的滚珠螺旋轴(未示出)。

如图3所示，该补偿器的行程与其平衡位置相比较，在所述示例中是根据其是由于过载(图3a)或欠载(图3B)被致动，而分别加上或减去50mm。换句话说，在所述示例中补偿器的总行程是100mm。

在同一示例中，正如可见地，缆绳或缆绳组6通过如图2所示的负载平衡系统22直接或间接地连接至补偿器的自由端。

无刷马达与故障检测装置相连接。更确切地，实际的马达由无极变速传动装置来控制，所述无极变速传动装置本身接收来自故障检测装置的控制信号。所述故障检测装置可由与现有技术相关地提及的类型的测压仪构成，或者由用于测量重量尤其是缆绳张力的任何类型的测压仪构成。所述传感器也可由用于测量拉力、压力或其他力的传感器构成。

显然，所述检测器也与用于使滚筒4旋转的马达5连接，从而当张力超出预定的阈值(以下将给出更为详细的定义)或者检测到低的张力时，所述检测使滚筒4停止并同时致动根据本发明的补偿器20和21。从而，补偿器的无刷马达的无极变速传动装置本身与绞车控制监控系统相连接。

在第一实施例中，可使用例如由PROMESS公司销售的类型的电伺服压力机作为电致动器。其可具有集成的力传感器，从而通过将其加载在与缆绳相关联的测压仪上可实现冗余检测。

在如图4、4a和4b所示的本发明的另一个实施例中，本发明的原理仍然相同，即使用无刷马达，在此是由转矩马达23构成，该转矩马达23致动该减速齿轮24，所述减速齿轮又使连杆25转动，所述连杆的自由端与杆26配合。缆绳或缆绳组6与所述杆的自由端连接，以便将连杆的旋转运动转换为平移运动，同时用于实现补偿。

此外更为有益地，根据本发明的补偿器装备有具有故障保护功能的马达制动型安全装置，该安全装置直接作用于该无刷马达。

用于这种无刷马达的参数可通过无极变速传动装置来分配。这样，可定义一定数量的阈值，这些阈值与检测相关，并进而与致动本发明的负载补偿器相关。

在这种更适合于核反应堆的提升机领域的应用中，该负载补偿器具有三种不同的功能。

首先，通过使用无刷马达可实现平衡配重功能。当将位于缆绳或缆绳组6端部的抓爪向燃料组件移近或者当将燃料组件放置在堆芯板上时，启用该功能以便将施加在燃料组件顶端的力限制在最大负荷以下，从而防止对所述组件的损坏。

在上部区域(也就是燃料组件在反应堆堆芯中就位时与燃料组件的上端所在位置邻近的区域)以及接近区域(即相当于这些组件与堆芯板齐平地正常放置时的位置的下部区域)中，该补偿器还具有补偿功能，以便再次对由于燃料组件的顶部和基部之间的相互作用和阻碍而产生的力加以限制。

最后，在中部区域，也就是分隔此前两个区域的区域，补偿器具有补偿功能，以便对由于各燃料组件的间隔格板之间的相互作用而产生的力加以限制。

通过使用各种程序来操作补偿器的无刷马达的无极变速传动装置，能够改变用于引起所述补偿器的致动的、与不同的提升序列的高度相关的各阈值。

从而，当检测到过载，大体上是在缆绳以及燃料组件向上运动的过程中，在滚筒静止不动时，补偿器将产生与卷绕在滚筒4上的缆绳长度相当的位移。也就是说，补偿器将放出缆绳。

类似地，当发生欠载时，特别是在燃料组件向下运动的过程中，在绞车静止不动时，补偿器将收进由绞车放出的缆绳的长度。

为了实现这一结果，使用两类控制，首先是力控制。

当负载是燃料组件的情况下，补偿器用于控制在向上和向下运动的过程中施加在负载上的力。

事实上，只要力以及负载或者缆绳的张力保持在精确的范围(envelope)之内，补偿器就保持在其平衡位置并对该状况连续监控。

只要所述力超出所述范围，也就是说，如果检测到故障(过载或欠载)，就实施力控制。从而，只要检测到故障，就向绞车发出用于停止提升或下放运动的指令。在绞车向下的无负载运动中，也就是没有负载时，由于刚刚将提升辅助设备(立柱、抓爪以及如果可使用的特殊的用具)移近燃料组件，只有平衡配重功能起作用。

在这种配置中，由补偿器检测到的力与确定的设定值相当，该设定值定义为表示提升辅助设备的重量的一半。

由于提升和搬运辅助设备的数量不恒定，该力发生变化，并且根据本身或原有的燃料组件以外的用于支撑的用具的数量，其可能具有不同的阈值。事实上，应当注意，燃料组件并非由同一厂家制造，其质量因而不恒定。

在无刷马达的控制系统中，这些阈值通过输入参数而根据需要再次设定。因而对于各种负载配置都具有相应的控制程序。这些程序存储在与补偿器的无极变速传动装置相关联的存储器内，并由加燃料机的掌握相关负载配置的可编程逻辑控制器调用。

在绞车带动燃料组件向上运动的过程中，在接近区域，平衡配重功能始终被激活并满足涉及以上所述力的同样的要求。

一旦加载完成，也就是说，燃料组件和任何用具被悬挂在缆绳上，在上部区域和接近区域的补偿功能激活。在这种配置中，由补偿器检测到的力与设定的值相当，所述设定值定义为表示提升辅助设备重量的一半与燃料组件重量的一半之和。

这里，根据所用燃料的类型，由于其不必统一，该力也可具有多个值，并且相应的阈值可借助与补偿器的无刷马达相关的无极变速传动装置进行设定。

相反，在中部区域，平衡配重功能被补偿功能取而代之，用于触发补偿器的阈值与此前所指出的设定值相当。

在滚筒支撑着燃料组件进行向下运动时，与之前所描述的内容相比，该补偿器的功能与向上运动的情况相比只不过是顺序相反了，其操作仍然相同。

还可实施位置控制。正如已经指出的，只要检测到故障就向绞车发出用于停止提升或下放运动的指令，并向补偿器发出用于补偿缆绳或缆绳组的收进或放出的指令。此类控制通过使用从来自绝对编码器的信息实现，所述信息描述了绞车的滚筒4的位置变化，因而与缆绳收进或放出的量直接相关。

如以上所述，由滚筒4卷进或松开的缆绳的量分别由所述补偿器放出或收进。

图5中的两个曲线图分别示出了补偿速度随时间变化的函数以及松开的缆绳的长度也随时间变化的函数。

在第一个曲线图中，可以看出，当检测到故障，作为补偿器一部分的执行机构产生瞬时加速度，以便产生位移(第二个曲线图)直至到达绞车滚筒的有效制动时间。

该补偿器通过PC或其他等同的系统进行控制。

显然使用这样的负载补偿装置可显著地改善提升设备的操作状况。

事实上，也可显著地加快负载提升速度。

还可搬运其重量比使用根据以上所述现有技术的装置可搬运的负载的重量大的负载，在使用后者时，很快就会达到其定制的1.5吨的负载极限值。

另外，使用与无极变速传动装置相关联的无刷马达，使得根据提升设备的操作配置、安装各种类型的绞车并为补偿器指定不同的设定值成为可能。

显著加快的负载提升速度从而减少了必须关停电站的单机以进行维护特别是重新整理反应堆堆芯所需的时间，因而提高了电站的盈利能力。

最后，由于其独特的操作原理，根据本发明所述补偿器可能仅限使用其平衡配重功能。为此，无刷马达的无极变速传动装置接收与为其指定的力阈值相关的具体设定值。在这种情况下，所谓的“平衡配重”阈值在特定的提升行程中激活，以便将特别是施加在燃料组件顶端的力限制在最大负荷以内，从而避免对燃料组件的损坏。此外，传感器或传感器组10处于失效状态。

Claims (5)

1.一种用于提升设备的负载补偿装置，其包括检测装置，该检测装置用于检测使得所述负载补偿装置致动的过载或欠载，其特征在于，该负载补偿装置包括执行机构，支撑负载(11)的缆绳(6)的一端卷绕在绞车上，所述执行机构与缆绳(6)的另一端相连，并可使所述缆绳在比所述缆绳的长度短的距离内产生正的或负的位移，所述执行机构利用无刷电马达(21)操作，所述无刷电马达与一无极变速传动装置相关联，该无极变速传动装置自身连接至用于检测过载或负载的该检测装置。

2.如权利要求1所述的负载补偿装置，其特征在于，所述执行机构是线性的，并包括由所述无刷马达致动的电动滚珠螺旋致动器。

3.如权利要求1所述的负载补偿装置，其特征在于，所述执行机构包括转矩马达类型的旋转部件，所述马达是无刷类型的，并与减速齿轮以及连杆相关联，所述连杆与一直线杆配合，所述直线杆的自由端与缆绳(6)相连。

4.如权利要求1-3中任意一项所述的负载补偿装置，其特征在于，所述负载补偿装置仅在平衡配重模式下操作，所述无刷马达的所述无极变速传动装置接收与为其指定的力阈值相关的具体设定值，以及用于检测过载或欠载的该检测装置失效。

5.一种用于核电站的加燃料机，包括可沿位于反应堆堆芯上方的轨道(2)移动的滑车(1)，并包括由由马达(5)驱动的绞车(4)组成的提升设备，一根或多根提升缆绳(6)卷绕在所述绞车上，所述缆绳另一端与根据权利要求1-4任意一项所述的负载补偿装置相连。

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