CN102231290B - 高温气冷堆燃料取料装置及取料方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高温气冷堆燃料取料装置及其取料方法，涉及反应堆工程设备技术领域，所述装置包括：输送装置、罐盖开启装置、燃料罐翻转及旋转装置与取袋及接料装置；所述输送装置包括：架体、多个安装于架体上且相互平行的传送辊轮、安装于所述传送辊轮上的链条和用于通过链条带动传送辊轮转动的第一电机；所述燃料罐翻转及旋转装置包括：翻转架、翻转轴、主旋转辊轮、被动旋转辊轮、第二电机、翻转齿轮箱和第三电机；所述罐盖开启装置包括：转动立柱、第四电机、升降臂、第五电机和取盖器；所述取袋及接料装置包括：取料头、料头架、料头架导轨、第六电机、接料槽、料槽导轨和第七电机；本发明能够自动将燃料元件从燃料罐中取出。
Description
技术领域
本发明涉及反应堆工程设备技术领域，尤其涉及一种高温气冷堆所用袋装单列球形燃料的取料装置及取料方法。
背景技术
高温气冷堆所用燃料为一种直径60毫米的球形元件，该种燃料元件采用单列袋装形式贮存在燃料罐内的元件格架中，每袋的元件数量通常为20个。当向堆芯装入燃料元件时，需要先将燃料罐盖打开，取出单列袋装的燃料元件，再进行后续装料工作。此过程通常采用人工或部分自动化操作。采用人工操作时，燃料中的放射性物质会对人体造成极大伤害，取料过程十分危险；采用部分自动化操作，由于燃料罐结构偏差、燃料元件尺寸偏差，以及元件格架加工偏差的存在，现有的自动化取料装置容差能力有限，不能准确的将燃料元件取出。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：提供一种燃料取料装置及取料方法，其能够在较大容差条件下自动将燃料元件从燃料罐中取出，降低了燃料元件装料过程的人工干预程度。
(二)技术方案
为解决上述问题，本发明提供了一种高温气冷堆燃料取料装置，包括：输送装置、罐盖开启装置、燃料罐翻转及旋转装置与取袋及接料装置；
所述输送装置包括：架体、多个安装于架体上且相互平行的传送辊轮、安装于所述传送辊轮上的链条和用于通过链条带动传送辊轮转动的第一电机；
所述燃料罐翻转及旋转装置包括：翻转架、翻转轴、主旋转辊轮、被动旋转辊轮、第二电机、翻转齿轮箱和第三电机；
所述翻转架通过翻转轴安装于架体上，用于以翻转轴为中心翻转；
所述翻转齿轮箱与翻转轴连接，用于为翻转轴传递由第三电机提供的翻转动力；
所述主旋转辊轮和被动旋转辊轮对称安装于翻转架靠近翻转轴的一侧，所述主旋转辊轮用于由第二电机带动旋转从而带动罐体转动；所述被动旋转辊轮用于支承罐体，并随罐体转动；
所述罐盖开启装置包括：转动立柱、第四电机、升降臂、第五电机和取盖器；
所述转动立柱竖直布置，用于由第四电机带动旋转；
所述升降臂安装于转动立柱上，用于由第五电机带动上下移动；
所述取盖器与升降臂固定连接，取盖器的外形尺寸与燃料罐罐盖相同，用于机械抓取罐盖；
所述取袋及接料装置包括：取料头、料头架、料头架导轨、第六电机、接料槽、料槽导轨和第七电机；
所述接料槽上设有弧形齿槽，用于接放燃料；
所述料槽导轨呈齿状，竖直固定在架体上，用于使接料槽在第六电机带动下上下移动；
所述接料槽通过与料槽导轨相啮合的齿轮及架体上相应的导轨水平安装于料槽导轨上；
所述料头架导轨固定于接料槽上，其方向与接料槽的弧形齿槽的轴线方向一致，用于使料头架移动；
所述料头架安装于料头架导轨上；
所述取料头固定在料头架上，用于抽取燃料。
其中，所述装置还包括安装于翻转架底部中心的辅助底轮，用于在罐体翻转时支承罐体，并在罐体转动时随罐体同步转动。
其中，所述翻转架底部上表面低于传送辊轮的顶部水平面，用于方便燃料罐进出。
其中，所述架体的两侧安装有不低于半个燃料罐罐体高度的护栏，用于防止罐体在输送过程中倾倒。
其中，所述主旋转辊轮及被动旋转辊轮上设有凹槽，用于避开罐体外壁上的补强环。
其中，所述取料头为双层吸盘结构，其取料端为球冠形凹面，凹面上开有孔，凹面中心设有气孔。
其中，所述取料头尾端连接负压源，用于通过负压开、断作用实现对燃料元件的吸取、抽出和放下。
其中，还包括设于翻转架外侧的罐盖平台，用于摆放燃料罐罐盖。
一种利用前述装置进行取料操作的高温气冷堆燃料取料方法，包括以下步骤：
S1：启动第一电机，使链条带动传送辊轮将燃料罐运送至翻转架内；
S2：启动第四电机和第五电机，调节转动立柱和升降臂的位置，使取盖器机械抓取燃料罐罐盖；
S3：启动第三电机，使翻转齿轮箱带动翻转轴转动，将燃料罐翻转架缓慢转动90度；
S4：启动第二电机，使主旋转辊轮带动燃料罐周向缓慢旋转，此时，被动旋转辊轮随动旋转；
S5：启动第六电机，使得接料槽上升至燃料罐内第一圈格架位，使得取料头正对燃料罐内第一圈周向布置的第一个待取料的元件筒轴心；
S6：启动第七电机，移动取料头，将燃料元件从元件筒内取出放于接料槽内；
S7：启动第六电机，使得接料槽下降，将燃料元件运送至下一工位，实现自动给料，然后返回至前一步骤的位置；同时通过第二电机旋转燃料罐，使得取料头中心轴线与下一待取料的元件筒中心轴线一致；
S8：重复步骤S6～S7，将本圈内燃料元件全部取完；
S9：将接料槽上移使得取料头正对燃料罐内待取料的下一圈周向布置的第一个待取料的元件筒轴心，执行步骤S6～S8进行取料操作。
其中，所述步骤S6进一步包括：使取料头移动并开启与取料头相连的负压源，利用负压作用使取料头吸紧元件，并将燃料元件从元件筒内取出落在接料槽内；关闭负压源，取料头放开元件。
(三)有益效果
本发明可以完成燃料罐输送、罐盖开启、燃料罐90度翻转、燃料罐准确初始定位和周向精确旋转、燃料元件的吸取、抽出及承接和放置，由于全部过程以电机及驱动器为动力，实现了取料过程的自动化，降低了燃料元件装料过程的人工干预程度。
附图说明
图1为本发明所述高温气冷堆燃料取料装置的结构示意图(a)；
图2为本发明所述高温气冷堆燃料取料装置的结构示意图(b)；
图3为本发明所述高温气冷堆燃料取料装置的结构示意图(c)；
图4为本发明所述高温气冷堆燃料取料方法的流程图。
其中，1：架体，2：传送辊轮，3：链条，4：第一电机，5：翻转架，6：翻转轴，7：主旋转辊轮，8：被动旋转辊轮，9：第二电机，10：翻转齿轮箱，11：第三电机，12：转动立柱，13：第四电机，14：升降臂，15：第五电机，16：取盖器，17：取料头，18：料头架，19：料头架导轨，20：第六电机，21：接料槽，22：料槽导轨，23：第七电机，24：辅助底轮，25：罐盖平台，26：护栏。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1-3所示；本发明提供的一种高温气冷堆燃料取料装置，包括：输送装置、罐盖开启装置、燃料罐翻转及旋转装置与取袋及接料装置；
所述输送装置包括：架体1、多个安装于架体1上且相互平行的传送辊轮2、安装于所述传送辊轮2上的链条3和用于通过链条3带动传送辊轮2转动的第一电机4；所述架体1的两侧安装有不低于半个燃料罐罐体高度的护栏26，用于防止罐体在输送过程中倾倒；所述传送辊轮2具有容纳所述翻转架5底部托架的凹槽结构。
所述燃料罐翻转及旋转装置包括：翻转架5、翻转轴6、主旋转辊轮7、被动旋转辊轮8、第二电机9、翻转齿轮箱10和第三电机11；
所述翻转架5通过翻转轴6安装于架体1上，用于以翻转轴6为中心翻转；所述翻转架5底部上表面低于传送辊轮2的顶部水平面，用于方便燃料罐进出。
所述翻转齿轮箱10与翻转轴6连接，用于为翻转轴6传递由第三电机提供的翻转动力；所述主旋转辊轮7和被动旋转辊轮8对称安装于翻转架5靠近翻转轴6的一侧，所述主旋转辊轮7用于通过第二电机9带动旋转从而带动罐体转动；所述被动旋转辊轮8用于支承罐体，并随罐体转动；还包括安装于翻转架5底部中心的辅助底轮24，用于在罐体翻转时支承罐体，并在罐体转动时随罐体同步转动。主旋转辊轮7及被动旋转辊轮8上设有凹槽，用于避开罐体外壁上的补强环。
所述罐盖开启装置包括：转动立柱12、第四电机13、升降臂14、第五电机15和取盖器16；
所述转动立柱12竖直布置，用于由第四电机13带动旋转；
所述升降臂14安装于转动立柱12上，用于由第五电机15带动上下移动；
所述取盖器16与升降臂14固定连接，取盖器16的外形尺寸与燃料罐罐盖相同，用于机械抓取罐盖；所述翻转架5外侧还设有罐盖平台25，用于摆放燃料罐罐盖；
所述取袋及接料装置包括：取料头17、料头架18、料头架导轨19、第六电机20、接料槽21、料槽导轨22和第七电机23；
所述接料槽21上设有弧形齿槽，用于接放燃料；
所述料槽导轨22呈齿状，竖直固定在架体1上，用于使接料槽21在第六电机20带动下上下移动；
所述接料槽21通过与料槽导轨22相啮合的齿轮及架体1上相应的导轨水平安装于料槽导轨22上；
所述料头架导轨19固定于接料槽21上，其方向与接料槽21的弧形齿槽的轴线方向一致，用于使料头架18移动；
所述料头架18安装于料头架导轨19上；
所述取料头17固定在料头架18上，取料头外径小于燃料元件直径，所述取料头17用于抽取燃料。
所述取料头17为双层吸盘结构，其取料端为球冠形凹面，凹面上开有孔，凹面中心设有气孔。取料头17尾端连接负压源，用于通过负压开、断作用实现对燃料元件的吸取、抽出和放下。
燃料罐内具有一定布置规律的圆形元件格架设计，为实现自动化取料提供了基础。但由于燃料罐结构偏差、燃料元件尺寸偏差，以及元件格架加工偏差的存在，也为自动化取料装置提出了较高的容差能力要求。本发明实现了燃料取料的自动化及封闭化操作，降低了燃料元件装料过程的人工干预程度。
如图4所示，一种利用前述装置进行取料操作的高温气冷堆燃料取料方法，包括以下步骤：
S1：启动第一电机4，使链条3带动传送辊轮2将燃料罐运送至翻转架5内；
本步骤中，燃料罐接触限位开关后关闭第一电机4。
S2：启动第四电机13和第五电机15，调节转动立柱12和升降臂14的位置，使取盖器16机械抓取燃料罐罐盖；
S3：启动第三电机11，使翻转齿轮箱10带动翻转轴6转动，将燃料罐翻转架5缓慢转动90度；
本步骤中，在翻转开始时，由于燃料罐底面与传送辊轮顶部接触，当翻转架抬起一定量时，辅助底轮24支承罐底，由于重力作用，燃料罐将倾放在主旋转辊轮、被动旋转辊轮及辅助底轮24所构成的支架上。翻转架翻转90度接触限位开关后，关闭第三电机。
S4：启动第二电机9，使主旋转辊轮7带动燃料罐周向缓慢旋转，此时，被动旋转辊轮8随动旋转；
本步骤中，主旋转辊轮带动燃料罐周向缓慢旋转时，被动旋转辊轮和辅助底轮24随动旋转，当燃料罐的定位挡块接触周向限位开关时，停止旋转，完成燃料罐取料初始定位。
S5：启动第六电机20，使得接料槽21上升至燃料罐内第一圈格架位，使得取料头17正对燃料罐内第一圈周向布置的第一个待取料的元件筒轴心；
S6：启动第七电机23，移动取料头17，将燃料元件从元件筒内取出放于接料槽21内；
本步骤中，通过第七电机23使取料头17移动，并使其凹形面与元件筒内最上端元件接触，开启与取料头17相连的负压源，利用负压作用使取料头17吸紧元件，并将燃料元件从元件筒内取出落在接料槽21内；关闭负压源，取料头17放开元件。
S7：启动第六电机20，使得接料槽21下降，将燃料元件运送至下一工位，实现自动给料，然后返回至前一步骤的位置；同时通过第二电机9旋转燃料罐，使得取料头17中心轴线与下一待取料的元件筒中心轴线一致；
S8：重复步骤S6～S7，将本圈内燃料元件全部取完；
S9：将接料槽21上移使得取料头17正对燃料罐内待取料的下一圈周向布置的第一个待取料的元件筒轴心，执行步骤S6～S8进行取料操作。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (10)
1.一种高温气冷堆燃料取料装置，其特征在于，包括：输送装置、罐盖开启装置、燃料罐翻转及旋转装置与取袋及接料装置；
所述输送装置包括：架体（1）、多个安装于架体（1）上且相互平行的传送辊轮（2）、安装于所述传送辊轮（2）上的链条（3）和用于通过链条（3）带动传送辊轮（2）转动的第一电机（4）；
所述燃料罐翻转及旋转装置包括：翻转架（5）、翻转轴（6）、主旋转辊轮（7）、被动旋转辊轮（8）、第二电机（9）、翻转齿轮箱（10）和第三电机（11）；
所述翻转架（5）通过翻转轴（6）安装于架体（1）上，用于以翻转轴（6）为中心翻转；
所述翻转齿轮箱（10）与翻转轴（6）连接，用于为翻转轴（6）传递由第三电机（11）提供的翻转动力；
所述主旋转辊轮（7）和被动旋转辊轮（8）对称安装于翻转架（5）靠近翻转轴（6）的一侧，所述主旋转辊轮（7）用于由第二电机（9）带动旋转从而带动罐体转动；所述被动旋转辊轮（8）用于支承罐体，并随罐体转动；
所述罐盖开启装置包括：转动立柱（12）、第四电机（13）、升降臂（14）、第五电机（15）和取盖器（16）；
所述转动立柱（12）竖直布置，用于由第四电机（13）带动旋转；
所述升降臂（14）安装于转动立柱（12）上，用于由第五电机（15）带动上下移动；
所述取盖器（16）与升降臂（14）固定连接，取盖器（16）的外形尺寸与燃料罐罐盖相同，用于机械抓取罐盖；
所述取袋及接料装置包括：取料头（17）、料头架（18）、料头架导轨（19）、第六电机（20）、接料槽（21）、料槽导轨（22）和第七电机（23）；
所述接料槽（21）上设有弧形齿槽，用于接放燃料；
所述料槽导轨（22）呈齿状，竖直固定在架体（1）上，用于使接料槽（21）在第六电机（20）带动下上下移动；
所述接料槽（21）通过与料槽导轨（22）相啮合的齿轮及架体（1）上相应的导轨水平安装于料槽导轨（22）上；
所述料头架导轨（19）固定于接料槽（21）上，其方向与接料槽（21）的弧形齿槽的轴线方向一致，用于使料头架（18）移动；
所述料头架（18）安装于料头架导轨（19）上；
所述取料头（17）固定在料头架（18）上，用于在第七电机（23）的带动下抽取燃料，第七电机（23）用于移动取料头（17）。
2.如权利要求1所述的高温气冷堆燃料取料装置，其特征在于，还包括安装于翻转架（5）底部中心的辅助底轮（24），用于在罐体翻转时支承罐体，并在罐体转动时随罐体同步转动。
3.如权利要求1所述的高温气冷堆燃料取料装置，其特征在于，所述翻转架（5）底部上表面低于传送辊轮（2）的顶部水平面，用于方便燃料罐进出。
4.如权利要求1所述的高温气冷堆燃料取料装置，其特征在于，所述架体（1）的两侧安装有不低于半个燃料罐罐体高度的护栏（26），用于防止罐体在输送过程中倾倒。
5.如权利要求1所述的高温气冷堆燃料取料装置，其特征在于，主旋转辊轮（7）及被动旋转辊轮（8）上设有凹槽，用于避开罐体外壁上的补强环。
6.如权利要求1所述的高温气冷堆燃料取料装置，其特征在于，所述取料头（17）为双层吸盘结构，其取料端为球冠形凹面，凹面上开有孔，凹面中心设有气孔。
7.如权利要求1所述的高温气冷堆燃料取料装置，其特征在于，所述取料头（17）尾端连接负压源，用于通过负压开、断作用实现对燃料元件的吸取、抽出和放下。
8.如权利要求1所述的高温气冷堆燃料取料装置，其特征在于，还包括设于翻转架（5）外侧的罐盖平台（25），用于摆放燃料罐罐盖。
9.一种利用权利要求1～8中任一项所述装置进行取料操作的高温气冷堆燃料取料方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：启动第一电机（4），使链条（3）带动传送辊轮（2）将燃料罐运送至翻转架（5）内；
S2：启动第四电机（13）和第五电机（15），调节转动立柱（12）和升降臂（14）的位置，使取盖器（16）机械抓取燃料罐罐盖；
S3：启动第三电机（11），使翻转齿轮箱（10）带动翻转轴（6）转动，将翻转架（5）缓慢转动90度；
S4：启动第二电机（9），使主旋转辊轮（7）带动燃料罐周向缓慢旋转，此时，被动旋转辊轮（8）随动旋转；
S5：启动第六电机（20），使得接料槽（21）上升至燃料罐内第一圈格架位，使得取料头（17）正对燃料罐内第一圈周向布置的第一个待取料的元件筒轴心；
S6：启动第七电机（23），移动取料头（17），将燃料元件从元件筒内取出放于接料槽（21）内；
S7：启动第六电机（20），使得接料槽（21）下降，将燃料元件运送至下一工位，实现自动给料，然后返回至前一步骤的位置；同时通过第二电机（9）旋转燃料罐，使得取料头（17）中心轴线与下一待取料的元件筒中心轴线一致；
S8：重复步骤S6~S7，将本圈内燃料元件全部取完；
S9：将接料槽（21）上移使得取料头（17）正对燃料罐内待取料的下一圈周向布置的第一个待取料的元件筒轴心，执行步骤S6～S8进行取料操作。
10.如权利要求9所述的高温气冷堆燃料取料方法，其特征在于，所述步骤S6进一步包括：使取料头（17）移动并开启与取料头（17）相连的负压源，利用负压作用使取料头（17）吸紧元件，并将燃料元件从元件筒内取出落在接料槽（21）内；关闭负压源，取料头（17）放开元件。
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