CN102412001B - 一种核电站乏燃料贮存竖井屏蔽井盖抓具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种核电站乏燃料贮存竖井屏蔽井盖抓具，涉及反应堆工程领域。所述井盖抓具包括：外套、驱动单元、传动单元和爪钩；所述外套上部设置大沟槽，中部为空心结构，下部设置有小沟槽；所述驱动单元设置在所述大沟槽中；所述传动单元的上端连接所述驱动单元，下端从所述空心结构穿过所述外套的中部后连接所述爪钩；所述爪钩设置在所述小沟槽中，并能够在所述驱动单元的控制下抓取井盖。所述井盖抓具，采用成熟的电机和减速器驱动爪钩执行井盖的抓取操作，并且所述电机和减速器均断电自锁。因此，所述井盖抓具具备极高的可靠性，能够保证井盖吊装过程的安全性，避免意外脱钩的危险。
Description
技术领域
本发明涉及反应堆工程技术领域，特别涉及一种核电站乏燃料贮存竖井屏蔽井盖抓具。
背景技术
核电站运行过程中会产生乏燃料，乏燃料具有放射性，在对乏燃料相关装置进行操作的过程中，需要考虑辐射防护和远程操作。对于压水堆核电站，乏燃料组件从反应堆内卸出后，首先在反应堆水池内贮存5年以上的时间，然后可以转运到乏燃料中间贮存库进行贮存，或运往后处理厂进行后处理。
在日本311地震和海啸发生后，福岛核电站的乏燃料水池失水，造成乏燃料暴露在空气中失去有效冷却，发生严重的核安全事故，而采用干式贮存方式的乏燃料则没有发生安全问题，从而证明了乏燃料干式贮存方式的固有安全性。
我国在积极发展压水堆核电站的同时，也在积极开发高温堆核电站，清华大学核能技术设计研究院在10MW高温气冷实验堆的技术基础上，设计开发了可以商业应用的球床模块式高温堆示范电站。高温堆核电站被公认为是具有第四代核电主要特征的核电站，具有固有安全、防止核扩散、可产生高温工艺热等优点。
球床高温气冷堆采用球形燃料元件，燃料元件内弥散有涂敷燃料颗粒。由于球床高温气冷堆的燃料元件与压水堆核电站不同，从堆芯排出的球形乏燃料，需要采用适合球形燃料元件贮存的贮存容器，并贮存在合适的中间贮存设施内。
球床高温气冷堆的乏燃料贮罐贮存在具有辐射屏蔽功能的混凝土竖井内，竖井顶部设有混凝土屏蔽井盖，在乏燃料贮罐吊入或吊出贮存竖井前，首先需要将混凝土屏蔽井盖移开，在贮罐吊装完毕后，再将屏蔽井盖复位到井口，用于实现上述功能的设备是井盖吊装成套设备，设备的核心装置是井盖抓具。由于乏燃料的辐射特性，这种井盖抓具应该具有极高的可靠性，在各种工况下，都要保证井盖吊装的安全，现有的一般井盖抓具难以胜任。
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：如何提供一种核电站乏燃料贮存竖井屏蔽井盖抓具，以保证所述井盖抓具具有极高的可靠性。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供一种核电站乏燃料贮存竖井屏蔽井盖抓具，其包括：外套、驱动单元、传动单元和爪钩；所述外套上部设置大沟槽，中部为空心结构，下部设置有小沟槽；所述驱动单元设置在所述大沟槽中；所述传动单元的上端连接所述驱动单元，下端从所述空心结构穿过所述外套的中部后连接所述爪钩；所述爪钩设置在所述小沟槽中，并能够在所述驱动单元的控制下抓取井盖。
优选地，所述驱动单元包括：电机和减速器；所述电机的输出轴连接所述减速器；所述减速器的输出轴连接所述传动单元，并且所述减速器固定在所述大沟槽中；所述电机和减速器均断电自锁。
优选地，所述驱动单元还包括：支座；所述支座的底部通过螺钉连接所述大沟槽的底部，上部连接所述减速器。
优选地，所述传动单元包括：旋臂、连轴、限位器和连杆；所述旋臂的一端连接所述减速器的输出轴，另一端连接所述连轴的第一端，并且所述旋臂能够带动所述连轴绕所述减速器的输出轴转动；所述连轴的第二端穿过所述限位器；所述限位器内部设置有条形孔，所述连轴能够在所述条形孔中滑动；所述连杆的上端连接所述限位器的底部，下端从所述空心结构穿过所述外套的中部后连接所述爪钩，并且所述连杆能够在所述限位器的带动下上下运动。
优选地，所述连轴的第二端设置有连轴螺母，所述连轴的中部在所述条形孔的内部，并且所述连轴第一端的直径大于第二端的直径。
优选地，在所述连轴和条形孔之间设置有固定套；在所述固定套和连轴之间设置有第一轴承和第二轴承，并且所述第一轴承设置在靠近所述连轴第二端的一侧，所述第二轴承设置在靠近所述连轴第一端的一侧，所述第一轴承所在处的所述连轴的直径小于所述第二轴承所在处的所述连轴的直径。
优选地，所述传动单元还包括：第三轴承；所述第三轴承设置在所述空心结构内部，其同时接触所述外套中部的内壁和所述连杆的中部。
优选地，所述传动单元还包括：凸轮；所述凸轮设置在所述连杆的下部，并且所述凸轮的外侧连接所述爪钩。
优选地，所述井盖抓具包括三个所述爪钩；所述外套的下部相应设置有三个销轴；所述爪钩与所述销轴转动连接。
优选地，所述井盖抓具还包括：吊杆；所述吊杆设置在所述外套上部，其中部位于所述大沟槽内。
(三)有益效果
本发明所述核电站乏燃料贮存竖井屏蔽井盖抓具，采用成熟的电机和减速器驱动爪钩执行井盖的抓取操作，并且所述电机和减速器均断电自锁。因此，所述井盖抓具具备极高的可靠性，能够保证井盖吊装过程的安全性，避免意外脱钩的危险。同时，通过远程控制所述电机，可以实现对所述井盖抓具的远程操作，避免操作人员遭受核辐射。
附图说明
图1是本发明实施例所述井盖抓具的主视图；
图2是本发明实施例所述井盖抓具的正向剖视图；
图3是本发明实施例所述井盖抓具的侧向剖视图；
图4是图2中I区域的局部放大图；
图5是图2中A-A向剖视图；
图6是本发明实施例所述爪钩收回时图5中B-B向剖视图；
图7是本发明实施例所述爪钩张开时图5中B-B向剖视图。
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。
图1是本发明实施例所述井盖抓具的主视图；图2是本发明实施例所述井盖抓具的正向剖视图；图3是本发明实施例所述井盖抓具的侧向剖视图。参见图1、图2和图3，所述核电站乏燃料贮存竖井屏蔽井盖抓具主要包括：外套100、驱动单元、传动单元、爪钩400、销轴500和吊杆600。
所述外套100上部设置有大沟槽101，中部为空心结构102，下部设置有三个小沟槽103。其中，图1中为直观表现所述大沟槽101内的结构，省略了所述大沟槽101右侧的部分，该省略部分与所述大沟槽101左侧部分对称。
所述驱动单元进一步包括：电机201、减速器202和支座203。所述电机201的输出轴连接所述减速器202的输入端，所述减速器202的输出轴连接所述传动单元；并且所述减速器202的下部连接所述支座203的上部，所述支座203的底部通过螺钉固定在所述大沟槽101的底部。所述电机201和减速器202均断电自锁，可以有效避免意外脱钩事故。
所述传动单元进一步包括：旋臂301、连轴302、限位器303、连杆304、固定板305、第三轴承306、凸轮307、连杆螺母308、螺栓头309。
所述旋臂301的一端连接所述减速器202的输出轴，另一端连接所述连轴302的第一端，所述旋臂301能够带动所述连轴302绕所述减速器202的输出轴转动。所述限位器303内部设置有水平方向的条形孔3031，所述连轴302的第二端穿过所述条形孔3031，并且所述连轴302能够在所述条形孔3031中滑动。所述连杆304的上端连接所述限位器303的底部，下端穿过所述空心结构102连接所述爪钩400。所述连杆304能够在所述限位器303的带动下上下运动。
所述固定板305通过螺钉固定在所述大沟槽101底部的中心，所述固定板305中间开有圆孔，所述圆孔的尺寸与所述连杆304的外径相匹配。所述第三轴承306设置在所述空心结构102内部，所述外套中部的内壁上设置有固定所述第三轴承306的孔道。所述第三轴承306设置有多个，其同时接触所述外套中部的内壁和所述连杆的中部，能够在所述连杆304上下运动时有效定位和导向，保证所述连杆304运动的精准性和可靠性。
所述凸轮307设置在所述连杆304的下部，并且所述凸轮307的外侧连接所述爪钩400。所述连杆螺母308和螺栓头309依次设置在所述凸轮307下方的所述连杆304的下端，用于固定所述凸轮307。
井盖抓具包括三个所述爪钩400和三个所述销轴500。所述销轴500的两端嵌入所述外套100的下部，中部位于所述小沟槽103的上部，并且所述销轴500的中部与所述爪钩400的上部转动连接。
所述吊杆600设置在所述外套的上部，其两端嵌入所述外套内，中部位于所述大沟槽101的上部。所述吊杆600的中部用于连接升降装置的吊钩。
图4是图2中I区域的局部放大图。如图4所示，所述传动单元还包括：固定套310、第一轴承311、第二轴承312、连轴螺母313。所述固定套310设置在所述连轴302和条形孔3031之间，所述第一轴承311和第二轴承312设置在所述固定套310和连轴302之间；并且所述第一轴承311设置在靠近所述连轴302第二端的一侧，所述第二轴承312设置在靠近所述连轴302第一端的一侧，所述第一轴承311所在处的所述连轴302的直径小于所述第二轴承312所在处的所述连轴302的直径。所述连轴螺母313设置在所述连轴302的第二端，用于防止所述连轴302在所述条形孔3031前后窜动。
图5是图2中A-A向剖视图，如图5所示，所述销轴500的两端嵌入所述外套100的下部，中部位于所述小沟槽103的上部，并且所述销轴500的中部与所述爪钩400的上部转动连接。
所述井盖抓具的工作过程如下：在井盖抓具的爪钩400处于收回状态时，凸轮307位于爪钩400内侧的上部，限位器303也处于上限位置。图6是本发明实施例所述爪钩收回时图5中B-B向剖视图，如图6所示，此时，凸轮307位于爪钩400内侧的上部。
当需要抓取井盖700时，起升机构将井盖抓具的爪钩400降至井盖700的吊装孔701内。起升机构停车后，启动电机201，电机201带动减速器202转动，固定在减速器202上的旋臂301带动连轴302绕减速器202的输出轴向下转动，进而带动限位器303向下运动，限位器303则带动连杆304向下运动，连杆304在第三轴承306的导向作用下，垂直向下推动凸轮307运动，当凸轮307沿爪钩400内侧向下运动时，爪钩400绕销轴500向外转动；当凸轮307运动到下限位置时，井盖抓具的爪钩400处于完全张开状态，将井盖700的吊装孔701抓住，此时操作起升机构，可将井盖抓具及其抓取的井盖700提起。图7是本发明实施例所述爪钩张开时图5中B-B向剖视图，如图7所示，所述凸轮307运动到下限位置，爪钩400刚好卡入井盖700的吊装孔701内。相应地，此时，图2中I区域移动至图2中虚线所围位置，图3中限位器303移动至图3中虚线所围位置。
起升机构将井盖抓具及其抓取的井盖700移动至放落位置后，执行井盖700的脱钩操作：起升机构停车后，启动电机201，电机201带动减速器202转动，固定在减速器202上的旋臂301带动连轴302绕减速器202输出轴向上转动，进而带动限位器303向上运动，限位器303则带动连杆304向上运动，连杆304在第三轴承306的导向作用下，垂直向上拉动凸轮307运动，当凸轮307移动到爪钩400内侧的上部时，井盖抓具的爪钩400收回，将井盖700的吊装孔701脱开，此时操作起升机构，可将井盖抓具单独提起，井盖700则留在原位，与井盖抓具脱开。
本发明实施例所述核电站乏燃料贮存竖井屏蔽井盖抓具，采用成熟的电机和减速器驱动爪钩执行井盖的抓取操作，并且所述电机和减速器均断电自锁。因此，所述井盖抓具具备极高的可靠性，能够保证井盖吊装过程的安全性，避免意外脱钩的危险。同时，通过远程控制所述电机，可以实现对所述井盖抓具的远程操作，避免操作人员遭受核辐射。除应用于核电站外，所述井盖抓具还可以应用于普通工业中与所述井盖相似设备的吊装作业。
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 (8)
1.一种核电站乏燃料贮存竖井屏蔽井盖抓具，其特征在于，包括：外套、驱动单元、传动单元和爪钩；所述外套上部设置大沟槽，中部为空心结构，下部设置有小沟槽；所述驱动单元设置在所述大沟槽中；所述传动单元的上端连接所述驱动单元，下端从所述空心结构穿过所述外套的中部后连接所述爪钩；所述爪钩设置在所述小沟槽中，并能够在所述驱动单元的控制下抓取井盖;
其中,所述驱动单元包括：电机和减速器；所述电机的输出轴连接所述减速器；所述减速器的输出轴连接所述传动单元，并且所述减速器固定在所述大沟槽中；所述电机和减速器均断电自锁;
所述传动单元包括：旋臂、连轴、限位器和连杆；所述旋臂的一端连接所述减速器的输出轴，另一端连接所述连轴的第一端，并且所述旋臂能够带动所述连轴绕所述减速器的输出轴转动；所述连轴的第二端穿过所述限位器；所述限位器内部设置有条形孔，所述连轴能够在所述条形孔中滑动；所述连杆的上端连接所述限位器的底部，下端从所述空心结构穿过所述外套的中部后连接所述爪钩，并且所述连杆能够在所述限位器的带动下上下运动。
2.如权利要求1所述的井盖抓具，其特征在于，所述驱动单元还包括：支座；所述支座的底部通过螺钉连接所述大沟槽的底部，上部连接所述减速器。
3.如权利要求1所述的井盖抓具，其特征在于，所述连轴的第二端设置有连轴螺母，所述连轴的中部在所述条形孔的内部，并且所述连轴第一端的直径大于第二端的直径。
4.如权利要求2所述的井盖抓具，其特征在于，在所述连轴和条形孔之间设置有固定套；在所述固定套和连轴之间设置有第一轴承和第二轴承，并且所述第一轴承设置在靠近所述连轴第二端的一侧，所述第二轴承设置在靠近所述连轴第一端的一侧，所述第一轴承所在处的所述连轴的直径小于所述第二轴承所在处的所述连轴的直径。
5.如权利要求1所述的井盖抓具，其特征在于，所述传动单元还包括：第三轴承；所述第三轴承设置在所述空心结构内部，其同时接触所述外套中部的内壁和所述连杆的中部。
6.如权利要求1所述的井盖抓具，其特征在于，所述传动单元还包括：凸轮；所述凸轮设置在所述连杆的下部，并且所述凸轮的外侧连接所述爪钩。
7.如权利要求1所述的井盖抓具，其特征在于，所述井盖抓具包括三个所述爪钩；所述外套的下部相应设置有三个销轴；所述爪钩与所述销轴转动连接。
8.如权利要求1至7之一所述的井盖抓具，其特征在于，所述井盖抓具还包括：吊杆；所述吊杆设置在所述外套上部，其中部位于所述大沟槽内。
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