CN105110244A - 一种用于核聚变装置部件维护的重载吊装机构 - Google Patents

Abstract

一种用于核聚变装置部件维护的重载吊装机构。本发明公开了包括有位于部件转运车内顶部的机架，机架位于部件转运车内顶部，通过作用于转运车内侧面凸台的滚轮支撑整个吊装机构并实现机构的水平运动；机架内部设置有多个开槽，机架顶部两侧各有四个重载滚轮，以支撑整个吊装机构，机架上部两侧分别布置有齿轮驱动系统，机架底部两侧分别布置有一个液压抬升驱动系统和一个滚珠丝杠驱动系统。本发明的优点是可以实现15-20吨维护部件及维护工具的刚性稳定吊装，实现部件转运机构的连续工作，提高了转运机构的使用率，一次实现对多个部件的维护，提高了整个系统的维护效率。

Description

一种用于核聚变装置部件维护的重载吊装机构

技术领域

本发明涉及核聚变反应堆工程技术领域，特别涉及一种用于核聚变装置部件维护的重载吊装机构。

背景技术

核聚变能是一种相对清洁的新型能源，它具有原料消耗少，资源丰富、放射性污染少的特点，因此受控核聚变的研究越来越受到世界各国的重视。托卡马克磁约束核聚变被认为是聚变能商业化研究最具前途的途径之一。托卡马克装置包含一个用于聚变反应发生的环状真空室，装置运行期间，真空室内第一壁部件（如偏滤器、包层、窗口插件等）由于长期运行于核辐射环境中，同时承受等离子体热冲击和中子辐照，在运行一段时间后，会造成不同程度的损伤，因此需要转移至托卡马克装置之外进行维护，这些部件的重量都高达几吨至十几吨。此外，重量高达数吨的部件维护工具（如偏滤器环向驱动器、偏滤器转运机构、包层转运机构等）也需要送入真空室。目前维护工具送入真空室的方法是：不同的维护工具存放在不同的部件转运车内，每次维护工具的使用都需要不同的部件转运车与真空室对接，之后真空室内部的拖拉机构将其送入真空室。维护部件移出真空室的方式是：利用部件转运机构将待维护部件移出真空室至部件转运车后，部件转运车关闭与真空室对接的密封门，然后将二者一起移至装置外进行维护。这种方式存在的缺点是：（1）所需部件转运车数量多，对接与分离过程耗时长，维护成本高；（2）部件转运车运送部件至装置外的工作过程耗时长，此时部件转运机构无法转运已经移至真空室维护窗口处的待维护部件，造成其使用率低，进而降低了整个系统的维护效率。

因此设计了一种能够集成多种维护工具的部件转运车，维护工具送入真空室后，空下的位置又能实现多个维护部件的存放，这样可以一次实现多个部件的维护。这就需要一种重载吊装机构，能够精确吊装各种维护工具和维护部件。目前研发的各种吊装机构存在体积大、重量大、绳索吊装稳定性差，无法应用于真空核环境下。

本发明的重载吊装机构位于部件转运车内部实现维护部件的吊装转运，克服了以上缺点，具有结构紧凑、重量轻、适用于真空核环境下的特点，同时具有以下优点：（1）能够实现各种重载维护工具和维护部件的稳定吊装；（2）减少了部件转运车的数目，同时减少了对接与分离时间（3）能够将维护部件送至部件转运车后部存储，与此同时转运机构能够继续进入真空室执行下一次部件的维护任务，提高了转运机构的使用率；（4）一个部件转运车能够实现多个部件的维护，提高了系统维护效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于核聚变装置维护部件的重载吊装机构，以实现核聚变装置中内部部件和维护工具的吊装转运。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种用于核聚变装置部件维护的重载吊装机构，其特征在于：包括机架、齿轮驱动系统、液压抬升驱动系统、滚珠丝杠驱动系统和滚轮，所述的机架为刚性结构，位于部件转运车内顶部，通过作用于转运车内侧面凸台的滚轮支撑整个吊装机构并实现机构的水平运动；所述的齿轮驱动系统，位于机架顶部，为整个吊装机构及维护部件或工具提供水平位移，包括有电机、联轴器、减速器和齿轮，减速器通过螺栓与机架固定；齿轮与部件转运车顶部的齿条传动啮合；所述的液压抬升驱动系统，位于机架底部，为吊装维护部件提供垂直位移，包括液压缸顶板、液压缸、液压缸底座、液压缸防护杆、螺栓和限位块，液压缸顶板与液压缸底座之间位于液压缸四周分布有液压缸防护杆，液压缸底座的一侧设有限位块，液压缸底座通过螺栓与滚珠丝杠驱动系统的滑块固定，限位块通过焊接与机架固定；所述的滚珠丝杠驱动系统，位于机架底部，为液压抬升驱动系统运动至维护部件或工具抬升面的下方提供动力，包括电机、联轴器、滚珠丝杠、轴承及基座、直线导轨、滑块和螺栓，滚柱丝杠上旋合有螺母，电机、直线导轨和轴承及基座均通过螺栓与机架固定，滚珠丝杠固定在两端的轴承及基座上，滚柱丝杠的两侧分别设有直线导轨，两直线导轨上分别设有滑块，两滑块均与滚柱丝杠是的螺母固定，滚珠丝杠通过联轴器实现与电机的联接。

所述的一种用于核聚变装置部件维护的重载吊装机构，其特征在于：所述的液压抬升驱动系统为水压系统；液压缸顶板底面设置有对液压缸液压杆起限位作用的凹槽；液压缸防护杆由可伸缩的两部分组成：上部杆与液压缸顶板固连，下部杆与液压缸底座固连，两者之间采用间隙配合，随着液压缸升降实现伸缩，同时自身具有自润滑功能；液压缸底座内端面分别设置有凹槽和凸台，两个液压缸底座之间可以相互配合；所述的机架内部设置有多个开槽，以实现三个驱动系统的安装及运动。

本发明的吊装机构能够实现高达15-20吨维护部件的吊装；本发明的吊装机构的工作环境为：工作温度65℃，工作压力0.90-1.05bar,辐照环境；本发明的所有驱动系统的润滑均为无油润滑。

本发明的有益效果是：

利用本发明的重载吊装机构可以实现维护工具和维护部件的刚性吊装，避免了吊装过程的晃动；可以一次实现多个部件的维护；可以实现转运机构的连续工作；可以提高转运机构的使用率，进而提高了整个系统维护的效率。

附图说明

下面结合附图和实施对本发明进一步说明。

图1是重载吊装机构整体结构立体图（部分剖视）。

图2是滚轮放大立体正视图。

图3是齿轮驱动系统放大立体示意图。

图4是液压抬升驱动系统与滚珠丝杠驱动系统放大立体示意图。

图5是滚珠丝杠驱动系统放大立体仰视图。

附图中符号说明：1.限位块，2.机架，3.滚轮，4.直线导轨，5.齿轮驱动系统，6.液压抬升驱动系统，7.滚珠丝杠驱动系统，8.偏滤器，9.部件转运车，10.齿轮，11.减速器，12.联轴器，13.电机，14.螺栓，15.液压缸顶板，16.液压缸防护杆，17.液压缸，18.螺栓，19.液压缸底座，20.直线电机,21.直线导轨，22.滑块，23.轴承及基座，24.滚珠丝杠，25.螺栓，26.联轴器。

具体实施方式

为了使本发明的发明目的、技术方案及其有益技术更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，以偏滤器维护为例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本发明，并非为了限定本发明。

如图1、图2所示。一种用于核聚变装置部件维护的重载吊装机构，包括机架2，机架2内部设置有多个开槽，以实现三个驱动系统的安装及运动，机架2顶部两侧各有四个重载滚轮3，以支撑整个吊装机构，同时将滑动摩擦转为滚动摩擦，减少了驱动力，以及分别布置于机架上部两侧的齿轮驱动系统5，以及分别布置于机架底部两侧的一组（2套）液压抬升驱动系统6，以及分别布置于机架底部两侧的一组（2套）滚珠丝杠驱动系统7。

如图3所示。齿轮驱动系统5由电机13、联轴器12、减速器11和齿轮10组成，减速器11通过螺栓14与机架2固定；齿轮10与部件转运车9顶部的齿条4传动啮合。

如图4所示。液压抬升驱动系统6由液压缸顶板15、液压缸17、液压缸底座19、液压缸防护杆16、螺栓18和限位块1组成，液压缸防护杆16由分布在液压缸17周围的四套防护杆组成，液压缸底座19通过螺栓18与滚珠丝杠驱动系统7的滑块22固定，限位块1通过焊接与机架2固定。

如图4、图5所示。滚珠丝杠驱动系统7由电机20、滚珠丝杠24、轴承及基座23、直线导轨21、滑块22和螺栓25组成，电机20、直线导轨21和轴承及基座23均通过螺栓25与机架2固定，滚珠丝杠24固定在两端的轴承及基座23上。

重载部件的吊装是各个系统协同作用的过程，该过程主要包括三个阶段：

（1）两侧滚珠丝杠驱动系统7将液压抬升驱动系统6沿直线驱动至维护部件抬升面的下方；

（2）液压抬升驱动系统6实现维护部件的垂直抬升；

（3）齿轮驱动系统5实现整个吊装机构和维护部件的水平移动。

下面以偏滤器吊装为例，详细阐述吊装机构的工作过程：

滚珠丝杠驱动系统7的动作：偏滤器8通过转运机构从真空室移至部件转运车9内，其正好位于吊装机构下方。四套滚珠丝杠驱动系统7所属的电机20开始工作，通过联轴器26带动位于轴承与基座23上的滚珠丝杠24转动，通过与滑块22内部的螺纹配合，滚珠丝杠24的转动转变为滑块22的直线运动，由于液压抬升驱动系统6所属的液压缸底座19通过螺栓18与滚珠丝杠驱动系统7的滑块22固定，因此液压抬升驱动系统6将随着滑块22做直线运动，待两侧的液压抬升驱动系统6所属的液压缸底座19的凸台与凹槽相互配合，而液压抬升驱动系统6正好位于维护部件偏滤器8抬升面的下方时，电机20停止工作。

液压抬升驱动系统6的动作：四套液压抬升驱动系统6所属的液压缸17开始同时工作，实现偏滤器8的抬升，工作过程需要准确控制液压杆伸长速度，以实现偏滤器8稳定抬升，防止偏滤器8发生倾斜；液压缸防护杆16随着液压缸17液压杆的伸长而伸长，其主要作用在于系统发生微小倾斜时，防止对液压杆产生破坏；限位块1自始至终卡在液压缸底座19上，防止在偏滤器8重力作用下，液压缸底座19承受较大的变形和应力，进而造成对螺栓18、滑块22等部件的破坏。

齿轮驱动系统5的动作：待液压抬升驱动系统6将偏滤器8抬升至一定高度，脱离转运机构后，齿轮驱动系统5开始工作。首先电机13工作，通过联轴器12、减速器11输出一定转速和转矩，进而带动齿轮10旋转，通过与部件转运车9顶部的齿条4传动啮合，实现滚轮3沿着部件转运车9两侧凸台水平运动。至此完成了吊装机构的整个工作过程。

Claims (8)

1.一种用于核聚变装置部件维护的重载吊装机构，其特征在于：包括有位于部件转运车内顶部的机架，机架内部设置有多个开槽，机架顶部两侧各有四个重载滚轮，以支撑整个吊装机构，机架上部两侧分别布置有齿轮驱动系统，机架底部两侧分别布置有一个液压抬升驱动系统和一个滚珠丝杠驱动系统。

2.根据权利要求1所述的一种用于核聚变装置部件维护的重载吊装机构，其特征在于：所述的齿轮驱动系统包括有依次连接的电机、联轴器、减速器和齿轮，减速器通过螺栓与机架固定；齿轮与部件转运车顶部的齿条传动啮合。

3.根据权利要求1所述的一种用于核聚变装置部件维护的重载吊装机构，其特征在于：所述的液压抬升驱动系统包括液压缸顶板、液压缸、液压缸底座，液压缸顶板与液压缸底座之间位于液压缸四周分布有液压缸防护杆，液压缸底座的一侧设有限位块，液压缸底座通过螺栓与滚珠丝杠驱动系统的滑块固定，限位块通过焊接与机架固定。

4.根据权利要求1所述的一种用于核聚变装置部件维护的重载吊装机构，其特征在于：所述的滚珠丝杠驱动系统包括有依次连接的直线电机、联轴器、滚珠丝杠，滚轴丝杠的两端分别设有轴承及基座，滚柱丝杠上旋合有螺母，滚柱丝杠的两侧分别设有直线导轨，两直线导轨上分别设有滑块，两滑块均与滚柱丝杠是的螺母固定，电机、直线导轨和轴承及基座均通过螺栓与机架固定。

5.根据权利要求1或3所述的一种用于核聚变装置部件维护的重载吊装机构，其特征在于：所述的液压抬升驱动系统为水压系统。

6.根据权利要求3所述的一种用于核聚变装置部件维护的重载吊装机构，其特征在于：所述的液压缸顶板底面设置有对液压缸液压杆起限位作用的凹槽。

7.根据权利要求3所述的一种用于核聚变装置部件维护的重载吊装机构，其特征在于：所述的液压缸防护杆由可伸缩的两部分组成：上部杆与液压缸顶板固连，下部杆与液压缸底座固连，两者之间采用间隙配合。

8.根据权利要求3所述的一种用于核聚变装置部件维护的重载吊装机构，其特征在于：所述的液压缸底座内端面分别设置有凹槽和凸台，两个液压缸底座之间可以相互配合。