CN107742540A - 一种用于探测器组件更换的抓具及抓取方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于探测器组件更换的抓具及抓取方法，抓具本体主要由套筒、支撑筒、动力机构以及锁紧机构组成，套筒套在支撑筒外部并且在动力机构作用下能够沿着支撑筒外壁移动，锁紧机构随着套筒的移动能够在套筒中和支撑筒中相互转换。该探测器组件抓具的设计经过三维验证，经过整机调试及试验，各项功能和性能满足设计要求，设备结构简单，可靠性高，操作方便，工作效率高；可用于远距离操作对探测器组件进行高放射性水环境抓取、提升以及转运，减少了操作人员数量，降低操作人员所受的辐照剂量；可广泛应用于中子‑温度探测器组件从压力容器顶盖引出的反应堆，可直接适用于华龙一号系列堆顶，局部改进后也可使用于田湾VVER类型电站。

Description

一种用于探测器组件更换的抓具及抓取方法

技术领域

本发明涉及压水堆核电厂换料检修技术，具体涉及一种用于探测器组件更换的抓具及抓取方法。

背景技术

福清5&6号机组为核动力研究设计院设计的华龙一号三代核电站，与M310类型电站相比，采用了先进堆芯测量系统，取消了压力容器底封头开孔，提高了安全性。先进堆芯测量系统从反应堆压力容器顶盖引入的中子-温度探测器组件受燃耗影响，2-3个换料周期后需考虑探测器组件的更换。虽然西屋AP1000电站亦采用类似探测器组件也需要定期更换，但是其并未使用这类更换设备，俄罗斯VVER-1000堆型(田湾的1&2号机组采用该堆型)有从顶盖引出的探测器组件的拆除工具，其探测器组件采用人工抽出，这种方式更换效率低，劳动强度大，抓取探测器组件时容易滑落，造成安全事故，同时高放射性的探测器组件容易增大操作过程的环境剂量和操作人员的职业照射。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有更换探测器组件时效率低，其近距离操作容易造成高放射性的探测器组件增大了操作过程的环境剂量和操作人员的职业照射，其目的在于提供一种一种用于探测器组件更换的抓具及抓取方法，该抓具及抓取方法通过远距离操作对探测器组件进行高放射性水环境抓取、提升以及转运，减少了操作人员数量，降低操作人员所受的辐照剂量，同时提高探测器组件的更换效率。

本发明通过下述技术方案实现：

一种用于探测器组件更换的抓具，包括抓具本体，所述抓具本体主要由套筒、支撑筒、动力机构以及锁紧机构组成，其中动力机构设置在套筒上方并与套筒连接，套筒套在支撑筒外部并且在动力机构作用下能够沿着支撑筒外壁移动，锁紧机构随着套筒的移动能够在套筒中和支撑筒中相互转换。目前对于探测器组件更换时都是采用人工抽出，由于部件都是金属，其重量重，使得更换效率低，对于操作者而言劳动强度大，人工抽出时由于注意力或者重量等因素，抓取探测器组件时滑落概率大，将造成安全事故，同时这种人工抽出方式就意味着需要进行近距离操作，而每根探测器组件长度约11m，具有高放射性，在反应堆寿期内会产生大量此类高放射性废物，容易造成高放射性的探测器组件增大了操作过程的环境剂量和操作人员的职业照射，本方案设计的抓具，通过在反应堆换料期间，利用套筒和支撑筒在动力机构作用下进行运动，在锁紧机构配合下将旧的探测器组件需要从堆芯中取出，进行高放段与地方段的分离以及分别运输存储，整个过程是远距离操作对探测器组件进行高放射性水环境抓取、提升以及转运，减少了操作人员数量，降低操作人员所受的辐照剂量，同时提高探测器组件的更换效率。

而动力机构优选为气缸，其动作平稳而且快速到达设定位置，套筒顶部安装有下筒体，气缸的活塞杆与下筒体连接，支撑筒的顶部穿过下筒体并设置在下筒体中，下筒体和套筒一起在气缸作用下能够沿着支撑筒外壁移动；下筒体的上方设置有上筒体，气缸安装在上筒体中，在上筒体中设置有若干根导向杆，导向杆穿过下筒体并与支撑筒顶部连接，下筒体能够沿着导向杆的外壁移动；支撑筒顶部安装有气动指示阀，且气动指示阀设置在下筒体中。下筒体和上筒体是作为支撑和安装部件，使得部件安装更加紧密，在抓取过程中，需要保持移动轨迹在一条铅垂线上，通过导向杆来进行导向，并且其起着连接作用。气动指示阀是作为指示和限位开关的作用，其通过PLC控制气缸，是现有结构。

进一步地，在套筒的内壁内凹形成安装槽一，支撑筒的壁面内凹形成安装槽二，且安装槽二贯穿支撑筒的壁面，锁紧机构随着套筒的移动能够在安装槽一和安装槽二之间相互转换；锁紧机构为若干个钢珠，安装槽一的截面和安装槽二的截面均为喇叭状结构，并且安装槽一的端面较大的一端朝向支撑筒，安装槽二的端面较大的一端朝向套筒，钢珠的直径在喇叭状结构的两端面直径之间。本方案是通过钢珠锁紧机构来对探测器组件进行抓紧，由于钢珠呈圆球形，为了使得钢珠在套筒移动在安装槽一和安装槽二之间能够相互转换，所以对于安装槽的形状要进行合理的设计，安装槽一和安装槽二均为喇叭状结构，并且其最大端面的尺寸相同，这样使得钢珠能够在安装槽一和安装槽二中移动，而且钢珠在安装槽一和安装槽二之间转换移动时，受到的力有套筒内壁的挤压力，也有本身重力沿着斜面而滚动，从而使得移动到位。为了实现固定更加牢固，采用三点定位夹紧，相邻的夹紧点为120°，安装槽一和安装槽二均为三个，且三个安装槽一均匀分布在同一圆周面上，三个安装槽二均匀分布在同一圆周面上，每一个安装槽一和其中一个安装槽二组合为安装槽组并且设置在同一竖向面中，每个安装槽组中各有一个钢珠。当抓取探测器组件时，气缸活塞收缩，带动套筒运动至高位，此时钢珠滑入安装槽一和安装槽二中，钢珠此时同时位于安装槽一和安装槽二中；下降气动抓具，待气动抓具下降，气动抓具的下降到位通过气动指示阀指示，气动指示阀安装在支撑筒体上端，待气动抓具快下降到位后，探测器顶端撞开气动指示阀，气动指示阀动作，抓具停止下降，气缸活塞伸出，带动套筒下降至低位，随着套筒的移动，此时三颗钢珠各自被从套筒的安装槽一中挤出，滑入到安装槽二中并凸出于探测器的锥面处，实现对探测器组件卡紧抓取，提升抓具，探测器组件即可从堆内构件卸出。

还包括设置在上筒体上方且同步运动的钢丝绳卷扬组件和气管卷扬组件，所述钢丝绳卷扬组件通过钢丝与抓具本体连接，并且钢丝绳卷扬组件通过卷绕钢丝绳来提升抓具本体，气管卷扬组件通过气管与动力机构连接并能够对气管进行卷扬。气动抓具上下运动时，气管卷扬组件将气动抓具的气管卷绕在气管卷筒上。气管卷扬组件的电机为力矩电机，跟随钢丝绳驱动装置随动，确保气管一直处于受力状态。钢丝绳是与抓具的中心线同轴并连接，气管仅是与气缸连接而非与抓具的中心线同轴，在钢丝绳提升气动抓具时，抓具向着气管卷扬组件靠近，此时气管无法保存绷紧状态，由于气管本身有硬度，其将对抓具施加力，随着距离变化力也在变化，将导致抓具产生倾斜而无法保持竖直状态，使得不能将探测器组件伸入到套筒中。所以需要将气管和钢丝绳进行同步运动，保持气管一直处于竖直绷紧状态。

为了对设备进行吊装，设计了吊装架，吊装架是整个设备的吊运接口，且钢丝绳卷扬组件和气管卷扬组件均安装在吊装架中，吊装架底部固定有支撑框架，抓具本体设置在支撑框架中并能够在支撑框架中移动。支撑框架上段连接吊钩，用于吊装下部筒体，内部安装气动抓具，是抓具的支撑部分。

一种用于探测器组件更换的抓取方法，包括以下步骤：

(1)通过控制钢丝绳卷扬组件和气管卷扬组件将抓具本体移动到探测器组件正上方，气缸动作带动活塞收缩，带动套筒向上运动至高位，此时钢珠同时滑入套筒和支撑筒的安装槽中；

(2)下降抓具本体，使得探测器组件进入到支撑筒中，待抓具本体下降到位后，气缸活塞伸出，带动套筒下降至低位，此时钢珠从套筒的安装槽中挤出而同时滑入支撑筒的安装槽和探测器的锥面处，卡紧探测器组件；

(3)提升抓具本体，探测器组件即从堆内构件卸出。

通过上述抓取方法，能够快速且精确地将探测器组件伸入到套筒内部并进行锁紧固定，其采用多层套筒结合滚珠锁紧机构的抓头抓取探测器组件，结构简单紧凑，适应小空间下对探测器组件进行操作。在全自动钢丝绳卷扬系统与气管卷扬系统配合下，远距离操作抓具对探测器组件进行高放射性水环境抓取、提升以及转运，减少了操作人员数量，降低操作人员所受的辐照剂量，同时提高探测器组件的更换效率，提高反应堆的经济性。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：该探测器组件抓具的设计经过三维验证，经过整机调试及试验，各项功能和性能满足设计要求，设备结构简单，可靠性高，操作方便，工作效率高；可用于远距离操作对探测器组件进行高放射性水环境抓取、提升以及转运，减少了操作人员数量，降低操作人员所受的辐照剂量；可广泛应用于中子-温度探测器组件从压力容器顶盖引出的反应堆，可直接适用于华龙一号系列堆顶，局部改进后也可使用于田湾VVER类型电站。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明结构示意图；

图2为钢丝绳卷扬组件的结构示意图；

图3为气管卷扬组件的结构示意图；

图4为抓具本体的结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-吊装架，2-钢丝绳卷扬组件，3-气管卷扬组件，4-抓具本体，5-支撑框架，6-钢丝绳卷盘，7-传动轴，8-减速器，9-驱动电机，10-气管，11-气管卷盘，12-气管卷扬电机，13-安装架，14-吊环，15-上筒体，16-动力机构，17-气动指示阀，18-下筒体，19-套筒，20-支撑筒，21-探测器组件，22-锁紧机构。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1：

如图4所示，一种用于探测器组件更换的抓具，包括抓具本体4，所述抓具本体4主要由套筒19、支撑筒20、动力机构16以及锁紧机构22组成，其中动力机构16设置在套筒19上方并与套筒19连接，套筒19套在支撑筒20外部并且在动力机构16作用下能够沿着支撑筒20外壁移动，锁紧机构22随着套筒19的移动能够在套筒19中和支撑筒20中相互转换。通过远距离操作对探测器组件进行高放射性水环境抓取、提升以及转运，采用多层套筒结合滚珠锁紧机构的抓头抓取探测器组件，结构简单紧凑，适应小空间下对探测器组件进行操作。

实施例2：

如图1至图4，在实施例1的基础上，其硬件结构是：动力机构16优选为气缸，锁紧机构22为三个钢珠，相邻钢珠之间呈120°设置，将气缸的活塞杆与下筒体18连接，支撑筒20的顶部穿过下筒体18并设置在下筒体18中，下筒体18和套筒19一起在气缸作用下能够沿着支撑筒20外壁移动。下筒体18的上方设置有上筒体15，在上筒体15中设置有若干根导向杆，导向杆穿过下筒体18并与支撑筒20顶部连接，支撑筒20顶部安装有气动指示阀17，套筒19的内壁内凹形成三个安装槽一，支撑筒20的壁面内凹形成三个安装槽二，且安装槽二贯穿支撑筒20的壁面，三个安装槽一均匀分布在同一圆周面上，三个安装槽二均匀分布在同一圆周面上，每一个安装槽一和其中一个安装槽二组合为安装槽组并且设置在同一竖向面中，安装槽一的截面和安装槽二的截面均为喇叭状结构，并且安装槽一的端面较大的一端朝向支撑筒20，安装槽二的端面较大的一端朝向套筒19，钢珠的直径在喇叭状结构的两端面直径之间，钢球随着套筒19移动被挤压在安装槽一和安装槽二之间相互转换，最终实现对探测器组件的卡紧。

钢丝绳卷扬组件2和气管卷扬组件3设置在上筒体18上方且同步运动，钢丝绳卷扬组件2通过钢丝与抓具本体4上的吊环14连接，钢丝绳卷扬组件2由驱动电机9、减速器8、传动轴7以及钢丝绳卷盘6构成，其中驱动电机9、减速器8、传动轴7依次连接，钢丝绳卷盘6套在传动轴7上，钢丝绳卷在钢丝绳卷盘6上，在驱动电机9作用下带动钢丝绳卷盘6卷绕钢丝绳来提升抓具本体4，而气管卷扬组件3由气管卷扬电机12、气管卷盘11、气管10和安装架13构成，安装架13安装在吊装架1上，气管卷扬电机12和气管卷盘11都固定在安装架13上，气管10卷在气管卷盘11上，气管卷扬电机12带动气管卷盘11对气管10进行卷扬，气管卷扬电机12和驱动电机9同步运动。钢丝绳卷扬组件2和气管卷扬组件3均安装在吊装架1中，吊装架1底部固定有支撑框架5，抓具本体4设置在支撑框架5中并能够在支撑框架5中移动。支撑框架5上段连接吊钩，用于吊装下部筒体，内部安装气动抓具，是抓具的支撑部分。

为提高换料期间，探测器组件更换效率，减少操作过程的环境剂量和操作人员的职业照射，设计了本发明，其属于华龙一号核反应堆换料期间探测器组件更换用设备。具体更换时：1、场地及配套准备：

a.探测器组件抓具各部件运输至现场；

b.在水池边选择一块(6～8)m²干净场地，并放置一个平整宽大的桌子作为操作台，并配高度合适的椅子一把；

c.安装及操作所需的工具如扳手等就近摆放在操作台上。

2、设备准备：

a.将探测器组件抓具从包装箱中取出，联接现场吊钩组件与现场吊车，吊起探测器组件抓具；

b.联接控制柜与现场电源、联接控制柜和探测器组件电缆；

c.联接气管接头与现场气源；

d.配套使用的探测器组件缩容设备等设备已经就位。

3、调试：

探测器组件抓具使用前必须进行调试，调试步骤如下：

a.目视检查探测器组件抓具各零部件外表面有无明显的刮伤、变形等缺陷；

b.对设备各运动部件进行灵活性检查；

c.检查各部件接线是否完好且牢固可靠；

i.升降运动：操作控制面板上的按钮，控制气动抓具的升降、抓取及放开。

设备调试过程中发现有零部件损坏应及时检修或更换。

4、现场使用：

探测器组件抓具调试完成后，现场使用步骤如下：

a.利用现场吊车将探测器组件抓具吊运到探测器组件缩容装置上就位；

b.操作探测器组件抓具控制面板按钮，通过控制钢丝绳卷扬组件2和气管卷扬组件3将抓具本体4移动到待拆除的探测器组件正上方，到达抓取位置后，控制面板下就位指示灯亮起；

c.操作气缸控制按钮，气缸动作带动活塞收缩，带动套筒19向上运动至高位，此时钢珠同时滑入套筒19和支撑筒20的安装槽中，下降抓具本体4，使得探测器组件进入到支撑筒20中，待抓具本体4下降到位后，气缸活塞伸出，带动套筒19下降至低位，此时钢珠从套筒的安装槽中挤出而同时滑入支撑筒20的安装槽和探测器的锥面处，卡紧探测器组件抓取就位指示灯亮；

d.操作电机控制按钮，提升气动抓具及探测器组件到预定位置，待探测器组件缩容装置剪切动作完成后，继续提升探测器组件抓具到上部就位位置；

e.利用现场吊车将探测器组件抓具以及探测器组件上部低放段整体吊运至存贮位置；

f.操作气缸控制按钮，松开气动抓具，将探测器组件抓具高放段放入贮存容器。

g.利用吊车和探测器组件抓具拆除下一个探测器组件，拆除过程同上述a～f；

h.所有待拆除的探测器组件操作完成后，切断电源和气源联接，断开控制面板和设备之间的联接，设备的入水部分干燥处理后，分别放入包装箱的对应位置，一起存放在通风干燥处。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于探测器组件更换的抓具，其特征在于，包括抓具本体(4)，所述抓具本体(4)主要由套筒(19)、支撑筒(20)、动力机构(16)以及锁紧机构(22)组成，其中动力机构(16)设置在套筒(19)上方并与套筒(19)连接，套筒(19)套在支撑筒(20)外部并且在动力机构(16)作用下能够沿着支撑筒(20)外壁移动，锁紧机构(22)随着套筒(19)的移动能够在套筒(19)中和支撑筒(20)中相互转换。

2.根据权利要求1所述的一种用于探测器组件更换的抓具，其特征在于，所述动力机构(16)为气缸，套筒(19)顶部安装有下筒体(18)，气缸的活塞杆与下筒体(18)连接，支撑筒(20)的顶部穿过下筒体(18)并设置在下筒体(18)中，下筒体(18)和套筒(19)一起在气缸作用下能够沿着支撑筒(20)外壁移动。

3.根据权利要求2所述的一种用于探测器组件更换的抓具，其特征在于，所述下筒体(18)的上方设置有上筒体(15)，气缸安装在上筒体(15)中，在上筒体(15)中设置有若干根导向杆，导向杆穿过下筒体(18)并与支撑筒(20)顶部连接，下筒体(18)能够沿着导向杆的外壁移动。

4.根据权利要求2所述的一种用于探测器组件更换的抓具，其特征在于，所述支撑筒(20)顶部安装有气动指示阀(17)，且气动指示阀(17)设置在下筒体(18)中。

5.根据权利要求1所述的一种用于探测器组件更换的抓具，其特征在于，所述套筒(19)的内壁内凹形成安装槽一，支撑筒(20)的壁面内凹形成安装槽二，且安装槽二贯穿支撑筒(20)的壁面，锁紧机构(22)随着套筒(19)的移动能够在安装槽一和安装槽二之间相互转换。

6.根据权利要求5所述的一种用于探测器组件更换的抓具，其特征在于，所述锁紧机构(22)为若干个钢珠，安装槽一的截面和安装槽二的截面均为喇叭状结构，并且安装槽一的端面较大的一端朝向支撑筒(20)，安装槽二的端面较大的一端朝向套筒(19)，钢珠的直径在喇叭状结构的两端面直径之间，钢球随着套筒(19)移动在安装槽一和安装槽二之间相互转换。

7.根据权利要求6所述的一种用于探测器组件更换的抓具，其特征在于，所述安装槽一和安装槽二均为三个，且三个安装槽一均匀分布在同一圆周面上，三个安装槽二均匀分布在同一圆周面上，每一个安装槽一和其中一个安装槽二组合为安装槽组并且设置在同一竖向面中，每个安装槽组中各有一个钢珠。

8.根据权利要求1所述的一种用于探测器组件更换的抓具，其特征在于，还包括设置在上筒体(18)上方且同步运动的钢丝绳卷扬组件(2)和气管卷扬组件(3)，所述钢丝绳卷扬组件(2)通过钢丝与抓具本体(4)连接，并且钢丝绳卷扬组件(2)通过卷绕钢丝绳来提升抓具本体(4)，气管卷扬组件(3)通过气管与动力机构(16)连接并能够对气管进行卷扬。

9.根据权利要求8所述的一种用于探测器组件更换的抓具，其特征在于，还包括吊装架(1)，且钢丝绳卷扬组件(2)和气管卷扬组件(3)均安装在吊装架(1)中，吊装架(1)底部固定有支撑框架(5)，抓具本体(4)设置在支撑框架(5)中并能够在支撑框架(5)中移动。

10.一种用于探测器组件更换的抓取方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)通过控制钢丝绳卷扬组件(2)和气管卷扬组件(3)将抓具本体(4)移动到探测器组件正上方，气缸动作带动活塞收缩，带动套筒(19)向上运动至高位，此时钢珠同时滑入套筒(19)和支撑筒(20)的安装槽中；

(2)下降抓具本体(4)，使得探测器组件进入到支撑筒(20)中，待抓具本体(4)下降到位后，气缸活塞伸出，带动套筒(19)下降至低位，此时钢珠从套筒的安装槽中挤出而同时滑入支撑筒(20)的安装槽和探测器的锥面处，卡紧探测器组件；

(3)提升抓具本体(4)，探测器组件即从堆内构件卸出。