CN110556187B - 一种反应堆内自动抓取提升装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种反应堆内自动抓取提升装置，包括依次连接的上层固定板、中层固定板、下层固定板，上层固定板上设置吊耳，还包括穿过上层固定板的中心轴、用于驱动中心轴转动的第一驱动机构；上层固定板和中层固定板之间设置传动机构，中心轴与传动机构相连，中层固定板和下层固定板之间设置驱动板，第一驱动机构带动驱动板转动，驱动板上设置两个固定轴，固定轴上安装棘爪。本发明用以解决现有技术中采用人工换料及装置的出入堆操作，存在安全隐患；工作人员频繁在堆顶走动及实施操作任务容易将杂物带入堆内，使反应堆存在安全隐患的问题，实现能够堆外远程控制，防止操作人员爆料在剂量较高的区域，也避免对反应堆造成潜在危险的目的。

Description

一种反应堆内自动抓取提升装置

技术领域

本发明涉及反应堆堆材料辐照领域，具体涉及一种反应堆内自动抓取提升装置。

背景技术

反应堆内结构复杂，但常常伴有换料、转移燃料棒、辐照装置等构件，需要借助特定的提升转运装置进行上述操作。由于堆芯浸没在水中，以及堆内存在辐射源等潜在危险，堆内所有构件的转运、更换都是在堆外操作。由于每一炉段的辐照要求存在差异，需要的中子注量率也不同，为了满足运行要求，需要通过不断调整燃料棒位置，合理排列以达到要求。在调整燃料棒过程中需要不断的转运、更换燃料棒，需要借助提升转运工具。

目前，试验堆内常用燃料棒提升装置多为气动长杆，需要工人在堆顶操作，且在操作时为了保证堆内安全，杜绝其它物件坠入堆内。另外，工作人员在堆顶操作，劳动强度高，需要不断地倒换燃料棒，效率较低，整个换料过程需要花费较多时间，影响开工进度，并且堆顶到堆芯的距离较大，操控杆较长，给具体的换料操作流程带来不便。试验堆有较高的安全性，但长期在堆顶操作存在潜在的危害，为了保证工作人员的健康，需要改变现有的燃料棒更换、转运的操作方式，通过远程操作，避免工作人员同燃料元件直接接触的可能性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种反应堆内自动抓取提升装置，以解决现有技术中采用人工换料及部分装置的出入堆操作，需要操作人员到堆顶实施，存在安全隐患，容易受到辐射，危害身体健康；另外，工作人员频繁在堆顶走动及实施操作任务容易将杂物带入堆内，使反应堆存在安全隐患的问题，实现能够堆外远程控制，防止操作人员爆料在剂量较高的区域，也避免对反应堆造成潜在危险的目的。

本发明通过下述技术方案实现：

一种反应堆内自动抓取提升装置，包括依次连接的上层固定板、中层固定板、下层固定板，所述上层固定板上设置吊耳，还包括穿过上层固定板的中心轴、用于驱动中心轴转动的第一驱动机构；所述上层固定板和中层固定板之间设置传动机构，中心轴与传动机构相连，所述中层固定板和下层固定板之间设置驱动板，所述第一驱动机构通过传动机构带动驱动板转动，驱动板上沿中心对称分布两个固定轴，每个固定轴上均安装一个棘爪。

针对现有技术中采用人工换料及部分装置的出入堆操作，需要操作人员到堆顶实施，存在不安全隐患，容易受到辐射，危害身体健康；另外，工作人员频繁在堆顶走动及实施操作任务容易将杂物带入堆内，使反应堆存在安全隐患的问题，本发明提出一种反应堆内自动抓取提升装置，第一驱动机构驱动中心轴转动，中心轴带动与之相连的传动机构进行动作，由传动机构带动驱动板进行转动，从而带动驱动板上的两个棘爪进行动作，从而将堆内被提升物抓住提起。

所述传动机构包括中心齿轮、传动齿轮、内齿轮，所述中心齿轮与所述中心轴固定连接，所述传动齿轮与中心齿轮外啮合、与内齿轮内啮合；所述内齿轮通过连接板固定连接驱动板。此种连接方式，内齿轮的转动与中心轴的转动方向相反，从而使得驱动板的转动方向与中心轴的转动方向相反。

所述棘爪包括两条圆弧段，中间开有方形孔，所述固定轴插入至方形孔中连接棘爪与驱动板。方形孔也可为长圆孔，对固定轴提供限位，使得棘爪与驱动板之间的相对运动稳定可靠。

所述传动机构还包括位于上层固定板上方的旋转架，所述旋转架与中心轴同步转动，旋转架上设置有挡块；还包括驱动架，所述驱动架上端设置有扇形凹槽，旋转架卡在驱动架的扇形凹槽内，所述驱动架在旋转架的驱动下能在扇形凹槽的角度范围内进行转动；所述棘爪的外端与驱动竖杆的一端连接，驱动竖杆的另一端接驱动横杆，驱动横杆的另一端连接到驱动架上。

还包括固定连接在上层固定板上方的固定架，所述驱动架与旋转架同轴安装在固定架内；所述中心轴穿过固定架、旋转架、驱动架；所述第一驱动机构安装在固定架上。

所述上层固定板的上表面设置有定位槽，上层固定板的侧边设置有弧形定位键、扇形槽，内齿轮卡装在弧形定位键内层；所述驱动横杆安装在定位槽中；所述内齿轮的侧边处设置有定位挡板，定位挡板卡在扇形槽内，所述扇形槽用于限制内齿轮的转动范围。内齿轮只能够在扇形槽对应的圆心角的范围内进行转动。

所述第一驱动机构包括支撑架，设置在支撑架上的步进电机，所述步进电机的输出端通过联轴器连接中心轴。

所述下层固定板的下表面安装锥形筒。方便尽快定位并抓取被提装置。

还包括安装在中层固定板上的制动机构，所述制动机构用于制动传动机构。

所述制动机构安装在中层固定板上，且制动机构分布在传动齿轮的对侧；制动时，制动机构通过卡勾卡在内齿轮的轮齿之间；所述制动机构的卡勾由第二驱动机构驱动进行动作。第二驱动机构驱动优选为电磁继电器。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明一种反应堆内自动抓取提升装置，可实现远程控制燃料元件及堆内其它装置的移位、转运等操作，避免操作人员直接通过工具实现燃料元件及堆内其它装置的移位、转运操作，有效降低了操作人员进入反应堆内的次数，防止人员受伤；

2、本发明一种反应堆内自动抓取提升装置，克服了传统转运工具性能单一的缺陷，采用两个可旋转的棘爪结构，可以抓取不同直径的被提升构件，极大地扩展了使用范围；

3、本发明一种反应堆内自动抓取提升装置，传统机构采用三个齿轮配合，其中一个内啮合齿轮，中心齿轮同内齿轮的转动方向相反，旋转架和驱动板都作为动力源，使棘爪有两个方向的运动，极大缩短了抓取时间，提高了工作效率；

4、本发明一种反应堆内自动抓取提升装置，采用第一驱动机构作为唯一原始动力源，通过齿轮组与驱动架、旋转架的配合，完成多组运动，在实现快速抓取构件的同时，极大地简化了装置结构，操作平稳，结构优化，且具有较强的经济性；

5、本发明一种反应堆内自动抓取提升装置，通过驱动架和旋转架的配合，使驱动横杆和驱动竖杆的运动延后，进而使棘爪的横向位移延后，作为旋转运动的补充，相互配合完成抓取任务。

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为本发明具体实施例的俯视图；

图2为图1中的A-A向剖视图；

图3为本发明具体实施例中中层固定板底部的结构示意图；

图4为本发明具体实施例中上层固定板顶部的结构示意图；

图5为本发明具体实施例中上层固定板的结构示意图；

图6为本发明具体实施例中中层固定板的结构示意图；

图7为本发明具体实施例中下层固定板的结构示意图；

图8为本发明具体实施例中固定架的结构示意图；

图9为本发明具体实施例中棘爪结构的示意图；

图10为本发明具体实施例中旋转架的结构示意图；

图11为本发明具体实施例中驱动架的俯视图；

图12为图11中B-B向剖视图；

图13为本发明具体实施例中驱动板的结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-步进电机，2-支撑架，3-固定架，4-上层固定板，5-内齿轮，6-中层固定板，7-连接板，8-驱动板，9-下层固定板，10-驱动竖杆，11-锥形筒，12-传动齿轮，13-驱动横杆，14-联轴器，15-中心轴，16-驱动架，17-中心齿轮，18-棘爪，19-吊耳，20-制动机构，21-旋转架，401-弧形定位键，402-扇形槽，403-定位槽。

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：

如图1至图13所示的一种反应堆内自动抓取提升装置，包括步进电机1、支撑架2、联轴器14和吊耳19，所述的步进电机1安装在支撑架2上，联轴器14安装在步进电机1轴上，还包括固定架3、上层固定板4、中层固定板6、下层固定板9和驱动架16和旋转架21，所述的上层固定板4、中层固定板6和下层固定板9通过螺栓螺母依次堆放连接，固定板两两之间通过套筒支撑形成两个空间，所述的固定架3焊接在上层固定板4上，驱动架16同轴安装在固定架3内，可在固定架3内旋转一定角度，旋转架安装在驱动架16上的凹槽上，支撑架2通过螺母安装在固定架3上；内齿轮5安装在上层固定板4和中层固定板6之间，传动齿轮12安装在中层固定板6上并和内齿轮5啮合，中心轴15一端连接联轴器14并穿过驱动架16连接中心齿轮17，中心齿轮17同传动齿轮12啮合；内齿轮5通过连接板7固定连接到驱动板8，棘爪18安装在驱动板8的轴上，驱动竖杆10一端连接棘爪18，另一端连接驱动横杆13，驱动横杆13另一端连接到驱动架16上。

上述的上层固定板4的上表面上加工有定位槽403，侧边加工有弧形定位键401和扇形槽402，所述的内齿轮5卡装在弧形定位键401内层，使内齿轮5绕中心轴转动，而不会脱离上层固定板4，驱动横杆13安装在定位槽403中，使其只进行沿横杆方向的运动。

上述的旋转架21上加工有挡块，驱动架16上端两侧加工有扇形凹槽，旋转架21卡在驱动架16上的凹槽内，并能转动一定角度。

上述的固定架3下端加工有同驱动架16外径相配合的大孔，上端加工有直径大于中心轴15的小孔，大孔和小孔贯通。

上述的驱动架16下端两侧加工有轴架，固定架3下端开有槽，轴架穿过槽与驱动横杆13通过轴连接。

上述的棘爪18由两条圆弧构成，中间开有方形孔，端部开有圆形孔。

上述的驱动板8随同内齿轮5同步转动，中心开有圆孔，对称加工有两个固定轴，棘爪18通过方形孔安装在驱动板8的固定轴上。

上述的下层固定板9的下面安装锥形筒11，方便尽快定位并抓取被提装置。

上述的制动机构20安装在中层固定板6上，分布在传动齿轮12的对侧，制动时，制动机构20上卡勾卡在内齿轮5的轮齿之间，实现制动的目的；制动机构20主要由电磁继电器构成，通过电磁继电器控制卡勾的移动。

上述的驱动竖杆10、驱动横杆13和棘爪18各有两个。

上述的定位槽403有两个，呈中心对称分布，弧形定位键401和扇形槽402各有两个，呈对称分布。

上述的内齿轮5的侧边处加工有呈对称分布的定位挡板，定位挡板卡在上层固定板4的扇形槽402内，限制内齿轮5的转动范围，避免内齿轮5转过的角度过大。

反应堆内自动抓取提升装置工作时，需要用支撑机构通过吊耳将本装置吊入堆内，装置上设置水下摄像头，步进电机采用水下作业电机，且被抓取提升物都带有蘑菇头构件。操作人员即可在远离堆芯的控制室操作。

首先，远程控制支撑机构将本装置定位到被提取物的上方之后慢慢下落，利用装置底部的锥形筒11可快速获取被提取物，使蘑菇头穿过下层固定板9上的圆孔，并顶在中层固定板6。

其次，启动步进电机1，步进电机1将通过中心轴15带动中心齿轮17转动，同时，中心轴15也将带动旋转架21转动。中心齿轮17通过传动齿轮12带动内齿轮5转动，并且内齿轮5转动与中心轴15转动方向相反，这样内齿轮5转动方向也与旋转架21转动相反。内齿轮5通过驱动板8带动棘爪18转动。使两个棘爪18相向运动，形成的圆环的直径慢慢变小，渐渐卡到被提升物蘑菇头的下端；当棘爪18转动到移动程度时，旋转架21会卡到驱动架16扇形开口的边侧会带动驱动架16一起转动，驱动架16的转动相较于旋转架21和驱动板8有一定的滞后。驱动架16的旋转会通过驱动横杆13和驱动竖杆10带动棘爪18移动，使两个棘爪18在旋转的同时向外移动，进一步缩小两个棘爪18形成的圆环直径，利用两个棘爪18做圆周运动的同时，再做直线运动，极大缩短了抓取时间，另外，通过两个方向减小环形直径，使被提升物蘑菇头与棘爪18的接触点至少为4个，棘爪18对被提升物的抓取更加牢靠。

最后，当棘爪18不再移动时，关停步进电机1，同时，操作制动机构20将内齿轮5锁死，防止其在提升物体时转动，当被转移物移动到指定位置时，按相反的程序卸载被转移物。

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 (9)

1.一种反应堆内自动抓取提升装置，其特征在于，包括依次连接的上层固定板（4）、中层固定板（6）、下层固定板（9），所述上层固定板（4）上设置吊耳（19），还包括穿过上层固定板（4）的中心轴（15）、用于驱动中心轴（15）转动的第一驱动机构；所述上层固定板（4）和中层固定板（6）之间设置传动机构，中心轴（15）与传动机构相连，所述中层固定板（6）和下层固定板（9）之间设置驱动板（8），所述第一驱动机构通过传动机构带动驱动板（8）转动，驱动板（8）上沿中心对称分布两个固定轴，每个固定轴上均安装一个棘爪（18）；所述传动机构包括中心齿轮（17）、传动齿轮（12）、内齿轮（5），所述中心齿轮（17）与所述中心轴（15）固定连接，所述传动齿轮（12）与中心齿轮（17）外啮合、与内齿轮（5）内啮合；所述内齿轮（5）通过连接板（7）固定连接驱动板（8）。

2.根据权利要求1所述的一种反应堆内自动抓取提升装置，其特征在于，所述棘爪（18）包括两条圆弧段，中间开有方形孔，所述固定轴插入至方形孔中连接棘爪（18）与驱动板（8）。

3.根据权利要求2所述的一种反应堆内自动抓取提升装置，其特征在于，所述传动机构还包括位于上层固定板（4）上方的旋转架（21），所述旋转架（21）与中心轴（15）同步转动，旋转架（21）上设置有挡块；还包括驱动架（16），所述驱动架（16）上端设置有扇形凹槽，旋转架（21）卡在驱动架（16）的扇形凹槽内，所述驱动架（16）在旋转架（21）的驱动下能在扇形凹槽的角度范围内进行转动；所述棘爪（18）的外端与驱动竖杆（10）的一端连接，驱动竖杆（10）的另一端接驱动横杆（13），驱动横杆（13）的另一端连接到驱动架（16）上。

4.根据权利要求3所述的一种反应堆内自动抓取提升装置，其特征在于，还包括固定连接在上层固定板（4）上方的固定架（3），所述驱动架（16）与旋转架（21）同轴安装在固定架（3）内；所述中心轴（15）穿过固定架（3）、旋转架（21）、驱动架（16）；所述第一驱动机构安装在固定架（3）上。

5.根据权利要求3所述的一种反应堆内自动抓取提升装置，其特征在于，所述上层固定板（4）的上表面设置有定位槽（403），上层固定板（4）的侧边设置有弧形定位键（401）、扇形槽（402），内齿轮（5）卡装在弧形定位键（401）内层；所述驱动横杆（13）安装在定位槽（403）中；所述内齿轮（5）的侧边处设置有定位挡板，定位挡板卡在扇形槽（402）内，所述扇形槽（402）用于限制内齿轮（5）的转动范围。

6.根据权利要求1所述的一种反应堆内自动抓取提升装置，其特征在于，所述第一驱动机构包括支撑架（2），设置在支撑架（2）上的步进电机（1），所述步进电机（1）的输出端通过联轴器（14）连接中心轴（15）。

7.根据权利要求1所述的一种反应堆内自动抓取提升装置，其特征在于，所述下层固定板（9）的下表面安装锥形筒（11）。

8.根据权利要求1所述的一种反应堆内自动抓取提升装置，其特征在于，还包括安装在中层固定板（6）上的制动机构（20），所述制动机构（20）用于制动传动机构。

9.根据权利要求8所述的一种反应堆内自动抓取提升装置，其特征在于，所述制动机构（20）安装在中层固定板（6）上，且制动机构（20）分布在传动齿轮（12）的对侧；制动时，制动机构（20）通过卡勾卡在内齿轮（5）的轮齿之间；所述制动机构（20）的卡勾由第二驱动机构驱动进行动作。

Images