CN112567475A - 燃料组件搬运设备和包括这种设备的搬运组件 - Google Patents

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CN112567475A CN201980048989.4A CN201980048989A CN112567475A CN 112567475 A CN112567475 A CN 112567475A CN 201980048989 A CN201980048989 A CN 201980048989A CN 112567475 A CN112567475 A CN 112567475A
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Abstract

本发明的一个主题是一种用于核燃料组件的搬运设备，其包括：‑本体；‑抓取装置，其能够与燃料组件配合以便抓持或释放所述组件；‑用于控制抓取装置的控制装置，该控制装置能够在所述组件的抓持位置与释放位置之间控制所述抓取装置，反之亦然；‑抽吸装置，当组件被所述设备抓持时，该抽吸装置能够产生冷却气体穿过搬运设备和穿过组件的抽吸。本发明的另一个主题是一种用于核燃料组件的搬运组件，其包括：‑搬运设备；接收支撑件，其能够接收燃料组件并且能够与搬运设备配合。

Description

燃料组件搬运设备和包括这种设备的搬运组件
技术领域
本发明涉及核燃料组件搬运的领域。
本发明具体针对用于第4代快中子型反应堆的组件的搬运。
本发明更特别地涉及一种搬运设备以及一种包括搬运设备的组件。
背景技术
在燃料组件的搬运领域中，特别是对于来自第4代快中子型反应堆的组件，燃料在离开反应堆时可达到30至40kW的残余热功率水平。根据“ASTRID”(Advanced SodiumTechnological Reactor for Industrial Demonstration)第四代快中子反应堆规定的约束，那么所述燃料必须在临时储存位置(例如存储罐)中被冷却，直到它们达到至多3kW的残余功率以能够被转移到热室(hot cell)中。
“热室”是旨在容纳放射性材料的腔室，能够确保所述材料的容置并通过屏蔽壁来保护免受辐射。这些也被称为“高放射性室”。
组件(更广泛地为燃料)从存储罐到热室的转移总体上使用与转移罩一起使用的特定抓具(“带罩抓具”)经由存储罐与热室之间的搬运通道来执行。
然后使用特定于该室的搬运抓具(“室抓具”)。该抓具必须与3kW量级的残余功率相容，也就是说，与可以达到400℃的组件温度相容，当室抓具与组件接触以便使组件被抓取时，这可以引起150℃量级的温度。
室抓具在下文中在说明书中也可以被称为“搬运系统”或“搬运设备”。
搬运系统必须满足至少以下约束：
-对已留置在反应堆的芯部中、特别是在液体钠反应堆中的核燃料组件的抓取；
-600kg量级的搬运能力；
-连接和断连自主性。
搬运系统必须遵守其它约束，包括：
-与通过在组件-搬运系统接口处的传导和通过对流(在与燃料接触时再加热的气体流加热抓具)传递的来自组件的热通量的热相容性；
-搬运安全性：搬运系统必须在负载下不被连接或断连；
-与电离辐射的相容性，特别是由组件发射的电离辐射，但也存在于热室中；
-与环境和热室的远程搬运约束的相容性(远程可操作性)；
-与钠存在的相容性；
-与地震效应的相容性；
-鲁棒性和可靠性：搬运系统必须特别地适用于60年的功能寿命；
-易于维护，特别是在热室中；
-紧凑性：由于搬运必须特别地在热室中进行，所以工具必须不超过特定块体，特别是某个给定高度；
-与互补的搬运装置(卷扬机、起重机、桥、单元内铰接搬运臂)的相容性。
换句话说，搬运系统必须满足展现出150℃量级的高接触温度以及600kg量级的重量的功能，同时满足安全性和紧凑性约束。
从专利申请FR2637411已知一种搬运系统，其允许用于快中子核反应堆的核燃料组件的转移。该系统是用于转移核燃料组件的笔直的转移梁，其包括竖直引导管，搬运抓具在该竖直引导管中滑动，其特征在于，提供供应装置用于将冷却剂输送到引导管的顶部中，以便使该液体通过从抓具悬挂并被放置在引导管中的组件的重力流动。
该转移梁系统主要可应用于替换快中子核反应堆内的组件：经辐射的组件被带到卸载站，使用填充有冷却剂(液体钠，如果其为钠冷却的反应堆)的转移罐将它们从该卸载站排放出反应堆的罐，并且通过在反转方向上遵循相同路径来用新组件进行替换。为了在其转移时正确地执行对具有高残余功率的经辐射的组件的冷却，还必要的是，在搬运期间罐中的液态金属的液位为使得组件的可裂变部分保持被浸没，而不必增加罐的高度，以避免实质上增加反应堆整体的成本。因此，所公开的系统是被特别设计成在快中子核反应堆中使用的转移系统。
然而，考虑到通常在热室中排除的循环液体的需要，该转移梁系统不可被用于或仅可被困难地用于将组件转移到热室中。此外，其不是自主的，因为其有必要具有流体循环系统，并且尤其是用于致动抓具的爪以便抓持组件的控制杆。最后，在这种搬运系统中的液体循环引起固有的泄漏风险(尤其是当其是液体钠时)，而不计算可能使所述系统更重的事实，其已经必须承受组件的重量。
此外，所关注的液体是液体钠(其温度因此高于100℃)，这对于热室总体上来说是不可接受的。
从专利申请JPH07104094还已知一种用于搬运热室中的燃料组件的系统，该系统包括膨胀/缩回机构、抓取机构和冷却机构。该膨胀/缩回机构由外管和在该外管内竖直可移动的内管构成。抓取机构被容置在内管中，并且确保了由冷却风扇供应的冷却剂的通过。抓取机构设有适合于牢固地夹紧燃料组件的抓取适配器，以及用于排出已经在膨胀/收缩机构中流动的冷却剂的孔。
冷却机构包括冷却风扇，该冷却风扇抽吸容置在室中的气体，以便通过经由膨胀/收缩机构和抓取机构吹送该气体来冷却燃料组件。冷却剂的流动方向从冷却风扇移动到搬运系统的顶部，然后重新下降到组件。
该搬运系统的主要缺点是其不是电自主的，因为其包括用于在所述系统中吹送气体的风扇。另一个缺点是所需部件的数量，这使得系统不可靠，并且较不紧凑。
此外，其中存在辐射的热室中的任何机动化必须被加硬(以避免由于辐射导致的过早老化)并且必须总体上被复制(duplicated)。最后，该系统具有将所吹送的气体中的所有颗粒散布到整个室的另一缺点。从而，如果组件的燃料销证明已经失效，换句话说，如果它们具有开口裂缝，则这会在室中引起源自组件的燃料销的放射性材料的散布。
从专利申请EP0008253还已知一种用于快中子反应堆的具有周期的自动抓具。与该抓具相关的缺点是其大块体、其显著的重量。此外，对接基本上竖直于组件的头部，没有阻挡系统，并且存在大量的部件。负载经由控制元件升高。最后，该抓具没有冷却。从而，该抓具实际上是自主的(没有致动器)，但是其太笨重并且具有竖直对接，要求抓具在其中操作的热室的天花板下方非常大的高度。大量的部件增加故障的概率，随着负载通过形成控制链的部分的空间，故障的概率也更多。
此外，上述现有技术解决方案不包括用于确保搬运安全性(例如，组件的断连)的解决方案。
本发明目的在于克服现有技术的上述缺点。
更具体地，本发明目的在于具有用于核组件的搬运设备，该搬运设备能够在高温下自主地操作，并且能够安全地搬运，并且以满足上述约束、特别是安全性和紧凑性约束的方式。
发明内容
使得可能实现该目的本发明的一个主题是一种用于核燃料组件的搬运设备，该搬运设备沿着纵向轴线延伸并且包括：
-本体；
-抓取装置，其能够与燃料组件配合以便抓持或释放所述组件，所述抓取装置被联接到本体以便允许所述本体与抓取装置的全部或部分之间的相对运动；
-用于控制抓取装置的控制装置，该控制装置能够在所述组件的抓持位置与释放位置之间控制所述抓取装置，反之亦然；
-抽吸装置，当组件被所述设备抓持时，该抽吸装置能够产生冷却气体穿过搬运设备和穿过组件的抽吸。
根据有利的实施例，抽吸装置包括气体流速增压器和用于经压缩的气体进入所述增压器中的进气管道，所述进气管道被构造成使得，在组件被所述设备抓持时，进入所述气体增压装置的所述经压缩的气体产生冷却气体穿过搬运设备和穿过组件的抽吸。
引入气体流速增压器中的经压缩的气体通过Coanda效应、通过venturi效应或两者引起冷却气体到设备中的抽吸，这允许创建高效冷却流。
根据特定实施例，冷却气体是组件的搬运环境中的环境气体，例如包含在热室中的气体。这允许使用包含在附近环境中的资源。
根据一个实施例，抓取装置包括能够相对于本体以旋转移位并且能够与组件配合以便抓持或释放所述组件的至少一个部件。
根据特定实施例，能够相对于本体以旋转移位的所述至少一个部件是爪，该爪包括能够与组件的顶端处的肩部配合的末端。
根据特定实施例，爪经由轴被联接到本体，所述轴大致上水平并且在正交径向方向上延伸，以便允许所述爪通过围绕其轴线相对于本体的旋转运动而移位。
根据特定实施例，控制装置包括能够驱动至少一个爪绕其轴旋转的至少一个推动件。
根据另一个实施例，抓取装置包括能够相对于本体以平移移位并且能够与组件配合以便抓持或释放所述组件的至少一个部件。
根据特定实施例，能够相对于本体以平移移位的所述至少一个部件是机械指部，其包括能够与组件的顶端处的肩部配合的第一端。
根据特定实施例，本体包括在径向方向上延伸的至少一个通道状通路，机械指部可通过相对于本体的径向平移运动而在该通道状通路中移位。
根据一个有利的实施例，控制装置包括双稳态机构，该双稳态机构被联接到抓取装置并且能够将所述抓取装置定位在抓持或释放组件的稳态位置。
双稳态机构被用于辅助抓取装置的致动，而不使用电气、气动或机电致动。这允许可靠且安全的纯机械致动系统，也就是说显著地允许防止在组件的搬运期间负载被掉落的可能性。
双稳态机构非常适合于搬运设备的循环操作。实际上，对于组件的搬运，搬运设备的设计为使得双稳态机构必须处于两个均衡状态之一。
根据一个实施例，控制装置包括交互装置，该交互装置被联接到抓取装置并且能够与搬运设备的独立接触部件配合，使得所述交互装置与所述独立接触部件之间的接触驱动抓取装置的运动。
根据特定实施例，交互装置包括交互冠状环。
根据一个有利的实施例，本体包括能够与组件形成密封的装置，例如可膨胀密封件。这允许提供气态流，并且由此甚至允许组件中的真空压力和更好的冷却。
根据一个有利的实施例，搬运设备进一步包括设置在流速增压器下游的过滤装置。这允许避免室中的核材料的散布。
根据第二方面，本发明涉及一种用于核燃料组件的搬运组件，其包括：
-根据本发明的第一方面的搬运设备，
-接收支撑件，其形成搬运设备的独立接触部件，该接收支撑件能够接收燃料组件并且能够与搬运设备配合，使得当燃料组件定位在接收支撑件中并且所述搬运设备与所述接收支撑件配合时，所述搬运设备从组件的抓取位置经过到组件的释放位置，反之亦然。
根据一个实施例，接收支撑件可与搬运设备的交互装置配合。
根据一个实施例，搬运组件进一步包括经压缩的空气的供应回路。
附图说明
根据附图，本发明的其它特征和优点将从以说明性和非限制性方式给出的以下描述中变得显而易见，在附图中：
-图1A示出根据本发明的搬运设备；
-图1B示出根据本发明的设置在热室中的搬运组件；
-图2示出搬运设备的第一示例性实施例；
-图3示出搬运设备的第二示例性实施例；
-图4A至4C示出搬运设备的第三示例性实施例，分别以与搬运桥接合的打开位置(爪未被分离)以及以闭合位置(爪被分离)所见；
-图5A至5J示出根据本发明的双稳态机构的操作；
-图6A和6B示出搬运设备的第四示例性实施例；
-图7A和7B示出搬运设备的第五示例性实施例；
-图8A至8H示出搬运设备的运动学。
具体实施方式
贯穿本申请，搬运设备1在纵向方向Z上延伸。
贯穿本申请，术语“底部”、“顶部”、“竖直”、“水平”、“升高”、“降低”、“低于”和“高于”应当参考竖直布置的搬运设备1的纵向方向Z和所述搬运设备从其顶端上方的搬运来理解，应当理解，搬运设备的搬运可以不是竖直的。术语“径向”应当参考与纵向方向Z成直角的平面来理解。
在附图中，相同的部件具有相同的附图标记，即使当它们参考不同的示例性实施例被描述时。
图1A和图1B示出搬运组件100，其包括根据本发明的搬运设备1，特别地被设置在热室5中。
搬运设备1被细分为若干子系统：
-回转圆筒形式的本体10；
-抓取装置11，其被联接到本体10以便能够相对于所述本体移位，并且其包括能够确保燃料组件(在这些图中未示出)的抓持和释放的爪110；
-控制装置12，其控制爪110的运动，以便抓持或释放燃料组件；
-抽吸装置14，当燃料组件被所述设备抓持时，该抽吸装置14能够产生穿过搬运设备1和穿过燃料组件的冷却气体的抽吸。
本体10、抓取装置11、控制装置12和抓取装置14子系统的材料和部件优选地根据它们对电离辐射的耐受性以及对来自燃料组件的残余热释放的耐受性以及对由搬运施加的机械应力的耐受性来选择。
由于热室5中的环境的约束，优选地避免基于用于抓取装置11的运动的电机动化的任何方案。实际上，经辐射的燃料组件的电离辐射的散发可严重损坏电子系统(并且特别是电机的绕组)，并且要求被证明是昂贵的(并且因此不适合于搬运设备)的专用于这种类型的环境的部件。因此优选的是纯机械系统的选择。
此外，有必要防止在组件的搬运期间负载掉落的可能性。
所谓的“双稳态”机构被放置就位。
双稳态机构是一种机械系统，其特征在于两个稳态的均衡状态，在这两个状态之间存在可能的“非稳态”的过渡。
双稳态机构被用于辅助致动抓取装置11，而不使用电气、气动或机电致动。这允许可靠且安全的纯机械致动系统，这显著地允许防止在组件的搬运期间负载掉落的可能性。
双稳态机构非常适合于搬运设备的循环操作。实际上，对于组件的搬运，搬运设备的设计为使得双稳态机构必要处于两个均衡状态之一。下文中将更具体地描述这种机构。
如在介绍中所述，确保从燃料组件排放残余热功率是基本的。过高的温度上升可能导致覆盖核燃料的保护层(cladding)的材料的腐蚀，并导致失去对组件中容置的放射性物质的容置。因此，在组件正在被搬运时、特别是当它们的热功率高时对组件的冷却的持续性是必要的。
抽吸装置14通过从组件的孔抽吸冷却气体而允许通过在燃料组件正在被搬运时冷却燃料组件来满足该目的。冷却气体穿过燃料组件和搬运设备1。因此所述气体允许从燃料组件排放残余热功率。
冷却气体可以是包含在热室5中的气体，例如氮气。
所示出的搬运组件包括：
-搬运设备1；
-经压缩的气体的供应回路4(例如供应加压氮气)，用于供应气体流速增压器；
-能够接收组件2的接收支撑件7。
搬运设备1的控制装置12有利地包括允许与接收支撑件7配合的交互装置121。交互装置121与接收支撑件7之间的接触导致抓取装置11的运动。这将在本说明书中在下文中更具体地说明。
接收支撑件7也可以被称为“接收站”。在热室5的不同的点处可以设置若干接收支撑件。
接收支撑件7可以具有任何形式，只要其具有能够形成用于交互装置121的支撑表面的部分，并且该接收支撑件7可以接收组件的全部或部分。
接收支撑件可以属于圆筒类型，特别是圆形圆筒，组件被竖直地接收。
可替代地，其可以被构造成在水平方向上具有开口形式，例如呈U形，以便允许组件的侧向接收。该构造允许最小的天花板高度，并且更确切地说，允许较小的竖直行进高度。
代替接收支撑件7，它们可以是适合于与交互装置121交互以便控制抓取装置11的其它装置。
在图1A和图1B中，箭头表示冷却气体(例如氮气)从热室5到搬运设备1的抽吸方向。
图2和图3示出搬运设备的第一和第二示例性实施例，其具有两种不同构造的过滤装置。
搬运设备1包括本体10和抓取装置11，该抓取装置11包括能够确保燃料组件(在这些图中未示出)的抓持和释放的爪110，以及控制爪110的运动的控制装置(在这些图中未示出)。
每个爪110经由轴110a(在所示的示例中是水平的)被联接到本体10。
每个爪110进一步包括具有钩形的末端110b，该钩形能够与形成在组件的顶部(也称为“组件头部”)中的肩部配合，以便钩住所述组件(在图2和图3中未示出)。
在所示出的示例中，爪110通过相对于本体10旋转而操作，相同的抓取装置在图4A-4C、5A-5J或6A-6B中示出，但它们可以是通过旋转操作的其它抓取装置11，或者甚至是通过平移操作的其它抓取装置，如将关于图7A-7B解释的。
搬运设备1包括抽吸装置14，该抽吸装置14包括气体流速增压器141和用于经压缩的气体的至少一个进气口142。
可以将若干增压器141放置就位。这可以允许冷却能力增加和/或保障抵抗一个气体流速增压器的故障。
这些增压器141中的每个可以经由进气口141被供应专用的经压缩的气体。
在图2和图3所示的两个示例中，设备1进一步包括设置在气体增压器下游以及在用于由所述设备抽吸的冷却气体的出口上游的过滤装置15，以便捕获源自组件并且潜在地由所述冷却气体传送的放射性裂变产物。所示的过滤装置包括至少一个过滤器151以及过滤壳体152。
本体10被表示为两个部分：在抓取装置的水平处的第一部分10a，以及在抽吸装置的水平处的第二部分10b。
所示的冷却气体是氮气。然而，其可以是另一种气体，优选为惰性气体。
在第一示例中，冷却气体流在搬运设备1的纵向方向上发生在所示出的构造中从底部到顶部：其通过所述设备的底部孔进入搬运设备1中，并且其经由所述设备的顶部孔从设备中重新排出。当组件被钩到设备上时，冷却气体穿过组件中的孔被抽吸，总体上为底部孔，典型地为组件的脚部中的孔，并且穿过设备1以及穿过设置在搬运设备的顶部中的包括一个或更多过滤器151的过滤装置15从组件中重新排出。
在过滤装置15上方，优选地在搬运设备的本体10的第二部分10b上方，过滤壳体152被设置在所述第二部分10b内侧，设置有提升接口16，其可包括提升环并且其允许设备1被搬运桥的钩钩住以移位，或者被具有相同功能的任何其它装置钩住。
过滤装置15的该第一构造的一个优点是，搬运设备1不会使其径向块体增加，而仅其高度可能增加。
作为一个示例，所示的设备具有260mm的直径和650mm的高度。
在第二示例中，冷却气体流穿过所述设备的底部孔进入，并且其穿过所述设备的一个或更多仔细布置的侧向孔重新排出。该孔可以是一个360°的孔或若干孔，其被设置成以便避免搬运设备的可潜在地由冷却气体流引起的旋转。
当组件被钩到设备上时，冷却气体穿过组件中的孔被抽吸，该孔总体上为组件的底部孔，并且典型地为组件的脚部孔，并且穿过设备1以及设置在搬运设备的一侧或更多侧上的一个或更多过滤器151从组件重新排出。
在过滤装置15上方、在搬运设备的本体10的第二部分10b上方，过滤壳体152被设置在所述第二部分10b内侧，设置有包括提升环的提升接口16，该提升环允许设备1被搬运桥的钩钩住以移位，或者被具有相同功能的任何其它装置钩住。
该第二构造的一个优点是其紧凑性，以及与第一构造相比较小的高度。
作为一个示例，所示的设备具有400mm的直径和500mm的高度。
可以设想其它构造和其它过滤装置15(未示出)。
图4A、图4B和图4C示出搬运设备1的第三示例性实施例，其与搬运桥的钩6接合，并且以组件的释放位置(称为“打开”位置)以及以组件的抓持位置(称为“闭合”位置)所见，在释放位置爪没有完全径向分离(或更靠近在一起)，在抓持位置爪径向分离。
燃料组件2可以被接收在接收支撑件7中，如图4A和图4B所示。
搬运设备1包括本体10、包括能够确保燃料组件2的抓持和释放的爪110的抓取装置11、控制爪110的运动的控制装置12以及包括具有至少一个经压缩的气体进气口142的气体流速增压器141的抽吸装置。
每个爪110经由轴110a(在所示的示例中是水平的，也就是说与纵向轴线Z成直角的平面，并且在正交径向方向上)被联接到本体10。从而，爪可相对于本体绕其轴110a转动。
作为爪的替代，它们可以是通过旋转操作的其它抓取装置11。
可替代地，它们可以是通过平移操作的其它抓取装置11，如图7A和图7B所示。
搬运设备1的控制装置12能够控制爪110的运动。
它们包括允许与接收支撑件7配合的交互装置121。
交互装置121包括交互冠状环，该交互冠状环围绕本体10的一部分并且可以相对于所述本体在纵向方向Z上滑动。
相对于本体10固定的保持邻接件126穿入交互冠状环121的径向孔121a中，例如凹槽或长椭圆形孔。邻接件126允许所述冠状环相对于本体10被保持在给定高度范围。换句话说，邻接件126允许交互冠状环121被保持在低位置(以防止其掉落)，并且允许交互冠状环121的行程止挡被设定在高位置，对应于爪110的最大分离(“闭合”位置，即抓持位置)。
从而，邻接件126允许限制甚至消除到双稳态机构123(在下文中描述)的负载传递。
邻接件126可以是杆、段塞(slug)、销或能够实现相同功能的任何其它部件。
根据下文中解释的运动学，保持邻接件126的位置被确定为确保所述交互冠状环相对于本体10的平移行程，这对于确保控制爪110的打开和闭合是必要的。
若干推动件122，其功能是推动或释放爪110，可以相对于交互冠状环121沿着所述冠状环的倾斜表面S121(也可以称为“倾斜平面”)平移移位，允许爪110被带到径向地更靠近在一起以释放组件2(打开)，或允许爪110被径向地分离以抓持组件2(闭合)。
推动件122可以是轴、间隔件或能够根据交互冠状环121的位移推动或释放爪110的任何其它部件。
每个推动件122具有能够与爪的支撑表面110c配合以推动爪的第一端122a，以及能够在交互冠状环121的倾斜表面S121之上滑动的第二端122b。推动件122被插入形成在本体10中的孔101中，并且可以通过在所述孔110中平移而移位。当推动件的第二端122b在倾斜表面S121之上滑动时，推动件122在孔101中移位，并且第一端122a推动爪110的支撑表面110c或释放所述支撑表面。
推动件122与爪110相关联。因此，存在与爪一样多的推动件。
每个爪110包括具有钩形的末端110b，该钩形能够与形成在组件的顶部2a(也称为“组件头部”)中的肩部21配合，以便钩住所述组件。
搬运设备1包括双稳态机构123，该双稳态机构123例如可以是在图5A至5J的描述中或图6B的描述中更具体描述的双稳态机构。
双稳态机构的操作在图5A至5J中示出。
尽管关于第三示例性实施例(图4A至4C)进行了描述，但是双稳态本身的操作适用于所有示例性实施例。
一种双稳态机构，其包括(具体参见图5A)：
-第一部分123a，其具有沿着纵向轴线Z延伸的圆筒形冠状环形式，并且包括在其侧向内壁上的圆筒形间隙123c；
-第二部分123b，其被联接到爪110，具有与第一部分123a相同轴线的圆筒形式，并且可被整体地或部分地引入所述第一部分中；其包括在其外侧向表面上的凹槽123d。第二部分123b可以在第一部分123a内侧移位；
-联接部分123a，其可以在第一部分123a的圆筒形间隙123c中和在第二部分123b的凹槽123d中延伸，从而在第一部分与第二部分之间产生联接：第二部分123b相对于第一部分123a的运动是遵循凹槽123d的轨迹的枢转滑动运动。
在所示的示例中，联接部分是球，但是其可以是适合于在第一部分123a的圆筒形间隙123c中和第二部分123b的凹槽123d中延伸以及从而适合于在第一部分与第二部分之间产生联接的任何其它部件。
在图5A中，搬运设备1处于“打开”位置：组件2被释放，爪110没有被完全分离，并且双稳态机构123处于稳态位置P1。
当搬运设备1下降时(图5A和图5B)，其在行进开始时依靠位于本体10的底端处的斜切面104自居中在组件2上。组件2被引入所述本体10中，并且交互冠状环121被组件2的第一接收支撑件7向上推动。
如图5C和图5D所示，交互冠状环121在纵向方向Z上向上移位，其使其倾斜表面S121移位至与推动件122接触，然后驱动每个推动件移位至所述表面的最下部分(对应于交互冠状环121到达抵靠邻接件126的行程的末端)。
从而，如图5D所示，推动件122已经将爪110带到在双稳态机构123的“非稳态”位置P12更靠近在一起，并且搬运设备1搁置在第一接收支撑件7上。爪110的会聚确保钩状末端110b通过组件的肩部21下方。
如图5E所示，当搬运设备1上升时(最初没有钩住组件2)，交互冠状环121沿着本体10下降，同时保持与第一接收支撑件7接触，从而释放推动件122，其允许爪110在由它们的自身重量(可能由弹簧增强，未示出)产生的扭矩的作用下再次径向分离。双稳态机构被驱动到稳态位置P2。
如图5F所示，搬运设备1继续上升，直到爪110的钩状末端110b进入与组件2的底表面22接触，并沿着组件2滑动，直到它们与肩部21接触，这对应于当交互冠状环121的顶部进入与邻接件126接触并移动远离第一接收支撑件7时的时刻。
如图5G所示，设备1随着搬运组件2上升，并且双稳态机构123仍处于稳态位置P2。在点P2上方形成的竖直凹槽123i避免通过双稳态机构的任何负载转移。
最后，如图5H所示，组件2被放置在设有第二接收支撑件7'的位置。当搬运设备1下降并且组件接触第二支撑件7'的底部时，所述设备继续下降。爪110沿着组件滑动，然后交互冠状环121将推动件122向上移位到允许爪10再次打开(径向会聚)的位置。双稳态机构123处于新的“非稳态”位置P23。
一旦搬运设备不再与第二支撑件7'接触，双稳态机构123就恢复到新的“稳态”位置。
从而，搬运设备1的重量完全由第二接收支撑件7'支撑，特别是通过使用邻接件126。
双稳态机构123具有控制爪110的打开和闭合的控制功能，而不具有机械支撑功能。
双稳态机构的任何未完成的循环导致所述双稳态机构的初始配置。
轴110a与爪110的末端110b之间在水平方向上的偏移，其与由组件2产生的负载的竖直力相关，在爪上产生扭矩。这引起向外的径向力，例如负载的大约20％。处于闭合位置的该力允许抓持待固定的组件。
在所示的示例中，双稳态机构123(经由交互冠状环121和爪110)与接收支撑件7、7'相关联。接收支撑件通过其与交互冠状环121接触使得可能作用于爪110的打开和闭合。双稳态机构123根据搬运阶段赋予爪110的正确构造。由于双稳态机构，使爪110在被放置在组件上之前分离的可能性例如被大大降低或甚至为零。
对于搬运设备在其上升时无法钩住组件的情况(图5I)，双稳态机构123包括形成在每个稳态点上方的竖直凹槽123i，从而允许双稳态机构123重新装配。在异常的情况下，必须将搬运设备再次重新降低到组件上，以便在组件上升时使所述组件被抓持。
此外，双稳态机构123的操作消除了使爪110部分接合在组件2的肩部21中的可能性。
因此，双稳态机构123限制负载被掉落的风险。
搬运设备1的定尺寸以使得仅在交互冠状环121通过接收支撑件7、7'的一定水平的位移下才能实现稳态性的方式完成。如果位移的水平不足，则可以进行设备1的升高，但是爪再次打开(而不是保持闭合以抓持组件2)，并且爪在没有组件2(其保留在其接收支撑件中)的情况下上升。
最后，双稳态机构123允许在接收支撑件中出现故障的情况下保证由搬运设备1保持组件2。实际上，接收支撑件中的故障使得组件2的释放不可能，因为这样的话设备1的下降是不完全的。
为了补救不可能释放组件的情况(图5J中所示的情况)，控制杠杆18(也在图6B中示出)通过从形成在双稳态机构的第一部分123a中的间隙123f移除而允许释放所述双稳态机构，一旦组件被放置在接收支撑件上，该双稳态机构就将由压缩弹簧123j致动。在该杠杆18在负载下不合时宜地操纵的情况下，这将不会影响负载的保持(因为与其相反的负载的20％的径向力)。
搬运设备1(图4B和图4C)包括抽吸装置14，该抽吸装置14包括气体流速增压器141和用于经压缩的气体的进气口142(并且优选地为两个进气口以获得更大的可靠性)。
冷却气体在图4C中由粗箭头3a表示。经压缩的气体由细箭头3b表示。
搬运设备1进一步包括设置在设备的气体出口上游和增压器141下游的过滤装置15。中间部分17容纳并保持过滤装置15和气体流速增压器141并且还用作本体10与所述过滤装置15之间的接口。经压缩的气体的进气口142部分地经过到中间部分17中。
本体10和中间部分17可以是如所示的两个部分，或者是两件中的单个部分。
如图4C所示，当搬运设备1和组件2配对时，引入到气体流速增压器141中的经压缩的气体通过Coanda效应、通过venturi效应或两者(由粗箭头3a表示的冷却气体的流动)引起冷却气体到设备中的抽吸。
控制装置12和抓取装置11允许这种流动(换句话说，它们不阻止该流动)。
冷却气体穿过组件2中的孔(总体上为底部孔)被抽吸，然后在离开搬运设备1之前穿过搬运设备1的本体、然后穿过气体流速增压器141和一个或更多过滤器151。
为了确保气体流动，并且由此甚至确保组件中的最大真空压力，可在每个推动件122与本体的其中设置有推动件的孔101之间设置密封件(未示出)。此外，可膨胀密封件(未示出)可以被设置在本体10与组件2的头部2a之间；当组件进入本体10中时，可膨胀密封件被放气以避免对其造成损坏。
图4A至图4C中所示的搬运设备1还包括提升接口16，该提升接口16可包括提升环，该提升环允许该设备被搬运桥的钩6钩住以移位，或者被具有相同功能的任何其它装置钩住。
提升环可有利地包括能够保持钩竖直的钩稳态化装置，以防止搬运设备变得脱钩或被极大地倾斜。提升环还可包括能够限制在桥升高和降低运动中的冲击的装置。
图6A至6B示出根据不同视图和运动学的搬运设备1的第四示例性实施例。
对于第三实施例，搬运设备1包括本体10和包括爪110的抓取装置11。
每个爪110包括具有钩形的末端110b，该钩形能够与形成在组件2的顶部2a中的肩部21配合，以便钩住所述组件。
在所示的示例中，并且如在第三示例性实施例中，爪110通过相对于设备的本体10围绕它们的轴110a旋转而操作。
它们可以是其它部件和/或通过旋转操作的其它抓取装置11，或者甚至是通过平移操作的其它抓取装置。
搬运设备1的控制装置12能够控制爪110的运动。它们包括允许与接收支撑件7配合的交互装置121。
如在第三示例性实施例中，交互装置121包括交互冠状环，该交互冠状环围绕本体10的一部分并且可以相对于所述本体沿着纵向轴线滑动。然而，控制装置的其它部分与第三示例不同。
联接部分127穿入交互冠状环121的径向孔121a中并穿入本体10中，并且允许所述冠状环和所述本体被牢固地保持。联接部分127可以是保持邻接件、段塞、杆、销或能够保持冠状环和本体机械地固定的任何其它部件。
如对于第三实施例，推动件122允许爪110被推动到更大或更小的程度，允许爪110被带到径向地更靠近在一起以释放组件2(打开)，或允许爪110被径向地分离以抓持组件2(闭合)。
每个推动件122可在形成于本体10中的孔101中以平移移位，并且还被附接到能够将竖直运动转换为水平运动的部件125，例如相机、杠杆、包括倾斜平面的部件。在下文中，所述部件125将被称为杠杆，应当理解，其可以是实现相同功能的任何其它部件。
每个杠杆125通过旋转轴125a被联接到本体10。旋转轴125a是水平的并且在正交径向方向上延伸，使得每个杠杆125可以相对于本体10以旋转移位。每个杠杆经由弹簧124被联接到交互冠状环121。
对于每个爪，存在推动件122、弹簧124和杠杆125，并且它们因此经由每个杠杆125的旋转轴125a被联接到本体10。类似地，每个爪110经由其旋转轴110a被联接到本体10。
双稳态机构123在图6B中更具体地描述。其与第三示例性实施例的双稳态机构相似。双稳态机构123通过联接装置13被联接到爪110，并且包括若干部分：
-第一部分123a，其能够围绕本体10在纵向轴线Z上旋转并且具有沿着所述纵向轴线延伸的圆筒形冠状环形式：其包括在其侧向内壁上的圆筒形间隙123c和在其侧向外表面上的间隙123f；
-第二部分123b，其经由具有与第一部分123a相同轴线的圆筒形形式的联接部分13被联接到爪110，并且其可被完全地或部分地引入所述第一部分中：在其外侧表面上沿着圆周存在形成至少两个稳态均衡点P1和P2的凹槽123d；
-联接部分123e，其可延伸到第一部分123a的圆筒形间隙123c中并且可延伸到第二部分123b的凹槽123d中，从而在第一部分与第二部分之间产生联接：从而，第二部分123b相对于第一部分123a的运动是遵循凹槽123d的轨迹的枢转滑动运动。
联接部分123a可以是球、长椭圆形形式的部分、小圆筒形部分、凸耳或适合于延伸到第一部分123a的圆筒形间隙123c中和延伸到第二部分123b的凹槽123d中的任何其它部件，并且从而在第一部分与第二部分之间产生联接。
当联接到爪110的第二部分123b在所述爪的运动的作用下移位时，该移位通过爪和第二部分的组件的旋转而平移，以到达稳态位置P1或P2。从而，当运动结束时，爪110处于打开位置或处于闭合位置，但总是处于稳态位置，并且它们必要地从稳态打开位置经过到稳态闭合位置或从稳态闭合位置经过到稳态打开位置。
针对图5A至5J的描述中描述的双稳态机构的操作和优点也适用。
在所示的实施例中，存在四个稳态均衡位置P1至P4(其中3个可见)：两个位置P2和P4对应于闭合位置(组件被抓持)并且两个位置P1和P3对应于打开位置(组件被释放)。在两个稳态位置之间，存在非稳态位置P12、P23等。
稳态均衡位置构成联接部分(球或类似物)记忆搬运系统的前述均衡状态的物理点。
交互冠状环121能够与组件的接收支撑件7交互。
此外，搬运设备的本体10能够进入与组件2接触。本体10与组件之间的接触有利地由密封件102、优选地是可膨胀密封件完成。
使爪的数量加倍(在所示的示例中为四个)允许组件的抓持的有效性得到保证(并且保证防止组件的卡住情形)，以便消除在组件在其接收支撑件外侧被搬运时掉落的任何风险。
此外，该设备包括用于打开爪110的辅助机构18。这允许双稳态机构123被替换，并且特别地保障抵抗双稳态机构123可能的故障。
辅助机构18可以例如包括杆，该杆的一端181能够与形成在双稳态机构123的第一部分123a的侧向外壁上的间隙123f配合。
当双稳态机构正在正常操作时，末端181被设置在外部间隙123f中，并阻挡第一部分123a相对于本体10的旋转。
当双稳态机构的操作故障时，末端181从外部间隙123f抽出，这允许第一部分123a与本体10之间的旋转被释放，并且重新建立或改进联接部分123e与凹槽123d之间的滑槽联接(runner link)。
搬运设备1包括抽吸装置14，该抽吸装置14包括至少两个气体流速增压器141a和141b以及用于经压缩的气体(未示出)的进气口142，如图6A所示，该抽吸装置14可应用于所有实施例。
控制装置12和抓取装置11允许抽吸流(换句话说，它们不阻止抽吸流)。
图7A和图7B示出搬运设备的第五示例性实施例，其中抓取装置11包括相对于搬运设备1的本体10以平移操作的部分。
搬运设备1包括本体10以及包括指部112的抓取装置11。
在所示的示例中，指部112通过相对于设备的本体10平移而操作。它们可以在形成于本体10中并沿径向方向延伸的通道状通路103中移位。作为指部的替代，它们可以是通过相对于本体10平移而操作的其它抓取装置11。
每个指部112包括第一端112a，该第一端112a能够与位于组件2的顶部2a中的肩部21配合，以便钩住所述组件。该指部112还包括第二端112b和弹性中间部分112c。中间部分112c是弹性部分，其包括例如通过压缩操作的弹簧：从而，指部112在静止时径向缩回，并且当其通过压缩被致动时径向延伸。
搬运设备1包括提升接口16，例如呈提升环的形式，其能够与搬运桥的钩或具有相同功能的任何装置(未示出)配合。
设备1包括双稳态机构123，该双稳态机构123包括以下部分：
-第一部分123a，其能够相对于本体10围绕纵向轴线Z旋转，并且具有冠状环形式并且沿着纵向轴线Z延伸：其包括在其侧向内壁上的圆筒形间隙123c、在其侧向外壁上的第一外部间隙123g和第二外部间隙123f；
-第二部分123b，其相对于第一部分123a是可移动的，具有与第一部分123a相同轴线的圆筒形形式，包括在其外侧表面上沿圆周形成至少两个稳态均衡点P1和P2的凹槽123d，并且包括形成头部的顶端123h，弹簧通过压缩而在纵向轴线上作用在该头部下方；
-联接部分123e，其被固定到第一部分123a，能够延伸到第一部分123a的圆筒形间隙123c中以及延伸到第二部分123b的凹槽123d中，从而在第一部分与第二部分之间建立联接：从而，第二部分123b相对于第一部分123a的运动是遵循凹槽123d的轨迹的枢转滑动运动。
每个指部112的第二端112b可被按压到与第二部分123b接触，特别是借助于其弹性中间部分112c。
另一控制装置12与第四示例性实施例的控制装置相似，并且包括交互冠状环121，该交互冠状环121围绕本体10的部分并且可相对于所述本体沿着纵向轴线滑动。
联接部分127穿入交互冠状环121的径向孔121a中并穿入本体10中，并且允许所述冠状环和所述本体被保持在一起。联接部分可以是段塞、杆、销或能够保持冠状环和本体机械地固定的任何其它部件。
锁定杆128可以与双稳态机构123的第一部分的第一外部间隙123g配合，以便锁定第一部分123a，该第一部分123a从而可以不再相对于本体10转动。锁定杆128可以锁定或解锁双稳态机构。
每个锁定杆128被附接到可以将竖直运动转换为水平运动的部件125，例如凸轮、杠杆、包括倾斜平面的部件。在下文中，所述部件将被称为杠杆，应当理解，其可以是实现相同功能的任何其它部件。
杠杆125经由弹簧124被联接到冠状环121。作为弹簧的替代，其可以是弹簧、轴、间隔件或能够根据冠状环121的位移推动或释放杠杆125的任何其它部件。
杠杆125经由其旋转轴125a被附接到本体10。
交互冠状环121可以与组件的接收支撑件7交互。
当接收支撑件7和交互冠状环121处于接触时，交互冠状环121通过驱动推动件122而上升。推动件122进而以旋转驱动杠杆125，这驱动锁定杆128使得所述杆从第一外部间隙123g出来：从而双稳态机构123被解锁。
提升接口16与双稳态机构的第二部分123b的顶端123h接触，由于联接部分123e与凹槽123d之间的枢转滑动联接，将该顶端123h向下推动并驱动其旋转。
针对参照爪110描述的图5A至5J的描述中的双稳态机构的优点适用于具有指部112代替爪的搬运设备1。
在所示的示例中，存在四个稳态位置(其中3个可见)：两个稳态位置对应于打开位置(组件被抓持)并且另两个稳态位置对应于闭合位置(组件被释放)。
使指部112的数量加倍允许保证组件的抓持的有效性(并且防止组件的部分卡住的情形)，以便消除在组件被搬运时组件掉落的任何风险。
例如，存在4个指部。这也保障抵抗指部的故障。
此外，设备1包括用于致动指部112的辅助机构18。这允许用于致动搬运设备1的双稳态机构123被替换，并且特别地保障抵抗双稳态机构123的可能故障。放置在双稳态机构的第一部分123a与本体10之间的压缩弹簧123j(在图7A和图7B中未示出，但是相当于在图5A中可以看到的)对于辅助释放指部是必要的。
辅助机构18可以包括例如杆，该杆的一末端181可以与形成在双稳态机构123的第一部分123a的侧向外壁上的外部间隙123f配合。当双稳态机构正在正常操作时，末端181被设置在外部间隙123f中并阻挡第一部分123a相对于本体10的旋转。当双稳态机构的操作已故障时，末端181从外部间隙123f缩回，这允许第一部分123a与本体10之间的旋转被释放，并且重新建立或改进联接部分123e与凹槽123d之间的滑槽联接，以便在发生阻挡的情况下释放后者。
搬运设备1包括抽吸装置14，该抽吸装置14包括气体流速增压器141和用于经压缩的气体的进气口142(图7A和图7B中未示出)，如例如在前述示例中所示。
图8A至8H示出以8阶段示出的搬运设备的运动学，其可应用于所描述的所有示例性实施例。
阶段1(图8A)：在其提升接口16和搬运桥的帮助下，搬运设备1从其存储位置移位到设置在第一接收支撑件7中的待被抓取的组件2。钩爪(或指部)处于打开位置并被锁定。
阶段2(图8B)：搬运设备1在待被抓取的组件2的上方并在该组件2的轴线上，搬运设备1准备好下降并与组件2被设置在其中的接收支撑件7配对。钩爪(或指部)处于打开位置，并且将通过设备1的交互装置121与第一接收支撑件7的机械接触而被解锁。提升接口16由于其自身重量而处于应力下。
阶段3(图8C)：设备1被放置在组件2上，并且设备1和组件2的轴线对准。提升接口16不再由于其自身重量而应力。钩爪(或指部)110打开以被定位在组件2的肩部下方，然后与所述肩部的水平底面接触。冷却气体流借助于由设备1的气体流速增压器提供的抽吸而从组件的底部经过到设备的顶部。提升接口16上升并且双稳态机构被锁定。
阶段4(图8D)：组件2被抓取在设备1上，并且组件在提升接口16和搬运桥的帮助下移位到第二接收支撑件7'。提升接口16由于其自身重量和组件2的重量而处于应力下。钩爪(或指部)被打开并锁定在组件2的肩部21中。
阶段5(图8E)：固定到组件2的设备1到达第二接收支撑件7'上方，并且准备好下降以与所述第二支撑件配对。钩爪(或指部)处于闭合位置。提升接口16由于其自身重量和组件的重量而处于应力下。
阶段6(图8F)：固定到组件2的设备1被放置在第二接收支撑件7'上。提升接口16不再由于其自身重量和组件2的重量而处于应力下。钩爪(或指部)仍然处于闭合位置，但是将不再与组件的肩部的水平底面接触，并且将通过设备1的交互装置与第二接收支撑件7'的机械接触而被解锁。
阶段7(图8G)：提升接口16由于其自身重量而处于应力下。钩爪(或指部)处于打开位置，并且当设备1在提升接口16和桥的帮助下上升时该钩爪(或指部)将被锁定，爪或指部会聚(或缩回)。
阶段8(图8H)：设备1不再与第二接收支撑件7'配对。设备1在提升接口16和桥的帮助下移位到其存储位置。提升接口16由于其自身重量而处于应力下。钩爪(或指部)处于打开位置并被锁定。
当搬运设备1和组件2配对时，经压缩的气体被引入气体流速增压器141中，这通过Coanda效应或通过venturi效应或两者引起冷却气体到设备中的抽吸。
所描述的抓取装置11和控制装置12的组件允许气体穿过搬运设备的抽吸。
代替接收支撑件7，交互装置121和/或双稳态机构123可以与其它接收装置交互以便控制抓取装置11。
根据本发明，可以设想其它控制装置12来控制抓取装置11。
此外，可以在没有抽吸装置的情况下使用抓取装置和控制装置。换句话说，搬运设备可以仅包括：
-本体；
-抓取装置，其能够与燃料组件配合以便夹持或释放所述组件，所述抓取装置被联接到本体以便允许所述本体与抓取装置的全部或部分之间的相对运动；
-抓取装置的控制装置，该控制装置能够在所述组件的抓持位置与释放位置之间控制所述抓取装置，反之亦然。
最后，所呈现的各种示例性实施例可以彼此组合。
最后，本发明不限于先前描述的实施例，而是延伸到落在权利要求的范围内的任何实施例。

Claims (17)

1.用于核燃料组件(2)的搬运设备(1)，其沿着纵向轴线延伸并且包括：
-本体(10)；
-抓取装置(11)，其能够与燃料组件(2)配合以便抓持或释放所述组件，所述抓取装置被联接到所述本体(10)以便允许所述本体与所述抓取装置(11)的全部或部分之间的相对运动；
-用于控制所述抓取装置(11)的控制装置(12)，所述控制装置(12)能够在所述组件的抓持位置与释放位置之间控制所述抓取装置，反之亦然；
-抽吸装置(14)，当所述组件(2)被所述设备抓持时，所述抽吸装置(14)能够产生冷却气体穿过所述搬运设备(1)和穿过所述组件(2)的抽吸，所述抽吸装置(14)包括气体流速增压器(141)和用于经压缩的气体进入所述增压器中的进气管道(142)，所述进气管道被构造成使得，当所述组件被所述设备抓持时，进入所述气体增压器设备中的所述经压缩的气体产生冷却气体穿过所述搬运设备(1)和穿过所述组件(2)的抽吸。
2.根据权利要求1所述的设备，所述冷却气体是所述组件(2)的搬运环境中的环境气体，例如包含在热室(5)中的气体。
3.根据权利要求1和2中的一项所述的设备，所述抓取装置(11)包括能够相对于所述本体(10)以旋转移位并且能够与所述组件(2)配合以便抓持或释放所述组件的至少一个部件。
4.根据权利要求3所述的设备，能够相对于所述本体(10)以旋转移位的所述至少一个部件是爪(110)，所述爪(110)包括能够与所述组件(2)的顶端(2a)处的肩部(21)配合的末端(110b)。
5.根据权利要求4所述的设备，每个爪(110)经由轴(110a)被联接到所述本体(10)，所述轴是大致上水平的并且在正交径向方向上延伸，以便允许所述爪通过围绕其轴(110a)相对于所述本体(10)的旋转运动而移位。
6.根据权利要求5所述的设备，所述控制装置(12)包括能够驱动至少一个爪(110)绕其轴(110a)旋转的至少一个推动件(122)。
7.根据权利要求1和2中的一项所述的设备，所述抓取装置(11)包括能够相对于所述本体(10)以平移移位并且能够与所述组件(2)配合以便抓持或释放所述组件的至少一个部件。
8.根据权利要求7所述的设备，能够相对于所述本体(10)以平移移位的所述至少一个部件是机械指部(112)，所述机械指部(112)包括能够与组件(2)的顶端(2a)处的肩部(21)配合的第一端(112b)。
9.根据权利要求8所述的设备，所述本体(10)包括在径向方向上延伸的至少一个通道状通路(103)，所述机械指部(112)能通过相对于所述本体(10)的径向平移运动而在所述通道状通路(103)中移位。
10.根据权利要求1至9中的一项所述的设备，所述控制装置(12)包括双稳态机构(123)，所述双稳态机构(123)被联接到所述抓取装置(11)并且能够将所述抓取装置定位在抓持或释放组件(2)的稳态位置。
11.根据权利要求1至10中的一项所述的设备，所述控制装置(12)包括交互装置(121)，所述交互装置(121)被联接到所述抓取装置(11)并且能够与所述搬运设备(1)的独立接触部件配合，使得所述交互装置与所述独立接触部件之间的接触驱动所述抓取装置(11)的运动。
12.根据权利要求11所述的设备，所述交互装置(121)包括交互冠状环。
13.根据权利要求1至12中的一项所述的设备，所述本体(10)包括能够与组件(2)形成密封的装置，例如可膨胀密封件(102)。
14.根据权利要求1至13中的一项所述的设备，其进一步包括设置在所述流速增压器(141)下游的过滤装置(15)。
15.用于核燃料组件(2)的搬运组件，其包括：
-根据权利要求1至14中的一项所述的搬运设备(1)，
-接收支撑件(7)，其形成所述搬运设备的独立接触部件，所述接收支撑件(7)能够接收燃料组件(2)并且能够与所述搬运设备配合，使得当所述燃料组件(2)定位在所述接收支撑件(7)中并且所述搬运设备与所述接收支撑件(7)配合时，所述搬运设备从组件抓持位置经过到释放位置，反之亦然。
16.根据权利要求15所述的搬运组件，所述接收支撑件(7)能够与所述搬运设备(1)的交互装置(121)配合。
17.根据权利要求15或16所述的搬运组件，其进一步包括经压缩的空气的供应回路(4)。
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