RU2113343C1

RU2113343C1 - Manipulator for nuclear reactor fuel assemblies

Info

Publication number: RU2113343C1
Application number: RU96110555A
Authority: RU
Inventors: В.В. Рожков; И.Г. Чапаев; В.И. Батуев; А.И. Белосохов; Н.А. Бычихин
Original assignee: Акционерное Общество Открытого Типа "Новосибирский завод Химконцентратов"
Priority date: 1996-05-27
Filing date: 1996-05-27
Publication date: 1998-06-20

Abstract

FIELD: in- service handling of nuclear reactor fuel assemblies. SUBSTANCE: manipulator has gripper built up of at least eight gripping arms and provided with cross-arm; hinged to the latter are levers kinematically linked through common shaft with drive; it also has fuel assembly handling unit built up of cross-arm and carriage mounted set of blocks joined through carriage mounted cables to drive, and holding unit built up of cross-arm mounted vertical pins looking upward towards carriage and provided with annular conical ribs with their conical tops up; carriage mounts guide bushings to receive mentioned pins; upper parts of guide bushings carry pawls in the form of ratchets engaging annular conical ribs; provided in lower part of cross-arm are locking pins; bushing guides are placed on fuel assembly walls to receive mentioned pins; ratchets are made in the form of spring-loaded electromagnet cores; soft polymer (caprolactam) plates are attached to inner surfaces of gripping arms. EFFECT: improved safety of fuel assemblies during their handling. 3 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к подъемно-транспортному оборудованию и может найти применение для межоперационной транспортировки тепловыделяющих сборок ядерных энергетических реакторов, преимущественно ВВЭР. The invention relates to lifting and handling equipment and may find application for interoperational transportation of fuel assemblies of nuclear power reactors, mainly VVER.

Известен манипулятор, содержащий схват с приводом, блок фиксации и узел пространственной ориентации (а. с. СССР N 582944, кл. B 23 Q 7/04, 1976), недостатком которого являются возникновение внутренних усилий и деформация детали при захвате ее, а также необходимость базовых отверстий в детали и направляющих в схвате, что делает невозможным применение известного схвата для транспортировки тепловыделяющих сборок, так как деформация и повреждение сборки недопустимы. A well-known manipulator containing a grip with a drive, a fixing unit and a spatial orientation unit (a. S. USSR N 582944, class B 23 Q 7/04, 1976), the disadvantage of which is the occurrence of internal forces and deformation of the part when it is captured, and the need for base holes in the part and guides in the tong, which makes it impossible to use the known tong for transporting fuel assemblies, since deformation and damage to the assembly are unacceptable.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является манипулятор, содержащий схват с приводом, блок фиксации и узел пространственной ориентации, включающий блок продольного перемещения вдоль оси станков на катках с приводом манипулятора, выполненного из колонн, на которых консольно закреплена рама, блок поперечного перемещения в виде каретки с возможностью ее перемещения по раме, блок подъема и опускания (а.с. СССР N 1098791, 1984) - прототип. The closest in technical essence and the achieved result is a manipulator containing a gripper with a drive, a fixing unit and a spatial orientation unit, including a unit for longitudinal movement along the axis of machines on rollers with a manipulator drive made of columns on which the frame is cantilevered, and a unit for lateral movement in in the form of a carriage with the possibility of its movement along the frame, a block for raising and lowering (a.s. of the USSR N 1098791, 1984) - prototype.

Указанные манипуляторы предназначены для захвата и транспортировки деталей с малой длиной и не могут быть использованы для захвата и транспортировки тепловыделяющих сборок, так как тепловыделяющие элементы для ядерного реактора ВВЭР-1000, входящие в тепловыделяющую сборку, имеют длину около четырех метров и практически нулевую осевую жесткость, что при захвате тепловыделяющей сборки одиночным схватом приведет к провисанию концов сборки под собственным весом, деформации ее и переводу в брак. These manipulators are designed to capture and transport parts with a short length and cannot be used to capture and transport fuel assemblies, since the fuel elements for the VVER-1000 nuclear reactor included in the fuel assembly have a length of about four meters and practically zero axial rigidity, which, when a fuel assembly is captured by a single grip, will lead to sagging of the ends of the assembly under its own weight, its deformation and marriage.

Известно, что тепловыделяющая сборка должна иметь строго регламентированные геометрические размеры и не иметь деформирования, поскольку тепловыделяющая сборка, не отвечающая этим требованиям, зависнет в канале ядерного реактора и приведет к аварийной ситуации на атомной станции. Кроме того, известно, что циркониевая оболочка тепловыделяющего элемента отличается склонностью к разъедающей коррозии, появляющейся в результате истирания металла между соприкасающимися поверхностями даже при отсутствии коррозионной среды (Металлургия циркония. Пер.с англ. Под ред. Г.А.Меерсона и Ю.В.Гагаринского. - М., 1959, с.298). It is known that the fuel assembly must have strictly regulated geometrical dimensions and not have deformation, since the fuel assembly that does not meet these requirements will hang in the channel of the nuclear reactor and lead to an emergency at the nuclear power plant. In addition, it is known that the zirconium shell of the fuel element is prone to corrosive corrosion resulting from the abrasion of metal between contacting surfaces even in the absence of a corrosive medium (Zirconium metallurgy. Translated from English. Edited by G.A. Meerson and Yu.V. Gagarinsky. - M., 1959, p. 298).

Удары, забоины, царапины, вероятность нанесения которых на оболочку тепловыделяющего элемента существует при использовании манипулятора по прототипу, могут привести к локальной коррозии тепловыделяющего элемента в канале ядерного реактора и его разгерметизации. Shocks, nicks, scratches, the probability of applying to the shell of the fuel element when using the prototype manipulator, can lead to local corrosion of the fuel element in the channel of the nuclear reactor and its depressurization.

Технической задачей изобретения является создание манипулятора, использование которого позволит исключить повреждение тепловыделяющих сборок. An object of the invention is the creation of a manipulator, the use of which will eliminate damage to fuel assemblies.

Поставленная задача решается тем, что в манипуляторе для тепловыделяющих сборок ядерного реактора, содержащем схват с приводом, блок фиксации и узел пространственной ориентации, включающий блок продольного перемещения вдоль оси станков сборки тепловыделяющей сборки на катках с приводом манипулятора, выполненного из колонн, на которых консольно закреплена рама, блок поперечного перемещения тепловыделяющей сборки в виде каретки с возможностью ее перемещения по раме и блок подъема и опускания тепловыделяющей сборки, согласно изобретению схват выполнен по крайней мере из восьми пар захватных лап, снабжен траверсой, к которой шарнирно закреплены захватные лапы с рычагами, кинематически взаимодействующие через общий вал с приводом, блок подъема и опускания тепловыделяющей сборки выполнен из системы блоков на траверсе и каретке, связанных тросами и приводом, размещенным на каретке, а блок фиксации - из установленных на траверсе, ориентированных вертикально вверх в сторону каретки штырей с кольцевыми конусными ребрами, обращенными вершинами конусов вверх, а на каретке установлены направляющие втулки для размещения в них упомянутых штырей, причем в верхних частях направляющих втулок установлены защелки, выполненные в виде храповиков, взаимодействующих с кольцевыми конусными ребрами, а в нижней части траверсы выполнены фиксирующие штыри и втулочные направляющие на станке сборки тепловыделяющих сборок для размещения в них упомянутых фиксирующих штырей. The problem is solved in that in the manipulator for fuel assemblies of a nuclear reactor containing a gripper with a drive, a fixing unit and a spatial orientation unit including a longitudinal movement block along the axis of the assembly machines of the fuel assembly on rollers with a manipulator drive made of columns on which it is cantilevered a frame, a lateral movement unit of the fuel assembly in the form of a carriage with the possibility of its movement along the frame, and a block for raising and lowering the fuel assembly, according to the invention The gripper is made of at least eight pairs of gripping legs, equipped with a traverse, to which gripping legs with levers are pivotally mounted, kinematically interacting via a common shaft with a drive, the lifting and lowering unit of the fuel assembly is made of a system of blocks on the traverse and the carriage, connected by cables and a drive placed on the carriage, and the locking unit - from the pins installed on the traverse, oriented vertically upwards towards the carriage with annular conical ribs facing upwards of the cones, and on the carriage guide bushings have been updated to accommodate the mentioned pins, and in the upper parts of the guide bushings latches are installed made in the form of ratchets interacting with annular conical ribs, and fixing pins and sleeve guides on the assembly machine of the fuel assemblies are made in the lower part of the crosshead for placement in them mentioned fixing pins.

Другим отличием является то, что храповики выполнены в виде подпружиненных сердечников электромагнита, а на внутренней поверхности захватных лап закреплены пластины из мягкого полимерного материала, в качестве которого использован капролактам. Another difference is that the ratchets are made in the form of spring-loaded cores of an electromagnet, and plates of soft polymeric material, which is used as caprolactam, are fixed on the inner surface of the gripping legs.

Выполнение схвата из восьми пар захватных лап, шарнирно закрепленных к траверсе и кинематически взаимодействующих через общий вал с приводом, позволит исключить деформацию тепловыделяющей сборки, так как равномерное по всей длине ее закрепление в захватных лапах исключит прогиб, а следовательно, и деформацию. Performing a grip of eight pairs of gripping legs pivotally attached to the traverse and kinematically interacting through a common shaft with a drive, will eliminate the deformation of the fuel assembly, since its uniform fastening in the gripping legs will exclude deflection, and, consequently, deformation.

Выполнение блока опускания и подъема из системы блоков на траверсе и каретке, связанных тросами, позволит строго горизонтально опускать и поднимать тепловыделяющую сборку без перекосов и деформации. The implementation of the block lowering and lifting from the system of blocks on the traverse and the carriage, connected by cables, will allow you to strictly lower and raise the fuel assembly without distortions and deformation.

Выполнение блока фиксации из установленных на траверсе, ориентированных вертикально вверх в сторону каретки штырей с кольцевыми конусными ребрами, обращенными вершинами конусов вверх, выполнение на каретке направляющих втулок для штырей с заглушками в виде храповиков - электромагнитов и соответственно выполнение в нижней части траверсы фиксирующих штырей и втулочных направляющих для них на станке сборки позволит исключить повреждение тепловыделяющих сборок за счет исключения раскачивания траверсы вместе с тепловыделяющей сборкой и ее соударение о конструкции, исключения падения траверсы вместе с тепловыделяющей сборкой при обрыве троса или несрабатывании тормозного устройства на блоке подъема и опускания и строгой ориентации траверсы относительно станка сборки тепловыделяющих сборок. The implementation of the locking unit of the mounted on the traverse, oriented vertically upward towards the carriage of the pins with annular conical ribs facing the tops of the cones up, the execution on the carriage of the guide bushings for the pins with caps in the form of ratchets - electromagnets and, accordingly, the execution of the fixing rods and bushings in the lower part of the traverse guides for them on the assembly machine will eliminate damage to the fuel assemblies by eliminating the swinging of the beam along with the fuel assembly its collision with the design fall exception crosspiece together with the fuel assembly when the cable is broken or a failure of the braking device for lifting and lowering and strict orientation of the block relative to the assembly machine traverses fuel assemblies.

Дополнительная защита в виде штырей и направляющих втулок позволяет останавливать опускание траверсы с тепловыделяющей сборкой в случаях аварийных ситуаций, указанных выше. Additional protection in the form of pins and guide bushings allows you to stop the lowering of the yoke with a fuel assembly in case of emergency situations mentioned above.

Кроме того, закрепление на внутренних поверхностях захватных лап капролактамных пластин исключит нанесение царапин и вмятин на тепловыделяющую сборку. In addition, fixing caprolactam plates on the inner surfaces of the gripping paws will prevent scratches and dents on the fuel assembly.

На чертежах (фиг.1 - 5) представлен манипулятор для тепловыделяющих сборок ядерного реактора: фиг.1 - общий вид; фиг.2 - вид сверху; фиг.3 - вид сбоку; фиг.4 - схват; фиг.5 - блокировка штыря. In the drawings (Figs. 1-5), a manipulator for fuel assemblies of a nuclear reactor is shown: Fig. 1 is a general view; figure 2 is a top view; figure 3 is a side view; figure 4 - tong; 5 is a pin lock.

Манипулятор для тепловыделяющих сборок 1 ядерного энергетического реактора ВВЭР-1000 содержит схват 2 с приводом 3, узел пространственной ориентации, включающий блок продольного перемещения вдоль оси станков сборки тепловыделяющих сборок 1 на катках 4 с направляющими роликами 5, с приводом 6 манипулятора, выполненного из колонн 7 с опорными роликами 8 вверху, на которых консольно закреплена рама 9, блок поперечного перемещения тепловыделяющей сборки 1 в виде каретки 10 с возможностью ее перемещения по раме 9 и блок подъема и опускания тепловыделяющей сборки. The manipulator for fuel assemblies 1 of the VVER-1000 nuclear power reactor contains a gripper 2 with a drive 3, a spatial orientation unit, including a longitudinal displacement block along the axis of the machines for assembling the fuel assemblies 1 on the rollers 4 with guide rollers 5, with a manipulator drive 6 made of columns 7 with support rollers 8 at the top, on which the frame 9 is cantilevered, a block for lateral movement of the fuel assembly 1 in the form of a carriage 10 with the possibility of its movement along the frame 9 and a block for raising and lowering the heat assembly assembly.

Схват 2 выполнен по крайней мере из восьми пар захватных лап 11, снабжен траверсой 12, к которой шарнирно закреплены захватные лапы 11 с рычагами 13, кинематически воздействующие через общий вал 14 с приводом 3. Блок подъема и опускания сборки 1 выполнен из системы блоков 15 на траверсе 12 и блоков 16 на каретке 10, связанных тросами 17 и с приводом 18, размещенным на каретке 10. Блок фиксации выполнен из установленных на траверсе 12 ориентированных вертикально вверх в сторону каретки 10 штырей 19 с кольцевыми конусными ребрами 20, обращенными вершинами конусов вверх, а на каретке 10 установлены направляющие втулки 21 для размещения в них упомянутых штырей 19, причем в верхних частях направляющих втулок 21 установлены защелки 22, выполненные в виде храповиков, взаимодействующих с кольцевыми конусными ребрами 20. The grip 2 is made of at least eight pairs of gripping legs 11, is equipped with a traverse 12, to which the gripping legs 11 are pivotally mounted with levers 13, kinematically acting through the common shaft 14 with the drive 3. The lifting and lowering unit of the assembly 1 is made of a system of blocks 15 on the traverse 12 and the blocks 16 on the carriage 10, connected by cables 17 and with the drive 18 placed on the carriage 10. The fixing block is made of pins 19 oriented vertically upwards towards the carriage 12 with ring conical ribs 20 facing the conical vertices upward, and on the carriage 10, guide bushes 21 are installed to accommodate the mentioned pins 19, and in the upper parts of the guide bushes 21 there are latches 22 made in the form of ratchets interacting with annular conical ribs 20.

Храповики являются подпружиненными сердечниками электромагнита 23. В нижней части траверсы 12 выполнены фиксирующие штыри 24 и втулочные направляющие 25 на станке 26 сборки тепловыделяющих сборок 1 (показан пунктиром). The ratchets are spring-loaded cores of the electromagnet 23. In the lower part of the crosshead 12, fixing pins 24 and sleeve guides 25 are made on the assembly machine 26 of the fuel assemblies 1 (shown by a dotted line).

Каретка 10 снабжена приводом 27 перемещения по раме 9. Захватные лапы 11 с внутренней стороны снабжены пластинами 28 из капролактама. The carriage 10 is provided with a drive 27 for moving along the frame 9. The gripping legs 11 are provided with caprolactam plates 28 on the inside.

Манипулятор для тепловыделяющих сборок ядерного реактора работает следующим образом. A manipulator for fuel assemblies of a nuclear reactor operates as follows.

В соответствии с программой рабочего цикла, выдаваемой системой управления манипулятором (не показана) схват 2 с помощью узла пространственной ориентации, его блока продольного перемещения на катках 4 с направляющими роликами 5 посредством привода 6 перемещает вдоль оси станков 26 сборки тепловыделяющих сборок 1 колонны 7 с опорными роликами 8 с консольно закрепленной на колоннах рамой 9 на заданную позицию. Каретка 10 блока поперечного перемещения с помощью привода 27 занимает позицию над станком 26 сборки тепловыделяющей сборки 1. Траверса 12 блока подъема и опускания сборки 1 на тросах 17, размещенных в системе блоков 15 на траверсе 12 и блоков 16 на каретке 10, с помощью привода 18 опускается так, что фиксирующие штыри 24 входят во втулочные направляющие 25 и центруют траверсу 12 относительно сборки 1, размещенной на станке 26 сборки тепловыделяющих сборок 1. Захватные лапы 11 с помощью привода 3, схвата 2 и рычагов 13, взаимодействующих с общим валом 14, охватывают сборку 1 точно по периметру и равномерно по длине. In accordance with the work cycle program issued by the manipulator control system (not shown), the gripper 2 using the spatial orientation unit, its longitudinal displacement unit on the rollers 4 with guide rollers 5, through the drive 6 moves along the axis of the machines 26 assemblies of the fuel assemblies 1 of the column 7 with supporting rollers 8 with a frame 9 cantilevered on the columns to a predetermined position. The carriage 10 of the lateral movement unit using the drive 27 occupies a position above the assembly assembly machine 26 of the fuel assembly 1. The beam 12 of the lifting and lowering unit of the assembly 1 on the cables 17 placed in the system of blocks 15 on the crossarm 12 and blocks 16 on the carriage 10, using the drive 18 is lowered so that the locking pins 24 fit into the sleeve guides 25 and center the yoke 12 relative to the assembly 1 located on the assembly assembly 26 of the fuel assemblies 1. The gripping legs 11 by means of a drive 3, a gripper 2 and levers 13 interacting with a common shaft 14, covering 1 was assembled exactly and uniformly on the perimeter length.

Контакт захватных лап 11 с тепловыделяющей сборкой 1 через пластины 28 из капролактама предохранит поверхность сборки 1 от повреждения захватными лапами 11. При опускании вместе с траверсой 12 перемещаются в направляющих втулках 21 штыри 19 блока фиксации, предупреждая тем самым раскачивание траверсы 12 на тросах 17. The contact of the gripping legs 11 with the fuel assembly 1 through the caprolactam plates 28 will protect the surface of the assembly 1 from being damaged by the gripping legs 11. When lowering along with the traverse 12, the fixing block pins 19 are moved in the guide bushes 21, thereby preventing the beam 12 from swinging on the cables 17.

Подъем тепловыделяющей сборки 1 осуществляется следующим образом. The rise of the fuel Assembly 1 is as follows.

Тепловыделяющая сборка 1 с помощью привода 3 фиксируется в захватных лапах 11 схвата 2, и с помощью привода 18 осуществляется ее подъем. При этом штыри 19, перемещаясь в направляющих втулках 21, предотвращают колебания траверсы 12 и вместе с ней - сборки 1, а кольцевые конусные ребра 20, взаимодействуя с защелками-храповиками 22, выполненными как подпружиненные сердечники электромагнита 23, блокируют траверсу 12 вместе со сборкой 1 от падения в случае обрыва троса. Таким образом, двойная блокировка траверсы исключает любые случайные и непредвиденные падения траверсы вместе с тепловыделяющей сборкой. The fuel assembly 1 with the help of the drive 3 is fixed in the gripping legs 11 of the gripper 2, and with the help of the drive 18 it is lifted. In this case, the pins 19, moving in the guide sleeves 21, prevent the traverse 12 from oscillating and, together with it, the assembly 1, and the annular conical ribs 20, interacting with the ratchet latches 22, made as spring-loaded cores of the electromagnet 23, block the traverse 12 together with the assembly 1 from falling in case of cable break. Thus, the double blocking of the beam eliminates any accidental and unforeseen falls of the beam along with the fuel assembly.

Манипулятор прошел испытания с положительными результатами. The manipulator was tested with positive results.

Claims

1. A manipulator for fuel assemblies of a nuclear reactor, comprising a gripper with a drive and a spatial orientation unit, including a longitudinal displacement block along the axis of machine tools for assembling fuel assemblies on rollers with a manipulator drive made of columns on which the frame is cantilevered, a block for lateral movement of fuel assemblies in in the form of a carriage with the possibility of its movement along the frame and a block for raising and lowering the fuel assemblies, characterized in that the gripper is made of at least eight pairs of grip legs, equipped with a traverse to which gripping legs with levers are pivotally mounted, kinematically interacting via a common shaft with a drive, the unit for raising and lowering the fuel assemblies is made of a system of blocks on the traverse and the carriage, connected by ropes and a drive placed on the carriage, and the fixing unit - from the mounted on the traverse, oriented on the traverse, oriented vertically upward towards the carriage pins with annular conical ribs facing the tops of the cones up, and on the carriage mounted guide and bushings for accommodating said pins therein, with latches made in the form of ratchets interacting with annular conical ribs in the upper parts of the guide bushings, and fixing pins and sleeve guides on the assembly machine of heat-generating assemblies for accommodating said ones are made in the lower part of the crosshead pins.

2. The manipulator according to claim 1, characterized in that the ratchets are made in the form of spring-loaded cores of an electromagnet, and plates of soft polymer material are made on the inner surface of the gripping legs.

3. The manipulator according to claim 1 or 2, characterized in that caprolactam is used as a soft polymer material.