RU2815268C1

RU2815268C1 - Manipulator for assembling bundle of fuel elements

Info

Publication number: RU2815268C1
Application number: RU2023120234A
Authority: RU
Inventors: Вадим Игоревич Дунаев; Дмитрий Александрович Петрушенков
Filing date: 2023-07-31
Publication date: 2024-03-12

Abstract

FIELD: nuclear energy.

SUBSTANCE: invention relates to manipulators for assembling a bundle of fuel elements. The manipulator comprises an upper frame including first guides and a first quick-release coupling; a lower frame including second guides, a second quick release coupling, and a first universal drive. The manipulator also comprises a vertical movement module intended to be installed on the upper frame and capable of docking with the fuel element. The fuel element supply unit is intended to be installed on the upper part of the lower frame and to receive fuel elements sequentially. The clamp is installed in the lower part of the lower frame and is intended to fix the bundle of fuel elements. The pusher is intended to be installed on the upper part of the lower frame and to move fuel elements from the fuel element supply unit to the clamp. The sensor is intended to be installed in the fuel element supply unit. The control system is configured to receive and display data from the sensor.

EFFECT: invention allows to expand the functionality of the manipulator.

6 cl, 9 dwg

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF TECHNOLOGY TO WHICH THE INVENTION RELATES

Настоящее изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к манипуляторам для сборки пучка тепловыделяющих элементов, предназначенных для их использования в реакторных установках типа БН-1200М.The present invention relates to the field of nuclear energy, in particular to manipulators for assembling a bundle of fuel elements intended for use in reactor installations of the BN-1200M type.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE ART

В авторском свидетельстве СССР №677687 на изобретение (далее SU 677687), опубликованном 30 июля 1979 года (МПК G21C 19/10), раскрыт манипулятор для топливных элементов и регулирующих стержней ядерного реактора, содержащий управляющие барабаны и барабан для перемещения двойного захвата с тросами, расположенные в корпусе, выполненном в виде телескопической трубы из звеньев, при этом в манипуляторе согласно SU 677687 двойной захват содержит захватные элементы, взаимодействующие соответственно с головками тепловыделяющих элементов или головками регулирующих стержней.In the USSR author's certificate No. 677687 for the invention (hereinafter referred to as SU 677687), published on July 30, 1979 (IPC G21C 19/10), a manipulator for fuel elements and control rods of a nuclear reactor is disclosed, containing control drums and a drum for moving a double gripper with cables, located in a housing made in the form of a telescopic pipe made of links, while in the manipulator according to SU 677687, the double gripper contains gripping elements that interact, respectively, with the heads of the fuel elements or the heads of the control rods.

Недостатком известного манипулятора согласно SU 677687 является отсутствие возможности сборки пучка тепловыделяющих элементов с обеспечением возможности осуществления процесса его дальнейшего очехловывания, заключающегося в опускании чехла на установленный в обойму пучок тепловыделяющих элементов, при этом реализация таких функциональных возможностей в манипуляторе согласно SU 677687 требует его существенного переоборудования.A disadvantage of the known manipulator according to SU 677687 is the inability to assemble a bundle of fuel elements with the possibility of carrying out the process of its further enclosure, which consists of lowering the cover onto a bundle of fuel elements installed in the holder, while the implementation of such functionality in the manipulator according to SU 677687 requires its significant re-equipment.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является система манипулирования тепловыделяющими элементами, раскрытая в заявке на выдачу патента США №20110164718 (далее US 20110164718), опубликованной 07 июля 2011 года (МПК G21C 19/18 и G21C 19/32). В частности, система манипулирования тепловыделяющими элементами, раскрытая в US 20110164718, содержит захватное устройство, конструкция которого может быть переведена в горизонтальное положение и отсоединена от системы манипулирования в случае отказа. В системе согласно US 20110164718 захватное устройство содержит основной корпус и вспомогательный корпус с продольной осью, каждый из которых снабжен средствами качения с образованием кареток, выполненных с возможностью вертикального и горизонтального перемещения, а также содержит толкатели, захваты и приводы, обеспечивающие функционирование указанного захватного устройства.The closest analogue (prototype) is the system for manipulating fuel elements, disclosed in the application for US patent No. 20110164718 (hereinafter US 20110164718), published on July 7, 2011 (IPC G21C 19/18 and G21C 19/32). In particular, the fuel element handling system disclosed in US 20110164718 includes a gripping device, the structure of which can be moved to a horizontal position and disconnected from the handling system in the event of failure. In the system according to US 20110164718, the gripping device contains a main body and an auxiliary body with a longitudinal axis, each of which is equipped with rolling means to form carriages capable of vertical and horizontal movement, and also contains pushers, grippers and drives that ensure the operation of the specified gripping device.

Одним из недостатков системы согласно US 20110164718 является применение в ней сложных в изготовлении деталей и узлов, что в целом существенно усложняет конструкцию указанной системы. Кроме того, еще одним недостатком системы согласно US 20110164718 является то, что она не реализует возможность сборки пучка тепловыделяющих элементов с обеспечением возможности его дальнейшего очехловывания, то есть возможности опускания чехла на установленный в обойму пучок тепловыделяющих элементов.One of the disadvantages of the system according to US 20110164718 is the use of parts and assemblies that are difficult to manufacture, which generally significantly complicates the design of the specified system. In addition, another disadvantage of the system according to US 20110164718 is that it does not implement the possibility of assembling a bundle of fuel elements with the possibility of its further enclosure, that is, the possibility of lowering the cover onto a bundle of fuel elements installed in the holder.

Следует отметить, что процесс очехловывания в уровне техники обычно осуществляют путем поднятия собранного в обойму пучка тепловыделяющих элементов с обеспечением его втягивания в чехол, однако такая технология требует большой высоты помещения, поскольку для поднятия собранного в обойму пучка тепловыделяющих элементов необходима высота, приблизительно соответствующая длине тепловыделяющей сборки, при этом при опускании чехла на пучок тепловыделяющих элементов отсутствует необходимость в поднятии собранного в обойму пучка тепловыделяющих элементов.It should be noted that the casing process in the prior art is usually carried out by lifting a bundle of fuel elements collected in a casing, ensuring its retraction into the casing; however, this technology requires a large room height, since lifting a bundle of fuel elements collected in a casing requires a height approximately corresponding to the length of the fuel assembly, while when lowering the cover onto the bundle of fuel elements, there is no need to lift the bundle of fuel elements assembled in the holder.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯDISCLOSURE OF THE INVENTION

Задачей настоящего изобретения является устранение по меньшей мере некоторых недостатков уровня техники, в частности обеспечение возможности сборки пучка тепловыделяющих элементов с его очехловыванием в вертикальном положении путем опускания чехла на собранный пучок тепловыделяющих элементов.The objective of the present invention is to eliminate at least some of the disadvantages of the prior art, in particular to provide the possibility of assembling a bundle of fuel elements with its enclosure in a vertical position by lowering the cover onto the assembled bundle of fuel elements.

Поставленная задача решена путем создания манипулятора для сборки пучка тепловыделяющих элементов, содержащего: верхнюю раму, включающую первые направляющие и первое быстроразъемное соединение; нижнюю раму, включающую вторые направляющие, второе быстроразъемное соединение и первый универсальный привод; при этом верхняя рама выполнена с возможностью установки на нижнюю раму, а указанный манипулятор также содержит модуль вертикального перемещения, выполненный с возможностью установки на верхней раме и с возможностью стыковки с тепловыделяющим элементом; узел подачи тепловыделяющих элементов, выполненный с возможностью установки на верхней части нижней рамы и с возможностью последовательного приема тепловыделяющих элементов; хомут, установленный в нижней части нижней рамы и выполненный с возможностью фиксации пучка тепловыделяющих элементов; толкатель, выполненный с возможностью установки на верхней части нижней рамы и с возможностью перемещения тепловыделяющих элементов из узла подачи тепловыделяющих элементов в хомут; по меньшей мере один датчик, выполненный с возможностью установки по меньшей мере в узле подачи тепловыделяющих элементов; и систему управления, выполненную с возможностью приема и отображения данных от указанного по меньшей мере одного датчика.The problem was solved by creating a manipulator for assembling a bundle of fuel elements, containing: an upper frame including first guides and a first quick-release connection; a lower frame including second guides, a second quick release coupling, and a first universal drive; wherein the upper frame is configured to be installed on the lower frame, and said manipulator also contains a vertical movement module configured to be installed on the upper frame and capable of docking with the fuel element; a fuel element supply unit configured to be installed on the upper part of the lower frame and capable of sequentially receiving fuel elements; a clamp installed in the lower part of the lower frame and configured to fix a bundle of fuel elements; a pusher configured to be installed on the upper part of the lower frame and capable of moving fuel elements from the fuel element supply unit to the clamp; at least one sensor configured to be installed at least in the fuel element supply unit; and a control system configured to receive and display data from the at least one sensor.

В одном из вариантов реализации настоящего изобретения верхняя и нижняя рамы в манипуляторе могут быть выполнены с возможностью крепления относительно стены участка сборки тепловыделяющих элементов.In one embodiment of the present invention, the upper and lower frames in the manipulator can be configured to be mounted relative to the wall of the fuel element assembly area.

Еще в одном варианте реализации настоящего изобретения модуль вертикального перемещения в манипуляторе может включать: раму модуля вертикального перемещения; каретку, выполненную с возможностью установки в верхней части рамы модуля вертикального перемещения и с возможностью перемещения относительно рамы модуля вертикального перемещения по третьим направляющим; второй универсальный привод, выполненный с возможностью установки в нижней части рамы модуля вертикального перемещения и с возможностью перемещения каретки; шток, отходящий от каретки параллельно раме модуля вертикального перемещения для стыковки с тепловыделяющим элементом; привод для вращения штока, установленный на каретке; электрический захват для тепловыделяющих элементов, выполненный с возможностью установки на каретке.In yet another embodiment of the present invention, a vertical movement module in a manipulator may include: a vertical movement module frame; a carriage configured to be installed in the upper part of the frame of the vertical movement module and to be moved relative to the frame of the vertical movement module along the third guides; a second universal drive configured to be installed in the lower part of the frame of the vertical movement module and to move the carriage; a rod extending from the carriage parallel to the frame of the vertical movement module for docking with the fuel element; drive for rotating the rod mounted on the carriage; electric grip for fuel elements, designed to be mounted on a carriage.

В другом варианте реализации настоящего изобретения по меньшей мере модуль вертикального перемещения в манипуляторе может быть снабжен обзорной видеокамерой.In another embodiment of the present invention, at least the vertical movement module in the manipulator may be equipped with an overview video camera.

В некотором другом варианте реализации настоящего изобретения модуль вертикального перемещения в манипуляторе может быть выполнен с возможностью приема чехла тепловыделяющей от внешнего робота, возможностью вертикального перемещения чехла тепловыделяющей сборки, возможностью стыковки со штоком тепловыделяющей сборки и возможностью откручивания или закручивания пробки тепловыделяющей сборки.In some other embodiment of the present invention, the vertical movement module in the manipulator may be configured to receive the fuel shroud from an external robot, to move the fuel assembly shroud vertically, to mate with the fuel assembly rod, and to unscrew or tighten the fuel assembly plug.

В иных вариантах реализации настоящего изобретения система управления в манипуляторе может быть выполнена с возможностью: формирования питающих напряжений манипулятора; формирования команд управления в соответствии с действиями оператора и передачи команд на манипулятор; вывода информации о состоянии основных параметров манипулятора; управления работой манипулятора через экранный графический интерфейс; контроля наличия связи с манипулятором; выдачи сообщений об ошибках и предупреждений оператору; приема видеосигналов от обзорных видеокамер, коммутации и захвата видео.In other embodiments of the present invention, the control system in the manipulator can be configured to: generate supply voltages to the manipulator; generating control commands in accordance with the actions of the operator and transmitting commands to the manipulator; displaying information about the state of the main parameters of the manipulator; control the operation of the manipulator through an on-screen graphical interface; monitoring the presence of communication with the manipulator; issuing error messages and warnings to the operator; receiving video signals from surveillance cameras, switching and capturing video.

В контексте настоящего описания слова «первый», «второй», «верхний», «нижний» и т.д. используются в виде прилагательных исключительно для установления различий между существительными, к которым они относятся, а не для описания какой-либо конкретной связи между этими существительными.As used herein, the words "first", "second", "upper", "lower", etc. are used as adjectives solely to differentiate between the nouns they refer to and not to describe any specific relationship between those nouns.

Предлагаемый манипулятор отличается от вышеописанного наиболее близкого аналога тем, что его конструктивное исполнение, в частности компоновка его механизмов и приводов, обеспечивает возможность опускания чехла на собранный пучок тепловыделяющих элементов.The proposed manipulator differs from the closest analogue described above in that its design, in particular the layout of its mechanisms and drives, makes it possible to lower the cover onto the assembled bundle of fuel elements.

Технический результат, обеспечиваемый манипулятором согласно настоящему изобретению, заключается в расширении его функциональных возможностей счет реализованной в его конструкции компоновки механизмов и приводов, а также за счет использования быстроразъемных соединений, обеспечивающих надежную стыковку рам с аварийным (или внешним) роботом, выполняющим операции по перемещению, монтажу и демонтажу рам.The technical result provided by the manipulator according to the present invention is to expand its functionality due to the arrangement of mechanisms and drives implemented in its design, as well as through the use of quick-release connections that ensure reliable docking of frames with an emergency (or external) robot performing moving operations, installation and dismantling of frames.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

На ФИГ. 1 схематически показан общий вид манипулятора для сборки пучка тепловыделяющих элементов согласно настоящему изобретению.In FIG. 1 schematically shows a general view of a manipulator for assembling a bundle of fuel elements according to the present invention.

На ФИГ. 2 схематически показан общий вид верхней рамы манипулятора для сборки пучка тепловыделяющих элементов согласно настоящему изобретению.In FIG. 2 schematically shows a general view of the upper frame of the manipulator for assembling a bundle of fuel elements according to the present invention.

На ФИГ. 3 схематически показан общий вид верхней рамы манипулятора для сборки пучка тепловыделяющих элементов согласно настоящему изобретению.In FIG. 3 schematically shows a general view of the upper frame of the manipulator for assembling a bundle of fuel elements according to the present invention.

На ФИГ. 4 схематически показан общий вид нижней рамы манипулятора для сборки пучка тепловыделяющих элементов согласно настоящему изобретению.In FIG. 4 schematically shows a general view of the lower frame of the manipulator for assembling a bundle of fuel elements according to the present invention.

На ФИГ. 5 схематически показан общий вид нижней рамы манипулятора для сборки пучка тепловыделяющих элементов согласно настоящему изобретению.In FIG. 5 schematically shows a general view of the lower frame of the manipulator for assembling a bundle of fuel elements according to the present invention.

На ФИГ. 6 схематически показан общий вид модуля вертикального перемещения манипулятора для сборки пучка тепловыделяющих элементов согласно настоящему изобретению.In FIG. 6 schematically shows a general view of the vertical movement module of the manipulator for assembling a bundle of fuel elements according to the present invention.

На ФИГ. 7 схематически показан общий вид узла подачи тепловыделяющих элементов манипулятора для сборки пучка тепловыделяющих элементов согласно настоящему изобретению.In FIG. 7 schematically shows a general view of the fuel element supply unit of the manipulator for assembling a bundle of fuel elements according to the present invention.

На ФИГ. 8 схематически показан общий вид хомута манипулятора для сборки пучка тепловыделяющих элементов согласно настоящему изобретению.In FIG. 8 schematically shows a general view of a manipulator clamp for assembling a bundle of fuel elements according to the present invention.

На ФИГ. 9 схематически показан общий вид толкателя манипулятора для сборки пучка тепловыделяющих элементов согласно настоящему изобретению.In FIG. 9 is a schematic view of a pusher of a manipulator for assembling a bundle of fuel elements according to the present invention.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯIMPLEMENTATION OF THE INVENTION

Далее со ссылками на сопроводительные чертежи описан предпочтительный вариант реализации предлагаемого изобретения.A preferred embodiment of the present invention is described below with reference to the accompanying drawings.

На ФИГ. 1 показан один из вариантов реализации манипулятора 1 для сборки пучка тепловыделяющих элементов согласно настоящему изобретению. Манипулятор 1, показанный на ФИГ. 1, содержит верхнюю раму 2, нижнюю раму 3, модуль 4 вертикального перемещения, толкатель 5, узел 6 подачи тепловыделяющих элементов, хомут 7 и локальную систему управления (не показана).In FIG. 1 shows one of the embodiments of a manipulator 1 for assembling a bundle of fuel elements according to the present invention. The manipulator 1 shown in FIG. 1, contains an upper frame 2, a lower frame 3, a vertical movement module 4, a pusher 5, a fuel element supply unit 6, a clamp 7 and a local control system (not shown).

На ФИГ. 2-3 схематически показан общий вид верхней рамы 2, имеющей по существу прямоугольную форму с поперечными перекладинами, на которой установлены первые штыри 9; первые направляющие 10; быстроразъемное соединение 11, первые концевые крепежные средства 12, расположенные в концевых частях верхней рамы 2, и боковые крепежные средства 13, расположенные с одной продольной стороны верхней рамы 2. Первые штыри 9, концевые крепежные средства 12 и первое быстроразъемное соединение 11 обеспечивают установку и крепление верхней рамы 2 на стене участка сборки тепловыделяющих элементов. Быстроразъемное соединение 11 обеспечивает стыковку верхней рамы 2 с аварийным (или внешним) роботом (не показан), который выполняет операции по ее перемещению, монтажу и демонтажу.In FIG. 2-3 schematically shows a general view of the upper frame 2, having a substantially rectangular shape with cross bars, on which the first pins 9 are mounted; first guides 10; a quick release connection 11, first end fasteners 12 located at the end portions of the upper frame 2, and side fasteners 13 located on one longitudinal side of the upper frame 2. The first pins 9, end fasteners 12 and the first quick release 11 provide installation and fastening upper frame 2 on the wall of the fuel element assembly area. The quick-release connection 11 ensures the connection of the upper frame 2 with an emergency (or external) robot (not shown), which performs operations for its movement, installation and dismantling.

Первые направляющие 10 предназначены для установки на них привода 14 вертикального перемещения.The first guides 10 are intended for installation of a vertical movement drive 14 on them.

Быстроразъемное соединение 11 может представлять собой любое подходящее быстроразъемное соединение, например может быть выполнено в виде быстроразъемного соединения, описанного в источнике US 20060175770, или может представлять собой другие быстроразъемные соединения, например быстроразъемные соединения с защелкивающимися или щелевидными соединительными элементами, в частности те быстроразъемные соединения такого типа, которые обеспечивают выдерживание высоких крутящих моментов.The quick connect 11 may be any suitable quick connect, such as the quick connect described in US 20060175770, or may be other quick connects, such as quick connects with snap or slot connectors, in particular those quick connects such types that can withstand high torques.

На ФИГ. 4-5 схематически показан общий вид нижней рамы 3, имеющей по существу прямоугольную форму с поперечными перекладинами, на которой установлены вторые штыри 14, вторые концевые крепежные средства 15, второе быстроразъемное соединение 16, вторые направляющие 17, первый универсальный привод 18. Вторые штыри 14, вторые концевые крепежные средства 15 и второе быстроразъемное соединение 16 обеспечивают установку и крепление нижней рамы 3 на стене участка сборки тепловыделяющих элементов. Быстроразъемное соединение 16 обеспечивает стыковку нижней рамы 3 с аварийным (или внешним) роботом (не показан), который выполняет операции по ее перемещению, монтажу и демонтажу. Первый универсальный привод 18 обеспечивает вращение первого винта 19, по которому перемещается хомут 7. Установка хомута 7 осуществляется на вторые направляющие 17. Первый лоток 20 предназначен для дальнейшей укладки в него гибкого кабель канала, в котором проложены электрические кабели питания и управления приводами хомута в сборе.In FIG. 4-5 schematically shows a general view of a lower frame 3 having a substantially rectangular shape with cross bars, on which are mounted second pins 14, second end fasteners 15, a second quick-release coupling 16, second guides 17, a first universal drive 18. Second pins 14 , the second end fastening means 15 and the second quick-release connection 16 provide installation and fastening of the lower frame 3 on the wall of the fuel element assembly area. The quick-release connection 16 provides docking of the lower frame 3 with an emergency (or external) robot (not shown), which performs operations to move, install and dismantle it. The first universal drive 18 ensures the rotation of the first screw 19, along which the clamp 7 moves. The clamp 7 is installed on the second guides 17. The first tray 20 is intended for further laying in it a flexible cable channel in which electrical cables for power supply and control of the clamp drives are installed. .

Верхняя рама 2 выполнена с возможностью установки на нижнюю раму 3. Верхняя и нижняя рамы 2, 3 выполнены с возможностью крепления относительно стены участка сборки тепловыделяющих элементов и предназначены для установки механизмов манипулятора 1.The upper frame 2 is made with the possibility of installation on the lower frame 3. The upper and lower frames 2, 3 are made with the possibility of fastening relative to the wall of the fuel element assembly area and are intended for installing the mechanisms of the manipulator 1.

На ФИГ. 6 схематически показан общий вид модуля 4 вертикального перемещения, содержащего раму 21, на которой установлены гайковерт 22, шток 23, привод 24 вращения штока 23, направляющий кронштейн 25, второй универсальный привод 26, электрический захват 27, первая обзорная камера 28. Гайковерт 22 предназначен для откручивания/закручивания пробки тепловыделяющей сборки (не показана).In FIG. 6 schematically shows a general view of the vertical movement module 4, containing a frame 21 on which a wrench 22, a rod 23, a drive 24 for rotating the rod 23, a guide bracket 25, a second universal drive 26, an electric grip 27, a first viewing camera 28 are installed. The wrench 22 is designed for unscrewing/twisting the fuel assembly plug (not shown).

Следует понимать, что конструктивная схема тепловыделяющей сборки раскрыта в уровне техники и является по существу стандартном, отличия в конструктивных схемах минимальные и в только в рамках государственных стандартов, согласно которым тепловыделяющая сборка содержит пучок тепловыделяющих элементов, установленных в чехол, при этом между чехлом и пучком тепловыделяющих элементов имеется обойма, в концевой части тепловыделяющей сборки находится пробка, между чехлом и пробкой последовательно установлены переходник и хвостовик, шток тепловыделяющей сборки проходит внутри хвостовика по его продольной оси.It should be understood that the design diagram of the fuel assembly is disclosed in the prior art and is essentially standard, the differences in the design diagrams are minimal and only within the framework of state standards, according to which the fuel assembly contains a bundle of fuel elements installed in a case, and between the case and the bundle The fuel elements have a cage, there is a plug in the end part of the fuel assembly, an adapter and a shank are installed in series between the case and the plug, the fuel assembly rod runs inside the shank along its longitudinal axis.

В состав гайковерта 22 входит датчик момента (не показан), предназначенный для контроля момента закручивания пробки тепловыделяющей сборки. Шток 23 представляет собой трубу с подпружиненным резьбовым наконечником, вращение штока 23 обеспечено приводом 24, благодаря чему при вращении штока 23 происходит его вкручивание в шток тепловыделяющей сборки. Направляющий кронштейн 25 позиционирует и предохраняет чехол тепловыделяющей сборки от повреждений при выполнении технологических операций по сборке тепловыделяющих элементов.The impact wrench 22 includes a torque sensor (not shown) designed to control the tightening torque of the fuel assembly plug. Rod 23 is a pipe with a spring-loaded threaded tip; rotation of rod 23 is provided by drive 24, due to which, when rod 23 rotates, it is screwed into the rod of the fuel assembly. The guide bracket 25 positions and protects the fuel assembly cover from damage when performing technological operations for assembling fuel elements.

Второй универсальный привод 26 обеспечивает вращение второго винта 29, по которому перемещается каретка 30, установленная на третьи направляющие 31. Электрический захват 27 закреплен на каретке 30 и предназначен для удержания чехла тепловыделяющей сборки при выполнении технологических операций по сборке тепловыделяющих элементов.The second universal drive 26 provides rotation of the second screw 29, along which the carriage 30 moves, mounted on the third guides 31. The electric grip 27 is mounted on the carriage 30 and is designed to hold the fuel assembly cover when performing technological operations for assembling fuel elements.

Первая обзорная камера 28 установлена на каретке 30 и обеспечивает наблюдение за следующими процессами: захвата и фиксации чехла; откручивания/закручивания пробки тепловыделяющей сборки. Первая обзорная камера 28 обеспечивают выполнение следующих функций: формирование цветного изображения наблюдаемого объекта; обеспечение требуемого уровня освещенности наблюдаемого объекта; дистанционно управляемые функции: фокусировка, изменение диафрагмы, изменение интенсивности излучения осветителей насадок.The first observation camera 28 is installed on the carriage 30 and provides monitoring of the following processes: capturing and fixing the cover; unscrewing/twisting the fuel assembly plug. The first overview camera 28 provides the following functions: formation of a color image of the observed object; ensuring the required level of illumination of the observed object; remotely controlled functions: focusing, changing the aperture, changing the emission intensity of the illuminators of the attachments.

Первые кронштейны 32 и вторые боковые крепежные средства 33 используют для установки модуля 4 вертикального перемещения на установленные друг на друга верхнюю и нижнюю рамы 2, 3. Третье быстроразъемное соединение 34 используют для стыковки модуля 4 вертикального перемещения с аварийным (или внешним) роботом (не показан), который выполняет операции по его перемещению, монтажу и демонтажу.First brackets 32 and second side fasteners 33 are used to mount the vertical movement module 4 to stacked upper and lower frames 2, 3. A third quick release coupling 34 is used to couple the vertical movement module 4 to an emergency (or external) robot (not shown). ), which performs operations for its movement, installation and dismantling.

На ФИГ. 7 схематически показан общий вид узла 6 подачи тепловыделяющих элементов манипулятора 1 для сборки пучка тепловыделяющих элементов согласно настоящему изобретению.In FIG. 7 schematically shows a general view of the fuel element supply unit 6 of the manipulator 1 for assembling a bundle of fuel elements according to the present invention.

Узел 6 подачи тепловыделяющих элементов содержит плиту 35, установленную в верхней части нижней рамы 3 и на которой установлены третий универсальный привод 36 и четвертые направляющие 37. Третий универсальный привод 36 обеспечивает вращение третьего винта 38, по которому перемещается второй кронштейн 39, установленный на четвертые направляющие 37. Второй кронштейн 39 содержит установленные на нем четвертый универсальный привод 40, пятые направляющие 41, вторую обзорную камеру 42. Четвертый универсальный привод 40 вращает четвертый винт 43, по которому перемещаются гребень 44, упор 45, установленные на пятые направляющие 41. Четвертый винт 43 разделен на две части, резьба на которых нарезана в разных направлениях, что обеспечивает перемещение гребня 44 и упора 45 в противоположные стороны. Основание гребня 44 выполнено в виде решетки с направляющими, которые повторяют геометрию основания обоймы тепловыделяющей сборки, что позволяет при их стыковке выполнять перемещение тепловыделяющих элементов из основания гребня 44 в обойму тепловыделяющей сборки. Вторая обзорная камера 42 предназначена для наблюдения за процессами установки тепловыделяющих элементов в гребень 44 и перемещения тепловыделяющих элементов в обойму тепловыделяющей сборки. Второй лоток 46 предназначен для укладки в него гибкого кабель канала, в котором размещены электрические кабели питания и управления третьим универсальным приводом 36.The fuel element supply unit 6 contains a plate 35 installed in the upper part of the lower frame 3 and on which a third universal drive 36 and fourth guides 37 are installed. The third universal drive 36 provides rotation of the third screw 38, along which the second bracket 39, mounted on the fourth guides, moves 37. The second bracket 39 contains a fourth universal drive 40, fifth guides 41, and a second viewing camera 42 installed on it. The fourth universal drive 40 rotates the fourth screw 43, along which the ridge 44, stop 45, mounted on the fifth guides 41, move. The fourth screw 43 is divided into two parts, the threads of which are cut in different directions, which ensures that the ridge 44 and the stop 45 move in opposite directions. The base of the ridge 44 is made in the form of a lattice with guides that repeat the geometry of the base of the fuel assembly holder, which allows, when they are joined, to move the fuel elements from the base of the ridge 44 into the fuel assembly holder. The second observation camera 42 is designed to monitor the processes of installation of fuel elements into the ridge 44 and the movement of fuel elements into the holder of the fuel assembly. The second tray 46 is designed for laying a flexible cable channel in it, which houses the electrical power and control cables of the third universal drive 36.

На ФИГ. 8 схематически показан общий вид хомута 7 манипулятора 1 для сборки пучка тепловыделяющих элементов согласно настоящему изобретению. Хомут 7 включает третий кронштейн 46, который устанавливается на вторые направляющие 17 нижней рамы 3 с использованием четвертых кронштейнов 47 и на котором размещены пятый универсальный привод 48, шестые направляющие 49, третья обзорная камера 50.In FIG. 8 schematically shows a general view of the clamp 7 of the manipulator 1 for assembling a bundle of fuel elements according to the present invention. The clamp 7 includes a third bracket 46, which is installed on the second guides 17 of the lower frame 3 using the fourth brackets 47 and on which the fifth universal drive 48, the sixth guides 49, and the third viewing camera 50 are located.

Пятый универсальный привод 48 обеспечивает вращение пятого винта 51, по которому перемещаются первая соединительная часть 52 хомута 7 и вторая соединительная часть 53 хомута 7. Пятый винт 51 разделен на две части, резьба на которых нарезана в разных направлениях, что обеспечивает перемещение первой соединительной части 52 хомута 7 и второй соединительной части 53 хомута 7 в противоположные стороны. Третья обзорная камера 50 предназначена для считывания штрих-кода тепловыделяющего элемента перед установкой его в гребень 44 узла 6 подачи тепловыделяющих элементов, а также наблюдения за процессом хомутирования пучка тепловыделяющих элементов с использованием первой соединительной части 52 хомута 7 и второй соединительной части 53 хомута 7.The fifth universal drive 48 provides rotation of the fifth screw 51, along which the first connecting part 52 of the clamp 7 and the second connecting part 53 of the clamp 7 move. The fifth screw 51 is divided into two parts, the threads of which are cut in different directions, which ensures the movement of the first connecting part 52 clamp 7 and the second connecting part 53 of clamp 7 in opposite directions. The third observation camera 50 is designed to read the barcode of the fuel element before installing it in the ridge 44 of the fuel element supply unit 6, as well as to monitor the process of clamping the bundle of fuel elements using the first connecting part 52 of the clamp 7 and the second connecting part 53 of the clamp 7.

На ФИГ. 9 схематически показан общий вид толкателя 5 манипулятора 1 для сборки пучка тепловыделяющих элементов согласно настоящему изобретению. Толкатель 5 содержит корпус 54, на котором установлены первая толкающая часть 55 и вторая толкающая часть 56, а также направляющий кронштейн 57. Первая толкающая часть 55 и вторая толкающая часть 56 выполнены с возможностью поворота таким образом, чтобы обеспечить перемещение ряда тепловыделяющих элементов из гребня 44 узла 6 подачи тепловыделяющих элементов в обойму тепловыделяющей сборки. Направляющий кронштейн 57 предназначен для позиционирования и предохранения чехла тепловыделяющей сборки от повреждений при проведении технологических операций по сборке тепловыделяющих элементов.In FIG. 9 schematically shows a general view of the pusher 5 of the manipulator 1 for assembling a bundle of fuel elements according to the present invention. The pusher 5 includes a housing 54 on which a first pusher part 55 and a second pusher part 56 are mounted, as well as a guide bracket 57. The first pusher part 55 and the second pusher part 56 are rotatable so as to allow movement of a number of fuel elements from the ridge 44 node 6 for supplying fuel elements to the holder of the fuel assembly. The guide bracket 57 is designed to position and protect the fuel assembly cover from damage during technological operations for assembling fuel elements.

Манипулятор 1 функционирует следующим образом. При нахождении манипулятора 1 в своем исходном положении электрический захват 27 находится в верхней точке без чехла, а затем чехол с хвостовиком подается в положении хвостовиком вверх от внешнего робота.Manipulator 1 operates as follows. When the manipulator 1 is in its initial position, the electric gripper 27 is at the top point without a cover, and then the cover with the shank is fed in the position with the shank up from the external robot.

Манипулятор 1 обеспечивает выполнение следующих технологических операций: передачу чехла без пучка тепловыделяющих элементов от внешнего робота манипулятору 1; контроль прилегания торца пробки и торца штока; установку пучка тепловыделяющих элементов в обойму тепловыделяющей сборки; очехловывание пучка тепловыделяющих элементов сборку пучка тепловыделяющих элементов с чехлом; передачу чехла с установленным пучком тепловыделяющих элементов внешнему роботу.Manipulator 1 ensures the following technological operations: transfer of the cover without a bundle of fuel elements from the external robot to manipulator 1; control of the fit of the end of the plug and the end of the rod; installation of a bundle of fuel elements into the holder of the fuel assembly; casing the bundle of fuel elements; assembling the bundle of fuel elements with the casing; transferring the case with the installed bundle of fuel elements to an external robot.

Более конкретно, от внешнего робота чехол тепловыделяющей сборки с установленными штоком тепловыделяющей сборки и обоймой тепловыделяющей сборки подается в вертикальном положении хвостовиком вверх к электрическому захвату 27 манипулятора 1. Происходит передача чехла тепловыделяющей сборки манипулятору 1.More specifically, from the external robot, the fuel assembly case with the installed fuel assembly rod and the fuel assembly holder is fed in a vertical position with the shank upward to the electric gripper 27 of the manipulator 1. The fuel assembly case is transferred to the manipulator 1.

Дополнительно с использованием специального оборудования (на чертежах не изображено) осуществляется контроль прилегания торца штока 23 к торцу пробки путем измерения расстояния от торца пробки до торца штока 23 в четырех точках, находящихся на плоскости торца штока 23, по внешнему диаметру торца штока 23, под углом 0°, 90°, 180° и 270°.Additionally, using special equipment (not shown in the drawings), the fit of the end of the rod 23 to the end of the plug is monitored by measuring the distance from the end of the plug to the end of the rod 23 at four points located on the plane of the end of the rod 23, along the outer diameter of the end of the rod 23, at an angle 0°, 90°, 180° and 270°.

Далее осуществляются операции по стыковке штока 23 манипулятора 1 со штоком тепловыделяющей сборки путем вкручивания во внутреннюю резьбу штока тепловыделяющей сборки. Внутренняя резьба находится в верхней части штока тепловыделяющей сборки.Next, operations are carried out to connect the rod 23 of the manipulator 1 with the fuel assembly rod by screwing the fuel assembly rod into the internal thread. The internal thread is located at the top of the fuel assembly rod.

После стыковки со штоком 23 тепловыделяющей сборки производится откручивание пробки гайковертом 22 манипулятора 1 и выдвижение обоймы за нижнюю кромку чехла для установки тепловыделяющих элементов в обойму путем перемещения чехла тепловыделяющей сборки относительно штока тепловыделяющей сборки. Таким образом, обойма тепловыделяющей сборки выходит за пределы чехла, благодаря чему обеспечивается установка тепловыделяющих элементов в обойму. Таким образом, чехол тепловыделяющей сборки фиксируется на расстоянии приблизительно 0,5 м от нижней кромки чехла тепловыделяющей сборки. Гребень 44 при помощи четвертого универсального привода 40 подводится к обойме тепловыделяющей сборки для установки в нее тепловыделяющих элементов.After docking with the rod 23 of the fuel assembly, the plug is unscrewed using the wrench 22 of the manipulator 1 and the cage is pulled out beyond the lower edge of the case to install the fuel elements into the cage by moving the fuel assembly case relative to the fuel assembly rod. Thus, the fuel assembly holder extends beyond the cover, thereby ensuring installation of the fuel elements into the holder. Thus, the fuel assembly shroud is fixed at a distance of approximately 0.5 m from the lower edge of the fuel assembly shroud. The comb 44, using the fourth universal drive 40, is brought to the holder of the fuel assembly for installation of fuel elements into it.

Использование внешнего робота обеспечивает возможность поштучного размещения тепловыделяющих элементов в гребне 44 и с использованием толкателя 7 обеспечено перемещение тепловыделяющего элемента по направляющим гребня 44 и направляющим обоймы тепловыделяющей сборки до полной установки тепловыделяющего элемента в обойму тепловыделяющей сборки в соответствии с картограммой установки тепловыделяющих элементов.The use of an external robot makes it possible to place fuel elements individually in the ridge 44 and, using the pusher 7, the fuel element moves along the guides of the ridge 44 and the guides of the fuel assembly cage until the fuel element is completely installed in the fuel assembly cage in accordance with the fuel element installation map.

Таким образом, происходит поштучное последовательное формирование пучка тепловыделяющих элементов в обойме тепловыделяющей сборки. После установки всех тепловыделяющих элементов в обойму осуществляется фиксация верхней части пучка тепловыделяющих элементов хомутом 7 и очехловывание сформированного пучка тепловыделяющих элементов с обеспечением контроля усилия надвигания чехла на пучок тепловыделяющих элементов.Thus, a piece-by-piece sequential formation of a bundle of fuel elements occurs in the holder of the fuel assembly. After installing all the fuel elements in the cage, the upper part of the bundle of fuel elements is fixed with a clamp 7 and the formed bundle of fuel elements is encased, ensuring control of the force of pushing the cover onto the bundle of fuel elements.

Очехловывание производится в несколько этапов:Covering is carried out in several stages:

Этап 1. Опускание чехла до захода обоймы тепловыделяющей сборки с установленными тепловыделяющими элементами в чехол тепловыделяющей сборки на глубину, обеспечивающую заход верхних частей тепловыделяющих элементов в чехол тепловыделяющей сборки и предотвращающую выпадение тепловыделяющих элементов из обоймы тепловыделяющей сборки. В частности, указанная глубина составляет приблизительно ~ 0,1 м.Stage 1. Lowering the cover until the fuel assembly holder with installed fuel elements enters the fuel assembly cover to a depth that ensures that the upper parts of the fuel elements enter the fuel assembly cover and prevents the fuel elements from falling out of the fuel assembly holder. Specifically, the specified depth is approximately ~0.1 m.

Этап 2. Перемещение хомута 7 на первое расстояние 1 м от нижней кромки чехла тепловыделяющей сборки и хомутирование пучка тепловыделяющих элементов на указанном первом расстоянии.Stage 2. Moving the clamp 7 to the first distance of 1 m from the lower edge of the fuel assembly cover and clamping the bundle of fuel elements at the specified first distance.

Этап 3. Опускание чехла тепловыделяющей сборки до верхней кромки хомута 7.Stage 3. Lowering the fuel assembly cover to the upper edge of clamp 7.

Этап 4. Перемещение хомута 7 на второе расстояние 1,5 м от нижней кромки чехла тепловыделяющей сборки и хомутирование пучка тепловыделяющих элементов на указанном втором расстоянии.Stage 4. Moving the clamp 7 to a second distance of 1.5 m from the lower edge of the fuel assembly cover and clamping the bundle of fuel elements at the specified second distance.

Этап 5. Опускание чехла тепловыделяющей сборки до верхней кромки хомута 7, раскрытие хомута 7, а именно первой соединительной части 52 и второй соединительной части 53, и дальнейшее опускание чехла тепловыделяющей сборки до полной установки пучка тепловыделяющих элементов в чехол тепловыделяющей сборки.Stage 5. Lowering the fuel assembly cover to the upper edge of the clamp 7, opening the clamp 7, namely the first connecting part 52 and the second connecting part 53, and further lowering the fuel assembly cover until the bundle of fuel elements is completely installed in the fuel assembly cover.

Далее на шток тепловыделяющей сборки накручивается пробка с контролем усилия закручивания.Next, a plug is screwed onto the rod of the fuel assembly to control the tightening force.

Шток тепловыделяющей сборки расстыковывается со штоком 23 манипулятора 1. Осуществляется контроль прилегания торца штока к торцу пробки путем измерения расстояния от торца пробки до торца штока в четырех точках, находящихся на плоскости торца штока, по внешнему диаметру торца штока, под углом 0°, 90°, 180° и 270°.The rod of the fuel assembly is uncoupled from the rod 23 of manipulator 1. The fit of the end of the rod to the end of the plug is monitored by measuring the distance from the end of the plug to the end of the rod at four points located on the plane of the end of the rod, along the outer diameter of the end of the rod, at an angle of 0°, 90° , 180° and 270°.

Чехол с установленным в него пучком твэлов передается внешнему роботу для проведения последующих операций по сборке тепловыделяющей сборки.The case with the fuel rod bundle installed in it is transferred to an external robot for subsequent operations to assemble the fuel assembly.

Модификации и усовершенствования вышеописанных вариантов осуществления настоящей технологии могут быть очевидны для специалистов в данной области техники. Приведенные выше примеры осуществления не ограничивают объем охраны предлагаемого изобретения. Объем предлагаемого изобретения ограничивается только объемом прилагаемой формулы изобретения.Modifications and improvements to the above-described embodiments of the present technology may be apparent to those skilled in the art. The above examples of implementation do not limit the scope of protection of the proposed invention. The scope of the proposed invention is limited only by the scope of the attached claims.

Claims

1. A manipulator for assembling a bundle of fuel elements, comprising: an upper frame including first guides and a first quick-release connection;

a lower frame including second guides, a second quick release coupling, and a first universal drive; wherein the upper frame is configured to be installed on the lower frame;

a vertical movement module configured to be installed on the upper frame and docked with the fuel element;

a fuel element supply unit configured to be installed on the upper part of the lower frame and capable of sequentially receiving fuel elements;

a clamp installed in the lower part of the lower frame and configured to fix a bundle of fuel elements;

a pusher configured to be installed on the upper part of the lower frame and capable of moving fuel elements from the fuel element supply unit to the clamp;

at least one sensor configured to be installed at least in the fuel element supply unit; And

a control system configured to receive and display data from said at least one sensor.

2. The manipulator according to claim 1, in which the upper and lower frames are designed to be mounted relative to the wall of the fuel element assembly area.

3. The manipulator according to claim 1, in which the vertical movement module includes: a vertical movement module frame;

a carriage configured to be installed in the upper part of the frame of the vertical movement module and to be moved relative to the frame of the vertical movement module along the third guides;

a second universal drive configured to be installed in the lower part of the frame of the vertical movement module and to move the carriage;

a rod extending from the carriage parallel to the frame of the vertical movement module for docking with the fuel element;

drive for rotating the rod mounted on the carriage;

electric grip for fuel elements, designed to be mounted on a carriage.

4. The manipulator according to claim 1, in which at least the vertical movement module is equipped with an overview video camera.

5. The manipulator according to claim 1, in which the vertical movement module is configured to receive the fuel assembly cover from an external robot, the ability to vertically move the fuel assembly cover, the ability to dock with the fuel assembly rod and the ability to unscrew or tighten the fuel assembly plug.

6. The manipulator according to claim 1, in which the control system is configured to:

formation of supply voltages of the manipulator;

generating control commands in accordance with the actions of the operator and transmitting commands to the manipulator;

displaying information about the state of the main parameters of the manipulator; control the operation of the manipulator through an on-screen graphical interface; monitoring the presence of communication with the manipulator; issuing error messages and warnings to the operator; And

receiving video signals from surveillance cameras, switching and capturing video.