Захват кластера тепловыделяющих сборок ядерного реактора (варианты)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ Дата публикации и выдачи патента ЗАХВАТ КЛАСТЕРА ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ СБОРОК ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА Предложен захват кластера тепловыделяющих сборок ядерного реактора, который включает корпус 1, груз 2, ползун 3, толкатель 4, головку 5, рычаги 6 и клещевины 7. Корпус 1 в верхней части закрыт наконечником 8, который выполнен заодно с направляющей шпонкой. В среднюю часть корпуса 1 вмонтированы два диаметрально противоположных направляющих пальца 9. К нижней части корпуса 1 присоединена головка 5 с двумя парами шарнирно соединенных между собой рычагов 6 и клещевин 7. Ползун 3 представляет собой цилиндр со штоком 11. На боковой поверхности ползуна 3 выполнена специальная нарезка в виде восьми криволинейных направляющих пазов 10. Пазы 10 взаимодействуют с направляющими пальцами в корпусе 1 и задают вращение ползуна 3 при его поступательном перемещении. На шток 11 ползуна надевается груз 2, который затем фиксируется от осевого смещения на штоке 11, но с возможностью свободного вращения вокруг него. Груз 2 имеет продольный паз 12, которым при сборке заводится на ответную направляющую шпонку наконечника. В верхней части груза 2 имеется коуш 13 для закрепления грузового каната. Николаев Вячеслав Викторович,Ерасов Евгений Владимирович,Дунаев Вадим Игоревич, Федосовский Михаил Евгеньевич (RU) Можайский М.А. (RU) 015920 Область техники Настоящее изобретение относится к области ядерной энергетики и непосредственно касается захвата кластера, используемого в рабочем органе перегрузочной машины при выполнении технологических операций с тепловыделяющими сборками (ТВС) ядерных реакторов типа ВВЭР-1000. Уровень техники Одной из актуальных задач в ядерной энергетике является повышение надежности и безопасности при обращении с ТВС в целом и с кластерами в отдельности. В патенте US4244616 описан аналогичный захват кластера ТВС. Аналог включает в себя цилиндрический корпус, ползун с толкателем и кулачком и две шарнирно установленные клещевины. Ползун перемещается в корпусе возвратно-поступательно и с помощью толкателя осуществляет сведениеразведение клещевин захвата. Корпус образует с ползуном возвратно-поступательную пару по типу поршень-цилиндр, в которой ползун имеет возможность смещаться в ту или иную сторону за счет подачи давления в соответствующую полость указанной пары. Подача давления осуществляется извне по трубопроводам. Зазоры между ползуном и стенками корпуса уплотнены кольцами. Недостатками аналога являются: необходимость во внешнем источнике давления и сложной системе трубопроводов; ползун и корпус находятся во фрикционном взаимодействии, вследствие чего подвержены повышенному износу, что, в свою очередь, может привести к потере герметичности и снижению мощности вплоть до выхода захвата из строя. Раскрытие изобретения Задачей настоящего изобретения является создание автоматического захвата кластера ТВС, который по сравнению с аналогом имеет более простую конструкцию и вследствие этого обладает большей надежностью, измеряемой количеством безотказных циклов работы. Указанная задача решена путем создания захвата кластера тепловыделяющих сборок ядерного реактора, который включает цилиндрический корпус, ползун, который с возможностью поступательного перемещения установлен в цилиндрическом корпусе и выполнен с возможностью подвешивания к внешней опоре, толкатель, который неподвижно соединен с ползуном, в цилиндрическом корпусе подвижно установлено захватывающее приспособление, а указанный толкатель установлен во взаимодействии с захватывающим приспособлением, отличающийся тем, что указанная возможность подвешивания ползуна к внешней опоре реализована также с возможностью вращения по отношению к ней, ползун установлен в корпусе также с возможностью вращения и имеет криволинейный паз на боковой поверхности,в цилиндрическом корпусе неподвижно установлен по меньшей мере один радиальный направляющий элемент, который находится в зацеплении с указанным пазом, благодаря чему указанное вращение имеет место при поступательном перемещении ползуна по отношению к указанному корпусу, а при перемещении ползуна по отношению к цилиндрическому корпусу толкатель переводит захватывающее приспособление в положение захвата или расцепления. Таким образом, перевод захватывающего приспособления в положение захвата или расцепления осуществляется путем введения во взаимодействие с ним толкателя, при этом для активации толкателя используется масса подвижных частей захвата. Такая конструкция является простой и надежной. Согласно другому варианту реализации указанный паз может быть выполнен на внутренней поверхности цилиндрического корпуса, а на ползуне может быть установлен по меньшей мере один радиальный направляющий элемент. Согласно другому варианту реализации захватывающее приспособление может быть установлено в цилиндрическом корпусе симметрично относительно его центральной оси, при этом часть захватывающего приспособления выступает через нижнее торцевое отверстие указанного цилиндрического корпуса. Согласно другому варианту реализации на внутренней цилиндрической поверхности цилиндрического корпуса может быть неподвижно установлен цилиндрический вкладыш, выполненный в виде полого цилиндра, на внутренней цилиндрической поверхности которого выполнен по меньшей мере один вырез, форма которого соответствует форме указанного паза. Согласно другому варианту реализации указанный толкатель имеет специальный профиль, который имеет первый габаритный размер и второй габаритный размер, который больше первого габаритного размера, а указанное захватывающее приспособление включает правую и левую клещевины, правый и левый рычаг, причем в цилиндрическом корпусе над правой клещевиной шарнирно установлен правый рычаг, который шарнирно соединен с правой клещевиной, а над левой клещевиной шарнирно установлен левый рычаг, который шарнирно соединен с левой клещевиной, толкатель установлен с возможностью вхождения в контакт с рычагами для разведения клещевин при вхождении в контакт с рычагами частей толкателя, задающих второй габаритный размер, и захвата кластера тепловыделяющих сборок, и сведения клещевин при вхождении в контакт с рычагами частей толкателя, задающих первый габаритный размер, для выхода захватывающего приспособления из взаимодействия с кластером тепловыделяющих сборок. Согласно другому варианту реализации захватывающее приспособление может включать трубку,имеющую центральное отверстие, в которое с возможностью осевого скольжения установлен толкатель,-1 015920 при этом на конце трубки имеется широкая часть для захвата кластера тепловыделяющих сборок и узкая часть для выхода из взаимодействия с кластером тепловыделяющих сборок. Согласно еще одному варианту реализации радиальные направляющие элементы включают цилиндрические пальцы, которые установлены в цилиндрическом корпусе в количестве двух, а оси этих пальцев лежат на одной прямой. Согласно еще одному варианту реализации в боковой поверхности цилиндрического корпуса выполнены отверстия. Согласно еще одному варианту реализации вырез на внутренней цилиндрической поверхности вкладыша выполнен в количестве одного и проходит по всей длине указанной цилиндрической поверхности вкладыша. Согласно еще одному варианту реализации указанный вкладыш имеет по меньшей мере два выреза,которые проходят по всей длине внутренней цилиндрической поверхности вкладыша и разделяют его по меньшей мере на две части. Согласно еще одному варианту реализации специальный профиль имеет только часть толкателя. Согласно еще одному варианту реализации указанный специальный профиль имеет форму окружности, ограниченную двумя параллельными хордами. Краткое описание чертежей На фиг. 1 показан вид в разрезе предлагаемого захвата согласно одному из вариантов реализации перед началом работы, в котором ползун находится в верхней точке своего перемещения, а клещевины полностью сведены; на фиг. 2 - вид в разрезе захвата, показанного на фиг. 1, в котором ползун находится в нижней точке своего перемещения; на фиг. 3 - вид в разрезе захвата, показанного на фиг. 1, в котором ползун находится в верхней точке своего перемещения, а клещевины полностью разведены; на фиг. 4 вид в разрезе захватывающего приспособления захвата согласно еще одному варианту реализации; на фиг. 5 - вид в разрезе захватывающего приспособления, показанного на фиг. 4, в котором ползун находится в нижней точке своего перемещения; на фиг. 6 - вид в разрезе захватывающего приспособления,показанного на фиг. 4, в котором ползун находится в верхней точке своего перемещения. Осуществление изобретения Ниже со ссылками на сопроводительные чертежи описан предпочтительный вариант реализации настоящего изобретения. Как видно из фиг. 1, предлагаемый захват включает в себя: корпус 1, груз 2, ползун 3, толкатель 4,головку 5, рычаги 6 и клещевины 7. Корпус 1 в верхней части закрыт наконечником 8, который выполнен заодно с направляющей шпонкой. В среднюю часть корпуса 1 вмонтированы два диаметрально противоположных радиальных направляющих пальца 9. К нижней части корпуса 1 присоединена головка 5 с двумя парами шарнирно соединенных между собой рычагов 6 и клещевин 7. Ползун 3 представляет собой цилиндр со штоком 11. На боковой поверхности ползуна 3 выполнена специальная нарезка в виде восьми криволинейных направляющих пазов 10. Пазы 10 взаимодействуют с направляющими пальцами 9 в корпусе 1 и задают вращение ползуна 3 при его поступательном перемещении. На шток 11 ползуна надевается груз 2, который затем фиксируется от осевого смещения на штоке 11, но с возможностью свободного вращения вокруг него. Груз 2 имеет продольный паз 12, которым при сборке заводится на ответную направляющую шпонку наконечника. В верхней части груза 2 имеется коуш 13 для закрепления грузового каната (не показан). Толкатель 4 жестко закреплен на ползуне 3 и перемещается вместе с ним. Толкатель включает профильную часть 14, выполненную заодно с толкателем 4 в нижней его части, которая взаимодействует с рычагами 6 и клещевинами 7. Предлагаемый захват кластера работает следующим образом. Положение захвата перед началом работы показано на фиг. 1. В этом положении захват полностью вывешен за коуш 13 на канате, груз 2 и ползун 3 с толкателем 4 находятся в верхней точке. Профильная часть 14 толкателя находится в угловом положении, при котором она не препятствует сведению рычагов 6 и клещевин 7. В таком положении захват опускается на канате к кластеру до момента контакта с траверсой кластера. Поступательное движение захвата обеспечивается наличием на корпусе 1 двух направляющих пальцев 16. При дальнейшем опускании клещевины 7 входят в отверстие траверсы, корпус 1 захвата опирается о траверсу и его движение вниз прекращается. Подвижные же части захвата: груз 2 и ползун 3 с толкателем 4 под действием собственного веса продолжают движение вниз. При этом груз 2 движется только поступательно, так как своим продольным пазом 12 взаимодействует с направляющей шпонкой в наконечнике 8 неподвижного корпуса 1, а ползун 3 получает еще и вращательное движение, так как взаимодействует двумя криволинейными пазами 10 своей нарезки с направляющими пальцами 9 в неподвижном корпусе 1. Геометрия нарезки криволинейных пазов 10 такова, что при достижении ползуном 3 нижней точки перемещения он поворачивается на угол 45 по направлению движения часовой стрелки,если смотреть снизу. Положение захвата при достижении ползуном 3 крайней нижней точки показано на фиг. 2. Толка-2 015920 тель 4, жестко скрепленный с ползуном, также поворачивается на угол 45. Профильная часть 14 толкателя 4 имеет в сечении овальный профиль и при своем повороте взаимодействует с клещевинами 7, разводя их в отверстии траверсы. После достижения ползуном 3 нижней точки сразу же начинается обратный ход - подъем вверх за счет натяжения грузового каната. При обратном ходе до крайнего верхнего положения происходит доворот ползуна 3 на угол 45 в том же направлении (по часовой стрелке). При достижении крайнего верхнего положения профильная часть 14 взаимодействует с рычагами 6, разводит их до упора и запирает в этом положении. Положение захвата при достижении ползуном 3 крайней верхней точки показано на фиг. 3. При дальнейшем натяжении грузового каната происходит подъем захвата вместе со сцепленным с ним кластером. На фиг. 4-6 показан вид в разрезе захватывающего приспособления захвата согласно еще одному варианту реализации. Согласно такому варианту реализации захватывающее приспособление включает трубку 20, имеющую центральное отверстие, в которое с возможностью осевого скольжения установлен толкатель 4, на конце трубки 20 имеется широкая часть для захвата кластера тепловыделяющих сборок и узкая часть для выхода из взаимодействия с кластером тепловыделяющих сборок. Приведенное описание предпочтительного варианта реализации не ограничивает объем настоящего изобретения, который задан нижеследующей формулой изобретения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Захват кластера тепловыделяющих сборок ядерного реактора, который включает цилиндрический корпус, ползун, который с возможностью поступательного перемещения установлен в цилиндрическом корпусе и выполнен с возможностью подвешивания к внешней опоре, толкатель, который неподвижно соединен с ползуном, в цилиндрическом корпусе подвижно установлено захватывающее приспособление, а указанный толкатель установлен во взаимодействии с захватывающим приспособлением,отличающийся тем, что ползун имеет криволинейный паз на боковой поверхности, в цилиндрическом корпусе неподвижно установлен по меньшей мере один радиальный направляющий элемент, который находится в зацеплении с указанным пазом, благодаря чему обеспечивается возможность вращения ползуна относительно внешней опоры при его поступательном перемещении по отношению к указанному корпусу, причем при перемещении ползуна по отношению к цилиндрическому корпусу толкатель переводит захватывающее приспособление в положение захвата или расцепления. 2. Захват по п.1, отличающийся тем, что указанное захватывающее приспособление установлено в цилиндрическом корпусе симметрично относительно его центральной оси, при этом часть захватывающего приспособления выступает через нижнее торцевое отверстие указанного цилиндрического корпуса. 3. Захват по п.1, отличающийся тем, что указанный толкатель имеет специальный профиль, который имеет первый габаритный размер и второй габаритный размер, который больше первого габаритного размера, указанное захватывающее приспособление включает правую и левую клещевины, правый и левый рычаги, причем в цилиндрическом корпусе над правой клещевиной шарнирно установлен правый рычаг, который шарнирно соединен с правой клещевиной, а над левой клещевиной шарнирно установлен левый рычаг, который шарнирно соединен с левой клещевиной, толкатель установлен с возможностью вхождения в контакт с рычагами для разведения клещевин при вхождении в контакт с рычагами частей толкателя, задающих второй габаритный размер, и захвата кластера тепловыделяющих сборок, и сведения клещевин при вхождении в контакт с рычагами частей толкателя, задающих первый габаритный размер, для выхода захватывающего приспособления из взаимодействия с кластером тепловыделяющих сборок. 4. Захват по п.2, отличающийся тем, что указанное захватывающее приспособление включает трубку, имеющую центральное отверстие, в которое с возможностью осевого скольжения установлен толкатель, на конце трубки расположен элемент, который имеет захватывающую часть, выполненную с возможностью взаимодействия с кластером тепловыделяющих сборок, так что захват кластера тепловыделяющих сборок обеспечен посредством введения во взаимодействие с ним захватывающей части, а расцепление кластера тепловыделяющих сборок обеспечено посредством выведения из взаимодействия с ним захватывающей части. 5. Захват по п.1, отличающийся тем, что указанные радиальные направляющие элементы включают цилиндрические пальцы, которые установлены в цилиндрическом корпусе в количестве двух, а оси указанных пальцев лежат на одной прямой. 6. Захват по пп.1-5, отличающийся тем, что в боковой поверхности цилиндрического корпуса выполнены отверстия. 7. Захват по п.3, отличающийся тем, что указанный специальный профиль имеет только часть толкателя. 8. Захват по п.3, отличающийся тем, что указанный специальный профиль имеет форму окружности, ограниченную двумя параллельными хордами. 9. Захват кластера тепловыделяющих сборок ядерного реактора, который включает цилиндриче-3 015920 ский корпус, ползун, который с возможностью поступательного перемещения установлен в цилиндрическом корпусе и выполнен с возможностью подвешивания к внешней опоре, толкатель, который неподвижно соединен с ползуном, в цилиндрическом корпусе подвижно установлено захватывающее приспособление, а указанный толкатель установлен во взаимодействии с захватывающим приспособлением,отличающийся тем, что на ползуне установлен по меньшей мере один радиальный направляющий элемент, на внутренней цилиндрической поверхности цилиндрического корпуса выполнен паз, причем указанный направляющий элемент находится в зацеплении с указанным пазом, благодаря чему обеспечивается возможность вращения ползуна относительно внешней опоры при его поступательном перемещении по отношению к указанному корпусу, причем при перемещении ползуна по отношению к цилиндрическому корпусу толкатель переводит захватывающее приспособление в положение захвата или расцепления. 10. Захват по п.9, отличающийся тем, что на внутренней цилиндрической поверхности цилиндрического корпуса неподвижно установлен цилиндрический вкладыш, выполненный в виде полого цилиндра,на внутренней цилиндрической поверхности которого выполнен по меньшей мере один вырез, форма которого соответствует форме указанного паза. 11. Захват по п.9, отличающийся тем, что указанное захватывающее приспособление установлено в цилиндрическом корпусе симметрично относительно его центральной оси, при этом часть захватывающего приспособления выступает через нижнее торцевое отверстие указанного цилиндрического корпуса. 12. Захват по п.9, отличающийся тем, что указанный толкатель имеет специальный профиль, который имеет первый габаритный размер и второй габаритный размер, который больше первого габаритного размера, указанное захватывающее приспособление включает правую и левую клещевины, правый и левый рычаги, причем в цилиндрическом корпусе над правой клещевиной шарнирно установлен правый рычаг, который шарнирно соединен с правой клещевиной, а над левой клещевиной шарнирно установлен левый рычаг, который шарнирно соединен с левой клещевиной, толкатель установлен с возможностью вхождения в контакт с рычагами для разведения клещевин при вхождении в контакт с рычагами частей толкателя, задающих второй габаритный размер, и захвата кластера тепловыделяющих сборок, и сведения клещевин при вхождении в контакт с рычагами частей толкателя, задающих первый габаритный размер, для выхода захватывающего приспособления из взаимодействия с кластером тепловыделяющих сборок. 13. Захват по п.11, отличающийся тем, что указанное захватывающее приспособление включает трубку, имеющую центральное отверстие, в которое с возможностью осевого скольжения установлен толкатель, на конце трубки расположен элемент, который имеет захватывающую часть, выполненную с возможностью взаимодействия с кластером тепловыделяющих сборок, так что захват кластера тепловыделяющих сборок обеспечен посредством введения во взаимодействие с ним захватывающей части, а расцепление кластера тепловыделяющих сборок обеспечено посредством выведения из взаимодействия с ним захватывающей части. 14. Захват по п.9, отличающийся тем, что указанные радиальные направляющие элементы включают цилиндрические пальцы, которые установлены на ползуне в количестве двух, а оси указанных пальцев лежат на одной прямой. 15. Захват по пп.9-14, отличающийся тем, что в боковой поверхности цилиндрического корпуса выполнены отверстия. 16. Захват по п.10, отличающийся тем, что указанный вырез выполнен в количестве одного и проходит по всей длине внутренней цилиндрической поверхности указанного вкладыша. 17. Захват по п.10, отличающийся тем, что указанный вкладыш имеет по меньшей мере два выреза,которые проходят по всей длине внутренней цилиндрической поверхности вкладыша и разделяют его по меньшей мере на две части. 18. Захват по п.12, отличающийся тем, что указанный специальный профиль имеет только часть толкателя. 19. Захват по п.12, отличающийся тем, что указанный специальный профиль имеет форму окружности, ограниченную двумя параллельными хордами.