Результат интеллектуальной деятельности: Приспособление для установки трубы обсадной разгрузочно-загрузочной машины

Изобретение относится к области атомного машиностроения, в частности к оборудованию, предназначенному для проведения транспортно-технологических операций при перегрузке топлива в составе разгрузочно-загрузочных машин (РЗМ) ядерных реакторов (например, исследовательской ядерной установки многофункционального быстрого исследовательского реактора (ИЯУ МБИР) на быстрых нейтронах), а также может быть использовано при монтаже длинномерных труб.

Труба обсадная используется для направления захвата РЗМ и для предотвращения перемещения элементов активной зоны, находящихся вокруг извлекаемого элемента активной зоны.

Для транспортировки трубы обсадной, ее установки и извлечения из ИЯУ МБИР предусмотрен штатный контейнер и захват. Отсутствие штатного контейнера при монтаже трубы обсадной приводит к невозможности заполнения, например, имитаторами тепловыделяющих сборок (ТВС) области активной зоны ИЯУ МБИР.

Ранее в проектах разгрузочно-загрузочных машин (Ленинградская АЭС, Курская АЭС и Смоленская АЭС) и перегрузочных машин успешно применялась традиционная схема захватных устройств с использованием управляющих стержней. Однако современные реалии предъявляют новые требования к конструкциям, позволяющим снизить издержки изготовления.

Установка обсадных труб - это задача весьма сложная для осуществления, так как трубу обсадную возможно смонтировать исключительно через створ малой поворотной пробки, расположенной в центральном зале над реакторной установкой, причем демонтаж окружающего оборудования не допускается. Ситуация осложняется тем, что в месте установки трубы обсадной отсутствуют какие-либо средства видеонаблюдения и возможность манипулирования захватным устройством. Поэтому оснастка должна без участия внешних манипуляций, сцепляться и расцепляться с трубой обсадной. При этом оснастка должна быть компактной и извлекаться после монтажа трубы в центральный зал над реакторной установкой.

Задачей, положенной в основу изобретения, является разработка оснастки для сцепления и автоматического расцепления с трубой обсадной, а также для обеспечения высокой степени надежности зацепления и защиты от падения трубы обсадной при ее транспортировке в процессе установки в трубу направляющую переходную РЗМ, причем при минимальной стоимости и максимальной простоте изготовления.

Для решения поставленной задачи предложено приспособление для установки трубы обсадной разгрузочно-загрузочной машины (далее -приспособление) с самоповорачивающейся оправкой и самоперемещающимися упорами. Принцип действия приспособления основан на взаимодействии полей неодимовых магнитов.

Приспособление включает соединенные между собой осью оправку и кронштейн, упоры, а также неодимовые магниты, установленные на упорах и ответно на оправке и кронштейне. Упоры размещены соосно в отверстиях оправки и выступа «прилива» кронштейна и предназначены для фиксации оправки относительно кронштейна при сцеплении с трубой обсадной и последующей их расфиксации после установки трубы обсадной в штатное положение в трубе переходной. Неодимовые магниты выполнены в форме шайб и установлены для обеспечения управления перемещением упоров и поворотом оправки относительно кронштейна.

На оправке неодимовые магниты установлены с внутренних сторон прорези по окружности под углом 90° с чередуемой разной полярностью со смещением, а на кронштейне - с двух сторон по окружности под углом 90° также с чередуемой разной полярностью, но без смещения относительно их вертикальных осей. На упорах неодимовые магниты установлены разнополярно, в отверстии выступа «прилива» кронштейна - разнополярно, а в гладких отверстиях оправки - однополярно.

Конструкция оправки выполнена с возможностью поворота на оси. Конструкция оправки, изготовленная заедино, представляет собой сложно-пространственную конфигурацию, выполненную в виде двух соосных цилиндров различных диаметров большего и меньшего в одной проекции и механически обработанных таким образом, что в проекции под углом 90° к ней они в свою очередь образуют цилиндр с меньшим диаметром. Такая форма оправки обеспечивает ей возможность свободного перемещения с буртом внутри трубы обсадной в повернутом на 90° положении.

Конструкция оправки оснащена: резьбовым отверстием, гладкими отверстиями с уступами для упоров, выемками под магниты, прорезью для кронштейна и буртом для установки на него трубы обсадной.

Конструкция кронштейна выполнена в форме ключа и оснащена объемным выпуклым выступом «приливом» с отверстием по центру для закрепления в нем неодимовых магнитов для возможности взаимодействия с магнитами упоров.

Конструкция приспособления содержит в частном случае выполнения, как минимум, два упора с возможностью перемещения их под воздействием отталкивающих магнитных сил четырех магнитов, установленных по два на каждом упоре.

При этом приспособление выполнено с возможностью расфиксации с трубой обсадной только при одновременном воздействии магнитных сил на все упоры.

В частном случае выполнения конструкция оправки оснащена восемью магнитами (по четыре с каждой внутренней стороны в прорези), расположенными со смещением, которое составляет 10-15° относительно вертикальной оси оправки вокруг оси приспособления по часовой стрелке, а конструкция кронштейна также оснащена ответно восемью магнитами.

В частном случае выполнения для повышения силы притяжения можно использовать секторное размещение неодимовых магнитов на оправке и ответно на кронштейне.

Технический результат заключается в автоматическом обеспечении процесса расфиксации с трубой обсадной при ее установке в трубу направляющую переходную.

При использовании настоящего изобретения одновременно достигаются следующие технические результаты:

- расширение технологических возможностей ИЯУ МБИР;

- ускорение монтажа трубы обсадной, входящей в состав трубы направляющей переходной РЗМ.

Технические результаты достигаются за счет:

- самоповорачивающейся (с возможностью поворота на 90°) оправки с буртом, управляемой неодимовыми магнитами, что позволяет свободно извлекать приспособление из трубы обсадной после установки ее в штатное положение;

- сложной пространственно-геометрической формы, выполненной одной деталью, которая получена в результате механической обработки заготовки в двух проекциях пересечением: двух твердотельных цилиндрических поверхностей (с очерковыми цилиндрическими образующими большего и меньшего диаметра по отношению к диаметру обсадной трубы), изготовленных во фронтальной проекции, с цилиндрической поверхностью (с очерковой цилиндрической образующей меньшего диаметра), изготовленной в профильной проекции, расположенной к первой под углом 90°, что позволяет оправке с буртом свободно перемещаться внутри трубы обсадной в одном положении (когда бурт расположен вдоль оси обсадной трубы) и стопориться в другом (когда бурт расположен перпендикулярно оси обсадной трубы);

- наличия бурта у оправки, позволяющего входить в зацепление с нижним срезом трубы обсадной для возможности их совместного перемещения;

- кронштейна в форме ключа с выпуклым объемным выступом «приливом» с отверстием по центру, в котором установлены неодимовые магниты, что обеспечивает фиксацию упоров, препятствующую повороту оправки относительно кронштейна при ослаблении троса, тем самым обеспечивается надежность зацепления с трубой обсадной;

- наличия, как минимум, двух управляемых неодимовыми магнитами упоров с возможностью перемещения, что обеспечивает фиксацию положения оправки относительно кронштейна и соответственно защиту от поворота оправки при ослаблении троса при осуществлении процесса установки трубы обсадной, а также их расфиксацию после установки трубы обсадной для извлечения приспособления;

- выполнения приспособления с возможностью его расфиксации с трубой обсадной только при одновременном воздействии на оба упора, что обеспечивает надежную защиту от падения трубы обсадной при осуществлении процесса ее установки в штатное положение.

Изобретение поясняется следующими чертежами, представленными на фиг. 1-9:

фиг. 1 - конструкция приспособления (вид спереди);

фиг. 2 - конструкция приспособления (главный вид, осевой разрез);

фиг. 3 - конструкция оправки (главный вид, фронтальная проекция);

фиг. 4 - конструкция оправки (вид справа, профильная проекция);

фиг. 5 - разрез В-В на фиг. 4;

фиг. 6 - разрез Г-Г на фиг. 5;

фиг. 7 - конструкция оправки (вид спереди)

фиг. 8 - конструкция оправки (вид сверху);

фиг. 9 - конструкция кронштейна (вид спереди);

фиг. 10 - сечение А-А на фиг. 2 (конструкция оси);

фиг. 11 - сечение Б-Б на фиг. 2 (конструкции упоров и их расположение относительно друг друга);

фиг. 12 - показано исходное положение приспособления перед началом установки трубы обсадной и при его перемещении;

фиг. 13 - разрез Д-Д на фиг. 11;

фиг. 14 - показан процесс расфиксации приспособления с трубой обсадной;

фиг. 15 - разрез Е-Е на фиг. 13;

фиг. 16 - показано положение оправки после ее поворота перед извлечением из трубы обсадной;

фиг. 17 - разрез Ж-Ж на фиг. 15.

Конструкция приспособления 1 (фиг. 1 и 2) в частном случае выполнения состоит из: оправки 2, кронштейна 3, оси 4, двух упоров 5(1), 5(2) и неодимовых магнитов 6 (не показаны) в количестве 24 шт.

Оправка 2 (фиг. 3-8) предназначена для установки на ее бурт 7 трубы обсадной 18 (не показана). Конструкция оправки 2 выполнена с возможностью поворота на оси 4. Оправка 2 изготовлена одной деталью из твердотельного материала. Сложно-пространственная конфигурация оправки 2 (фиг. 3, 4 и 6) представляет собой два цилиндра различных диаметров большего 20 и меньшего 19 (больший равен наружному диаметру нижнего среза трубы обсадной 18, а меньший меньше внутреннего диаметра нижнего среза трубы обсадной 18), совмещенных друг с другом по одной оси в одной проекции (фронтальной) и механически обработанных таким образом, что при повороте на 90° в другой проекции (профильной) они в свою очередь образуют цилиндр с меньшим диаметром 19. Такая форма оправки 2 позволяет ей с буртом 7 свободно перемещаться внутри трубы обсадной 18 в одном положении и стопориться в другом. Конструкция оправки 2 (фиг. 3-8) оснащена: резьбовым отверстием 8 для оси 4, расположенным по центру оправки 2; гладкими отверстиями 9 с уступами для упоров 5, расположенными в частном случае выполнения, в правой верхней части оправки 2 относительно центрального резьбового отверстия 8 для обеспечения поворота оправки 2 по часовой стрелке; прорезью 10 (фиг. 5, 7 и 8) для возможности наклона кронштейна 3, выполненной по центру оправки 2 перпендикулярно резьбовому отверстию 8 с фигурной выемкой 21 под нижнюю часть кронштейна 3; выемками 6' под магниты 6; буртом 7 для установки на него трубы обсадной 18, выполненным в нижней части оправки 2 - на верхнем торце вертикального цилиндра большего диаметра 20. На внутренних поверхностях в прорези 10 оправки 2 с двух сторон в выемках 6' (фиг. 4 и 8) установлены восемь неодимовых магнитов 6 (по четыре с каждой стороны), расположенные с чередуемой разной полярностью по окружности со смещением 10-15° по часовой стрелке относительно вертикальной оси оправки 2 вокруг оси 4.

Кронштейн 3 (фиг. 9) предназначен для удержания оправки 2 на грузовом тросе (не показан) и ограничения поворота оправки 2 вокруг оси 4. Конструкция кронштейна 3 оснащена: объемным выпуклым выступом «приливом» 11 с отверстием 12 для закрепления (например, вклеиванием) в нем двух неодимовых магнитов 6 для возможности взаимодействия с неодимовыми магнитами 6, установленными на упорах 5; отверстием 13 для оси 4 и отверстием 14 для закрепления троса, а также выемками 6'(S) и 6'(N) под установку магнитов 6(S) и 6(H), расположенными по окружности вокруг отверстия 13. На кронштейне 3 с двух сторон в выемках 6' установлены восемь неодимовых магнитов 6 (по четыре с каждой стороны), расположенных с чередуемой разной полярностью по окружности без смещения относительно вертикальной оси кронштейна 3.

Оптимальное количество магнитов 6 (по четыре с каждой стороны на оправке 2 и на кронштейне 3) выбрано для того, чтобы обеспечить поворот оправки 2 четко на 90° по часовой стрелке. В частном случае выполнения для повышения силы притяжения можно использовать секторное размещение магнитов 6.

Оправка 2 и кронштейн 3 соединены между собой осью 4 (фиг. 10), предназначенной для удержания оправки 2 на кронштейне 3. С одной стороны на оси 4 имеется резьба 15 для закрепления ее в оправке 2.

Упоры 5 (фиг. 1, 2 и 11) в количестве двух предназначены для фиксации положения оправки 2 относительно кронштейна 3 в процесс транспортировки трубы обсадной 18 и расфиксации их после установки трубы обсадной 18 в штатное положение в трубе направляющей переходной (не показана). В собранном приспособлении 1 упоры 5(1) и 5(2) (фиг. 1 и 2) размещены соосно в гладких отверстиях 9 оправки 2 (фиг. 7 и 8) и отверстии 12 кронштейна 3 (фиг. 9) навстречу друг другу. Каждый из упоров 5(1) и 5(2) (фиг. 11) состоит из оголовков 16(1), 16(2) и осей 17(1), 17(2), соединенных между собой. На каждом из упоров 5(1) и 5(2) установлено по неодимовому магниту 6(S) и 6(N). Упоры 5(1) и 5(2) выполнены с возможностью перемещения их под воздействием отталкивающих магнитных сил.

Магниты 6 в количестве 24 шт, выполненные в форме шайб и установленные на кронштейне 3 (фиг. 9), оправке 2 (фиг. 8) и упорах 5 (фиг. 11), представляют собой неодимовые магниты, которые обладают высокой мощностью притяжения и высокой стойкостью к размагничиванию. С их помощью под воздействием отталкивающих либо притягивающих магнитных сил обеспечивается управление поворотом оправки 2 относительно кронштейна 3 и управление перемещением упоров 5(1) и 5(2). Принцип действия приспособления 1 основан на взаимодействии полей магнитов. На кронштейне 3 и оправке 2 неодимовые магниты 6 установлены разнополярно под углом 90°. Для обеспечения необходимого направления поворота оправки 2 магниты 6 установлены со смещением на оправке 2 и без смещения на кронштейне 3. Для обеспечения перемещения упоров 5 магниты 6 установлены на упорах 5 разнополярно, в отверстии 12 выступа «прилива» 11 кронштейна 3 - разнополярно, а в отверстиях 9 оправки 2 магниты 6 установлены однополярно.

Приспособление 1 выполнено таким образом, что его расфиксация с трубой обсадной 18 (фиг. 14-15) возможна только при воздействии магнитных сил одновременно на оба упора 5.

Все детали за исключением неодимовых магнитов 6 выполнены из немагнитной нержавеющей стали (например, 12Х18Н10Т).

Работа приспособления происходит следующим образом.

Перед началом установки трубы обсадной 18 в трубу направляющую переходную (не показана) приспособление 1 через отверстие 14 в кронштейне 3 закрепляют на стропе крана (не показана) и поднимают к нижнему срезу трубы обсадной 18 (фиг. 12). При этом:

- бурт 7 оправки 2 прижимают к нижнему срезу трубы обсадной 18 для того, чтобы в дальнейшем препятствовать ее перемещению вниз при транспортировке;

- упоры 5 (фиг. 13) обжимаются стенками трубы обсадной 18, входя в отверстие 12 выступа «прилива» 11 кронштейна 3, и соответственно фиксируют положение кронштейна 3 относительно оправки 2.

Таким образом осуществляют зацепление приспособления 1 с трубой обсадной 18.

Далее зацепленную приспособлением 1 трубу обсадную 18 устанавливают с помощью крана на штатное место в трубе направляющей переходной РЗМ (не показана). После чего приспособление 1 требуется извлечь.

После установки трубы обсадной 18 приспособление 1 под действием силы тяжести продолжает движение вниз на расстояние, при котором происходит выход упоров 5 за диаметр трубы обсадной 18 (фиг. 14). Упоры 5 (фиг. 15) перемещаются перпендикулярно к направлению движения приспособления 1 и выходят за габариты оправки 2 за счет сил отталкивания между однополярными неодимовыми магнитами 6, расположенными на упорах 5 и в отверстии 12 выступа «прилива» 11 кронштейна 3, тем самым расфиксируя кронштейн 3 и оправку 2.

Далее движение вниз приспособления 1 продолжается на расстояние, при котором происходит беспрепятственный поворот оправки 2 вокруг оси 4. Оправка 2 начинает вращаться относительно оси 4 за счет сил отталкивания между одноименными магнитами 6, ответно расположенными на оправке 2 и на кронштейне 3 по окружностям. Неодимовые магниты 6, установленные со смещением на оправке 2, позволяют обеспечить необходимое направление поворота. Окончательный поворот оправки 2 на 90° происходит за счет притяжения разноименных магнитов 6, расположенных на оправке 2 и на кронштейне 3 по окружностям.

После поворота оправки 2 (фиг. 16) относительно оси 4 на 90° под воздействием отталкивающих сил однополярных магнитов 6, находящихся в отверстиях 9 оправки 2 и на самих упорах 5, а также притягивающих сил разнополярных магнитов 6, расположенных на упорах 5, упоры 5 (фиг. 17) втягиваются внутрь оправки 2 и не препятствуют более извлечению приспособления 1. Приспособление 1 свободно извлекают из трубы обсадной 18, так как бурт 7 оправки 2 в этот момент находится в положении, когда он расположен вдоль оси обсадной трубы 18, и поэтому его внешние габариты также не препятствуют извлечению.

Труба обсадная 18 окончательно установлена в трубу направляющую переходную РЗМ (не показана).

Таким образом, при помощи приспособления 1 обеспечивается его надежное сцепление с трубой обсадной 18 и автоматическая расфиксация (расцепление) с ней в процессе установки трубы обсадной 18 в трубу направляющую переходную РЗМ. При этом обеспечивается высокая степень надежности зацепления и защиты от падения трубы обсадной 18.

Преимущества применения предлагаемого приспособления:

- просто в изготовлении;

- низкая стоимость по сравнению со стандартным захватным устройством;

- высокая технологичность производства;

- надежность конструкции;

- процесс сцепления и расцепления происходит в нужный момент без участия дополнительных манипулирующих устройств.