станок для сборки тепловыделяющих элементов в тепловыделяющие сборки

Формула изобретения

1. Станок для сборки тепловыделяющих элементов в тепловыделяющие сборки, преимущественно для энергетического реактора ВВЭР-1000, содержащий смонтированные на станине накопитель в виде наклонных реек с отсекателями поштучной подачи ТВЗЛ, механизм осевого перемещения в виде рольганга с прижимными роликами, механизм запрессовки ТВЭЛ в технологические дистанционирующие решетки в виде подпружиненного толкателя и цепной передачи, состоящей из приводной звездочки, установленной на валу редуктора, муфты и электродвигателя, механизм горизонтального и вертикального перемещения обоймы с каркасом под технологические дистанционирующие решетки, механизм оснащения ТВЭЛ съемными наконечниками конической формы и систему управления, отличающийся тем, что муфта выполнена с регулируемым усилием прижима для обеспечения различного усилия запрессовки ТВЭЛ, механизм оснащения выполнен в виде размещенного над механизмом запрессовки лотка со сквозным проходным отверстием и бункера в виде установленного с возможностью вращения диска с вырезами для наконечников, механизм запрессовки снабжен соосно ему установленной фильерой из мягкого материала в кожухе и емкостью для подачи смазки, с ней связанной, и двумя датчиками контроля длины ТВЭЛа вместе с наконечником, один из которых фиксирует конец ТВЭЛ, типа ПНЩ, и электрически связана с ними контролером типа "МикрДаТ", электрически связанным с системой управления.

2. Станок по п.1, отличающийся тем, что муфта выполнена в виде двух втулок, размещенных на одном валу, шариковых опор, прижимов в виде штоков, обоймы, опорного подшипника, прижима и пневмоцилиндра с регулируемым ходом штока, при этом одна из втулок жестко связана со звездочкой и на ее торцевой поверхности выполнены углубления под шариковые опоры, которые размещены в них с возможностью взаимодействия с прижимами в виде штоков, закрепленными на второй втулке, размещенными в обойме муфты равномерно по ее диаметру и подпружиненными относительно шариковых опор, причем пневмоцилиндр кинематически связан с прижимом, кинематически связанным посредством подшипника со второй втулкой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к механосборочному производству, в частности, к станкам для сборки тепловыделяющих сборок (ТВС) и может найти применение для сборки длинномерных тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) в ТВС, преимущественно для энергетического реактора ВВЭР-1000.

В производстве ТВС для тепловыделяющих реакторов наиболее ответственным является процесс сборки ТВЭЛ в каркас сборки, который представляет собой выставленные в ряд и соединенные трубными направляющими каналами технологические дистанционирующие решетки, а ТВЭлы, подлежащие сборке в ТВС, имеют длину 4 м, диаметр 9 мм и практически нулевую осевую жесткость.

Известен станок для заталкивания трубчатых заготовок, состоящий из механизма заталкивания трубчатых заготовок с приводным толкателем и механизма горизонтального и вертикального шагового перемещения [1]

Недостатком этого станка является низкая точность позицирования, т.е. к ошибке срабатывания конечных выключателей добавляется отклонение от соосности из-за деформации привода основания и кинематической неточности механизма перемещения, что не исключает изгиба ТВЭЛа при его заталкивании, отклонения ТВЭЛа от оси заталкивания, деформации его и технологической дистанционирующей решетки. Выход годных сборок и производительность заталкивания ТВЭЛ при этом весьма низки, т.е. для удаления деформированного ТВЭЛа и замены деформированной технологической дистанционирующей решетки требуется определенное время.

Известен станок для сборки трубчатых теплообменников, содержащий смонтированные на станине механизм запрессовки труб с приводным толкателем, приводную обойму для установки каркаса теплообменника, несущую технологические решетки и установленную с возможностью и вертикального перемещений, а также механизм управления перемещениями обоймы [2]

Станок для сборки трубчатых теплообмеников применительно для сборки ТВС для реактора ВВЭР-1000 не решает задач автоматической установки съемных наконечников на торцы заталкиваемых в технологические дистанционируюшие решетки ТВЭЛов для предварительного расширения ячеек технологических дистанционирующих решеток в процессе заталкивания ТВЭЛа и не решает задачи нанесения смазки для лучшего прохождения ТВЭЛа без повреждений через ячейки решеток.

Механизм запрессовки труб с приводным толкателем станка выполнен в виде редуктора с электроприводом, на валу которого размещена звездочка передачи возвратно-поступательного движения через цепную передачу приводному толкателю.

Недостатком механизма запрессовки станка является его высокая инерционность, и в случаях какого-либо перекоса решетки относительно оси запрессовки ТВЭЛа или несрабатывания механизма позиционирования ТВЭЛ при заталкивании упирается в решетку, изгибается под воздействием толкателя, сминается, деформируется, превращается в неисправимый брак и в то же время повреждает дистанционирующую решетку, для замены которой требуется разборка и сборка всего каркаса с длительной затратой времени, что ведет к снижению выхода годных сборок и снижению производительности сборки ТВС.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство, в котором для сборки труб в трубные решетки теплообменников на основании смонтированы: накопитель в виде наклонных реек с отсекателями поштучной подачи труб на механизм осевого перемещения в виде рольганга с прижимными роликами; механизм запрессовки труб в решетки в виде подпружиненного толкателя на цепной передаче, включающего приводную звездочку на валу редуктора, муфту и электродвигатель; механизм горизонтального и вертикального перемещения обоймы с установленным каркасом, несущим технологические дистанционирующие решетки; механизм оснащения труб съемными наконечниками конической формы и система управления.

Устройству присущи те же недостатки, что и аналогичным станкам, т.е. механизм запрессовки труб в решетки обладает высокой инерционностью, что в случаях какого-либо перекоса решетки относительно оси запрессовки, особенно если это ТВЭЛ, произойдет деформация и разрушение как ТВЭЛа, так и технологической решетки, так как ТВЭЛ, упираясь в решетку, сомнет ее, а сам под воздействием толкателя деформируется и разрушится. Разработка каркаса и замена решетки снизит производительность, а инерционность механизма запрессовки приведет к снижению качества и выхода годных.

Несовпадение оси запрессовки и ячеек решетки становится возможным в случаях невыхода нужной ячейки технологической дистанционирующей решетки на координату; недопустимой кривизны ТВЭЛа; некачественно надетого на ТВЭЛ наконечника.

Каждое из этих обстоятельств с высокой степенью вероятности приводит к тому, что ТВЭЛ, не попав в ячейку первой технологической дистанционирующей решетки, необратимо деформируется и деформирует технологическую дистанционирующую решетку. В известном устройстве не предусмотрен контроль наличия наконечника на ТВЭЛе, что не исключает запрессовку ТВЭЛа в решетки без наконечника, повреждения его поверхности о стенки ячеек технологических дистанционирующих решеток, снижения выхода годных сборок.

Устройство предусматривает установку съемных наконечников на торцы заталкиваемых в решетки труб, но не решает задач их автоматической установки, что снижает производительность сборки ТВЭЛ в решетки.

Устройство не решает задачи автоматического нанесения смазки на запрессованные в решетки трубы, что снижает качество сборки, выход годных и производительность. Кроме того, в общеизвестных станках для управления и вывода решеток на координаты запрессовки труб или ТВЭЛ применяется электрическая схема, построенная по принципу ЧПУ с использованием микроЭВМ "Электроника-60".

Схема сложна, требует для обслуживания высококвалифицированных специалистов, ненадежна, поскольку, как показал опыт работы, не исключает частые остановки и сбои, что ведет как к простою станков сборки и потере производительности, так и к потере качества сборки и снижению выхода годных.

Целью изобретения является повышение производительности и выхода годных.

Эта цель достигается тем, что в станке для сборки ТВЭЛ в ТВС, преимущественно для энергетического реактора ВВЭР-1000, содержащем смонтированные на станине накопитель в виде наклонных реек с отсекателями поштучной подачи ТВЭЛ, механизм осевого перемещения в виде рольганга с приемными роликами, механизм запрессовки ТВЭЛ в технологические дистанционирующие решетки в виде подпружиненного толкателя и цепной передачи, включающей приводную звездочку на валу редуктора, муфту и электродвигатель, механизм горизонтального и вертикального перемещения обоймы с установленным каркасом, несущим технологические дистанционирующие решетки, механизм оснащения ТВЭЛ съемными наконечниками конической формы и систему управления станком, муфта механизма запрессовки ТВЭЛ выполнена с двумя порогами срабатывания, обеспечивающими различное усилие запрессовки ТВЭЛ в технологические дистанционирующие решетки, механизм оснащения ТВЭЛ съемными наконечниками конической формы выполнен в виде размещенного над узлом запрессовки лотка со сквозным проходным отверстием и размещенного над лотком наклонного бункера с окном над лотком и вращающимся рабочим диском с вырезами по образующей для наконечников, где каждый вырез в задней части выполнен с заходной наклонной канавкой с заглублением и порогом с высотой меньше половины диаметра наконечника, а в передней части вырез выполнен с уширением ко дну бункера, при этом соосно оси запрессовки установлена фильера из мягкого материала, размещенная в кожухе, который соединен с емкостью подачи смазки, по оси запрессовки ТВЭЛа установлены два датчика контроля длины ТВЭЛа вместе с наконечниками, а в системе управления станка в его электрической схеме использованы контроллеры "МикроДАТ" и бесконтактные датчики типа ПИЩ.

Кроме того, муфта снабжена с двух сторон втулками, размещенными на одном валу, где первая втулка жестко связана со звездочкой и имеет на поверхности, примыкающей к муфте, углубления, в которых размещены шары, образующие колпачковые пары, вторая втулка со стороны, примыкающей к муфте, снабжена прижимами в виде штоков, которые размещены в обойме муфты равномерно по ее диаметру и подпружинены относительно шаров, а с другой стороны вторая втулка снабжена опорным подшипником, прижимом и пневмоцилиндром; съемные наконечники выполнены из капролона; в качестве мягкого материала фильеры использован поролон; бункер установлен под углом 30-45^o к оризонтальной плоскости.

Снабжение муфты двумя порогами срабатывания позволяет иметь два порога срабатывания 8 2 кг и 652 кг, т.е. до момента выхода ТВЭЛ из первой технологической дистанционирующей решетки муфта предельного момента в приводе толкателя настроена на нижний порог срабатывания, а затем переходит на верхний порог срабатывания, что снижает энергию удара ТВЭЛа о технологическую дистанционирующую решетку в аварийных ситуациях несовпадения оси запрессовки ТВЭЛа с ячейкой технологической дистанционирующей решетки, исключается деформация ТВЭЛа и технологической решетки.

Поскольку исключается деформация ТВЭЛа и технологической решетки, то исключается простой станка, повышается производительность и выход годных.

Установка датчиков замера длины ТВЭЛа вместе с наконечником по оси запрессовки ТВЭЛа позволяет исключить запрессовку ТВЭЛа в технологические решетки без съемного наконечника, исключить повреждение поверхности ТВЭЛа, при этом повысить выход годных и производительность за счет исключения операции по выемке такого ТВЭЛа (без наконечника) из технологических решеток, что не исключалось ранее.

Выполнение электрической схемы управления с использованием вместо микроЭВМ "Электроника-60" контроллера "МикроДАТ" позволит исключить один электрический шкаф; исключить микроЭВМ; исключить использование модулей устройств сопряжения с объектом (УСО) со множеством плат и использовать при этом только одну плату сопряжения для получения аналоговых сигналов; использовать бесконтактные датчики типа ПИЩ вместо сильсин-датчиков; упростить схему с повышением надежности ее работы; за счет упрощения схемы и повышения надежности работы использовать для ее обслуживания электромонтера средней квалификации вместо использования инженерных кадров программистов и электронщиков; с повышением надежности работы электрической схемы исключить простой станка и достичь за счет этого повышения производительности сборки.

Сбои известной электрической схемы не исключали и возникновения аварийных ситуаций, таких, как невыход ячейки технологических дистанционирующих решеток на координату оси запрессовки ТВЭЛа, что приводило к повреждению ТВЭЛа и снижению выхода годных сборок. Выполнение предлагаемой схемы управления позволит исключить невыход технологических дистанционирующих решеток на координаты запрессовки в них ТВЭЛ, исключить деформацию ТВЭЛ и решеток при этом, достичь повышения производительности, качества сборки и выхода годных.

Выполнение механизма оснащения ТВЭЛ конусными наконечниками в виде автоматического устройства позволяет автоматически подавать в зону запрессовки конусные наконечники и надевать на ТВЭЛы в процессе их запрессовки в технологические дистанционирующие решетки, что повысит производительность станка.

Установка фильеры из мягкого материала с емкостью подачи смазки позволит провести смазку ТВЭЛ в процессе их запрессовки в технологические дистанционирующие решетки, что исключит задиры ТВЭЛ, повысит качество сборки ТВЭЛ и выход годных. Выполнение съемных наконечников из капролона, а фильеры из поролона позволит исключить задир решеток и самих ТВЭЛ, что также повысит качество и выход годных.

На чертежах представлен станок для сборки ТВЭЛ в тепловыделяющие сборки, на фиг. 1 общий вид станка; на фиг. 2 станок (вид сверху); на фиг. 3 - кинематическая схема механизма запрессовки; на фиг. 4 механизм запрессовки на фиг. 5 датчик контроля начала наконечника на ТВЭЛе; на фиг. 6 датчик контроля конца ТВЭЛа; на фиг.7 механизмы вертикального и горизонтального перемещения обоймы; на фиг. 8 электрическая схема; на фиг. 9 - загрузочно-ориентирующий узел; на фиг. 10 фильера.

Станок для сборки ТВЭЛ в тепловыделяющие сборки содержит смонтированные на станине 1 механизм запрессовки ТВЭЛ 2 с подпружиненным толкателем 3, соединенным с редуктором 4, связанным электроприводом 5, на валу 6 которого (фиг. 4) для передачи возвратно-поступательного движения размещена звездочка 7 (фиг. 4), жестко связанная со втулкой 8 с углублениями 9 на торце, взаимодействующими через подпружиненные шариковые опоры 10 с прижимами 11 в виде штоков, равномерно размещенные по диаметру в муфте 12, установленной на валу редуктора 4; приводную обойму 13 (фиг. 1, 2) для установки каркаса тепловыделяющей сборки, несущего технологические решетки 14 и установленную с возможностью горизонтального и вертикального перемещений с механизмами перемещения и управления движения обоймы 13 с электрической схемой; смонтированную на станине соосно оси сборки фильеру 15 (фиг. 3) из мягкого материала в кожухе для нанесения смазки, а также загрузочно-ориентирующий узел 16 установки съемных конических наконечников 17 на ТВЭЛ.

Муфта 12 с другой стороны снабжена шариковой опорой 18 (фиг. 4), расположенной на второй втулке 19, размещенной на валу 6, пневмоцилиндром 20 и прижимом 21.

Прижимы 11 жестко запрессованы во вторую втулку.

Между фильерой 15 и загрузочно-ориентирующим узлом 16 по оси запрессовки ТВЭЛа 2 установлен датчик 22 ПИЩ контроля начала наконечника 17 на ТВЭЛе 2 и на расстоянии, равном длине ТВЭЛа с наконечником, второй датчик 23 ПИЩ контроля конца ТВЭЛа 2, где датчик 22 контроля начала наконечника 17 выполнен в виде подпружиненных роликов 24 и 25 с флажком 26, входящим в паз 27 датчика, а датчик 23 снабжен сквозным проходным пазом 28, в котором перемещается флажок 29 толкателя 3.

Механизм вертикального перемещения обоймы 13 выполнен на одном электромеханизме 30, винтовая реечная передача 31 которого взаимодействует с четырьмя вертикальными опорными направляющими 32.

Механизм горизонтального перемещения обоймы 13 выполнен из электромеханизма 33, с помощью которого осуществлено перемещение обоймы 13 по плите 34.

Для управления движения обоймой 13 в вертикальном и горизонтальном направлениях, т.е. при выводе на координаты ячеек технологических дистанционирующих решеток 14 соосно оси запрессовки ТВЭЛ, задействована электрическая схема с использованием контроллера "МикроДАТ" 35 и платы сопряжения 36. Для подачи ТВЭЛа с транспортной съемной кассеты 37 на позицию запрессовки служат наклонные рейки 38 с отсекателем 39 поштучной подачи, а для исключения изгиба и деформации ТВЭЛа 2 в процессе запрессовки рольганг 40 с прижимными роликами 41. Толкатель 3 размещен на цепной передаче 42.

Загрузочно-ориентирующий узел 16 (фиг. 9) механизма оснащения ТВЭЛ 2 съемными коническими наконечниками 17 выполнен в виде наклонного бункера под углом 30-45^o к горизонтальной плоскости с окном 43 над лотком 44 со сквозным проходным отверстием 45 и вращающимся рабочим диском 46 с вырезами по образующей, где каждый вырез в задней части выполнен с заходной наклонной канавкой 47 с заглублением и порогом 48 с высотой, меньшей половины диаметра наконечника 17, а в передней части вырез выполнен с уширением 49 к дну бункера.

Размещение бункера под углом 30-45^o к горизонтальной плоскости является оптимальным, т.к. увеличение угла выше 45^o приведет к выпадению наконечников 17 из прорезей диска 46, а уменьшение к скоплению наконечников и затруднению их ориентировки. Фильера 15 выполнена из поролона, размещена в кожухе 50, которые соединен с емкостью 51 смазки, снабжен насосом 52 подачи смазки в кожух 50.

Станок для сборки ТВЭЛ в тепловыделяющие сборки работает следующим образом. Из транспортной съемной кассеты 37 ТВЭЛы по наклонным рейкам 38 скатываются до отсекателей 39, где поштучно выдаются на позицию запрессовки. На позиции запрессовки ТВЭЛ 2 на рольганге 40 прижимается прижимными роликами 41 и подпружиненным толкателем 3 подается через сквозное проходное отверстие загрузочно-ориентирующего узла 16, откуда с наконечником 17 на торце проходит через подпружиненные ролики 24 и 25 датчика 22 типа ПИЩ, через сквозное проходное отверстие фильеры 15 и с нанесенной смазкой запрессовывается в ячейки технологических дистанционирующих решеток 14, после чего наконечник 17 удаляется.

Одновременно осуществляется контроль длины ТВЭЛа 2 вместе с наконечником 17, при котором наконечник 17 с ТВЭЛом 2, проходя через подпружиненные ролики 24 и 25 датчика 22, раздвигает ролики, флажок 26 выходит из паза 27, фиксируется начало наконечника 17, а конец ТВЭЛа фиксирует датчик ПИЩ 23, срабатывающий от флажка 29 толкателя 3, который, проходя через сквозной проходной паз 28 датчика 23, фиксирует конец ТВЭЛа 2. Сигналы с обоих датчиков 22 и 23 идут в контроллер "МикроДАТ" 35. Если первым придет сигнал с датчика 22, значит ТВЭЛ движется с наконечником 17, и контроллер "МикроДАТ" 35 дает разрешение на запрессовку ТВЭЛа 2. Если первым придет сигнал с датчика 23, то ТВЭЛ 2 движется без наконечника 17. В этом случае контроллер "МикроДАТ" 35 останавливает запрессовку ТВЭЛа 2 в ячейки решеток 14 и выдает на пульт управления сигнал "Нет наконечника 17".

Подпружиненный толкатель 3 на цепной передаче с помощью звездочки 7 редуктора 4 с приводом 5 перемещается возвратно-поступательно. Благодаря тому, что муфта 12 имеет два порога срабатывания, т.е. 82 кг, 652 кг, при запрессовке ТВЭЛа 2 до момента выхода ТВЭЛа 2 из первой технологической решетки 14 муфта настроена на нижний порог срабатывания (82 кг), а затем переходит на верхний порог срабатывания (652кг).

Поскольку технологические решетки 14 в каркасе в приводной обойме 13 установлены так, что ячейки соосны друг другу, то после прохождения ТВЭЛа 2 через ячейку первой технологической дистанционирующей решетки 14 повышение порога срабатывания до 652 кг практически не приведет к деформации ни ТВЭЛа 2, ни решеток 14. Порог срабатывания 82 кг до первой решетки также исключит деформацию ТВЭЛа 2 и первой решетки в случаях несовпадения оси запрессовки с осью ячейки решетки 14 за счет снижения силы удара ТВЭЛа 2 о решетку 14.

Управление муфтой 12 осуществляется пневмоприводом 20 по программе. После запрессовки ТВЭЛа 2 подпружиненный толкатель 3 возвращается в исходное положение. За время отката толкателя 3 приводная обойма 13 по заданной программе сместится на одну ячейку в технологической дистанционирующей решетке 14 либо по вертикали, либо по горизонтали.

Выход на координату запрессовки ячейки технологической решетки 14 осуществляется с помощью либо электромеханизма 33, перемещающего обойму 13 по плите 34 горизонтально, либо с помощью электромеханизма 30, перемещающего обойму 13 вместе с плитой 34 вертикально. Для достижения необходимой грузоподъемности вертикального подъема или опускания обоймы 13 достаточно ввести механическую передачу n 2,5.

Для автоматической работы станка использована электрическая схема, построенная на применение контроллера "МикроДАТ" 35 с платой сопряжения 36, принцип работы которой заключается в том, что датчики ПИЩ срабатывают каждый раз при перемещении на один шаг по вертикали и аналогично по горизонтали. Это достигается подбором передаточного соотношения редуктора, соединяющего двигатели 30, 33 и флажки, воздействующие на датчики ПИЩ.

На чертеже показаны датчики ПИЩ 22 и 23, другие ПИЩ не показаны, не показаны и флажки, взаимодействующие с датчиками ПИЩ.

Втулка 19 имеет возможность перемещаться на валу 6 под воздействием пневмоцилиндра 20 путем передачи осевого усилия через прижим 21 на упорный подшипник (шариковую опору) 18. Предварительная настройка на усилие 82 кг выполняется подвижкой задней опоры пневмоцилиндра 20 вдоль оси штока. Верхний порог срабатывания 652 кг обеспечивается при выдвинутом положении штока пневмоцилиндра 20. Ход штока определяется опытным путем. Величина сжатия пружины при переходе на верхний порог срабатывания равна величине хода штока пневмоцилиндра 20. Момент срабатывания пневмоцилиндра определяет системы управления станка по программе. В случае аварийной ситуации, например, ТВЭЛ не попал в ячейку, при настройке 82 кг или 652 кг муфта 12 начинает проскальзывать в кулачковых парах (шар 10+пружина +прижим 11), и проталкивание ТВЭЛа прекращается. В процессе оснащения ТВЭЛ 2 конусными наконечниками последние хаотически насыпаются в бункер 16, где при вращении диска 46 конусные наконечники попадают в вырезы. Если наконечник в вырез попал конусом назад, то он при угле наклона 30-45^o просто скатится назад, а при попадании наконечника 17 конусом вперед он хвостовой частью упирается в порог 48 и при вращении диска 46 будет доставлен к окну 43, откуда поступит в лоток 44, который является накопителем. ТВЭЛ 2, проходя через сквозное проходное отверстие 45 лотка, подхватывает конусный наконечник и наконечником 17 вперед запрессовывается в технологические дистанционирующие решетки 14. Одновременно идет смачивание фильеры 15 в кожухе 50 смазкой, поступающей из емкости 51 при помощи насоса 52, и нанесение смазки на ТВЭЛ, проходящей через фильеру. Процесс оснащения ТВЭЛа наконечником и нанесения смазки повторяется. 2 4