核电厂控制棒组件水下操作工具的制作方法

本实用新型属于核电技术领域，更具体地说，本实用新型涉及一种核电厂控制棒组件水下操作工具。

背景技术：

目前，在核电技术领域，控制棒组件用于控制燃料组件的反应性，吸收燃料组件裂变产生的快中子和热中子，对核反应堆安全运行和停堆起到至关重要的作用。在核电厂处于停堆换料期间，需要在乏燃料水池内水下进行燃料组件之间置换控制棒组件工作，并将控制棒组件插入需要带控制棒组件的燃料组件中，其操作是依靠操作员在水池上方借助乏燃料水池吊车和控制棒组件水下操作工具实现。

现有典型的控制棒组件水下操作工具主要由上部构件和下部构件组成，其中，上部构件包括同步电机-皮带传动-减速器-卷筒机构，以实现控制棒组件的提升和下降，上部构件设有操作手柄，用于操作抓取和释放控制棒组件抓头组件；下部构件是带有若干个星形导向板的金属结构，为控制棒组件的提升和下降提供导向，其底部设有控制棒组件抓头并通过上部构件的操作手柄驱动。

由于核电厂控制棒组件水下操作在乏燃料水池上方进行，工作环境条件差，辐射照射、照明以及操作工具的好坏直接影响着作业的安全和效率。目前的控制棒组件水下操作工具的设计存在诸多不足，包括：上部构件采用老式传动链结构，总体体积大、笨重，影响操作人员的操作；在超欠载检测上通过调节接近开关与摆动连杆距离判断，误差范围较大，不能做到精确监测；卷筒钢丝绳采用被动式导绳方式，容易发生钢丝绳重叠。

有鉴于此，确有必要提供一种结构紧凑、操作安全方便的核电厂控制棒组件水下操作工具。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于：提供一种结构紧凑、操作安全方便的核电厂控制棒组件水下操作工具。

为了实现上述实用新型目的，本实用新型提供了一种核电厂控制棒组件水下操作工具，其包括上部构件和下部构件，上部构件包括上部框架、安装在上部框架上的操作手柄、起升机构和电控箱，下部构件包括依次相互连接的工具套管、控制棒导向架和抓头组件，其中，上部构件还包括钢丝绳导向系统和载荷检测机构。

作为本实用新型核电厂控制棒组件水下操作工具的一种改进，所述起升机构包括伺服电机、减速器以及设有主动齿轮的卷筒。

作为本实用新型核电厂控制棒组件水下操作工具的一种改进，所述钢丝绳导向系统包括支架、钢丝绳导轮、固定在支架上的导向杆、一端可移动套装于导向杆的导向板、与卷筒主动齿轮相啮合的从动齿轮、两端可转动安装于支架上且与从动齿轮固连的丝杆以及丝杆螺母，导向板的另一端固连在丝杆螺母端面上，所述钢丝绳导轮可转动地套装于丝杆螺母上。

作为本实用新型核电厂控制棒组件水下操作工具的一种改进，所述钢丝绳的运动距离通过卷筒轴端的绝对编码器进行测量。

作为本实用新型核电厂控制棒组件水下操作工具的一种改进，所述载荷检测机构包括支撑板、可转动安装于支撑板内的检测导轮和上、下导轮，以及固定在检测导轮上的张力传感器。

作为本实用新型核电厂控制棒组件水下操作工具的一种改进，所述检测导轮位于上导轮和下导轮之间，且所述三个导轮呈三角形布置，钢丝绳在三个导轮之间穿过。

作为本实用新型核电厂控制棒组件水下操作工具的一种改进，所述下部构件的控制棒导向架包括若干个星形板、拉杆、套管以及用于调整导向架长度的调整杆。

作为本实用新型核电厂控制棒组件水下操作工具的一种改进，所述星形板内部设有开孔，开孔的形状和尺寸与控制棒组件的结构相匹配。

作为本实用新型核电厂控制棒组件水下操作工具的一种改进，所述拉杆穿插在套管中，两头用螺母锁紧固定星形板。

相对于现有技术，本实用新型核电厂控制棒组件水下操作工具结构紧凑，大大缩小了工具的体积和重量，并使用了先进的伺服电机、载荷传感器以及绝对编码器，有效地解决了载荷测量滞后和精度差的问题，提高了实际操作中的灵敏度、精度且响应速度快，引入的主动式导绳机构解决了以往工具钢丝绳重叠的问题。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式，对本实用新型核电厂控制棒组件水下操作工具及其有益技术效果进行详细说明，其中：

图1所示为本实用新型核电厂控制棒组件水下操作工具的结构示意图。

图2为图1所示上部构件的结构示意图。

图3为图2所示钢丝绳导向系统的结构示意图。

图4为图2所示载荷检测机构的结构示意图。

图5为图2所示载荷检测机构的剖视示意图。

图6为图1所示控制棒导向架的结构示意图。

图7为图1所示抓爪组件的结构示意图。

图8a至图8d所示为本实用新型核电厂控制棒组件水下操作工具的上部构件的立体视图和三向视图。

具体实施方式

为了使本实用新型的发明目的、技术方案及其有益技术效果更加清晰，以下结合附图和具体实施方式，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本实用新型，并非为了限定本实用新型。

请参阅图1和2所示，本实用新型核电厂控制棒组件水下操作工具主要包括上部构件10、工具套管20、控制棒导向架30和抓头组件40。本实用新型核电厂控制棒组件水下操作工具通过挂杆50挂在乏燃料水池吊车吊钩上，工具在燃料组件上方的定位由乏燃料水池吊车实现，工具的提升和下降通过乏燃料水池吊车电动操作；控制棒组件的提升和下降通过抓取起升机构实现，抓取和释放由操作人员手动操作手柄106实现。

上部构件10包括上部框架100、伺服电机102、减速器104、操作手柄106、卷筒108、钢丝绳导向系统110、载荷检测机构112以及电控箱114。伺服电机102、减速器104、卷筒108形成工具的起升机构，带动钢丝绳提升和下降控制棒组件。

请参阅图3所示，钢丝绳导向系统110包括钢丝绳导轮1100、丝杆1102、从动齿轮1104、丝杆螺母1106、导向板1108、导向杆1110以及支架1112。丝杆1102的两端通过轴承可转动安装于支架1112上并与从动齿轮1104相固连，导向杆1110的两端固连在支架1112上。导向板1108的一端可移动套装在导向杆1110上，另一端固定连接在丝杆螺母1106上。钢丝绳导轮1100通过轴承可转动套装于丝杆螺母1106上。卷筒108与减速器104的输出轴1040通过键连接固连，卷筒108上的主动齿轮1080与卷筒108同步转动，带动从动齿轮1104转动，进而带动丝杆1102转动，丝杆螺母1106在导向板1108和导向杆1110配合下做左右直线运动，带动钢丝绳导轮1100左右运动使得钢丝绳主动导入卷筒绳槽。钢丝绳的运动距离通过卷筒108轴端的绝对编码器1114进行测量。

请参阅图4和图5所示，载荷检测机构112包括支撑板1120、检测导轮1122、固连在检测导轮1122上的张力传感器1124、上导轮1126和下导轮1128，三导轮分别可转动安装于支撑板1120内。检测导轮1122位于上导轮1126和下导轮1128之间，且三个导轮呈三角形的位置关系布置在支撑板1120内，钢丝绳1130在三个导轮之间穿过。张力传感器1124通过检测钢丝绳1130对检测导轮的作用力，测得钢丝绳的张力，从而测量得控制棒组件的操作载荷，并将载荷信息传送控制系统，判断操作的超欠载状态。

请参阅图6所示，下部控制棒导向架30包括若干个星形板300、拉杆302、套管304和调整杆306。在控制棒组件提升和下降过程中，控制棒组件从星形板300内部穿过，并对控制棒进行导向和保护，其开孔形状和尺寸与控制棒组件的结构相匹配。拉杆302穿插在套管304中，两头用螺母锁紧以固定星形板300的位置。

请参阅图7所示，抓头组件40包括连杆400、操作拉杆402、翼板404、导向杆406、抓爪408以及套管410，操作拉杆402与翼板404活动连接，抓爪408及套管410的内部有一芯杆，芯杆下移可将抓爪408顶开，芯杆上移可使抓爪408收缩。操作手柄108可以使操作拉杆402上、下动作，进而使得操作拉杆402拉动翼板404作相应的上、下动作，而翼板404与中心的芯杆相连，使得芯杆可以收缩抓爪408或顶开抓爪408。抓头组件40插入控制棒后，抓爪408通过张开和收缩来实现对控制棒的释放和抓取。连杆400的上部与卷扬机钢丝绳连接。抓爪408抓取了控制棒后，卷扬机即可提升/下降上述组件及控制棒。导向杆406为组件在星形板中穿行提供导向作用。

请参阅图8a至8d所示，为了更好地表示控制棒组件水下操作工具主要部件之间的关系，本说明书提供了本实用新型核电厂控制棒组件水下操作工具的上部构件的立体视图和三向视图，其中，应急手柄116可以在应急情况下手动操作控制棒组件提升和下降，正常期间，应急手柄116可拆下存放。

需要说明的是，在本实用新型的其它实施方式中，可以改变上部结构的布置形式，采用三合一电机替代所采用的伺服电机102与减速器104的组合结构；可以改变钢丝绳的导绳机构，采用压绳器替代所采用的三个导轮；根据实际的控制棒导向架结构的需要，可以改变星形板的相应数量。

本实用新型核电厂控制棒组件水下操作工具用于在核电厂乏燃料组件之间控制棒组件的抓取、提升、插入、释放等动作，实现控制棒组件在水下远距离安全操作和在燃料组件间置换控制棒组件。核电厂控制棒组件水下操作工具在燃料组件的上方的位置定位由乏燃料水池吊车实现，接着通过乏燃料水池吊车电动操作实现工具的提升和下降，完成核电厂控制棒组件水下操作工具的水平和垂直方向的定位后，操作人员手动控制操作手柄106的上下动作，实现对控制棒组件的抓取和释放。

在对控制棒组件的提升过程中，控制棒组件从星形板300内部穿过，可以对控制棒组件进行导向和保护；钢丝绳导向系统110带动钢丝绳主动导入卷筒绳槽中，避免钢丝绳发生重叠；并利用载荷检测机构112对钢丝绳张力进行实时测量，实现对控制棒组件操作载荷的精确检测，并将载荷信息传送至控制系统，从而判断操作的超欠载问题。

结合以上对本实用新型实施方式的详细描述可以看出，相对于现有技术，本实用新型核电厂控制棒组件水下操作工具结构紧凑，大大缩小了工具的体积和重量，并采用了先进的伺服电机、载荷传感器以及绝对编码器，有效地解决了载荷测量滞后和精度差的问题，提高了实际操作中的灵敏度、精度且响应速度快，同时引入了主动式导绳机构，解决了以往工具钢丝绳重叠的问题。

根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行适当的变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本实用新型的一些修改和变更也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本实用新型构成任何限制。