核燃料组件远距离操作短柄工具的制作方法

1.本实用新型涉及一种抓具，尤其涉及一种核燃料组件远距离操作短柄工具。


背景技术：

2.核电站每次对换料机和传输系统进行干态检查和功能试验时，需要将乏燃料水池内存放的模拟燃料组件转移至传输水池传输系统中的燃料篮内存放。而完成该项操作，使用现有的手动操作燃料组件短柄工具抓取燃料组件，从传输水池底部攀爬到高度在四米多的燃料篮上方，再手动进行燃料组件松开操作，整个操作过程十分危险以及考验工作人员的能力。
3.传输池空间较窄，即使工作人员挂有防坠器仍然存在气衣损坏漏气和人员受伤的风险。不仅如此，该项工作的涉及人员还需要在下水池内面对污染风险、外照射剂量风险、高处攀爬作业风险以及人员受伤等意外风险，同时需要耗费大量人力支持工作的开展。
4.另外，对燃料组件的操作需在水下进行，并且在燃料组件在燃耗时还有一定的形变，其高度和水平位置都有一定量的变化。因此，要确保安全、可靠、灵活、准确地操作，正确无误地抓取燃料组件，抓具的对中性能、抓取能力、结构强度及其自锁机能都是十分重要的。


技术实现要素：

5.针对现有技术的上述的缺陷，本实用新型要解决现有的手动操作燃料组件短柄工具需要人为在恶劣环境下操作的问题。
6.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种核燃料组件远距离操作短柄工具，包括用于取放燃料组件的执行机构，所述执行机构包括第一中空管体、以及连接于所述第一中空管体下端的夹爪机构；所述第一中空管体内设有可轴向往复位移的芯杆，所述夹爪机构随所述芯杆位移而啮合或松开燃料组件；
7.在所述第一中空管体顶端设有可控制燃料组件释放时机的旋转操作组件；所述旋转操作组件机构包括可转动的解锁销、与所述解锁销同步转动的解锁拉杆以及驱动所述解锁拉杆转动的控制件；所述解锁销中部侧壁向内凹陷，形成解锁槽所述的中部设有径向贯穿其侧壁的解锁通孔；
8.所述第一中空管体内还设有在无外部施压时将所述芯杆由下位状态复原至上位状态的复位机构；
9.所述芯杆上端设有与所述解锁销配合的延伸件插销件固定连接，所述插销件可抵接所述解锁槽的底侧壁，限制所述芯杆位移，或在所述解锁拉杆与所述复位机构的配合下穿过所述解锁槽，使得所述芯杆位移。
10.优选地，所述第一中空管体外周上部套设有第二中空管体；所述解锁销径向穿设于所述第二中空管体的上端，且其两端伸出所述第二中空管体的周向侧壁以与所述解锁拉杆固定连接，且与所述解锁拉杆配合同步旋转；所述第二中空管体的下端连接所述夹爪机
构；
11.所述第二中空管体于所述解锁销的上方的内部还留有供所述延伸件插销件伸缩出的活动空间。
12.优选地，所述第一中空管体与所述第二中空管体周向侧面分别设有第一开口与第二开口，所述延伸件插销件上设有沿其径向延伸出所述第一开口与所述第二开口的操作手杆；所述操作手杆传动控制所述芯杆轴向往复位移。
13.优选地，所述夹爪机构包括指形钩；所述芯杆下端设有控制所述指形钩开合的控制套筒；所述控制套筒向下位移抵接并传动所述指形钩完成啮合工作。
14.优选地，所述复位机构包括弹簧件以及穿设于所述弹簧件内的弹簧销轴；所述，所述插销件设有径向延伸的凸出部，所述第一中空管体内于所述弹簧的下方设有固定板，所述弹簧销轴的下端部分穿过所述固定板，且所述弹簧销轴的顶端与所述插销件的凸出部固定连接；
15.在所述芯杆处于下位状态，所述固定板抵接并压缩所述弹簧件。
16.优选地，所述第二中空管体的下端设有用于限制所述控制套筒活动的重力互锁机构。
17.优选地，所述重力互锁机构包括套设在所述控制套筒外并可相对于所述控制套筒轴向位移的锁紧套筒、设置于所述锁紧套筒内壁的第一互锁板以及锁紧滚轮；所述控制套筒外壁上也设有与所述第一互锁板配合的第二互锁板；所述锁紧滚轮可活动地连接于第一互锁板与第二互锁板之间；
18.所述第一互锁板在第一侧面的上部设有向内凹陷的第一凹槽，下部设有第一凸台；所述第二互锁板面向于第一侧面的第二侧面的上部设有第二凹槽，下部设有第三凹槽，所述第二凹槽与第三凹槽之间形成第二凸台；
19.所述锁紧套筒处于上位状态，所述第一凹槽分别与所述第二凹槽、所述第三凹槽相对错开，所述第一凸台与所述第二凸台抵接于所述锁紧滚轮以限制所述控制套筒轴向位移；
20.或所述锁紧套筒处于下位状态，所述锁紧套筒及所述第一凹槽相对于所述控制套筒下移，所述锁紧滚轮进入所述第一凹槽，所述控制套筒可位移并传动所述指形钩工作。
21.优选地，所述解锁销中部侧壁向内凹陷形成所述解锁槽的方向与所述第二中空管体的轴向方向相交呈夹角。
22.优选地，所述插销件的上部设有用于与所述解锁销配合的第四凹槽，所述第四凹槽向所述插销件的轴向方向延伸；所述插销件的下部与所述芯杆的上端固定连接。
23.优选地，所述控制件包括用于远程控制所述解锁拉杆上下旋转的控制拉绳，所述控制拉绳与所述解锁拉杆连接。
24.实施本实用新型具有以下有益效果：通过在执行机构内设置旋转操作组件及复位机构，工作人员可通过控制拉绳操作实现远程松开燃料组件；不仅工作人员可以取消下水池作业，避免作业带来的风险，提高工作效率，降低人力成本，还具备自锁的功能，防止燃料组件在运输过程中松脱，加强运输燃料组件的安全性。
附图说明
25.下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：
26.图1是本实用新型核燃料组件远距离操作短柄工具的剖面图；
27.图2是本实用新型核燃料组件远距离操作短柄工具的外部结构图；
28.图3是图1中所标b框的放大结构示意图；
29.图4是图1中所标a框的放大结构示意图；
30.图5是本实用新型核燃料组件远距离操作短柄工具中的解锁销的结构图；
31.图6是本实用新型核燃料组件远距离操作短柄工具中的第二连接件的结构图；
32.图7是本实用新型核燃料组件远距离操作短柄工具中的插销件的结构图；
33.图8是本实用新型核燃料组件远距离操作短柄工具抓取燃料组件的示意图；
34.图9是本实用新型核燃料组件远距离操作短柄工具释放燃料组件的示意图。
具体实施方式
35.为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。以下描述中，需要理解的是，“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”、“纵”、“横”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“头”、“尾”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系、以特定的方位构造和操作，仅是为了便于描述本技术方案，而不是指示所指的装置或元件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本实用新型的限制。
36.还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“设置”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。当一个元件被称为在另一元件“上”或“下”时，该元件能够“直接地”或“间接地”位于另一元件之上，或者也可能存在一个或更多个居间元件。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅是为了便于描述本技术方案，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
37.图1示出了本实用新型核燃料组件远距离操作短柄工具的第一实施例。该短柄工具可用于抓取燃料组件，可以理解地，该核燃料组件远距离操作短柄工具可不限于抓取燃料组件，该工具具有远程操作、防止误操作、安全可靠的优点。
38.进一步地，在本实施例中，该核燃料组件远距离操作短柄工具可包括执行机构、吊接组件以及连接机构，连接机构分别与旋转操作组件及重力自锁机构连接。该执行机构可用于啮合或松开燃料组件。该吊接组件用于将整个短柄工具运输至指定地点。该连接机构用于支撑起整个短柄工具的整体结构，可分别与吊接组件和执行机构连接。旋转操作组件可执行机构配合使用，用于限制执行机构工作，保护在运输过程中燃料组件不会被脱落，还可用于远程操作控制短柄工具释放燃料组件。重力自锁机构同样可用于限制执行机构工作，依靠重力限制执行机构做啮合或松开的动作。
39.如图1所示，在本实施例中，该执行机构可包括第一中空管体11、夹爪机构12、芯杆
13。具体地，芯杆13设于第一中空管体11内，并可沿第一中空管体11作轴向往复位移；夹爪机构12连接在第一中空管体11的下端，随着芯杆13的位移而啮合或松开；可以理解为，燃料组件包括壳体，壳体上方设有与夹爪机构12配合的开口，夹爪机构12可伸入开口与壳体的内壁啮合，从而运输燃料组件，抑或者夹爪机构12松开并离开壳体，完成运输工作。
40.进一步地，夹爪机构12包括指形钩121；在本实施例中，分别设置四个向外弯曲的指形钩121，两两相对且间隔排列在芯杆13的下方；可以理解地，指形钩121不限于指形钩，可根据具体需要抓取的物品而采用合适的钩型，且设置四个指形钩121是为了更好的稳定性，在一些实施例中可以设置至少一个指形钩121。
41.在夹爪机构12周向侧面设有定位组件18，包括导向销、定位销以及第一连接件19；导向销用于将短柄工具导向至燃料组件的大致方位；定位销用于导向后的精准定位，确保短柄工具安全无误地啮合或松开燃料组件。在本实施例中，第一连接件19呈方形结构，固定连接在夹爪机构12的底部；导向销设有两个，分别穿过并固定连接第一连接件19的相对两角；定位销穿过并固定连接第一连接件19的第三角；定位组件18还包括支撑销，穿过并固定连接第一连接件19的第四角，作为额外的支撑点。燃料组件上分别设有与导向销和定位销配合的导向孔和定位孔，依次将导向销的下端插入导向孔，定位销的下端插入定位孔后，夹爪机构可以进行工作。优选地，导向销、定位销呈圆柱状，方便插入导向孔和定位孔；导向销长度均大于定位销，为了可以先一步对短柄工具进行导向，再进行精准定位；导向销的外径大于定位销，有效防止导向销在导向过程中容易折弯的问题。
42.如图1所示，在芯杆13下端设有控制指形钩121开合的控制套筒17；具体地，控制套筒17顶端设有第一连接件19，与芯杆13固定连接，在本实施例，第一连接件19设有第一卡槽1711，芯杆13的底部设有与第一卡槽1711 配合的第一凸部，第一凸部卡接于第一卡槽1711内，第一连接件19与芯杆 13固定连接。控制控制套筒17跟随芯杆13上下移动，控制套筒17底部的外径大于其上端部分的外径，当芯杆13下降的时候可以抵接指形钩121的内壁，从而使其完成啮合的动作，当芯杆13上升时控制套筒17离开指形钩121，指形钩121收拢做松开的动作。
43.如图1和图2所示，连接机构包括第三中空管体22，第三中空管体22连接在第一中空管体11的底部；具体地，第一中空管体11和第三中空管体22 通过第二圆盘24固定连接，第二圆盘24设有第二中空孔，用于穿设芯杆13 与设置在第三中空管体22的控制套筒17固定连接；更进一步地，在第三中空管体22的内壁上设有向控制套筒17方向延伸的限位件221，控制套筒17外壁上设有与限位件221配合的限位槽172，用于限制控制套筒17向上或向下移动的最大范围，避免控制套筒17过于向上位移导致损坏其他内部零件，或是过于向下位移导致接触到燃料组件的问题发生。
44.如图1和图2所示，连接机构还包括第二中空管体21，第二中空管体21 套设在第一中空管体11外周上部；具体地，在第二圆盘24上方连接设有第一中空孔的第一圆盘23，第一中空管体11穿过该第一中空孔后与第二圆盘24 固定连接，第二中空管体21固定连接在第一圆盘23上，优选地，第二中空管体21垂直固定在第一圆盘23的上表面。
45.如图1所示，在第一中空管体11顶端设有可控制燃料组件释放时机的旋转操作组件；旋转操作组件机构包括可转动的解锁销31、与解锁销31同步转动的解锁拉杆32以及驱动解锁拉杆32转动的控制件；解锁销31中部侧壁向内凹陷，形成解锁槽311；
46.具体地，如图5所示，解锁销31中部中部相对两侧的侧壁向内凹陷，形成解锁槽311，用于与插销件14配合，在解锁销31转动至一定角度后插销件 14可沿解锁槽穿过解锁销31；
47.具体地，如图6所示，第一中空管体11的顶部设有第二连接件34，第二连接件34的下部与第一中空管体11的顶部固定连接。在本实施例中，第二连接件34的下部设有外螺纹，第一中空管体11顶部的内壁设有与其配合的内螺纹，二者螺纹连接，第二连接件34固定连接在第一中空管体11顶部。该第二连接件34设有沿其自身轴向方向延伸的第三中空孔341，插销件14穿设于该第三中空孔341后与解锁销31配合完成自锁或解锁动作；第二连接件34上部的两端设有沿其径向方向延伸的第三通孔342，用于穿设和固定解锁销31；优选地，第二连接件34的上部外径小于第二中空管体21的内径，且第二连接件 34上部的外径大于其下部的外径，当第二连接件34的下部与第一中空管体11 的顶部固定连接时，第二连接件34上部的下表面抵接第一中空管体11的顶部。
48.更进一步地，解锁销31中部侧壁向内凹陷形成解锁槽311的方向与第二中空管体21的轴向方向相交呈夹角，目的在于工作人员在向下往上拉动解锁拉杆32时，插销件14可以更好地穿过解锁销31。
49.当解锁销31穿设于第三连接件171的第三通孔342后，解锁销31的两端伸出第二中空管体21外，并与解锁拉杆32连接；更进一步地，解锁销31径向穿设于第二中空管体21的上端，且其两端伸出第二中空管体21的周向侧壁，该伸出端312与解锁拉杆32固定连接，且与解锁拉杆32配合同步旋转；在本实施例中，解锁拉杆32形状呈u型，解锁拉杆32的下部可用于工作人员握持，其上部延伸的两端之间可设有加强筋，用于提升解锁拉杆的结构强度；另外，解锁拉杆上部延伸的两端端部分别设有第四连接件321，与解锁销31的伸出端312固定连接；优选地，固定连接可以是螺纹连接，分别设置在第四连接件 321上、解锁销31的伸出端312上的螺栓孔、以及穿过螺栓孔连接第四连接件321和解锁销31的伸出端312的螺栓；更进一步地，第四连接件321可以是u型件，u型件的侧壁设有螺栓孔。
50.如图1和图3所示，第一中空管体11内还设有在无外部施压时将芯杆13 由下位状态复原至上位状态的复位机构15；芯杆13上端设有与解锁销31配合的插销件14，插销件14的顶部可抵接解锁槽311的底壁，限制芯杆13位移，或在解锁拉杆32与复位机构15的配合下穿过解锁槽311；在本实施例中，插销件14的上部设有向其轴向方向延伸的第四凹槽142，用于与解锁销31配合，解锁销31位于解锁槽311位置的侧壁可穿过第四凹槽142，从而使整个插销件14向上位移。插销件14的下部设有第五连接件143，与芯杆13的上端固定连接；优选地，固定连接可以是卡接，第五连接件143上设有第二卡槽，芯杆13的上部设有与第二卡槽配合的第二凸部，第二凸部卡接于第二卡槽内，第五连接件143与芯杆13固定连接。
51.如图3和图7所示，复位机构15包括弹簧件151以及穿设于弹簧件151 内的弹簧销轴152，均设置在第一中空管体11内；更进一步地，插销件14设有径向延伸的凸出部141，弹簧销轴152的上端弹簧件151固定连接在其凸出部141的下表面；第一中空管体11内于弹簧的下方设有固定板153，固定板 153上设有可穿过弹簧销轴152的第五通孔，弹簧销轴152的下端部分穿过第五通孔后，弹簧销轴152的顶端固定在插销件14的凸出部141；在插销件14 向下位移时，插销件14的凸出部141与固定板153的作用下弹簧件151处于压缩状态；在本实施例中，插销件14的凸出部141包括套设于插销件14中部的圆柱件，分别设置两个弹簧件
151及弹簧销轴152，设于在圆柱体下表面的两侧，弹簧销轴152与圆柱体螺纹连接，同时设置两个固定板153固定连接在第二中空管体21内壁上，用于压缩弹簧。
52.更进一步地，在芯杆13向下位移后，向下旋转解锁拉杆32，将解锁销31 旋转至其解锁槽311的底壁可与插销件14的顶端接触，插销件14作用于解锁槽311的作用力使芯杆13保持处于下位状态；由于在第二中空管体21于解锁销31的上方的内部留有插销件14伸缩的活动空间，在需要芯杆13向上位移时，向上旋转解锁拉杆32，使其传动解锁销31旋转至预设角度，在复位机构 15的作用力下解锁销31位于解锁槽311位置的侧壁可穿过插销件14上的第四凹槽142，且解锁销31可伸进第二中空管体21的活动空间，芯杆13同步向上位移，夹爪机构12做松开的动作。
53.如图2所示，第一中空管体11与第二中空管体21周向侧面分别设有第一开口111与第二开口211，插销件14上设有沿其径向延伸出第一开口111与第二开口211的操作手杆16；具体地，操作手杆16固定连接在插销件14上的凸出部141的侧壁上，在本实施例中，操作手杆16设有两个，分别螺纹连接在圆柱件相对两侧的侧壁；操作手杆16可在第一开口111和第二开口211 的重合处作上下位移的动作，解锁销31的伸出端312延伸出第二开口211的上端部分与解锁拉杆32连接；当操作手杆16向下位移，传动芯杆13向下位移，夹爪机构12啮合燃料组件；当操作手杆16向上位移，传动芯杆13向上位移，夹爪机构12松开燃料组件。
54.如图1和图4所示，在第二中空管体21的下端连接用于限制控制套筒17 活动的重力互锁机构；具体地，在第三中空管体22周向侧面连接重力自锁机构，重力互锁机构包括套设在控制套筒17外并可相对于控制套筒17轴向位移的锁紧套筒41、设置于锁紧套筒41内壁的第一互锁板42以及锁紧滚轮43；控制套筒17外壁上也设有与第一互锁板42配合的第二互锁板44；锁紧滚轮 43可活动地连接于第三中空管体22的侧壁中，可抵接第一互锁板42或第二互锁板44；
55.第一互锁板42在第一侧面的上部设有向内凹陷的第一凹槽421，下部设有第一凸台422；第二互锁板44面向于第一侧面的第二侧面的上部设有第二凹槽441，下部设有第三凹槽442，第二凹槽441与第三凹槽442之间形成第二凸台443；
56.在锁定状态下，第一凹槽421分别与第二凹槽441、第三凹槽442相对错开，第一凸台422与第二凸台443抵接于锁紧滚轮43以限制控制套筒17轴向位移；
57.定位组件18定位后锁紧套筒41及第一凹槽421相对于控制套筒17及下移，锁紧滚轮43进入第一凹槽421，留有控制套筒17位移的活动空间，控制指形钩121工作。
58.具体地，第一圆盘23下方固定连接连接柱231，第二圆盘24上设有轴向贯穿其本体的第二通孔，连接柱231穿过第二通孔与锁紧套筒41连接；第一圆盘23与第二圆盘24之间留有活动空间，用于第一圆盘23相对于第二圆盘 24上下位移；由于第一圆盘23与第二中空管体21连接，在定位组件18定位后，第二中空管体21、第一圆盘23及锁紧套筒41会因为重力的原因联动向下位移，均处于下位状态；同时第一锁紧板42也处于下位状态，锁紧滚轮43 不受第一凸台422和第二凸台443相互的限制，可位移至第一凹槽421，控制套筒17可上下位移，传动夹爪机构12做啮合或松开动作；在起吊过程中，在起吊装置通过吊环51机构上升短柄工具，此时起吊装置提供上升的作用力，作用于第一中空管体11、第一圆盘23及锁紧套筒41向上位移，第一互锁板 42处于上位状态，第一凸台422与第二凸台443与锁紧滚轮43限制控制套筒 17位移，限制指形钩121做啮合或松开动作。
59.如图2所示，解锁拉杆32上设有用于远程控制解锁拉杆32上下旋转的控制拉绳33，控制拉绳33的长度可视燃料组件与运输目的地之间的距离而定；在本实施例中，工作人员处于高位拉动控制拉绳33，以传动控制远处的的解锁拉杆32向上旋转。
60.如图8和图9所示，整个燃料组件远距离操作短柄工具的工作流程具体是：
61.通过起吊装置将短柄工具从工具箱中取出，移动到燃料组件上方，此时锁紧套筒41处于上位锁定状态，控制套筒17被限制不能位移，夹爪机构12不能工作；
62.控制短柄工具下降将定位组件18插入在燃料组件旁设置与定位组件18 相配合的导向孔和定位孔，完成导向定位后，重力原因使锁紧套筒41变成下位解锁状态，控制套筒17解锁可上下位移，下压操作手杆16，传动指形钩121 啮合燃料组件；向下旋转解锁拉杆32，复位机构15处于压缩状态，插销件14 抵接解锁槽311的侧壁，锁定夹爪机构12保持啮合状态；
63.控制短柄工具上升，起吊装置提供上升的作用力使锁紧套筒41变为上位锁定状态，二重锁定夹爪机构12保持啮合状态；
64.当起吊装置将已啮合燃料组件的短柄工具移动至指定位置后，下降短柄工具，定位组件18插入定位孔完成定位，同理锁紧套筒41变成下位解锁状态，此时可通过控制拉绳33将解锁拉杆32向上旋转，失去外部压力下复位机构 15提供作用力令插销件14穿过解锁槽311，并传动芯杆13向上位移，指形钩 121松开，完成松开燃料组件工作。
65.如图1所示，第二中空管体21的顶端与用于与起吊设备连接的吊接组件连接。吊接组件包括吊环51及吊接连接件52，吊接连接件52下端与第二中空管体21的顶端固定连接，可采用螺纹连接、焊接等方式；吊接连接件52 的上端固定连接吊环51，吊环51的下部设有与吊接连接件52连接的第一通孔，连接件的上部设有外螺纹，在穿设于第一通孔与吊环51后与吊环51螺纹连接；吊环51上端呈圆弧形，方便起吊设备吊接。
66.可以理解的，以上实施例仅表达了本实用新型的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，可以对上述技术特点进行自由组合，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围；因此，凡跟本实用新型权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本实用新型权利要求的涵盖范围。