БЛОК РАДИАЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ С МОДУЛЯМИ ТРАНСПОРТНОЙ СИСТЕМЫ ДВУХСТОРОННЕГО ОБЛУЧЕНИЯ ОБЪЕКТОВ ОБРАБОТКИ
RADIATION TREATMENT UNIT HAVING CONVEYOR SYSTEM MODULES FOR DOUBLE-SIDED IRRADIATION OF TREATMENT OBJECTS

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области медицины, пищевой промышленности и технологии обработки различных материалов. Оно может быть использовано для стерилизации медицинских материалов, имплантируемых изделий, медицинских инструментов и медицинских отходов, для стерилизации и пастеризации продуктов питания и парфюмерной продукции, а также для облучения ускоренными электронными пучками различных материалов с целью придания им новых свойств. Изобретение предназначено для применения на предприятиях, выпускающих медицинскую продукцию одноразового пользования, пищевую и парфюмерную продукцию, а также на предприятиях, связанных с-изготовлением и обработкой материалов.
Уровень техники
Для радиационной обработки объектов используются различные источники излучения. Наибольшее развитие получил способ облучения объектов ускоренными электронными пучками как более надежный, высокопроизводительный и экологически чистый.
Каждый блок радиационной обработки включает в себя излучатель (высокочастотный ускоритель электронов), зону облучения, индивидуальную радиационную защиту для поглощения тормозного излучения от ускорителя и из зоны облучения, тоннель для перемещения объектов обработки через зону облучения, транспортную систему для перемещения объектов обработки между зонами загрузки-разгрузкии и зоной облучения, а также через зону облучения. В отечественной и зарубежной практике наибольшее распространение получили блоки радиационной обработки, в которых используется один ускоритель электронного пучка с энергией 5-7 МэВ и средней мощностью 1,5-3 кВт. Такие блоки могут быть интегрированы в технологические производственные линии на большинстве предприятий и позволяют производить радиационную обработку всей продукции, для которой это требуется по техническим условиям.
При облучении электронным пучком каждый объект должен получить нормированную дозу равномерную по всему объему. В блоках радиационной обработки, где установлен один ускоритель электронов, для обеспечения нормированной дозы равномерной по всему объему необходимо облучить каждый объект с двух противоположных сторон. С этой целью каждый объект обработки после одностороннего облучения должен быть перевернут относительно оси электронного пучка и перемещен для повторного облучения. Индивидуальная радиационная защита обычно выполняется из чугуна или стали.
Актуальной проблемой при изготовлении блоков радиационной обработки является снижение стоимости радиационной защиты и расширение модификаций блоков радиационной обработки, призванных удовлетворить как экономические, так и технические требования потребителя. Решение этих задач позволит значительно расширить спрос на блоки радиационной обработки и их внедрение в промышленность. Высокая производительность блоков радиационной обработки и снижение стоимости радиационной защиты приведет к значительному уменьшению срока окупаемости. Актуальным вопросом остается создание малогабаритных транспортных систем, обеспечивающих двухстороннее облучение объектов и непрерывное перемещение объектов обработки через зону облучения.
Аналогами изобретения можно считать следующие комплексы радиационной обработки:
1. Bidnyy et al. Conveyer-type Unit for Radiation Sterilization. US Patent 5554856. Filing Date Oct. 24, 1994.
2. MEVEX the Accelerator technology company. Compact e-beam machines for industry.
3. Мирочник Э.А., Мищенко А.В., Пироженко В.М. Комплекс радиационной стерилизации. Патент на изобретение №2121369. Приоритет 22.09.97.
4. Stirling Andrew J. Hare Gerald E. Irradiation Apparatus for Production Line Use. US Patent 6191424. Filing Date 02.20.1998.
5. I-Ax Technologies Radiation Processing, http://www.iaxtech.com/more,html.
6. Мирочник Э.А. Блок радиационного облучения. Патент на изобретение №2400253 Приоритет 30.09.2008.
Индивидуальная чугунная радиационная защита изготавливается из литейных блоков. Для отливки заготовок требуется комплект литейных моделей. Такая технология изготовления радиационной защитыоправдывается при серийном заводском ее производстве. Индивидуальная радиационная защита из стали изготавливается из стального литья или из крупных стальных блоков. Однако применение стального литья и его механическая обработка значительно превышает стоимость изготовления зашиты из чугунного литья. Приведенный в аналоге 5 корпус радиационной защиты выполнен из крупных блоков прямоугольного сечения. Заготовки для таких блоков обычно выполняются из блюмов или слябов. Требуются значительные трудозатраты для механической обработки таких заготовок. Каждый блок необходимо механически обработать по нескольким граням с высокой точностью перпендикулярности между гранями, плоскостности каждой грани и параллельности между гранями. Это необходимо для обеспечения высокой степени радиационной защиты на стыках между блоками. Возникают трудности в оптимизации формы защиты, что приводит к увеличению ее массы. Известно, что стоимость радиационной защиты представляет значительную составляющую стоимости блоков радиационной обработки в целом.
Во всех этих блоках радиационной обработки применяются транспортные системы с устройствами перемещения объектов через зону облучения. В некоторых блоках дополнительно применяются транспортные системы с устройствами перемещения и переворота объектов облучения с целью повторного их облучения с противоположной стороны. Эти устройства располагаются за пределами корпусов защиты. Для перемещения объектов после одностороннего облучения обычно применяются габаритные устройства в виде роликовых конвейеров (рольгангов), ленточных, цепных, тросовых транспортеров. Все они монтируются на специальных рамах и состоят из значительного количества узлов и деталей. Эти устройства обычно располагаются в горизонтальной плоскости и занимают значительные площади.
Раскрытие изобретения
Блок радиационной обработки (Фиг.1) состоит из источника излучения (высокочастотного ускорителя электронов) с устройством развертки электронного пучка 1, зоны облучения 2 и корпуса индивидуальной радиационной защиты 3 от тормозного излучения ускорителя и зоны облучения. Корпус 3 включает в себя тоннель 4 для перемещения объектов обработки через зону облучения. Корпус радиационной защиты (Фиг.2) состоит из набора однотипных стальных плит (Фиг.3 и Фиг.3а), расположенных перпендикулярно оси ускорителя. Плиты изготовлены из толстолистового стального проката. Плоскости контактов на стыке между плитами подвергнуты фрезеровке и шлифовке. При такой механической обработке достигается степень радиационной защиты в стыке между плитами, адекватная степени защиты сплошного металла. Заготовки для плит вырезаются по контуру любой конфигурации с помощью лазерной, плазменной или газовой резки. Известно, что цена толстолистового стального проката в 2-3 раза ниже цены чугунного литья. Известно также, что плотность стального проката на 10% выше плотности чугунного литья. Для изготовления плит используется прокат одного сортамента. Технология изготовления корпусов индивидуальной радиационной защиты из плит толстолистового стального проката позволяет создавать конструкции корпусов, предназначенных для серийного производства и исключительно для конкретного заказчика. В этом случае могут учитываться различные параметры и конструкции ускорителя, технология его монтажа в корпус защиты, конструкции систем перемещения объектов обработки через зону облучения, конструкции устройств загрузки-разгрузки объектов обработки и др.
В блок (Фиг.1) включены два идентичных модуля транспортной системы двухстороннего облучения объектов обработки 5 и 6 (А и Б). Эти модули обеспечивают радиационную защиту от тормозного излучения через тоннель 4 корпуса 3. В модулях установлены транспортные системы, предназначенные для двухстороннего облучение объектов и непрерывного перемещения объектов обработки через зону облучения. Каждый модуль (Фиг.1) состоит из корпуса радиационной защиты 7. В транспортную систему включена реверсивная каретка 8, которая перемещается вдоль глухого тоннеля 9 корпуса защиты модуля и приводится в действие сервоприводом с энкодером. Каретка состоит из двух защитных блоков 10, 11 и контейнера 12 для объекта обработки, расположенного между защитными блоками. Контейнер оборудован двумя подвижными платформами 13 и 14, которые расположены в верхней и нижней частях контейнера и установлены на роликовые опоры. На каретке установлен привод 15, обеспечивающий вращение контейнера относительно его продольной оси. Вращение контейнера необходимо для переворота объекта обработки на 180 градусов после первичного его облучения с целью облучения с противоположной стороны. В транспортную систему модуля включено устройство перемещения платформы с объектом обработки через зону облучения. Для привода платформы используется сервопривод линейного перемещения с энкодором 16 или пневматический привод, гидропривод, механический привод. Привод оснащен штангой 17. Подключение привода со штангой к платформе и отключение от платформы производится с помощью электромагнитного сцепного устройства. Привод платформы работает в двух скоростных режимах. На участке от контейнера до зоны облучения платформа перемешается со скоростью подачи, а через зону облучения платформа перемещается со скоростью облучения, при которой обеспечивается заданная регламентом доза.
Применение модулей создает условия для уменьшения длины тоннеля и, следовательно, массы корпуса защиты блока радиационной обработки. Критерием для определения длины тоннеля, в приведенном техническом решении, является две длины объекта обработки.
Блок радиационной обработки (Фиг.4) состоит из источника излучения (высокочастотного ускорителя электронов) с устройством развертки электронного пучка 18, зоны облучения 19 и корпуса радиационной защиты 20 от тормозного излучения ускорителя и зоны облучения. Корпус радиационной защиты состоит из набора стальных плит. Конструкция корпуса предусматривает возможность оперативного обслуживания ускорителя. С этой целью в верхней части корпуса установлена плита 21 с увеличенной площадью поверхности, которая является базой для двух створок 22 и 23. Каждая створка оснащена тремя роликами, оси которых имеют незначительный эксцентриситет. При повороте осей роликов створки приподнимаются над поверхностью плиты 21 и откатываются в сторону от оси ускорителя. Корпус защиты оборудован съемным грузоподъемным устройством 24 для монтажа и демонтажа ускорителя. В блок (Фиг.4) включены два идентичных модуля транспортной системы двухстороннего облучения объектов обработки 25 и 26 (А и Б). Эти модули обеспечивают радиационную защиту от тормозного излучения через тоннель 27 корпуса 20. В модулях установлены транспортные системы, предназначенные для двухстороннего облучение объектов и непрерывного перемещения объектов обработки через зону облучения. Каждый модуль (Фиг.4) состоит из корпуса радиационной защиты 28. В транспортную систему включена реверсивная каретка, которая перемещается вдоль сквозного тоннеля 29 корпуса защиты модуля и приводится в действие сервоприводом с энкодером. Каретка состоит из трех защитных блоков 30, 31, 32 и двух контейнеров 33, 34 для объектов обработки, расположенных между защитными блоками. Каждый контейнер оборудован двумя подвижными платформами, которые расположены в верхней и нижней частях контейнера и установлены на роликовые опоры. Такая каретка обладает большей производительностью перемещения объектов по сравнению с кареткой, имеющей один контейнер. На каретке установлены приводы 35, 36, обеспечивающие вращение контейнеров относительно их продольных осей. Вращение контейнеров необходимо для переворота объектов обработки на 180 градусов после первичного их облучения с целью облучения с противоположной стороны. В транспортную систему блока загрузки-разгрузки включено устройство перемещения платформ с объектами обработки через зону облучения.
Блок радиационной обработки (Фиг.5) состоит из горизонтально расположенного источника излучения (высокочастотного ускорителя электронов) с устройством развертки электронного пучка 37, зоны облучения 38 и корпуса радиационной защиты 39 от тормозного излучения ускорителя и зоны облучения. Корпус радиационной защиты состоит из набора вертикально расположенных стальных плит, которые монтируются па плите основания. Конструкция корпуса предусматривает возможность монтажа, демонтажа и оперативного обслуживания ускорителя. С этой целью элемент корпуса 40, расположенный в начальной части ускорителя, отсоединяется от основной части корпуса и смещается в сторону. Ускоритель в сборе монтируется на лафете 41 с роликовыми опорами 42, который расположен на кронштейне 43. Лафет с установленным ускорителем вдвигается но направляющим в корпус защиты и Закрепляется в штатном положении.
В блок (Фиг.6) включены два идентичных модуля транспортной системы двухстороннего облучения объектов обработки 44 и 45 (А и Б). Эти модули обеспечивают радиационную защиту от тормозного излучения через тоннель 46 корпуса защиты блока. В модулях установлены транспортные системы, предназначенные для двухстороннего облучение объектов и непрерывного перемещения объектов обработки через зону облучения 47. Каждый модуль (Фиг.6) состоит из корпуса радиационной защиты 48. В транспортную систему включена реверсивная каретка, которая перемещается вдоль глухого тоннеля корпуса защиты модуля. Каретка состоит из двух защитных блоков 49, 50 и контейнера 51 для объекта обработки, расположенного между защитными блоками. На корпусе модуля установлен сервопривод с энкодером 52, обеспечивающий вращение контейнера в горизонтальной плоскости. Вращение контейнера необходимо для поворота объектов обработки на 180 градусов после первичного их облучения с целью облучения с противоположной стороны. Подключение привода к контейнеру и отключение от контейнера производится с помощью электромагнитного сцепного устройства. Контейнер оборудован подвижной платформой 53 для объекта обработки, которая расположена в нижней части контейнера и установлена на роликовые опоры. В транспортную систему модуля включено устройство 54 перемещения платформы с объектом обработки через зону облучения в прямом и обратном направлениях. Для перемещения платформы используется привод линейного перемещения. Привод оснащен штангой 55. Подключение привода со штангой к платформе и отключение от платформы производится с помощью электромагнитного сцепного устройства. Привод платформы работает в двух скоростных режимах. На участке от контейнера до зоны облучения платформа перемещается со скоростью подачи, а через зону облучения платформа перемещается со скоростью облучения, при которой обеспечивается заданная регламентом доза.
Техническим результатом являются:
- создание блока радиационной обработки с малогабаритным корпусом индивидуальной радиационной защиты, состоящим из плит толстолистового стального проката. Это обеспечивает значительное сокращение стоимости корпуса за счет уменьшения исходной цены металла и снижения трудоемкости изготовления. Одновременно в конструкции корпуса предусмотрена возможность монтажа, демонтажа, а также оперативного обслуживания ускорителя;
- создание блока радиационной обработки с горизонтально расположенным ускорителем и малогабаритным корпусом индивидуальной радиационной защиты, состоящим из плит толстолистового стального проката. Высота такого блока составляет 1.5-1.7 метров, что создает дополнительные благоприятные условия для его обслуживания;
- создание модуля транспортной системы двухстороннего облучения объектов обработки. Эти модули обеспечивают радиационную защиту от тормозного излучения через тоннель и из зоны облучения корпуса блока обработки. В модулях установлены транспортные системы двухстороннего облучения объектов и непрерывного их перемещения через зону облучения.
Краткое описание чертежей
Фиг.1. Блок радиационной обработки с корпусом радиационной защиты из плит стального проката и модулями транспортной системой двухстороннего облучения объектов обработки.
Фиг.2. Модель корпуса радиационной защиты из плит стального проката с модулями транспортной системы двухстороннего облучения объектов обработки.
Фиг.3. Пакет плит корпуса радиационной защиты.
Фиг.3а. Плита корпуса радиационной защиты.
Фиг.4. Модификация блока радиационной обработки с корпусом радиационной защиты из плит стального проката и модулями транспортной системы двухстороннего облучения объектов обработки.
Фиг.5. Блок радиационной обработки с горизонтально расположенным ускорителем, корпусом радиационной защиты из плит стального проката. Общий вид.
Фиг.6. Блок радиационной обработки с горизонтально расположенным ускорителем, корпусом радиационной защиты из плит стального проката и модулями транспортной системы двухстороннего облучения объектов обработки.
Фиг.7. Схема перемещения объектов обработки через зону облучения.
Осуществление изобретения
В блок радиационной обработки (Фиг.1) входит корпус радиационной защиты и модули транспортной системы двухстороннего облучения объектов обработки.
Порядок работы реверсивных кареток модулей. Каретки загружаются новым объектом обработки и одновременно разгружаются от объекта, прошедшего двухстороннее облучение, при выдвижении контейнера за пределы корпуса радиационной защиты модуля. Затем каретки перемещаются в положение, при котором контейнеры устанавливаются в створе тоннеля корпуса блока обработки.
Порядок работы транспортной системы модулей
Объекты обработки на платформах перемещаются поочередно со скоростью подачи из контейнеров к зоне облучения. Далее объекты на платформах перемещаются со скорость облучения через зону облучения в прямом и обратном направлениях. В результате такого хода выполняется одностороннее облучение объекта. Затем объекты с максимально возможной скоростью перемещаются в контейнер, где производится переворот объектов на 180 градусов. Повторяется облучение объектов с противоположной стороны. Объект после двухстороннего облучения перемещается в контейнер, а каретка выводит его для разгрузки.
Последовательность перемещения объектов обработки через зону облучения для блоков радиационной обработки Фиг.1 и Фиг.4 представлена на Фиг.7.
Позиция 1. Объект из контейнера модуля А прошел прямой ход через зону облучения. Объект в контейнере модуля Б подготовлен для перемещения к зоне облучения.
Позиция 2. Объект из контейнера модуля А прошел обратный ход через зону облучения и перемещен в контейнер модуля. Объект в контейнере модуля Б перемещен к зоне облучения.
Позиция 3. Объект из контейнера модуля Б прошел прямой ход через зону облучения. Объект в контейнере модуля А перевернут на 180 градусов и подготовлен для перемещения к зоне облучения.
Позиция 4. Объект из контейнера модуля Б прошел обратный ход через зону облучения и перемещен в контейнер модуля. Объект в контейнере модуля А перемещен к зоне облучения.
Позиция 5. Объект из контейнера модуля А прошел прямой ход через зону облучения. Объект в контейнере модуля Б перевернут на 180 градусов и подготовлен для перемещения к зоне облучения.
Позиция 6. Объект из контейнера модуля А прошел обратный ход через зону облучения и перемещен в контейнер модуля. Объект в контейнере модуля Б перемещен к зоне облучения. Закончился цикл двухстороннего облучения объекта в модуле А. Каретка выводит облученный объект за пределы корпуса модуля и загружается новым объектом.
Позиция 7. Объект из контейнера модуля Б прошел прямой ход через зону облучения. Новый объект в контейнере модуля А подготовлен для перемещения к зоне облучения.
Позиция 8. Объект из контейнера модуля Б прошел обратный ход через зону облучения и перемещен в контейнер модуля. Объект в контейнере модуля А перемещен к зоне облучения. Закончился цикл двухстороннего облучения объекта в модуле Б. Каретка выводит облученный объект за пределы корпуса модуля и загружается новым объектом.
Позиция 9. Объект из контейнера модуля А прошел прямой ход через зону облучения. Новый объект в контейнере модуля Б подготовлен для перемещения к зоне облучения.
Далее циклы перемещения объектов обработки через зону облучения повторяются.
Последовательность перемещения объектов обработки через зону облучения для блока радиационной обработки с горизонтально расположенным ускорителем (фиг.6) идентична последовательности, приведенной на Фиг.7. Однако вместо переворота объекта на 180 градусов производится поворот объекта на 180 градусов в горизонтальной плоскости.