УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗМЫВА ПУЛЬП И ОСАДКОВ
DEVICE FOR WASHING PULP AND RESIDUE

Изобретение относится к атомной промышленности в части переработки радиоактивных отходов, а именно к устройствам для струйного размыва пульп и осадков при освобождении емкостей-хранилищ от радиоактивных отходов высокого уровня активности, перевода их во взвешенное состояние с целью их дальнейшего извлечения на переработку.
Известно устройство для размыва осадка и дезактивации, содержащее электропривод, камеру подачи рабочей жидкости, цилиндрический корпус, вал, моечную головку, состоящую из пары конических колес с соплами, на цилиндрический корпус и вал насажены половины разрезанного червячного колеса, сцепленные с одним червяком, а корпус снабжен указателем положения сопла. Для управления устройством предусмотрен выносной пульт, обеспечивающий включение, выключение и реверс (см. авторское свидетельство №1618180, кл. G21F 9/34, 1989).
Недостатком известного устройства является то, что сопло постоянно осуществляет медленный поворот вокруг горизонтального патрубка цилиндрического корпуса при одновременном вращении всего устройства вокруг вертикальной оси. Размыв осадка, осуществляемый постоянно перемещающимися струями, не эффективен, т.к. для разрушения осадков и плотных пульп необходимо более длительное воздействие струй, направленных в одном направлении.
Управление устройством осуществляется переносным пультом, обеспечивающим включение, выключение и реверс, который позволяет производить размыв осадка по расходящейся или сходящейся спиралям. При больших геометрических размерах емкостей-хранилищ между спиралями могут оставаться неразмытые участки осадка.
Выбор зон размыва в известном устройстве осуществляется переустановкой конечных выключателей на корпусе устройства, находящемся над емкостью-хранилищем, что приводит к повышенному радиационному воздействию на обслуживающий персонал.
При применении известного устройства в глубоких емкостях возникает значительное его раскачивание под действием реактивной силы струи, вытекающей из сопла, что снижает надежность устройства.
Применение же дополнительного, противоположно направленного сопла для устранения раскачиваний устройства уменьшает вдвое расход жидкости через каждое сопло и тем самым снижает дальность действия и силу удара струи, а следовательно, и эффективность устройства в работе.
Кроме того, в некоторых емкостях-хранилищах глубиной до 30 м высота слоя осадка превышает 20 м. Нижние слои осадка, содержащие в основном гидроокись алюминия, при длительном хранении под действием радиолиза и давления вышележащих слоев осадка приобрели высокую плотность и прочность. Осуществить эффективный размыв и растворение реагентами такого осадка возможно лишь при постоянном максимальном приближении струй жидкости, вытекающих из сопла, к осадку.
Известное устройство не может обеспечить работу в таком режиме, а воздействие струи на осадок через слой жидкости над ним снижает эффективность размыва осадка.
Наиболее близким устройством по совокупности признаков к заявляемому изобретению является устройство для размыва осадка, содержащее электропривод, вал, патрубок ввода рабочей жидкости, корпус, рабочую камеру и моечную головку с соплом, содержащую приспособление для внедрения в осадок и его измельчения. Моечная головка снабжена штуцером, который размещен внутри рабочей камеры и соосно смонтирован там с валом электропривода.
Приспособление для внедрения в осадок и его измельчения представляет собой смонтированный на штуцере фланец с установленными на нем режущими ребрами, которое управляется электроприводом, размещенным на подвижной площадке, снабженной направляющими стойками.
Вал и штуцер моечной головки смонтированы между собой посредством ребер и установлены внутри рабочей камеры через узлы уплотнения.
Устройство снабжено системой управления, включающей персональный компьютер, микроконтроллер, модемы связи и программное обеспечение (см. Патент РФ №2316834, кл. G21F 9/34, 2006). Данное устройство выбрано заявителем в качестве прототипа.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится то, что его эффективная работа может осуществляться только при размыве прочных и плотных осадков.
В то же время в ряде емкостей, в том числе и над осадком, хранятся малоподвижные высокоактивные пульпы, температура которых вследствие радиолиза превышает 100°С. Освобождение таких емкостей начинается с размыва малоподвижных высокоактивных пульп, доведения их консистенции до уровня, позволяющего осуществить их выдачу из емкости насосами, после чего осуществляется размыв и растворение нижерасположенного осадка. Такие пульпы хранятся под слоем жидкости, как правило - декантата, и по своей консистенции напоминают смазочные материалы. Размыв и выдачу высокоактивных пульп необходимо осуществлять под слоем жидкости, так как при вскрытии высокоактивной пульпы происходит вскипание жидкости на поверхности пульпы, приводящее к повышенному аэрозольному поступлению в систему газоочистки и к загрязнению фильтров, необходимости их дезактивации и увеличению жидких радиоактивных отходов. Под слоем пульпы находится, как правило, рыхлый осадок, плотность которого возрастает по мере приближения ко дну емкости.
В известном устройстве при его работе вал под действием собственного веса опускается в емкость по мере внедрения в осадок присоединенного к нему приспособления для внедрения в осадок и его измельчения.
При размыве прочных, плотных осадков в глубоких емкостях приспособление для внедрения и измельчения осадка опирается на осадок, в результате чего в сечениях вала под действием его собственного веса возникают напряжения сжатия, которые при определенной длине вала могут приводить к потере его устойчивости и изгибу.
При размыве же малоподвижных высокоактивных пульп и осадков с низкой плотностью и прочностью вал известного устройства опускается под собственным весом в пульпу и осадок быстрее, чем осуществляется их размыв по всему радиусу действия струи вокруг сопла, что снижает площадь размываемой поверхности, требует установки в емкость дополнительных устройств, чтобы размыть пульпу или осадок по всей площади емкости и тем самым снижается эффективность работы известного устройства.
Кроме того, при работе известного устройства в пульпе приспособление для внедрения в осадок и его измельчения не препятствует отклонению вала с соплом под действием реактивной силы струи. Амплитуда отклонений сопла от вертикали при погружении в емкость на глубину 15-20 м может достигать нескольких метров, что может привести к изгибу вала и его выходу из строя.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в расширении технологических возможностей устройства за счет фиксирования от вертикального перемещения вала с соплом на определенных уровнях в пульпе или осадке, замене напряжений сжатия в сечениях вала на напряжения растяжения и снижении амплитуды отклонений вала с соплом под действием реактивной силы струи, вытекающей из сопла.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для размыва осадка, включающем электропривод, вал, патрубок ввода рабочей жидкости, корпус, рабочую камеру и моечную головку с соплом, приспособлением для внедрения в осадок и его измельчения и штуцером, размещенным внутри рабочей камеры и смонтированным соосно с валом, особенностью является то, что, вал установлен с возможностью вертикального перемещения внутри зубчатого колеса, присоединенного к полому валу подшипниковой опоры и находящегося в зацеплении с шестерней на валу электропривода, на валу выше зубчатого колеса установлен фиксатор, а между соплом и приспособлением для внедрения в осадок и его измельчения установлен шнек с размещенным внутри его грузом.
Учитывая глубину погружения предлагаемого устройства в емкость-хранилище, вал в нижней части, расположенной в емкости-хранилище, установлен внутри подшипников скольжения, закрепленных на патрубке ввода рабочей жидкости.
Кроме того, в качестве электропривода используется мотор-редуктор с регулируемым числом оборотов.
Установка вала с возможностью вертикального перемещения внутри зубчатого колеса, присоединенного к полому валу подшипниковой опоры и находящегося в зацеплении с шестерней на валу электропривода, и установка на валу выше зубчатого колеса фиксатора позволили фиксировать от вертикального перемещения вал с соплом на определенных уровнях в пульпе или осадке и тем самым осуществлять вращение сопла на этих уровнях в течение времени, необходимого для размыва пульпы или рыхлого осадка по всему радиусу действия струи, и в результате повысить эффективность работы устройства.
Кроме того, фиксирование от вертикального перемещения вала с соплом на зубчатом колесе подшипниковой опоры позволило заменить напряжения сжатия, возникающие в сечениях вала под действием его собственного веса, на напряжения растяжения, и тем самым устранить причины потери устойчивости вала и его изгиба.
Установка между соплом и приспособлением для внедрения в осадок и его измельчения шнека с размещенным в нем грузом позволили уменьшить напряжения сжатия в сечениях вала за счет веса груза и осуществить подачу измельченного осадка от приспособления для внедрения в осадок и его измельчения к соплу, а при работе предлагаемого устройства в пульпах - уменьшить амплитуду отклонений сопла от вертикали под действием реактивной силы струи, вытекающей из него, за счет составляющей от веса груза, направленной противоположно реактивной силе струи, и тем самым обеспечить работу заявляемого устройства как в пульпе, так и в осадке, а в результате расширить технологические возможности устройства.
Установка нижней части вала, погруженной в емкость, внутри подшипников скольжения, закрепленных на патрубке ввода рабочей жидкости, позволили повысить устойчивость вала, получить связанные в одну систему вал и патрубок ввода рабочей жидкости, увеличив тем самым их момент сопротивления изгибу, и тем самым уменьшить амплитуду отклонений сопла в пульпе.
Использование в качестве электропривода мотор-редуктор с регулируемым числом оборотов позволило регулировать скорость вращения приспособления для врезания в осадок и его измельчения в зависимости от свойств осадка.
На фиг.1 изображено устройство для размыва осадков и пульп, установленное в освобождаемую емкость; на фиг.2 - нижняя часть устройства; на фиг.3 - верхняя часть устройства.
Предлагаемое устройство (см. фиг.1) содержит рабочую камеру 1, соединенную с патрубком 2 ввода рабочей жидкости, вал 3, монтажный фланец 4, установленный на фланце проходки 5 в емкость 6. Монтажный фланец 4 содержит уплотнительные узлы 7, через которые в емкость 6 вводятся патрубок 2 ввода рабочей жидкости и вал 3. Монтажный фланец 4 размещен в защитном боксе 8, расположенном над емкостью 6. Управление работой заявляемого устройства осуществляется дистанционно компьютерной системой управления 9.
На рабочей камере 1 (см. фиг.2) установлены соосно верхний 10 и нижний 11 узлы уплотнения. Через верхний узел уплотнения 10 в камеру 1 введен вал 3, а через нижний узел уплотнения 11 - штуцер 12 моечной головки 13.
Вал 3 и штуцер 12 соединены ребрами 14. К штуцеру 12 последовательно присоединены моечная головка 13 с соплом 15, шнек 16 с размещенным в нем грузом 17 и приспособление 18 для внедрения в осадок и его измельчения, состоящее из конусных ребер 19 с режущими кромками 20. Вал 3 в его нижней части, размещенной в емкости 6, установлен в подшипниках скольжения 21, закрепленных на патрубке 2 ввода рабочей жидкости.
Узлы уплотнения 10 и 11 изготовлены из антифрикционных материалов, и служат также в качестве подшипников скольжения для вала 3 и штуцера 12.
В верхней части (см. фиг.3) вал 3 установлен внутри полого вала 22 и прикрепленного к нему зубчатого колеса 23, установленных в подшипниковой опоре 24. Вал 3 установлен в зубчатом колесе 23 на шпоночном соединении 24 с возможностью вертикального перемещения. Выше зубчатого колеса 23 на валу 3 установлен подвижный фиксатор 25, ограничивающий вертикальное перемещение вала 3. Зубчатое колесо 23 находится в зацеплении с шестерней 26, посаженной на выходной вал мотор-редуктора 27 с регулируемым числом оборотов.
Подшипниковая опора 24 и мотор-редуктор 27 смонтированы на крышке 28, размещенной в обслуживаемой зоне.
Предлагаемое устройство работает следующим образом. При размыве высокоактивной пульпы устройство опускается в емкость 6 до достижения соплом 15 требуемого уровня погружения в пульпу, при этом вал 3 фиксируется от вертикального перемещения установкой фиксатора 25, опирающегося на зубчатое колесо 23.
Затем подают рабочую жидкость через патрубок 2 ввода рабочей жидкости в рабочую камеру 1, из которой через полости между ребрами 14, соединяющими вал 3 и штуцер 12, рабочая жидкость поступает в моечную головку 13 и сопло 15. При постоянном вращении или дискретном повороте вала 3 мотор-редуктором 27 вытекающей из сопла 15 струей осуществляется размыв пульпы. На установленном уровне размыв пульпы до требуемой консистенции и ее выдача из емкости 6 осуществляется до тех пор, пока не будет размыта пульпа на площади радиусом, равным радиусу действия струи. При отклонениях под действием реактивной силы струи вала 3 с соплом 15 от вертикали, на вал 3 начинает действовать составляющая от веса груза 17, направленная в противоположную реактивной силе струи сторону, в результате чего снижается амплитуда отклонений вала 3 от вертикали.
Далее вал 3, после опускания в емкость 6 с помощью грузоподъемного механизма при разомкнутом фиксаторе 25, фиксируется на следующем уровне в пульпе и процесс размыва пульпы повторяется.
При достижении осадка конусными ребрами 19 приспособления 18 для внедрения в осадок и его измельчения, мотор-редуктором 27 через шестерню 26 и зубчатое колесо 23, установленное на полом валу 22 подшипниковой опоры 24 и шпоночное соединение 24 осуществляется вращение вала 3 при разомкнутом фиксаторе 25 до достижения требуемого уровня в осадке. При этом вал 3 перемещается вниз внутри зубчатого колеса 23 и полого вала 22 подшипниковой опоры 24 под собственным весом, а разбуренный осадок подается шнеком 16 к соплу 15. При достижении установленного уровня в осадке фиксатор 25 замыкается и размыв осадка до получения суспензии требуемой консистенции и ее выдачи из емкости 6 осуществляется до тех пор, пока не будет размыт осадок на площади радиусом, равным радиусу действия струи. При размыве осадка заглубленные в него шнек 16 и приспособление 18 для внедрения в осадок и его измельчения создают дополнительную опору для вала 3 и препятствуют отклонениям вала 3 с соплом 15 от вертикали под действием реактивной силы струи.
При полной выработке рабочего хода вала 3, по мере освобождения емкости 6 от осадка, осуществляется удлинение патрубка 2 ввода рабочей жидкости и вала 3 постановкой трубных вставок (на чертеже не показаны) в защитном боксе 8.
Управление работой устройства осуществляется дистанционно компьютерной системой управления 9. Электрический сигнал от персонального компьютера поступает на программируемый микроконтроллер и далее на реле, осуществляющее подачу напряжения на мотор-редуктор 27. Наличие компьютерной системы управления позволяет не только изменять направление сопла 15 указателем мыши на мониторе компьютера, но и осуществлять непрерывное или дискретное его перемещение по программе.