БОКС ЗАГРУЗКИ КОНТЕЙНЕРА КОМПОНЕНТАМИ СМЕШАННОГО ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА

Полезная модель относится к ядерной технике, в частности к средствам для получения гомогенного ядерного топлива из смеси диоксидов урана и плутония.
При изготовлении таблеток с МОКС-топливом для проведения операции смешения двуокисей урана и плутония на ФГУП «Горно-химический комбинат» используется установка вихревого размола, выполненная по проекту А.48.156.000 разработки ОАО «СвердНИИхиммаш, г. Екатеринбург. Известная установка содержит боксы загрузки компонентов в контейнеры, боксы взвешивания, автоматический вихревой смеситель, бокс охлаждения, бокс выгрузки порошка из контейнера, объединенные в закольцованную конвейерную линию, с автоматическим управлением. Между боксами установлены транспортеры для передачи контейнеров из одного бокса в следующий бокс.
Бокс загрузки представляет собой корпус, закрытый с двух сторон крышкой и окном, а двумя другими сторонами бокс стыкуется через транспортеры с другими боксами. В нижней части бокса установлен привод и соединенная с ним крестовина, на стойках которой устанавливается контейнер. В отверстии крышки бокса установлен переходник, состоящий из прикрепленного к крышке фланца и присоединенного к нему на сварке патрубка, соединенного с дозатором порошка. Фланец снабжен коническим отверстием, расширяющимся в бокс.
Контейнер представляет собой цилиндрический сосуд с загруженными в него иглами, выполненными из ферромагнитной стали, в верхней части которого установлен шаровой кран.
Шаровой кран представляет собой корпус, закрытый с двух сторон фланцами. Внутри на полуосях установлен в уплотнительных кольцах шар с цилиндрическим отверстием. На верхнем фланце шарового крана выполнены входное отверстие, снабженное конической фаской, и кольцевой паз, в котором установлен уплотнитель из фторкаучука. Шаровой кран снабжен механизмом его открытия и закрытия, состоящим из установленного на одной из полуосей зубчатого колеса, входящего в зацепление с зубчатой рейкой, и упоров, установленных внутри бокса загрузки. Верхний и нижний упоры взаимодействуют с зубчатой рейкой шарового крана при подъеме и опускании контейнера и обеспечивают открытие шарового крана при движении контейнера вверх, и закрытие - при движении вниз.
Бокс загрузки работает следующим образом.
С помощью привода крестовина с контейнером поднимается вверх. При этом происходит поджатие к крышке бокса уплотнителя, установленного на верхнем фланце шарового крана контейнера. При поднятии контейнера механизмом открытия - закрытия кран переводится в открытое положение. Из дозатора по переходнику через открытый шаровой кран порция порошка насыпается в контейнер. После загрузки включается реверс привода, и крестовина с контейнером возвращается в исходное положение, при этом механизмом открытия - закрытия шаровой кран переводится в закрытое положение.
К недостаткам известного бокса загрузки относится то, что уплотнитель из фторкаучука установлен на верхнем фланце шарового крана контейнера. В связи с тем, что контейнер с засыпанной в него смесью порошков далее поступает на измельчение и гомогенизацию смеси по патенту РФ №2122247, G21C 21/00 в автоматический вихревой смеситель с вращающимся электромагнитным полем, в котором смесь порошков измельчается и гомогенизируется вращением ферромагнитных игл, контейнер разогревается от вихревых токов и трения порошка и игл о стенки контейнера вплоть до образования на стенках титанового стакана контейнера цветов побежалости.
Повышенная температура приводит к деструкции фторкаучукового уплотнителя, установленного на верхнем фланце шарового крана, и потере его упругих свойств, что способствует потере герметичности соединения «уплотнитель - крышка бокса. При высыпании порошка из переходника в контейнер, воздух, вытесняемый порошком из контейнера, выносит с собой порошок в виде пыли, которая через негерметичное соединение «уплотнитель - крышка бокса» попадает в бокс загрузки, загрязняя его и наружные поверхности контейнера. Дезактивация контейнеров и бокса от загрязнения двуокисью плутония занимает продолжительное время, приводит к простою установки и повышенному радиационному воздействию на персонал.
Кроме того, коническое отверстие в верхнем фланце крана, расширяющееся в бокс, должно располагаться только внутри уплотнителя, что увеличивает диаметр и площадь уплотнителя. При поджатии контейнера приводом увеличение площади уплотнителя снижает удельное давление на уплотнитель и способствует потере герметичности в соединении «уплотнитель - крышка бокса».
Известен бокс загрузки контейнера компонентами смешанного ядерного топлива (патент №180083 на полезную модель, МПК7 G21C 21/00), содержащий корпус, установленный в его крышке переходник, состоящий из соединенных между собой фланца и патрубка, контейнер, установленный в боксе с возможностью вертикального перемещения приводом и снабженный краном, и уплотнитель. Патрубок переходника установлен внутри фланца и соединен с ним через два кольца, между которыми установлен на сварке сильфон, к нижнему бортику которого присоединена втулка, установленная на патрубок с зазором и возможностью перемещения по нему. Во втулке выполнен паз, в котором между втулкой и патрубком установлена манжета. Уплотнитель установлен на нижний торец втулки с возможностью взаимодействия с сопрягаемой поверхностью крана.
Уплотнитель выполнен из фторопласта и снабжен сферической поверхностью, выполненной с возможностью ее взаимодействия с сопрягаемой поверхностью конической фаски верхнего фланца крана.
Известный бокс загрузки работает следующим образом.
Контейнер с помощью привода поднимается вверх. При поднятии верхний фланец крана своей конической фаской наезжает на сферическую уплотнительную поверхность уплотнительного кольца и, двигаясь далее, поднимает втулку, сжимая сильфон. За счет жесткости сильфона достигается уплотнение между конической фаской и сферической уплотнительной поверхностью. Одновременно при поднятии контейнера механизмом открытия - закрытия кран переводится в открытое положение. Из дозатора по переходнику через открытый кран порция порошка насыпается в контейнер. После загрузки включается реверс привода, и контейнер возвращается в исходное положение, при этом движении механизмом открытия - закрытия кран закрывается.
Известный бокс загрузки принят заявителем в качестве прототипа.
К недостаткам известного бокса относится то, что жесткости сильфона недостаточно для обеспечения замкнутого пятна контакта между конической фаской верхнего фланца контейнера и сферической уплотнительной поверхностью уплотнителя на переходнике. Для обеспечения надежного уплотнения необходимо усилие, обеспечивающее деформацию уплотнителя для компенсации отклонений формы сферической и конической поверхностей, а также заполнения таких микродефектов, как риски, следы механической обработки и т.п. При высыпании порошка из переходника в контейнер в известном боксе по-прежнему наблюдается вынос пыли с воздухом, вытесняемым порошком из контейнера, через соединение «уплотнитель - контейнер», при этом пыль попадает в бокс загрузки, загрязняя его и наружные поверхности контейнера.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в исключении попадания пыли в бокс при загрузке компонентов ядерного топлива в контейнер.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении полезной модели, заключается в обеспечении герметичности соединения «уплотнитель-контейнер» при загрузке контейнера.
Для достижения указанного технического результата в известном боксе загрузки, содержащем корпус, установленный в его крышке переходник, размещенный внутри фланца и соединенный с ним посредством сильфонного узла, присоединенную к нижнему бортику сильфона втулку, установленную на нижний конец патрубка с зазором и возможностью перемещения по нему, уплотнитель, выполненный с возможностью взаимодействия с сопрягаемой поверхностью контейнера, установленного в боксе с возможностью вертикального перемещения приводом, на втулку установлены крышка, уплотнитель, выполненный из эластичного материала, и прижимное кольцо с образованием между крышкой и уплотнителем кольцевой внутренней полости, соединенной через отверстие в крышке с системой подачи сжатого газа, причем уплотнитель наружным торцом установлен в крышку по конической поверхности, а по наружному и внутреннему диаметрам - на соединении «шип - паз».
В частном случае исполнения уплотнитель снабжен конической поверхностью, выполненной с возможностью ее размещения в конической фаске верхнего фланца крана и взаимодействия с ней.
Установка на втулку крышки, уплотнителя, выполненного из эластичного материала, и прижимного кольца с образованием между крышкой и уплотнителем кольцевой внутренней полости, соединенной через отверстие в крышке с системой подачи сжатого газа, позволяет при подаче сжатого газа в кольцевую внутреннюю полость обеспечить расширение уплотнителя, а при сбросе сжатого газа из нее - возвращение его в исходное положение. Усилие, обеспечивающее расширение уплотнителя для компенсации отклонений формы конической поверхности фаски, а также заполнения уплотнителем таких дефектов, как риски, следы механической обработки и т.п. достигается изменением величины давления сжатого газа, подаваемого во внутреннюю полость уплотнителя, что позволяет достигать требуемой герметичности соединения уплотнителя с фаской верхнего фланца крана контейнера и, тем самым, обеспечить герметичность соединения «контейнер - уплотнитель». Установка на втулку прижимного кольца позволяет осуществить им поджатие внутреннего торца уплотнителя к крышке и обеспечить герметичность кольцевой внутренней полости уплотнителя.
Снабжение уплотнителя конической поверхностью, выполненной с возможностью ее размещения в конической фаске верхнего фланца крана и взаимодействия с ней позволяет при подъеме и стыковке контейнера с переходником свободно размещать коническую поверхность уплотнителя, находящегося в исходном положении без давления, в конической фаске верхнего фланца крана контейнера, а после подачи давления в кольцевую внутреннюю полость обеспечить расширение эластичного уплотнителя и плотное прижатие его конической поверхности к конической фаске верхнего фланца крана контейнера и, тем самым, обеспечить герметичность соединения «контейнер - уплотнитель».
Установка уплотнителя наружным торцом в крышку по конической поверхности, а по наружному диаметру - на соединении «шип-паз» позволяет при подаче давления в кольцевую внутреннюю полость обеспечить поджатие уплотнителя к крышке и обеспечить получение герметичной кольцевой внутренней полости.
Предлагаемый бокс загрузки иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1 и фиг. 2.
На фиг. 1 показан бокс загрузки и контейнер до подачи давления в уплотнитель (в исходном положении);
на фиг. 2 - бокс загрузки и контейнером после подачи давления в уплотнитель (в загерметизированном положении).
Бокс загрузки (см. фиг. 1) состоит из корпуса 1, в крышке 2 которого установлен переходник 3 и контейнер 4 с краном 5. Переходник 3 состоит из фланца 6, патрубка 7, сильфонного узла 8 и втулки 9, установленной с зазором на патрубке 7 и прикрепленной на сварке к нижнему бортику 10 сильфона 11.
На втулку 9 установлены крышка 12, уплотнитель 13, выполненный из эластичного материала, и прижимное кольцо 14 с образованием между крышкой 12 и уплотнителем 13 кольцевой внутренней полости 15, соединенной через отверстие 16 в крышке 12 и трубку 17 с системой подачи сжатого газа (на чертежах не показана), причем уплотнитель 13 снабжен конической поверхностью 18, выполненной с возможностью ее размещения в конической фаске 19 верхнего фланца 20 крана 5 контейнера 4.
Уплотнитель 13 своим наружным торцом 21 устанавливается в крышку 12 по конической поверхности 22, а по наружному диаметру - на соединении «шип - паз» 23.
Патрубок 7 соединен с дозатором порошка (на чертежах не показан).
Предлагаемый бокс загрузки 1 работает следующим образом.
Контейнер 4 с помощью привода 24 поднимается вверх. При поднятии верхний фланец 20 крана 5 своей конической фаской 19 наезжает на коническую поверхность 18 уплотнителя 13, кольцевая внутренняя полость 15 которого находится без давления. При этом ход сильфона 11 служит для компенсации неточностей при останове привода поднятия контейнера и его инерционности. Одновременно при поднятии контейнера 4 механизм открытия - закрытия (на чертеже не показан) переводит кран 5 в открытое положение. В кольцевую внутреннюю полость 15 через отверстие 16 в крышке 12 и трубку 17 подается сжатый газ под давлением, под действием которого эластичный уплотнитель 13 расширяется (фиг. 2) и плотно прижимается своей конической поверхностью 18 к конической фаске 19 верхнего фланца 20 крана 5 контейнера 4. Из дозатора (на чертежах не показан) по переходнику 3 через открытый кран 5 порция порошка насыпается в контейнер 4. После загрузки из кольцевой внутренней полости 15 сбрасывается давление сжатого газа и уплотнитель 13 возвращается в исходное положение. Включают реверс привода, и контейнер 4 возвращается в исходное положение, при этом движении механизмом открытия - закрытия кран 5 закрывается.