УСТАНОВКА ДЛЯ РАЗДЕЛКИ ДЛИННОМЕРНЫХ РАДИОАКТИВНЫХ ИЗДЕЛИЙ НА ФРАГМЕНТЫ
DEVICE FOR LONG RADIOACTIVE PARTS CUTTING TO FRAGMENTS

Изобретение относится к атомной технике, а именно к конструированию установок для фрагментации длинномерных радиоактивных изделий ядерных реакторов.
В настоящее время проблема утилизации длинномерных радиоактивных изделий приобретает все более актуальное значение в связи с постоянным увеличением количества выводимых из эксплуатации атомных энергетических установок, в частности, с уран-графитовыми реакторами, и значительными объемами удаляемых отходов.
Спектр таких длинномерных облученных изделий весьма широк. К ним относятся, например, технологические каналы; многокомпонентные пеналы, в том числе с радиоактивным графитом; каналы систем управления и защиты реактора, средства измерения параметров реактора; трубы; инструмент.
При выводе из эксплуатации этих изделий требуется их разделка на фрагменты, сортировка по типу материала и его активности, упаковка в контейнеры с последующим компактным захоронением в специальных хранилищах.
В настоящее время известны различные конструкции установок для фрагментации радиоактивных длинномерных изделий. Эти установки обычно состоят из механизмов, перемещающих изделие, средств его фиксации, а также устройств разделки и перемещения в контейнеры фрагментов.
Наиболее близкой к заявляемому устройству является установка для перемещения и разделки на фрагменты пеналов с облученным графитом уран-графитовых атомных реакторов, выполненная в компоновке с горизонтальным расположением фрагментируемого изделия [RU 2349977 C2, G21C 19/26, опубл. 20-03-2009]. Установка содержит транспортную траверсу коробчатой формы, в полости которой размещена тележка на направляющих, а в ней колесная каретка с грузовыми петлями и полуавтоматическим захватом. Траверса устанавливается краном в приемном гнезде опорно-защитной плиты над технологической шахтой с извлекаемым из нее и перемещаемым на устройство разделки пеналом. Установка имеет стапель для кантования и базирования в горизонтальном положении траверсы, защитную кабину с камерой резки, оснащенной приводными роликами подачи пенала из корпуса в зону резки, механизмом зажима пенала и режущим инструментом, осуществляющим резку пенала по поперечному сечению на фрагменты, которые через приемную воронку попадают в защитный контейнер.
Использование известного технического решения дает возможность надежно и эффективно извлекать длинномерные пеналы с облученным графитом из технологической шахты в помещение центрального зала реактора, осуществлять их кантование, перемещение к устройству разделки, собственно резку на фрагменты и сбор фрагментов в защитном контейнере.
Между тем у данного решения имеется ряд недостатков. Один из них, касающийся ухудшения радиационной обстановки при проведении работ, состоит в том, что для операции с радиоактивным пеналом (транспортировки, кантовании, резки) предварительно требуется полностью извлечь пенал из технологической шахты и разместить его в помещении центрального зала. В этом же помещении, относящемся к категории обслуживаемых, находится рабочий персонал, размещается оборудование установки и другое оборудование центрального зала. Данное обстоятельство требует специальных мер по защите персонала станции от радиационных излучений и в целом снижает уровень безопасности. При нарушениях нормальных условий эксплуатации установки и в аварийных ситуациях, связанных, например, с радиоактивным загрязнением помещения центрального зала, отказе механизмов стапеля кантователя и приводных роликов подачи пенала в зону резки, заклинивании пенала с графитом в кантователе, необходимо проводить радиационно-опасные мероприятия по устранению возникших неисправностей.
Указанные обстоятельства ограничивают область применения установки. В частности, из-за вероятности заклинивания при резке, становится проблематичным ее использование для фрагментации изделий с повышенными поперечными габаритами (до 400 мм в диаметре), а также многокомпонентных изделий, когда требуется отделение внутренней и внешней частей, в частности, содержащих сыпучие материалы.
Другим недостатком прототипа является его громоздкость, металлоемкость и сложность конструкции.
Задачей настоящего изобретения является создание высокоэффективной установки для фрагментации длинномерных радиоактивных изделий, лишенной перечисленных недостатков. Изобретение направлено на повышение уровня безопасности и надежности установки, обеспечение возможности разделки на фрагменты сложных многокомпонентных длинномерных изделий с увеличенными поперечными размерами и содержащих, в том числе, металлические и неметаллические, а также сыпучие материалы, сокращение требуемого для проведения работ пространства, упрощение конструкции и обслуживания установки, а также обеспечение возможности разделения фрагментов на компоненты и их сортировки по типу и активности материала.
Достигаемый в предлагаемом изобретении технический результат заключается в том, что при эксплуатации установки обслуживающий персонал и основная часть оборудования установки защищены от вредного воздействия радиационного излучения длинномерного изделия. В данном случае, в отличие от известного решения, во время разделки изделия на фрагменты оно остается изолированным в технологической шахте малого диаметра. В этой же шахте будут также локализованы и проявления возможной нештатной ситуации. Кроме того, за счет предлагаемой комбинации конструктивных элементов, обеспечивающих резку, а также за счет того, что длинномерное изделие оптимальным образом фиксируется в вертикальном положении и не испытывает при этом значительных поперечных деформаций, снижается нагрузка на ножовочное полотно и его привод, повышается надежность процесса фрагментации. Предотвращается попадание сыпучего материала в зону резки, что также снижает вероятность заклинивания во время операции резки. В этих условиях становится возможным проводить разделку длинномерных изделий относительно больших поперечных размеров и состоящих из нескольких компонентов, что было недоступно в известном устройстве. В предлагаемом решении при дистанционной разделке многокомпонентного изделия кромки отрезаемых фрагментов не будут сминаться, что позволит свободно отделять компоненты друг от друга и их сортировать для раздельного складирования по контейнерам.
Таким образом, в заявленном изобретении технический результат достигается как благодаря предложенной совокупности конструктивных элементов, так и за счет их определенного пространственного расположения.
Предлагаемая установка для разделки длинномерных радиоактивных изделий на фрагменты содержит подъемный механизм с кареткой для перемещения длинномерного изделия из шахты, механизм фиксации изделия, режущий механизм и контейнер для приема фрагментов изделия. При этом каретка размещена в шахте под изделием, а механизм фиксации расположен над шахтой и снабжен синхронно выдвигающимися штоками. Режущий механизм расположен над механизмом фиксации, а над режущим механизмом установлен поворотный механизм с захватом отделяемого фрагмента изделия.
Режущий механизм может быть выполнен из известных выпускаемых промышленностью элементов - сабельной пилы с узким ножовочным полотном и приводом круговой подачи пилы, при этом привод оснащается роликом для подпружинивания свободного края ножовочного полотна и пластинчатой заслонкой, расположенной в плоскости реза с зазором по всей длине полотна. Механизм фиксации изделия, режущий механизм и поворотный механизм с захватом могут закрепляться на столе, имеющем отверстие с уплотнением для прохода изделия.
Установка может снабжаться механизмом поперечной и азимутальной ориентации длинномерного изделия, а также оснащаться двумя и более контейнерами для раздельного сбора компонентов изделия.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежом, представленным фиг.1-5.
Установка включает технологическую шахту 1, в которую предварительно устанавливается длинномерное радиоактивное изделие 2. С помощью подъемного механизма с кареткой 3, механизма фиксации изделия 4, режущего механизма 5 и поворотного механизма 6 осуществляются все операции перемещения изделия 2, его разделки на фрагменты, сортировки и транспортировки фрагментов в контейнеры 7 и 8.
На каретку 3 подъемного механизма, размещенную внутри шахты 1, опирается своей нижней частью длинномерное изделие 2. Расположенная под изделием каретка может иметь специальное приемное гнездо 9 для удобства наводки и центрирования изделия. Приемное гнездо ограничивает наклон и смещение длинномера относительно вертикальной оси. Оно может быть выполнено в виде втулки с коническим заходом и ступенчатым сквозным отверстием, в полости которой может быть также размещена сменная емкость для сбора сыпучих отходов, образующихся при резке изделия.
Механизм фиксации 4 размещен над шахтой 1 и снабжен синхронно выдвигающимися штоками, обжимающими боковую поверхность изделия (фиг.4). Привод штоков может быть пневматическим как более простой, надежный и безопасный в эксплуатации и промышленно освоенный.
Над механизмом фиксации расположен режущий механизм 5 с сабельной пилой 10, то есть пилой возвратно-поступательного принципа действия с консольным расположением ножовочного полотна. В соответствие с изобретением используется узкое ножовочное полотно 11, а резка изделия осуществляется за счет комбинации продольного движения полотна и его одновременного кругового перемещения. Для этого сабельная пила 10 в составе режущего механизма 5, обеспечивая возвратно-поступательное движение ножовочного полотна 11, в свою очередь поворачивается по дуге под действием привода круговой подачи 12. Для увеличения жесткости механизма привод 12 оснащен средством подпружинивания ножовочного полотна в плоскости реза. Данная функция реализована с помощью установленного на приводе 12 лучка 13 с жестко подпружиненным роликом, упирающимся в свободный край ножовочного полотна (фиг.5). Кроме того, на лучке привода устанавливается пластинчатая заслонка 14, располагающаяся в плоскости реза между лучком и ножовочным полотном. По отношению к ножовочному полотну она размещается с некоторым зазором по всей его длине, чтобы не препятствовать его возвратно-поступательному движению. Сама заслонка вместе с лучком во время операции резки осуществляют только круговое движение.
Использование привода круговой подачи пилы позволяет выполнять разделку изделий повышенных поперечных размеров при сохранении компактности и простоты конструкции режущего механизма. При этом подпружинивание ножовочного полотна с помощью направляющего ролика предотвращает его изгиб и вибрацию и разгружает от нагрузки движущие элементы привода. А закрепленная на лучке пластинчатая заслонка 14 во время резки входит вслед за ножовочным полотном 11 в образуемую им щелевую полость реза, препятствуя смещению вниз внутреннего содержимого отделяемого фрагмента и воздействию на ножовочное полотно. Таким образом, обеспечивается улучшенная режущая способность механизма 5, снижается вероятность заклинивания ножовочного полотна, увеличивается надежность и продолжительность эксплуатации механизма.
В предлагаемой установке над режущим механизмом 5 расположен поворотный механизм 6 с захватом 15 для удержания отрезаемого фрагмента при резке изделия и его последующего перемещения в контейнеры 7 и 8 с целью раздельного сбора в них металлических и неметаллических, например графитовых, компонентов фрагмента.
В возможном варианте реализации изобретения механизм фиксации 4, режущий механизм 5 и поворотный механизм 6 закрепляются на инструментальном столе 16, установленном над технологической шахтой 1. При этом в столе 16 выполнено отверстие для опускания фрагментируемого изделия в полость подъемного механизма с кареткой 3. Под плоскостью реза в отверстии стола 16 может быть размещена рамка 17 с эластичным уплотнением по периметру фрагментируемого изделия и системой отсоса воздуха из зоны резки.
За счет крепления на инструментальном столе основных элементов установки достигается ее компактность и простота обслуживания, возможность локализации и последующего удаления сыпучих отходов от резки. На столе можно также разместить дополнительные средства радиационной защиты вокруг изделия.
Для лучшего центрирования изделия в отверстие стола 16 может устанавливаться сменное кольцо, уменьшающее его проходное сечение под конкретные поперечные габариты изделия.
С этой же целью установка может дополнительно оснащаться устройством 18, применяемым для поперечной и азимутальной ориентации длинномерного изделия на этапе его загрузки в шахту 1 мостовым краном. При этом выполняется точное базирование изделия в полости механизма подъема с кареткой 3, а также правильная азимутальная ориентация изделия. Азимутальная ориентация потребуется при фрагментации изделий некруглого поперечного сечения для размещения их боковых поверхностей соответственно выдвигающимся штокам механизма фиксации 4.
Как уже отмечалось, в случае, когда изделие имеет многокомпонентную конструкцию, возможно после операции резки дополнительно разделять фрагменты на компоненты и их сортировать по двум и более контейнерам. Один из вариантов такого решения предусматривает выполнение стола 16 большей высоты, чем контейнер 7, с нависанием поверхности стола над стенкой контейнера.
Предлагаемая установка работает следующим образом.
Перед начальной загрузкой изделия 2 в шахту 1 все механизмы установки переводятся в исходное положение - штоки механизма фиксации 4 находятся во втянутом состоянии, захват 15 поворотного механизма 6 в разведенном положении расположен над отверстием стола 16, каретка подъемного механизма 3 находится в крайне нижнем положении, сабельная пила 10 отведена в сторону от рабочей зоны.
Длинномерное изделие 2 доставляют мостовым краном к установке, наводят на устройство ориентации 18, в котором при отработке краном производят его центрирование и, при необходимости, азимутальный разворот относительно рабочей зоны. Затем изделие через открытый зев захвата 15 и отверстие стола 16 опускают в шахту до опирания нижней части изделия на приемное гнездо 9 каретки подъемного механизма. Далее изделие освобождают от подвески к крану.
Перед началом операции резки изделие с помощью каретки 3 перемещают вверх на величину размера отрезаемого фрагмента с последующим обжимом по боковой поверхности синхронно выдвигающимися штоками механизма фиксации 4. Вслед за этим сверху производят зажим отрезаемого фрагмента захватом 15 поворотного механизма 6. При таком пространственном расположении механизмов длинномерное изделие фиксируется в вертикальном положении без значительных поперечных смещений и деформаций, устраняя возможность заклинивания ножовочного полотна в процессе резки. При этом само изделие на большей части своей длины остается размещенным внутри шахты, что существенно снижает мощность ионизирующего излучения в рабочей зоне.
На этапе резки включают сабельную пилу 10 и привод ее круговой подачи 12. Сочетанием возвратно-поступательного режущего движения ножовочного полотна 11 и движения круговой подачи сабельной пилы 10 выполняется отделение фрагмента длинномерного изделия, при этом внутреннее содержание фрагмента (например, графит) будет опираться, не выпадая, на заслонку 14, перемещающуюся вслед за ножовочным полотном 11. Во время резки радиоактивные сыпучие отходы остаются локализованными в рабочей зоне благодаря уплотнению 17 и удаляются системой отсоса.
На следующем этапе привод круговой подачи 12 сабельной пилы 10 и саму пилу выключают. Поворотный механизм 6 с захватом 15 осуществляет круговое движение, перемещая со скольжением по заслонке 14 и прилегающему участку поверхности стола отрезанный фрагмент вместе с внутренним содержанием к первому по ходу контейнеру 7. При выходе захвата 15 в зону над контейнером 7 происходит временная остановка поворотного механизма и внутреннее содержимое фрагмента, например его графитовая компонента, выпадает в контейнер. Далее движение поворотного механизма возобновляется до следующего контейнера 8, над которым захват 15 разжимается, и оставшаяся часть фрагмента, например металлическая оболочка, падает в этот контейнер. Таким образом, может осуществляться раздельное контейнирование частей многокомпонентных изделий.
Затем рассмотренный цикл фрагментирования и сортировки компонентов длинномерного изделия повторяют.
Все операции по обработке изделия осуществляются дистанционно с помощью систем видеонаблюдения 20 и пульта дистанционного управления 19 (фиг.1).