СТАНОК ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ РАДИОАКТИВНЫХ ДЛИННОМЕРНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Полезная модель относится к области ядерных технологий и может быть использована на атомных станциях или предприятиях для утилизации отработанных длинномерных радиоактивных элементов ядерных реакторов.
Утилизация длинномерных элементов ядерного реактора требует разделки их на более мелкие части. Для этого используются различные устройства, станки со стандартными режущими инструментами: ножовками, ленточными пилами, дисковыми фрезами и клиновидными ножами. Указанные станки с режущим инструментом устанавливаются в специальных камерах, снижающих уровень радиации. В процессе работы инструмент изнашивается и требует замены, при этом должны соблюдаться требования радиационной безопасности обслуживающего персонала, что практически выполнить достаточно проблемно.
Так известно устройство для измельчения длинномерных радиоактивных элементов, которое содержит опорно-поворотную защитную стенку, редуктор поворота, гидропривод, гидростанцию и установленные в камере загрузочную воронку для ориентации этих элементов, канал их выгрузки, механизм резки с блоком ножей; при этом механизм резки и гидропривод жестко закреплены в опорно-поворотной защитной стенке, установленной в корпусе с возможностью поворота и представляющую собой плиту, верхний конец которой снабжен диском с закрепленным на нем неподвижно редуктором поворота и цапфой, а нижний ее торец снабжен основанием с радиально направленными отверстиями, причем днище корпуса снабжено цилиндрической направляющей со сквозным отверстием, в верхней же части корпуса выполнено сквозное вертикальное отверстие и радиально направленные отверстия. Кроме того, плита опорно-поворотной защитной стенки снабжена золотниковым узлом подвода, расположенным по оси поворота опорно-поворотной стенки и представляющим вставку, имеющую каналы, входящие в кольцевые проточки, закрепленную в цапфе плиты и установленную по посадке с зазором в стакане с отверстиями, закрепленном на корпусе. Данное устройство работает следующим образом. Измельченный длинномерный радиоактивный элемент через вертикальную загрузочную воронку подается с определенным шагом в зоне измельчения к механизму резки, попадает в отверстие опорного и подвижного втулочного ножа. При этом подвижный нож приводится в поступательное движение с помощью штока гидроцилиндра, разрезая радиоактивные элементы на камерные заготовки, которые самостоятельно попадают в канал выгрузки и удаляются из него под действием силы тяжести. Постепенно в процессе работы ножи изнашиваются и нуждаются в замене, при которой загрузочная воронка освобождается от длинномерного радиоактивного элемента, а трубопроводы отсоединяются от гидроцилиндра, после чего включается привод поворота, приводится в движение редуктор поворота, вследствие чего опорно-поворотная защитная стенка поворачивается вокруг вертикальной оси на 180°, и механизм резки перемещается из рабочей камеры в безопасную зону, где производят смену инструмента. Выполнив замену режущего инструмента, осуществляют затем поворот опорно-поворотной защитной стенки снова на 180°, но в обратную сторону на рабочую позицию, и устройство готово к новому циклу работы. (см. Патент РФ на изобретение №2216800 G21C 19/36, опубликован 20.11.2003 г.).
Этому устройству свойственны следующие недостатки. Во-первых, устройство сложно конструктивно. Во-вторых, обратная сторона механизма резки при замене режущих ножей оказывается в рабочем помещении, т.е. в зоне рубки, что приводит к ее радиоактивному загрязнению и, следовательно, при возврате назад к увеличению дозовой нагрузки обслуживающего персонала. И в-третьих, замена режущих ножей, ремонт и восстановление лишь одного механизма резки, обуславливают потерю рабочего времени устройства в целом, и, в свою очередь, снижает степень его производственной эксплуатации. Кроме того, сложность соединения маслопроводов с гидроцилиндром приводит к увеличению времени обслуживания и возможным протечкам масла из маслопроводов при их отсоединении от механизма.
Известно также и устройство для измельчения длинномерных радиоактивных элементов, содержащее камеру, размещенную в ней агрегат рубки для измельчения их на части, удобные для переработки с блоком ножей и приводом в виде гидроцилиндра. Корпус агрегата рубки жестко установлен на тележке с возможностью ее перемещения в плоскости, перпендикулярной оси корпуса, при этом тележка снабжена элементами фиксации ее в рабочем и ремонтном положении. Устройство имеет поддон для сбора рабочей жидкости при протечках и систему для стыковки тележки со средствами перекрытия канала приема и слива рабочей жидкости из поддона, расположенной в нижней части поддона. Целесообразно подвод рабочей жидкости к силовому цилиндру производить при помощи гибких рукавов, а камеру для измельчения снабдить устройством сигнализации, взаимодействующим с поверхностью упора при установке тележки в рабочее положение с возможностью блокировки процесса измельчения длинномерных радиоактивных элементов, связанной с положением тележки. Указанный аналог по решаемой задаче, техническому результату является наиболее близким к заявляемому устройству и поэтому принят в качестве прототипа. (см. Патент РФ на изобретение №2406168 G21C 19/36, опубликован 10.12.2010 г.).
Однако и это изобретение не лишено недостатков, которые заключаются в том, что само по себе устройство имеет достаточно сложную конструкцию, а при отстыковке тележки от корпуса и ее транспортировке обслуживающий персонал все равно находится в зоне повышенной радиации, и кроме того, при замене тележки с механизмом рубки устройство в целом находится в простое.
В целом упомянутые выше аналоги совпадают с заявляемым станком лишь по функциональному назначению, поскольку оно выполнено по принципиально иной конструктивной схеме и с иным приводом.
Задача заявляемой полезной модели состоит в устранении недостатков аналогов и в обеспечении более высокого уровня технического результата.
Технический результат - своевременность замены блока режущих ножей и снижение при этом дозовых радиоактивных нагрузок на обслуживающий персонал обеспечивается тем, что станок содержит силовую раму, на которой фиксированно на рабочей позиции установлен на роликовых сквозных направляющих механизм измельчения, выполненный в виде блока ножей, с электроприводом, шток которого снабжен с одной стороны динамометрической муфтой с датчиком усилия, соединенным с датчиком перемещения штока, а с другой стороны он связан фиксирующим замком с подвижным режущим ножом блока, при этом на сквозных роликовых направляющих в рабочем помещении на предпозиции измельчения установлен по крайней мере еще один такой же дополнительный блок ножей с возможностью его перемещения на рабочую позицию, причем расфиксированный с затупившимися ножами блок при перемещении попадает в смежную зону дезактивации, имеющую форсунки для разбрызгивания жидкости.
Для осуществления кассетного принципа смены блока режущих ножей без присутствия обслуживающего персонала станок снабжен устройством подачи такого же блока режущих ножей, перемещаемого по сквозным роликовым направляющим на рабочую позицию до управляемого упора, который обеспечивает точность совмещения направляющей подачи длинномерного элемента с входным и выходным отверстиями блока режущих ножей. Указанное совмещение обеспечивается двумя электрофиксаторами блока режущих ножей на рабочей позиции, с помощью которых жесткое закрепление осуществляется также без присутствия человека. Для минимизации дозы радиоактивного облучения обслуживающего персонала часть силовой рамы, электроцилиндр, динамометрическая муфта с датчиком и датчик перемещения штока вынесены в чистую зону. Способствует уменьшению дозы радиации обслуживающего персонала и управление режимами работы блока режущих ножей с помощью контроллера, который также размещен в чистой зоне.
Полезная модель является новой, поскольку совокупность признаков ее формулы не была обнаружена в общетехнических и патентных материалах.
Заявляемый станок для измельчения длинномерных радиоактивных элементов промышленно применим, ибо его изготовление и применение на предприятиях атомной энергетики не вызывает сомнения ввиду известности в промышленности отдельных узлов, деталей и используемых материалов.
Полезная модель проиллюстрирована чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид станка с продольным разрезом, на фиг. 2 показан его вид сверху с дополнительными блоками режущих ножей, а на фиг. 3 показан отдельно блок режущих ножей станка в деталировке в разрезе, его вид сверху с частичным разрезом показан на фиг. 4.
Станок для измельчения длинномерных радиоактивных элементов содержит силовую раму 1, на которой фиксированно на рабочей позиции установлен на роликовых сквозных направляющих 2 механизм измельчения 3, выполненный в виде блока 4 режущих ножей подвижного 5 и неподвижного 6 с электроприводом 7 (электроцилиндром), шток 8 которого с одной стороны снабжен динамометрической муфтой 9 с датчиком 10 усилия, соединенным с датчиком 11 перемещения штока 8, а с другой стороны через подшипник 12 стенки 13 чистой комнаты связан фиксирующим замком 14 с штоком подвижного режущего ножа 5 блока 4. При этом на сквозных роликовых направляющих 2 в рабочем помещении на предпозиции 15 измельчения установлен еще один по крайней мере такой же дополнительный блок 4 режущих ножей с возможностью его перемещения на рабочую позицию с помощью устройства 16. Возможна и установка на предпозиции 15 и двух аналогичных блока 4 режущих ножей 5 и 6. Блок 4 представляет собой автономно съемное приспособление с основанием 17 и двумя неподвижными стойками 18 и 19. На стойке 18 установлен съемный неподвижный режущий нож 6, а через стойку 19, втулку 20 с использованием направляющих стержней 21 проходит связанный со штоком 8 подвижный режущий нож 5. В торце 22 основания 17 выполнены направляющие пазы 23, ответные по размерам роликовым направляющим 2, а соосно с направляющей 24 механизма подачи длинномерных элементов (на фиг. не показан) в основании 17 в области блока 4 режущих ножей 5 и 6 имеется сквозное отверстие 25 для пропуска длинномеров. В стойке 18 выполнены также сквозные отверстия 26 для надежного закрепления блока 4 режущих ножей на рабочей позиции пальцами 27 электрофиксаторов 28. Возможно также и ручное фиксирование и расфиксирование блока 4 с помощью ручного штурвала 29.
Для уменьшения радиационной дозы облучения ремонтного персонала часть силовой рамы 1, электропривод 7 (электроцилиндр), динамометрическая муфта 9 с датчиком 10 усилия и датчиком 11 перемещения штока 8 размещаются в чистой зоне вместе с системой управления. Рабочий шток через подшипник 12 скольжения стенки 13 чистой комнаты и систему сальников (на фиг. не показаны) выводится в рабочее помещение измельчения. При этом ход штока 8 не должен превышать длину подшипника 12 для предотвращения выноса радиоактивных частиц в помещение чистой зоны. В рабочем помещении измельчения на роликовых направляющих 2, устанавливаемых перпендикулярно оси рабочего штока 8 в горизонтальной плоскости размещаются сменные блоки 4 режущих ножей, фиксируемые при помощи электрически управляемого упора 30 и электрофиксатора 28. Пружины 31 выводят режущий нож 5 из рабочего положения измельчения элемента при отключенном и отсоединенном электроприводе. Подача блоков 4 режущих ножей осуществляется устройством 16 (актуатором) с фиксированной линейной подачей. Перемещенный из рабочего помещения по роликовым направляющим 2 сменный блок 4 режущих ножей с затупившимися кромками оказывается в зоне дезактивации 32 с форсунками 33, где осуществляется требуемая его жидкостная обработка до безопасного уровня радиации. Управление станком осуществляется программно при помощи контроллера 34, подключенного к компьютеру 35, который контролирует следующие параметры:
- усилие резания;
- положение подвижного ножа 5 штока 8;
- скорость перемещения подвижного ножа 5 штока 8;
- подачу измельчаемого длинномерного элемента;
- состояние и работу упора 30 и фиксаторов 28.
Станок для измельчения радиоактивных длинномерных элементов работает следующим образом.
В рабочем помещении на роликовые направляющие 2 пазами 23 основания 22 устанавливаются друг за другом сменные блоки 4 режущих ножей 5 и 6, при этом пружинами 31 их штоки 8 выведены в крайнее левое положение и находятся под контролем датчиков 11 перемещения штоков. Устройством 16 сменный блок 4 режущих ножей, находящийся на рабочей позиции, заводится на управляемый упор 30 и неподвижно закрепляется входящими в отверстие 26 стойки 18 пальцами 27 электрофиксаторов 28. Одновременно головка штока 8 соединяется со сквозным пазом штока подвижного ножа 5, образуя фиксирующий замок 14. Затем производится совмещение направляющей 24 механизма подачи длинномерных элементов с центром отверстия 25, имеющегося в основании 22.
После этого оператор станка вводит в систему управления, т.е. в контроллер 34 и компьютер 35 размер диаметра измельчаемого длинномерного элемента. Данный параметр будет определять ход подвижного режущего ножа 5 в процессе измельчения. Станок приводится в действие включением механизма подачи длинномерного элемента по направляющей 24 и электроцилиндра 7, обеспечивающего перемещение режущего подвижного ножа 5 в направлении подаваемого длинномера. Скорость перемещения режущего подвижного ножа 5 переменная в зависимости от усилия резания. При достижении предельного усилия резания при минимальной скорости в зависимости от затупления режущих ножей 5 и 6 принимается решение о смене всего блока 4. При смене затупившихся ножей шток 8 отводится в крайнее левое положение, дистанционно убирается упор 30 и производится расфиксация блока 4, после чего устройство 16 перемещает набор блоков 4 режущих ножей на фиксированное расстояние, выдавливая предыдущий блок 4 с рабочей позиции и устанавливая на его место новый с последующей фиксацией и упором. Перемещенный таким образом блок 4 с затупившимися ножами в зоне 32 дезактивации подвергается жидкостной обработке через форсунки 33 до безопасного для здоровья обслуживающего персонала уровня радиации.
Такое структурное конструктивное исполнение станка с применением электропривода в виде электроцилиндра, дистанционное управление основными исполнительными его механизмами позволило, во-первых, значительно минимизировать дозу облучения обслуживающего персонала, во-вторых, устранить гидравлику, склонную к протечкам масла и, в-третьих, автоматизировать управление станком.