УСТРОЙСТВО ПЕРЕДАЧИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА БОЛЬШОЙ СИЛЫ И ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ
DEVICE FOR TRANSFERRING CURRENT OF HIGH AMPERAGE AND HIGH FREQUENCY

Изобретение относится к устройствам передачи электрического тока большой силы и высокой частоты.
В настоящее время для передачи токов большой силы и высокой частоты применяют жесткие токопроводящие элементы большого сечения, выполненные, как правило, в виде брусков или удлиненных медных пластин.
При использовании таких устройств возникают трудности, когда токопроводящее устройство соединяет устройство питания с прибором, который может слегка двигаться или смещаться. Так, в устройствах остекловывания, в которых электрический ток предназначен для питания средств электромагнитной индукции, установленных вокруг тигля и предназначенных для плавления находящегося в нем вещества, при необходимости незначительного перемещения тигля возникают трудности. Например, для остекловывания радиоактивных отходов, когда тигель находится за стенкой биологической защиты, сквозь которую токопроводящее устройство должно проходить без зазора во избежание утечек ионизирующего излучения. При этом необходимо так расположить токопроводящее устройство с жесткими элементами, положение и направление которых должны не только совпадать с местом прохождения сквозь стенку, но и иметь возможность изменяться, чтобы следовать за перемещениями прибора, с которым токопроводящее устройство соединено по другую сторону стенки. Причем избежать перемещений невозможно, поскольку установку прибора можно производить только дистанционными средствами манипуляции, слишком неточными, чтобы не допускать ошибок в позиционировании.
В целом изобретение относится к устройству передачи электричества, содержащему, по меньшей мере, один токопроводящий элемент, выполненный в основном в виде жесткого и удлиненного профиля, при этом токопроводящий элемент содержит две секции, разделенные соединением, состоящим из гибких токопроводящих элементов. Согласно изобретению устройство содержит общее для обеих секций опорное устройство, а гибкие элементы являются металлическими трубками, закрепленными пайкой на секциях токопроводящего элемента.
Гибкие элементы обеспечивают передачу электричества между секциями с незначительной потерей энергии в силу их небольшой длины.
Таким образом, гибкие элементы образуют шарнир в центре токопроводящего устройства, который деформируется, но не разрывается, следуя за перемещениями прибора. Общий для секций опорный элемент позволяет избежать несогласованных перемещений секций во время манипулирования ими, которые могли бы привести к разрыву соединяющих секции гибких элементов.
Комбинация в основном жестких металлических трубок для соединения секций и общей для секций опоры чаще всего используется, когда возникает необходимость охлаждения секции жидкостью. В этом случае трубки выполняют функцию не только электрического, но также и гидравлического соединения, так как соединяют каналы секций, по которым циркулирует жидкость.
В документе GB-A-2051461 описаны жесткие электрические проводники, объединенные металлическими оплетками или достаточно гибкими, но не герметичными элементами, не позволяющими обеспечивать циркуляцию охлаждающей жидкости от одного участка к другому. Таким образом, необходимо добавлять гибкие трубопроводы с соединениями, гораздо более сложными, чем простые паяные соединения.
Другие конструктивные особенности изобретения позволяют применять его для прохождения через стенку биологической защиты, через которую необходимо проложить участок устройства без зазора. Этот участок может быть выполнен в виде третьей секции, оборудованной каналами охлаждения, которые выполнены на поверхности третьей секции и имеют извилистую форму. При этом третья секция содержит экраны ионизирующего излучения, выполненные вдоль одной линии с прямолинейными участками каналов охлаждения, кожух электромагнитного экранирования, содержащий наружную посадочную поверхность и охватывающий третью секцию, и прокладочный материал, расположенный между третьей секцией и кожухом электромагнитного экранирования.
Другие отличительные признаки должны обеспечивать перемещение прибора, связанное скорее с растяжением или сжатием устройства, чем с его изгибом. Таким образом, можно предусмотреть, чтобы в случае необходимости токопроводящий элемент содержал по меньшей мере одну третью секцию (соответствующую вышеупомянутой третьей секции), установленную как продолжение одной из секций, и соединитель секций, содержащий зажимные захваты для стягивания указанных секций, установленных в продолжении друг друга.
Можно также предусмотреть возможность демонтажа последовательно установленных секций устройства переноса, оборудованных каналами охлаждения. В этом случае предпочтительно их снабжают разъемными соединителями, а еще предпочтительнее - клапанами, автоматически закрывающимися при демонтаже.
Изобретение будет более понятным из нижеследующего описания со ссылками на прилагаемые чертежи.
На фиг.1 показан предпочтительный пример осуществления изобретения;
на фиг.2 показана жесткая секция устройства;
на фиг.3 показан гибкий участок устройства;
на фиг.4 и 5 показаны механические, электрические и гидравлические соединения секций с охлаждаемыми проводниками.
Как показано на фиг.1, устройство передачи электричества содержит жесткий участок 1, проходящий через выполненные в стенке 2 биологической защиты отверстия, предназначенные для прокладки различных магистралей или для прохождения предметов между закрытой камерой, ограниченной стенкой 2 биологической защиты, и внешним пространством. Жесткий участок 1 соединен с источником 3 электрического питания. Как показано на фиг.2, жесткий участок содержит один или несколько токопроводящих элементов 4 (в данном случае два) в виде удлиненных медных пластин, разделенных промежуточным изолирующим листом 5. Токопроводящие элементы 4 оборудованы рельефными каналами 6 охлаждения, выступающими наружу. Каналы 6 охлаждения выполнены извилистыми, а, точнее, содержат зигзагообразные участки 7, разделяющие прямолинейные участки 8. С токопроводящими элементами 4 соединены экраны 9 из меди, расположенные на одной линии с прямолинейными участками 8 и выступающие наружу, повторяя рельеф каналов 6 охлаждения на токопроводящих элементах 4. Такая конструкция позволяет посредством медных экранов 9 задерживать ионизирующее излучение, которое могло бы пройти через стенку 2 биологической защиты по прямолинейным участкам 8 каналов 6 охлаждения, в частности, когда последние являются пустыми и не содержат охлаждающей жидкости, которая циркулирует в них большую часть времени. Каналы 6 охлаждения заканчиваются на соединительных патрубках 10, которые выполнены в направлении, поперечном к токопроводящим элементам 4, и будут описаны ниже. Жесткий участок 1 содержит также полимерный кожух 11, состоящий из двух соединенных половин, охватывающих токопроводящие элементы 4, заполняя остальную часть сечения отверстия стенки 2 биологической защиты, в которое заходит жесткий участок 1. Наконец, вся конструкция закрыта кожухом 12 электромагнитного экранирования.
Важным элементом изобретения является другой участок устройства передачи электричества, соединяющий с другой стороны защитной стенки 2 описанный выше жесткий участок 1 с тиглем 14 для остекловывания, который может смещаться в небольших пределах. Этот другой участок, показанный на фиг.3, является гибким участком 13, содержащим две последовательно установленные секции 15 и 16, каждая из которых, как и жесткий участок 1, содержит пару токопроводящих элементов 18 и разделяющий их промежуточный изолирующий лист 19. Токопроводящие элементы 18 тоже содержат каналы 20 охлаждения, расположенные в продольном направлении и заканчивающиеся на удаленных концах секций 15 и 16 соединительными патрубками 21, аналогичными вышеуказанным патрубкам 10, а на обращенных друг к другу концах секций 15 и 16 заканчиваются соединительными каналами 22, расположенными в поперечном направлении относительно токопроводящих элементов 18.
Соединительные каналы 22 соединены между собой гибкими металлическими трубками 23 (из нержавеющей стали или из меди), которые одновременно выполняют функцию механического, электрического и гидравлического соединения между секциями 15 и 16, пропуская через себя электрический ток и воду каналов 20 охлаждения. Число гибких трубок 23, их расположение и длину определяют таким образом, чтобы максимально снизить индуктивность секции. Секции 15 и 16 не соединены больше никакой другой деталью. Основным свойством гибких трубок 23 является сопротивление изгибу, возникающему в результате углового смещения секций 15 и 16 относительно друг друга, и гашение колебаний тигля 14 остекловывания. Электрическая изоляция гибких трубок 23, соединенных с ответными токопроводящими элементами 18, обеспечивается промежуточными изолирующими листами 19, которые выступают из токопроводящих элементов 18 и разделяет их. В любом случае можно предусмотреть достаточный зазор между гибкими трубками 23, чтобы исключить любую возможность образования электрических дуг, одновременно избегая чрезмерного повышения индуктивности линии. Установлено также, что изгибы гибких трубок 23 в умеренных пределах не приводят к разрыву паяных соединений, посредством которых они соединены с соединительными каналами 22. Секции 15 и 16 охвачены кожухами 24 электромагнитного экранирования, которые расположены также вокруг гибких трубок 23 и содержат участки взаимного перекрывания, препятствуя, таким образом, любой утечке электромагнитного потока в сторону внешнего пространства.
Предусмотрены дополнительные меры предосторожности, предотвращающие разрыв гибкого соединения 17 в результате неловкого манипулирования. Секции 15 и 16 соединены также талью 26, оборудованной коромыслом 27. На концы коромысла посредством соединительной оси 41 (на фигуре показана только одна ось) шарнирно подвешены лапки 40, неподвижно соединенные с ответными секциями 15 и 16. Когда гибкий участок 13 необходимо переместить, его приподнимают при помощи не показанного дистанционного манипулятора, захватывающего таль 26. Коромысло 27 уравновешивается в зависимости от масс соединенных с секциями узлов 15 и 16, которые остаются на одном уровне. При этом гибкие трубки 23 почти не испытывают нагрузки. Кроме того, секции 15 и 16 оборудованы ножками 28 для поддержания их на постоянной одинаковой высоте на общей опоре, когда токопроводящий участок 13 отпущен. После установки на место секций 15 и 16 коромысло 27 снимают и удаляют, отвинчивая соединительные оси 41, чтобы можно было отрегулировать положение и форму гибкой секции 13.
Далее со ссылкой на фиг.4 и 5 описаны другие элементы устройства, относящиеся к соединению между жестким участком 1 и гибким участком 13. Один из токопроводящих элементов 4 жесткого участка 1 содержит выступ 29, снабженный лапкой 31 для опоры на боковину этого токопроводящего элемента 18 через боковую поверхность 30. Таким образом, гибкий участок 13 можно устанавливать в продольном и поперечном направлениях на жестком участке 1, положение которого остается неизменным.
Электрическое соединение между жестким участком 1 и гибким участком 13 можно также обеспечить при помощи струбцины 32, содержащей подвижный захват 33 и неподвижный захват 34, опирающиеся на наружные стороны токопроводящих элементов 4 и 18. Подвижный захват 33 является токопроводящим и устанавливает электрическое соединение между соответствующими токопроводящими элементами 4 и 18, которые не имеют прямой электрической связи. Этот захват перекрывает токопроводящие элементы 4 и 18, оставаясь при этом отдельной от них съемной деталью. Неподвижный захват 34 закреплен на выступе 29. Стяжной болт 35 удерживает их рядом, когда его затягивают, прижимая подвижный захват 33 к токопроводящим элементам 4 и 18. Когда болт ослабляют, подвижный захват 33 освобождается, и токопроводящие элементы 4 и 18 можно разъединить. Стяжной болт находится под тем же напряжением, что и неподвижный захват 34 и выступ 29, но изолирован электрически от подвижного захвата 33 посредством изолирующей чашки 37, расположенной между подвижным захватом 33 и гайкой 36 стяжного болта 35. Стержень стяжного болта 35 содержит втулку с буртиком для опоры на выступ 29.
Таким образом, передача электричества происходит через выступ 29 для одной пары токопроводящих элементов 4 и 18 и через токопроводящий захват 33 для другой пары токопроводящих элементов. Перемещение тигля 14 остекловывания в предусмотренных пределах выражается в скольжении токопроводящих элементов 18 гибкого участка 13 по боковой поверхности 30 выступа 29 и на токопроводящем захвате 33, при этом контакт и электропроводность не прерываются, а также в изгибе гибкого соединения 17, как уже упоминалось, как при горизонтальном, так и при вертикальном перемещении.
Патрубки 10 и 21 участков 1 и 13 соединяют при помощи изогнутых соединителей 38, которые легко устанавливать на патрубки 10 и 21 при помощи инструмента с дистанционным управлением. Соединители 38 являются гибкими и закрыты по всей своей наружной поверхности электрическим изолятором. Предпочтительно их располагают с одной и той же стороны секций, чтобы их можно было легко устанавливать и снимать. Они содержат втулки 39, заходящие на патрубки 10 и 21, производя защелкивание, которое открывает клапаны (не показаны), находящиеся в патрубках 10 и 21 и в соединителях 38 для установления сообщения с каналами. Эти клапаны закрываются автоматически при удалении соединителей 38, перекрывая, таким образом, каналы и предотвращая утечки. Такие системы известны в области гидравлических соединений, поэтому их описание опущено.