Система герметичной стыковки контейнера многоразового использования
SYSTEM FOR TIGHTLY SEALED JOINING OF A REUSABLE CONTAINER

Система герметичной стыковки контейнера многоразового использования
Изобретение относится к технике для манипулирования радиоактивными объектами или материалами и может быть использовано для их транспортировки и хранения на безлюдном производстве.
Целью изобретения является обеспечение герметичности соединения контейнеров с герметичными камерами, заполненными инертной средой, при транспортировке между ними.
Известен " Способ получения таблеток ядерного топлива, устройство и контейнер для его осуществления" (патент на изобретение WO2005031756А1, МПК G21C21/02, опубл. 07.04.2005), в котором герметичный контейнер «выполнен из немагнитного материала в виде цилиндра. Он имеет на торце клапан, соединенный с цилиндрической емкостью с помощью фланцевого соединения. Клапан имеет внутреннюю полость, отделенную от цилиндрической емкости, непроницаемой для ферромагнитных игл, поперечной сетчатой перегородкой».
Недостатками вышеописанного контейнера являются:
- использование в уплотнении фланцевого соединения, в результате чего возникает повышенная опасность попадания пыли транспортируемого продукта в зазор между фланцами (п.16, 17 формулы);
- использование в качестве основного уплотняющего элемента контейнера шарового крана (п.18 формулы) увеличивает габариты контейнера, или, что то же самое, уменьшает полезный объем при тех же габаритах. Кроме того, значительно увеличивается масса контейнера, а проходное сечение клапана оказывается меньше внутреннего диаметра контейнера, что создает предпосылки для скопления пыли.
Известен «Способ герметизации узла присоединения контейнера» (патент на изобретение RU2321528, МПК B65B 1/00, опубл. 10.04.2008), реализующий герметизацию полости контейнера за счет поджатия кольцевого уплотнителя к фланцу выгрузочного люка контейнера при помощи пневмоцилиндров, при этом для загрузки продукта в контейнер используется гибкий рукав.
Недостатками известного способа герметизации являются:
- необходимость использования гибкого рукава, что уменьшает износостойкость узла, а при размещении рукава в составе шлюза – требует дополнительных мер по периодической замене рукава в составе установки;
- так как уплотнение достигается усилием пневматического цилиндра, для удержания герметичного состояния требуется постоянное наличие давления в магистрали. При отказе пневматического цилиндра герметичность и контейнера, и шлюза нарушаются, что может привести к дальнейшему развитию аварии, и недопустимо на опасных производствах.
Наиболее близким по своей технической сути к заявляемому изобретению устройством, принимаемым в качестве ближайшего аналога, является «Fuel transfer system» (Система транспортировки топлива), описанная в патенте на изобретение US8526565B2 (МПК G21C 19/18, опубл. 03.09.2013).
Существенными признаками транспортной системы для передачи опасных сред между технологическими установками, согласно указанному патенту, являются
- использование специальной каретки и манипуляционного устройства (погрузочной стрелы) для погрузки контейнеров на нее (п.1 формулы);
- наличие в составе контейнера подпружиненной вращающейся задвижки (клапана), в свободном состоянии закрытого за счет усилия пружины (п.2,3);
- наличие в составе шлюза привода, используемого для поворота клапана контейнера в открытое положение (п.5);
- наличие штифта для точного позиционирования и удержания контейнера (п.11,12).
Наличие вышеописанных существенных признаков в совокупности с другими признаками, приведёнными в описании ближайшего аналога, которые не являются существенными с точки зрения заявляемого изобретения, позволяет реализовать безопасную, надежную и герметичную систему передачи ядерного топлива между двумя изолированными помещениями.
В то же время известная система для транспортировки ядерного топлива обладает следующим недостатком: использование поворотного клапана с пружинной фиксацией уменьшает габариты проходного сечения контейнера, что не позволяет использовать его для транспортировки твердых тел, по габаритам близким к внутреннему диаметру контейнера.
Предложена система герметичной стыковки контейнера многоразового использования с герметичными камерами.
Технической задачей изобретения является создание системы, позволяющей осуществлять безопасную транспортировку радиоактивных веществ в различных агрегатных состояниях в герметичных контейнерах между герметичными камерами, заполненными инертной средой.
Поставленная задача решается использованием шиберного клапана, приводимого в движение внешним усилием, и быстроразъемного соединения.
Техническим результатом изобретения является сохранение транспортируемых объектов в технологической атмосфере, недопущение её утечки во внешнюю среду.
Система герметичной стыковки контейнера многоразового использования в одном из возможных (но не единственном) вариантов реализации изображена на фиг.1. В состав системы входят: механический интерфейс (1), направляющие скольжения (2), вторичная направляющая для однозначной установки контейнера по углу вокруг центральной оси (3), центрирующий фланец (4), ловитель вторичной направляющей (5), быстроразъемное соединение (6), привод быстроразъемного соединения (7), разъемное уплотнение (8), сигнализатор замыкания цепи (9), магистрали штуцеров заполнения (10) и откачки (11), датчик давления (12), шиберный клапан (13).
В качестве средства сохранения герметичности контейнера используется шиберный клапан с уплотнением, для стыковки со шлюзом используется быстроразъемное резьбовое соединение с центрирующим конусом. Этот же конус обеспечивает защиту от пыли и уплотнение шлюзовой полости. Для гарантированного уплотнения, в том числе для защиты от пыли, упругие кольца разъемного уплотнения установлены на конусной поверхности в количестве как минимум двух штук, так что хотя бы одно кольцо всегда оказывается полностью поджатым даже при наличии дефектов изготовления стыковочного конуса.
Для обеспечения безопасности соединения используется система откачки и заполнения шлюзовой полости, детально раскрытая в дальнейшем описании.
Шиберный клапан, используемый в составе контейнера, содержит двойное манжетное уплотнение по периметру задвижки и приводится в действие внешним усилием (манипулятором).
Вторичная направляющая оснащена герконом, сигнализирующем об успешном контакте контейнера с быстроразъемным соединением, и удлиненным щупом с двойной контактной площадкой на конце.
В качестве транспортируемых объектов могут выступать твердые тела (изделия, детали или материалы), сыпучие тела с фракциями от 10 мкм, жидкости. Контейнеры предназначены для работы в средах, перепад давления между которыми не превышает 2,5 ата.
В составе контейнера не применяются двигатели – электрические, пневматические или иные, - а также датчики и электронные компоненты, что обеспечивает увеличение надежности в условиях повышенного радиационного фона.
Предложенная система работает следующим образом.
Для стыковки контейнера последовательно производятся операции:
- захват контейнера за механический интерфейс (1) с помощью манипулятора;
- установка контейнера манипулятором в положение начала стыковки;
- движение контейнера манипулятором в направлении герметичной камеры, в процессе чего происходит центрирование контейнера по граням направляющих конусов (4) и вторичной направляющей (3);
- срабатывание геркона (5) на вторичной направляющей сигнализирует о готовности к захвату быстроразъемного соединения (6), по этому сигналу привод (7) начинает вращать гайку быстроразъемного соединения, притягивая поверхности стыка контейнера и ответной части, и герметизируя уплотнения (8);
- процесс затяжки уплотнения продолжается до тех пор, пока щуп вторичной направляющей (3) не замкнет контакт контроля целостности цепи (9), сигнализируя о выработке полного хода направляющей;
- после затяжки соединения распределительный клапан (12) перекрывает магистраль штуцера наполнения (10), открывает магистраль штуцера откачки (11), и с помощью внешней насосной линии герметичной камеры из полости между шиберным клапаном контейнера и шлюзом камеры откачивается газ. Откачка прекращается по сигналу манометра, установленного в магистрали откачки между обратным и распределительным клапанами;
- по завершению откачки манипулятор открывает шиберный клапан (13). В случае необходимости замены атмосферы контейнера, после открытия шиберного клапана может быть произведена откачка атмосферы контейнера и заполнение его атмосферой герметичной камеры с помощью магистрали штуцера наполнения (10);
- по показаниям манометра магистрали откачки определяется факт начала открытия шиберного клапана контейнера, и по отсчету временной уставки открываются клапаны шлюза герметичной камеры. Контейнер готов к извлечению материалов.
При отстыковке контейнера с грузом перечисленные операции производятся в обратном порядке, за исключением откачки контейнера, так как контейнер уже заполнен атмосферой герметичной камеры. Расстыковка производится после закрытия шлюза герметичной камеры и шиберного клапана контейнера, откачки из полости атмосферы камеры через магистраль штуцера откачки (11).
Направляющие внутри колбы служат для однозначного позиционирования транспортируемых изделий, и облегчения подачи этих изделий внутрь герметичной камеры.
Дополнительно достигаются следующие технические результаты:
- сохранение защитной атмосферы вокруг продукта на протяжении всей технологической цепочки, в том числе с учетом необходимой смены состава атмосферы;
- применение единого вида контейнеров и для транспортировки продуктов в разных агрегатных состояниях, и для транспортировки вспомогательных приспособлений, что снижает стоимость производства;
- полностью автоматический процесс загрузки/выгрузки продукта;
- увеличение надежности контейнера за счет исключения деталей и материалов, неустойчивых в агрессивных средах и при воздействии ионизирующих излучений;
- уменьшение нагрузки на компрессоры и фильтры системы шлюзования, увеличение их ресурса за счет минимизации откачиваемых объемов.