НАГРЕВАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к устройствам для создания и поддержания температуры и может быть использована, в частности, в ядерной технике, а именно, в оборудовании для высокотемпературной переработки отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) и радиоактивных отходов (РАО) при условиях эксплуатации в радиационно-защитной камере с инертной газовой средой.
На сегодняшний день в ряде отраслей промышленности существует необходимость выполнения дистанционных работ для обеспечения защиты персонала от вредных факторов производства при выполнении технологических операций. Одна из них - атомная промышленность.
Известна печь для отверждения высокоактивных и среднеактивных отходов (Патент РФ на полезную модель №146714, G21F 9/16, опубл. 20.10.2014), содержащая корпус, размещенные в нем U-образные нагреватели из жаропрочного материала, платформу для установки тигля с отходами. Печь снабжена дверцей, открывающейся по принципу “книжки” и соединенной с выдвигающейся из печи платформой с помощью шатунного механизма. За счет соединения шатунным механизмом с дверцей печи платформа с установленным на ней тиглем по рельсовым направляющим вдвигается и выдвигается из печи поворотом ручки на дверце. Эту операцию можно осуществлять дистанционно. В другом варианте устройства верхняя часть корпуса печи снабжена отверстием для установки в печь и извлечения выступающего над корпусом печи тигля дистанционно при закрытой дверце.
Однако данное устройство не позволяет дистанционно оперативно осуществлять работы по монтажу/демонтажу и замене нагревателей, что может потребоваться при эксплуатации устройства. Для выполнения таких работ требуется прекращение технологического процесса переработки РАО, извлечение тигля из печи. Работы по монтажу/демонтажу и замене нагревателей выполняются в радиационно-защитной камере, что приводит к риску увеличения вредного воздействия на обслуживающий персонал. Кроме того, U-образные нагреватели внутри печи не обеспечивают охват тигля, что может привести к неравномерности нагрева тигля.
Известен резистивный цилиндрический прямонакальный нагреватель из листового материала для высокотемпературных малоинерционных электропечей (Патент РФ №2061302, H05B 3/62, опубл. 27.05.1996), который содержит три секции, подключаемые к индивидуальным источникам питания. Секции электрически изолированы друг от друга и снабжены радиально установленными токоподводами. Длина центральной секции выполнена равной и более 1,3 D, а длина концевых секций в пределах - 0,3D-0,5D, где D - внутренний диаметр нагревателя.
Конструкция обеспечивает выравнивание температуры по длине вне зависимости от массы и геометрии нагреваемого изделия в нагревателях, работающих от 700 до 2500°C. Поскольку перемещение секций в конструкции нагревателя не предусматривается, невозможно дистанционно оперативно осуществлять работы по их монтажу/демонтажу и замене.
Технический результат, который может быть получен при использовании заявляемой полезной модели, заключается в создании возможности дистанционно оперативно осуществлять работы по монтажу/демонтажу и замене нагревательных модулей без извлечения нагреваемого объекта, а извлечение нагреваемого объекта осуществлять без повреждения нагревательных модулей и самого нагреваемого объекта.
Указанный технический результат достигается тем, что нагревательное устройство включает, по меньшей мере, два нагревательных модуля, содержащих нагревательные элементы. Нагревательные модули установлены в корпусе с возможностью перемещения, преимущественно горизонтального, с формированием в сомкнутом положении полости для размещения нагреваемого объекта. В корпусе выполнена опорная поверхность, сопрягаемая с опорной поверхностью нагреваемого объекта.
Части (элементы) устройства находятся в конструктивном единстве и функциональной взаимосвязи.
Нагревательные модули содержат преимущественно резистивные нагревательные элементы.
Нагревательные элементы выполнены преимущественно в форме, повторяющей форму полости при сомкнутом положении нагревательных модулей.
Высота нагревательных элементов выбрана из условия обеспечения равномерности осевого распределения температуры в нагреваемом объекте,
Поверхности смыкания нагревательных модулей выполнены криволинейными, преимущественно типа шип-паз.
Поверхности смыкания нагревательных модулей выполнены из теплоизоляционного материала.
Опорная поверхность корпуса, сопрягаемая с опорной поверхностью нагреваемого объекта, выполнена в верхней части корпуса.
Нагревательные модули могут быть дополнительно снабжены элементами для размещения и фиксации термоизмерительных устройств.
Нагревательные модули могут быть снабжены элементами для дистанционного размещения термоизмерительных устройств.
Элементы для размещения термоизмерительных устройств могут быть выполнены в виде криволинейных каналов в нагревательных модулях.
В качестве термоизмерительных устройств в нагревательных модулях использованы термопары.
Нагревательные модули снабжены элементами для дистанционного подключения тоководов.
Нагревательные модули установлены в корпусе с возможностью дистанционного перемещения.
Нагревательные модули могут быть установлены на подвижных платформах.
Нагревательные модули для перемещения могут быть снабжены грузозахватными элементами.
Наличие в нагревательном устройстве, по меньшей мере, двух нагревательных модулей, установленных с возможностью перемещения, обеспечивает возможность дистанционно оперативно с помощью манипуляторов осуществлять работы по их монтажу/демонтажу и замене неисправного модуля без извлечения нагреваемого объекта. Это особенно важно при использовании нагревательного устройства в оборудовании для выполнения работ, связанных с радиационно опасными материалами, выполняемых в радиационно-защитной камере, в частности, в оборудовании для высокотемпературной переработки ОЯТ и РАО, что, соответственно, позволит исключить вредное воздействие на обслуживающий персонал.
Кроме того, извлечение нагреваемого объекта, например, тигля или муфеля, при разомкнутых нагревательных модулях исключает повреждение нагревательных модулей и самого нагреваемого объекта.
Преимущественно горизонтальное перемещение нагревательных модулей, размещение их на подвижных платформах, наличие грузозахватных элементов, позволяют использовать манипуляторы с простыми движениями.
Нагреваемый объект размещается в полости, которую формируют нагревательные модули в сомкнутом положении. При этом нагреваемый объект охватывается нагревательными элементами, установленными в нагревательных модулях. Кроме того, нагревательные модули смыкаются по криволинейной поверхности, преимущественно типа шип-паз, а поверхности смыкания выполнены из теплоизоляционного материала. Такое конструктивное исполнение нагревательных модулей позволяет минимизировать тепловые потери. Равномерность осевого распределения температуры в нагреваемом объекте обеспечивается выбором высоты нагревательных элементов. Использование резистивных нагревательных элементов обеспечивает возможность использования нагревательного устройства в широком диапазоне температур с возможностью изменения режимов нагрева.
Выполнение в корпусе опорной поверхности, сопрягаемой с опорной поверхностью нагреваемого объекта, обеспечивает установку нагреваемого объекта без опоры на нагревательные модули, что позволяет перемещать их без извлечения нагреваемого объекта и извлекать нагреваемый объект при разомкнутых нагревательных модулях, что исключает повреждение нагревательных модулей и самого нагреваемого объекта. Выполнение опорной поверхности в верхней части корпуса упрощает замену нагреваемого объекта.
Элементы для размещения и фиксации термоизмерительных устройств, преимущественно термопар, и элементы для дистанционного подключения тоководов, выполненные на нагревательных модулях, обеспечивают удобство дистанционного монтажа в радиационно-защитной камере с применением манипуляторов.
Выполнение элементов для размещения термоизмерительных устройств в виде криволинейных каналов в нагревательных модулях облегчает дистанционное размещение в них термопар.
На графическом изображении представлена схема нагревательного устройства с установленным в нем нагреваемым объектом в положении, когда один модуль отведен от нагреваемого объекта.
В корпусе (1) установлены нагревательные модули (2). В приведенной схеме использованы два нагревательных модуля. В сомкнутом положении нагревательные модули (2) формируют полость (3) для размещения нагреваемого объекта (4). Нагревательные модули (2) содержат нагревательные элементы (5). Поверхности смыкания нагревательных модулей выполнены из теплоизоляционного материала (6). В корпусе (1) выполнена опорная поверхность (7), сопрягаемая с опорной поверхностью нагреваемого объекта (4). На приведенной схеме опорная поверхность (7) выполнена в верхней части корпуса (1) над нагревательными модулями (2). В нагревательных модулях (2) выполнены криволинейные каналы (8) для размещения термопар. Нагревательные модули (2) снабжены элементами для дистанционного подключения тоководов (9). Нагревательные модули (2) для перемещения могут быть установлены на подвижных платформах и снабжены грузозахватными элементами (на схеме не показаны). Корпус (1) может дополняться крышкой (на схеме не показана).
Работа нагревательного устройства обеспечивается благодаря конструктивному единству и функциональной взаимосвязи всех элементов и осуществляется следующим образом.
Нагреваемый объект (4) размещается в корпусе (1), опираясь своей опорной поверхностью на опорную поверхность корпуса (7), при этом нагревательные модули (2) разомкнуты. После чего нагревательные модули (2) перемещают с использованием известных приспособлений для направленного перемещения, например, на подвижных платформах, установленных на рельсовых направляющих (на схеме не показаны), до их смыкания. При этом нагреваемый объект (4) оказывается внутри нагревательных модулей (2) в образованной ими полости (3). Нагревательные модули (2) смыкаются по криволинейной поверхности, преимущественно типа шип-паз, а поверхности смыкания выполнены из теплоизоляционного материала (6). Нагревательные элементы (5), выполненные в форме, повторяющей форму полости (3), охватывают нагреваемый объект (4), что обеспечивает равномерный нагрев. Равномерность осевого распределения температуры в нагреваемом объекте обеспечивается выбранной высотой нагревательных элементов (5). Такая конструкция нагревательных модулей (2) позволяет минимизировать тепловые потери.
Подвод электропитания к нагревательным элементам (5) осуществляется с помощью элементов для дистанционного подключения тоководов (9), установленных на нагревательных модулях (2).
Контроль за температурой осуществляется с помощью термопар, которые могут устанавливаться, например, в криволинейных каналах (8), выполненных в нагревательных модулях (2).
Для извлечения нагреваемого объекта (4) нагревательные модули (2) размыкаются и отводятся от нагреваемого объекта (4). Перемещение нагревательных модулей (2) может осуществляться как одновременно, так и независимо. Это позволяет для выполнения работ по монтажу/демонтажу и замене неисправного нагревательного модуля (2) или его отдельных элементов отводить нагревательный модуль (2) от нагреваемого объекта (4) без извлечения последнего.
Горизонтальное перемещение нагревательных модулей (2), конструкция элементов для размещения термопар и элементов для подключения тоководов (9) позволяют дистанционно обслуживать нагревательное устройство, используя при этом манипуляторы с простыми движениями.
Заявляемая полезная модель эффективна при использовании в оборудовании для выполнения работ, связанных с радиационно опасными материалами, выполняемых в радиационно-защитной камере, в частности, в оборудовании для высокотемпературной переработки ОЯТ и РАО, что, соответственно, позволяет исключить вредное воздействие на обслуживающий персонал.
Возможность осуществления нагревательного устройства подтверждается использованием известных средств и недефицитных материалов, в том числе признаков, представленных на уровне функционального обобщения. Проведенные испытания подтвердили возможность дистанционно оперативно осуществлять работы по монтажу/демонтажу и замене нагревательных модулей без извлечения нагреваемого объекта, а извлечение нагреваемого объекта осуществлять без повреждения нагревательных модулей и самого нагреваемого объекта.