УСТРОЙСТВО ПОДАЧИ ИЗДЕЛИЙ НА ПЕРЕРАБОТКУ С ПРИЖИМАМИ

Заявляемая полезная модель относится к устройствам, предназначенным для герметичной подачи длинномерных изделий, например, тепловыделяющих сборок энергетических ядерных реакторов, на переработку в герметичную рабочую камеру и может быть использована в радиохимической промышленности.
В настоящее время в мировой практике использования ядерной энергетики существует проблема переработки отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС) ядерных реакторов. ОТВС после извлечения их реактора находятся в хранилищах, которые представляют собой сложные сооружения, оснащенные средствами поддержания определенного режима их хранения. В ОТВС находится значительное количество ценных компонентов - невыгоревшее топливо, радиоактивные изотопы. Невыгоревшее топливо после соответствующей очистки возвращают в ядерный топливный цикл для повторного использования. Радиоактивные изотопы применяют в промышленности, медицине, научных исследованиях. Переработка ОТВС позволяет разгрузить хранилища, расходы на содержание которых сравнимы с расходами на переработку ОТВС. В ряде стран, в том числе и в России, перерабатывают ОТВС, этому уделяется большое внимание.
Оборудование, с помощью которого осуществляется переработка ОТВС, размещается в камерах с биологической защитой, обслуживается дистанционно. Стоимость этих камер весьма значительна. Определяющей величиной стоимости являются габаритные размеры оборудования, размещаемого в защитных камерах. Сокращение размеров оборудования не только снижает его металлоемкость и стоимость самого оборудования, но и снижает затраты на строительство и содержание защитных камер. Значительные размеры такого оборудования могут быть причиной невозможности обеспечения ядерной безопасности при работе с делящимися материалами. Минимальные объемы полостей оборудования, и соответственно, минимальные размеры их внутренних поверхностей важны для проведения дезактивации оборудования, в котором производится переработка ОТВС. Значительное внимание уделяется безотказности, надежности, ремонтопригодности оборудования размещаемого в защитных камерах.
Известно устройство для подачи изделий, например тепловыделяющих сборок энергетических ядерных реакторов, в герметичную рабочую камеру (а.с. СССР №713367 от 12.09.1978 г.), включающую раму, герметичный корпус с загрузочным отверстием, соединенный с помощью прижимного устройства с рабочей камерой, механизм для перемещения изделий, помещенный в корпус, и привод. С целью сокращения габаритов устройства, механизм для перемещения изделий снабжен зажимом для изделия и соединен с приводом через разъемную муфту, а корпус установлен на раме с возможностью его поворота в вертикальной плоскости и продольного перемещения, причем загрузочное отверстие выполнено в корпусе со стороны рабочей камеры.
Недостатки этого устройства следующие:
1. Ограничение величины перемещения изделия. Изделие может перемещаться только на величину хода зажима для изделия внутри герметичного корпуса из-за отсутствия толкателя.
2. Значительные размеры внутренней полости герметичного корпуса. Это может быть причиной невозможности обеспечения ядерной безопасности при работе оборудования с делящимися материалами в радиохимии.
Минимальные объемы полостей и, соответственно, минимальные размеры их внутренних поверхностей важны для обеспечения проведения мероприятий по дезактивации оборудования, которые проводятся, например, в радиохимическом производстве.
Сокращение размеров оборудования снижает его металлоемкость и стоимость. Это особенно важно при размещении оборудования в камерах с биологической защитой, так как снижает габариты камер, стоимость которых очень велика.
3. Сложный многозвенный механизм, размещенный в герметичном корпусе, не только увеличивает размеры корпуса, но и делает невозможным его обслуживание, затрудняет дезактивацию вследствие большой суммарной поверхности деталей механизма и их плотной компоновке. Сложность и многозвенность механизма, требующего точных взаимных перемещений деталей с необходимостью их периодического сопряжения в условиях отсутствия визуального контроля и наличия ограничений, связанных с работой оборудования в условиях радиохимического производства, существенно снижает надежность и долговечность механизма.
Известно устройство для транспортировки изделий (по а.с. СССР №792787 от 18.04.1979 г.), которое благодаря наличию толкателя обеспечивает перемещение изделий на существенно большую величину. Но это устройство также имеет следующие существенные недостатки:
1. В отличие от устройства по а.с. СССР №713367, данное устройство имеет трущиеся поверхности деталей, с посадочными зазорами, воспринимающие рабочую нагрузку. В условиях, например, радиохимического производства, когда детали оборудования изготавливаются преимущественно из коррозионностойких сталей, имеющих повышенную склонность к адгезии, которые эксплуатируются при повышенных температурах и невозможности использования эффективных смазок, надежность и долговечность такого механизма вызывают сомнение.
2. Механизм, размещенный в герметичном корпусе, увеличивает размеры этого корпуса. Эти недостатки аналогичны недостаткам описанного выше устройства по а.с. СССР №713367. Для перемещения изделий, например таких, как ТВС энергетических ядерных реакторов, требуются значительные усилия (несколько сотен килограммов). Эти усилия могут еще увеличиться при проведении некоторых технологических операций с выделением пыли абразивных материалов (например разрушение ОТВС), которая отрицательно воздействует на пары трения, вызывая их интенсивный износ. Изображенные на схеме в описании изобретения упоры, прикрепленные к приводной цепи, не смогут обеспечить передачу подобных усилий. Данная конструкция требует усовершенствования, упоры должны перемещаться по направляющим. Это еще более усложнит механизм, сделает его еще более громоздким.
3. Необходимость вращения вала механизма, расположенного внутри герметичного корпуса, приводом, размещенным снаружи, предполагает наличие сальникового уплотнения вала. Такое уплотнение гораздо менее надежно и долговечно по сравнению с сильфонами, которые используются в описанном выше устройстве по а.с. СССР №713367 для герметизации ввода в герметичную полость поступательно перемещаемых элементов оборудования.
Известна конструкция Импульсивного ввода поступательного движения по а.с. СССР №288470 от 14.08.1969, принятая в качестве прототипа.
Эта конструкция содержит ведомый шток, который центрирован в направляющих в герметичных корпусах. На ведомом штоке нарезаны зубья. Конструкция включает также подвижную трубу (корпус), через сильфон герметично присоединенную к неподвижной трубе (корпусу), два аналогичных возвратно-поступательных механизма с сильфонами, штоки которых снабжены зубчатыми прижимами, причем один механизм установлен на подвижной трубе, а другой - на неподвижной трубе. Подвижная труба совершает возвратно-поступательные движения своим приводом.
Работа этой конструкции происходит следующим образом. Механизмом, установленным на подвижной трубе, ведомый шток сцепляется с подвижной трубой, и перемещается в ней на некоторую величину. Ведомый шток соединяется с неподвижной трубой, и расцепляется с подвижной трубой. Подвижная труба возвращается в исходное положение. Далее описанные действия повторяются, ведомый шток совершает прерывистое импульсивное перемещение в определенном направлении. Для его перемещения в обратном направлении совершаются те же действия в другой последовательности.
Данная конструкция представлена в виде схемы, дающей представление о ее принципе действия. Но здесь отсутствуют конкретные элементы конструкции, которые обеспечивают эффективность заявляемого устройства для перемещения изделий: значительную величину перемещения изделия, надежность и долговечность
Существенным недостатком этого устройства является то, что толкатель и перемещаемое изделие располагаются на одной оси в его корпусе, увеличивая габарит на длину толкателя.
Указанные недостатки аналогов и прототипа отсутствуют в предлагаемом в качестве полезной модели техническом решении.
Технической задачей заявляемой полезной модели является повышение надежности, которая достигается благодаря предельно простой кинематической схеме перемещения изделий. Толкатели, к которым прилагают усилия для перемещения изделий - это прочные изделия, которые невозможно сломать или повредить. Одной из предпосылок надежной работы устройства является то, что усилия перемещения уравновешены, направлены по оси перемещаемого звена. При этом отсутствуют поперечные усилия.
Технический результат достигается благодаря тому, что в состав устройства входит направляющая для перемещения изделий, выполненная в виде ложемента, соединенного с неподвижным корпусом и расположенного внутри подвижного корпуса, подвижный корпус имеет прижимы, воздействующие в поперечном направлении на толкатель или на перемещаемое изделие с усилием, достаточным для их удержания при перемещении. Кроме того, в подвижном корпусе по бокам размещенного в нем ложемента помещены балки, обладающие способностью поднимать перемещаемое изделие на некоторую величину, отрывая его от ложемента, и опускать его на ложемент, отходя от перемещаемого изделия.
Техническая сущность и принцип действия предложенного устройства поясняются чертежами, где изображены:
на фиг. 1 - продольный разрез устройства
на фиг. 2 - разрез А-А, изделие не показано
на фиг. 3 - разрез В-В
на фиг. 4 - схема зацепления толкателей
на фиг. 5 - разрез Б-Б Устройство (фиг. 1) включает раму 1, два корпуса: неподвижный 2 и подвижный 3. Корпусы связаны между собой гибким эластичным элементом, например сильфоном 4. Подвижный корпус перемещается двумя пневмоприводами 5 (фиг. 2). Неподвижный корпус 2 жестко связан с ложементом 6, который входит в подвижный корпус на всю его длину (фиг. 1). Ложемент является лотком, на котором размещается перемещаемое изделие 7, и укладываются толкатели, которые входят в состав устройства. Толкателей может быть один или несколько в зависимости от того на какую длину необходимо переместить изделие, например три поз. 8, 9, 10 (фиг. 1). Толкатели располагаются один над другим в накопителе 11 (фиг. 1). Каждый из толкателей в верхней части имеет Т-образный выступ 12 (фиг. 3), который входит в паз 13, выполненный в нижней части выше расположенного толкателя (кроме нижнего толкателя 8). Верхний толкатель 10 таким же образом соединен с направляющей 14 (фиг. 3), связанной со штоком пневмопривода 15. Нижний толкатель может иметь устройство (на чертежах не показано) для сцепления с транспортируемым изделием. На торцах толкатели имеют устройства, с помощью которых они соединяются друг с другом: пазы 16 и выступы 17 (фиг. 4). По бокам подвижного корпуса 3, в горизонтальной плоскости, установлены прижимы 18 и 19 (фиг. 2). Они зажимают толкатели, соединяя их с подвижным корпусом 3. В зажатом состоянии толкатель перемещается вместе с подвижным корпусом пневмоприводами 5 (фиг. 2) на величину шага (длина которого настраивается также при помощи пневмоприводов 5) по неподвижному ложементу 6 (фиг. 1). Прижимы устанавливаются попарно с разных сторон толкателей для уравновешивания усилий зажима и их центрирования.
С торцов Устройство имеет загрузочные отверстия, через которые осуществляют загрузку и выгрузку перемещаемых изделий.
Для подачи непрочных (хрупких) изделий в состав устройства входит механизм работающий по принципу шагающей балки. Этот механизм имеет две балки 20 (фиг. 5), расположенные по бокам ложемента 6, связанные с подвижным корпусом 3. Балки закреплены на штоках пневмоцилиндров 21, и могут подниматься, и опускаться вместе с перемещаемым изделием, с которым они сопрягаются. Устройство подачи изделий на переработку можно также переводить из горизонтального положения в вертикальное (для загрузки в его корпус изделия) и обратно. Для этого оно должно быть снабжено поворотными цапфами для вращения и приводом.
Работает устройство подачи изделий на переработку следующим образом.
Возможны два варианта работы устройства. Вариант 1 работы устройства.
Подача непрочного изделия, которое не допускает воздействия на него усилия прижимов и может от этого деформироваться. Например, ОТВС, которая подверглась операции охрупчивания, и сжатие ее прижимами может нарушить ее целостность.
В этом случае, подача изделия начинается при помощи шагающей балки. В исходном положении, перемещаемое изделие 7 находится в подвижном корпусе 3 (фиг. 1) в крайней левой позиции, и опирается на балки 20 (фиг. 5). Для перемещения изделия 7, его поднимают на балках 20, связанных со штоками пневмоцилиндров 21, вверх на некоторую величину, чтобы не было соприкосновения с ложементом 6 (фиг. 5). Затем происходит перемещение подвижного корпуса 3 по раме 1, вместе с изделием 7, пневмоприводами 5 вправо на величину установленного шага, величина шага устанавливается изменением хода штока пневмоприводов 5. Далее балки 20 опускают, укладывая изделие 7 на неподвижный ложемент 6, где оно остается, а подвижный корпус 3 с балками 20 возвращают в исходное положение при помощи пневмоприводов 5. Происходит перемещение изделия 7 вперед на величину шага. Далее приведенные выше действия повторяются, изделие 7 перемещается до выхода левого торца за пределы накопителя 11, где находятся сцепленные друг с другом и со штоком пневмопривода 15 толкатели 8, 9, 10 (фиг. 3), а затем опускают на ложемент 6 толкатель 8 пневмоприводом 15 и дальнейшее перемещение изделия 7 происходит толкателем 8. По мере продвижения толкателя 8, его Т-образный выступ 12 выходит из паза 13 толкателя 9, таким образом, происходит их разъединение. Толкатель 8 может сцепляться с изделием 7, в случае необходимости - для этого толкатель 8 снабжается специальным захватом (на чертежах не показан). Сцепление толкателя 8 с изделием 7 важно, в том случае, если может возникнуть необходимость возврата изделия 7 в корпус устройства (например, при аварийной ситуации). Дальнейшее перемещение изделия 7 толкателем 8 происходит следующим образом. Толкатель 8 зажимают прижимами 18, соединяя его одновременно с подвижным корпусом 3. В зажатом состоянии толкатель 8 перемещается вместе с подвижным корпусом 3 пневмоприводами 5 на величину шага, величина которого настраивается также при помощи пневмоприводов 5, по неподвижному ложементу 6. Затем прижимы 18 расходятся, освобождая толкатель 8, а изделие 7 остается на ложементе 6. Подвижный корпус 3 возвращается в исходное положение по раме 1 пневмоприводами 5, а толкатель 8 остается на ложементе 6. Затем эти действия повторяются, толкатель 8 и связанное с ним изделие 7 периодически перемещаются в направлении подачи изделия 7 по неподвижному ложементу 6. В начале движения толкатели связаны с подвижным корпусом 3 с помощью прижимов 18. Когда он начинает выходить из прижимов 18, вступают в работу прижимы 19, а прижимы 18 далее не работают до опускания на ложемент 6 следующего толкателя.
При дальнейшем движении, когда задний левый торец толкателя 8 приблизится к выходу за пределы накопителя 11, опускается толкатель 9 пневмоприводом 15. При этом он сцепляется с толкателем 8. Далее происходит совместное перемещение двух толкателей и изделия. После достижения задним левым торцом толкателя 9 выхода за границы накопителя 11, опускают на ложемент 6 толкатель 10, который сцепляется с толкателем 9, и далее все три толкателя вместе перемещают изделие до заданного конечного положения.
После завершения подачи изделия 7, толкатель 8 расцепляют с изделием (если он был сцеплен). Далее происходит перемещение толкателей в обратной последовательности назад в накопитель. Исходное положение подвижного корпуса - крайнее правое (сильфон 4 сжат). При этом производят все те же, описанные выше, действия только в обратной последовательности. При прохождении толкателя 10 под накопителем его Т-образный выступ 12 входит в паз 13 направляющей 14 (фиг. 3), которая находится в крайнем нижнем положении. После того как толкатель 10 займет положение под проемом накопителя 11, его поднимают в полость накопителя 11 пневмоприводом 15, при этом его паз располагается на уровне Т-образного выступа 12 толкателя 9. Затем при дальнейшем перемещении толкателя 9, его Т-образный выступ 12 входит в паз 13 толкателя 10, происходит сцепление его с толкателем 10. За счет этого при последующем подъеме толкателя 10 вместе с ним поднимается толкатель 9 (фиг. 3). Таким же образом толкатель 8 при перемещении сцепляется с толкателем 9 и после окончания движения, его также поднимают в полость накопителя 11. Таким образом, все толкатели снова оказываются в накопителе 11. Ложемент 6 освобожден для размещения на нем следующего изделия и можно повторить рабочий цикл подачи, загрузив в устройство очередное изделие. Изделие загружается через одно из двух торцевых отверстий корпусов 2, 3 (фиг. 1) при горизонтальном или вертикальном положении устройства.
Вариант 2 работы устройства.
Второй вариант предусматривает подачу изделий обладающих определенной прочностью, выдерживающих усилия сжатия зажимными губками (например, ОТВС с чехлом или не охрупченная без чехла). Механизм в виде шагающей балки в этом случае не используется. Исходное положение. Перемещаемое изделие 7 находится в подвижном корпусе 3 (фиг. 1) устройства в крайнем левом положении. Подвижный корпус 3 также смещен влево. Толкатели 8, 9, 10 расположены в накопителе 11. Губки прижимов 18 (фиг. 2), зажимая изделие 7, соединяют его с подвижным корпусом 3. Затем происходит перемещение подвижного корпуса 3 пневмоприводами 5 вправо на величину установленного шага. При этом изделие 7 также перемещается по неподвижному ложементу 6 вправо. После этого разжимают зажимы 18, освобождая изделие 7, подвижный корпус 3, перемещают в крайнее левое положение. Таким образом, происходит цикл перемещения изделия 7 вправо на шаг по неподвижному ложементу 6. Далее эти действия повторяются. Во время работы заявляемого устройства, изделие и толкатели перемещаются по ложементу 6, соединенному с неподвижным корпусом 2. Изделие 7 перемещается до тех пор, пока левый торец перемещаемого изделия 7 не выйдет за пределы накопителя 11. После этого на ложемент 6 опускают толкатель 8 пневмоприводом 15 (фиг. 3). Толкатель 8, также как и в первом варианте работы устройства, может быть сцеплен с изделием 7. Дальнейшее перемещение изделия 7 происходит при помощи толкателя 8, путем воздействия его на перемещаемое изделие 7. Во время перемещения толкателя 8, его Т-образный выступ 12 постепенно выходит из паза 13 толкателя 9 и совсем расцепляется с ним при выходе его за пределы габарита толкателя 9 (фиг. 3). В это время опускают на ложемент 6 толкатель 9, он входит в зацепление с толкателем 8 (схема зацепления показана на фиг. 4). Далее перемещение изделия 7 происходит двумя соединенными между собой толкателями 8 и 9. Последним вступает в работу толкатель 10. Дальнейшая работа устройства аналогична описанной в первом варианте.
Таким образом, подавать изделие 7 на переработку заявляемым устройством можно двумя способами в зависимости от прочностных характеристик изделия - с использованием шагающей балки или без нее.
При использовании заявляемого устройства в производстве возникают следующие технические преимущества:
1. Как в аналоге №1 (а.с. СССР №713367 от 12.09.1978 г), трущиеся поверхности его деталей не воспринимают рабочую нагрузку. Но механизм, перемещающий изделие, в заявляемом устройстве значительно проще. Это повышает его надежность и долговечность, и обеспечивает значительно меньшие поперечные размеры корпуса устройства.
2. Как и в аналоге №2 (а.с. СССР №792787 от 18.04.1979 г.), в нем присутствует толкатель, дающий возможность перемещения изделий на большую величину. Но в заявляемом устройстве, в отличие от аналога №2, трущиеся поверхности механизма не воспринимают рабочие нагрузки, что обеспечивает его высокую надежность и долговечность. Здесь нет необходимости периодического вхождения выступающих частей одних деталей во впадины в других деталях. Передача усилия на толкатель и изделие производится через жесткие зажимные устройства сцеплением за счет трения и непосредственным контактом, а не через упоры на приводной цепи, ограничивающие величину передаваемых усилий.