УПЛОТНИТЕЛЬНЫЙ БОЛТ И СПОСОБ УСТАНОВКИ УПЛОТНИТЕЛЬНОГО БОЛТА
SEALING BOLT AND INSTALLATION METHOD OF SEALING BOLT

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение в целом относится к уплотнительному болту, в частности к уплотнительному болту для уплотнения контейнеров для ядерных материалов. Такой уплотнительный болт надежно соединяет крышку контейнера с корпусом контейнера и может содержать средства для идентификации отдельных болтов или контейнеров. Изобретение также относится к способу установки уплотнительного болта.
Уровень техники
При определенных обстоятельствах необходимо надежное уплотнение контейнеров. Это особенно важно, если в таких контейнерах хранятся опасные вещества, например расщепляющиеся материалы. В большинстве случаев крышку контейнера соединяют с корпусом контейнера с помощью по меньшей мере одного уплотнительного болта. Наиболее часто такой уплотнительный болт содержит какой-либо целостный элемент, разрушающийся в случае постороннего вмешательства и таким образом показывающий, что контейнер мог быть подвергнут постороннему вмешательству. Такой разрушаемый целостный элемент может быть скрыт где-либо внутри уплотнительного болта, что затрудняет проведение различия между стандартными уплотнительными болтами и уплотнительными болтами с дополнительными признаками безопасности. Таким образом, количество уплотнительных болтов с признаками безопасности, необходимыми для надежного уплотнения контейнера, может быть уменьшено.
Пример исходной конструкции уплотнительного болта показан в документе GB-A-2067699. В одном из описанных в данном документе вариантов головка уплотнения соединена со стержнем ломким целостным элементом, который разрушается при заданном моменте затяжки.
Для дополнительного увеличения надежности уплотнительных болтов идентификационный элемент может быть скрыт внутри уплотнительных болтов с целью обнаружения замены исходного уплотнительного болта другим уплотнительным болтом такого же типа. Если идентичность уплотнительного болта отличается и/или целостный элемент разрушен, уплотнительное устройство и/или содержимое контейнера могло быть подвергнуто постороннему вмешательству.
Даже если существующие уплотнительные болты уже очень надежно уплотняют контейнеры, все же существует необходимость в дополнительном повышении надежности. Кроме того, с момента удаления с ядерной установки большое количество отработанного ядерного топлива подлежит хранению в сухом состоянии в контейнерах (бочках) в Европе и по всему миру. Инспекторы агентств по обеспечению безопасности не в состоянии присутствовать при выполнении операций по герметизации, которые необходимо выполнять на всех контейнерах. Это связано с колоссальным расходами на рабочую силу и переезды, а также с тем, что операторы выполняют операции по наполнению контейнеров с произвольными интервалами в зависимости от скорости выполнения процесса на объекте.
Известно, что уплотнение контейнеров можно выполнять без присутствия инспекторов, т.е. с помощью дистанционного слежения посредством видеонаблюдения; однако видеонаблюдение может легко подвергаться постороннему вмешательству.
Существует необходимость в системах и способах с повышенной надежностью, которые позволяют оператору устанавливать уплотнительное устройство без присутствия официального инспектора. В частности, существует необходимость в системах и способах, которые позволяют инспекторам отправлять уплотнительный болт оператору таким образом, что они могут быть твердо уверены/удостовериться, что уплотнительный болт не использовали первый раз перед установкой, т.е. его уже один раз не устанавливали, и существует возможность удостовериться, что уплотнение (уплотнительный болт) устанавливают первый раз.
Техническая проблема
Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить уплотнительный болт с улучшенными признаками безопасности и пригодный к использованию, в результате чего оператор может устанавливать уплотнительный болт на месте хранения без присутствия инспекторов, как определено в п. 1. Другая задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить способ установки уплотнительного болта, как определено в п. 16.
Раскрытие сущности изобретения
Настоящее изобретение относится к уплотнительному болту для уплотнения крышки контейнера на корпусе контейнера. Уплотнительный болт содержит головку уплотнения, предназначенную для установки на указанной крышке контейнера, стержень уплотнения, предназначенный для установки на корпусе контейнера, и палец, соединяющий головку уплотнения со стержнем уплотнения. Уплотнительный болт также содержит проводник, проходящий через поперечный проход пальца. Уплотнительный болт также содержит упругий элемент, выполненный с возможностью смещения пальца в первое положение, в котором проводник сжат. Палец может перемещаться, преодолевая усилие смещения, прикладываемое упругим элементом, во второе положение посредством прикладывания предварительно заданного момента затяжки к головке уплотнения. Уплотнительный болт также содержит блок слежения и обнаружения, причем блок слежения и обнаружения включает в себя передатчик и детектор, соединенные с соответствующими концами проводника, и процессор, соединенный с передатчиком и детектором, причем процессор может определять, что палец переместился во второе положение первый раз, когда он определяет, что сигнал, обнаруживаемый детектором, был подвергнут предварительно заданному изменению.
Таким образом, блок слежения и обнаружения регистрирует, когда сигнал, обнаруживаемый детектором, подвергся предварительно заданному изменению, соответствующему первому использованию уплотнительного болта, что позволяет предотвратить любую попытку повторного использования уплотнительного болта. С другой стороны, до тех пор, пока блок слежения и обнаружения указывает, что предварительно заданное изменение еще не произошло, более внимательный контроль не является необходимым. Особенно важно и по получении оператором хранилища, и перед установкой болта, что инспектор может удостовериться в том, что болт ранее не устанавливали.
В варианте осуществления изобретения предварительно заданное изменение содержит изменение в амплитуде обнаруживаемого сигнала, превышающее первое предварительно заданное пороговое значение.
В варианте осуществления изобретения предварительно заданное изменение содержит переход в обнаруживаемой амплитуде сигнала от величины ниже второго предварительно заданного порогового значения (VL) к величине выше третьего предварительно заданного порогового значения (VU).
Предварительно заданное изменение может содержать (i) изменение в амплитуде обнаруживаемого сигнала или (ii) переход в амплитуде обнаруживаемого сигнала, соответственно, имеющие продолжительность меньше или равную предварительно заданному пороговому значению времени.
Процессор может выполнять выборку амплитуды обнаруживаемого сигнала при предварительно заданной частоте для извлечения выборочных амплитуд сигнала. Блок слежения и обнаружения также может содержать энергонезависимую память, при этом процессор может хранить выборочные амплитуды сигнала в файле регистрации в энергонезависимой памяти. Выборочные амплитуды сигнала имеют метки по времени и дате в файле регистрации в энергонезависимой памяти.
Предпочтительно, проводник представляет собой волоконный световод, при этом передатчик является оптическим передатчиком, а детектор является оптическим детектором. Процессор блока слежения и обнаружения способен определять, что палец переместился на основании модификации оптического сигнала, проходящего через волоконный световод. Отслеживаемой характеристикой оптического сигнала может быть, например, интенсивность света.
Как вариант, проводник может быть электрическим кабелем. В этом случае передатчик может быть электрическим передатчиком, а детектор может быть электрическим детектором. Процессор блока слежения и обнаружения способен определять, что палец переместился на основании модификации электрического сигнала, проходящего через электрический кабель. Отслеживаемой характеристикой электрического сигнала может быть, например, напряжение или ток.
Как вариант, проводник может быть трубкой для текучей среды. В этом случае блок слежения и обнаружения может содержать детектор параметров текучей среды. Процессор блока слежения и обнаружения способен определять, что палец переместился на основании модификации сигнала, характерного для текучей среды, находящейся в трубке. Отслеживаемой характеристикой текучей среды может быть, например, давление в трубке или расход среды через трубку. Трубка для текучей среды может быть пластиковой трубкой или резиновой трубкой.
Предпочтительно, блок слежения и обнаружения также содержит один или несколько элементов визуальной индикации. В вариантах осуществления изобретения процессор может включать один или несколько элементов визуальной индикации (i) в первом состоянии, указывая, что палец все еще не переместился из первого положения, или (ii) во втором состоянии, указывая, что палец первый раз переместился во второе положение. В вариантах осуществления изобретения (i) в первом состоянии включены один или несколько элементов визуальной индикации, а во втором состоянии включены два или больше элементов визуальной индикации, и/или (ii) в первом состоянии один или несколько элементов визуальной индикации светятся первым цветом, например красным, а во втором состоянии один или несколько элементов визуальной индикации светятся вторым цветом, например зеленым.
Предварительно заданный момент затяжки может соответствовать сжимающему усилию, действующему на упругий элемент и лежащему в диапазоне 700 – 2500 даН, предпочтительно 700 – 1500 даН.
Предварительно заданный момент затяжки может соответствовать осевому смещению пальца относительно головки уплотнения, лежащему в диапазоне 0,5 – 1,5 мм, предпочтительно 0,7 – 1,3 мм.
Изобретение также относится к способу установки уплотнительного болта. Способ содержит обеспечение наличия уплотнительного болта по любому из пп. 1-15 формулы изобретения. Способ также содержит транспортирование уплотнительного болта на место установки, где расположен контейнер, подлежащий уплотнению. Способ также содержит установку уплотнительного болта на контейнер. Установка включает в себя прикладывание предварительно заданного момента затяжки к головке уплотнения уплотнительного болта до тех пор, пока процессор не определит, что сигнал, обнаруживаемый детектором, был подвергнут предварительно заданному изменению. Этап транспортирования уплотнительного болта на место установки может содержать расположение уплотнительного болта в системе защиты от постороннего вмешательства, по усмотрению, проверку того, что система защиты от постороннего вмешательства еще не использовалась первый раз или не подвергалась постороннему вмешательству, транспортирование системы защиты от постороннего вмешательства на место установки, где расположен контейнер, подлежащий уплотнению, проверку того, что система защиты от постороннего вмешательства еще не использовалась первый раз или не подвергалась постороннему вмешательству, и удаление уплотнительного болта из системы защиты от постороннего вмешательства.
В вариантах осуществления изобретения уплотнительный болт содержит
a. признаки, определяемые ультразвуком, такие как идентичность и целостность фиксации, считываемые с помощью ультразвуковой считывающей головки,
b. проводник, проходящий через уплотнение и соединенный с электронной системой слежения, и/или
c. внутреннюю механическую систему с пружинами, прижимающими проводник в двух разных состояниях, затянутом или свободном, тем самым, модифицируя параметры сигнала, проходящего через проводник или текучую среду в проводнике.
В вариантах осуществления изобретения предусмотрен электронный блок слежения и обнаружения,
a. работающий на батареях и имеющий внутренние датчики давления, температуры, вибрации, ускорения и т.д.,
b. который регистрирует все отслеживаемые события и хранит их во внутренней памяти,
c. который работает в течение периода времени между отправкой из инспекционного агентства и проверкой, выполняемой инспектором на месте,
d. который соединен с петлей волоконного световода, проходящей через уплотнение и способной отслеживать изменения в количестве света, обнаруживаемые, когда уплотнение затягивают с требуемой величиной момента затяжки,
e. который содержит признаки защиты от постороннего вмешательства.
В вариантах осуществления изобретения уплотнительный болт имеет элемент идентификации и/или ломкий элемент, используемый в качестве индикатора целостности.
В вариантах осуществления изобретения предусмотрена связь активного электронного устройства слежения, обнаруживающего и регистрирующего все события в течение срока эксплуатации уплотнения, с внутренним механизмом, изменяющим сигнал проводника перед установкой и после нее, подтверждая, что уплотнение было правильно установлено и остается в том же самом месте.
В вариантах осуществления изобретения электронное устройство слежения регулируется инспектором и начинает отслеживание в главном офисе и непрерывно отслеживает и регистрирует все входящие события в течение нескольких месяцев между отправкой уплотнения, установкой уплотнения и окончательной физической проверкой инспектором уплотнения на цилиндрическом контейнере. Далее выполняют отслеживание сигналов проводника, проходящих через проводник.
Преимущественно, тот факт, что уплотнительный болт ранее не использовали / не устанавливали, может быть легко проверен оператором до установки (а также инспектором пред отправкой уплотнительного болта оператору), например, с помощью соответствующих элементов визуальной индикации, видимых на блоке слежения и обнаружения. Таким образом, можно сэкономить время и усилия в ходе инспектирования/проверки.
Другие преимущества изобретения по меньшей мере в вариантах осуществления изобретения, включают в себя:
a. обеспечение установки уплотнительной системы оператором без посторонней помощи с последующей проверкой во время инспекции, выполняемой инспектором, который одновременно может подтвердить, что уплотнение не подвергалось постороннему вмешательству,
b. однозначную идентификацию уплотнительного болта и цилиндрического контейнера,
c. обеспечение дистанционного мониторинга цилиндрических контейнеров, уплотненных с петлей проводника, замкнутой с помощью электронной пломбы, исключая считывание инспектором данных, набранных вручную, с равными интервалами уплотнений,
d. обеспечение разрушения проводника (волоконного световода, или электрического кабеля, или трубки для текучей среды), когда уплотнение подвергается постороннему вмешательству или открывается,
e. обеспечение надежной проверки идентичности и целостности уплотнения с помощью ультразвукового сканирования в случае сомнений или возможных вредных воздействий.
Проводник может проходить через поперечный проход в пальце, причем указанный проводник является волоконным световодом, или электрическим кабелем, или трубкой для текучей среды, причем проводник расположен таким образом, что любое вращательное или поступательное перемещение пальца относительно головки уплотнения и/или стержня уплотнения ведет к разрушению проводника.
Головка уплотнения также может содержать отверстие, предпочтительно в осевом направлении, и головную пластину. Палец может быть соединен с головной пластиной и проходит через отверстие.
Палец может содержать область уменьшенной толщины, имеющую слабое место, что ведет к разрушению указанного пальца, если в указанной области уменьшенной толщины достигается предварительно заданное растягивающее напряжение или предварительно заданное напряжение сдвига указанного пальца. Такая область уменьшенной толщины может, например, располагаться вблизи головной пластины, тем самым вызывая разрушение пальца рядом с головной пластиной и оставляя нетронутой остальную часть пальца.
Стержень уплотнения также может содержать зажимной элемент, соединяющий палец со стержнем уплотнения и препятствующий освобождению пальца. Такой зажимной элемент обеспечивает простое соединение головки уплотнения со стрежнем уплотнения, поскольку палец может скользить в зажимной элемент за счет прикладывания ручного вертикального усилия к головной пластине и, соответственно, к пальцу. После этого палец не может освободиться без нарушения целостности пальца.
Предпочтительно, палец содержит конусообразный концевой участок, таким образом уменьшающий величину вертикального усилия, необходимого для скольжения концевого участка пальца в зажимной элемент.
Преимущественно, головка уплотнения содержит боковые проходы, выровненные с поперечным проходом пальца. Эти боковые проходы предпочтительно расположены таким образом, что проводник можно подавать через один боковой проход, через поперечный проход и затем через другой боковой проход.
Уплотнительный болт также может содержать средства идентификации для подтверждения идентичности пальца и/или уплотнительного болта. Такие средства идентификации могут быть, например, ультразвуковыми элементами или радиометками, однозначно идентифицирующими уплотнительный болт, контейнер и его содержимое. Ультразвуковые элементы также могут использоваться для мониторинга целостности уплотнительного болта.
Уплотнительная система также может содержать средства связи, относящиеся к блоку слежения и обнаружения, причем средства связи скомпонованы и выполнены с возможностью передачи информации о статусе проводника в отдаленное место. Таким образом, попытка постороннего вмешательства может быть незамедлительно обнаружена, и соответствующая информация может быть передана в отдаленное место сразу же после обнаружения. Таким образом, мониторинг целостности контейнера можно выполнять в режиме реального времени из уделенного места. Верификация целостности проводника представляет особый интерес, когда контейнер находится в зоне высокого риска, например в облучаемой зоне. До тех пор, пока проводник остается неповрежденным, можно предполагать, что контейнер не подвергался постороннему вмешательству. Другие признаки безопасности, например, ультразвуковые средства идентификации или признаки целостности могут не требовать проверки в зоне высокого риска. Фактически, эти другие признаки безопасности можно проверять, измерять и регистрировать во время уплотнения контейнера. Непосредственно перед открыванием контейнера эти другие признаки безопасности могут быть проверены повторно. При необходимости могут выполняться периодические проверки между уплотнением и открыванием контейнера. Такие периодические проверки, благодаря настоящему изобретению можно выполнять со значительно увеличенными интервалами, тем самым исключая подвергание персонал излишней опасности в зоне высокого риска.
Средства связи могут содержать средства кодирования для кодирования информации о статусе. Любая информация, направляемая от уплотнительной системы в удаленное место, может передаваться надежным образом, тем самым исключая препятствование передачи информации о статусе.
Краткое описание чертежей
Другие подробная информация и преимущества настоящего изобретения станут понятными из приведенного ниже подробного описания нескольких неограничивающих вариантов осуществления изобретения со ссылкой на приложенные чертежи.
На фиг. 1 показан вид в разрезе собранного уплотнительного болта согласно варианту осуществления изобретения в первом положении;
на фиг. 2 – увеличенный вид в разрезе уплотнительного болта из фиг. 1;
на фиг. 3 – упрощенная схема электронного блока слежения и обнаружения, используемого в вариантах осуществления изобретения;
на фиг. 4 – вид в разрезе собранного уплотнительного болта согласно варианту осуществления изобретения во втором положении;
на фиг. 5 – увеличенный вид в разрезе уплотнительного болта из фиг. 4;
на фиг. 6 – кривая выхода амплитуды сигнала в оптическом детекторе во время перемещения из первого положения во второе положение;
на фиг. 7 – система защиты от постороннего вмешательства согласно варианту осуществления изобретения в состоянии до опорожнения; и
на фиг. 8 – система защиты от постороннего вмешательства из фиг. 7 после опорожнения.
Осуществление изобретения
Необходимость обеспечения наличия уплотнительного устройства, которое может устанавливать оператор без присутствия инспектора, является в высшей степени важной и безотлагательной задачей. По меньшей мере в вариантах осуществления задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить уплотнительную систему, которая должна использоваться в контейнерах для хранения ядерных материалов в сухом состоянии и решает одну или несколько из следующих задач:
- установка уплотнительной системы оператором без посторонней помощи с последующим подтверждением во время инспекции, выполняемой инспектором, который должен удостовериться, что уплотнение не подвергалось постороннему вмешательству, причем это одновременно будет означать, что содержимое контейнера такое же, как и в момент его первоначального уплотнения;
- включение в состав уплотнительной системы оболочки для защиты от постороннего вмешательства, содержащей уплотнение, и электронного устройства слежения, позволяющих инспекторам отправлять груз операторам, полагаясь на то, что в него не будут внесены изменения перед установкой;
- включение в состав уплотнительной системы электронной системы, соединенной с проводником (например, волоконным световодом, или электрическим кабелем, или трубкой для текучей среды), проходящим через уплотнение, которая обнаруживает, что уплотнение один раз уже было установлено;
- использование уплотнительной системы в контейнерах для хранения ядерных материалов в сухом состоянии для замены одного или нескольких болтов контейнера без необходимости модификации самого контейнера;
- включение в состав корпуса уплотнения такого проводника, который разрушается при попытке постороннего вмешательства;
- выполнение проверки идентичности и целостности уплотнения с помощью ультразвукового контроля;
- обеспечение идентичности, которая может однозначно относиться к конкретному контейнеру; и
- способность выдерживать тяжелые условия эксплуатации.
В описании и на чертежах сходные номера позиций используются для обозначения сходных элементов. Если не указано иначе, отдельный признак конструкции, компонент или этап могут использоваться совместно с другими признаками конструкции, компонентами или этапами, описанными в настоящей заявке.
При внедрении настоящего изобретения применительно к уплотнительном болту (и необходимому для этого устройству считывания) можно использовать способы, описанные в документе EP 0 658 250, за исключением приведенного ниже описания.
На фиг. 1 показан предпочтительный вариант выполнения уплотнительного болта 2 в первом положении. Уплотнительный болт 2 находится в собранном состоянии и используется для уплотнения крышки 4 контейнера на корпусе 6 контейнера. Уплотнительный болт 2 содержит головку 8 уплотнения и стержень 10 уплотнения, причем последний зафиксирован в корпусе 6 контейнера. Головка 8 уплотнения содержит отверстие 12 вдоль вертикальной оси головки 8 уплотнения. Это отверстие 12 имеет соответствующие размеры и предназначено для приема пальца 14 сквозь него. Палец 14 своим верхним концом соединен с головной пластиной 16, которая, в свою очередь, соединена с головкой 8 уплотнения. На своем нижнем конце палец 14 соединен со стержнем 10 уплотнения.
Палец 14 может содержать область уменьшенной толщины (не показана), в которой предполагается разрыв пальца 14, когда головка 8 уплотнения движется относительно стержня 10 уплотнения.
Как наиболее наглядно показано на фиг. 2, которая является увеличенным видом в разрезе уплотнительного болта из фиг. 1, согласно варианту осуществления настоящего изобретения уплотнительный болт 2 также содержит проходящий через палец 14 поперечный проход 24 и два боковых прохода 26, 28, которые выполнены так, что они выровнены с поперечным проходом 24, когда уплотнительный болт находится в собранном состоянии. В качестве проводника через первый боковой проход 26, поперечный проход 24 и второй боковой проход 28 пропущен волоконный световод 30. Этот волоконный световод 30 используется для подтверждения не только правильной установки уплотнительного болта 2, но также и целостности уплотнительного болта 2.
Во время отвертывания уплотнения головка 8 уплотнения свободно вращается относительно пальца 14 до тех пор, пока она не достигнет упора, после чего она также захватывает стержень 10 уплотнения и палец 14. Когда головка 8 уплотнения вращается относительно пальца 14, волоконный световод 30, проходящий через указанные головку и палец, разрывается за счет гильотинного эффекта, при этом часть 30ʹ волоконного световода 30 может оставаться внутри пальца 14. Разрыв волоконного световода 30 используют для обнаружения открывания уплотнительного болта 2 за счет прерывания сигнала, проходящего через волоконный световод 30.
Головка 8 уплотнения также оснащена элементом 32 идентификации, хранящим в памяти однозначную идентичность уплотнительного болта 2. Такой элемент 32 идентификации может содержать ультразвуковой элемент контроля идентичности или радиометку. В случае ультразвукового элемента контроля идентичности для его внедрения можно использовать способы, описанные в документе EP 1 042 746.
Кроме того, согласно вариантам осуществления изобретения уплотнительный болт 2 оснащен упругим элементом, в этом варианте осуществления изобретения тарельчатой пружиной 36. Внутренние верхние участки 38 тарельчатой пружины 36 контактируют с заплечиком 40 пальца 14, тем самым смещая палец 14 вверх. Вследствие этого поперечный проход 24 пальца 14 толкает волоконный световод вверх и сжимает его. Таким образом, волоконный световод 30 находится перед установкой в первом (сжатом) состоянии. Следовательно, на фиг. 1 и 2 показан уплотнительный болт 2, который установлен на место, но не затянут, пружины 36 нагружены не полностью, при этом волоконный световод 30 сжат. В этом состоянии (уплотнение не затянуто):
a. две внутренние тарельчатые пружины 36 слегка нагружены, чтобы поддерживать минимальное давление на волоконный световод 30;
b. волоконный световод 30 зажат между головкой 8 уплотнения и пальцем 14, при этом свет не проходит через волоконный световод, причем это отслеживается электронным устройством (описано ниже) и означает, что уплотнение все еще не установлено правильно;
c. ультразвуковой элемент 24 контроля идентичности соединен с пальцем 14 при вращении, но находится в свободном состоянии при вертикальном перемещении.
В качестве тарельчатой пружины 36 можно использовать пружину Бельвиля. Пружины Бельвиля обеспечивают очень высокое усилие на небольшом пространстве, и даже в полностью сдавленном состоянии они не могут превысить предел упругости. Пружины Бельвиля можно устанавливать последовательно или параллельно, если требуется увеличить ход или усилие.
Ниже в таблице 1 указаны размеры и параметры пружин Бельвиля, пригодных для использования в вариантах осуществления настоящего изобретения.
Таблица 1
Конкретная пружина, используемая в настоящем изобретении, обозначена в таблице 1 в выделенной колонке: эта пружина надлежащим образом функционирует в показанной конструкции, включая сюда напряжения, действующие на наружном диаметре, так что уплотнение можно вставлять в полость уплотнительного болта 2, максимально увеличивая усилие сжатия тарельчатой пружины 36. Следует принять во внимание, что во время установки пружины усилие для сжатия пружины 36 можно прикладывать ниже заплечика 40; после освобождения пружина 36 соответственно прикладывает сжимающее усилие в верхнем направлении к волоконному световоду 30 через палец 14.
В настоящем варианте осуществления изобретения за счет сжатия на 1 мм достигается напряжение или усилие 775 даН. Кроме того, для достижения бóльших усилий две или три пружины 36 можно установить параллельно или последовательно, чтобы оптимизировать требуемое усилие и перемещение, необходимое для сжатия и полного освобождения волоконного световода 30.
К головке 8 уплотнения можно прикладывать предварительно заданный момент затяжки для противодействия усилию тарельчатой пружины 36 и выравнивания двух боковых проходов 26, 28 с поперечным проходом 24 и тем самым возврата волоконного световода 30 в полностью прямолинейное состояние. Взаимосвязь момента затяжки и усилия зависит от нескольких параметров, таких как смазка резьбы болта. Для поставленных задач важно создать достаточное усилие, так чтобы исключить блокировку механизма каким-либо объектом, неразличимым невооруженным глазом, который мог бы быть вставлен оператором. Использование двух пружин 36, например, последовательно означало бы, что для блокировки механизма потребовалось бы усилие 1500 даН (1,5 тонны). Кроме того, даже если бы усилие, создаваемое во время прикладывания момента затяжки болта, было бы больше максимального усилия пружины, такая пружина остановилась бы, но не была бы разрушена, поскольку она не может превысить предел упругости.
В вариантах осуществления изобретения предварительно заданный момент затяжки соответствует сжимающему усилию, лежащему в диапазоне 700 – 2500 даН, предпочтительно 700 – 1500 даН.
В вариантах осуществления изобретения предварительно заданный момент затяжки соответствует осевому смещению пальца относительно головки уплотнения, лежащему в диапазоне 0,5 – 1,5 мм, предпочтительно 0,7 – 1,3 мм. Для определения первого использования уплотнительного болта 2 уплотнительный болт 2 поставляют оператору в состоянии («первое положение»), показанном на фиг. 2.
На фиг. 3 показана упрощенная схема электронного блока 50 слежения и обнаружения, используемого в вариантах осуществления изобретения, например, для обнаружения первого использования уплотнительного болта 2. Электронный блок 50 слежения и обнаружения может быть помещен в прочный компактный кожух (не показан), герметизированный, например, посредством сварки.
Электронный блок 50 слежения и обнаружения имеет индивидуальное питание, например, с помощью батареи 52, которая может иметь срок службы от нескольких месяцев до нескольких лет. Электронный блок 50 слежения и обнаружения включает в себя микропроцессор, который принимает сигнал от часов 56. Микропроцессор 54 может извлекать из часов 56 дату в режиме реального времени и/или время или может непрерывно получать такие данные из часов реального времени (не показаны), расположенных внутри электронного блока 50 слежения и обнаружения; дату в режиме реального времени и/или время можно использовать для присвоения временных меток данным, как описано ниже.
Микропроцессор 54 также соединен с энергонезависимой памятью (ЭНП) 58, которая хранит управляющее программное обеспечение 60 (например, аппаратное или встроенное) для выполнения микропроцессором 54 управления электронным блоком 50 слежения и обнаружения.
Электронный блок 50 слежения и обнаружения также может включать в себя интерфейс 62 связи малой дальности (например, связь малого радиуса действия (СМРД), радиочастотная идентификация (РИ) или Bluetooth) для осуществления связей малого радиуса действия с расположенными поблизости устройствами, т.е. на расстоянии от нескольких сантиметров до нескольких метров. Электронный блок 50 слежения и обнаружения также может включать в себя интерфейс 64 связи большой дальности (например, дальняя радиосвязь или сотовая радиосвязь) для осуществления связей большого радиуса действия с удаленными устройствами, т.е. на расстоянии от нескольких километров до нескольких сотен километров, например, для дистанционного оповещения или обслуживания.
Предпочтительно, электронный блок 50 слежения и обнаружения включает в себя элементы визуальной индикации для индикации текущего состояния или статуса электронного блока 50 слежения и обнаружения. В этом варианте осуществления изобретения элементы визуальной индикации содержат светодиоды 66.
В варианте осуществления изобретения электронный блок 50 слежения и обнаружения включает в себя оптический передатчик 70, соединенный с микропроцессором 54 интерфейсом 72. С помощью соответствующего соединителя (не показан) один конец 74 волоконного световода 30 (см. фиг. 2) соединен с оптическим передатчиком 70. Во время использования оптический передатчик 70 передает оптические сигналы (например, постоянной мощности/интенсивности) через волоконный световод 30. В этом варианте осуществления изобретения электронный блок 50 слежения и обнаружения включает в себя оптический приемник/детектор 76, соединенный с микропроцессором 54 через интерфейсный аналого-цифровой преобразователь 78. С помощью цифрового соединителя (не показан) другой конец 68 волоконного световода 30 (см. фиг. 2) соединен с оптическим детектором 76. Таким образом, микропроцессор 54 принимает сигналы в цифровой форме, показывающие амплитуду, или принимает оптический сигнал, обнаруживаемый оптическим детектором 76.
В другом варианте осуществления изобретения электронный блок слежения и обнаружения включает в себя электрический передатчик и электрический приемник/детектор, причем они оба соединены с электрическим кабелем. Электрический передатчик передает электрические сигналы (например, постоянной мощности/интенсивности) с помощью электрического кабеля.
В еще одном варианте осуществления изобретения электронный блок слежения и обнаружения включает в себя передатчик параметров текучей среды и приемник/детектор параметров текучей среды, причем они оба соединены с трубкой для текучей среды. Электронный блок слежения и обнаружения отслеживает параметры (например, давление или расход) текучей среды в трубке для текучей среды.
Во время использования принимаемые сигналы используются микропроцессором 54, чтобы определить, перемещали ли уплотняющий болт первый раз во второе положение и/или когда он первый раз был перемещен во второе положение. В этом варианте осуществления изобретения в случае прикладывания достаточного предварительно заданного момента затяжки к головке 8 уплотнения уплотнительного болта 2 (см. фиг. 2) обеспечивается прикладывание требуемого давления для противодействия тарельчатой пружине 36 и перемещения уплотнительного болта 2 во второе положение.
На фиг. 4 показан вид в разрезе собранного уплотнительного болта согласно варианту осуществления изобретения во втором положении. Показано расположение уплотнительного болта после прикладывания требуемого предварительно заданного момента затяжки к головке 8 уплотнения для перемещения пальца 14 в направлении стрелки A против смещающего действия тарельчатой пружины 36. Последняя находится в сжатом состоянии.
На фиг. 5 показан увеличенный вид в разрезе уплотнительного болта из фиг. 4. На этой фигуре можно видеть, что во втором положении предварительно заданный момент затяжки, прикладываемый к головке 8 уплотнения, возвращает два боковых прохода 26, 28 в выровненное состояние с поперечным проходом 24 и тем самым возвращает волоконный световод 30 в полностью прямолинейное состояние. Таким образом, на фиг. 4 и 5 показан затянутый уплотнительный болт 2, полностью нагруженная(ые) пружина(ы) 36 и ненагруженный волоконный световод 30, означая, что уплотнительный болт был правильно установлен. В этом состоянии (уплотнение затянуто):
a. две внутренние тарельчатые пружины 36 полностью нагружены (например, приблизительно усилием 1 тонна), означая, что уплотнительный болт 2 затянут моментом затяжки, который является достаточно высоким, чтобы исключить необнаруживаемое смещение. Давление, приложенное к волоконному световоду 30, сбрасывается, так что через него проходит максимальное количество света, которое отслеживается с помощью электронного блока 50 слежения и обнаружения, что означает, что теперь уплотнение установлено правильно;
b. ультразвуковой элемент контроля идентичности все еще соединен с пальцем 14 при вращении, но находится в свободном состоянии при вертикальном перемещении. Головка 8 уплотнения приводит в движение палец 14 при вращении и затягивается с помощью текстуры и пальца (при обратном направлении вращения палец 14 и головка уплотнения свободно вращаются относительно друг друга, разрушая элемент контроля идентичности).
После установки ультразвукового элемента контроля идентичности с него считываются данные для окончательной идентификации уплотнительного болта 2, и проверяется целостность. Указанные считываемые данные получают с помощью ультразвуковой считывающей головки.
При удалении уплотнения палец неподвижен благодаря затяжке в контейнере (бочке), головка 8 уплотнения вращается, означая, что волоконный световод 30 будет разрезан между головкой 8 уплотнения и пальцем, и элемент контроля идентичности будет разрушен благодаря соединению при вращении с пальцем 14 и сварке с головкой 8 уплотнения.
Таким образом, после прикладывания требуемого предварительно заданного момента затяжки уплотнительный болт 8 переходит из первого положения (фиг. 1, 2), в котором волоконный световод 30 сжат пальцем 14, во второе положение (фиг. 4, 5), в котором волоконный световод 30 не сжат пальцем 14 и находится в полностью прямолинейном состоянии. В результате и со ссылкой на фиг. 3 уровни принимаемых сигналов в детекторе 76 во втором положении будут выше, чем в первом положении.
На фиг. 6 показана кривая выхода амплитуды сигнала в оптическом детекторе 76 во время перемещения из первого положения во второе положение. Амплитуда сигнала переходит от Vmin к Vmax, и необходимое для этого время равно t2. Микропроцессор 54 (фиг. 3) блока 50 слежения и обнаружения на основе амплитуды сигнала, генерируемого в оптическом детекторе 76, определяет, связана ли индикация перехода сигнала с приложенным первый раз предварительно заданным моментом затяжки, например, когда уплотнительный болт 2 первый раз устанавливают надлежащим образом.
В варианте осуществления изобретения микропроцессор 54 (фиг. 3) определяет, соответствует ли амплитуда сигнала с течением времени первому предварительно заданному изменению, т.е. что изменение амплитуды больше первого порогового значения, т.е. (Vmax – Vmin) >= VThresh1. Как вариант, микропроцессор (3) определяет, соответствует ли амплитуда сигнала с течением времени второму предварительно заданному изменению, т.е. что изменение амплитуды больше первого порогового значения и продолжительность перехода находится в пределах первого периода времени (TThresh1), т.е. (Vmax – Vmin) >= VThresh1 и t2 <= TThresh1.
В другом варианте осуществления изобретения микропроцессор 54 (фиг. 3) определяет, соответствует ли амплитуда сигнала с течением времени третьему предварительно заданному изменению, т.е. что амплитуда сигнала переходит от значения ниже первого порогового значения к значению выше второго порогового значения, т.е. Vmin < VL и Vmax > VU. Как вариант, микропроцессор 54 (фиг. 3) определяет, соответствует ли амплитуда сигнала с течением времени четвертому предварительно заданному изменению, т.е. что амплитуда сигнала переходит от значения ниже первого порогового значения к значению выше второго порогового значения, при этом продолжительность перехода находится в пределах второго периода времени (TThresh2), т.е. (Vmin < VL и Vmax > VU) и t1 <= TThresh2.
В вариантах осуществления изобретения блок слежения и обнаружения также содержит один или несколько элементов визуальной индикации (светодиоды 66).
В вариантах осуществления изобретения микропроцессор может включать один или несколько светодиодов 66 (i) в первом состоянии, указывая, что палец все еще не переместился из первого положения, или (ii) во втором состоянии, указывая, что палец первый раз переместился во второе положение.
В вариантах осуществления изобретения (i) в первом состоянии включены один или несколько светодиодов 66, а во втором состоянии включены два или больше светодиодов, и/или (ii) в первом состоянии один или несколько светодиодов 66 светятся первым цветом, например красным, а во втором состоянии один или несколько светодиодов 66 светятся вторым цветом, например зеленым.
Со ссылкой на фиг. 3, предпочтительно, амплитуда сигнала, генерируемого в оптическом детекторе, выбирается при предварительно заданной частоте (которая может составлять 1 – 100 кГц).
В варианте осуществления изобретения микропроцессор 54 (фиг. 3) хранит в энергонезависимой памяти 58 файл регистрации выборочных или других данных, т.е. файл 61 регистрации. Например, в файле 61 регистрации могут храниться все выборки амплитуд сигналов за последний период, например за последние 30 – 60 секунд, последние 300 – 600 секунд или последние 30 – 60 минут. В варианте осуществления изобретения микропроцессор прерывает выбор, как только регистрируется одно из вышеуказанных предварительно заданных изменений сигналов амплитуды.
В варианте осуществления изобретения микропроцессор 54 (фиг. 3) хранит в файле 61 регистрации все данные, полученные во времени, или метки дат, подготовленные для последующего извлечения. Предпочтительно, последний сохраненный набор выборочных сигналов амплитуды и/или случай одного из вышеупомянутых предварительно заданных изменений сигналов амплитуды хранится вместе с соответствующей меткой даты. Таким образом, из памяти могут быть извлечены точное время и дата первого использования/установки уплотнительного болта 2, а также выборочные сигналы амплитуды, на основе которых получены указанные данные.
На фиг. 7 показана система 90 защиты от постороннего вмешательства согласно варианту осуществления изобретения в состоянии до опорожнения. Уплотнительный болт 2, содержащий головку 8 уплотнения и палец 14, помещен в оболочку для защиты от постороннего вмешательства системы 90 защиты от постороннего вмешательства, в рассматриваемом варианте осуществления изобретения в мешок 92. Мешок 92 может быть изготовлен из пластического материала, например из поливинилхлорида (PVC). Однако специалистам в этой области следует принять во внимание, что могут быть использованы другие жесткие или полужесткие материалы.
Уплотнительный болт 2 может быть таким же болтом, что и описанный выше болт со ссылкой на фиг. 1 – 2 и 4 – 5.
Как описано выше со ссылкой на фиг. 2 – 3, концы волоконного световода 30 являются оптическим передатчиком и оптическим приемником (не показано) блока 50 слежения и обнаружения.
Мешок 92 включает в себя патрубок 94 для соединения с устройством (не показано) для создания во время использования вакуума с внутренней стороны мешка 92. Патрубок 94 является уплотняемым (т.е. во время создания вакуума). Например, уплотнение можно обеспечить посредством тепловой сварки торцевой крышки 96 с патрубком 94.
На фиг. 8 показана система 90 защиты от постороннего вмешательства из фиг. 7 в состоянии после опорожнения. Можно видеть, что мешок 92 полностью сжат вокруг уплотнительного болта 2, волоконного световода 30 и блока 50 отслеживания и обнаружения: в результате уплотнения торцевой крышки 96 эти элементы находятся в вакуумной упаковке внутри мешка 92.
Еще раз ссылаясь на фиг. 3, по меньшей мере в этом варианте осуществления изобретения блок 50 слежения и обнаружения включает в себя датчик 80 давления, соединенный с микропроцессором 54 через АЦП 82. Таким образом, микропроцессор 54 непрерывно принимает сигналы, указывающие давление (величину давления) внутри мешка 92.
Под управлением программного обеспечения энергонезависимой памяти 58 микропроцессор 54 может определять, когда в мешке происходит (предварительно заданное) изменение давления или быстрое изменение давления, т.е. от очень низкого до атмосферного давления.
Предварительно заданное изменение может содержать изменение измеренной величины давления больше первого предварительно заданного порогового значения. Как вариант, предварительно заданное изменение содержит переход в измеренной величине давления от давления ниже второго предварительно заданного порогового значения (PL) до давления выше третьего предварительно заданного порогового значения (PU).
В вариантах осуществления изобретения предварительно заданное изменение содержит (i) изменение измеренной величины давления или (ii) переход в измеренной величине давления, соответственно, продолжительностью меньше или равной предварительному заданному пороговому значению времени.
Микропроцессор 54 может использоваться для выбора измеренной величины давления при предварительно заданной частоте для извлечения выборочных величин давления. Микропроцессор 54 может использоваться для хранения выборочных величин давления в файле 61 регистрации в энергонезависимой памяти 58. Выборочные величины давления могут иметь метки по времени и дате в файле регистрации в энергонезависимой памяти.
В вариантах осуществления изобретения микропроцессор может включать один или несколько светодиодов 66 (i) в первом состоянии, указывая, что оболочка не была открыта с момента уплотнения патрубка опорожнения под вакуумом, или (ii) во втором состоянии, указывая, что оболочку открывали с момента уплотнения патрубка опорожнения под вакуумом. Например, (i) в первом состоянии один или несколько светодиодов 66 включены, а во втором состоянии два или больше светодиодов 66 включены, и/или (ii) в первом состоянии один или несколько светодиодов 66 светятся первым светом, например красным, а во втором состоянии один или несколько светодиодов 66 светятся вторым светом, например зеленым.
Во время использования способ установки уплотнительного болта может содержать, прежде всего, обеспечение наличия или получение (например, инспектором) системы защиты от постороннего вмешательства, описанной выше.
По усмотрению инспектор подтверждает, что мешок 92 системы защиты от постороннего вмешательства не открывали с момента уплотнения патрубка 94 для опорожнения под вакуумом.
После этого систему защиты от постороннего вмешательства транспортируют (например, по указанию инспектора) на место установки, где расположен контейнер, подлежащий уплотнению.
Далее, после приемки оператором оператор подтверждает, что мешок 92 не открывали с момента уплотнения патрубка для опорожнения под вакуумом. Для этого может потребоваться визуальный осмотр состояния, на которое указывают светодиоды 66, светящиеся на блоке 50 слежения и обнаружения, или верификация посредством связи с блоком 50 слежения и обнаружения через интерфейс 62 связи малой дальности, например посредством связи малого радиуса действия.
Если состояние светодиодов 66 (например, свечение красного цвета) указывает, что мешок 92 открывали с момента опорожнения, уплотнительный болт 2, который он содержит, не устанавливают и отбраковывают.
Если, с другой стороны, (например, свечение зеленого цвета) указывает, что мешок 92 не открывали с момента опорожнения, уплотнительный болт 2, который он содержит, удаляют из мешка 92.
Далее уплотнительный болт 2 устанавливают в соответствующий контейнер.
Несмотря на то, что варианты осуществления изобретения были описаны со ссылкой на варианты выполнения рассматриваемых устройств, имеющих те или иные компоненты в соответствующих внедрениях, следует принять во внимание, что в других вариантах осуществления изобретения можно использовать другие комбинации и перестановки этих и других компонентов.
Следует принять во внимание, что в вышеприведенном описании иллюстративных вариантов осуществления изобретения различные признаки изобретения иногда сгруппированы вместе в одном варианте осуществления изобретения, фигуре или описании с целью упорядочения описания и способствования пониманию одного или нескольких аспектов из ряда аспектов изобретения. Однако способ, представленный в описании, не следует интерпретировать как отражающий изобретение, и заявленное изобретение требует большего числа признаков, чем в явной форме представлено в каждом пункте формулы изобретения.
Кроме того, несмотря на то, что некоторые варианты осуществления изобретения, описанные в настоящей заявке, включают в себя некоторые, но не другие признаки, включенные в другие варианты осуществления изобретения, предусматривается, что комбинации признаков различных вариантов осуществления изобретения соответствуют объему изобретения и образуют различные варианты осуществления изобретения, как должно быть понятно специалистам в этой области.
В приведенной ниже формуле изобретения и приведенном описании любой из терминов «содержащий», «состоящий из» или «который содержит» является неограничивающим термином, который означает включение по меньшей мере элементов/признаков, следующих далее, но не исключает другие элементы.
Таким образом, несмотря на то, что приведено описание, как следует полагать, является описанием предпочтительных вариантов осуществления изобретения, специалистам в этой области следует принять во внимание, что могут быть предусмотрены другие и дополнительные модификации без отклонения от сущности и объема изобретения, и такие изменения и модификации могут быть заявлены как соответствующие объему изобретения.
Номера позиций
2 – уплотнительный болт
4 – крышка контейнера
6 – корпус контейнера
8 – головка уплотнения
10 – стержень уплотнения
12 – отверстие
14 – палец
16 – головная пластина
18 – область уменьшенной толщины
24 – поперечный проход
26 – первый боковой проход
28 – второй боковой проход
30 – проводник (волоконный световод)
32 – элемент идентификации
36 – тарельчатая пружина
38 – угловой участок
40 – заплечик
50 – блок слежения и обнаружения
52 – батарея
54 – микропроцессор
56 – часы
58 – энергонезависима память
60 – управляющее программное обеспечение
61 – файл регистрации
62 – интерфейс связи малой дальности
64 – интерфейс связи большой дальности
66 – светодиоды
68 – второй конец волоконного световода
70 – оптический передатчик
72 – интерфейс
74 – первый конец волоконного световода
76 – оптический детектор
78 – АЦП
80 – датчик давления
82 – АЦП
90 – система защиты от постороннего вмешательства
92 – мешок
94 – патрубок для опорожнения
96 – торцевая крышка