УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОЙ РЕЗКИ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ ВЫВОДИМЫХ ИЗ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЯДЕРНЫХ РЕАКТОРОВ
DEVICE FOR REMOTE CUTTING OF METAL STRUCTURES OF DECOMMISSIONED NUCLEAR REACTORS

Изобретение относится к термической тепловой резке металлов и может быть использовано для создания проходок в металлоконструкциях при выводе из эксплуатации уран-графитовых реакторов.
Известен телескопический буровой став [SU 1712578, МПК Е21В 17/07, опубл. 15.02.1992], выбранный в качестве аналога. Указанное устройство включает в себя буровую штангу, привод, породоразрушающий орган, узел выдвижения и возврата секции. Буровая штанга состоит из телескопически связанных трубчатых секций с узлом передачи крутящего момента. Привод связан с забойной частью буровой штанги. Породоразрушающий орган соединен с забойной частью внутренней трубчатой секции с расположенными в полости буровой штанги рабочими элементами, одни концы которых связаны с торцовой частью выдвижной секции, а другие концы - с приводом. Узел выдвижения и возврата секции выполнен в виде длинномерных элементов с термонагревателем, уложенных спирально один в другом и изготовленных из материала, обладающего эффектом памяти формы.
Известное устройство имеет следующие недостатки:
- сложность конструкции, вызванная наличием большого количества подвижных в различных плоскостях элементов;
- низкая эффективность работы, связанная с использованием механических средств бурения и создания проходок;
- использование длинномерных элементов, связанных с подвижными частями устройства, увеличивает вероятность его заклинивания и выход из строя.
Известно устройство для немеханической резки [RU 2019369, МПК B23D 31/00, B26F 3/00, опубл. 15.09.1994], выбранное в качестве аналога. Указанное устройство состоит из подвижного модуля резака, модуля энергетического обеспечения, гибких энергопроводов для подвода энергоносителя к резаку, системы управления. Гибкие энергопроводы размещены в жестком кожухе, который шарнирно закреплен относительно модуля энергетического обеспечения и установлен с возможностью взаимодействия с механизмом ограничения его перемещения. Кроме того, гибкие энергопроводы установлены с зазором между жестким кожухом и местом их соединения с резаком. Шарнирное соединение жесткого кожуха выполнено в виде кардана из трех концентрично расположенных в горизонтальной плоскости рамок, из которых две внутренние установлены с возможностью поворота вокруг взаимно перпендикулярных осей кардана. При этом механизм ограничения перемещения жесткого кожуха выполнен в виде пар точечных бесконтактных датчиков, установленных в точках наибольшего радиуса поворота рамок с возможностью взаимодействия с экранами, которые закреплены на сопрягаемых рамках кардана. Направления осей подвески рамок кардана совпадают с направлениями продольного и поперечного перемещений модулей резака и энергетического обеспечения.
Указанное устройство имеет недостатки:
- использование неспаренной пружины, соединяющей кардан и трубу, через которую проходят модуль энергетического обеспечения и гибкие энергопроводы, приводит к неустойчивому горению теплового резака за счет изменения расстояния между ним и поверхностью материала;
- большие габаритные размеры устройства сокращают возможности его промышленного использования;
- запас хода трубы, через которую проходят модуль энергетического обеспечения и гибкие энергопроводы, ограничен в вертикальной плоскости, что не позволяет использовать устройство для резки листовых материалов различной толщины.
Известна универсальная машина тепловой резки и зачистной инструмент для нее [RU 2594547, МПК B23K 7/00, B23K 10/00, B23K 5/00, опубл. 20.08.2016], выбранная в качестве прототипа. Указанное устройство состоит из вертикального электропривода с редуктором, устройства ЧПУ, выполненного в виде консоли суппорта, упорной планки и подпятника, в который упирается штанга электропривода. При этом суппорт содержит узел держателя сменного инструмента, выполненный в виде газового или плазменного резака, и в него установлены параллельно оси инструмента два датчика расстояния инструмента до металлической поверхности, один из которых индуктивный, а другой - вихретоковый. Узел держателя инструмента присоединен к подпятнику двумя плоскими пружинами с жестко закрепленными концами, расположенными с зазором параллельно друг другу и поперечно вертикальной оси инструмента, и прижат ими к упорной планке. В корпусе устройства выполнены гнезда для хранения сменного инструмента. Дополнительно устройство снабжено сменными маркирующим и зачистным инструментами и индивидуальными по конфигурации и размерам одновитковыми антеннами для автоматического позиционирования соответствующего инструмента относительно обрабатываемого металлического листа. При этом на срезе держателя инструмента рядом с корпусом вихретокового датчика образован разъемный узел крепления сменного инструмента с двумя присоединительными элементами, закрепленными на держателе и на каждом инструменте. В корпусе вихретокового датчика образован разъемный узел крепления сменных одновитковых антенн, выполненный в виде двух электроизолированных гнезд под выводы антенны с зажимными винтами. Диаметр витка индивидуальной антенны для каждого соответствующего инструмента больше диаметра его наконечника, расположенного внутри витка, на величину не менее 35 мм, а наконечник выступает за пределы плоскости витка на величину не менее 12 мм
Недостатки этого устройства:
- запас хода штанги, соединяющей электропривод с суппортом, ограничен ее длиной, что не позволяет использовать данную машину тепловой резки для решения широкого круга задач и считать ее универсальной;
- узел держателя сменного инструмента имеет одну точку закрепления, что существенно снижает точность реза металла за счет колебаний и вибраций, возникающих при взаимодействии термической струи с обрабатываемой поверхностью.
Техническим результатом изобретения является возможность эффективного создания проходок в удаленных друг от друга радиационно загрязненных металлоконструкциях ядерного реактора.
Для достижения указанного технического результата может быть использована известная универсальная машина тепловой резки, которая состоит из электропривода с редуктором, вертикальной штанги, узла держателя сменного инструмента, выполненного в виде плазменного резака и присоединенного к подпятнику двумя плоскими пружинами с жестко закрепленными концами. Согласно предлагаемому изобретению, устройство состоит из шагового электродвигателя с редуктором, который расположен на подставке под электропривод. Шаговый электродвигатель с редуктором сцеплен с вертикально расположенной наборной штангой, выполненной из звеньев, соединенных друг с другом посредством резьбовых соединений. В верхней части наборной штанги расположена опорная втулка, перемещающаяся по внешней поверхности первого звена штанги и фиксируемая на ней двумя болтами. Нижняя часть наборной штанги выполнена в виде втулки, верхний конец которой соединен с последним звеном наборной штанги посредством резьбового соединения, а в нижний конец вкручен конусообразный опорный наконечник. На внешней поверхности втулки установлена видеокамера с фонариком. С внешней стороны втулки с помощью шарнирного соединения закреплен подвижный узел держателя плазменного резака, способный отклонятся на угол до 20° от вертикального положения, в который установлена головка плазменного резака. Узел держателя плазменного резака дополнительно снабжен возвращающими пружинами, соединяющими его с втулкой. По всей длине наборной штанги с помощью хомутов закреплен кабель-шланг, соединяющий плазменный резак с источником тока и компрессором.
Указанный технический результат достигается за счет того, что для бесперебойного создания проходок в удаленных друг от друга радиационно загрязненных металлоконструкциях ядерного реактора используют наборную штангу, имеющую возможность грубой и тонкой регулировки по высоте. Грубую регулировку проводят за счет изменения количества звеньев, а тонкую выполняют путем перемещения конусообразного опорного наконечника по длине втулки, расположенной в нижней части наборной штанги. Неподвижность наборной штанги в горизонтальном направлении и сокращение величины частоты ее биения при вращении обеспечивают с помощью подставки под электропривод, опорных втулок, которые могут упираться в ранее созданную проходку, и конусообразного опорного наконечника. Увеличение эффективности резки металлоконструкций достигают путем использования плазменного резака, головка которого закреплена в подвижном узле держателя, способного отклонятся на угол до 20° от вертикального положения. Это позволяет поддерживать постоянную величину зазора между выходным отверстием головки плазменного резака и обрабатываемой поверхностью металлоконструкций, что компенсирует ее неровности. Устойчивое движение плазменного резака обеспечивают возвращающими пружинами, которые соединяют узел держателя плазменного резака с втулкой. Контроль за процессом резки и его точностью осуществляют с помощью видеокамеры с фонариком.
На фиг. 1 показан внешний вид устройства для дистанционной резки металлоконструкций ядерных реакторов.
На фиг. 2 представлен чертеж штанги для дистанционной плазменной резки металлоконструкций ядерных реакторов.
На фиг. 3 приведен детализированный чертеж нижней части штанги.
Предлагаемое устройство для дистанционной резки металлоконструкций ядерных реакторов содержит шаговый электродвигатель с редуктором 1, который размещен на виброустойчивой подставке под электропривод 2, выполненной в виде стола (фиг. 1). Шаговый электродвигатель с редуктором 1 сцеплен с вертикально расположенной наборной штангой 3, выполненной из звеньев переменной длины, представляющих собой металлические трубы, соединенные посредством резьбовых соединений друг с другом. В верхней части наборной штанги 3 расположена опорная втулка 4, прочно фиксируемая на ней двумя болтами 5, расположенными друг напротив друга.
Последнее нижнее звено наборной штанги 3 соединено с втулкой 6 (фиг. 1, 2, 3). В нижний конец втулки 6 вкручен массивный конусообразный опорный наконечник 7, запас хода которого зависит от его размера и длины резьбового соединения с втулкой 6. Материал звеньев наборной штанги 3, втулки 6 и конусообразного опорного наконечника 7 выбирается таким образом, чтобы центр тяжести наборной штанги 3 для дистанционной плазменной резки металлоконструкций был смещен в сторону последнего.
На внешней поверхности втулки 6 установлена и закреплена с помощью хомутов видеокамера с фонариком 8. С внешней стороны втулки 6 с помощью шарнирного соединения закреплен подвижный узел держателя плазменного резака 9, способный отклонятся на угол до 20° от вертикального положения, в который установлена головка плазменного резака 10. Узел держателя плазменного резака 9 дополнительно снабжен возвращающими пружинами 11, соединяющими его с втулкой 6.
Головка плазменного резака 10, установленная в узле держателя плазменного резака 9, соединена с источником тока и компрессором (на чертежах не показаны) с помощью кабель-шланга 12, который закреплен на наборной штанге 3 с помощью хомутов.
Устройство работает следующим образом.
После выбора горизонтально расположенной области металлоконструкций 13 ядерного ректора, в которой необходимо создать проходку, проводится грубая регулировка длины наборной штанги 3 путем изменения количества звеньев, расположенных между первым и последним звеном. Затем наборная штанга с головкой плазменного резака 10, установленной в узле держателя плазменного резака 9, опускается на, заданную глубину. При этом за процессом опускания наблюдают с помощью видеокамеры с фонариком 8, установленной с внешней стороны втулки 6. В случае работы в ограниченном пространстве и на глубине осуществляется подсветка с помощью встроенного фонарика. При необходимости выполняется тонкая настройка длины наборной штанги 3 путем перемещения конусообразного опорного наконечника 7 вдоль втулки 6.
Выставляется необходимый зазор между выходным отверстием головки плазменного резака 10 и обрабатываемой путем перемещения наборной штанги 3 в вертикальной плоскости поверхностью металлоконструкций 13. Положение наборной штанги 3 фиксируется с помощью двух болтов 5 опорной втулки 4, которые упираются о неподвижную поверхность (например, края ранее созданной проходки или виброустойчивой подставки под электропривод 2). Верхняя часть наборной штанги 3 с шаговым электродвигателем с редуктором 1.
Дистанционно с пульта управления плазменным резаком на головку плазменного резака 10 по кабель-шлангу 12 подается питание, в результате чего создается струя низкотемпературной плазмы, направленная перпендикулярно обрабатываемой поверхности металлоконструкций 13. Наборная штанга 3 приводится в движение с помощью шагового электродвигателя с редуктором 1. Путем перемещения подвижного узла держателя плазменного резака 9, соединенного с наборной штангой 3, головка плазменного резака 10 поворачивается вокруг конусообразного опорного наконечника 7, опирающегося на поверхность металлоконструкций 13. Скорость поворота и, следовательно, эффективность реза контролируется с помощью видеокамеры с фонариком 8. Неровности поверхности металлоконструкций 13 компенсируются за счет перемещения узла держателя плазменного резака 9 в вертикальной плоскости, которое ограничивается возвращающими пружинами 11, соединенными с втулкой 6.
Угол между направлением движения струи низкотемпературной плазмы, выходящей из головки плазменного резака 10, и, следовательно, радиус создаваемой в металлоконструкциях 13 проходки может быть оперативно и дистанционно изменен путем увеличения расхода теплоносителя (плазмообразующего газа), проходящего через сопло головки плазменного резака 10, и возможности отклонения держателя плазменного резака 9 на угол до 20° от вертикального положения.
После создания проходки в металлоконструкциях 13 наборная штанга 3 по необходимости опускается на следующую отметку, на которой требуется создать новую проходку в нижележащих металлоконструкциях. Для этого болты 5, фиксирующие опорную втулку 4 ослабляются. В случае, если запаса хода не достаточно, то наборная штанга 3 извлекается из вновь созданной проходки в металлоконструкциях 13 и наращивается путем добавления звеньев или увеличения длины конусообразного опорного наконечника 7.
Таким образом, предлагаемая конструкция устройства позволяет создавать проходки в удаленных друг от друга радиационно загрязненных металлоконструкциях ядерного реактора за счет использования наборной штанги изменяемой длины, позволяющей выполнять работы дистанционно и в труднодоступных местах. Эффективность создания проходок повышается за счет использования плазменного резака, движение которого автоматически стабилизируется с помощью возвращающих пружин и возможности отклонения держателя плазменного резака на угол до 20° от вертикального положения, а также за счет непрерывного контроля процесса обработки поверхности металлоконструкций и оперативного изменения режимов реза.