МАШИНА ДЛЯ РЕЗКИ ТРУБОПРОВОДА
MACHINE FOR PIPELINE CUTTING

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к оборудованию и методам обращения с радиоактивными отходами, и может быть использовано при реализации технологического процесса, описанного в документе «Технология вырезки и выгрузки кессона с дефектными ОТВС из бака правого борта хранилища ПТБ «Лепсе» ГКЛИ 3330-035-2011», разработанного ОАО «ЦТСС», а также в поданной заявке на изобретение №2012124358/07(037296) от 13.06.2012 г. Изобретение может также использоваться при резке трубопроводов в труднодоступных зонах нефтехимической, газовой промышленности и общем машиностроении.
В настоящее время во временных хранилищах отработавшего ядерного топлива (ОЯТ), размещенных, например, на плавучих технических базах и судах атомного технологического обслуживания (АТО), находится большое количество дефектных облученных тепловыделяющих сборок (ОТВС), загруженных ранее на временное хранение не в штатные пеналы, а в кессоны по причине высокой степени разрушенности этих ОТВС и представляющие вваренные в днище баков хранилищ, тонкостенные цилиндрические трубы (корпусы) диаметром от 500 мм и выше. К таким хранилищам относится, например, плавтехбаза «Лепсе», имеющая в баках хранилища 8 кессонов с дефектными ОТВС.
Из-за неприспособленности кессонов для хранения ОТВС при загрузке, невозможно обеспечить ядерно-безопасный шаг «решетки» расположения ОТВС в полости кессонов, поэтому загрузка часто происходила с применением силового воздействия на ОТВС, что приводило к повреждению топливной части и подвески ОТВС, поэтому использование штатных способов обращения с ОЯТ невозможно. Вытягивание ОТВС с подобными дефектами из кессона может привести к их дальнейшему разрушению и неконтролируемому выделению в окружающую среду радиоактивных веществ, что отрицательно повлияет на радиационную безопасность для обслуживающего персонала и окружающей среды. С учетом изложенного, кессон вместе с загруженными в него дефектными ОТВС, необходимо извлечь из бака хранилища с применением специальной машины для резки (подрезки) нижней части кессона (трубопровода) в условиях высокой заглубленности и затесненности для прохода и установки режущего устройства.
Известно труборезное устройство по патенту РФ №2041032 С1, предназначенное для разрезки труб и обработки кромок толстостенных труб под сварку при выполнении ремонтных работ на энергетических, тепловых, нефтеперерабатывающих и других объектах в полевых условиях, а также на машиностроительных предприятиях. Труборезное устройство включает подвижной корпус, выполненный с возможностью размещения в обхват обрабатываемой трубы, с кольцевой полкой, на одной поверхности которой установлены опоры качения, несущие подвижной корпус, на котором закреплены инструментальные суппорты с ходовыми винтами и режущим инструментом, а на передней поверхности, которого выполнена реборда, в которой размещена, с возможностью свободного скольжения двухразрядная цепь, один ряд звеньев которой взаимодействует со звездочками, кинематически связанными с ходовыми винтами инструментальных суппортов, а второй - со звездочками, закрепленными, соответственно, на выходном и входном валах редукторов привода подач и конуса отсчета перемещений, корпус которых, а также корпус редуктора привода главного движения закреплены на другом торце кольцевой полки неподвижного корпуса, причем на подвижном корпусе выполнен венец внутреннего зацепления, взаимодействующий с шестерней, установленной на выходном валу редуктора привода главного движения, связанного с двигателем, подвижный и неподвижный корпуса выполнены разъемными, а инструментальные суппорты и редукторы привода подач и конуса отсчета перемещений снабжены механизмами замыкания-размыкания кинематической цепи.
Масса отдельных составных частей устройства позволяет выполнить монтаж и демонтаж всего устройства вручную. Габаритные размеры и конструкция устройства не позволяют использовать его в условиях затесненности и сложного доступа в зону резки.
Недостатком известного устройства являются ограниченные его технологические возможности. Устройство не может быть смонтировано и установлено в рабочее положение с проходом через ранее вырезанное, узкое, кольцеобразное отверстие размером от 500 мм и с пределами его ширины Т=60-80 мм, каким является отверстие в трубной доске вокруг кессона, в условиях сложной затесненности и резки на глубине не менее 3-х метров. Размер ширины кольцеобразного отверстия составляет Т=60-80 мм, т.к. на всех плавучих технических базах и судах АТО расстояние между стенкой баков хранилища и стенкой кессона соответствует указанному размеру.
Известна также машина для резки трубопровода по патенту РФ №2041030 С1, наиболее близкая по технической сущности к заявляемой и принятая как прототип. Машина предназначена для резки труб при ремонте и может быть использована для вырезки «катушки» трубопроводов на объекте. Машина включает неподвижный разъемный корпус, приводной охватывающий обрабатываемую трубу, ротор, с закрепленными на нем подпружиненными резцедержателями, снабженными регулируемыми в радиальном направлении упорами для установки требуемой глубины канавки, резцедержатели ротора выполнены в виде резцовой головки и снабжены средством обеспечения оптимальной и постоянной глубины резания канавки, выполненным в виде пружинной пластины радиальной подачи, посредством которой, резцедержатель закреплен на роторе, и ролика, расположенного перед резцом в одной с ним плоскости и имеющего его профиль, при этом, регулируемые упоры резцедержателей выполнены в виде другого ролика, расположенного в плоскости, смещенной относительно резца и первого ролика.
Недостатком машины по прототипу является то, что ее технологические возможности также ограничены. Машина не может быть смонтирована и установлена в рабочей зоне с проходом через узкое кольцеобразное отверстие утилизируемого радиационно-опасного объекта на глубине места резки кессона (трубы) не менее 3 метров.
Задачей предполагаемого изобретения является разработка надежной и недорогой машины для отрезки или подрезки трубопроводов, в частности кессонов, в недоступных зонах радиационно-опасных объектов на глубине не менее 3 метров от наружной поверхности, обеспечивающей ядерную и радиационную безопасность.
Основным техническим результатом, благодаря которому обеспечивается выполнение поставленной задачи, является возможность отрезки или подрезки трубопроводов, преимущественно кессонов, с повышенной точностью и с обеспечением ядерной, радиационной и общепромышленной безопасности обслуживающего персонала.
Получение указанного технического результата обеспечивается за счет того, что машина для резки трубопроводов, преимущественно кессонов из бака хранилищ, содержит корпус и охватывающий отрезаемую трубу ротор, с закрепленным на нем металлорежущим устройством. Кроме того, корпус машины выполнен в виде кругового шарового подпятника, неподвижная часть которого закреплена на поворотной плите бака хранилища вместе с приводом поворота подвижной части, соосно и упруго скрепленной с фланцем ротора, имеющего вид цилиндрической тонкостенной полой колонны, охватывающей кессон, с закрепленной на ней поворотной штангой, на конце которой закреплена малогабаритная приводная отрезная машинка с абразивным кругом.
Другие отличия состоят в том, что: металлорежущее устройство представляющее малогабаритную приводную отрезную машинку, оснащено:
- ограничительной шайбой на абразивном круге;
- поворотная штанга снабжена устройством фиксации положения;
- на внутренней поверхности ротора, вблизи зоны резания, установлено не менее 3-х шариковых подпружиненных фиксаторов, с упором на наружную поверхность конструкции подрезаемого кессона.
Выполнение корпуса машины в виде кругового шарового подпятника с закреплением его неподвижной части на поворотной плите бака соосно оси кессона, а подвижной части - соосно упруго скрепляемой с фланцем ротора, т.е. с полой тонкостенной колонной, - обеспечивает заданную центровку и точную плавную обкатку (проворот) колонны вокруг кессона от механизма поворота, а введение охвата кессона колонной с закрепленной поворотной штангой, снабженной на ее конце малогабаритной приводной отрезной машинкой с абразивным кругом,- дает возможность завести (опустить) колонну в узкое шириной Т=60-80 мм кольцевое отверстие, и провести в начале врезку абразивного круга в стенку кессона в ее глубину с необходимым усилием резания и последующую круговую обкатку (проворот) отрезной машинки с абразивным кругом вокруг кессона, тем самым выполнить полную круговую отрезку или подрезку кессона.
Оснащение абразивного круга машинки ограничительной шайбой с заданным наружным диаметром обеспечивает при резке выход абразивного круга на определенную заданную глубину резания стенки кессона, тем самым, предотвращая выход режущей кромки абразивного круга вовнутрь кессона и следовательно, невозможность разрезки дефектных ОТВС, расположенных в кессоне.
Оснащение поворотной штанги устройством фиксации положения при резке абразивным кругом дает возможность выполнить первоначальную врезку в кессон усилием ручки на определенную глубину, и, зафиксировав штангу и включив круговую обкатку (проворот) колонны, произвести полную вырезку кессона.
Выполнение на поверхности ротора вблизи зоны резания не менее трех шариковых подпружиненных фиксаторов с упором на наружную поверхность кессона снижает биение ротора, тем самым, повышая точность резки.
Сущность изобретения поясняется следующими графическими фигурами:
Фиг.1 - Общий вид машины для резки кессона (трубопровода).
Фиг.2 - Вид А, вид сверху на машину для резки кессона (трубопровода).
Фиг.3 - Сечение Б-Б, разрез зубчатого зацепления поворота подвижной части подпятника машины для резки кессона (трубопровода).
Фиг.4 - Вид В, вид на шариковый подпружиненный фиксатор.
Фиг.5 - Сечение Г-Г, установки на колонне поворотной штанги с отрезной машинкой.
Фиг.6 - Схема положений установки машины для резки кессона на поворотной плите.
Фиг.7 - Кинематическая схема машины для резки кессона (трубопровода).
Машина (фиг.1, 2, 3 и 7) представляет корпус, выполненный в виде кругового шарового подпятника 1, соосного оси кессона 2, и закрепленного на поворотной плите 3 бака хранилища своей неподвижной частью 4 вместе с механизмом привода поворота 5 подвижной части 6 подпятника, которая сцентрировано скреплена с зубчатым венцом 7 механизма поворота привода 5 (т.е. механизма кругового поворота). В свою очередь на зубчатом венце 7 равномерно расположенными крепежными узлами 8 с проходом через отверстие D1 в зубчатом венце на фланце 9 концентрично закреплен ротор машины, представляющий цилиндрическую тонкостенную полую колонну 10. На колонне с максимальным приближением к ее поверхности и параллельно оси колонны в подшипниковых опорах 11 установлена поворотная штанга 12 с закрепленной на ее нижнем торце хомутно-бандажным соединением малогабаритной приводной электрической (прямой или угловой) отрезной машинкой 13 (серийного производства) с закрепленным абразивным кругом 14 вместе с ограничительной шайбой 15; а сверху поворотная штанга снабжена ручной рукояткой для ввода, вращающегося абразивного круга машинки в отрезаемую стенку кессона, а также зажимным устройством 16 фиксации положения штанги с указательным лимбом, то есть врезания абразивного круга в кессон. Зубчатый венец 7, входящий в зацепление с шестерней 17 механизма поворота привода подвижной части 6 подпятника, - обеспечивает круговую подачу отрезной машинки, а следовательно абразивного круга 14 вокруг отрезаемого или подрезаемого кессона (Фиг.4 и 5).
Охватывая кессон, колонна 10 трубчатой конструкции - являющейся наиболее оптимальной в технологическом и прочностном отношениях, и обкатываясь установленными в нижней части колонны и вблизи зоны реза тремя шариковыми фиксаторами 18 по наружному диаметру кессона, создают необходимую жесткость колонне с уменьшением ее биения в процессе резки кессона, а вместе с этим в верхней части колонны подпружиненными крепежными узлами 8, соединяющими колонну с подвижной частью 6 подпятника, достигается точность, плавность прохода и точность посадки длинномерной колонны через узкое с размерами Т=60-80 мм кольцеобразное отверстие D3 в трубной доске вокруг кессона, а следовательно и устойчивый точный поворот колонны с отрезной машинкой в процессе резки кессона на большой глубине расположения не менее 3 м.
Последовательность положений установки машины и ее работа заключается в следующем:
В начале ведется монтаж, закрепление болтами 19 и с центровкой относительно оси кессона шарового подпятника 1 в сборе с механизмом привода поворота 5 и с зубчатым зацеплением венца 7 и шестерни 17 (Положение I, фиг.6). Затем опускают колонну 10 в сборе с отрезной машинкой 13 в зону отрезки или подрезки кессона путем последовательного прохода через технологическое отверстие D2 поворотной плиты бака хранилища далее кольцевое с шириной Т=60-80 мм отверстие D3 трубной доски до упора фланца 9 колонны с посадочным отверстием D1 в зубчатом венце 7 и с последующим креплением с помощью подпружиненных крепежных узлов 8 к венцу подпятника 1 (Положение II-IV Фиг.6). Опускание колонны 10 при этом осуществляется с помощью подъемного крана с микроприводом, а контроль операции производится с помощью телевизионной установки.
При необходимости, если габариты в плане машинки 13 будут больше ширины прорези Т, то в трубной доске для ее прохода выполняется соответствующий местный проем-прорезь. После чего машина готова к выполнению подрезки или отрезки стенки кессона.
Далее пуском электрической машинки 13 и с помощью разворота ручной рукояткой поворотной штанги 12, вращающийся абразивный круг 14 в машинке 13 вводится в стенку подрезаемого и отрезаемого кессона до упора его ограничительной шайбы 15 в стенку, затем это положение поворотной штанги 12 фиксируется зажимным устройством 16, и потом включается механизм привода поворота 5 (круговой подачи) отрезной машинки 13 до полной отрезки или подрезки стенки кессона заданной глубины.
При необходимости замена, абразивного круга 14 осуществляется путем демонтажа и подъема колонны на необходимую высоту над поворотной плитой хранилища, при этом подъем колонны осуществляется подъемным краном с микроходом, а контроль - с помощью телевизионной установки.
В завершении, отведя машинку в исходное положение из зоны резания обратным разворотом штанги 12, машина готова к демонтажу.
Предлагаемое изобретение обеспечивает создание надежной и сравнительно недорогой машины для резки и подрезки трубопроводов, в частности кессонов в недоступных зонах радиационно-опасных объектов на глубине не менее 3 метров от наружной поверхности объекта с обеспечением ядерной и радиационной безопасности.