УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗМЫВА ОСАДКА И ДЕЗАКТИВАЦИИ
DEVICE FOR WASHING OUT DEPOSIT AND DEACTIVATION

Изобретение относится к атомной промышленности в части переработки радиоактивных отходов, а именно к устройствам для струйного размыва осадка, скопившегося в емкостях-хранилищах радиоактивных отходов высокого уровня активности, перевода осадка во взвешенное состояние с целью дальнейшего его извлечения на переработку, а кроме того, для дезактивации внутренних поверхностей емкости. На предприятиях атомной промышленности в настоящее время проводится выведение из эксплуатации емкостей-хранилищ, в которых в результате многолетней эксплуатации реакторных и радиохимических производств накоплены большие объемы радиоактивных отходов.
При выводе емкостей-хранилищ из эксплуатации накопленные в емкостях радиоактивные отходы должны быть извлечены и подвергнуты переработке и отверждению, так как представляют собой реальную опасность для окружающей среды вследствие длительной эксплуатации емкостей-хранилищ.
Известно устройство для размыва осадка и дезактивации, содержащее камеру подачи рабочей жидкости, размещенную внутри емкости и соединенную трубопроводом с боковым патрубком, смонтированные внутри камеры через узлы уплотнения соосно вал и штуцер моечной головки, соединенные ребрами, сопло, установленное на оси в моечной головке, соединенное шарнирной тягой с поворотным наружным кольцом подшипника, установленного на узле уплотнения, вал, присоединенный через подвижный подшипниковый узел к приводу изменения угла наклона сопла, а через шлицевое соединение, зубчатые шестерню и рейку - к приводу поворота сопла.
Кроме того, устройство содержит систему управления, включающую в себя персональный компьютер, микроконтроллер, модемы связи и программное обеспечение, а в качестве приводов используются механизмы с возвратно-поступательным движением штоков и их позиционированием (см. патент РФ №2249868, кл. G21F 9/28, F04F 1/02, 2003).
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства относится то, что оно содержит смонтированные соосно внутри камеры через узлы уплотнения вал и штуцер моечной головки, соединенные ребрами.
Наличие узлов уплотнения в камере, размещенной внутри емкости в необслуживаемой зоне, при длительной работе устройства приводит к возникновению протечек через узлы уплотнения, что снижает эффективность и работы устройства. При работе оборотными растворами, содержащими значительное количество взвесей, их накопление в узлах уплотнения приводит к увеличению усилия на приводах изменения угла наклона сопла и его поворота, что снижает надежность работы устройства.
Наличие смонтированных соосно внутри камеры вала и штуцера моечной головки, соединенных ребрами, приводит к тому, что при работе устройства поток рабочей жидкости, поступающей в камеру по трубопроводу, для выхода в зазор между ребрами вынужден изменять направление движения, что увеличивает гидравлическое сопротивление в камере, снижая эффективность работы устройства.
При установке известного устройства в емкость требуется наличие проходок, диаметр которых превышает диаметр камеры, что сокращает возможность применения известного устройства или приводит к затратам на строительство новых проходок.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемому изобретению по совокупности признаков является устройство для размыва осадка и дезактивации, содержащее трубопровод рабочей жидкости с боковым патрубком, присоединенную к трубопроводу на разъемных соединениях штангу, сопло, соединенное шарнирной тягой с поворотным наружным кольцом подшипника и сообщающееся с трубопроводом рабочей жидкости посредством гибкого рукава, вал, размещенный внутри штанги и присоединенный через подвижный подшипниковый узел к приводу изменения угла наклона сопла, а через шлицевое соединение, зубчатые шестерню и рейку - к приводу поворота сопла и систему управления (см. патент РФ на полезную модель №61928, кл. G21F 9/34, 2006 г.).
Данное устройство выбрано заявителем в качестве прототипа.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится то, что после монтажа известного устройства в емкость его сопло должно размещаться над осадком, вследствие чего угол наклона сопла при работе будет отрицательным по отношению к горизонту. Общеизвестно, что теоретическая дальность действия незатопленной струи достигает максимума при положительном к горизонту угле 45° и снижается по мере его уменьшения. В незатопленных водяных струях различают три составные структурные части струи: компактную, раздробленную и распыленную. В компактной части сохраняется сплошность потока, а струя имеет цилиндрическую форму. В раздробленной части струя разрывается на крупные части и расширяется. Распыленная часть струи состоит из отдельных рассеивающихся капель.
Предпочтительнее всего размыв осуществлять при достижении осадка компактной частью струи, в крайнем случае, раздробленной частью струи, когда струя еще сохраняет высокие динамические свойства. Из практических опытов установлено, что при работе сопла с отрицательными углами наклона к горизонту длина компактной части струи снижается при его увеличении и достигает своего минимума при направленном вертикально вниз сопле. По мере размыва осадка известным устройством отрицательный угол наклона сопла еще более увеличивается, а дальность действия струй снижается. Вследствие этого размыв осадка в емкостях-хранилищах с большими геометрическими размерами потребует установки дополнительных известных устройств, что приведет к строительству дополнительных проходок в емкости и защитных боксов над ними.
Кроме того, возможность дальнейшего опускания известного устройства в емкость путем постановки вставок для удлинения трубопровода подачи рабочей жидкости и вала сопряжена с работами над проходками в емкость и приведет к повышенному радиационному воздействию на персонал, особенно при освобождении емкостей-хранилищ от высокоактивных отходов.
В ряде емкостей-хранилищ для охлаждения высокоактивных отходов установлены змеевики охлаждающей воды, создающие препятствие для размыва осадка, что также потребует строительства дополнительных проходок в емкость-хранилище и монтаж в них известных устройств.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в повышении радиуса его действия, расширении функциональных возможностей и снижении радиационного воздействия на персонал.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для размыва осадка и дезактивации, включающем трубопровод рабочей жидкости с боковым патрубком и с присоединенной к трубопроводу на разъемных соединениях штангой, сопло, соединенное шарнирной тягой с поворотным наружным кольцом подшипника и сообщающееся с трубопроводом рабочей жидкости посредством гибкого рукава, вал, размещенный внутри штанги и присоединенный через подвижный подшипниковый узел к приводу изменения угла наклона сопла, а через шлицевое соединение и зубчатую шестерню - к приводу поворота сопла, систему управления, особенностью является то, что выше бокового патрубка к трубопроводу соосно присоединена стойка с опорной площадкой, на которой установлены подвижный подшипниковый узел с приводом изменения угла наклона сопла и привод поворота сопла, опорная площадка снабжена приводом вертикального перемещения, а боковой патрубок соединяется с питающим трубопроводом гибким рукавом.
Учитывая особые условия эксплуатации, устройство монтируется в защитном боксе над проходкой в емкость, в котором размещены трубопровод с боковым патрубком, соединенным гибким рукавом с питающим трубопроводом, а также снабжено защитными пробками, установленными на фланцах проходок в защитный бокс и емкость-хранилище и снабженными уплотнительными узлами и подшипниками скольжения, внутри которых установлены вал, стойка и трубопровод рабочей жидкости. Кроме того, боковой патрубок и питающий трубопровод снабжены герметично присоединенными к ним воротниками, соединенными между собой гибким рукавом, причем воротник, присоединенный к питающему трубопроводу, снабжен штуцером, в который установлен сигнализатор появления раствора.
Кроме того, в качестве привода поворота сопла используется пневматический поворотный привод, на вал которого установлено зубчатое колесо, находящееся в зацеплении с зубчатой шестерней, установленной на шлицевом валу, в качестве привода вертикального перемещения опорной площадки используется грузоподъемный механизм, а на стойке установлен фиксатор.
Присоединение к трубопроводу выше бокового патрубка соосно стойки с опорной площадкой, на которой установлены подвижный подшипниковый узел с приводом изменения угла наклона сопла и привод поворота сопла, снабжение опорной площадки приводом вертикального перемещения и соединение бокового патрубка с питающим трубопроводом гибким рукавом позволяют по мере размыва осадка опускать с помощью привода вертикального перемещения опорную площадку с установленными на ней приводами изменения угла наклона сопла и поворота сопла, а также подвижным подшипниковым узлом с присоединенным к нему валом. При опускании опорной площадки одновременно с валом опускается и стойка с присоединенным к ней трубопроводом и боковым патрубком с присоединенным к нему гибким рукавом, что позволяет, по мере размыва осадка, опускать сопло в емкость, уменьшая отрицательные углы наклона сопла к горизонту и тем самым увеличить радиус действия устройства.
Кроме того, создается возможность размыва предлагаемым устройством удаленного осадка, расположенного за змеевиками охлаждающей воды, причем при положительных углах наклона сопла к горизонту.
Опустив сопло в крайнее нижнее положение на предварительно освобожденном от осадка участке емкости, размывается осадок, расположенный под змеевиками, причем при положительном угле наклона сопла. По мере размыва осадка под змеевиками расположенный выше за змеевиками осадок будет сползать на место размытого, что дает возможность размыва осадка, расположенного за змеевиками, увеличить радиус действия устройства и расширить его функциональные возможности.
Монтаж устройства в защитном боксе над проходкой в емкость, в котором размещен трубопровод с боковым патрубком, соединенным гибким рукавом с питающим трубопроводом, позволяют обеспечить радиационную безопасность при работе предлагаемого устройства на оборотной рабочей жидкости.
Снабжение предлагаемого устройства защитными пробками, установленными на фланцах проходок в защитный бокс и емкость-хранилище и снабженными уплотнительными узлами и подшипниками скольжения, внутри которых установлены вал, стойка и трубопровод рабочей жидкости позволяют обеспечить радиационную безопасность при работе предлагаемого устройства с высокоактивными отходами.
Снабжение бокового патрубка и питающего трубопровода герметично присоединенными к ним воротниками, соединенными между собой гибким рукавом, снабжение воротника, присоединенного к питающему трубопроводу штуцером, в который установлен сигнализатор появления раствора, позволяет своевременно получить сигнал о негерметичности гибкого рукава, соединяющего питающий трубопровод с боковым патрубком и исключить возможные протечки оборотной рабочей жидкости в защитный бокс и тем самым снизить радиационное воздействие на персонал.
Использование в качестве привода поворота сопла пневматического поворотного привода, на вал которого установлено зубчатое колесо, находящееся в зацеплении с зубчатой шестерней, установленной на шлицевом валу, позволяет за счет выбранного передаточного отношения зубчатой передачи осуществлять поворот шлицевого вала и связанного с ним сопла на 360° при меньших углах поворота, обеспечиваемых промышленными пневматическими поворотными приводами.
Использование в качестве привода вертикального перемещения опорной площадки грузоподъемного механизма и установка фиксатора на стойке позволили использовать при вертикальном перемещении опорной площадки применяемый при монтажа устройства грузоподъемный механизм, осуществляя ее стопорение в нужном положении фиксатором.
На фиг.1 изображено предлагаемое устройство, размещенное в емкости-хранилище в крайнем верхнем положении, на фиг.2 - нижняя часть устройства в разрезе в крайнем нижнем положении, на фиг.3 - верхняя часть устройства в крайнем нижнем положении.
Предлагаемое устройство (см. фиг.1) монтируется в защитном боксе 1, расположенном над проходкой 2 в освобождаемую емкость 3 со змеевиками 4 охлаждающей воды. Проходка 2 снабжена защитной пробкой 5 с подшипниками скольжения 6 и уплотнительными узлами 7. В перекрытии защитного бокса 1 соосно с проходкой 2 также выполнена проходка 8, в которую установлена защитная пробка 9 с подшипниками скольжения 6 и уплотнительными узлами 7. Предлагаемое устройство содержит трубопровод 10 подачи рабочей жидкости и вал 11, которые через подшипники скольжения 6 и уплотнительные узлы 7 вводятся в освобождаемую емкость 3. Трубопровод 10 снабжен боковым патрубком 12, соединенным гибким рукавом 13 с питающим трубопроводом 14, размещенными в защитном боксе 1.
К трубопроводу 10 (см. фиг.2) присоединена штанга 15, внутри которой в подшипниках скольжения 16 установлен вал 11. На нижнем торце штанги 15 установлен подшипник 17 с поворотным наружным кольцом 18. Сопло 19 соединяется при помощи осей 20 и 21 с валом 11 и шарнирной тягой 22 соответственно. Шарнирная тяга 22 другим концом присоединена к поворотному наружному кольцу 18 подшипника 17. Трубопровод 10 рабочей жидкости соединяется с соплом 19 гибким металлическим рукавом 23. К боковому патрубку 12 и питающему трубопроводу 14 герметично присоединены воротники 24 и 25 соответственно, соединенные между собой гибким рукавом 26, внутри которого размещается гибкий рукав 13. Воротник 25, присоединенный к питающему трубопроводу 14, снабжен штуцером 27, в котором установлен сигнализатор 28 появления раствора.
В верхней части к трубопроводу 11 (см. фиг.3) соосно присоединена стойка 29, проходящая через подшипник скольжения 6 и уплотнительный узел 7 защитной пробки 9, выше которой к стойке 29 прикреплена опорная площадка 30. Во избежание перекосов опорная площадка 30 перемещается в направляющих 31, прикрепленных защитной пробке 9.
Опорная площадка 30 снабжена приводом ее вертикального перемещения, в качестве которого, вследствие редкого использования, применяется грузоподъемный механизм (на чертеже не показан), строповым устройством 32 и фиксатором 33, установленным на одной из направляющих 3.1. На опорной площадке 30 установлен подвижный подшипниковый узел 34, к которому снизу подвешен вал 11, а сверху присоединен привод 35, снабженный позиционером 36 и служащий для изменения угла наклона сопла 19 в вертикальной плоскости. На опорной площадке 30 в подшипниковой опоре 37 установлена шестерня 38, внутри которой на шлицевом соединении установлен вал 11. Шестерня 38 находится в зацеплении с зубчатым колесом 39, установленным на вале пневматического поворотного привода 40, служащего для поворота сопла 19 в горизонтальной плоскости.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
По питающему трубопроводу 14 может подаваться как свежая рабочая жидкость, так и оборотная рабочая жидкость насосом (на чертежах не показан), установленным в освобождаемой емкости-хранилище, в частности пульсационным клапанным погружным насосом по патенту РФ №2097605.
Подаваемая через боковой патрубок 12 рабочая жидкость по трубопроводу 10 и соединенному с ним гибкому рукаву 23 поступает в сопло 19, осуществляя струйный размыв осадка.
Изменение угла наклона сопла 19 в вертикальной плоскости производится следующим образом. Позиционером 32 обеспечивается необходимое выдвижение штока привода 31 и соединенного с ним подвижного подшипникового узла 30 с подвешенным на последнем вале 11.
При вертикальном перемещении вала 11 сопло 19, зафиксированное шарнирной тягой 22, осуществляет поворот в вертикальной плоскости вокруг оси 20.
Поворот сопла 19 в горизонтальной плоскости осуществляется следующим образом. При повороте вала пневматического поворотного привода 35 посаженное на его вал зубчатое колесо 34 поворачивает шестерню 33 с требуемым передаточным отношением. Шестерня 33 через шлицевое соединение поворачивает подвешенный в подвижном подшипниковом узле 30 на требуемый угол вокруг его оси вал 11 и сопло 19. При сложении движений сопла 19 от приводов 31 и 35 оно может быть направлено в любую точку емкости.
Для освобождения емкости-хранилища в первую очередь в осадке размывается канал от предлагаемого устройства до насоса, чтобы использовать оборотную рабочую жидкость, и осадок, находящийся под соплом. На начальной стадии размыв осадка осуществляется под соплом 19 при верхнем расположении опорной площадки 25 при отрицательных углах наклона сопла 19 к горизонту. По мере размыва осадка на участке под соплом 19 приводом 26 вертикального перемещения опорная площадка 25 опускается. При этом одновременно опускаются вал 11, стойка 24 с трубопроводом 10 и боковым патрубком 12, с присоединенным к нему гибким рукавом 13. Это позволяет, по мере размыва осадка, опускать сопло 19 в емкость 3, приближая сопло 19 к осадку и уменьшая отрицательные углы наклона сопла 19 к горизонту, увеличивая тем самым радиус действия устройства. После размыва осадка под соплом 19 опорная площадка 25 опускается в крайнее нижнее положение, а сопло 19 переводится приводом 31 в положение с положительным углом к горизонту. Далее осуществляется размыв осадка, расположенного под змеевиками 4, в результате которого расположенный выше осадок за змеевиками 4 оседает вниз на место размытого, попадая в зону действия сопла 19.
В случае потери герметичности гибкого рукава 13 рабочая жидкость поступает во внутреннюю полость гибкого рукава 39, вызывая срабатывание сигнализатора появления раствора 41.
В качестве привода 31 используется промышленный пневматический цилиндр с позиционером, позволяющий регулировать скорость передвижения штока и осуществлять его останов в заданном положении.
Управление приводами осуществляется дистанционно системой управления (на чертежах не показана).