УСТРОЙСТВО ДЛЯ СВЕРЛЕНИЯ КОЛЬЦЕВЫХ ОТВЕРСТИЙ

Полезная модель относится к технологии обработки металлов резанием и может быть использована в атомной энергетике для осуществления промышленной технологии демонтажа пеналов с дефектными и целыми отработавшими тепловыделяющими сборками (ОТВС) из баков хранилищ плавучих технических баз (ПТБ) или хранилищ береговых технических баз (БТБ). С этими же целями устройство может быть использовано на морском транспорте, имеющем атомные паропроизводящие установки (АППУ) и суда их обеспечения, а также при ремонтных работах на атомных станциях.
Известно устройство для сверления кольцевых отверстий (а.с. СССР №1340927, кл. В23В 51\04, опубл. 1987 г.). Устройство включает кольцевое сверло, центрирующий элемент, установленный в кольцевом сверле с возможностью вращения и осевого перемещения. Кроме того, устройство снабжено режущим элементом, выполненным в виде втулки с одним зубом на торце, и центровальной шайбой.
Недостатком известного устройства является необходимость предварительного нарезания канавки для установки центрирующего элемента и, как следствие, значительная сложность процесса работы устройства, что приводит к увеличению длительности технологического процесса вырезки пеналов с ОТВС, и как следствие увеличивает дозовые нагрузки персонала.
Известно устройство для вырезки пеналов с дефектными отработавшими тепловыделяющими сборками (патент РФ №2220465, Кл. G21С 19\33, G21F 5\008, опубл. 2003 г.), которое относится к области технологического оборудования в атомной энергетике. Устройство включает вертикально-сверлильный станок, установленный на платформе, имеющей ролики и тяги, кроме того, на платформе имеются два радиально расположенных под углом 90° отверстия, одно из которых соосно со шпинделем сверлильного станка, платформа расположена на основании с возможностью ее разворота относительно этого основания на 90°, причем в основании имеется отверстие, поочередно совмещаемое при развороте с отверстиями на платформе.
К недостаткам, препятствующим использованию данного устройства, относится то, что пенал с ОТВС и режущий инструмент не обладают точной соосностью, так как их центровка осуществляется опосредованно, через другие элементы устройства. Это приводит к тому, что кольцевая проточка, образуемая сверлильной головкой, может не точно совпадать с требуемым местом реза, в связи с чем, операцию по созданию кольцевой проточки приходится повторять. Существенным недостатком устройства является то,
что кольцевая проточка вырезается в месте сварки пенала с трубной доской - это приводит в частой поломке режущего инструмента и значительному увеличению времени на выполнение данной работы.
Известно кольцевое сверло (а.с. СССР №1235668, кл. В23В 51\04, опубл. 1986 г.), включающее корпус с режущими элементами, размещенный внутри корпуса центрирующий элемент, проходящий через кольцо, которое в свою очередь соединено с корпусом пружиной растяжения, а верхняя часть корпуса выполнена в виде конуса Морзе.
К причинам, препятствующим использованию устройства является то, что, центрирующий элемент выполнен коническим и расположен только в центре устройства, что обеспечивает центровку кольцевого сверла только на плоской ровной поверхности, что в реальных условиях демонтажа дефектных ОТВС не выполнимо.
По совокупности существенных признаков и достигаемому результату, наиболее близким к заявленному устройству, является устройство по а.с. СССР №1235668, которое и выбрано в качестве прототипа.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является сокращение длительности технологического процесса, за счет упрощения технологии при повышении точности центровки.
Техническим результатом при использовании полезной модели является точность центровки в условиях демонтажа пеналов с дефектными ОТВС и надежность проведения реза в точно установленном месте, а, следовательно, исключение дополнительных операций по установлению соосности. Операция вырезки пеналов с дефектными ОТВС с применением предлагаемого устройства не сопровождается колебаниями и вибрацией, что снижает нагрузку на режущие элементы и позволяет свести к минимуму влияние несоосности шпинделя станка и корпуса, а также обеспечивает работу режущих элементов без замены значительное время.
Использование предлагаемой полезной модели обеспечивает повышение коэффициента полезного действия устройства при демонтаже пеналов с отработавшими тепловыделяющими сборками, упрощает и сокращает длительность технологического цикла операций по демонтажу, снижает вероятность поломки и отказа в работе устройства, уменьшает тем самым время нахождения персонала под воздействием источников ионизирующих излучений, позволяя значительно снизить дозовые нагрузки на персонал.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для сверления кольцевых отверстий, включающее корпус, режущие элементы, конус Морзе, центрирующий элемент, размещенный внутри корпуса, соосно ему и выполненный с возможностью вращения, и продольного перемещения, отличающееся тем, что центрирующий элемент выполнен в виде стакана с внутренней центровальной поверхностью, подпружиненного относительно оси корпуса, при этом устройство дополнительно снабжено удлинителем, один торец которого жестко соединен с корпусом, а другой выполнен в виде конуса Морзе.
Удлинитель состоит из нижней и верхней частей, шарнирно соединенных между собой и выполненных с возможностью осевого перемещения относительно друг друга.
Наличие подшипника скольжения, расположенного между внутренней поверхностью корпуса и внешней поверхностью центрирующего элемента обеспечивает гашение поперечных колебаний и вибраций, неизбежно возникающих при механических резке металла, что позволяет избежать поломки режущих элементов и проведения дополнительных операций по их замене. Подшипник скольжения выполнен, например, в виде втулки.
Наличие подшипника качения, а также пружины, расположенных между корпусом и центрирующим элементом, обеспечивает неподвижность центрирующего элемента на пенале, обусловленное постоянным усилием прижима не зависимо от величины перемещения корпуса.
Устройство дополнительно снабжено монтажной ручкой, что упрощает установку и демонтаж устройства. Отверстие для размещения монтажной ручки выполнено в нижней части удлинителя.
Наличие упорного кольца, выполненного на верхней части удлинителя позволяет обеспечить установку конуса Морзе в шпиндель станка после осуществления центровки на пенале без ее нарушения.
Конструкция предлагаемого устройства поясняется чертежом. На фиг.1 представлено предлагаемое устройство в разрезе.
Устройство включает корпус (1), режущие элементы (2), внутри корпуса (1) размещен центрирующий элемент (3), выполненный в виде стакана (3) с внутренней центровальной поверхностью и упорный подшипник (4). Между центрирующим элементом (3) и упорным подшипником (4) установлена пружина сжатия (5). Между внутренней поверхностью корпуса (1) и внешней поверхностью центрирующего элемента (3) размещен подшипник скольжения, выполненный в виде втулки (6). С корпусом (1) жестко соединена (например, резьбовым соединением) нижняя часть удлинителя (7), через шарнир (9) связанная с верхней частью удлинителя (8). В конструкции удлинителя (8) выполнена сквозная проточка (10), а в конструкции нижней части удлинителя (7) выполнено отверстие (11) для размещения монтажной ручки (на чертеже не указана). На верхней части удлинителя (8) разъемно закреплено упорное кольцо (12). Верхний торец удлинителя (8) выполнен в виде конуса Морзе (13), что обеспечивает крепление в шпинделе (15) станка (например, радиально-сверлильного).
Наличие в устройстве центрирующего элемента (3), выполненного в виде стакана с внутренней центровальной поверхностью, размещенного внутри корпуса (1) и соосно ему (совпадающего с контурами пенала), позволяет произвести центровку устройства на пенале (14), обеспечивающую соосность пенала (14) и корпуса (1) устройства. Это обуславливает проведение реза в точно установленном месте и исключает дополнительные операции по обеспечению соосности.
Выполнение удлинителя из верхней (8) и нижней (7) частей, соединенных через шарнир (9), обеспечивает возможность качения, что
позволяет свести к минимуму влияние несоосности шпинделя (15) станка и корпуса (1), а наличие сквозной проточки (10) позволяет производить установку конуса Морзе (13) в шпиндель станка (15) после осуществления центровки устройства на пенале (14) без ее нарушения. Такое конструктивное выполнение удлинителя обуславливает надежное сопряжение всех элементов, сократив время на установку устройства.
Наличие подшипника скольжения, выполненного в виде втулки (6), расположенного между внутренней поверхностью корпуса (1) и внешней поверхностью центрирующего элемента (3), обеспечивает гашение поперечных колебаний и вибраций, неизбежно возникающих при механической резке металла, что позволяет избежать поломки режущих элементов (2) и проведения дополнительных операций по их замене.
Наличие подшипника качения (4), а также пружины (5), расположенных между корпусом (1) и центрирующим элементом (3), обеспечивает неподвижность центрирующего элемента (3) на пенале (14), обусловленное постоянным усилием прижима не зависимо от величины перемещения корпуса (1).
Устройство дополнительно снабжено монтажной ручкой, что упрощает установку и демонтаж устройства. Отверстие для размещения монтажной ручки (11) выполнено в нижней части удлинителя (7).
Наличие упорного кольца (12), выполненного на верхней части удлинителя (8) позволяет облегчить установку конуса Морзе (13) в шпиндель (15) станка после осуществления центровки на пенале (14).
Установка на пенале с ОТВС и работа устройства:
Устройство, состоящее из корпуса (1) с режущими элементами (2), и центрирующим элементом (3), выполненным в виде стакана с помощью монтажной ручки (на чертеже не указана), размещаемой в отверстии для монтажной ручки (11), устанавливается на пенал (14) с ОТВС так, чтобы центрирующий элемент (3) входил в сопряжение с пеналом (14) и обеспечил соосность и центровку устройства. С помощью упорного кольца (12), верхний торец удлинителя, выполненный в виде конуса Морзе (13) вводится в шпиндель станка (15) (например, радиально-сверлильного). Соединение верхней (8) и нижней (7) частей удлинителя через шарнир (9) обеспечивает возможность качения, облегчая установку устройства. Выполнение сквозной проточки (10) в верхней части удлинителя (8) обеспечивает перемещение верхней (8) и нижней (7) частей удлинителя относительно друг друга в осевом направлении без нарушения сопряжения центрирующего элемента (3) и пенала (14). После закрепления устройства в шпинделе (15) станка, удаляется ручка.
С помощью станка устройство приводится во вращение, в процессе резания режущие элементы (2) углубляются в материал втулки пенала (14), неразъемно соединенной с ним, а центрирующий элемент (3) остается на одном месте, при этом происходит его относительное перемещение внутри корпуса (1) в осевом направлении. Постоянный контакт центрирующего
элемента (3) с пеналом обеспечивается пружиной сжатия (5), упорным подшипником (4) и втулкой (6). Благодаря тому, что пружина сжатия (5) сжимается внутри корпуса (1), а втулка (6) обеспечивает соединение корпуса (1) и центрирующего элемента (3), центрирующий элемент (3) имеет возможность перемещаться внутри корпуса (1) на величину рабочего хода устройства, составляющего ~10 мм. После проведения реза на выбранную глубину, определяемого по нониусу станка (на чертеже не указан), шпиндель станка (15) поднимается в исходное положение, производится разъединение устройства со шпинделем станка (15), устройство демонтируется при помощи монтажной ручки.
В результате операции образуется кольцевая проточка выбранной глубины, но не более, рабочего хода устройства на пенале, в месте, расположенном между сварным швом крепления пенала с ОТВС к трубной доске и периметром отверстия в трубной доске.
Вышеуказанный цикл операций по вырезке кольцевой проточки в пенале с ОТВС для его демонтажа осуществляется для каждого пенала отдельно.
В настоящее время изготовлено и опробовано на практике предложенное устройство. Испытания предлагаемого устройства доказали не только его промышленную применимость, но и подтвердили указанный выше технический результат.
При проведении испытаний фиксировалось:
- время установки устройства на пенале с ОТВС;
- время проведения реза;
- время демонтажа устройства;
- количество пеналов с ОТВС, вырезаемых за одну смену;
- дозовая нагрузка на персонал за полный цикл операций с одним пеналом.
Приведенные ниже количественные характеристики являются средними значениями показателей, полученных при полном цикле операций на пеналах с ОТВС в количестве 6 штук.
Время установки предлагаемого устройства на пенале с ОТВС составляет ~2 мин. Время проведения реза и время демонтажа устройства составляет ~5 мин. Таким образом, цикл операций по вырезке кольцевой проточки для одного пенала занимает не более 7 мин, что, по крайней мере, в 6 раз меньше, по сравнению с устройством для вырезки пеналов с дефектными отработавшими тепловыделяющими сборками (патент РФ №2220465). В результате дозовая нагрузка на персонал за полный цикл операций с одним пеналом снижается, по сравнению с дозовой нагрузкой при работе с устройством для вырезки пеналов с дефектными отработавшими тепловыделяющими сборками (патент РФ №2220465) на 80%, а производительность увеличивается (количество пеналов с ОТВС, вырезаемых за одну смену составляет 30 шт.)
Таким образом, предлагаемая полезная модель направлена на решение поставленной задачи и соответствует всем критериям патентоспособности по действующему законодательству.