УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗМЫВА ОСАДКА И ДЕЗАКТИВАЦИИ

Изобретение относится к атомной промышленности в части размыва и растворения осадка и дезактивации аппаратов радиохимического производства при их выводе в ремонт или из эксплуатации.
Кроме того, устройство может быть использовано в других отраслях промышленности для перемешивания и отмывки емкостей с различными внутренними полостями.
Особенно большие затруднения возникают при дезактивации смесительно-отстойных экстракторов ящичного типа, разделенных перегородками на предкамеру, смесительную и отстойную камеры и содержащих много внутренних устройств: переливных перегородок, смесительно-транспортирующие устройства, гидрозатворов, устройств для рециркуляции фаз и др. Для дезактивации экстрактора на дне отстойной камеры предусмотрен барботажный коллектор, в который, после заполнения экстрактора моющим раствором, подается сжатый воздух для перемешивания моющего раствора. Дезактивация наиболее загрязненной отстойной камеры малоэффективна и требует проведения значительного количества циклов дезактивации. Кроме того, поскольку пузырьки воздуха, выходящие из отверстий барботажного коллектора, всплывают вверх, то не обеспечивается размыв и растворение отложений осадка, образующегося в результате деструкции органического экстрагента.
Основным фактором, ограничивающим выбор и применение устройств для дезактивации, является наличие проходок в дезактивируемый аппарат и их диаметр, через которые в аппарат они вводятся. В частности, дезактивация экстракторов возможна только при введении в экстрактор устройств через проходки после демонтажа из них датчиков контрольно-измерительных приборов, причем внутренний диаметр проходок не превышает 46 мм.
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, G21F 9/28, F04F 1/02, 2003).
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится то, что для обеспечения его работы необходимо иметь в дезактивируемой емкости насос, подающий оборотный моющий раствор в камеру и далее на сопло.
Необходимость введения в дезактивируемый аппарат известного устройства через проходки малых диаметров приводит к миниатюризации камеры, узлов уплотнения, вала и штуцера моечной головки, сопла и других деталей, что приведет к уменьшению объема жидкости, подаваемой на сопло, и к снижению надежности в работе и эффективности дезактивации.
Известно устройство для размыва осадка и дезактивации,, включающее электропривод, фланец, корпус, камеру, моечную головку с соплами, причем камера снабжена впускным клапаном и размещена внутри цилиндрического корпуса и сообщается с распределительным блоком при помощи пульсопровода, а также гибкого трубопровода и с моечной головкой - посредством нагнетательных труб, при этом между корпусом и электроприводом смонтирован кривошипно-коромысловый механизм. Учитывая условия использования, моечная головка размещена ниже и (или) выше впускного клапана (см. патент РФ №2138870, G21F 9/34, 1999), выбранное заявителем в качестве прототипа.
Известное устройство работает следующим образом. Камера помещается через проходку в емкость-хранилище так, что впускной клапан погружен в маточный раствор, служащий в качестве рабочей жидкости. Распределительным блоком в камеру по гибкому трубопроводу и пульсопроводу попеременно подаются разрежение и сжатый воздух. При подаче разрежения камера через впускной клапан заполняется рабочей жидкостью, а при последующей подаче сжатого воздуха, жидкость из камеры вытесняется через сопла моечной головки в емкость. Возвратно-поворотное движение устройства на 90° осуществляется с помощью электропривода и кривошипно-коромыслового механизма, а для охвата струями всего периметра емкости моечная головка должна быть снабжена четырьмя соплами.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства относится то, что эффективная работа устройства возможна только при определенном объеме камеры подачи рабочей жидкости, обеспечивающей продолжительность цикла вытеснения рабочей жидкости из камеры, достаточную для формирования струй, достижения ими стенок аппарата и воздействия на них. На практике, эффективная работа камер, применяемых для размыва осадков и дезактивации емкостей-хранилищ радиоактивных отходов, обеспечивается при их объемах более 100 л, при этом их наружный диаметр и высота составляют 325 и 2000 мм соответственно.
При имеющейся проходке в экстрактор с внутренним диаметром 46 мм, объем вводимой через проходку камеры известного устройства составит 10-15 л. Продолжительность вытеснения такого объема сжатым воздухом, составляющая 1-2 с, не сможет обеспечить формирования струй и эффективной дезактивации.
Создание же новых проходок необходимых размеров приводит к большим материальным затратам и радиационному воздействию на персонал.
Кроме того, применение в известном устройстве распределительного блока, а в качестве привода поворота электропривода и кривошипно-коромыслового механизма усложняет конструкцию устройства и, как следствие, снижает надежность работы устройства. Электропривод и кривошипно-коромысловый механизм могут осуществить возвратно-поворотное движение устройства только на 90, а для охвата струями всего периметра емкости моечная головка должна быть снабжена четырьмя соплами, что, по сравнению с двумя соплами, снижает расход жидкости, вытекающей из сопла, и, следовательно, дальность действия струй и их кинетическую энергию, а в результате эффективность дезактивации.
Технический результат - расширение функциональных возможностей устройства за счет уменьшения его габаритных размеров и повышение эффективности дезактивации и надежности в его работе.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для размыва осадка и дезактивации, включающем привод поворота, пульт управления, фланец, корпус, камеру, моечную головку с соплами, сообщающуюся с камерой, пульсопровод и гибкий трубопровод, камера выполнена в виде струйного аппарата, состоящего из конического сопла, приемной камеры с входными отверстиями, камеры смешения и диффузора, к нижнему торцу которого присоединена моющая головка с внутренними цилиндрическими соплами, к коническому соплу присоединен пульсопровод, в верхней части соединенный посредством зубчатой передачи с приводом поворота и гибким трубопроводом с источником сжатого воздуха.
Учитывая условия монтажа внутренние цилиндрические сопла выполнены направленными под углом к горизонту.
Кроме того, в качестве привода поворота используется пневматический поворотный привод с реверсивным углом поворота вала, а коническое сопло соединяется с приемной камерой на резьбе.
Выполнение камеры в виде струйного аппарата, состоящего из конического сопла, приемной камеры с входными отверстиями, камеры смешения и диффузора, присоединение к коническому соплу пульсопровода, а к нижнему торцу диффузора моющей головки с внутренними цилиндрическими соплами, позволяют сократить габаритные размеры устройства, осуществить его монтаж в аппараты с проходками меньших диаметров и, тем самым, расширить функциональные возможности устройства.
Выполнение камеры в виде струйного аппарата также позволяет обеспечить при подаче сжатого воздуха по пульсопроводу в коническое сопло непрерывный поток оборотной рабочей жидкости через сопла. Поскольку скорость движения воздуха в трубопроводах превышает скорость движения жидкости, то воздушно-жидкостная смесь разгоняется струей сжатого воздуха и, за счет придания струе дополнительной кинетической энергии, увеличивается дальность действия струй. Этим повышается эффективность дезактивации.
Направление внутренних цилиндрических сопел под углом к горизонту позволяет увеличить длину частей сопел, формирующих струи и, как следствие, дальность действия струй, повышая тем самым эффективность дезактивации.
Соединение верхней части пульсопровода посредством зубчатой передачи с приводом поворота и гибким трубопроводом с источником сжатого воздуха, использование в качестве привода поворота пневматического поворотного привода позволяет упростить конструкцию устройства, повысив тем самым его надежность в работе, и получить возвратно-поворотное движение камеры подачи рабочей жидкости до 360° за счет передаточного отношения зубчатой передачи, уменьшив, тем самым, количество сопел. Уменьшение количества сопел позволяет увеличить их диаметр и расход жидкости, вытекающей из сопла, и, следовательно, дальность действия струй и их кинетическую энергию, а в результате эффективность дезактивации.
Соединение конического сопла с приемной камерой на резьбе позволяет регулировать такой важный для производительности устройства параметр, как расстояние от конического сопла до камеры смешения.
На фиг.1 изображено устройство в разрезе, размещенное в экстракторе, на фиг.2 - камера подачи рабочей жидкости в разрезе.
Предлагаемое устройство (см. фиг.1) содержит камеру 1 подачи рабочей жидкости, соединенную пульсопроводом 2 и гибким трубопроводом 3 с источником сжатого воздуха (не показан). Пульсопровод 2 вводится в дезактивируемый экстрактор 4 через подшипниковый 5 и уплотнительный 6 узлы в корпусе 7, установленном на фланец 8 проходки 9 в экстрактор 4. На пульсопроводе 2 установлено зубчатое колесо 10, находящееся в зацеплении с шестерней 11 пневматического поворотного привода 12, управление которым осуществляется пультом управления 13 (на чертеже не показан). Пульсопровод 2 фиксируется в вертикальном положении хомутом 14.
Камера 1 подачи рабочей жидкости состоит (см. фиг.2) из конического сопла 15, присоединенного к нижнему торцу пульсопровода 2, приемной камеры 16 с входными отверстиями 17, камеры смешения 18 и диффузора 19. Коническое сопло 15 входит в приемную камеру 16 и соединяется с нею на резьбе. К нижнему торцу диффузора 19 присоединена моющая головка 20 с внутренними цилиндрическими соплами 21, направленными под углом к горизонту. Предлагаемое устройство работает следующим образом. В дезактивируемый аппарат (экстрактор) 4 принимается моющий раствор, а через проходку 9 устанавливается предлагаемое устройство и крепится своим корпусом 7 на фланце 8. В гибкий трубопровод 3 подается сжатый воздух, который по пульсопроводу 2 поступает в камеру 1 подачи рабочей жидкости, выполненную в виде струйного насоса. Поступающая из конического сопла 15 в приемную камеру 16 струя сжатого воздуха всасывает моющий раствор (рабочую жидкость) из дезактивируемого аппарата через входные отверстия 17 в приемную камеру 16 и смешивает моющий раствор со сжатым воздухом в камере смешения 18. Далее в диффузоре 19 давление смешанного потока повышается и в результате в моющую головку 20 поступает постоянный поток воздушно-жидкостной смеси, который выходит из внутренних цилиндрических сопел 21 в дезактивируемый аппарат. Поворот камеры 1 вместе с моечной головкой 20 осуществляется пневматическим поворотным приводом 12, при этом, если его угол поворота - 180°, то на моечной головке выполняются два внутренних цилиндрических сопла 21. Режим работы пневматического поворотного привода 12 устанавливается с помощью пульта управления 13.
Поскольку скорость движения воздуха в трубопроводах превышает скорость движения жидкости, то воздушно-жидкостная смесь разгоняется струей сжатого воздуха и за счет придания струе дополнительной кинетической энергии увеличивается дальность действия струй и их кинетическая энергия. В результате воздействия струй воздушно-жидкостной смеси на придонный осадок, и днище аппарата осуществляется размыв и растворение осадка и дезактивация, как правило, наиболее загрязненного днища. По траектории движения воздушно-жидкостных струй, проходящих под слоем рабочей жидкости, происходит выделение пузырьков воздуха. В результате в дезактивируемом аппарате осуществляется более интенсивное перемешивание рабочей жидкости по всему объему аппарата, интенсифицирующее дезактивацию его стенок.
Использование при дезактивации оборотной рабочей жидкости из дезактивируемого аппарата позволяет сократить объем моющего раствора, и, как следствие, объем вторичных жидких радиоактивных отходов.