Манипулятор
MANIPULATOR

Предполагаемое изобретение относится к устройствам и оборудованию, предназначенным для дистанционной работы с радиоактивными и токсическими веществами, и может быть использовано в атомной, радиохимической и химической промышленности.
По основному а.с №1249336  известен манипулятор, содержащий шпагу, органы управления, рабочие органы, шаровую опору (или шар со сферической опорой, герметизирующий узел и защитят чехол, причем герметизирующий узел выполнен в виде подпружиненных манжет, установленных в зоне контакта шара и сферической опоры, в которой выполнена проточка под установку в нее втулку со встроенными многорядным двухворотниковыми манжетами с упругим элементом, а внутренняя полость шпаги загерметизирована посредством неразъемного сильфонного блока, подвижно соединяющего шток и шпагу. Шпага установлена в чехле, выполненном так, что внутренний его слой является сорбирующим, наружный - герметизирующим, а весь чехол - телескопическим с переходными элементами между ступенями в виде двойных гофров, расположенных вдоль оси чехла, с длиной каждой ступени, равной наименьшей длине чехла при крайнем вдвинутом в рабочую зону положении шпаги.
Манипулятор снабжен системой перепада давления между операторским помещением, подчехловым пространством и рабочей камерой выполненной в виде стакана, на котором закреплен чехол, выходной коробки и трубопровода, соединяющих подчехловое пространство с установленной вентиляционной системой.
Недостатком известного манипулятора является недостаточная степень биологической защиты обслуживающего персонала от воздействия радиоактивных и токсических веществ, что обусловлено недостаточной герметизацией возвратно-поступательного перемещения и комбинированного ввода вращательного движения наружной поверхности несущей трубы относительно внутреннего отверстия шара опоры манипулятора, и качательного движения шара в сферической поверхности опоры с помощью соответствующих манжетных уплотнений, не исключающих проникновение через них (и через зазоры кинематических пар подвижных соединений) в подчехловое пространство токсических и радиоактивных веществ, далее, сдесь не исключен выброс этих веществ в операторские помещения. Подобная ситуация предусмотрена в известном манипуляторе и, с целью дополнительной биологической защиты оператора от воздействия данных веществ, способных проникнуть через эти уплотнения в рабочую камеру, последняя соединена с установленной вентиляционной системой, а внутренний чехол выполнен сорбирующим радиоактивные и токсические вещества.
Кроме того, нарушение в процессе эксплуатации герметичности наружного чехла в известном манипуляторе приводит к попаданию токсических и радиоактивных веществ в операторские помещения, несмотря на достаточно эффективную работу вентиляционной системы Начало процесса разгерметизации невозможно проконтролировать, так как нет соответствующей аппаратуры контроля, что также ухудшает надежность защиты обслуживающего персонала, и не соответствует предъявляемым современным требованиям техники безопасности работы данного оборудования.
Цель изобретения - улучшение защити обслуживающего персонала от воздействия радиоактивна и токсических веществ.
Цель достигается тем, что в манипуляторе т авт. св. №1249336 внутренний чехол выполнен герметизирующим в виде двойного экрана с наполнителем между его двух внутренних стенок экранирующим радиоактивные излучения веществом, в стакане рабочей камеры выполнена кольцевая камера, полость которой объединена с межчехловым пространством, заполнена экранирующей радиоактивные излучения средой в сообщена каналом с устройством контроля состояние экранирующей среды, в шаровой опоре выполнены дополнительная кольцевая сферическая полость и радиоактивные проточки, связывающие эту полость с внутренними кольцевыми полостями внутреннего и наружного манжетных  уплотнений, а указанные полости и проточки заполнены жидкой, экранирующей радиоактивные излучения и герметизирующей средой, например, протечной водой.
Выполнение внутреннего чахла герметизирующим (в виде двойного экранирующего элемента с внутренним наполнителем), выполнение в стакане рабочей камеры кольцевой камеры, полость которой объединена с межчехловым пространством, заполнена жидкостью, например проточной водой экранирующей радиоактивные вещества и их излучения и связь этой полости с устройством контроля состояния экранирующей жидкости с помощь канала, а заполнение внутренней полости двойного экранирующего элемента внутреннего герметизирующего чехла, экранирующим радиоактивные излучения веществом (например, порошком иридия или графита), позволяют надежно загерметизировать всю конструкцию шпатового манипулятора и осуществлять надежный контроль за начинающимся процессом, например, разгерметизации наружного чехла манипулятора в процессе его эксплуатации, например, по изменению плотности экранирующей среды в контролируемой межчехловой полости и вовремя остановить процесс работы е манипулятором, а также вовремя удалять из операторского помещения обслуживающий персонал.
Выполнение в шаровой опоре дополнительной кольцевой сферической полости и радиальных проточек, связывающих эту полость с внутренними кольцевыми полостями внутреннего и наружного манжетных уплотнений, заполнение указанных полостей и проточек жидкой герметизирующей, и одновременно экранирующей радиоактивнее излучения средой, например, проточной водой, позволяет практически исключить попадание радиоактивных и токсических веществ из рабочей зоны в подчехловое пространство через соответствующие манжетные уплотнения.
Все вышеперечисленное позволяет значительно улучшить защиту обслуживающего персонала от воздействия на него радиоактивных и токсических веществ.
Отличительные от прототипа признаки в исследованный аналогах не обнаружены, следовательно заявляемой манипулятор отвечает критерию «существенные отличия».
На фиг. 1 представлена схема манипулятора; на фиг. 2 - разрез А-А па фиг. 1; на фиг. 3 - схема манипулятора для гамма-излучающей среды.
Манипулятор содержит несущую трубу 1 (фиг. 1) имеющую на одном конце штурвал 2 управления, на другом - рабочий орган в виде комбинированного захвата 3.
Штурвал 2 имеет рукоятку-гайку 4 управления, взаимовоздействующую со штоком 5, на противоположном конце которого закреплена планка 6 с пальцами 7, входящими в паза 8 захватов 3 Шток 5 центрируется на подшипниках 9 скольжения и герметизируется от проникновения через зазоры в подшипниках 9 радиоактивных или токсических веществ с помощью неразъемного сильфониого блока 10.
Несущая труба 1 помещена в подшипники 11 скольжения стакана 12, которой смонтирован жестко в шаровой опоре 13, центрирующейся в сферических гнездах втулок 14 и 15.
Втулка 14 монтируется в проходке защитной стены 16 и поднимается к уплотнению 17 посредством стакана 18, а втулка 15 центрируется во втулке 14. Необходимый зазор между сферической поверхностью шаровой опоры 13 и гнездами втулок 14 и 15 достигается поджатием втулки 15 через кольцо 19 прихватом 20 до упора в компенсатор 21.
Между кольцами 19 и втулкой 15 имеется герметизирующее кольцо 22. Между фланцем стакана 12 и шаровой опорой 13 имеется герметизирующие кольцо 23.
Герметизация наружной цилиндрической поверхности несущей трубы 1 осуществляется с помощью многорядного манжетного уплотнения 24 с автоматическим поджимом манжет по мере их износа пружиной 25 через кольцо 26, монтируемое в стакане 12
С целью герметизации сферической поверхности шаровой опори 13 в кольцевое сферическое пространство между втулками 14 и 15, компенсатором 21 и шаровой опорой 13 встроено наружное манжетное уплотнение 27 с автоматическим поджимом манжет по мере их износа посредством кольцевого упругого звена, например, тонкостенного кольца 28 криволинейного профиля, воздействующего на манжеты через кольцо 29.
Для защиты обслуживающего персонала от воздействия радиоактивных и токсических веществ в зоне нахождения оператора на стаканах 18 в 30 закреплена с помощью хомутов 31 Два герметизирующих.чехла: внутренний 32 и наружный 33, причем наружный чехол 33 выполнен телескопическим с переходными элементами между ступенями в виде двойных гофров 34 расположенных вдоль оси чехла с длиной каждой ступени, равной наименьшей длине чехла при крайнем вдвинутом в рабочую зону положении несущей трубы 1.
Для обеспечения более легкого перемещения несущей труби 1 в осевом направлении удаления радиоактивных или токсических веществ из подчехлового (подчехольного) пространства маниипулятора имеет систему поддержания перепада давления, состоящую из стакана 18, выводной коробки 35, трубопровода 36 и вентиляционной сети 37 с фильтром 38.
Для снятия излишков радиоактивного или токсического продукта с несущей трубы 1 шаровая опора 13 имеет съемник 35 в виде скребка.
Для защиты обслуживающего персонала, внутренний чехол 32 выполнен в виде двойного с внутренним, наполнением герметизирующего элемента, наполнителем которого может быть порошок иридия или графита, экранирующим радиоактивные излучения вещества.
Захваты 3 установлены с возможностью вращения вокруг осей 40.
Для работы манипулятора в среда, излучающей гамма-лучи выполнена втулка 41 скольжения (фиг. 3) помещена в центре шаровой опоры 13, занимаемая почти всю длину ее проходки, а на края металлической втулки 41 вынесены двухрядные манжетные уплотнения 42. Автоматический поджим манжет по мере их износа осуществляется кольцевыми пружинами 43 через поставочные кольца 44. Предварительный натяг пружин 43 осуществляется поджимом фланца 45. Конструкция манжет с автоматическим поджимом по мере их износа попользуется и для удаления шаровой опоры. Манжеты 46 поджимаются кольцевыми пружинами 47 через кольцо 48.
Для защиты рабочего (обслуживающего) персонала от воздействия радиоактивных или токсических веществ в стакане 18 рабочей камеры выполнена кольцевая камера 49, полость которой объединена с межчехловым пространством и заполнена жидкостью, являющийся экранирующей, средой 50, в качестве которой может быть использована, например, проточная вода.
Полость камеры 49 сообщена каналом 51 с устройством контроля состояния экранирующей среды (ее плотность или давление), имеющим сигнализирующую аппаратуру 52.
В шаровой опоре 13 выполнены:
дополнительная кольцевая сферическая полость 53 и радиальные проточки 54, связывающие эту полость с внутренними кольцевыми полостями внутреннего 24 и наружного 27 манжетных уплотнений, а указанные полости и проточки заполнены жидкой, экранирующей радиоактивные излучения ж герметизирующей  средой 55, например, проточной водой.
При работе манипулятора в среде, излучающей гамма-лучи, металлическая втулка 41 скольжения (фиг. 3) помещена в центре шаровой опоры 13 а занимая почти всю длинну ее проходки, а на края металлической втулки 41 нанесены двухрядные манжетные уплотнения 42.
Автоматический поджим манжет по мере их износа осуществляется кольцевыми пружинами 43 через проставочные кольца 56. Предварительный натяг пружины 43 осуществляется поджимам фланца 45.
С целью дополнительного повышения степени биологической задам оператора при работе манипулятора в среде, излучающей гамма-лучи, полость 57 между внутренней поверхностью металлической втулки 41 скольжения и наружней поверхностью несущей трубы 1, кольцевые полости манжетных уплотнений 42 и 46, связанные проточкой 54 со сферической кой полостью 53 в шаровой опоре 13, заполнены жидкой герметизирующей средой 55, экранирующей радиоактивные излучения, например, проточной водой.
Регулировочной винт 58 с поршнем 59 предназначены для регулировки плотности (степени сжатия) жидкого герметика 55 в соответствующих полостях шаровой опоры 13.
Манипулятор может перемещаться (фиг. 1) в шаровой опоре 13 в осевом направлении, вращаться вокруг оси и поворачиваться вокруг центра шара и вокруг своей оси в любом направлении.
Манипулятор работает сведущим образом.
Вращают рукоятку-гайку 4, тем самым перемещая шток 5, планка 6 перемещает пальцы 7 по наклонным пазам 8 захватов 3, заставляя последние поворачиваться вокруг осей 40, захватывая или разжимая при этом переносимые предмета обработки.
Технические преимущества заявляемого манипулятора по сравнению с известным манипулятором по авт. св. №1249336 заключаются в значительном повышении степени биологической защиты оператора от воздействия на него и на окружающую среду опасных радиоактивных веществ по всем трем видам (гамма, бета и альфа) ионизирующего излучения.