Результат интеллектуальной деятельности: КОМПЛЕКС ДЛЯ ОБРАБОТКИ КОНТЕЙНЕРОВ С РАДИОАКТИВНЫМИ ОТХОДАМИ

Изобретение относится к области охраны окружающей среды от воздействия экологически опасных продуктов, таких как радиоактивные и другие токсичные отходы атомных электростанций и спецпредприятий, гражданских и военных судов с ядерными реакторами, а именно к устройствам для упаковочной обработки контейнеров с радиоактивными отходами (РАО), подлежащих в дальнейшем захоронению и/или транспортированию, и может быть использовано в атомной, химической и т.п. сферах деятельности.

Анализ уровня техники в данной области показал, что известно устройство для обработки контейнеров, содержащее контейнер с РАО, снабженный съемной крышкой и установленный на тележку с управляющим приводом, пост перемещения крышки с грузозахватным механизмом с механизмом фиксаций, выполненный в виде портала, симметрично расположенного относительно контейнера с возможностью вертикального перемещения грузозахватного механизма (Патент Японии на изобретение №2-33120, МПК G21F 9/36, публ. 20.12.1984 г., Сборник »Изобретения стран мира», №5 за 1991 г., вып.99, стр.22).

Невозможность достижения результата, обеспечиваемого заявленным устройством, обуславливается тем, что в аналоге не предусмотрены в составе одного комплекса такие функции как заливка фиксирующего раствора в контейнер с РАО и герметизация крышки контейнеров, что снижает его радиоактивную безопасность и требует дополнительных расходов на разработку и введение в состав устройства дополнительных элементов, обеспечивающих эти функции, что удлиняет процесс обработки и увеличивает его стоимость, а следовательно, приводит к его низкой эффективности.

Известна установка для обработки контейнеров с РАО путем их цементирования, содержащая защитный бокс, контейнер с радиоактивными отходами, установленный на рельсы с возможностью въезда в защитный бокс, пост заливки в контейнер с РАО, содержащий агрегат подачи фиксирующего материала в виде цементного компаунда с подающим узлом, соединенный с установкой его приготовления, включающий бокс для сухого цемента, систему подачи воды, связанные со смесителем (Патент РФ на полезную модель №54691, МПК G21F 9/16, публ. 10.07.2006 г., Бюл. №19).

Невозможность достижения результата, обеспечиваемого заявляемым комплексом, обусловливается тем, что в нем не предусмотрены функции перемещения и герметизации крышки контейнера, что потребует дополнительных затрат на их разработку в составе единой технологии, а также дополнительных конструкций для обеспечения безопасности и удобства обслуживания при выполнении этих функций, что говорит о недостаточной эффективности аналога.

Из известных технических решений наиболее близким к заявляемому является устройство для обработки контейнеров с РАО, содержащее защитный герметичный бокс, по меньшей мере, один контейнер с радиоактивными отходами, снабженный съемной крышкой, установленный на ходовую тележку с электрическим приводом, пост перемещения крышки, включающий грузозахватный механизм с механизмом ее фиксации, пост заливки фиксирующего материала, включающий агрегат подачи фиксирующего материала в контейнер с подающим трубопроводом, соединенный с установкой его приготовления, а также вибрационное устройство, блок дистанционного управления, по меньшей мере, одно вентиляционное пылеулавливающее устройство, очистное устройство, стенд взвешивания, по меньшей мере одно хранилище компонентов материала, устройство перемещения контейнеров (Патент РФ на изобретение №2301468 С1, МПК G21F 9/36, публ. 20.06.2007 г., Бюл. №17).

Невозможность достижения результата, обеспечиваемого заявляемым комплексом, обусловлена тем, что в известном устройстве как в едином комплексе отсутствует пост герметизации крышки контейнера, что потребует его дополнительного введения и, следовательно, дополнительных денежных затрат и времени, кроме того, конструктивное выполнение постов заливки фиксирующего материала и герметизации недостаточно проработано с точки зрения безопасности обслуживающего персонала и создания эргономических удобств при обслуживании и ремонте. Кроме того, устройство прототипа приспособлено только для использования контейнеров с мелкодисперсными РАО.

При разработке заявленного комплекса была поставлена задача повышения эффективности обработки контейнеров с РАО посредством увеличения числа видов упаковочных функций, сокращения времени обработки контейнеров, улучшения условий обслуживания и ремонта.

При решении упомянутой задачи был достигнут технический результат, заключающийся в разработке комплекса, обеспечивающего установку в едином месте всех агрегатов, необходимых для механизации линии с технологическими постами, что привело к сокращению времени обработки контейнеров за счет ее технологической поточности и близкого расположения обслуживающих агрегатов, соединенных с оборудованием постов, и одновременно позволило обеспечить радиационную защиту обслуживающего персонала за счет использования защитных устройств на постах и облегчить, в случае необходимости, ремонтные работы, повысить качество заливки фиксирующего материала и герметизации крышки.

Поставленный результат достигается за счет того, что комплекс для обработки контейнеров с радиоактивными отходами содержит защитный герметичный бокс, по меньшей мере, один контейнер с радиоактивными отходами, снабженный съемной крышкой, установленный на ходовую тележку с электрическим приводом, пост перемещения крышки, включающий грузозахватный механизм с механизмом фиксации крышки, пост заливки фиксирующего материала, включающий агрегат подачи фиксирующего материала в контейнер с подающим трубопроводом, соединенный с установкой приготовления фиксирующего материала, а также вибрационное устройство, блок дистанционного управления, по меньшей мере, одно вентиляционное пылеулавливающее устройство, очистное устройство, стенд взвешивания, по меньшей мере одно хранилище используемых компонентов, устройство перемещения контейнеров.

Новым в комплексе является то, что в него введен пост герметизации крышки; все посты смонтированы стационарно на механизированной линии; перемещение тележки с контейнером по позициям обработки осуществляется по общим направляющим рельсам в технологической последовательности использования постов с возможностью остановки контейнера на линии по месту расположения каждого поста; пост перемещения крышки контейнера выполнен в виде портала с симметрично расположенными относительно рельс рамными подъемниками, смонтированными с возможностью захода на них обслуживающего персонала, вертикального перемещения грузозахватного механизма и с защитными экранами, закрепленными на подъемниках вдоль рельс; агрегат подачи фиксирующего материала в контейнер поста заливки выполнен в виде поворотного вертикального вала с закрепленной на нем с возможностью вертикального перемещения вдоль него стрелой, на дальнем конце которой установлена тележка с возможностью ограниченного горизонтального перемещения, крайние позиции которого выбираются из условия оптимального заполнения объема контейнера фиксирующим материалом, соединенная со стыковочным устройством, подключенным к подающему трубопроводу и выполненным с возможностью взаимодействия с полостью контейнера, а на ближнем конце стрелы смонтирован противовес, закрепленный на валу; пост герметизации крышки содержит арочную конструкцию для прохода тележки с контейнером, на раме верхней части которой выполнена горизонтальная защитная площадка с защитными экранами по ее контуру с возможностью захода на нее обслуживающего персонала, края которой равноудалены к центру от краев крышки контейнера, а также устройство подачи герметизирующей смеси, связанное с узлом ее подачи и соединенное с установкой ее приготовления, пост герметизации крышки снабжен вибрационным устройством.

Кроме того, установка приготовления фиксирующего материала поста заливки и установка приготовления герметизирующей смеси поста герметизации может содержать каждая бокс для разрезания мешков с подвижным ножом и решеткой в нижней части, соединенный через колено с вентиляционным пылеулавливающим устройством, и систему подачи воды, связанные со смесительным агрегатом, соединенным соответственно с агрегатом подачи фиксирующего материала или с устройством подачи герметизирующей смеси.

Противовес может быть выполнен в виде уравновешивающей пружины, а устройство перемещения контейнеров в виде автопогрузчика.

Стыковочное устройство поста заливки фиксирующего материала в контейнер может содержать распределительную вставку с узлом стыка.

Возможность захода на горизонтальную площадку поста герметизации крышки может осуществляться посредством лестницы через защитную дверь, смонтированных на арочной конструкции.

Возможность захода на подъемники поста перемещения крышки контейнера может быть осуществлена посредством лестниц.

Пост герметизации крышки контейнера может быть выполнен с ограждающей конструкцией, расположенной на арочной конструкции.

Комплекс для обработки контейнеров с РАО представлен на чертежах, где изображены на:

Фиг.1 - общая схема устройства комплекса с механизированной линией;

Фиг.2 - вид А-А на Фиг.1 поста перемещения крышки;

Фиг.3 - вид Б-Б на Фиг.1 поста заливки контейнера с РАО;

Фиг.4 - вид В-В на Фиг.1 поста герметизации крышки контейнера;

Фиг.5 - вид защитной площадки поста герметизации крышки контейнера с РАО сверху.

Комплекс для обработки контейнеров с радиоактивными отходами содержит защитный герметичный бокс 1 (Фиг.1), который может быть выполнен в виде металлического утепленного помещения, оборудованный дверью 2 для ввода в него контейнера 3 с РАО и дверью 4 для вывоза упакованного, по меньшей мере, одного контейнера. Двери обеспечивают герметичное закрывание бокса. Бокс может быть выполнен из отдельных секций, а также при необходимости утеплен. РАО могут располагаться внутри контейнера в отдельных бочках или быть насыпаны в нем навалом, могут быть твердыми, жидкими или мелкодисперстными и т.д.

Контейнер 3 оснащен съемной крышкой 5 и установлен на ходовую тележку 6 (Фиг.1, 2), работающую от электрического привода (не показан), установленного на тележке, перемещающуюся возвратно-поступательно по транспортному пути, выполненному в виде направляющих рельс 7, вдоль которых расставлены стационарные посты, образующие вместе с транспортным путем и тележкой с контейнером механизированную поточную транспортную линию, в каждом из которых перемещение тележки с контейнером с РАО осуществляется в технологической последовательности выполнения обработки контейнера.

В заявляемом комплексе контейнеры могут использоваться как с крышкой без отверстия для РАО в бочках или навалом, так и с отверстием в ее середине, закрываемым герметично пробкой для мелкодисперсных или жидких РАО.

Пост 8 (Фиг.1) перемещения крышки контейнера содержит портал, выполненный в виде симметрично расположенных относительно рельс рамных подъемников 9 (Фиг.2) с вертикальными направляющими стойками 10, являющимися направляющими для перемещающегося вдоль них от привода на балках 11 грузозахватного механизма 12 и механизма фиксации 13 крышки 5. Выполнение грузозахватного механизма может быть различным, например включать крюк подвеса 14 и автоматический захват 15. Подъемники 9 выполнены с лестницами 16 и площадками 17 с ограждающими конструкциями для обслуживающего персонала и снабжены каждый защитными экранами 18, закрепленными на них вдоль рельс для защиты от излучения персонала, находящегося на площадках.

Пост 19 (Фиг.1) заливки фиксирующего материала в контейнер с РАО, например цементного раствора или бетонной смеси, содержит агрегат подачи 20 фиксирующего материала (Фиг.3), например цементного раствора, выполненный в виде поворотного от привода вертикального вала 21, установленного на станине 22 в подшипниках, и с вертикально перемещающейся на роликах вдоль него от привода 23 стрелой 24, на дальнем конце которой установлена ходовая вдоль стрелы горизонтально перемещающаяся от привода 25 тележка 26. Тележка имеет возможность некоторого ограниченного горизонтального перемещения, крайние позиции 27 и 28 которого выбираются из условия оптимального заполнения объема контейнера, которое определяется расчетным путем, исходя из размеров контейнера, и соединена со стыковочным устройством, выполненным, например, в виде распределительной вставки 29 с узлом стыка 30 в виде конусной законцовки с возможностью взаимодействия с полостью контейнера, в котором установлены, например, бочки с РАО. Распределительная вставка 29 соединена с подающим трубопроводом 31, установленным на агрегате 20. На ближнем конце стрелы 24 смонтирован противовес в виде пружины 32 с регулируемой силой сжатия, жестко закрепленной на валу 21 и предназначенной для создания силы, уравновешивающей силу прижима стыковочного устройства к контейнеру, на другом конце стрелы. Подающий трубопровод 31 агрегата 20 соединен с установкой 33 приготовления фиксирующего материала в виде смеси компонентов, включающей бокс 34 для вяжущего компонента смеси, например цемента. В заявляемой конструкции могут использоваться мешки с сыпучим материалом - сухой смесью, в этом случае в боксе предусматривается режущее приспособление, например нож, двигающийся на штанге (не показаны). В нижней части бокса предусматривается либо решетка, либо отверстие для высыпания материала. Под нижней частью бокса расположен смесительный агрегат 35, установленный подвижно на катках 36 и присоединяемый через шланг к емкости 37 (Фиг.1) с водой. Смесительный агрегат 35 подсоединяется к подающему трубопроводу 31 агрегата 20 и может быть выполнен, например, содержащим компрессор, водяной насос, пульт управления, шнек, шланги для смеси и воздуха (не показаны).

Бокс 34 через колено 38 (Фиг.3) соединяется с вентиляционным пылеулавливающим устройством 39 для отсоса запыленного воздуха из бокса. Вентиляционное устройство 39 может быть выполнено, например, из вентилятора с электродвигателем, циклона, рукавного фильтра, бункера с совком для удаления пыли и встряхивающего механизма (не показаны). Возможно и иное выполнение установки приготовления смеси 33 и вентиляционного устройства 39.

Пост 40 герметизации крышки (Фиг.1) выполнен в виде арочной конструкции 41 (Фиг.4) для прохода тележки с контейнером, на раме 42 верхней части которой выполнена горизонтальная защитная площадка 43 (Фиг.4, 5) и защитные экраны 44, которые расположены по контуру площадки. Площадка и экраны выполнены из материала, не пропускающего радиоактивное излучение, например из свинца. Для захода на площадку 43 обслуживающего персонала в составе арочной конструкции 41 предусмотрено наличие лестницы 45 и защитной двери 46. Края 47 площадки 43 равноудалены к ее центру «О» от краев 48 (Фиг.5) крышки контейнера на расстояние, величина которого диктуется эргономическим удобством для персонала при ручном заполнении шва между крышкой 5 и корпусом контейнера, то есть экран и площадка с некоторым удалением к центру «О» фактически повторяют форму крышки.

Рядом с постом герметизации крышки расположено устройство подачи 49 герметизирующей смеси, например бетонной, состоящей из расширяющегося цемента, мелкого заполнителя, пластификатора, стабилизатора смеси и воды, выполненное в виде жесткого трубопровода, закрепленного на опоре и соединенного с узлом ее подачи 50, смонтированного в виде гибкой щелевой насадки. Устройство подачи 49 связано через быстросъемную головку 51 с установкой приготовления герметизирующей смеси 52 (Фиг.4), выполненной конструктивно аналогично установке приготовления фиксирующего материала 33 (Фиг.3), описанной выше для поста заливки. В свою очередь устройство 52 соединено с вентиляционным пылеулавливающим устройством 53, выполненным конструктивно аналогично устройству 39. Возможно выполнение вентиляционного устройства общим для постов заливки и герметизации.

Пост герметизации 40 крышки контейнера с РАО оснащен ручным вибрационным устройством 54 (Фиг.4) для ручного использования обслуживающим персоналом, выполненным в виде стандартного вибратора с наконечником.

Комплекс снабжен устройством 55 (Фиг.1) перемещения контейнеров, выполненным, например, в виде автопогрузчика, забирающего упакованный контейнер в конце механизированной транспортирующей линии, а также стендом взвешивания 56 с весами, на котором также производится маркировка контейнеров. Для очистки агрегатов, оборудования и трубопроводов, в том числе промывки смесительных агрегатов, дозаторов и бетонопроводов, предусмотрено очистное устройство, включающее, например, отстойную емкость 57 (Фиг.1), узел приема-промывки 58 и трубопроводы подвода загрязненной воды (не показаны), трубопровод удаления отстоявшейся воды (не показан), трубопровод очищенной воды (не показан). Очищенная вода может быть повторно использована. Промывочный раствор сливается в емкость 57, отстаивается в ней, осветленная вода направляется на повторное использование, а отстой оседает и по мере накопления удаляется.

Защитный бокс 1 оснащен, по меньшей мере, одним складом 59 (Фиг.1) для хранения компонентов, из которых приготовляются цементный раствор для заливки в контейнер с бочками с РАО в пространство между ними и герметизирующая смесь, и перемещение которых внутри бокса осуществляется посредством, например, погрузчика 60.

Для окончательного отверждения фиксирующего материала и выдержки сроков его отверждения в боксе предусмотрена зона 61.

Все перемещения контейнера по позициям относительно постов, а также срабатывание имеющегося оборудования осуществляется по сигналам с блока дистанционного управления 62.

Для обеспечения безопасности работающего обслуживающего персонала на посту герметизации предусмотрено наличие рамной конструкции 63 (Фиг.4).

Комплекс работает следующим образом.

Предварительно заполненный РАО, например бочками с РАО, контейнер 3 устанавливается на тележку 6, включается ее привод и тележка по рельсовому пути 7 подается через дверь 2 в бокс 1. На момент погрузки, как и разгрузки контейнера, а также на постах, тележка фиксируется на рельсовом пути фиксирующим устройством (не показано) для предотвращения сдвигов и перекосов. Дверь герметически закрывается.

По сигналу управления с блока дистанционного управления 62, переданного на пульт управления (не показан) поста 8 перемещения крышки контейнера, тележка с контейнером останавливается на посту 8 и при этом фиксируется в этом положении, включается привод и балки 11 (Фиг.2) начинают вместе с грузозахватным механизмом 12 опускаться вниз для захвата крышки и ее фиксации механизмом 13. Крышка снимается с контейнера, отводится вверх и на некоторое время остается в этом положении. При необходимости ремонта и/или осмотра, и/или контроля процесса перемещения крышки обслуживающий персонал имеет возможность подойти к механизму 12, поднявшись по лестнице 16, при этом обеспечивается радиационная безопасность за счет ограждения человека экранами 18.

По сигналу с блока управления 62 начинается работа оборудования по подготовке фиксирующего материала - цементного раствора, для чего погрузчиком 60 со склада 59 забираются мешки с цементом, которые поступают далее в бокс 34 (Фиг.3), где мешки разрезаются ножом и цемент пересыпается через решетку в смесительный агрегат 35, куда одновременно поступает по шлангу предварительно отдозированная вода из емкости 37. Возможно использование и различных добавок. Включается вентиляционное устройство 39 для удаления цементной пыли. Заполнение смесительного агрегата контролируется весоизмерительными датчиками (не показаны). В смесительном агрегате цемент с водой перемешиваются и по подающему трубопроводу 31 смесь подается в полость распределительной вставки 29, а из нее через конусную законцовку 30 в полость переместившегося с поста 8 на пост 19 заливки контейнера с РАО или, если в нем установлены бочки, то в межбочечное пространство контейнера, при этом положение тележки на рельсовом пути фиксируется.

Для более равномерного заполнения контейнера цементным раствором стыковочное устройство с распределительной вставкой 29 соединено с тележкой 26 и за счет ее установки на стреле 24 и указанного соединения имеет возможность перемещения по, меньшей мере, одной горизонтальной окружности вокруг вертикальной оси вала 21, как ее центра, а также возвратно-поступательно вдоль радиуса этой окружности за счет обеспечения перемещения тележки между точками 27 и 28, оптимальное расстояние между которыми определяется в каждом конкретном случае, исходя из размеров используемых контейнеров. Возможность заливки полости контейнера по различным направлениям повышает ее качество. По сигналу из блока дистанционного управления при достижении заранее заданного объема смеси заполнение контейнера заканчивается, его фиксация снимается и тележка вновь возвращается на пост 8, где она вновь фиксируется и по аналогии с вышеописанным процессом на этом посту контейнер закрывается с помощью грузозахватного механизма крышкой.

Далее тележка перемещается, минуя пост 19, на пост герметизации крышки 40, проходя и устанавливаясь в арочном проходе конструкции 41, и фиксируется в этом положении. При этом герметизирующая смесь, заранее подготовленная по аналогии с описанной выше технологией приготовления фиксирующего материала в виде бетонной смеси или цементного раствора, поступает из бокса 34 установки приготовления герметизирующей смеси 52 по трубопроводу устройства подачи герметизирующей смеси 49 к щелевой насадке 50. Обслуживающий персонал поднимается по лестнице 45, заходит на защитную площадку 43 и, взяв насадку 50, вручную начинает заполнять герметизирующей смесью шов между краями крышки и контейнера, оставаясь на защитной площадке, но имея возможность заполнения шва, благодаря имеющемуся свободному пространству между краем защитной площадки 43 и краем крышки, а затем после заполнения виброуплотняет смесь с помощью вибрационного устройства 54. При этом защитные экраны 44, располагаясь по контуру площадки, защищают человека от излучения, а их высота выбрана такой, чтобы не мешать персоналу заполнять швы и виброуплотнять смесь.

После окончания герметизации контейнер снимается с механизированной линии с помощью вилочного автопогрузчика 55, далее взвешивается на стенде взвешивания 56, маркируется и отвозится в зону выдержки и окончательного отверждения 61. Весь процесс от начала установки на посту перемещения крышки до снятия с рельсов контейнера занимает 50-60 мин.

По окончании отверждения контейнер с РАО вывозится через дверь 4 для дальнейшего транспортирования к месту захоронения.

Возможность осуществления заявляемого комплекса для обработки контейнеров с радиоактивными отходами подтверждается использованием известных средств и недефицитных материалов, в том числе представленных на уровне функционального обобщения, с достижением технического результата, заключающегося в повышении эффективности устройства по сравнению с устройством прототипа, обусловленного расширением числа видов упаковочных функций, улучшением условий обслуживания процесса обработки контейнеров, повышением производительности обработки с одновременным улучшением качества заливки и герметизации смеси.