Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗМЫВА ОСАДКА И ДЕЗАКТИВАЦИИ (ВАРИАНТЫ)

Изобретение относится к атомной промышленности в части размыва донных осадков и дезактивации емкостей-хранилищ после их освобождения от радиоактивных отходов любого уровня активности.

Кроме того, устройство может быть использовано в других отраслях промышленности для отмывки емкостей с большими габаритными размерами.

Размыв осадка и дезактивация емкостей больших геометрических размеров для снижения объемов дезактивирующих растворов и, как следствие, вторичных жидких радиоактивных отходов (ЖРО) осуществляется, как правило, паром, активированным реагентами. При таком способе дезактивации в результате конденсации активированного реагентами пара на стенках емкости образуется незначительное количество вторичных ЖРО.

Однако в емкостях-хранилищах радиоактивных отходов после их освобождения на стенках по высоте хранившегося осадка остаются отложения пульпы или осадка, прочно сцепленные со стенками, растворение которых активированным паром затруднительно и потребует проведения нескольких циклов заполнения емкости активированным паром. Поэтому вначале необходимо смыть эти отложения со стенок емкости, воздействуя на них струями жидкости. Осуществить снижение используемых дезактивирующих растворов для смыва отложений со стенок емкости можно использованием оборотной рабочей жидкости.

Известно устройство для размыва осадка и дезактивации, содержащее боковой патрубок, приводной вал, моечную головку с соплом, камеру подачи рабочей жидкости, смонтированную непосредственно внутри емкости-хранилища и включающую в себя установленные через узлы уплотнения приводной вал и штуцер моечной головки, размещенные между собой соосно и соединенные посредством ребер, приводной вал соединен через подвижный подшипниковый узел с приводом изменения угла наклона сопла, а через шлицевое соединение, зубчатые шестерню и рейку - с приводом поворота сопла, которое установлено на оси моечной головки и соединено шарнирной тягой с поворотным наружным кольцом подшипника, размещенного на узле уплотнения (см. патент РФ №2249868, кл. G21F 9/28, F04F 1/02, 2003).

Известное устройство достаточно эффективно работает в емкостях-хранилищах вместе с пульсационным клапанным погружным насосом (патент РФ №2097605) при последовательном погружении в емкость, осуществляя размыв осадков и смывание отложений со стенок емкости оборотной рабочей жидкостью. Однако при погружении до дна в емкость-хранилище, глубина которого достигает 30 м, эффективность работы известного устройства снижается вследствие падения давления подаваемой на него насосом оборотной рабочей жидкости при ее подъеме на высоту емкости, особенно при размыве придонного осадка и смывании отложений со стенок емкости в ее нижней части.

Известно устройство для размыва осадка и дезактивации, включающее электропривод, камеру подачи рабочей жидкости, цилиндрический корпус, моечную головку с соплами, причем камера подачи рабочей жидкости 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.

Кроме того, моечная головка размещена ниже и (или) выше впускного клапана (см. Патент РФ №2138870, G21F 9/34, 1999 г.).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится то, что устройство способно совершать только возвратно-поворотное движение на угол 90°, что требует установки четырех сопел для охвата всего периметра емкости, а неподвижные сопла не позволяют обработать поверхность емкости по вертикали без подъема или опускания всего устройства.

Кроме того, при работе верхней моечной головкой наличие четырех сопел приводит к разделению объема вытесняемой из камеры рабочей жидкости на четыре части и, следовательно, к снижению расхода жидкости, вытекающей из сопел. В результате снижается сила удара струй и эффективность воздействия на дезактивируемую поверхность по сравнению с вытеснением жидкости из камеры через одно или два сопла.

В процессе эксплуатации по гибкому трубопроводу сдувается отработанный сжатый воздух из камеры, и при его разгерметизации возможно загрязнение как самого устройства, так и помещения для обслуживания.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является устройство для размыва осадка и дезактивации, включающее корпус, камеру, пульсопровод, привод поворота, подшипниковую опору, верхнюю и нижнюю моечные головки с соплами, которые посредством нагнетательных труб соединены с камерой подачи рабочей жидкости, снабженной впускным клапаном, воздухораспределитель, размещенный внутри подшипниковой опоры, приводной вал, нижний участок приводного вала установлен подвижно через уплотнение в верхнюю нагнетательную трубу, на котором смонтирована на оси верхняя моечная головка с соплом, к корпусу которого шарнирно присоединена тяга, нижний конец которой закреплен в подшипнике, установленном на верхней нагнетательной трубе, сверху приводной вал закреплен в подвижном подшипниковом узле, присоединенном к приводу с возвратно-поступательным движением штока, и установлен узел на шлицевом соединении внутри зубчатого колеса, находящегося в зацеплении с шестерней привода вращения.

Кроме того, эжектор расположен под воздухораспределителем, в качестве привода которого используются электромагнит и противовес, а в качестве привода вращения применен мотор-редуктор с регулируемым числом оборотов вала. Впускной клапан снабжен фильтром, отверстия которого выполнены расширяющимися внутрь, а снаружи фильтра установлено перфорированное кольцо, присоединенное к трубопроводу подачи воды (см. Патент РФ №2220466, G21F 9/34, 2002 г.).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится то, что линия действия сопла при его вращении пересекает пульсопровод, шток и трубопровод подачи воды, в результате чего за ними остаются недоступные для струйной обработки секторы емкости. Для полной обработки емкости по всему периметру необходимо осуществлять поворот сопла двумя приводами: приводом вращения на 270° и затем осуществлять его поворот еще на 90° приводом поворота устройства. Это усложняет конструкцию устройства и снижает его надежность в работе. Кроме того, монтаж устройства в емкость глубиной 30 м затруднителен в связи с необходимостью сборки пульсопровода, приводного вала, штока и трубопровода подачи воды по частям при ступенчатом опускании камеры в емкость, а приводной вал и шток при такой длине не обладают достаточной надежностью в работе.

В известном устройстве сброс отработанного сжатого воздуха из камеры осуществляется воздухораспределителем через эжектор в освобождаемую емкость, в которую подается и сжатый воздух, обеспечивающий работу эжектора, что приводит к повышенному объему воздуха, подаваемого на газоочистку, осуществляемую в две ступени: мультициклон и фильтры.

Единый технический результат, который может быть получен при осуществлении заявляемой группы изобретений, заключается в упрощении конструкции, условий монтажа и эксплуатации устройства, повышении надежности и безопасности при работе устройства.

Указанный технический результат при использовании устройства для размыва осадка и дезактивации по варианту пункта 1 формулы достигается тем, что в устройстве для размыва осадка и дезактивации, включающем камеру подачи рабочей жидкости, пульсопровод, привод поворота, подшипниковую опору, верхнюю моечную головку с соплом, соединенную посредством нагнетательной трубы, снабженной обратным клапаном, с камерой подачи рабочей жидкости, снабженной впускным клапаном, воздухораспределитель, приводной вал, закрепленный в подвижном подшипниковом узле, присоединенном к приводу с возвратно-поступательным движением штока, и установленный на шлицевом соединении внутри зубчатого колеса, находящегося в зацеплении с шестерней привода вращения, и систему управления, особенностью является то, что вал подшипниковой опоры выполнен полым и введен в емкость через уплотнительный узел на фланце проходки, внутри полого вала размещен внутренний вал, на нижнем конце которого установлен кронштейн, размещенный в пазу полого вала, к полому валу присоединен пульсопровод, а к кронштейну внутреннего - трос, присоединенный нижним концом к соплу моечной головки, установленной на оси на нагнетательной трубе и соединенной с нею, к соплу снизу присоединен шток с пружиной сжатия, размещенные в корпусе, присоединенном шарнирно к нагнетательной трубе.

Учитывая особые условия эксплуатации, воздухораспределитель содержит три клапана, входные патрубки которых соединены соответственно с трубопроводами подачи сжатого воздуха, сдувки отработанного сжатого воздуха и подачи разрежения в камеру, а выходные - с трубопроводом, соединяющим воздухораспределитель с пульсопроводом посредством гибкого металлического рукава, размещенного в емкости.

Выполнение вала подшипниковой опоры полым, введение его в емкость через уплотнительный узел на фланце проходки и присоединение к полому валу пульсопровода позволило осуществлять возвратно-поворотное движение камеры подачи рабочей жидкости вместе с установленной на нагнетательной трубе моечной головкой с соплом на 360° одним приводом и тем самым упростить конструкцию устройства.

Размещение внутри полого вала внутреннего вала, на нижнем конце которого установлен кронштейн, размещенный в пазу полого вала, позволило осуществить совместное вращение полого и внутреннего валов и вертикальное перемещение внутреннего вала внутри полого вала.

Присоединение к кронштейну внутреннего вала троса, присоединенного нижним концом к соплу моечной головки, установленной на оси на нагнетательной трубе и соединенной с нею, присоединение к соплу снизу штока с пружиной сжатия, размещенных в корпусе, присоединенном шарнирно к нагнетательной трубе, позволило осуществить изменение угла наклона сопла тросом и тем самым упростить конструкцию, условия монтажа и эксплуатации устройства, а также повысить его надежность в работе.

Применение воздухораспределителя, состоящего из трех клапанов, входные патрубки которых соединены соответственно с трубопроводами подачи сжатого воздуха, сдувки отработанного сжатого воздуха и подачи разрежения в камеру, а выходные - с трубопроводом, соединяющим воздухораспределитель с пульсопроводом посредством гибкого металлического рукава, размещенного в емкости, позволило осуществить в отдельные трубопроводы сброс из камеры отработанного сжатого воздуха, направляемого на мультициклон и фильтры, и подачу разрежения в камеру, когда сжатый воздух, обеспечивающий работу эжектора, сбрасывается по трубопроводу на фильтры, минуя мультициклон. Размещение гибкого металлического рукава в емкости при его разгерметизации позволяет избежать выхода загрязненного отработанного воздуха за пределы емкости, что повышает безопасность работы устройства.

Вышеуказанный технический результат при использовании устройства для размыва осадка и дезактивации по варианту пункта 3 формулы достигается тем, что в устройстве для размыва осадка и дезактивации, включающем камеру подачи рабочей жидкости, пульсопровод, привод поворота, подшипниковую опору, верхнюю моечную головку с соплом, соединенную посредством нагнетательной трубы, снабженной обратным клапаном, с камерой подачи рабочей жидкости, снабженной впускным клапаном, воздухораспределитель, приводной вал, закрепленный в подвижном подшипниковом узле, присоединенном к приводу с возвратно-поступательным движением штока, и установленный внутри зубчатого колеса, находящегося в зацеплении с шестерней привода вращения, и систему управления, особенностью является то, что вал подшипниковой опоры выполнен полым и введен в емкость через уплотнительный узел на фланце проходки, внутри полого вала размещен внутренний вал, на нижнем конце которого установлен кронштейн, размещенный в пазу полого вала, к полому валу присоединен пульсопровод, а к кронштейну внутреннего вала - приводной вал, присоединенный нижним концом через шарнирное звено к соплу моечной головки, установленной на оси на нагнетательной трубе и соединенной с нею.

Учитывая особые условия эксплуатации, воздухораспределитель содержит три клапана, входные патрубки которых соединены соответственно с трубопроводами подачи сжатого воздуха, сдувки отработанного сжатого воздуха и подачи разрежения в камеру, а выходные - с трубопроводом, соединяющим воздухораспределитель с пульсопроводом посредством гибкого металлического рукава, размещенного в емкости.

Учитывая глубину погружения камеры устройства в емкость, приводной вал размещен в подшипниках скольжения, установленных на пульсопроводе.

Предлагаемое устройство поясняется чертежами, представленными на фиг.1, фиг.2, фиг.3, фиг.4 и фиг.5.

На фиг.1 показано устройство для размыва осадка и дезактивации в разрезе по варианту пункта 1 формулы, установленное в емкости-хранилище, на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1, на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1, на фиг 4 - верхняя часть устройства в разрезе, на фиг.5 - устройство для размыва осадка и дезактивации в разрезе по варианту пункта 3 формулы.

Предлагаемое по п.1 формулы устройство содержит (см. фиг.1) камеру 1, прикрепленную посредством пульсопровода 2 к полому валу 3 подшипниковой опоры 4. Полый вал 3 введен в освобождаемую емкость через уплотнительный узел 5, расположенный на фланце 6 проходки 7 в емкость-хранилище 8. Через фланец 6 также проходит в емкость-хранилище 8 и трубопровод 9, соединяющий воздухораспределитель 10 с пульсопроводом 2 посредством гибкого металлического рукава 11.

Воздухораспределитель 10 состоит из трех пневмоуправляемых клапанов 12, 13 и 14, входные патрубки которых соединены с трубопроводами 15 подачи сжатого воздуха, 16 - сброса отработанного воздуха и 17 - подачи разрежения соответственно, а выходные патрубки соединяются с трубопроводом 9. Камера 1 снабжена впускным клапаном 18 и нагнетательной трубой 19 с обратным клапаном 20. На нагнетательной трубе 19 установлена (см. фиг.2) моечная головка 21 с соплом 22. Внутри полого вала 3 установлен внутренний вал 23, снабженный кронштейном 24, размещенным в пазу 25 полого вала 3. К кронштейну 24 прикреплен трос 26, который другим своим концом прикреплен к соплу 22. Снизу к соплу 22 прикреплен шарнирно пружинный узел 27.

Пружинный узел 27 (см. фиг.3) содержит корпус 28, установленный на оси 29, закрепленной на нагнетательной трубе 19. В корпусе 28 установлен шток 30 с пружиной сжатия 31, прикрепленный шарнирно при помощи пальца 32 к соплу 22.

В верхней части (см. фиг.4) полый вал 3 подшипниковой опоры 4 присоединен к зубчатому колесу 33, находящемуся в зацеплении с шестерней 34, посаженной на вал пневматического поворотного привода 35, служащего для поворота камеры 1. Внутри зубчатого колеса 33 установлен приводной вал 23, закрепленный в вывешенном состоянии в подвижном подшипниковом узле 36, присоединенном к пневмоцилиндру 37 с позиционером 38, служащему для изменения угла наклона сопла 22. Пневматический поворотный привод 35 и пневмоцилиндр 37 с позиционером 38 установлены на стойке 39, находящейся в обслуживаемой зоне и опирающейся на монтажный фланец 40 проходки 41 в защитный бокс 42, находящийся над емкостью-хранилищем 8. Дистанционное управление работой заявляемого устройства осуществляется системой управления (не показана), содержащей персональный компьютер, программируемый микроконтроллер, электропневмораспределители, панель оператора и модемы связи.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Устройство устанавливается в емкость-хранилище 8, опираясь полым валом 3 на подшипниковую опору 4 таким образом, что камера 1 находится в вывешенном состоянии на подшипниковой опоре 4, а ее впускной клапан 18 погружен в рабочую жидкость, находящуюся в емкости-хранилище 8.

Система управления обеспечивает поочередное открытие - закрытие клапанов 12, 13 и 14, а также продолжительность их нахождения в открытом положении. При открытии клапана 14 в камеру 1 подается разрежение из трубопровода 17, и камера 1 через впускной клапан 18 заполняется рабочей жидкостью. По истечении заданной продолжительности заполнения камеры 1 клапан 14 закрывается, открывается клапан 12, и сжатый воздух из трубопровода 15 по трубопроводу 9, гибкому металлическому рукаву 11 и пульсопроводу 2 поступает в камеру 1, вытесняя из нее рабочую жидкость в нагнетательную трубу 19, и далее через обратный клапан 20 - в моечную головку 21 и сопло 22. По истечении заданной продолжительности вытеснения клапан 12 закрывается, и открывается клапан 13, через который отработанный воздух из камеры 1 сбрасывается по трубопроводу 16 на газоочистку.

В период вытеснения рабочей жидкости из камеры 1 осуществляется поворот камеры 1 при помощи пневматического поворотного привода 35 за счет передачи крутящего момента от шестерни 34 зубчатому колесу 33 и соединенному с ним последовательно полому валу 3 и пульсопроводу 2. При этом нагнетательная труба 19 с моечной головкой 20 и соплом 22, а также внутренний вал 23 с кронштейном 24, установленным в пазу 25 полого вала 3, поворачиваются вместе с камерой 1. По окончании вытеснения рабочей жидкости из камеры 1 пневматический поворотный привод 35 останавливается и возобновляет поворот камеры 1 только при следующем цикле вытеснения жидкости из камеры. Пневматический поворотный привод 35 осуществляет реверсивное возвратно-поворотное движение камеры на угол 360° и обратно, а металлический гибкий рукав 11 обеспечивает при этом угле поворота подачу в камеру 1 разрежения, сжатого воздуха и сброс отработанного воздуха. После завершения полного оборота камеры 1 осуществляется изменение угла наклона сопла 22 в вертикальной плоскости. Для этого с помощью позиционера 38 пневмоцилиндр 37 перемещает закрепленный на его штоке подвижный подшипниковый узел 36 и вывешенный в нем внутренний вал 23 с кронштейном 24, установленном в пазу 25 полого вала 3, на заданную величину. Перемещаясь, кронштейн 24 при помощи троса 26 поворачивает сопло 22 в вертикальной плоскости на требуемый угол, при этом пружинный узел 27 обеспечивает постоянное натяжение троса 26 и фиксацию сопла 22 в заданном положении. После установки нового угла наклона сопла 22 вновь осуществляется поворот камеры 1 в период вытеснения из нее рабочей жидкости до завершения полного оборота камеры 1, и так процесс повторяется до завершения обработки струями всей внутренней поверхности емкости-хранилища или размыва донного осадка в ней. Углы поворота камеры 1 с соплом 22 в горизонтальной плоскости пневматическим поворотным приводом 35 и в вертикальной плоскости пневмоцилиндром 37 с позиционером 38 задаются оператором на персональном компьютере системы управления.

Предлагаемое по п.3 формулы устройство содержит (см. фиг.5) камеру 1, прикрепленную посредством пульсопровода 2 к полому валу 3 подшипниковой опоры 4. Полый вал 3 введен в освобождаемую емкость через уплотнительный узел 5, расположенный на фланце 6 проходки 7 в емкость-хранилище 8. Через фланец 6 также проходит в емкость-хранилище 8 и трубопровод 9, соединяющий воздухораспределитель 10 с пульсопроводом 2 посредством гибкого металлического рукава 11.

Воздухораспределитель 10 состоит из трех пневмоуправляемых клапанов 12, 13 и 14, входные патрубки которых соединены с трубопроводами 15 подачи сжатого воздуха, 16 - сброса отработанного воздуха и 17 - подачи разрежения соответственно, а выходные патрубки соединяются с трубопроводом 9. Камера 1 снабжена впускным клапаном 18 и нагнетательной трубой 19 с обратным клапаном 20. На нагнетательной трубе 19 установлена (см. фиг.2) моечная головка 21 с соплом 22. Внутри полого вала 3 установлен внутренний вал 23, снабженный кронштейном 24, размещенным в пазу 25 полого вала 3. К кронштейну 24 прикреплен шток 43, который другим своим концом через шарнирное звено 44 прикреплен к соплу 22. Шток 43 установлен в подшипниках скольжения 45, закрепленных на пульсопроводе 2. В верхней части (см. фиг.4) полый вал 3 подшипниковой опоры 4 присоединен к зубчатому колесу 33, находящемуся в зацеплении с шестерней 34, посаженной на вал пневматического поворотного привода 35, служащего для поворота камеры 1. Внутри зубчатого колеса 33 установлен приводной вал 23, закрепленный в вывешенном состоянии в подвижном подшипниковом узле 36, присоединенном к пневмоцилиндру 37 с позиционером 38, служащему для изменения угла наклона сопла 22. Пневматический поворотный привод 35 и пневмоцилиндр 37 с позиционером 38 установлены на стойке 39, находящейся в обслуживаемой зоне и опирающейся на монтажный фланец 40 проходки 41 в защитный бокс 42, находящийся над емкостью-хранилищем 8. Дистанционное управление работой заявляемого устройства осуществляется системой управления (не показана), содержащей персональный компьютер, программируемый микроконтроллер, электропневмораспределители, панель оператора и модемы связи.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Устройство устанавливается в емкость-хранилище 8, опираясь полым валом 3 на подшипниковую опору 4 таким образом, что камера 1 находится в вывешенном состоянии на подшипниковой опоре 4, а ее впускной клапан 18 погружен в рабочую жидкость, находящуюся в емкости-хранилище 8.

Система управления обеспечивает поочередное открытие - закрытие клапанов 12, 13 и 14, а также продолжительность их нахождения в открытом положении. При открытии клапана 14 в камеру 1 подается разрежение из трубопровода 17, и камера 1 через впускной клапан 18 заполняется рабочей жидкостью. По истечении заданной продолжительности заполнения камеры 1 клапан 14 закрывается, открывается клапан 12, и сжатый воздух из трубопровода 15 по трубопроводу 9, гибкому металлическому рукаву 11 и пульсопроводу 2 поступает в камеру 1, вытесняя из нее рабочую жидкость в нагнетательную трубу 19, и далее через обратный клапан 2 - в моечную головку 21 и сопло 22. По истечении заданной продолжительности вытеснения клапан 12 закрывается и открывается клапан 13, через который отработанный воздух из камеры 1 сбрасывается по трубопроводу 16 на газоочистку.

В период вытеснения рабочей жидкости из камеры 1 осуществляется поворот камеры 1 при помощи пневматического поворотного привода 35 за счет передачи крутящего момента от шестерни 34 зубчатому колесу 33 и соединенному с ним последовательно полому валу 3 и пульсопроводу 2. При этом нагнетательная труба 19 с моечной головкой 20 и соплом 22, а также внутренний вал 23 с кронштейном 24, установленным в пазу 25 полого вала 3, поворачиваются вместе с камерой 1. По окончании вытеснения рабочей жидкости из камеры 1 пневматический поворотный привод 35 останавливается и возобновляет поворот камеры 1 только при следующем цикле вытеснения жидкости из камеры. Пневматический поворотный привод 35 осуществляет реверсивное возвратно-поворотное движение камеры на угол 360° и обратно, а металлический гибкий рукав 11 обеспечивает при этом угле поворота подачу в камеру 1 разрежения, сжатого воздуха и сброс отработанного воздуха. После завершения полного оборота камеры 1 осуществляется изменение угла наклона сопла 22 в вертикальной плоскости. Для этого с помощью позиционера 38 пневмоцилиндр 37 перемещает закрепленный на его штоке подвижный подшипниковый узел 36 и вывешенный в нем внутренний вал 23 с кронштейном 24, установленном в пазу 25 полого вала 3, на заданную величину. Перемещаясь, кронштейн 24 при помощи присоединенного к нему штока 43, установленного в подшипниках скольжения 45, и шарнирного звена 44 поворачивает сопло 22 в вертикальной плоскости на требуемый угол. После установки нового угла наклона сопла 22 вновь осуществляется поворот камеры 1 в период вытеснения из нее рабочей жидкости до завершения полного оборота камеры 1, и так процесс повторяется до завершения обработки струями всей внутренней поверхности емкости-хранилища или размыва донного осадка в ней. Углы поворота камеры 1 с соплом 22 в горизонтальной плоскости пневматическим поворотным приводом 35 и в вертикальной плоскости пневмоцилиндром 37 с позиционером 38 задаются оператором на персональном компьютере системы управления.