Результат интеллектуальной деятельности: КОНТЕЙНЕР УСТАНОВКИ РАЗМОЛА СМЕШАННОГО ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к средствам для получения гомогенного ядерного топлива из смеси диоксидов урана и плутония.

Известен способ получения гомогенного ядерного топлива из смеси диоксидов урана и плутония (патент РФ №2122247, G21С 21/00) для изготовления таблеток твэлов, включающий смешивание компонентов в рабочем объеме смесителя, в который помещают магнитные иглы и возбуждают в обмотке вращающееся магнитное поле, приводящее в круговое движение магнитные иглы. Движущиеся иглы образуют вихревой слой и обеспечивают смешивание и измельчение компонентов.

Известный способ осуществлялся следующим образом. Порошки диоксидов урана и плутония помещались в немагнитный стакан из титана вместе с магнитными иглами. Стакан помещался в автоматический вихревой смеситель ABC-150, в котором стакану придавалось осевое возвратно-поступательное движение. При экспериментальной проверке известного способа были установлены оптимальные размеры и материал магнитных игл, обеспечивающий минимальное натирание железа в порошок, в частности подшипниковая сталь ШХ-15. Следует отметить, что сталь ШХ-15 относится к классу ферромагнитных сталей. Этот способ применяется для проведения операции смешения двуокисей урана и плутония на ФГУП «Горно-химический комбинат» при изготовлении смешанного ядерного топлива (далее по тексту - топливо) в установке вихревого размола, выполненной по чертежу А.48.156.000 разработки ОАО «СвердНИИхиммаш, г. Екатеринбург. В установке применяется контейнер, в который засыпаются компоненты топлива в боксах загрузки, автоматический вихревой смеситель АВС-150 в котором осуществляется вихревой размол и перемешивание компонентов, бокс охлаждения и бокс выгрузки порошка из контейнера.

Известный контейнер, применяемый в установке вихревого размола, содержит цилиндрический стакан с загруженными в него иглами, выполненными из ферромагнитной стали, в верхней части которого установлены сетчатый сепаратор, квадратная платформа и шаровой кран. Между сетчатым сепаратором и платформой установлено кольцо из фторопласта Ф-4. На боковых гранях платформы выполнены пазы для зацепления контейнера, а по центральной оси - цилиндрическое отверстие, соосное с отверстием в шаре. Цилиндрический стакан выполнен из титана. Шаровой кран представляет собой корпус, закрытый с двух сторон фланцами. Внутри на полуосях установлен в уплотнительных кольцах шар с цилиндрическим отверстием. Шар выполнен из коррозионностойкой стали 12Х18Н10Т, а уплотнительные кольца из фторопласта Ф-4. На верхнем фланце шарового крана выполнены входное отверстие, снабженное конической фаской, и кольцевой паз, в котором установлен уплотнитель из фторкаучука. Шаровой кран снабжен механизмом его открытия и закрытия, состоящим из установленного на одной из полуосей зубчатого колеса, входящего в зацепление с зубчатой рейкой, и упоров, установленных внутри бокса загрузки. Верхний и нижний упоры взаимодействуют с зубчатой рейкой шарового крана при подъеме и опускании контейнера и обеспечивают открытие шарового крана при движении контейнера вверх, и закрытие - при движении вниз.

Известный контейнер применяется в установке следующим образом. Порожние контейнеры вводятся в бокс загрузки весовой и взвешиваются. После взвешивания контейнер поступает в боксы загрузки компонентов топлива, в которых он последовательно поджимается шаровым краном к патрубкам загрузочных устройств. После каждого поджатая открывается шаровой кран и через отверстия в шаре и платформе в стакан загружается один из компонентов топлива. После загрузки контейнер переносится в бокс весовой, где взвешивается загруженный контейнер. После взвешивания контейнер переносится в стакан механизма колебаний, размещенный в автоматическом вихревом смесителе АВС-150. В вихревом смесителе вращающееся электромагнитное поле намагничивает ферромагнитные иглы и приводит их во вращение, при котором смесь порошков измельчается и гомогенизируется, но при этом контейнер разогревается от вихревых токов и трения порошка и игл о стенки контейнера вплоть до образования на стенках титанового стакана контейнера цветов побежалости. Далее разогретый контейнер переносится в бокс охлаждения, где обдувается воздухом. Охлажденный контейнер переносится в бокс выгрузки, где контейнер перевертывается, а затем при открытии шарового крана выгружается смесь порошков. Далее опорожненный контейнер вновь передается на взвешивание и загрузку компонентов топлива.

Основным недостатком известного контейнера является постоянное повышение усилия открытия и закрытия шарового крана вследствие увеличения силы трения в сопряжении между шаром (запирающим органом) и уплотнительными кольцами (седлом), вплоть до заклинивания запирающего органа. Причиной увеличения силы трения является попадание порошка в зазор между запирающим органом и седлом. Порошок обладает высокими абразивными свойствами, а уплотнительные кольца, в которых установлен шар, не могут обеспечить полной изоляции сопряжения «запирающий орган - седло» от попадания порошка, особенно в перевернутом контейнере, когда порошок находится на закрытом запирающем органе и при его повороте для открытия попадает в сопряжение «запирающий орган - седло». Известный контейнер принят заявителем в качестве прототипа. Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении надежности в работе контейнера.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в исключении трущихся поверхностей в сопряжении «запирающий орган - седло».

Для достижения указанного технического результата в известном контейнере, содержащем стакан, выполненный из титана и загруженный иглами, выполненными из ферромагнитной стали, сепаратор, платформу и присоединенный к ней корпус крана, внутри корпуса крана к платформе, соосно с ее отверстием, прикреплен загрузочный патрубок, верхняя часть корпуса выполнена цилиндрической, соосно с горловиной загрузочного патрубка.

Нижняя часть корпуса выполнена прямоугольной и установлена с односторонним смещением относительно загрузочного патрубка с образованием между ними одной широкой полости и двух противолежащих равных полостей.

В стенках корпуса в двух противолежащих равных полостях выполнены пазы, в пазах с возможностью перемещения установлены оси, на которых внутри противолежащих равных полостей закреплены рычаги с установленной на них крышкой, а снаружи - зубчатые сегменты, выполненные с прилегающими друг к другу прямой и радиусной зубчатыми частями, входящими в зацепление с зубчатыми рейками, соединенными с приводом крышки.

В частном случае исполнения привод крышки включает в себя установленный в подшипниковых узлах с противоположной от широкой полости стороны ходовой винт, гайка которого соединена коромыслом с зубчатыми рейками.

В другом частном случае исполнения внутренняя поверхность крышки выполнена выпуклой, а торец горловины выполнен с радиусной поверхностью.

В другом частном случае исполнения зубчатые рейки установлены подвижно на направляющих стержнях.

В другом частном случае исполнения оси внутри боковых полостей снабжены дисками, в которых установлены уплотнительные кольца, прилегающие к боковым стенкам корпуса.

Прикрепление к платформе загрузочного патрубка, соосно с ее отверстием, выполнение верхней части корпуса цилиндрической, соосно с горловиной загрузочного патрубка, позволяет осуществить центрирование контейнера при его установке в боксах загрузки и осуществить уплотнение между корпусом и загрузочным патрубком, предотвращая попадание порошка в полости между ними.

Выполнение корпуса крана в нижней части прямоугольным и его установка с односторонним смещением относительно загрузочного патрубка с образованием между ними двух противолежащих равных полостей и одной широкой полости создает возможность размещения крышки на горловине загрузочного патрубка и в широкой полости, а в двух противолежащих равных полостях - элементов ее привода.

Выполнение в стенках корпуса в двух противолежащих равных полостях пазов, установка в пазах с возможностью перемещения осей, на которых внутри противолежащих равных полостей закреплены рычаги с установленной на них крышкой, а снаружи - зубчатые сегменты, выполненные с прилегающими друг к другу прямой и радиусной зубчатыми частями, входящими в зацепление с зубчатыми рейками, соединенными с приводом крышки, позволяет при поступательном движении реек и их зацеплении с прямыми зубчатыми частями сегментов обеспечить вертикальное перемещение сегментов вместе с осями по пазам в корпусе, а также и соединенных с осями рычагов и присоединенной к ним крышки. При дальнейшем поступательном движении реек происходит их зацепление с радиусными зубчатыми частями сегментов, чем обеспечивается поворот сегментов вместе с осями и присоединенными к осям рычагами и крышкой. В результате этих движений при открытии контейнера крышка сначала приподнимается над горловиной загрузочного патрубка, а затем поворачивается вокруг осей и отводится в широкую полость. При закрытии контейнера крышка сначала поворачивается вокруг осей, устанавливаясь над горловиной загрузочного патрубка, а затем прижимается к ней. В результате взаимодействие крышки с горловиной осуществляется без трущихся поверхностей в сопряжении запирающего органа (крышки) с седлом (горловиной загрузочного патрубка). Соединение зубчатых реек с приводом крышки позволяет осуществить дистанционные открытие и закрытие контейнера крышкой.

Включение в привод крышки ходового винта, установленного в подшипниковых узлах с противоположной от широкой полости стороны, соединение гайки ходового винта коромыслом с зубчатыми рейками позволяет вращением ходового винта осуществить передачу поступательного перемещения гайки через коромысло зубчатым рейками, через их зацепление с зубчатыми секторами получить их поступательное и вращательное перемещение и в итоге осуществить открытие и закрытие загрузочного патрубка крышкой.

Выполнение внутренней поверхности крышки выпуклой, а торца горловины загрузочного патрубка - с радиусной поверхностью позволяет при выгрузке порошка из перевернутого контейнера и открытии крышки обеспечить более полное ссыпание порошка с них и, тем самым, не оставлять остатки порошка в сопряжении запирающего органа (крышки) с седлом (горловиной загрузочного патрубка).

Установка зубчатых реек подвижно на направляющих стержнях позволяет обеспечить их прямолинейное перемещение.

Снабжение осей внутри боковых полостей дисками, в которых установлены уплотнительные кольца, прилегающие к боковым стенкам корпуса, препятствует попаданию пыли порошка к зубчатым зацеплениям сегментов с рейками и повышает их надежность в работе.

Предлагаемый контейнер иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1 - фиг. 7.

На фиг. 1 показан контейнер в разрезе с закрытой крышкой;

на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1;

на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1;

на фиг. 4 - вид В на фиг. 3;

на фиг. 5 - контейнер с открытой крышкой при загрузке компонентов топлива;

на фиг. 6 - контейнер с закрытой крышкой при выгрузке топлива;

на фиг. 7 - контейнер с открытой крышкой при выгрузке топлива

Контейнер (см. фиг. 1 и фиг. 2) состоит из стакана 1, выполненного из титана и заполненного иглами 2, выполненными из подшипниковой стали ШХ-15, относящейся к ферромагнитным сталям. К стакану 1 присоединены сетчатый сепаратор 3 и через прокладку 4 - квадратная платформа 5 с пазами 6 и центральным отверстием 7. На квадратную платформу 5 соосно с ее отверстием 7 установлен загрузочный патрубок 8 с горловиной 9, прижимаемый к ней фланцем 10 корпуса 11. Загрузочный патрубок 8 установлен соосно с отверстием 7 платформы 5. Нижняя часть 12 корпуса 11 имеет прямоугольную форму и установлена с односторонним смещением относительно размещенного внутри нее загрузочного патрубка 8 с образованием между загрузочным патрубком 8 и боковыми стенками 13 корпуса 11 - противолежащих равных полостей 14, а между загрузочным патрубком 8 и стенкой 15 - широкой полости 16. Верхняя часть 17 корпуса 11 содержит цилиндрическую горловину 18, соосную с загрузочным патрубком 8, соединенную переходами 19 и 20 с нижней частью 12 корпуса 11. В боковых стенках 13 корпуса 11 выполнены (см. фиг. 3) пазы 21, в которых установлены с возможностью перемещения оси 22. Оси 22 внутри полостей 14 имеют диск 23, на котором установлено уплотнительное кольцо 24, прилегающее к стенке 13, и закреплены рычаги 25 с установленной на них крышкой 26. Снаружи корпуса на осях 22 закреплены (см. фиг. 4) зубчатые сегменты 27, входящие в зацепление с зубчатыми рейками 28. Зубчатые сегменты 27 выполнены с прямолинейной 29 и радиусной 30 зубчатыми частями, что создает возможность вертикального и вращательного перемещения сегментов 27 зубчатыми рейками 28. Зубчатые рейки 28 установлены подвижно на направляющих стержнях 31 и соединены посредством коромысла 32 с приводом крышки 33, включающим в себя гайку 34, установленную на ходовом винте 35. Ходовой винт 35 установлен в подшипниковых узлах 36, прикрепленных к стенке 37 корпуса 11 и фланцу 10. На корпус 11 установлен кожух 38.

Предлагаемый контейнер работает при использовании в установке вихревого размола следующим образом.

Перед загрузкой компонентов (см. фиг. 5) контейнер в исходном закрытом положении поднимается приводом бокса загрузки (на чертежах не показан) до начала стыковки цилиндрической горловины 18 с уплотнением 39 загрузочного устройства 40, а ходового винта 35 с муфтой 41 привода 42 вращения. Далее вращением ходового винта 35 приводом 42 перемещают гайку 34 и присоединенные к ней коромыслом 32 зубчатые рейки 28 по направляющим стержням 31. Зубчатые рейки 28, входящие в зацепление с прямолинейной зубчатой частью 29 зубчатых сегментов 27, перемещают их и закрепленные в них оси 22 по пазам 21, а также рычаги 25 с установленной на них крышкой 26 внутри боковых полостей 14 вверх. Далее зубчатые рейки 28 входят в зацепление с радиусными зубчатыми частями 30 сегментов 27, в результате которого сегменты 27 поворачиваются вместе с осями 22 и рычагами 25, вводя крышку 26 в широкую полость 16 и освобождая загрузочный патрубок 8. Далее контейнер вновь приподнимается приводом до взаимодействия горловины 9 его загрузочного патрубка 8 с загрузочным устройством 40 бокса, через который в контейнер загружается один из компонентов топлива в виде порошка. После загрузки контейнер приопускают, приводом 42 вращают ходовой винт 35 в обратную сторону и устанавливают и прижимают крышку 26 к горловине 9 загрузочного патрубка 8.

После загрузки и взвешивания контейнер переносится в автоматический вихревой смеситель ABC-150, в котором смесь порошков измельчается и гомогенизируется, а затем переносится в бокс охлаждения и далее в бокс выгрузки (на чертежах не показан), где контейнер переворачивается опрокидывателем и устанавливается (см. фиг. 6) горловиной 18 корпуса 11 на проходку 43 бокса выгрузки, а ходовой винт 35 стыкуется с муфтой 44 привода 45. Приводом 45 вращают ходовой винт 34 и перемещают гайку 33 и присоединенные к ней коромыслом 32 зубчатые рейки 28 по направляющим стержням 31. Зубчатые рейки 28, входящие в зацепление с прямолинейными зубчатыми частями 29 зубчатых сегментов 27, перемещают их и закрепленные в них оси 22 по пазам 21, а также рычаги 25 с установленной на них крышкой 26 вниз, создавая зазор между крышкой и загрузочным патрубком 8, через который начинает высыпаться порошок. Далее зубчатые рейки 28 входят в зацепление с радиусными зубчатыми частями 30 сегментов 27, в результате которого сегменты 27 поворачиваются вместе с осями 22 и рычагами 25, вводя (см. фиг. 7) крышку 26 в широкую полость 16 и освобождая полностью горловину 9 загрузочного патрубка 8. При этом, порошок из перевернутого контейнера и с крышки 26 ссыпается в проходку 43 бокса выгрузки. Далее опорожненный контейнер вновь передается на взвешивание и загрузку компонентов топлива.