СМЕСИТЕЛЬ СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2001 года по МПК B01F3/18 

Изобретение относится к области порошковой металлургии и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства, где необходимо приготовление однородных по составу композиций из материалов, находящихся в зернистом или порошковообразном состоянии, а также порошков в производстве таблеток ядерного топлива для тепловыделяющих элементов ядерных реакторов.

В производстве таблетированного ядерного топлива из порошков возникает необходимость транспортировки порошков с операции на операцию, дозировка и смешение последних. Любые перегрузки порошков ядерного топлива, например из контейнера в смеситель и обратно, дозировка с перегрузкой из контейнера в дозатор и обратно являются операциями пылящими, загрязняющими воздушную среду и экологически особо вредными.

Известен смеситель для сухого смешивания сыпучих материалов, преимущественно порошков ядерного топлива, с вращающимся корпусом, содержащий узлы загрузки и выгрузки (см. патент ФРГ N 2559022, заявлен 29.12.75 г., N 559022. Приоритет 02.01.75, N 000049, Франция опубликован 08.07.76 г. Аналог: Бельгия, N 836673. МКИ B 01 F 15/02, G 21 C 3/58. Смеситель предусматривает осуществление смешения радиоактивных веществ, но не предусматривает транспортировку и дозировку последних, для чего требуются дополнительно транспортные контейнеры и дозаторы. Разгрузка и загрузка транспортного контейнера в смеситель и из смесителя, а также из дозатора в дозатор являются операциями пылящими, загрязняющими воздушную среду и экологически особо вредными. Наиболее близким по технической сущности известен смеситель сыпучих материалов для сухого смешивания с вращающимся биконическим корпусом с цилиндрической обечайкой по центру корпуса, содержащей цапфы, соединенные с приводом, узлы загрузки и выгрузки с затвором (см. Каталог. Смесители для сыпучих и пастообразных материалов. Разработка Северодонецкого Филиала Украинского научно-исследовательского и конструкторского института химического машиностроения. - М.: Цинтихимнефтемаш., 1985 г., стр. 42-44)
У известного смесителя конические днища имеют угол при вершине 90^o, что позволяет осуществить разгрузку после смешения измельченной шахты карбидов вольфрама или твердосплавных смесей с насыпной плотностью не более 3000 кг/м³ (см. Каталог. Смесители для сыпучих и пастообразных материалов., стр. 42)
Однако после смешения порошков ядерного топлива аммонийного происхождения, обладающих слабой текучестью, или измельченных порошков карбонатного происхождения, теряющих текучесть после измельчения, выгрузка из смесителя, имеющего угол при вершине конусного днища 90^o, затруднена (см. А.А.Майоров, И. Б. Браверман Технология получения порошков керамической двуокиси урана. - М.: Энергоатомиздат, 1995 г., стр. 35 п.3.3.2.)
Корпус смесителя выполнен в стационарном исполнении и несъемным. При этом неизбежно требуется контейнер для загрузки порошка в смеситель, контейнеры для выгрузки порошка из смесителя. Отсюда неизбежны пылящие операции при загрузке, выгрузке и загрязнении воздушной среды радиоактивной пылью. Смеситель не предусматривает операций дозировки при выгрузке порошка.

Смеситель имеет люк загрузки и люк выгрузки, которые в процессе работы из-за попадания порошка в зазоры затвора становятся негерметичными. При этом не исключается рассыпание порошка через неплотности в зазоре и загрязнение воздушной среды радиоактивной пылью.

Технической задачей изобретения является сокращение пылящих операций, снижение при этом загрязнения воздушной среды радиоактивной пылью путем совмещения в одном аппарате транспортного контейнера, дозатора и смесителя.

Эта техническая задача решается тем, что в смесителе сыпучих материалов, преимущественно порошков ядерного топлива, с приводом вращения биконического корпуса с цилиндрической обечайкой по центру корпуса, содержащем цапфы, соединенные с приводом, узлы загрузки и выгрузки с затвором, согласно изобретению корпус смесителя выполнен съемным, снабжен в верхней и нижней частях в зеркальном отображении узлами строповки для транспортирования корпуса смесителя как транспортного контейнера, цапфы выполнены в виде пары колец, коаксиально размещенных на цилиндрической обечайке корпуса, конусные днища, примыкающие с обеих сторон к цилиндрической обечайке корпуса, выполнены при вершинах с углом, не превышающем 60^o, узлы загрузки и выгрузки совмещены и выполнены на одном из конусных днищ, затвор выполнен из неподвижного, жестко закрепленного соосно к корпусу цилиндра, имеющего на противоположной торцевой поверхности плоскость с секторными прорезями и течками с углами раствора каждой не выше 60^o и подвижного вокруг своей оси цилиндра с секторными прорезями и течками, выполненными в зеркальном отражении относительно торцевой плоскости с секторными прорезями неподвижного цилиндра, причем плоскости между прорезями поворотного цилиндра гарантированно перекрывают секторные прорези неподвижного цилиндра при закрытом затворе, прижим торцевых поверхностей цилиндров друг к другу осуществлен по крайней мере тремя плоскими пружинами, установленными в пазы неподвижного цилиндра и нагруженными коаксиально установленной с наружной части втулкой, жестко закрепленной на подвижном цилиндре с ограничением возможности поворота, обеспечивающим полное совмещение секторных прорезей на торцевых плоскостях цилиндров при открытом затворе, по крайней мере, тремя винтами, один из которых выполняет функцию поворотной ручки, причем между втулкой и пружинами установлено подшипниковое кольцо, а коаксиально цилиндрам с наружной стороны последних в зоне стыковки установлено центрирующее кольцо.

Другими отличиями является то, что торцевые поверхности соприкасающихся между собой неподвижного и поворотного цилиндров выполнены полированными, кислотостойкими, а количество секторных прорезей в них составляет по крайней мере по три штуки.

Выполнение корпуса смесителя съемным с верхними и нижними в зеркальном отображении узлами строповки позволит использовать корпус смесителя и как транспортный контейнер транспортировки порошка ядерного топлива с операции на операцию как затвором вверх, так и затвором вниз, что сократит количество оборудования, сократит количество пылящих операций при загрузке, разгрузке смесителя и снизит запыленность воздушной среды радиоактивной пылью. Выполнение цапф в виде пары колец, коаксиально размещенных на цилиндрической обечайке корпуса, позволит при установке транспортного контейнера-смесителя в устройство вращения упростить соединение с валом привода вращения, которые диаметрально противоположно вводят между кольцами и закрепляют, использовать кольца как опорные элементы при установке корпуса в качестве транспортного контейнера, использовать кольца для ввода вил автопогрузчика при необходимости транспортировки автопогрузчиком и, наконец, использовать как ребра жесткости корпуса.

Выполнение конусных днищ корпуса под углом при вершине, не превышающем 60^o, позволит осуществлять как смешение, так и разгрузку порошков ядерного топлива без образований конгломератов и зависаний в корпусе смесителя, что исключит требуемое ранее механическое разрушение конгломератов и зависаний порошка при открытом затворе, а следовательно исключит запыленность воздушной среды радиоактивной пылью.

Совмещение узлов загрузки и выгрузки путем выполнения совмещенного узла на одном из конусных днищ позволит устранить рассыпание порошка через неплотности затвора и загрязнения воздушной среды радиоактивной пылью.

Выполнение затвора предложенной конструкции позволит обеспечить надежную герметичность за счет плотного прилегания полированных торцевых поверхностей поворотного цилиндра к неподвижному цилиндру, самоочистке от порошка поверхностей поворотного цилиндра конусными частями течки неподвижного цилиндра при повороте поворотного цилиндра, и благодаря прижиму поворотного цилиндра к неподвижному цилиндру пружинами узла крепления исключается загрязнение воздушной среды радиоактивной пылью.

Выполнение на неподвижном и поворотном цилиндрах секторных прорезей с течками позволяет регулировать и дозировать разгрузку из смесителя и загрузку в смеситель порошков ядерного топлива путем увеличения или уменьшения угла поворота поворотного цилиндра относительно неподвижного цилиндра затвора и использовать смеситель как дозатор и как транспортный контейнер, а также рассредоточить нагрузку порошка ядерного топлива на поворотный цилиндр с помощью течек неподвижного цилиндра.

На чертежах представлен смеситель, выполняющий роль транспортного контейнера и дозатор, где изображены:
фиг. 1 - смеситель в устройстве вращения;
фиг. 2 - смеситель как транспортный контейнер;
фиг. 3 - смеситель как дозатор;
фиг. 4 - неподвижный и поворотный цилиндры;
фиг. 5 - затвор в сборе (составляющий затвор).

Смеситель сыпучих материалов, преимущественно порошков ядерного топлива для тепловыделяющих элементов тепловыделяющих сборок ядерного реактора, с приводом 1, 2 вращения биконического корпуса 3 с цилиндрической обечайкой 4 по центру корпуса, содержащей цапфы 5, соединенные с приводом 1,2, узлами 6 загрузки, выгрузки с затвором 7.

Корпус смесителя выполнен съемным, снабжен в верхней и нижней части в зеркальном отображении узлами 8, 9 строповки для транспортирования корпуса смесителя как транспортного контейнера.

Цапфы 5 выполнены в виде пары колец, коаксиально размещенных на цилиндрической обечайке 4 корпуса. Конусные днища 3, примыкающие с обеих сторон к цилиндрической обечайке 4 корпуса, выполнены при вершинах с углом α, не превышающем 60^o. Узлы загрузки и выгрузки совмещены и выполнены на одном из конусных днищ 3. Затвор 7 выполнен из неподвижного, жестко закрепленного соосно к корпусу 3 цилиндра 10 с секторными прорезями 11 и течками 12 с углами раствора каждой α не выше 60^o и поворотного вокруг своей оси цилиндра 13 с секторными прорезями 14 и течками 15, выполненными в зеркальном отображении относительно торцевой плоскости 16 цилиндра 10, причем плоскости 16 между прорезями 14 поворотного цилиндра 13 гарантированно перекрывают секторные прорези 11 неподвижного цилиндра при закрытом затворе, прижим торцевых плоскостей 16 друг к другу осуществлен, по крайней мере, тремя плоскими пружинами 17, установленными в пазы 18 неподвижного цилиндра и нагруженными коаксиально установленной с наружной части втулкой 19, жестко закрепленной на подвижном цилиндре 13 с ограничением возможности поворота, обеспечивающем полное совмещение секторных прорезей 11, 14 на торцевых плоскостях цилиндров 10, 13 при открытом затворе, по крайней мере тремя винтами 20, один из которых выполняет функцию поворотной ручки 21, причем между втулкой 19 и пружинами 17 установлено подшипниковое кольцо 22, а с наружной стороны в зоне стыковки установлено центрирующее кольцо 23. Торцевые поверхности соприкасающихся между собой плоскостей неподвижного и подвижного цилиндров 10, 13 выполнены полированными, кислотостойкими, а количество секторных прорезей в каждом из них составляет по крайней мере три штуки. Затвор 7 крепится к биконическому корпусу 3 посредством кольца 24.

Смеситель сыпучих материалов работает следующим образом.

Биконический корпус 3 смесителя через узел 6 разгрузки загружают из контейнера ядерным топливом, закрывают затвор 7 так, чтобы секторные прорези 11 на торцевой плоскости 16 неподвижного цилиндра 10 были закрыты плоскостями 16 поворотного цилиндра 13 поворотом ручки 21, и грузоподъемным транспортным средством проводят строповку за узлы 8 строповки и транспортируют на механизм вращения (смеситель работает как транспортный контейнер), где устанавливают цапфами 5 на механизм вращения, закрепляют цапфы 5 и посредством приводов 1, 2, имеющих взаимно перпендикулярные оси вращения, смеситель приобретает вращение "типа пьяная бочка", т.е. по оси вращения смесителя и перпендикулярно оси вращения осуществляется смешение порошка в смесителе.

По окончании смешения смеситель может быть использован как транспортный контейнер, для чего строповку можно осуществить как за узлы строповки 8 затвором 7 вверх, так и транспортировать затвором 7 вниз за узлы строповки 9. При использовании смесителя в качестве дозатора смеситель - биконический корпус 3 транспортируют затвором 7 вниз за строповочные узлы 9 на операцию дозированной загрузки порошка ядерного топлива, где поворотом ручки 21 приоткрывают на необходимую величину секторные прорези 11 неподвижного цилиндра 10, поворачивая ручкой 21 поворотный цилиндр 13 вокруг своей оси. Порошок ядерного топлива по течкам 12, секторным прорезям 11 и секторным прорезям 14 и течкам 15 поступает в аппарат, где требуется дозированная загрузка. Затвор 7 поворотом ручки 21 и поворотом связанного с ним цилиндра 13 плоскостями 16 закрывают прорези 11 неподвижного цилиндра 10 и смеситель может транспортироваться как транспортный контейнер на любую операцию.

Благодаря предложенной конструкции уменьшение углов как вершин биконического корпуса, так и течек затвора и предложенной конструкции затвора обеспечивается как загрузка, так и выгрузка порошка ядерного топлива даже аммонийного происхождения, смешение и дозировка последних, что особенно важно в производстве таблеток ядерного топлива с обеспечением при транспортировке герметичности контейнера, исключающего россыпи порошка.

Изобретение относится к порошковой металлургии и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства для приготовления композиций из материалов в зернистом или порошковом состоянии. Смеситель имеет привод вращения биконического корпуса с цилиндрической обечайкой по центру корпуса, цапфы, соединенные с приводом, узлы загрузки и выгрузки с затвором. Корпус выполнен съемным, имеет в верхней и нижней частях узлы строповки. Цапфы выполнены в виде пары колец на обечайке. Узлы загрузки и выгрузки совмещены и выполнены на одном из конусных днищ. Затвор выполнен из неподвижного цилиндра с секторными прорезями и течками и подвижного вокруг своей оси цилиндра с секторными прорезями и течками. Цилиндры прижаты друг к другу тремя плоскими пружинами. Технический результат состоит в сокращении пылящих операций, снижении загрязнения воздушной среды радиоактивной пылью путем совмещения в одном аппарате транспортного контейнера, дозатора и смесителя. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Смеситель сыпучих материалов, преимущественно порошков ядерного топлива с приводом вращения биконического корпуса с цилиндрической обечайкой по центру корпуса, содержащей цапфы, соединенные с приводом, узлы загрузки и выгрузки с затвором, отличающийся тем, что корпус смесителя выполнен съемным, снабжен в верхней и нижней частях в зеркальном отображении узлами строповки для транспортирования корпуса смесителя как транспортного контейнера, цапфы выполнены в виде пары колец, коаксиально размещенных на цилиндрической обечайке корпуса, конусные днища, примыкающие с обеих сторон к цилиндрической обечайке корпуса, выполнен при вершинах с углом, не превышающим 60^o, узлы загрузки и выгрузки совмещены и выполнены на одном из конусных днищ, затвор выполнен из неподвижного, жестко закрепленного соосно к корпусу цилиндра, имеющего на противоположной торцевой поверхности плоскость с секторными прорезями и течки с углами раствора каждой не выше 60^o и поворотного вокруг своей оси цилиндра с секторными прорезями и течками, выполненными в зеркальном отражении относительно торцевой плоскости с секторными прорезями неподвижного цилиндра, причем плоскости между прорезями поворотного цилиндра гарантированно перекрывают секторные прорези неподвижного цилиндра при закрытом затворе, прижим торцевых поверхностей цилиндров друг к другу осуществлен, по крайней мере, тремя плоскими пружинами, установленными в пазы неподвижного цилиндра и нагруженными коаксиально установленной с наружной части втулкой, жестко закрепленной на подвижном цилиндре с ограничением возможности поворота, обеспечивающем полное совмещение секторных прорезей на торцевых плоскостях цилиндров при открытом затворе, по крайней мере, тремя винтами, один из которых выполняет функцию поворотной ручки, причем между втулкой и пружинами установлено подшипниковое кольцо, а коаксиально цилиндрам с наружной стороны последних в зоне стыковки установлено центрирующее кольцо. 2. Смеситель по п.1, отличающийся тем, что торцевые поверхности, соприкасающиеся между собой неподвижного и поворотного цилиндров выполнены полированными, а количество секторных вырезов в них составляет, по крайней мере, три штуки.