ТРАНСПОРТНЫЙ ШЛЮЗ Российский патент 2002 года по МПК G21F7/05 

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к оборудованию, устанавливаемому при строительстве в защитных оболочках ядерного реактора, имеющих подвижность друг относительно друга в виде температурных и иных расширений, обеспечивающему герметичное перекрытие проемов в защитной оболочке при провозе тяжелых и крупногабаритных грузов и безопасную эксплуатацию АЭС.

Известен транспортный шлюз, содержащий корпус, смонтированные на корпусе створки с запирающими механизмами, устройство для открывания и закрывания створок.

Однако данный шлюз обеспечивает провоз мелкогабаритных грузов, имеющих небольшой вес и только через одну оболочку. Это связано с тем, что нагрузка на оболочку ограничена и составляет не более 90 тонн. Для провоза крупногабаритных и тяжелых грузов через две рядом стоящие оболочки шлюз имеет соответственно большие размеры и, чтобы исключить разрушение при перемещении оболочек друг относительно друга, шлюз должен быть жестко закреплен только в одной оболочке и свободно проходить в другой. В этом случае вся нагрузка, которая может составлять 300 тонн, будет сосредоточена на оболочке, в которой он жестко закреплен, что приводит к превышению допустимых нагрузок на эту оболочку, а следовательно, и к ее разрушению.

Известен транспортный шлюз для крупногабаритных грузов, содержащий корпус, в боковой стене которого при помощи закладной детали оформлены проемы и установлены герметичные ворота, выполненные в виде несущего и герметизирующего полотен, установленных с возможностью перемещения вдоль проема при помощи привода, размещенного на несущем полотне. На герметизирующем полотне установлены механизмы герметизации, обеспечивающие его перемещение в направлении, перпендикулярном несущему полотну. По периметру проема на закладной детали закреплен уплотнитель, внутри шлюза размещен перекидной мост.

Однако конструкция шлюза не предназначена для провоза грузов через две рядом стоящие оболочки строительного сооружения АЭС. Это связано с тем, что корпус, оформляющий транспортный коридор шлюза, является частью защитной оболочки атомной станции, в боковой стене которого оформлены проемы при помощи закладной детали.

Прототипом, являющимся наиболее близким к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков, служит техническое решение, описанное в заявке FR 2112082 A (peг. 7035100), МПК G 21 F 7/00, опубл. 16.06.1972 г.

Предлагаемым изобретением решается задача расширения эксплуатационных возможностей устройства за счет провоза крупногабаритных и тяжелых грузов через две рядом стоящие оболочки ядерных реакторов, перемещающиеся одна относительно другой, путем перераспределения нагрузки на эти оболочки и снижения их до допустимого уровня, обеспечивая при этом целостность оболочек и шлюза, а также герметизацию проема.

Для достижения указанного технического результата транспортный шлюз, содержащий корпус, снабжен дополнительно гибкой тягой, прикрепленной к наружной оболочке и опоре шлюза, соединенной с противовесом в ее средней части с образованием угла α, а каждый элемент перемещения и фиксации полотен выполнен в виде колес, закрепленных попарно на полотне и на откатном устройстве напротив направляющих с возможностью их взаимодействия, при этом одно колесо пары, установленной на полотне, расположено на горизонтальной направляющей, закрепленной на фланце корпуса, другое колесо пары расположено на уровне направляющей с наклонной плоскостью, закрепленной на откатном устройстве, а каждая пара колес, установленная на откатном устройстве, расположена напротив Г-образных кронштейнов, закрепленных на полотне, и соединена с приводом поворота колес и приводом перемещения полотна.

Отличительными признаками предлагаемого транспортного шлюза от указанного выше известного, наиболее близкого к нему, является то, что для установки шлюза в две рядом стоящие оболочки, перемещающиеся относительно друг друга в процессе работы в зависимости от температурных и иных расширений, на наружной оболочке по обеим сторонам шлюза закреплены два кронштейна, на корпусе выполнены две опоры. Каждая опора соединена с кронштейном гибкой тягой, расположенной свободно. Гибкая тяга соединена с противовесом в ее средней части с образованием угла α между тягой и вертикалью, а каждый элемент перемещения и фиксации полотен выполнен в виде колес, установленных попарно на полотне напротив направляющих, закрепленных на фланцах корпуса и на откатном устройстве, с возможностью их взаимодействия, причем направляющие, закрепленные на откатном устройстве, выполнены с наклонной плоскостью, и в виде пар колес, закрепленных на одной оси на откатном устройстве, установленных с возможностью взаимодействия с Г-образными кронштейнами, расположенных на полотнах. Пары колес при этом соединены с приводами поворота колес и приводами перемещения полотен.

Благодаря наличию этих признаков появляется возможность установить транспортный шлюз через две рядом стоящие оболочки, перемещающиеся друг относительно друга в зависимости от температурных и иных расширений, и обеспечить провоз крупногабаритного и тяжелого груза. Это достигается за счет распределения нагрузки от массы шлюза и провозимого через него груза на две оболочки, а масса противовесов, исходя из значения угла α и длины гибкой тяги, может быть на порядок меньше, чем усилия, возникающие в гибких тягах от веса шлюза.

Корпус шлюза благодаря тому, что консольная часть его подвешена на наружную оболочку посредством гибких тяг, натянутых противовесом с образованием угла α между вертикальной прямой и гибкой тягой, не препятствует перемещению наружной оболочки относительно внутренней как в вертикальном направлении, так и в горизонтальном. При этом нагрузки от корпуса шлюза и груза, находящегося в корпусе, распределяются на наружную и внутреннюю оболочки, а усилие предварительного натяжения противовеса, исходя из значения угла α и длины гибкой тяги, может быть на порядок ниже, чем усилия, возникающие в гибких тягах от веса шлюза.

Наличие горизонтальных направляющих на фланцах корпуса и откатного устройства, выполненного в виде тележки, а также жестко закрепленных на полотнах по две пары колес, позволяет перемещать полотно с тележки на фланец корпуса и обратно перпендикулярно перемещению тележки.

Наличие наклонной плоскости на направляющих тележки способствует перемещению полотна с направляющих фланца шлюза на направляющие тележки и обратно в случае смещения шлюза (внутренней оболочки) в вертикальном направлении относительно тележки (наружной оболочки).

Наличие Г-образных кронштейнов на полотнах и пар колес, взаимодействующих с ними, расположенных на тележке и соединенных с механизмами поворота и перемещения колес, позволяет осуществлять перемещение полотна с тележки на фланцы корпуса и отсоединять тележку от них после герметизации проема, а также удерживать полотно на тележке при их перемещении вдоль проема.

Предлагаемая конструкция транспортного шлюза иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-10.

На фиг.1 показан продольный разрез шлюза.

На фиг.2 - горизонтальный разрез шлюза.

На фиг.3 показано расположение приводов уплотнения (герметизации) полотен, элементов перемещения и фиксации полотен, а также гибких тяг относительно корпуса шлюза.

На фиг.4 показано крепление гибкой тяги к наружной оболочке и опоре корпуса шлюза с образованием угла α и натяжение ее с помощью противовеса.

На фиг.5 показано устройство привода уплотнения (герметизации).

На фиг.6 показано крепление полотна с помощью защелок.

На фиг. 7 показано расположение колес полотна с направляющими, закрепленными на фланце корпуса и на откатной тележке.

На фиг.8 показан принцип перемещения колес полотна с направляющей фланца корпуса на направляющие откатной тележки.

На фиг. 9 показано исходное положение пары колес откатной тележки относительно Г-образных кронштейнов.

На фиг. 10 показано зацепление пары колес тележки в Г-образных кронштейнах (рабочее положение).

Транспортный шлюз содержит корпус 1 (фиг.1), выполненный в виде цилиндра и установленный в строительном здании АЭС. Здание состоит из двух защитных оболочек - внутренней 2 (герметичной) и наружной 3 (негерметичной), в которых установлены закладные детали 4 и 5 соответственно. Корпус жестко закреплен, например посредством сварки, в закладной 4 и свободно в виде консольной балки проходит через наружную оболочку в закладной 5 с образованием зазора между ней и корпусом. К торцам корпуса с двух сторон прикреплены фланцы 6 (фиг. 3), в которых выполнены транспортные проемы. На фланцах установлены полотна 7, служащие для перекрытия и герметизации транспортного проема. Напротив каждого полотна 7 установлено с возможностью взаимодействия с ним откатное устройство в виде тележки 8 (фиг.4), перемещающееся по направляющим вдоль проема посредством привода, установленного на тележке (не показан). По периметру полотна 7 на фланцах 6 закреплен уплотнитель 9 (фиг.1). Тележка установлена на колесах на направляющих внутри опорной рамы 10, расположенной между транспортной эстакадой 11 и фланцами 6. На торцах полотен 7 установлены приводы уплотнения (герметизации) 12 (фиг.3), например, по три с каждой стороны полотна. Внутри приводов 12 размещены гайки 13 (фиг.5). Во фланцах 6 напротив гаек 13 вкручены шпильки 14. Элементы перемещения и фиксации полотен выполнены в виде колес, расположенных попарно на каждом полотне и на каждой тележке. На полотне 7 колеса установлены попарно по краям полотен в ее верхней части, например на одной оси 15 закреплены два колеса 16 и 17 (фиг.8) так, что колеса 16 выходят за пределы полотна. На уровне колес 16 на фланцах 6 закреплены горизонтальные направляющие 18 с возможностью перемещения по ней колес 16. Напротив каждого колеса 17 на тележке 8 закреплена направляющая 19 с наклонной плоскостью 20 (фиг.7) с возможностью перемещения по ней колеса 17. На каждом полотне закреплены попарно кронштейны 21 (фиг. 9) Г-образной формы, концы которых направлены друг к другу. Напротив Г-образных кронштейнов 21 на тележке 8 установлены механизмы перемещения 22 полотен, обеспечивающие перемещение полотна 7 в направлении, перпендикулярном перемещению тележки 8. К концам штоков механизмов перемещения 22 прикреплены по два колеса 23, расположенных на одной оси 24 (фиг.10) и соединенных с механизмом поворота 25 колес, обеспечивающих поворот колес для зацепления их с Г-образными кронштейнами. В верхней и нижней частях проема на оси 26 (фиг.6) установлены защелки 27 для фиксации полотна. Внутри корпуса 1 с обеих сторон полотен установлена лебедка 28 (фиг.1) для поднятия и опускания перекидного мостика 29 между транспортной эстакадой 11 и корпусом 1 шлюза. На наружной оболочке 3 здания АЭС по обеим сторонам корпуса шлюза жестко прикреплены два кронштейна 30 (фиг.4), в нижней части на их уровне на корпусе выполнены опоры 31. Каждая опора соединена с кронштейном гибкой тягой 32, к середине тяги прикреплен трос 33 с противовесом 34 с образованием угла α между тягой и вертикалью. Трос перекинут через блок 35, закрепленный на наружной оболочке устройством 36, напротив середины тяги. Вес противовеса 34 выбран из расчета, чтобы нагрузка от веса шлюза равномерно распределялась посредством гибкой тяги примерно в равных пропорциях на наружную 3 и внутреннюю 2 оболочки за счет натяжения тяги с образованием угла α между гибкой тягой и вертикалью.

Транспортный шлюз работает следующим образом.

В нерабочем состоянии проемы шлюза закрыты полотнами 7 и загерметизированы, при этом гайки 13 приводов уплотнения 12 навинчены на шпильки 14, защелки 27 находятся в вертикальном положении и перекрывают полотна 7, мост 29 поднят, тележки 8 от полотен 7 отсоединены. При необходимости провоза груза через шлюз, например, из негерметичной зоны в герметичную зону АЭС, защелки 27 поворачивают вокруг оси 26 на 90^o и убирают с полотна 7. Включаются приводы уплотнения 12, которые свинчивают гайки 13 со шпилек 14. Происходит разуплотнение шлюза со стороны негерметичной зоны и разгерметизация проема. Для открывания проема включаются механизмы перемещения 22 полотна 7, закрепленные на тележке 8. Вращаясь, механизмы перемещения выдвигают колеса 23 по направлению к полотну. Колеса в это время расположены вертикально и входят в Г-образные кронштейны 21, закрепленные на полотне на их уровне, а механизмы поворота 25 поворачивают колеса внутри кронштейнов в горизонтальное положение, таким образом, колеса как бы находятся в зацеплении с кронштейнами 21. Затем механизмы перемещения 22 полотен начинают вращаться в обратном направлении и колеса 23 перемещаются по направлению к тележке. Так как колеса находятся в зацеплении с Г-образными кронштейнами 21, то они перемещают за собой и полотно по направлению к тележке, при этом колеса 16, находящиеся на горизонтальных направляющих 18 фланца 6, начинают по ним катиться, колеса 17 в этот момент находятся в подвешенном состоянии. По мере дальнейшего продвижения полотна 7 к тележке 8 колеса 17 достигают наклонной плоскости 20 направляющих 19, закрепленных напротив колес 17 и начинают катиться сначала по наклонной плоскости 20 вверх, а далее по горизонтальной поверхности направляющих 19. При перекатывании колес 17 по наклонной плоскости 20 колеса 16 отрываются от направляющей 18 и повисают в воздухе. Дальнейшее перемещение полотна 7 осуществляется перекатыванием колес 17 по направляющим 19. После полного перемещения полотна 7 нa направляющие тележки 8 полотно 7 полностью удерживается на тележке за счет колес 17, опирающихся на направляющие 19, и пар колес 23 тележки 8, находящихся в зацеплении с Г-образными кронштейнами 21 полотна 7. Включается механизм перемещения тележки, который откатывает тележку с полотном по направляющей в виде опорной рамы 10 вдоль проема, открывая его. Лебедкой 28 опускают перекидной мостик 29, соединяя эстакаду 11 с корпусом 1 шлюза. Груз с эстакады перемещают внутрь корпуса. Для провоза груза в герметичную зону АЭС необходимо закрыть и загерметизировать открытый проем со стороны негерметичной зоны. Для этого мостик 29 поднимают, тележку 8 вместе с полотном 7 перемещают в обратном направлении до момента, пока колеса 16 не станут напротив направляющих 18 фланца 6. Закрытие и герметизация проема шлюза осуществляется в обратной последовательности. Для этого включаются механизмы перемещения 22 полотна 7, которые возвращают полотно в исходное положение, перекрывая проем шлюза. Перемещение полотна происходит перпендикулярно перемещению тележки по направлению к проему за счет выдвижения колес 23 механизмом перемещения 22 полотен и находящихся в зацеплении с Г-образными кронштейнами 21. При этом по мере передвижения полотна колеса 17 катятся сначала по горизонтальной поверхности, затем вниз по наклонной поверхности 20 направляющих 19, а колеса 16 в это время находятся в подвешенном состоянии. По мере дальнейшего перемещения полотна (колес 17 по наклонной поверхности 20) колеса 16 достигают горизонтальной поверхности направляющих 18, расположенных на фланце 6, и катятся по ним до момента, пока полотно не перекроет проем, а колеса 17 в это время прекращают свое движение по направляющей 19 и повисают в воздухе. Включаются приводы уплотнения 12 и гайки 13 навинчиваются на шпильки 14. Происходит уплотнение шлюза со стороны негерметичной зоны. Защелки 27 устанавливают вертикально, перекрывая полотно. Для отсоединения тележки от полотна включают механизмы поворота 25 колес 23, которые поворачивают колеса 23 в вертикальное положение и выводят из Г-образных кронштейнов.

Провоз груза из шлюза в герметичную зону здания АЭС осуществляется аналогично, как и открывание проема со стороны негерметичной зоны.

Распределение нагрузки на внутреннюю 2 и наружную 3 оболочки при перемещении их друг относительно друга с учетом температурных и иных расширений происходит следующим образом.

По обеим сторонам шлюза со стороны негерметичной зоны (фиг.3) между кронштейнами 30, жестко закрепленными на наружной оболочке 3, и соответствующими опорами 31 корпуса располагают гибкие тяги 32. К середине каждой гибкой тяги прикрепляют трос 33 (фиг.4), перекинутый через блок 35, закрепленный на наружной поверхности оболочки устройством 36. Другой конец троса соединяют с противовесом 34, который натягивает гибкую тягу с образованием угла α между вертикалью и гибкой тягой. Вес противовеса, исходя из угла α и длины гибкой тяги, рассчитывают таким образом, чтобы усилие натяжения в каждой гибкой тяге составляло 1/4 веса шлюза, например вес шлюза равен 160 тонн, тогда усилие натяжения в каждой тяге будет составлять по 40 тонн, а вес противовеса при этом будет составлять на порядок ниже, т.е. ориентировочно 4-6 тонн. При перемещении внутренней оболочки, а следовательно, и шлюза относительно наружной оболочки 3 будет изменяться угол α, a следовательно, будет изменяться и натяжение гибкой тяги 32 и тогда нагрузка на оболочки распределяется примерно так:
Первоначальное положение (угол α, например, равен 5^o), т.е.:
- нагрузка на внутреннюю оболочку 2 составляет 80 тонн,
- нагрузка на наружную оболочку 3 составляет 80 тонн.

При перемещении шлюза вниз угол α уменьшается (натяжение гибкой тяги увеличивается и увеличивается нагрузка на наружную оболочку), тогда:
- нагрузка на внутреннюю оболочку 2 составит 70 тонн,
- нагрузка на наружную оболочку 3 составит 90 тонн.

При перемещении шлюза вверх угол α увеличивается (натяжение гибкой тяги уменьшается), тогда:
- нагрузка на внутреннюю оболочку 2 составит 90 тонн,
- нагрузка на наружную оболочку 3 составит 70 тонн.

Таким образом, благодаря особенностям исполнения предлагаемого транспортного шлюза, обеспечивается возможность установки шлюза в две рядом стоящие оболочки, перемещающиеся одна относительно другой, и провоз груза, в том числе крупногабаритного и тяжелого, из негерметичной зоны в герметичную и обратно за счет перераспределения нагрузки на обе оболочки, что уменьшает концентрацию напряжения на одной их них, снижает нагрузки до допустимых величин на оболочки ядерных реакторов и исключает их разрушение.

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к оборудованию, устанавливаемому при строительстве в защитных оболочках ядерного реактора, имеющих подвижность друг относительно друга в виде температурных и иных расширений, обеспечивающему герметичное перекрытие проемов в защитной оболочке при провозе тяжелых и крупногабаритных грузов и безопасную эксплуатацию АЭС. Транспортный шлюз содержит корпус 1, на фланцах 6 которого выполнены проемы. Каждый проем снабжен герметизирующим полотном 7 с механизмами прижима. Напротив каждого герметизирующего полотна установлено откатное устройство 8, перемещающееся по направляющим, с возможностью взаимодействия с полотном. Полотна и откатные устройства снабжены элементами перемещения и фиксации полотен. Каждый элемент выполнен в виде колес 16 и 17, закрепленных попарно на полотне, и колес 23, закрепленных на откатном устройстве. Колеса расположены напротив направляющих с возможностью их взаимодействия. При этом одно колесо 16 пары, закрепленной на полотне 7, установлено на горизонтальной направляющей 18, закрепленной на фланце 6 корпуса. Другое колесо 17 пары расположено на уровне направляющей 19 с наклонной плоскостью 20, закрепленной на откатном устройстве 8. Каждая пара колес 23 закреплена на одной оси на откатном устройстве 8 и установлена напротив Г-образных кронштейнов 21, расположенных на полотне 7, и соединена с приводом поворота 25 колес и приводом перемещения 22 полотна. Шлюз снабжен гибкой тягой, прикрепленной к наружной оболочке 3 и опоре шлюза, соединенной с противовесом в ее средней части с образованием угла α. По периметру проема шлюза закреплен уплотнитель. Внутри шлюза расположен перекидной мостик 29. Технический результат: расширение эксплуатационных возможностей устройства за счет провоза крупногабаритных и тяжелых грузов через две рядом стоящие оболочки ядерных реакторов путем перераспределения нагрузки на эти оболочки и снижения их до допустимого уровня, обеспечивая при этом целостность оболочек и шлюза, а также герметизацию проема. 10 ил.

Транспортный шлюз, содержащий корпус, отличающийся тем, что шлюз снабжен гибкой тягой, прикрепленной к наружной оболочке и опоре шлюза и соединенной с противовесом в ее средней части с образованием угла α, каждый элемент перемещения и фиксации полотен выполнен в виде колес, закрепленных попарно на полотне и на откатном устройстве напротив направляющих с возможностью их взаимодействия, при этом одно колесо пары, закрепленное на полотне, установлено на горизонтальной направляющей, закрепленной на фланце корпуса, другое колесо пары расположено на уровне направляющей с наклонной плоскостью, закрепленной на откатном устройстве, а каждая пара колес, закрепленная на откатном устройстве, установлена напротив Г-образных кронштейнов, расположенных на полотне, и соединена с приводом поворота колес и приводом перемещения полотна.