УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАЗМЫВА ОСАДКА И ДЕЗАКТИВАЦИИ Российский патент 2003 года по МПК G21F9/34 

Изобретение относится к атомной промышленности в части переработки радиоактивных отходов, а именно к устройствам для размыва струями жидкости осадка, скопившегося на дне емкостей-хранилищ жидких радиоактивных отходов высокого уровня активности, а также для перевода осадка во взвешенное состояние с целью дальнейшего извлечения, переработки и последующей дезактивации. Кроме того, устройство может быть использовано в других отраслях промышленности для перемешивания и усреднения концентрации реагентов в емкостях.

Известна конструкция устройства для размыва осадка и дезактивации, включающая электропривод, цилиндрический корпус, камеру подвода жидкости и блок, представляющий собой моечную головку (см. Авторское свидетельство СССР 1356861, кл. С 21 F 9/34, 1986).

К причинам, препятствующим получению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится то, что сложное конструктивное решение устройства влечет за собой недостаточную надежность в его работе, а подача рабочей жидкости через боковой патрубок, расположенный в верхней части конструкции, затрудняет дальнейшее использование декантата из той же емкости.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является 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, причем камера подачи рабочей жидкости 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.

Учитывая особые условия использования, устройство отличается тем, что моечная головка размещена ниже и (или) выше впускного клапана (см. Патент РФ 2138870, кл. G 21 F 9/34, 1999, который принят заявителем за прототип).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относится то, что 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. Отработанный сжатый воздух поступает на газоочистку. Вследствие того что устройство работает в пульсирующем режиме, мгновенный расход отработанного сжатого воздуха при его удалении из камеры значительно превышает его средний расход, что требует использования или установку ресивера с производительностью, рассчитанной на максимальный расход. Наличие неподвижных сопел и способность устройства совершать только возвратно-поворотное движение на угол 90^o требует установку четырех сопел как на нижней, так и на верхней моечных головках для охвата всей поверхности емкости.

Необходимость избирательного размыва осадка нижней моечной головкой под слоем раствора отсутствует, но при работе верхней моечной головкой наличие четырех сопел приводит к разделению объема вытесняемой из камеры рабочей жидкости на четыре части, следовательно, к уменьшению массы каждой струи и ее дальности действия по сравнению с одним или двумя соплами. Кроме того, при необходимости размыва отдельного ограниченного участка осадка часть струй будет использоваться неэффективно.

Целью изобретения является обеспечение возможности послойного размыва осадка в емкости без ее разгерметизации, опуская при этом устройство по мере размыва осадка.

Технический результат - расширение технологических возможностей устройства, снижение уровня радиационного воздействия при упрощении условий эксплуатации, повышение эффективности работы устройства.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для размыва осадка и дезактивации, включающем привод поворота, корпус, моечные головки с соплами, которые посредством нагнетательных труб соединены с впускным клапаном камеры подачи рабочей жидкости, размещенной внутри корпуса и сообщающейся с воздухораспределительным блоком при помощи пульсопровода и гибкого трубопровода, особенным является то, что устройство снабжено размещенными внутри подшипниковой опоры воздухораспределителем, приводным валом, штоком и трубопроводами сжатого воздуха и воды, на нижнем участке приводного вала, установленном подвижно через уплотнение в верхнюю нагнетательную трубу, смонтирована на оси верхняя моечная головка с соплом, к корпусу которой 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.

Учитывая особые условия использования, устройство отличается тем, что, во-первых, эжектор расположен под воздухораспределителем и присоединен к нему патрубком, во-вторых, в качестве привода воздухораспределителя используются электромагнит и противовес и, в-третьих, верхняя моечная головка снабжена одним соплом. Кроме того, устройство отличается тем, что в качестве привода вращения применен мотор-редуктор с регулируемым числом оборотов выходного вала, отверстия на фильтре впускного клапана выполнены расширяющимися внутрь, а снаружи фильтра установлено перфорированное кольцо, присоединенное к трубопроводу подачи воды. Предлагаемое устройство отличается также тем, что оно снабжено системой управления, включающей персональный компьютер, микроконтроллер, панель оператора и модемы связи.

Установка нижнего участка приводного вала подвижно через уплотнение в верхнюю нагнетательную трубу, монтаж на приводном вале на оси верхней моечной головки с соплом, к корпусу которой шарнирно присоединена тяга, нижний конец которой закреплен в подшипнике, установленном на верхней нагнетательной трубе, закрепление приводного вала сверху в подвижном подшипниковом узле, присоединенном к приводу с возвратно-поступательным движением штока, и его установка на шлицевом соединении внутри зубчатого колеса, находящегося в зацеплении с шестерней привода вращения, позволила одновременно изменять угол наклона верхнего сопла в вертикальной плоскости и его вращение в горизонтальной плоскости, создав возможность его направления в любую точку емкости, и тем самым повысить эффективность работы устройства. Использование в качестве привода воздухораспределителя электромагнита, во включенном состоянии соединяющего камеру с магистралью сжатого воздуха, а в отключенном с помощью противовеса - с эжектором, позволяет предотвратить попадание сжатого воздуха в емкость при незапланированных отключениях электромагнита.

Установка на верхней моечной головке одного сопла позволяет создать незатопленную струю с большей массой и дальностью действия и повысить эффективность размыва.

Применение в качестве привода вращения мотор-редуктора с регулируемым числом оборотов выходного вала позволяет изменять скорость движения сопла с незатопленной струей в зависимости от габаритов емкости при ее дезактивации в непрерывном режиме.

Выполнение отверстий с расширением внутрь на фильтре впускного клапана и установка вокруг фильтра перфорированного кольца, присоединенного к трубопроводу подачи воды, исключает засорение отверстий и позволяет производить промывку фильтра.

При исследовании отличительных признаков описываемого устройства не выявлено каких-либо известных аналогичных решений, касающихся использования данных конструкций при реализации послойного размыва и растворения осадка и доведения при этом образовавшейся пульпы до необходимой концентрации, в условиях недоступности устройства для обслуживания и ремонта.

Проведенный заявителем анализ уровня техники по имеющимся патентным и научно-техническим источникам информации позволил установить, что аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам изобретения, заявителем не обнаружен. Определение из выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого по совокупности существенных признаков аналога позволил выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков в заявленном устройстве, изложенных в формуле изобретения, что, по мнению заявителя, позволяет сделать вывод о соответствии данного изобретения условию "новизна".

Результаты дополнительного поиска известных решений, чтобы выявить признаки, совпадающие с отличительными признаками заявленного устройства, показали, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники, поскольку из определенного заявителем уровня техники не выявлено влияние преобразований, предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения, на достижение технического результата. Поэтому заявитель предполагает соответствие данного изобретения критерию "изобретательский уровень".

На чертежах представлено: на фиг.1 - общий вид устройства, установленного в емкость-хранилище; на фиг.2 - устройство в двух взаимно перпендикулярных разрезах; на фиг.3 - верхняя моечная головка устройства в разрезе и ее вид сбоку; на фиг.4 - разрезы подвижного подшипникового узла устройства и впускного клапана с фильтром.

Предлагаемое устройство содержит корпус 1 с камерой 2 и размещенным в ней впускным клапаном 3 с фильтром 4.

В камере 2 соосно расположены верхняя 5 и нижняя 6 нагнетательные трубы, между которыми установлена заслонка 7, соединенная тягой 8 с сильфонным узлом 9.

На нижней нагнетательной трубе 6 смонтирована нижняя моечная головка 1 с соплами 12, на верхней нагнетательной трубе 5 установлены обратный клапан 13, подшипник 14 и узел уплотнения 15.

Через узел уплотнения 15 в верхнюю нагнетательную трубу 5 установлен трубный участок приводного вала 16 с верхней моечной головкой 17, установленной на оси 18 в подшипниках скольжения 19. Верхняя моечная головка 17 снабжена одним или двумя соплами 20. К верхней моечной головке 17 шарнирно присоединена тяга 21, нижний конец которой закреплен на подшипнике 14, установленном на верхней нагнетательной трубе 5.

Камера 2 соединена пульсопроводом 22 с воздухораспределителем 23 золотникового типа, размещенным внутри подшипниковой опоры 24, установленной на фланце проходки 25 в емкость-хранилище 26.

Воздухораспределитель 23 присоединен своей нижней частью к всасывающему патрубку эжектора 27, а верхней частью посредством гибкого рукава 28 к магистрали сжатого воздуха.

В качестве привода воздухораспределителя используются электромагнит 29 и противовес 30.

Внутри подшипниковой опоры 24 проходят также приводной вал 16, шток 31, соединяющий электропривод 32 через сильфонный узел 9 с тягой 8 заслонки 7 и трубопроводы 33 и 34 подачи сжатого воздуха на эжектор 27 и воды на промывку фильтра 4 соответственно.

Приводной вал 16 прикреплен в вывешенном состоянии к подвижному подшипниковому узлу 35, присоединенному к приводу 36 с возвратно-поступательным движением штока, например механизму электрическому прямоходному.

На верхнем участке приводного вала 16 смонтировано на шлицевом соединении зубчатое колесо 37, находящееся в зацеплении с шестерней 38, установленной на выходном валу привода вращения 39, например мотор-редуктора с регулируемым числом оборотов.

Трубопровод 34 подачи воды на фильтр 4 заканчивается перфорированным кольцом 40, отверстия которого направлены на наружную поверхность фильтра 4. Отверстия 41 фильтра выполнены расширяющимися внутрь. На фланце подшипниковой опоры установлен привод поворота устройства 42.

Трубопроводы 33 и 34 через гибкие шланги 42 и 43 подсоединяются к магистралям сжатого воздуха и воды соответственно.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Корпус 1 устройства для размыва осадка и дезактивации помещен в емкость-хранилище 26 через проходку 25, на фланец которой опирается фланец подшипниковой опоры 24. Глубина погружения устройства в емкость 26 выбирается таким образом, чтобы фильтр 4 впускного клапана 3 был полностью погружен в декантат. Для послойного удаления осадка из емкости 26 сначала необходимо размыть осадок в центре емкости до образования впадины. Поэтому первоначально предлагаемое устройство должно работать затопленными струями нижней моечной головки 11, для этого с помощью электропривода 32 вращается шток 31, соединенный с сильфонным узлом 9, в котором вращательное движение штока 31 преобразуется в поступательное движение тяги 8, а в результате заслонка 7 поджимается к нижнему торцу верхней нагнетательной трубы 5, перекрывая доступ рабочей жидкости в нее. Воздухораспределитель 23 производит попеременную подачу в камеру 2 через пульсопровод 22 разрежения от эжектора 27 или сжатого воздуха из магистрали через гибкий рукав 28. При включении электромагнита 29 золотник-воздухораспределителя 23 соединяет камеру 2 с магистралью сжатого воздуха, а при отключении электромагнита противовес возвращает золотник в нижнее положение, при котором камера 2 соединяется с всасывающим патрубком эжектора 27. Для получения разрежения на эжектор 27 подается сжатый воздух из магистрали через гибкий шланг 42 и трубопровод 33.

При подаче разрежения камера заполняется декантатом через впускной клапан 3. Фильтр 4 служит для предотвращения попадания крупных твердых частиц в камеру 2. При последующей подаче сжатого воздуха происходит вытеснение декантата из камеры 2 в нижнюю нагнетательную трубу 10 и моечную головку 11, и сформированные соплами 12 струи размывают осадок под слоем декантата. С помощью привода поворота 42 устройство поворачивается на определенный угол и производится размыв следующего участка осадка вплоть до образования впадины в осадке. Дальнейший размыв осадка производится незатопленными струями с использованием находящегося во впадине раствора. Для этого приводом 32 заслонка 7 переводится в крайне нижнее положение и прижимается к верхнему торцу нижней нагнетательной трубы 6, перекрывая доступ рабочей жидкости в нее. При подаче разрежения в камеру 2 воздухораспределителем 23 происходит заполнение камеры 2 рабочей жидкостью (декантатом) из впадины через впускной клапан 3, при этом обратный клапан 13 препятствует поступлению воздуха в камеру 2 через верхние сопло 20, трубный участок приводного вала 16 и нагнетательную трубу 5. При подаче сжатого воздуха в камеру происходит вытеснение рабочей жидкости в верхнюю нагнетательную трубу 5 и далее жидкость вытекает под давлением из сопла 20.

Угол наклона сопла в вертикальной плоскости устанавливается при помощи привода 36, в качестве которого используется механизм электрический прямоходный. В зависимости от степени подъема-опускания штока привода 36 и соединенных с ним подвижного подшипникового узла 35 и приводного вала 16 верхняя моечная головка 17 поворачивается на оси 18 тягой 21, нижний конец которой закреплен на подшипнике 14 на верхней нагнетательной трубе. При этом трубный конец приводного вала 16 перемещается по узлу уплотнения 15, расположенному в верхней нагнетательной трубе. Поворот сопла 20 в горизонтальной плоскости осуществляется при помощи привода вращения 39, в качестве которого используется, например, мотор-редуктор с регулируемым числом оборотов. Привод вращения 39 через зубчатые шестерню 38 и колесо 37 и далее через шлицевое соединение поворачивает приводной вал 16 вместе с присоединенной к нему верхней моечной головкой 17. Тяга 21, прикрепленная нижним своим концом к подшипнику 14, вращается вместе с верхней моечной головкой 17.

При взаимной работе приводов 36 и 39 в результате сложения движений приводного вала 16 верхнее сопло 20 может быть направлено в любую точку емкости.

Дистанционное управление работой устройства осуществляется с помощью системы управления, содержащей персональный компьютер, микроконтроллер, панель оператора и модемов связи.

С помощью системы управления могут быть установлены различные режимы работы устройства: непрерывный, дискретный.

Непрерывный режим работы устройства затопленными струями используется для поддержания осадка во взвешенном состоянии.

Дискретный режим работы устройства осуществляется при размыве осадка для создания впадины в осадке. При этом режиме обеспечивается поворот устройства на заданный угол и его останов в этом положении в течение необходимого времени.

Непрерывный режим работы устройства незатопленной струей (струями) применяется преимущественно при дезактивации стенок емкости. В этом случае в зависимости от габаритов емкости и степени загрязнения ее стенок выбирается оптимальная скорость привода вращения 39.

Дискретный режим работы устройства незатопленной струей применяется при размыве осадка. При этом размыв осадка может осуществляться как по окружности впадины, так и по сектору емкости. Профилактические промывки фильтра 4 проводятся подачей воды из магистрали через гибкий шланг 43, трубопровод 34 и перфорированное кольцо 40.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного устройства следующей совокупности условий:
- заявленное устройство при его осуществлении предназначено для использования в промышленности, а именно в атомной энергетике, в части технологии переработки радиоактивных отходов;
- для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте изложенной формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке средств и методов;
- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию "промышленная применимость".

Изобретение относится к атомной промышленности в части переработки радиоактивных отходов, а именно к устройствам для размыва струями жидкости осадка, скопившегося на дне емкостей-хранилищ жидких радиоактивных отходов высокого уровня активности, а также для перевода осадка во взвешенное состояние с целью дальнейшего извлечения, переработки и последующей дезактивации. Кроме того, устройство может быть использовано в других отраслях промышленности для перемешивания и усреднения концентрации реагентов в емкостях. Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности послойного размыва осадка в емкости без ее разгерметизации, опуская при этом последовательно устройство вниз по мере размыва осадка. Устройство для размыва осадка и дезактивации включает привод поворота, корпус, моечные головки с соплами, которые посредством нагнетательных труб соединены с впускным клапаном камеры подачи рабочей жидкости, размещенной внутри корпуса и сообщающейся с воздухораспределительным блоком при помощи пульсопровода и гибкого трубопровода. Устройство снабжено размещенными внутри подшипниковой опоры воздухораспределителем, приводным валом, штоком и трубопроводами сжатого воздуха и воды, на нижнем участке приводного вала, установленном подвижно через уплотнение в верхнюю нагнетательную трубу, смонтирована на оси верхняя моечная головка с соплом, к корпусу которой 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. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для размыва осадка и дезактивации, содержащее 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, отличающееся тем, что устройство снабжено размещенными внутри подшипниковой опоры воздухораспределителем, приводным валом, штоком и трубопроводами сжатого воздуха и воды, на нижнем участке приводного вала, установленном подвижно через уплотнение в верхнюю нагнетательную трубу, смонтирована на оси верхняя моечная головка с соплом, к корпусу которой 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.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что под воздухораспределителем расположен эжектор, соединенный с ним патрубком.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве привода воздухораспределителя используются электромагнит и противовес.4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве привода вращения применен мотор-редуктор с регулируемым числом оборотов вала.5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что впускной клапан снабжен фильтром, отверстия которого выполнены расширяющимися внутрь, а снаружи фильтра установлено перфорированное кольцо, присоединенное к трубопроводу подачи воды.