МАШИНА ДЛЯ РЕЗКИ ТРУБОПРОВОДА Российский патент 2013 года по МПК G21F9/00 

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к оборудованию и методам обращения с радиоактивными отходами, и может быть использовано при реализации технологического процесса, описанного в документе «Технология вырезки и выгрузки кессона с дефектными ОТВС из бака правого борта хранилища ПТБ «Лепсе» ГКЛИ 3330-035-2011», разработанного ОАО «ЦТСС», а также в поданной заявке на изобретение №2012124358/07(037296) от 13.06.2012 г. Изобретение может также использоваться при резке трубопроводов в труднодоступных зонах нефтехимической, газовой промышленности и общем машиностроении.

В настоящее время во временных хранилищах отработавшего ядерного топлива (ОЯТ), размещенных, например, на плавучих технических базах и судах атомного технологического обслуживания (АТО), находится большое количество дефектных облученных тепловыделяющих сборок (ОТВС), загруженных ранее на временное хранение не в штатные пеналы, а в кессоны по причине высокой степени разрушенности этих ОТВС и представляющие вваренные в днище баков хранилищ, тонкостенные цилиндрические трубы (корпусы) диаметром от 500 мм и выше. К таким хранилищам относится, например, плавтехбаза «Лепсе», имеющая в баках хранилища 8 кессонов с дефектными ОТВС.

Из-за неприспособленности кессонов для хранения ОТВС при загрузке, невозможно обеспечить ядерно-безопасный шаг «решетки» расположения ОТВС в полости кессонов, поэтому загрузка часто происходила с применением силового воздействия на ОТВС, что приводило к повреждению топливной части и подвески ОТВС, поэтому использование штатных способов обращения с ОЯТ невозможно. Вытягивание ОТВС с подобными дефектами из кессона может привести к их дальнейшему разрушению и неконтролируемому выделению в окружающую среду радиоактивных веществ, что отрицательно повлияет на радиационную безопасность для обслуживающего персонала и окружающей среды. С учетом изложенного, кессон вместе с загруженными в него дефектными ОТВС, необходимо извлечь из бака хранилища с применением специальной машины для резки (подрезки) нижней части кессона (трубопровода) в условиях высокой заглубленности и затесненности для прохода и установки режущего устройства.

Известно труборезное устройство по патенту РФ №2041032 С1, предназначенное для разрезки труб и обработки кромок толстостенных труб под сварку при выполнении ремонтных работ на энергетических, тепловых, нефтеперерабатывающих и других объектах в полевых условиях, а также на машиностроительных предприятиях. Труборезное устройство включает подвижной корпус, выполненный с возможностью размещения в обхват обрабатываемой трубы, с кольцевой полкой, на одной поверхности которой установлены опоры качения, несущие подвижной корпус, на котором закреплены инструментальные суппорты с ходовыми винтами и режущим инструментом, а на передней поверхности, которого выполнена реборда, в которой размещена, с возможностью свободного скольжения двухразрядная цепь, один ряд звеньев которой взаимодействует со звездочками, кинематически связанными с ходовыми винтами инструментальных суппортов, а второй - со звездочками, закрепленными, соответственно, на выходном и входном валах редукторов привода подач и конуса отсчета перемещений, корпус которых, а также корпус редуктора привода главного движения закреплены на другом торце кольцевой полки неподвижного корпуса, причем на подвижном корпусе выполнен венец внутреннего зацепления, взаимодействующий с шестерней, установленной на выходном валу редуктора привода главного движения, связанного с двигателем, подвижный и неподвижный корпуса выполнены разъемными, а инструментальные суппорты и редукторы привода подач и конуса отсчета перемещений снабжены механизмами замыкания-размыкания кинематической цепи.

Масса отдельных составных частей устройства позволяет выполнить монтаж и демонтаж всего устройства вручную. Габаритные размеры и конструкция устройства не позволяют использовать его в условиях затесненности и сложного доступа в зону резки.

Недостатком известного устройства являются ограниченные его технологические возможности. Устройство не может быть смонтировано и установлено в рабочее положение с проходом через ранее вырезанное, узкое, кольцеобразное отверстие размером от 500 мм и с пределами его ширины Т=60-80 мм, каким является отверстие в трубной доске вокруг кессона, в условиях сложной затесненности и резки на глубине не менее 3-х метров. Размер ширины кольцеобразного отверстия составляет Т=60-80 мм, т.к. на всех плавучих технических базах и судах АТО расстояние между стенкой баков хранилища и стенкой кессона соответствует указанному размеру.

Известна также машина для резки трубопровода по патенту РФ №2041030 С1, наиболее близкая по технической сущности к заявляемой и принятая как прототип. Машина предназначена для резки труб при ремонте и может быть использована для вырезки «катушки» трубопроводов на объекте. Машина включает неподвижный разъемный корпус, приводной охватывающий обрабатываемую трубу, ротор, с закрепленными на нем подпружиненными резцедержателями, снабженными регулируемыми в радиальном направлении упорами для установки требуемой глубины канавки, резцедержатели ротора выполнены в виде резцовой головки и снабжены средством обеспечения оптимальной и постоянной глубины резания канавки, выполненным в виде пружинной пластины радиальной подачи, посредством которой, резцедержатель закреплен на роторе, и ролика, расположенного перед резцом в одной с ним плоскости и имеющего его профиль, при этом, регулируемые упоры резцедержателей выполнены в виде другого ролика, расположенного в плоскости, смещенной относительно резца и первого ролика.

Недостатком машины по прототипу является то, что ее технологические возможности также ограничены. Машина не может быть смонтирована и установлена в рабочей зоне с проходом через узкое кольцеобразное отверстие утилизируемого радиационно-опасного объекта на глубине места резки кессона (трубы) не менее 3 метров.

Задачей предполагаемого изобретения является разработка надежной и недорогой машины для отрезки или подрезки трубопроводов, в частности кессонов, в недоступных зонах радиационно-опасных объектов на глубине не менее 3 метров от наружной поверхности, обеспечивающей ядерную и радиационную безопасность.

Основным техническим результатом, благодаря которому обеспечивается выполнение поставленной задачи, является возможность отрезки или подрезки трубопроводов, преимущественно кессонов, с повышенной точностью и с обеспечением ядерной, радиационной и общепромышленной безопасности обслуживающего персонала.

Получение указанного технического результата обеспечивается за счет того, что машина для резки трубопроводов, преимущественно кессонов из бака хранилищ, содержит корпус и охватывающий отрезаемую трубу ротор, с закрепленным на нем металлорежущим устройством. Кроме того, корпус машины выполнен в виде кругового шарового подпятника, неподвижная часть которого закреплена на поворотной плите бака хранилища вместе с приводом поворота подвижной части, соосно и упруго скрепленной с фланцем ротора, имеющего вид цилиндрической тонкостенной полой колонны, охватывающей кессон, с закрепленной на ней поворотной штангой, на конце которой закреплена малогабаритная приводная отрезная машинка с абразивным кругом.

Другие отличия состоят в том, что: металлорежущее устройство представляющее малогабаритную приводную отрезную машинку, оснащено:

- ограничительной шайбой на абразивном круге;

- поворотная штанга снабжена устройством фиксации положения;

- на внутренней поверхности ротора, вблизи зоны резания, установлено не менее 3-х шариковых подпружиненных фиксаторов, с упором на наружную поверхность конструкции подрезаемого кессона.

Выполнение корпуса машины в виде кругового шарового подпятника с закреплением его неподвижной части на поворотной плите бака соосно оси кессона, а подвижной части - соосно упруго скрепляемой с фланцем ротора, т.е. с полой тонкостенной колонной, - обеспечивает заданную центровку и точную плавную обкатку (проворот) колонны вокруг кессона от механизма поворота, а введение охвата кессона колонной с закрепленной поворотной штангой, снабженной на ее конце малогабаритной приводной отрезной машинкой с абразивным кругом,- дает возможность завести (опустить) колонну в узкое шириной Т=60-80 мм кольцевое отверстие, и провести в начале врезку абразивного круга в стенку кессона в ее глубину с необходимым усилием резания и последующую круговую обкатку (проворот) отрезной машинки с абразивным кругом вокруг кессона, тем самым выполнить полную круговую отрезку или подрезку кессона.

Оснащение абразивного круга машинки ограничительной шайбой с заданным наружным диаметром обеспечивает при резке выход абразивного круга на определенную заданную глубину резания стенки кессона, тем самым, предотвращая выход режущей кромки абразивного круга вовнутрь кессона и следовательно, невозможность разрезки дефектных ОТВС, расположенных в кессоне.

Оснащение поворотной штанги устройством фиксации положения при резке абразивным кругом дает возможность выполнить первоначальную врезку в кессон усилием ручки на определенную глубину, и, зафиксировав штангу и включив круговую обкатку (проворот) колонны, произвести полную вырезку кессона.

Выполнение на поверхности ротора вблизи зоны резания не менее трех шариковых подпружиненных фиксаторов с упором на наружную поверхность кессона снижает биение ротора, тем самым, повышая точность резки.

Сущность изобретения поясняется следующими графическими фигурами:

Фиг.1 - Общий вид машины для резки кессона (трубопровода).

Фиг.2 - Вид А, вид сверху на машину для резки кессона (трубопровода).

Фиг.3 - Сечение Б-Б, разрез зубчатого зацепления поворота подвижной части подпятника машины для резки кессона (трубопровода).

Фиг.4 - Вид В, вид на шариковый подпружиненный фиксатор.

Фиг.5 - Сечение Г-Г, установки на колонне поворотной штанги с отрезной машинкой.

Фиг.6 - Схема положений установки машины для резки кессона на поворотной плите.

Фиг.7 - Кинематическая схема машины для резки кессона (трубопровода).

Машина (фиг.1, 2, 3 и 7) представляет корпус, выполненный в виде кругового шарового подпятника 1, соосного оси кессона 2, и закрепленного на поворотной плите 3 бака хранилища своей неподвижной частью 4 вместе с механизмом привода поворота 5 подвижной части 6 подпятника, которая сцентрировано скреплена с зубчатым венцом 7 механизма поворота привода 5 (т.е. механизма кругового поворота). В свою очередь на зубчатом венце 7 равномерно расположенными крепежными узлами 8 с проходом через отверстие D1 в зубчатом венце на фланце 9 концентрично закреплен ротор машины, представляющий цилиндрическую тонкостенную полую колонну 10. На колонне с максимальным приближением к ее поверхности и параллельно оси колонны в подшипниковых опорах 11 установлена поворотная штанга 12 с закрепленной на ее нижнем торце хомутно-бандажным соединением малогабаритной приводной электрической (прямой или угловой) отрезной машинкой 13 (серийного производства) с закрепленным абразивным кругом 14 вместе с ограничительной шайбой 15; а сверху поворотная штанга снабжена ручной рукояткой для ввода, вращающегося абразивного круга машинки в отрезаемую стенку кессона, а также зажимным устройством 16 фиксации положения штанги с указательным лимбом, то есть врезания абразивного круга в кессон. Зубчатый венец 7, входящий в зацепление с шестерней 17 механизма поворота привода подвижной части 6 подпятника, - обеспечивает круговую подачу отрезной машинки, а следовательно абразивного круга 14 вокруг отрезаемого или подрезаемого кессона (Фиг.4 и 5).

Охватывая кессон, колонна 10 трубчатой конструкции - являющейся наиболее оптимальной в технологическом и прочностном отношениях, и обкатываясь установленными в нижней части колонны и вблизи зоны реза тремя шариковыми фиксаторами 18 по наружному диаметру кессона, создают необходимую жесткость колонне с уменьшением ее биения в процессе резки кессона, а вместе с этим в верхней части колонны подпружиненными крепежными узлами 8, соединяющими колонну с подвижной частью 6 подпятника, достигается точность, плавность прохода и точность посадки длинномерной колонны через узкое с размерами Т=60-80 мм кольцеобразное отверстие D3 в трубной доске вокруг кессона, а следовательно и устойчивый точный поворот колонны с отрезной машинкой в процессе резки кессона на большой глубине расположения не менее 3 м.

Последовательность положений установки машины и ее работа заключается в следующем:

В начале ведется монтаж, закрепление болтами 19 и с центровкой относительно оси кессона шарового подпятника 1 в сборе с механизмом привода поворота 5 и с зубчатым зацеплением венца 7 и шестерни 17 (Положение I, фиг.6). Затем опускают колонну 10 в сборе с отрезной машинкой 13 в зону отрезки или подрезки кессона путем последовательного прохода через технологическое отверстие D2 поворотной плиты бака хранилища далее кольцевое с шириной Т=60-80 мм отверстие D3 трубной доски до упора фланца 9 колонны с посадочным отверстием D1 в зубчатом венце 7 и с последующим креплением с помощью подпружиненных крепежных узлов 8 к венцу подпятника 1 (Положение II-IV Фиг.6). Опускание колонны 10 при этом осуществляется с помощью подъемного крана с микроприводом, а контроль операции производится с помощью телевизионной установки.

При необходимости, если габариты в плане машинки 13 будут больше ширины прорези Т, то в трубной доске для ее прохода выполняется соответствующий местный проем-прорезь. После чего машина готова к выполнению подрезки или отрезки стенки кессона.

Далее пуском электрической машинки 13 и с помощью разворота ручной рукояткой поворотной штанги 12, вращающийся абразивный круг 14 в машинке 13 вводится в стенку подрезаемого и отрезаемого кессона до упора его ограничительной шайбы 15 в стенку, затем это положение поворотной штанги 12 фиксируется зажимным устройством 16, и потом включается механизм привода поворота 5 (круговой подачи) отрезной машинки 13 до полной отрезки или подрезки стенки кессона заданной глубины.

При необходимости замена, абразивного круга 14 осуществляется путем демонтажа и подъема колонны на необходимую высоту над поворотной плитой хранилища, при этом подъем колонны осуществляется подъемным краном с микроходом, а контроль - с помощью телевизионной установки.

В завершении, отведя машинку в исходное положение из зоны резания обратным разворотом штанги 12, машина готова к демонтажу.

Предлагаемое изобретение обеспечивает создание надежной и сравнительно недорогой машины для резки и подрезки трубопроводов, в частности кессонов в недоступных зонах радиационно-опасных объектов на глубине не менее 3 метров от наружной поверхности объекта с обеспечением ядерной и радиационной безопасности.

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к оборудованию и методам обращения с радиоактивными отходами. Изобретение может использоваться при резке трубопроводов в труднодоступных зонах нефтехимической, газовой промышленности и общем машиностроении. Машина для резки трубопроводов, преимущественно кессонов из бака хранилищ, содержит корпус и охватывающий отрезаемую трубу ротор с закрепленным на нем металлорежущим устройством. Корпус машины выполнен в виде кругового шарового подпятника, неподвижная часть которого закреплена на поворотной плите бака хранилища вместе с приводом поворота подвижной части, соосно и упруго скрепленной с фланцем ротора. Ротор выполнен в виде цилиндрической тонкостенной полой колонны, охватывающей кессон, с закрепленной на ней поворотной штангой, на конце которой закреплена малогабаритная приводная отрезная машинка с абразивным кругом. Технический результат - создание надежной и сравнительно недорогой машины для резки и подрезки трубопроводов, в частности кессонов, в недоступных зонах радиационно-опасных объектов на глубине не менее 3 метров от наружной поверхности объекта с обеспечением ядерной и радиационной безопасности. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Машина для резки трубопровода, преимущественно кессонов из бака хранилищ, содержащая корпус и охватывающий отрезаемую трубу ротор, с закрепленным на нем металлорежущим устройством, отличающаяся тем, что корпус машины выполнен в виде кругового шарового подпятника, неподвижная часть которого закреплена на поворотной плите бака хранилища вместе с механизмом поворота подвижной части, соосно и упруго скрепленной с фланцем ротора, имеющего вид цилиндрической тонкостенной полой колонны, охватывающей кессон с закрепленной на ней поворотной штангой, на конце которой закреплена малогабаритная приводная отрезная машинка с абразивным кругом.

2. Машина по п.1, отличающаяся тем, что металлорежущее устройство оснащено ограничительной шайбой с абразивным кругом.

3. Машина по п.1, отличающаяся тем, что поворотная штанга снабжена устройством фиксации положения.

4. Машина по п.1, отличающаяся тем, что на поверхности ротора вблизи зоны резания установлено не менее 3-х шариковых подпружиненных фиксаторов с упором на наружную поверхность конструкции подрезаемого кессона.