БОКС ВЫГРУЗКИ СМЕШАННОГО ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА ИЗ КОНТЕЙНЕРА Российский патент 2019 года по МПК G21C21/00 

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, G21C 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 и получение. гомогенизированной смеси диоксидов урана и плутония (далее по тексту - порошка).

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.

Для проведения операции смешения двуокисей урана и плутония на ФГУП «Горно-химический комбинат» при изготовлении таблеток с МОКС-топливом используется установка вихревого размола, выполненная по чертежу А.48.156.000 разработки ОАО «СвердНИИхиммаш, г. Екатеринбург. Известная установка содержит боксы загрузки компонентов в контейнер, боксы взвешивания, автоматический вихревой смеситель, бокс охлаждения и бокс выгрузки порошка из контейнера, объединенные в технологическую цепочку с автоматическим управлением.

Контейнер представляет собой цилиндрический стакан, выполненный из титана, с загруженными в него иглами, выполненными из ферромагнитной стали, в верхней части к которому присоединены квадратная платформа, сетчатый сепаратор и шаровой кран. На боковых гранях платформы выполнены пазы.

Известный бокс выгрузки содержит корпус и установленные в нем опрокидыватель контейнера, проходку для высыпания порошка, механизм открытия - закрытия шарового крана контейнера и колотушку. Опрокидыватель, механизм открытия - закрытия шарового крана контейнера и колотушка снабжены приводами, размещенными вне бокса выгрузки.

Опрокидыватель содержит две вилки, установленные на одной оси, концы которых выполнены с возможностью вхождения в пазы платформы контейнера и его зацепления.

Известный бокс выгрузки работает следующим образом.

Контейнер после автоматического вихревого смесителя и бокса охлаждения поступает в бокс выгрузки. При включении привод опрокидывателя перемещает вилки, при этом концы вилок входят в пазы платформы контейнера и зацепляют его. Далее вилки опрокидывателя совершают вращательное движение, поднимая и переворачивая контейнер. В результате контейнер устанавливается торцом закрытого шарового крана на проходку бокса. С помощью привода открывают шаровой кран, и порошок высыпается сквозь сетчатый сепаратор через проходку на дальнейшую обработку, а иглы задерживаются сетчатым сепаратором и остаются в стакане контейнера. Для более полного высыпания порошка включают привод колотушки, которая стучит по стакану контейнера. После высыпания порошка закрывают шаровой кран контейнера и приводом опрокидывателя переворачивают контейнер в обратную сторону, устанавливают его на место и выводят концы вилок из пазов платформы контейнера, расцепляясь с ним.

К недостатку известного бокса выгрузки относится то, что при высыпании порошка из контейнера иглы, падая вместе с порошком, задерживаются на сетчатом сепараторе и уменьшают его проходное сечение. Включение колотушки и ее удары по стакану контейнера не могут сдвинуть иглы с сетки сепаратора. В этом случае полная выгрузка порошка из контейнера может быть достигнута только проведением нескольких дополнительных переворачиваний контейнера опрокидывателем, но это приводит к задержке в работе остальных узлов технологической цепочки и снижению ее производительности. Кроме того, также снижается срок службы шарового крана вследствие его дополнительных открытий и закрытий, так как выгружаемый порошок обладает абразивными свойствами.

Известен установленный в боксе выгрузки опрокидыватель контейнера со смешанным ядерным топливом (см. патент на полезную модель №175506 МПК⁷ G21C 21/00), содержащий корпус, левую и правую вилки, и зацепленный вилками контейнер, загруженный порошком и иглами, выполненными из ферромагнитной стали, прикрепленные к вилкам кронштейны, между которыми на оси установлена обойма с постоянным магнитом, приближающимся и касающимся стакана контейнера при его зацеплении вилками опрокидывателя.

Постоянный магнит (далее по тексту - магнит) касается контейнера в его средней части. Обойма соединена тягой со штоком пневмоцилиндра, прикрепленного к пластине, установленной между кронштейнами.

Известный опрокидыватель работает следующим образом.

Контейнер после автоматического вихревого смесителя и бокса охлаждения поступает в бокс выгрузки. С помощью привода опрокидывателя контейнер зацепляется вилками, а обойма с магнитом приближается к контейнеру. В результате в стакане контейнера создается магнитное поле, под действием которого иглы, выполненные из ферромагнитной стали, становятся намагниченными. В результате непосредственно между иглами и между иглами и магнитом возникают силы притяжения, пропорциональные напряженности поля магнита. Далее вилки опрокидывателя совершают вращательное движение, поднимая и переворачивая контейнер.

При переходе контейнера из горизонтального положения вновь в вертикальное, но уже вверх дном, воздействие поля магнита должно задерживать падение большинства игл, позволяя порошку первым насыпаться на сетчатый сепаратор, а так как иглы притягиваются друг к другу и к магниту, в контейнере образуются гроздья сцепленных между собой игл, удерживаемые магнитом. Так как магнит располагается посредине перевернутого стакана, то гроздья игл располагаются выше сетчатого сепаратора, и большинство игл не попадают на него.

Перевернутый контейнер устанавливается торцом шарового крана на проходку бокса выгрузки. С помощью привода открывают шаровой кран, и порошок высыпается сквозь сетчатый сепаратор через проходку. Меньшая часть игл, не удерживаемая магнитом и попавшая на сепаратор, не должна препятствовать выгрузке порошка.

Бокс выгрузки с известным опрокидывателем принят заявителем в качестве прототипа.

Эксплуатация бокса выгрузки с известным опрокидывателем показала, что эффективность выгрузки порошка повысилась, но недостаточно, так как осуществить полную выгрузку порошка за одно опрокидывание контейнера не удалось. При опрокидывании контейнера притянутые друг к другу и магниту значительная часть игл не попадает на сетчатый сепаратор, но они образуют в контейнере комок, удерживаемый магнитом и препятствующий разгрузке расположенной выше части порошка. Включение колотушки, осуществляющей удары по титановому стакану контейнера, не дает ощутимого результата вследствие того, что титановый стакан гасит колебания, а комок игл остается неподвижным.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в разделении порошка и игл движущимся магнитным полем и сокращения продолжительности полной выгрузки порошка из опрокинутого контейнера.

Для достижения указанного технического результата в боксе выгрузки, содержащем корпус, опрокидыватель и зацепленный его вилками контейнер, стакан которого снабжен сетчатым сепаратором и загружен порошком и иглами, выполненными из ферромагнитной стали, и магнит,

один или несколько магнитов установлены в корпусе бокса выгрузки с возможностью возвратно-поступательного движения параллельно стакану опрокинутого контейнера.

В нижнем положении магниты располагаются над сетчатым сепаратором опрокинутого контейнера, а в верхнем положении - над дном стакана, при котором обеспечивается отцепление игл от магнитов.

Магниты установлены с возможностью их перемещения по нормали к стакану вплоть до касания магнитами стакана.

В частном случае исполнения магниты установлены на кронштейне, прикрепленном к каретке привода линейного перемещения.

В другом частном случае исполнения кронштейн снабжен подшипниками, взаимодействующими со стаканом при перемещении каретки.

В другом частном случае исполнения корпус магнита снабжен втулкой, выполненной из антифрикционного материала.

Установка в корпусе бокса выгрузки одного или нескольких магнитов с возможностью их возвратно-поступательного движения параллельно стакану опрокинутого контейнера позволяет создать внутри опрокинутого стакана перемещение намагниченных игл движущимся магнитным полем и, тем самым, отделять иглы от порошка.

Кроме того, возвратно-поступательное движение магнитов параллельно стакану опрокинутого контейнера позволяет осуществлять, при необходимости, несколько перемещений магнитов вдоль один раз перевернутого стакана и, тем самым, сократить продолжительность полной выгрузки порошка из опрокинутого контейнера.

Расположение в нижнем положении магнитов над сепаратором опрокинутого контейнера позволяет:

во-первых, разместить порошок с иглами в магнитном поле, намагнитить иглы и извлекать их из порошка при движении магнитов из нижнего положения вверх;

во-вторых, при последующих перемещениях магнитов опускать сверху намагниченные иглы на порошок, зависший на сетчатом сепараторе, сталкивая его в ячейки сетки сепаратора, и притягивать не извлеченные ранее иглы из порошка.

Расположение в верхнем положении магнитов над дном стакана, при котором обеспечивается отцепление игл от магнитов, позволяет:

во-первых, при падении игл на сетчатый сепаратор обеспечить их воздействие на порошок и сетку, вызывая вибрации сетки и стряхивание с нее порошка и, тем самым, повысить полноту выгрузки порошка из контейнера;

во-вторых, исключить силовое взаимодействие между иглами в стакане и магнитами при переводе порожнего контейнера в исходное положение опрокидывателем, так как усилие сцепления магнита с иглами в порожнем контейнере достигает максимального значения. Горизонтальное перемещение вилок опрокидывателя с силовым взаимодействием между иглами в стакане и магнитами может привести к отклонению контейнера магнитом и заклиниванию вилок в пазах платформы.

Установка магнитов с возможностью их перемещения по нормали к стакану вплоть до касания стакана позволяет получить регулируемый зазор между магнитами и стаканом и осуществить тем самым регулирование напряженности магнитного поля в стакане, позволяющее установить оптимальное значение силы сцепления игл с магнитами, обеспечивающее полноту отделения игл от порошка.

Установка магнитов на кронштейне, прикрепленном к каретке привода линейного перемещения, позволяет осуществить возвратно- поступательное перемещение магнитов с остановами в верхнем и нижнем положениях.

Снабжение кронштейна подшипниками, взаимодействующими со стаканом при перемещении каретки, позволяет ограничить перемещение стакана контейнера при взаимодействии игл с магнитами и предотвратить возможные деформации вилок опрокидывателя, передавая усилие взаимодействия на корпус линейного привода.

Снабжение корпуса магнита втулкой, выполненной из антифрикционного материала позволяет использовать ее в качестве подшипника скольжения между корпусом магнита и стаканом при перемещениях каретки вдоль перевернутого стакана.

Предлагаемый бокс выгрузки иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1 - фиг. 3.

На фиг. 1 изображен бокс выгрузки с перевернутым контейнером при высыпании порошка и магнитом, находящимся в исходном верхнем положении;

На фиг. 2 - бокс выгрузки с магнитом, находящимся в нижнем положении;

На фиг. 3 - бокс выгрузки с магнитом, находящимся в среднем положении;

На фиг. 4 - бокс выгрузки с магнитом, переведенным в верхнее положение, обеспечивающее отцепление игл от магнита.

На фиг. 5 изображен бокс выгрузки с перевернутым опорожненным контейнером и магнитом, находящимся в исходном верхнем положении.

Бокс выгрузки (см. фиг. 1 и фиг. 2) состоит из корпуса 1, опрокидывателя 2, предназначенного для перевертывания контейнера 3, в стакан 4 которого загружены порошок 5 и иглы 6. К стакану 4 прикреплены последовательно сетчатый сепаратор 7 и кран 8. Бокс выгрузки снабжен проходкой 9 для высыпания порошка 5. Опрокидыватель 2 и кран 8 снабжены приводами, размещенными снаружи корпуса 1 (на чертежах не показаны). В корпусе 1 установлен параллельно стакану 4 опрокинутого контейнера 3 линейный привод 10, к каретке 11 которого прикреплен кронштейн 12. В кронштейне 12 выполнено резьбовое отверстие 13, в котором установлен корпус 14 магнита 15 с возможностью перемещения по нормали к стакану 4 для регулирования напряженности магнитного поля за счет величины зазора 16 между магнитом 15 и стаканом 4 и фиксации зазора 16 контргайкой 17. Корпус 14 снабжен втулкой 18, взаимодействующей со стаканом 4 и выполненной из антифрикционного материала. При нижнем положении каретки 11 магнит 15 располагается над сетчатым сепаратором 7, а при ее верхнем положении - над дном стакана 4.

Заявляемый бокс выгрузки работает следующим образом.

Контейнер 3 после автоматического вихревого смесителя и бокса охлаждения (на чертежах не показаны) поступает (см. фиг. 1) в заявляемый бокс выгрузки, в котором зацепляется опрокидывателем 2 и переворачивается, устанавливаясь закрытым краном 8 на проходку 9. При переворачивании контейнера 3 порошок 5 с иглами 6 высыпается на сепаратор 7 и через его сетку на закрытый кран 8. Своим приводом открывается кран 8 и часть порошка 5 высыпается в проходку 9, а иглы 6 вместе с частью порошка 5 остаются на сетчатом сепараторе 7. Каретка 11 линейного привода 10 находится в исходном верхнем положении и магнит 15 не оказывает влияния на иглы 6 в стакане 4. Далее линейным приводом 10 каретка 11 переводится (см. фиг. 2) в крайнее нижнее положение, создавая в стакане 4 над сепаратором 7 магнитное поле, под действием которого иглы 6, выполненные из ферромагнитной стали, намагничиваются. В результате непосредственно между иглами 6 и между иглами 6 и магнитом 15 возникают силы притяжения, пропорциональные напряженности поля магнита 15, под действием которых часть близлежащих игл 6 извлекается из порошка 5, перемещается к магниту 15 и сцепляется с ним. Иглы 6, находящиеся в порошке 5 далее, также перемещаются в порошке до создания магнитной цепи игл 6, сцепленной с магнитом 15. При поднятии каретки 11 (см. фиг. 3) цепочка игл 6 извлекается из порошка 5 вслед за магнитом 15. При необходимости, каретка 11 перемещают вновь в нижнее крайнее положение, опуская цепочку игл 6 на оставшиеся на сепараторе 7 иглы 6 и порошок 5. При этом цепочка игл 6, упираясь в сепаратор, формируется в комок, сцепленный с магнитом 15 и воздействующий на оставшиеся на сепараторе 7 иглы 6 и порошок 5. В результате этого воздействия, оставшиеся в порошке 5 иглы 6 сцепляются с комком намагниченных игл 6, а порошок ссыпается через сепаратор 7 в проходку 9, что позволяет полностью разгрузить порошок 5 из контейнера 3.

Кроме того, перед достижением исходного верхнего положения каретки 11 перемещение игл 6 вслед за магнитом 15 ограничивается дном стакана 4 и при снижении напряженности магнитного поля иглы 6 начинают отрываться от магнита 15 (см. фиг. 4) и падать на сепаратор 7. Падение игл 6 также воздействует на остатки порошка 5 на сепараторе 7, способствуя его перетеканию через сепаратор 7 в проходку 9. Далее закрывают кран 8 контейнера 3, и порожний контейнер 3 (см. фиг. 5) готов к возвращению опрокидывателем 2 в исходное положение для его выдачи из бокса выгрузки.

Изобретение относится к ядерной технике, в частности, к средствам для получения гомогенного ядерного топлива из смеси диоксидов урана и плутония. Бокс выгрузки содержит установленные в корпусе опрокидыватель и зацепленный его вилками контейнер, стакан которого снабжен сетчатым сепаратором и загружен порошком и иглами, выполненными из ферромагнитной стали. В корпусе бокса выгрузки установлен линейный привод, к каретке которого прикреплены один или несколько постоянных магнитов с возможностью их возвратно-поступательного движения параллельно стакану опрокинутого контейнера. В нижнем положении магниты располагаются над сетчатым сепаратором опрокинутого контейнера, а в верхнем - над дном стакана, в положении, при котором обеспечивается отцепление ферромагнитных игл от магнитов. Магниты установлены с возможностью их перемещения по нормали к стакану вплоть до касания. Технический результат – обеспечение разделения порошка и игл движущимся магнитным полем и сокращения продолжительности полной выгрузки порошка из опрокинутого контейнера. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Бокс выгрузки, содержащий корпус, опрокидыватель и зацепленный его вилками контейнер, стакан которого снабжен сетчатым сепаратором и загружен порошком и иглами, выполненными из ферромагнитной стали, и постоянный магнит, отличающийся тем, что один или несколько постоянных магнитов установлены в корпусе бокса выгрузки с возможностью возвратно-поступательного движения параллельно стакану опрокинутого контейнера, причем в нижнем положении магниты располагаются над сетчатым сепаратором опрокинутого контейнера, в верхнем - над дном стакана, в положении, при котором обеспечивается отцепление ферромагнитных игл от магнитов, а магниты установлены с возможностью их перемещения по нормали к стакану вплоть до касания.

2. Бокс выгрузки по п. 1, отличающийся тем, что постоянные магниты установлены на кронштейне, прикрепленном к каретке привода линейного перемещения.

3. Бокс выгрузки по п. 2, отличающийся тем, что кронштейн снабжен подшипниками, взаимодействующими со стаканом при перемещении каретки.

4. Бокс выгрузки по п. 3, отличающийся тем, что корпус магнита снабжен втулкой, выполненной из антифрикционного материала.