КОНТЕЙНЕР УСТАНОВКИ РАЗМОЛА СМЕШАННОГО ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА 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, G21С 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.

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. Этот способ применяется для проведения операции смешения двуокисей урана и плутония на ФГУП «Горно-химический комбинат» при изготовлении смешанного ядерного топлива (далее по тексту - топливо) в установке вихревого размола, выполненной по чертежу А.48.156.000 разработки ОАО «СвердНИИхиммаш, г. Екатеринбург. В установке применяется контейнер, в который засыпаются компоненты топлива в боксах загрузки, автоматический вихревой смеситель АВС-150 в котором осуществляется вихревой размол и перемешивание компонентов, бокс охлаждения и бокс выгрузки порошка из контейнера.

Известный контейнер, применяемый в установке вихревого размола, содержит цилиндрический стакан с загруженными в него иглами, выполненными из ферромагнитной стали, в верхней части которого установлены сетчатый сепаратор, квадратная платформа и шаровой кран. Между сетчатым сепаратором и платформой установлено кольцо из фторопласта Ф-4. На боковых гранях платформы выполнены пазы для зацепления контейнера, а по центральной оси - цилиндрическое отверстие, соосное с отверстием в шаре. Цилиндрический стакан выполнен из титана. Шаровой кран представляет собой корпус, закрытый с двух сторон фланцами. Внутри на полуосях установлен в уплотнительных кольцах шар с цилиндрическим отверстием. Шар выполнен из коррозионностойкой стали 12Х18Н10Т, а уплотнительные кольца из фторопласта Ф-4. На верхнем фланце шарового крана выполнены входное отверстие, снабженное конической фаской, и кольцевой паз, в котором установлен уплотнитель из фторкаучука. Шаровой кран снабжен механизмом его открытия и закрытия, состоящим из установленного на одной из полуосей зубчатого колеса, входящего в зацепление с зубчатой рейкой, и упоров, установленных внутри бокса загрузки. Верхний и нижний упоры взаимодействуют с зубчатой рейкой шарового крана при подъеме и опускании контейнера и обеспечивают открытие шарового крана при движении контейнера вверх, и закрытие - при движении вниз.

Известный контейнер применяется в установке следующим образом. Порожние контейнеры вводятся в бокс загрузки весовой и взвешиваются. После взвешивания контейнер поступает в боксы загрузки компонентов топлива, в которых он последовательно поджимается шаровым краном к патрубкам загрузочных устройств. После каждого поджатая открывается шаровой кран и через отверстия в шаре и платформе в стакан загружается один из компонентов топлива. После загрузки контейнер переносится в бокс весовой, где взвешивается загруженный контейнер. После взвешивания контейнер переносится в стакан механизма колебаний, размещенный в автоматическом вихревом смесителе АВС-150. В вихревом смесителе вращающееся электромагнитное поле намагничивает ферромагнитные иглы и приводит их во вращение, при котором смесь порошков измельчается и гомогенизируется, но при этом контейнер разогревается от вихревых токов и трения порошка и игл о стенки контейнера вплоть до образования на стенках титанового стакана контейнера цветов побежалости. Далее разогретый контейнер переносится в бокс охлаждения, где обдувается воздухом. Охлажденный контейнер переносится в бокс выгрузки, где контейнер перевертывается, а затем при открытии шарового крана выгружается смесь порошков. Далее опорожненный контейнер вновь передается на взвешивание и загрузку компонентов топлива.

Основным недостатком известного контейнера является постоянное повышение усилия открытия и закрытия шарового крана вследствие увеличения силы трения в сопряжении между шаром (запирающим органом) и уплотнительными кольцами (седлом), вплоть до заклинивания запирающего органа. Причиной увеличения силы трения является попадание порошка в зазор между запирающим органом и седлом. Порошок обладает высокими абразивными свойствами, а уплотнительные кольца, в которых установлен шар, не могут обеспечить полной изоляции сопряжения «запирающий орган - седло» от попадания порошка, особенно в перевернутом контейнере, когда порошок находится на закрытом запирающем органе и при его повороте для открытия попадает в сопряжение «запирающий орган - седло». Известный контейнер принят заявителем в качестве прототипа. Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении надежности в работе контейнера.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в исключении трущихся поверхностей в сопряжении «запирающий орган - седло».

Для достижения указанного технического результата в известном контейнере, содержащем стакан, выполненный из титана и загруженный иглами, выполненными из ферромагнитной стали, сепаратор, платформу и присоединенный к ней корпус крана, внутри корпуса крана к платформе, соосно с ее отверстием, прикреплен загрузочный патрубок, верхняя часть корпуса выполнена цилиндрической, соосно с горловиной загрузочного патрубка.

Нижняя часть корпуса выполнена прямоугольной и установлена с односторонним смещением относительно загрузочного патрубка с образованием между ними одной широкой полости и двух противолежащих равных полостей.

В стенках корпуса в двух противолежащих равных полостях выполнены пазы, в пазах с возможностью перемещения установлены оси, на которых внутри противолежащих равных полостей закреплены рычаги с установленной на них крышкой, а снаружи - зубчатые сегменты, выполненные с прилегающими друг к другу прямой и радиусной зубчатыми частями, входящими в зацепление с зубчатыми рейками, соединенными с приводом крышки.

В частном случае исполнения привод крышки включает в себя установленный в подшипниковых узлах с противоположной от широкой полости стороны ходовой винт, гайка которого соединена коромыслом с зубчатыми рейками.

В другом частном случае исполнения внутренняя поверхность крышки выполнена выпуклой, а торец горловины выполнен с радиусной поверхностью.

В другом частном случае исполнения зубчатые рейки установлены подвижно на направляющих стержнях.

В другом частном случае исполнения оси внутри боковых полостей снабжены дисками, в которых установлены уплотнительные кольца, прилегающие к боковым стенкам корпуса.

Прикрепление к платформе загрузочного патрубка, соосно с ее отверстием, выполнение верхней части корпуса цилиндрической, соосно с горловиной загрузочного патрубка, позволяет осуществить центрирование контейнера при его установке в боксах загрузки и осуществить уплотнение между корпусом и загрузочным патрубком, предотвращая попадание порошка в полости между ними.

Выполнение корпуса крана в нижней части прямоугольным и его установка с односторонним смещением относительно загрузочного патрубка с образованием между ними двух противолежащих равных полостей и одной широкой полости создает возможность размещения крышки на горловине загрузочного патрубка и в широкой полости, а в двух противолежащих равных полостях - элементов ее привода.

Выполнение в стенках корпуса в двух противолежащих равных полостях пазов, установка в пазах с возможностью перемещения осей, на которых внутри противолежащих равных полостей закреплены рычаги с установленной на них крышкой, а снаружи - зубчатые сегменты, выполненные с прилегающими друг к другу прямой и радиусной зубчатыми частями, входящими в зацепление с зубчатыми рейками, соединенными с приводом крышки, позволяет при поступательном движении реек и их зацеплении с прямыми зубчатыми частями сегментов обеспечить вертикальное перемещение сегментов вместе с осями по пазам в корпусе, а также и соединенных с осями рычагов и присоединенной к ним крышки. При дальнейшем поступательном движении реек происходит их зацепление с радиусными зубчатыми частями сегментов, чем обеспечивается поворот сегментов вместе с осями и присоединенными к осям рычагами и крышкой. В результате этих движений при открытии контейнера крышка сначала приподнимается над горловиной загрузочного патрубка, а затем поворачивается вокруг осей и отводится в широкую полость. При закрытии контейнера крышка сначала поворачивается вокруг осей, устанавливаясь над горловиной загрузочного патрубка, а затем прижимается к ней. В результате взаимодействие крышки с горловиной осуществляется без трущихся поверхностей в сопряжении запирающего органа (крышки) с седлом (горловиной загрузочного патрубка). Соединение зубчатых реек с приводом крышки позволяет осуществить дистанционные открытие и закрытие контейнера крышкой.

Включение в привод крышки ходового винта, установленного в подшипниковых узлах с противоположной от широкой полости стороны, соединение гайки ходового винта коромыслом с зубчатыми рейками позволяет вращением ходового винта осуществить передачу поступательного перемещения гайки через коромысло зубчатым рейками, через их зацепление с зубчатыми секторами получить их поступательное и вращательное перемещение и в итоге осуществить открытие и закрытие загрузочного патрубка крышкой.

Выполнение внутренней поверхности крышки выпуклой, а торца горловины загрузочного патрубка - с радиусной поверхностью позволяет при выгрузке порошка из перевернутого контейнера и открытии крышки обеспечить более полное ссыпание порошка с них и, тем самым, не оставлять остатки порошка в сопряжении запирающего органа (крышки) с седлом (горловиной загрузочного патрубка).

Установка зубчатых реек подвижно на направляющих стержнях позволяет обеспечить их прямолинейное перемещение.

Снабжение осей внутри боковых полостей дисками, в которых установлены уплотнительные кольца, прилегающие к боковым стенкам корпуса, препятствует попаданию пыли порошка к зубчатым зацеплениям сегментов с рейками и повышает их надежность в работе.

Предлагаемый контейнер иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1 - фиг. 7.

На фиг. 1 показан контейнер в разрезе с закрытой крышкой;

на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1;

на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1;

на фиг. 4 - вид В на фиг. 3;

на фиг. 5 - контейнер с открытой крышкой при загрузке компонентов топлива;

на фиг. 6 - контейнер с закрытой крышкой при выгрузке топлива;

на фиг. 7 - контейнер с открытой крышкой при выгрузке топлива

Контейнер (см. фиг. 1 и фиг. 2) состоит из стакана 1, выполненного из титана и заполненного иглами 2, выполненными из подшипниковой стали ШХ-15, относящейся к ферромагнитным сталям. К стакану 1 присоединены сетчатый сепаратор 3 и через прокладку 4 - квадратная платформа 5 с пазами 6 и центральным отверстием 7. На квадратную платформу 5 соосно с ее отверстием 7 установлен загрузочный патрубок 8 с горловиной 9, прижимаемый к ней фланцем 10 корпуса 11. Загрузочный патрубок 8 установлен соосно с отверстием 7 платформы 5. Нижняя часть 12 корпуса 11 имеет прямоугольную форму и установлена с односторонним смещением относительно размещенного внутри нее загрузочного патрубка 8 с образованием между загрузочным патрубком 8 и боковыми стенками 13 корпуса 11 - противолежащих равных полостей 14, а между загрузочным патрубком 8 и стенкой 15 - широкой полости 16. Верхняя часть 17 корпуса 11 содержит цилиндрическую горловину 18, соосную с загрузочным патрубком 8, соединенную переходами 19 и 20 с нижней частью 12 корпуса 11. В боковых стенках 13 корпуса 11 выполнены (см. фиг. 3) пазы 21, в которых установлены с возможностью перемещения оси 22. Оси 22 внутри полостей 14 имеют диск 23, на котором установлено уплотнительное кольцо 24, прилегающее к стенке 13, и закреплены рычаги 25 с установленной на них крышкой 26. Снаружи корпуса на осях 22 закреплены (см. фиг. 4) зубчатые сегменты 27, входящие в зацепление с зубчатыми рейками 28. Зубчатые сегменты 27 выполнены с прямолинейной 29 и радиусной 30 зубчатыми частями, что создает возможность вертикального и вращательного перемещения сегментов 27 зубчатыми рейками 28. Зубчатые рейки 28 установлены подвижно на направляющих стержнях 31 и соединены посредством коромысла 32 с приводом крышки 33, включающим в себя гайку 34, установленную на ходовом винте 35. Ходовой винт 35 установлен в подшипниковых узлах 36, прикрепленных к стенке 37 корпуса 11 и фланцу 10. На корпус 11 установлен кожух 38.

Предлагаемый контейнер работает при использовании в установке вихревого размола следующим образом.

Перед загрузкой компонентов (см. фиг. 5) контейнер в исходном закрытом положении поднимается приводом бокса загрузки (на чертежах не показан) до начала стыковки цилиндрической горловины 18 с уплотнением 39 загрузочного устройства 40, а ходового винта 35 с муфтой 41 привода 42 вращения. Далее вращением ходового винта 35 приводом 42 перемещают гайку 34 и присоединенные к ней коромыслом 32 зубчатые рейки 28 по направляющим стержням 31. Зубчатые рейки 28, входящие в зацепление с прямолинейной зубчатой частью 29 зубчатых сегментов 27, перемещают их и закрепленные в них оси 22 по пазам 21, а также рычаги 25 с установленной на них крышкой 26 внутри боковых полостей 14 вверх. Далее зубчатые рейки 28 входят в зацепление с радиусными зубчатыми частями 30 сегментов 27, в результате которого сегменты 27 поворачиваются вместе с осями 22 и рычагами 25, вводя крышку 26 в широкую полость 16 и освобождая загрузочный патрубок 8. Далее контейнер вновь приподнимается приводом до взаимодействия горловины 9 его загрузочного патрубка 8 с загрузочным устройством 40 бокса, через который в контейнер загружается один из компонентов топлива в виде порошка. После загрузки контейнер приопускают, приводом 42 вращают ходовой винт 35 в обратную сторону и устанавливают и прижимают крышку 26 к горловине 9 загрузочного патрубка 8.

После загрузки и взвешивания контейнер переносится в автоматический вихревой смеситель ABC-150, в котором смесь порошков измельчается и гомогенизируется, а затем переносится в бокс охлаждения и далее в бокс выгрузки (на чертежах не показан), где контейнер переворачивается опрокидывателем и устанавливается (см. фиг. 6) горловиной 18 корпуса 11 на проходку 43 бокса выгрузки, а ходовой винт 35 стыкуется с муфтой 44 привода 45. Приводом 45 вращают ходовой винт 34 и перемещают гайку 33 и присоединенные к ней коромыслом 32 зубчатые рейки 28 по направляющим стержням 31. Зубчатые рейки 28, входящие в зацепление с прямолинейными зубчатыми частями 29 зубчатых сегментов 27, перемещают их и закрепленные в них оси 22 по пазам 21, а также рычаги 25 с установленной на них крышкой 26 вниз, создавая зазор между крышкой и загрузочным патрубком 8, через который начинает высыпаться порошок. Далее зубчатые рейки 28 входят в зацепление с радиусными зубчатыми частями 30 сегментов 27, в результате которого сегменты 27 поворачиваются вместе с осями 22 и рычагами 25, вводя (см. фиг. 7) крышку 26 в широкую полость 16 и освобождая полностью горловину 9 загрузочного патрубка 8. При этом, порошок из перевернутого контейнера и с крышки 26 ссыпается в проходку 43 бокса выгрузки. Далее опорожненный контейнер вновь передается на взвешивание и загрузку компонентов топлива.

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к средствам для получения гомогенного ядерного топлива из смеси диоксидов урана и плутония. Контейнер содержит стакан, загруженный иглами, выполненными из ферромагнитной стали, сепаратор, платформу с отверстием и присоединенный к ней корпус крана, внутри которого к платформе, соосно с ее отверстием, прикреплен загрузочный патрубок. Верхняя часть корпуса выполнена цилиндрической, соосно с горловиной загрузочного патрубка, а нижняя часть выполнена прямоугольной и установлена с односторонним смещением относительно загрузочного патрубка с образованием между ними одной широкой полости и двух противолежащих равных полостей. В стенках корпуса выполнены пазы, в пазах с возможностью перемещения установлены оси, на которых внутри равных полостей закреплены рычаги с установленной на них крышкой, а снаружи - зубчатые сегменты, выполненные с прилегающими друг к другу прямой и радиусной зубчатыми частями, входящими в зацепление с зубчатыми рейками, соединенными с приводом крышки. Технический результат – исключение трущихся поверхностей в сопряжении «запирающий орган - седло». 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Контейнер, содержащий стакан, выполненный из титана и загруженный иглами, выполненными из ферромагнитной стали, сепаратор, платформу с отверстием и присоединенный к ней корпус крана, отличающийся тем, что внутри корпуса крана к платформе, соосно с ее отверстием, прикреплен загрузочный патрубок, верхняя часть корпуса выполнена цилиндрической, соосно с горловиной загрузочного патрубка, а нижняя часть выполнена прямоугольной и установлена с односторонним смещением относительно загрузочного патрубка с образованием между ними одной широкой полости и двух противолежащих равных полостей, в которых в стенках корпуса выполнены пазы, в пазах с возможностью перемещения установлены оси, на которых внутри противолежащих равных полостей закреплены рычаги с установленной на них крышкой, а снаружи - зубчатые сегменты, выполненные с прилегающими друг к другу прямой и радиусной зубчатыми частями, входящими в зацепление с зубчатыми рейками, соединенными с приводом крышки.

2. Контейнер по п. 1, отличающийся тем, что привод крышки включает в себя установленный в подшипниковых узлах с противоположной от широкой полости стороны ходовой винт, гайка которого соединена коромыслом с зубчатыми рейками.

3. Контейнер по п. 1, отличающийся тем, что внутренняя поверхность крышки выполнена выпуклой, а торец горловины выполнен с радиусной поверхностью.

4. Контейнер по п. 1, отличающийся тем, что зубчатые рейки установлены подвижно на направляющих стержнях.

5. Контейнер по п. 1, отличающийся тем, что оси внутри боковых полостей снабжены дисками, в которых установлены уплотнительные кольца, прилегающие к боковым стенкам корпуса.