КОНТЕЙНЕР С ПРИВОДОМ ДЛЯ УСТАНОВКИ ВИХРЕВОГО РАЗМОЛА СМЕШАННОГО ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА Российский патент 2020 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.

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 ABC-150 в котором осуществляется вихревой размол и перемешивание компонентов, бокс охлаждения и бокс выгрузки порошка из контейнера.

Известный контейнер с приводом, применяемый в установке вихревого размола, состоит из цилиндрического стакана с загруженными в него иглами из ферромагнитной стали, платформы и шарового крана, соединенных винтами. Между верхней частью стакана и платформой установлен сетчатый сепаратор, прижимаемый платформой к стакану через прокладку. Сетчатый сепаратор служит для того, чтобы была возможность высыпать порошок, задерживая иглы в стакане при кантовании контейнера. К платформе сверху присоединена запорная арматура (шаровой кран), при этом отверстия в шаре открытого крана, платформе и стакане соосны. На боковых гранях платформы выполнены пазы для зацепления контейнера. Цилиндрический стакан выполнен из титана. Шаровой кран представляет собой корпус, закрытый с двух сторон фланцами. Внутри на полуосях установлен в уплотнительных кольцах запирающий элемент (шар) с цилиндрическим отверстием. Шар выполнен из коррозионностойкой стали 12Х18Н10Т, а уплотнительные кольца из фторопласта Ф-4. На верхнем фланце шарового крана выполнено входное отверстие, снабженное конической фаской. Привод шарового крана состоит из установленного на ведущей полуоси зубчатого колеса, входящего в зацепление с зубчатой рейкой. Зубчатая рейка установлена в корпусе в направляющих с возможностью вертикального перемещения, а также верхних и нижних упоров для останова рейки, установленных внутри боксов загрузки.

Известный контейнер применяется в установке следующим образом.

Из бокса загрузки весового контейнер транспортером переносят к первому боксу загрузки и устанавливают на стойки крестовины. С помощью привода крестовину с контейнером поднимают вверх.

При поднятии контейнера зубчатая рейка шарового крана упирается в верхний упор, после которого при дальнейшем подъеме контейнера зубчатое колесо начинает обкатываться по остановленной упором зубчатой рейке, поворачивая вместе с ведущей полуосью и запирающий элемент (шар) и открывая шаровой кран. При этом в конце открытия шарового крана его верхний фланец поджимается к уплотнителю патрубка загрузочного трубопровода. Из дозатора по загрузочному трубопроводу подают компонент топлива в виде порошка в контейнер, при этом порошок насыпается на сетку сепаратора, а через нее проходит в стакан. После загрузки контейнер опускают, при этом после упора зубчатой рейки в нижний упор при дальнейшем опускании контейнера зубчатое колесо начинает поворачиваться, обкатываясь по остановленной зубчатой рейке, и закрывает шаровой кран. Контейнер опускают и переносят транспортером во второй бокс загрузки, где в контейнер таким же образом засыпают второй компонент топлива, а далее в третьем боксе загрузки - третий компонент, при этом дисперсность загружаемого порошка должна обеспечивать его прохождение через ячейки сетки сепаратора. После загрузки компонентов топлива контейнер последовательно перемещают транспортерами в бокс весовой, автоматический вихревой смеситель ABC-150, в котором смесь порошков измельчается и гомогенизируется вращением ферромагнитных игл электромагнитным полем, бокс охлаждения и бокс выгрузки.

Основным недостатком известного контейнера является то, что взаимодействие верхнего упора с зубчатой рейкой шарового крана, а, следовательно, и открытие запорной арматуры (шарового крана), начинает осуществляться еще в процессе поднятия контейнера до поджатия верхнего фланца крана к уплотнителю патрубка загрузочного трубопровода. Аналогично взаимодействие нижнего упора с зубчатой рейкой шарового крана а, следовательно, и закрытие шарового крана происходит в процессе опускания контейнера уже после образования зазора между верхним фланцем крана и уплотнителем патрубка загрузочного трубопровода. Таким образом, в процессе открытия и закрытия крана внутренняя полость контейнера с загруженным в него порошком сообщается с внутренней полостью бокса, что при наличии в контейнере пыли порошка после загрузки приводит к аэрозольному загрязнению внутренних поверхностей боксов загрузки и внешних поверхностей контейнера.

Кроме того, при контроле микроструктуры таблеток топлива в них среди гомогенной мелкодисперсной среды обнаружено наличие одиночных частиц, выделяющихся по размерам от микроструктуры таблетки, а по размерам примерно соответствующим частицам, загружаемым в контейнер в боксах загрузки. Наличие в таблетке таких частиц может объясняться тем, что незначительная часть порошка задерживается на сетке сепаратора, не просыпаясь в стакан контейнера при загрузке компонентов. В связи с небольшим углом естественного откоса порошка и его склонности к сводообразованию, при определенных условиях, по-видимому, при поступлении порошка на сетку с расходом, превышающим пропускную способность сетки, на сетке может после загрузки остаться горка порошка. Оставшийся на сетке порошок не подвергается измельчению и гомогенизации вращением игл в автоматическом вихревом смесителе АВС-150, а при выгрузке попадает в гомогенизированную смесь.

Стряхивание порошка с сепараторов в боксе встряхивания (патент на полезную модель №188115, G21C 21/00), основанные на вертикальных колебаниях корзины с контейнером инерционным вибратором, приводят к нежелательному воздействию вибрации на весоизмерительный комплекс высокой точности в соседнем весовом боксе.

Кроме того при эксплуатации известных контейнеров наблюдается постоянное повышение усилия открытия и закрытия шарового крана вследствие увеличения силы трения в сопряжении между шаром и уплотнительными кольцами, вплоть до заклинивания шара. Причиной увеличения силы трения является попадание порошка в зазор между шаром и седлом. Порошок обладает высокими абразивными свойствами, а уплотнительные кольца, в которых установлен шар, не могут обеспечить полной изоляции сопряжения «шар - уплотнительные кольца» от попадания порошка, особенно в перевернутом контейнере, когда порошок находится на закрытом шаре и при его повороте для открытия попадает в сопряжение «шар - уплотнительные кольца».

Известный контейнер принят заявителем в качестве прототипа. Задачи, на решение которых направлено изобретение, заключается в снижении загрязнения в боксах при загрузке порошка в контейнер и его выгрузке, отсутствии порошка на сепараторе после загрузки контейнера и исключении заклинивания запирающего элемента.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в открытии и закрытии запорной арматуры после герметичного сопряжения контейнера с уплотнителем патрубка загрузочного трубопровода и загрузке порошка, минуя сетку сепаратора.

Для достижения указанного технического результата в известном контейнере, содержащем титановый стакан, загруженный иглами, выполненными из ферромагнитной стали, сепаратор, платформу и запорную арматуру с приводом, сетка сепаратора установлена с возможностью поворота на 90° с фиксированием в горизонтальном (закрытом) и вертикальном (открытом) положениях и снабжена приводом.

Приводы запорной арматуры и сетки сепаратора размещены снаружи бокса и установлены на кронштейне, выполненном с возможностью возвратно-поступательного перемещения. На выходные валы приводов запорной арматуры и сетки сепаратора установлены муфты, выполненные с возможностью сцепления и расцепления с сеткой сепаратором и запорной арматурой при крайних положениях кронштейна, при этом возвратно-поступательное перемещение кронштейна осуществляется с помощью привода.

В частном случае исполнения в качестве запорной арматуры используется дисковый затвор.

В другом частном случае исполнения к корпусу сепаратора присоединены штифт и подпружиненный фиксатор с шипом, а к приводному валу - сектор, снабженный радиальным и торцовым пазами, таким образом, что шип фиксатора размещается в радиальном пазу при горизонтальном положении сетки сепаратора, а штифт - в торцовом пазу при вертикальном положении сетки сепаратора.

Установка сетки сепаратора с возможностью поворота на 90° позволяет переводить сетку из горизонтального (закрытого) положения в вертикальное (открытое) положение перед загрузкой порошка в контейнер, освобождая проходное сечение стакана для загрузки порошка практически полностью. Перевод сетки из вертикального (открытого) положения в горизонтальное (закрытое) положение позволяет обеспечить задержку ферромагнитных игл в стакане при выгрузке порошка из перевернутого контейнера.

Фиксирование сетки сепаратора в горизонтальном (закрытом) положении позволяет осуществлять разгрузку контейнера в боксе разгрузки кантованием контейнера и высыпанием порошка из перевернутого стакана через сетку сепаратора с гарантированной задержкой в стакане ферромагнитных игл. Фиксирование сетки сепаратора в вертикальном (открытом) положении позволяет осуществлять загрузку порошка при строго вертикальном положении сетки, освобождая проходное сечение стакана для порошка практически полностью, и обеспечивая загрузку порошка, минуя сетку сепаратора и отсутствие порошка на сетке после загрузки контейнера.

Соединение сетки сепаратора с приводом позволяет осуществлять поворот сетки дистанционно.

Размещение привода запорной арматуры и привода сетки сепаратора снаружи бокса позволяет упростить их обслуживание при эксплуатации. Закрепление приводов запорной арматуры и сетки сепаратора на кронштейне, который установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения, и установка на выходных валах приводов муфт, выполненных с возможностью сцепления и расцепления с приводными валами сетки сепаратора и запорной арматуры при крайних положениях кронштейна, позволяет осуществлять при перемещении кронштейна в крайнее придвинутое к боксу положение сцепление муфт с приводными валами сетки сепаратора и запорной арматуры и их открытие после полного поднятия предлагаемого контейнера и прижатия его верхней части к уплотнителю патрубка загрузочного трубопровода. Тем самым исключается сообщение внутренних полостей контейнера и бокса загрузки и обеспечивается отсутствие порошка на сетке сепаратора при загрузке контейнера. Сцепление муфт с валами сетки сепаратора и запорной арматуры позволяет после полной загрузки порошков осуществить закрытие запорной арматуры и перевод сетки сепаратора в горизонтальное положение с ее фиксированием в закрытом положении.

Перемещение кронштейна после загрузки в крайнее отодвинутое от бокса положение и расцепление муфт с валами сетки сепаратора и запорной арматуры позволяет осуществлять опускание и транспортировку контейнера в следующий бокс. В результате, открытие запорной арматуры после герметизации сопряжения контейнера с уплотнителем патрубка загрузочного трубопровода позволяет снизить аэрозольное загрязнение в боксах при загрузке порошка в контейнер, а загрузка порошка после перевода сетки сепаратора в вертикальное (открытое) положение позволяет обеспечить отсутствие порошка на сетке после загрузки.

Последующие операции с контейнером осуществляются с зафиксированной сеткой сепаратора в закрытом положении. Осуществление возвратно-поступательного перемещения кронштейна с помощью привода позволяет автоматизировать процесс загрузки контейнера.

Применение в качестве запорной арматуры дискового затвора позволяет избежать трения в паре «запирающий элемент (диск) - седло» и исключить заклинивание запирающего элемента (диска).

Присоединение к корпусу сепаратора штифта и подпружиненного фиксатора с шипом, а к приводному валу сектора, снабженного радиальным и торцовым пазами, выполненными таким образом, что шип фиксатора размещается в радиальном пазу при горизонтальном положении сепаратора, а штифт в торцовом пазу - при вертикальном положении фиксатора, позволяет обеспечить надежное фиксирование сетки сепаратора. Вывод штифта из торцового паза сектора осуществляется поворотом приводного вала при переводе сетки сепаратора из вертикального положения в горизонтальное. Вывод шипа фиксатора из радиального паза сектора осуществляется нажатием на головку фиксатора и сходом сектора с шипа и последующим поворотом приводного вала при переводе сетки сепаратора из горизонтального в вертикальное положение.

Предлагаемый контейнер с приводом иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1 - фиг. 6.

На фиг. 1 показан контейнер в разрезе с закрытыми сеткой сепаратора и дисковым затвором;

на фиг. 2 - сепаратор в разрезе;

на фиг. 3 - вид В на фиг. 2;

на фиг. 4 - привод контейнера;

на фиг. 5 - контейнер с открытыми сеткой сепаратора и дисковым затвором при загрузке порошка;

на фиг. 6 - контейнер с закрытой сеткой сепаратора и открытым дисковым затвором при выгрузке порошка.

Контейнер (см. фиг. 1) состоит из соединенных между собой стакана 1, квадратной платформы 2, сепаратора 3, затвора 4 и горловины 5. Контейнер снабжен приводом 6, размещенным вне бокса 7 и прикрепленным к его стенке 8.

Стакан 1 выполнен из титана и заполнен иглами 9, выполненными из подшипниковой стали ШХ-15, относящейся к ферромагнитным сталям.

К стакану 1 присоединена квадратная платформа 2 с пазами 10 и центральным отверстием 11.

Сепаратор 3 (см. фиг. 2 и 3) присоединен к платформе 2 и содержит корпус 12 с верхним 13 и нижним 14 фланцами. Внутри корпуса 12 размещена сетка 15, полуоси 16 и 17 которой установлены в диаметральном отверстии 18 нижнего фланца 14. С полуосью 16 соединен приводной вал 19 с установленными на него рычагом 20 и сектором 21, снабженным радиальным 22 и торцовым 23 пазами.

Над приводным валом 19 во втулке 24, присоединенной к корпусу 12, установлены пружина 25 и фиксатор 26, в котором выполнены шип 27 и канавка 28 между торцами 29 и 30 шипа 27 и фиксатора 26. При горизонтальном положении сетки 15 шип 27 входит в радиальный паз 22 сектора 21. В корпусе 12 установлен штифт 31, который входит в торцовый паз 23 сектора 21 при вертикальном положении сетки 15.

Затвор 4 присоединен к верхнему фланцу 13 сепаратора 3 и содержит собственно дисковый затвор 32, на приводной вал 33 которого установлен рычаг 34 с пружиной растяжения 35.

Горловина 5 присоединена к затвору 4 и состоит (фиг. 3) из корпуса 36 с центральным отверстием 37 и транспортных крючков 38.

Привод 6 контейнера (см. фиг. 4) содержит привод 39 дискового затвора 4 и привод 40 сетки 15 сепаратора 3, размещенные снаружи бокса 7 и установленные на кронштейне 41. Кронштейн 41 выполнен с возможностью возвратно-поступательного перемещения по направляющим 42 при помощи привода 43. На выходные валы приводов 39 и 40 установлены муфты 44 и 45, валы 46 и 47 которых проходят через уплотнительные узлы 48, прикрепленные к стенке бокса 7. К торцам валов 46 и 47 прикреплены пальцы 49, входящие в зацепление с рычагами 34 и 20 дискового затвора 4 и сетки 15 сепаратора 3 при приближении кронштейна 41 к боксу 7 приводом 43 и выходящие из зацепления при удалении кронштейна 41 от бокса 7.

При загрузке порошка в контейнер (см. фиг. 5) его горловина 5 взаимодействует с уплотнителем 50 патрубка 51 загрузочного трубопровода.

При выгрузке порошка из контейнера в боксе 52 выгрузки (см. фиг. 6) горловина 5 перевернутого кантователем 53 контейнера размещается соосно с патрубком 54 выгрузки порошка.

Предлагаемый контейнер с приводом используется следующим образом.

При поступлении контейнера в первый бокс 7 загрузки его устанавливают на стойки крестовины (на чертежах не показана), которой контейнер поднимают вверх. После поджатая горловины 5 (фиг. 5) к уплотнению 50 патрубка 51 приводом 43 кронштейн 41 переводят в крайнее приближенное к боксу 7 положение. В этом положении пальцы 49 входят в зацепление с рычагами 20 и 34 сетки 15 сепаратора 3 и дискового затвора 4, а торец вала 47, упираясь в торец 30 фиксатора 26, перемещает фиксатор 26, сжимая пружину 25 и выводя шип 27 из радиального паза 22 сектора 21 и размещая сектор 21 в канавке 28. Приводами 39 и 40 переводят диск затвора 4 и сетку 15 сепаратора 3 соответственно в вертикальное (открытое) положение. Из дозатора по загрузочному трубопроводу (на чертежах не показаны) подают компонент топлива в виде порошка в стакан 1 контейнера, при этом порошок ссыпается в стакан 1 через свободное сечение корпуса 12 сепаратора 3, минуя сетку 15. Далее приводами 39 и 40 переводят диск затвора 4 и сетку 15 сепаратора 3 в горизонтальное (закрытое) положение и приводом 43 передвигают кронштейн 41 в крайнее отдаленное от бокса 7 положение. В этом положении пальцы 49 выходят из зацепления с рычагами 20 и 34 сепаратора 3 и дискового затвора 4, а пружина 25 возвращает фиксатор 26 в исходное положение, вводя шип 27 в радиальный паз 22 сектора 21 и фиксируя сетку 15 сепаратора 3 в горизонтальном положении. Затем опускают контейнер и транспортируют его для загрузки второго компонента в следующем боксе загрузки, которую проводят идентично первой загрузке.

После загрузки смесь порошков в контейнере измельчают и гомогенизируют вращением ферромагнитных игл 9 электромагнитным полем, охлаждают и подают в бокс выгрузки 52. Контейнер в боксе выгрузки 52 перевертывается кантователем 53, после чего переводят диск 32 затвора 4 в вертикальное (открытое) положение. Гомогенизированная смесь порошков просыпается через сетку 15 сепаратора 3, а ферромагнитные иглы 9 остаются в стакане 1. После разгрузки и измерения веса контейнер вновь поступает в бокс 7 загрузки.

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к средствам для получения гомогенного ядерного топлива из смеси диоксидов урана и плутония. Контейнер с приводом для установки размола смешанного ядерного топлива содержит титановый стакан, загруженный иглами, выполненными из ферромагнитной стали, сепаратор, платформу и запорную арматуру с приводом. Сетка сепаратора установлена с возможностью поворота на 90° с фиксированием в горизонтальном (закрытом) и вертикальном (открытом) положениях и снабжена приводом. Приводы запорной арматуры и сетки сепаратора размещены снаружи бокса и установлены на кронштейне, выполненном с возможностью возвратно-поступательного перемещения. На выходные валы приводов запорной арматуры и сетки сепаратора установлены муфты, выполненные с возможностью сцепления и расцепления с сеткой сепаратора и запорной арматурой при крайних положениях кронштейна. Возвратно-поступательное перемещение кронштейна осуществляется с помощью привода. Изобретение позволяет открывать и закрывать дисковый затвор после герметичного сопряжения контейнера с уплотнителем патрубка загрузочного трубопровода и загрузки порошка, минуя сетку сепаратора. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Контейнер с приводом для установки размола смешанного ядерного топлива, содержащий титановый стакан, загруженный иглами, выполненными из ферромагнитной стали, сепаратор, платформу и запорную арматуру с приводом, отличающийся тем, что сетка сепаратора установлена с возможностью поворота на 90° с фиксированием в горизонтальном (закрытом) и вертикальном (открытом) положениях и снабжена приводом, приводы запорной арматуры и сетки сепаратора размещены снаружи бокса и установлены на кронштейне, выполненном с возможностью возвратно-поступательного перемещения, на выходные валы приводов запорной арматуры и сетки сепаратора установлены муфты, выполненные с возможностью сцепления и расцепления с сеткой сепаратора и запорной арматурой при крайних положениях кронштейна, при этом возвратно-поступательное перемещение кронштейна осуществляется с помощью привода.

2. Контейнер по п. 1, отличающийся тем, что в качестве запорной арматуры используется дисковый затвор.

3. Контейнер по п. 1, отличающийся тем, что к корпусу сепаратора присоединены штифт и подпружиненный фиксатор с шипом, а к приводному валу сепаратора - сектор, снабженный радиальным и торцевым пазами, таким образом, что шип фиксатора размещается в радиальном пазу при горизонтальном положении сетки сепаратора, а штифт в торцевом пазу - при вертикальном положении сетки сепаратора.