Способ и устройство для перемешивания и способ охлаждения и дозирования порошкообразного материала на выходе из печи
Изобретение относится к области обработки порошкообразных материалов. Сущность изобретения: устройство для перемешивания порошкообразного материала содержит цилиндрический корпус круглого сечения с продольной горизонтальной осью, снабженный уплотнениями и содержащий две стенки в виде дисков и кольцевую стенку. Корпус снабжен загрузочным отверстием, расположенным в верхней части корпуса, и разгрузочным отверстием, расположенным в его днище. Горизонтальный вал трансмиссии жестко соединен с центром диска для приведения лопастей, установленных внутри корпуса, во вращение. Причем лопасти установлены со взаимным угловым смещением. Способ охлаждения и дозирования порошкообразного материала на выходе из печи включает подсоединение выхода печи к загрузочному отверстию корпуса первого устройства для перемешивания и его загрузку при вращении лопастного диска. Далее переводят указанный выход печи к загрузочному отверстию второго устройства. Опорожняют первое устройство в один приемник в ходе контролируемого заполнения цилиндрического корпуса второго устройства. Способ перемешивания заключается в том, что радиоактивный материал помещают в устройство для перемешивания, которое размещают в защитной камере. Преимущества изобретения заключаются в обеспечении однородности готового материала, а также в безопасности. 3 н. и 23 з.п. ф-лы, 15 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к способу и устройству для перемешивания порошкообразного материала. В частности, но не исключительно, изобретение относится к способу и устройству для перемешивания порошкообразного материала, специально предназначенным для обработки радиоактивного порошкообразного материала, такого как диоксид плутония (РuО2). Подобные устройство и способ должны удовлетворять техническим требованиям в отношении однородности, гранулометрического и изотопного состава порошкообразного материала, не допускать расслоения материала, а также удовлетворять условиям безопасности и критичности вследствие присущих радиоактивному порошкообразному материалу свойств расщепления.
Изобретение относится также к способу охлаждения и дозирования порошкообразного материала на выходе из печи с использованием данного устройства.
Уровень техники
Известны различные устройства для перемешивания порошкообразных материалов (см., например, US 3726509 А, 1973; US 4021024 А, 1977; AU 6194579 А, 1981; DE 1801414 А, 1970).
В качестве наиболее близкого аналога настоящего изобретения может быть рассмотрено устройство для перемешивания радиоактивных порошкообразных материалов по заявке Японии №06-007660, 1994. Данное устройство содержит цилиндрический корпус (10) круглого сечения с продольной, по существу, горизонтальной осью, снабженный уплотнениями и содержащий две стенки в виде дисков и кольцевую стенку. Корпус снабжен по меньшей мере одним загрузочным отверстием (13), расположенным в верхней части корпуса, и по меньшей мере одним разгрузочным отверстием (14), расположенным в днище корпуса. Внутри корпуса, на горизонтальному валу трансмиссии, связанном с приводными средствами, обеспечивающими его вращение, закреплены лопасти (11), осуществляющие перемешивание загруженного в корпус материала.
Указанное устройство, как и другие известные устройства для перемешивания порошкообразных материалов, не позволяет эффективно удовлетворять вышеназванным двум основным условиям.
Сущность изобретения
Основная задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в обеспечении высоких технических требований в отношении однородности готового материала, а также требований безопасности, предъявляемых в отношении радиоактивных материалов.
Для решения указанной задачи изобретение предусматривает создание устройства для перемешивания порошкообразного материала, характеризующееся тем, что оно содержит:
цилиндрический корпус круглого сечения с продольной, по существу, горизонтальной осью, выполненный изолированным и содержащий две стенки в виде дисков и кольцевую стенку, причем указанный корпус снабжен по меньшей мере одним загрузочным отверстием, расположенным в верхней части корпуса, и по меньшей мере одним разгрузочным отверстием, расположенным в днище корпуса,
диск, помещенный коаксиально внутри указанного корпуса, причем кромка указанного диска находится, по существу, в контакте с кольцевой стенкой для разделения указанного корпуса на два цилиндрических отделения, по существу, равных объемов, причем указанный диск снабжен на каждой из своих поверхностей по меньшей мере одной лопастью, которая находится, по существу, в контакте по меньшей мере со смежной ей стенкой в виде диска (указанные лопасти, разнесенные с угловым шагом, служат для направления порошкообразного материала в процессе вращения диска до радиально внутреннего концевого участка соответствующей лопасти вблизи передаточного отверстия, проходящего через указанный диск насквозь таким образом, чтобы допускать проход по меньшей мере части порошкообразного материала из одного отделения в другое при каждом обороте диска),
горизонтальный вал трансмиссии, жестко соединенный с центром указанного диска для приведения указанного диска во вращение, и
приводные средства, обеспечивающие вращение указанного вала трансмиссии.
Такое решение с использованием лопастного диска, помещенного в цилиндрическом корпусе и снабженного передаточными отверстиями, позволяет эффективно осуществлять гомогенизацию посредством перемешивания порошкообразного материала, находящегося в цилиндрическом корпусе.
Согласно существенной особенности настоящего изобретения для соблюдения ограничений по критичности предусмотрено, что ширина кольцевой стенки цилиндрического корпуса меньше величины, установленной требованиями безопасности и критичности. При этом получается цилиндрический корпус “плоского” типа с относительно большим круглым сечением по сравнению с его осевым или продольным размером.
Для обеспечения эффективной работы устройства его лопасти предпочтительно имеют L-образную конфигурацию, причем радиально внутренний концевой участок каждой лопасти образует основание L-образной конфигурации и проходит вдоль части кромки соответствующего передаточного отверстия, тогда как ее радиальный участок образует стойку L-образной конфигурации и выполнен криволинейным. Каждая лопасть проходит, по существу, радиально от кромки указанного диска в контакте с указанной кольцевой стенкой цилиндрического корпуса до центральной зоны диска, радиус которой меньше или равен одной четверти радиуса этого диска. Предпочтительное количество лопастей равно четырем (по две на каждой поверхности диска). Лопасти на каждой поверхности расположены симметрично по отношению друг другу, при этом четыре лопасти равномерно разнесены с угловым шагом 90°. В предпочтительном варианте устройство по настоящему изобретению дополнительно содержит средства уплотнения между цилиндрическим корпусом и указанным валом трансмиссии.
Необходимо знать массу порошкообразного материала в устройстве для перемешивания в функции общего объема цилиндрического корпуса как для получения одинаковых дозированных порций массы, так и для ограничения этой массы с тем, чтобы обеспечить оптимальное перемешивание.
Соответственно, другой задачей, решаемой настоящим изобретением, является непрерывное измерение массы цилиндрического корпуса, служащего емкостью для порошкообразного материала, а именно на этапе его заполнения, с тем, чтобы остановить загрузку по достижении оптимального уровня порошкообразного материала.
Решение задачи обеспечивается тем, что устройство для перемешивания порошкообразного материала дополнительно содержит жесткое шасси и подвесную систему взвешивания цилиндрического корпуса, такую как весы по типу безмена, содержащие деформируемый элемент, который связан с шасси и к которому подвешен цилиндрический корпус. В данном случае подразумевается, что изменение длины деформируемого элемента отображает изменение веса цилиндрического корпуса, в частности, в процессе его заполнения порошкообразным материалом, опорожнения и/или вращения диска.
Трансмиссия, используемая для связи между приводными средствами, жестко связанными с шасси и содержащими вертикальный выходной вал, и валом трансмиссии, выполнена с возможностью сопровождения движения цилиндрического корпуса в процессе его заполнения, опорожнения и/или вращения диска и предпочтительно содержит по меньшей мере одно карданное сочленение, а также передаточную систему между двумя перпендикулярными валами, расположенную между карданным сочленением и указанным валом трансмиссии.
Устройство предпочтительно содержит также сферические шарнирные связи между шасси и деформируемым (предпочтительно пьезоэлектрическим) элементом, с одной стороны, и между деформируемым элементом и цилиндрическим корпусом, с другой стороны. Кроме того, в его состав входит по меньшей мере один вибратор, установленный на указанном цилиндрическом корпусе для облегчения его опорожнения.
Еще одной задачей настоящего изобретения является удовлетворение требований безопасности, связанных с сейсмическим риском, и создание устройства для перемешивания порошкообразного материала, обладающего свободой контролируемого ограниченного движения.
Для решения этой задачи предусмотрено, что устройство для перемешивания порошкообразного материала дополнительно содержит смонтированное на шасси направляющее устройство для направления установленного на шасси цилиндрического корпуса при его вертикальном смещении. Направляющее устройство содержит линейную кольцевую связь с вертикальной осью между цилиндрическим корпусом и шасси, которая расположена, по существу, на одной линии с указанным деформируемым элементом. Кроме того, эта кольцевая связь предпочтительно содержит цилиндр с, по существу, вертикальной осью, жестко прикрепленный к верхней части указанного цилиндрического корпуса и установленный с возможностью скольжения во внутреннем цилиндрическом гнезде сферы, а также связь, жестко прикрепленную к шасси и снабженную внутренним гнездом сферической формы, которое взаимодействует с указанной сферой для образования сферической шарнирной связи. Для снижения до минимума сил трения в вертикальном направлении кольцевая связь дополнительно содержит шарикоподшипник, расположенный между указанным цилиндром и указанной сферой..
Кроме того, указанное направляющее устройство дополнительно содержит по меньшей мере одну точечную связь между нижней частью указанного цилиндрического корпуса и указанным шасси, имеющую нормальную горизонтальную ось. Указанная точечная связь содержит жестко связанную с указанным шасси вертикальную направляющую U-образного сечения с основанием и двумя параллельными поперечными полками, образующими вертикальную дорожку качения, перпендикулярную указанной продольной горизонтальной оси (Ох) указанного цилиндрического корпуса, и цилиндрический ролик круглого сечения, диаметр которого, по существу, равен ширине указанной направляющей, так что периферическая поверхность ролика образует кольцевую поверхность качения, по существу, с горизонтальной осью, перпендикулярной продольной горизонтальной оси для качения по указанной дорожке качения. Указанный цилиндрический ролик связан с указанным цилиндрическим корпусом с помощью материальной оси, первый конец которой жестко прикреплен к цилиндрическому корпусу, а второй образует сферическую шарнирную связь с указанным цилиндрическим роликом.
В направляющем устройстве могут иметься также две точечные связи, расположенные симметрично с двух сторон от вертикальной плоскости симметрии цилиндрического корпуса, проходящей через его горизонтальную продольную ось. Целесообразно предусмотреть также поперечный зазор вдоль поперечной горизонтальной оси между основанием указанной направляющей и указанным цилиндрическим роликом, допускающий некоторое угловое биение указанного цилиндрического корпуса вокруг дополнительной продольной горизонтальной оси, проходящей через сферический шарнир указанной линейной кольцевой связи.
Подобное направляющее устройство допускает ограниченные и контролируемые отклонения при вертикальном смещении цилиндрического корпуса, однако оно накладывает строгие ограничения на движения цилиндрического корпуса во всех других направлениях (горизонтальные смещения и повороты).
В рамках изобретения разработан также способ перемешивания порошкообразного материала, главными отличительными особенностями которого являются использование устройства по настоящему изобретению, которое помещают в защитную камеру, и выбор в качестве перемешиваемого материала радиоактивного порошкообразного материала, предпочтительно диоксида плутония (РuО2), предназначенного для приготовления топлива для атомных электростанций.
Кроме того, предлагается также способ охлаждения и дозирования порций порошкообразного материала на выходе из печи с использованием по меньшей мере двух устройств для перемешивания порошкообразного материала по настоящему изобретению. Данный способ содержит следующие этапы:
a) включают указанные приводные средства каждого устройства для перемешивания порошкообразного материала для приведения во вращение диска каждого устройства для перемешивания порошкообразного материала;
b) выход печи подсоединяют к загрузочному отверстию цилиндрического корпуса первого устройства для перемешивания порошкообразного материала;
c) осуществляют контролируемое заполнение порошкообразным материалом цилиндрического корпуса первого устройства для перемешивания порошкообразного материала, предпочтительно при вращении лопастного диска;
d) переводят указанный выход печи к загрузочному отверстию цилиндрического корпуса второго устройства для перемешивания порошкообразного материала до того, как цилиндрический корпус первого устройства для перемешивания порошкообразного материала заполнен наполовину;
е) опорожняют указанное первое устройство для перемешивания порошкообразного материала по меньшей мере в один приемник в ходе контролируемого заполнения цилиндрического корпуса второго устройства для перемешивания порошкообразного материала с повторением этапа с) для второго устройства для перемешивания порошкообразного материала.
Дополнительные особенности данного способа заключаются в том, что указанные устройства для перемешивания порошкообразного материала содержат жесткое шасси и подвесную систему взвешивания цилиндрического корпуса, такую как весы по типу безмена, содержащие деформируемый (предпочтительно пьезоэлектрический) элемент, который связан с указанным шасси и к которому подвешен цилиндрический корпус. Контроль заполнения каждого цилиндрического корпуса осуществляют согласно данному способу посредством измерения веса каждого цилиндрического корпуса в процессе его заполнения посредством подвесной системы взвешивания, причем вращение указанного диска обеспечивает непрерывное перемешивание порошкообразного материала.
Перечень фигур чертежей
Другие особенности и преимущества изобретения будут пояснены далее в описании примера выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 изображает в продольном разрезе предпочтительный пример выполнения устройства для перемешивания порошкообразных материалов в соответствии с изобретением;
фиг.2 - поперечный разрез по линии II-II на фиг.1;
фиг.3 изображает в увеличенном и частично прозрачном виде часть устройства для перемешивания порошкообразных материалов, которая показана на фиг.2 и содержит цилиндрический корпус, предназначенный для заполнения порошкообразным материалом;
фиг.4 изображает в увеличенном виде узел IV на фиг.1;
фиг.5 изображает в схематичном и частично прозрачном виде цилиндрический корпус в его проекции на виде спереди;
фиг.6 - частичный разрез по линии VI-VI на фиг.5, представляющий участок соединения диска с одной из лопастей;
фиг.7 изображает в увеличенном виде узел VII на фиг.5;
фиг.8 изображает разрез по линии VIII-VIII на фиг.5;
фиг.9 представляет собой в частичном увеличенном виде проекцию передаточного отверстия в направлении стрелки IX на фиг.8;
фиг.10 схематично изображает на виде сбоку кинематическую связь между цилиндрическим корпусом и шасси устройства для перемешивания порошкообразных материалов;
фиг.11 схематично изображает в перспективе механические связи между цилиндрическим корпусом и шасси устройства для перемешивания порошкообразных материалов;
фиг.12-15 иллюстрируют конструктивное выполнение связей, показанных на фиг.11.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Устройство 20 для перемешивания порошкообразных материалов содержит в качестве основных узлов шасси 21 и цилиндрический корпус 22, предназначенный для загрузки порошкообразным материалом, подлежащим смешиванию или гомогенизации.
Цилиндрическое внутреннее пространство корпуса 22 разделено с помощью лопастного диска 23, коаксиального корпусу 22, на два цилиндрических отделения V1 и V2, по существу, равных объемов.
Вращение лопастного диска 23 осуществляется установленным на шасси 21 двигателем 24 через трансмиссию с передачей вращения на горизонтальный вал 25 трансмиссии, жестко соединенный с лопастным диском 23. По причинам, которые будут пояснены ниже, двигатель 24 имеет направленный вверх вертикальный выходной вал, а трансмиссия содержит последовательно карданное сочленение 26, в предпочтительном исполнении два карданных сочленения 26, и передаточный механизм 27 с взаимно перпендикулярными валами, подсоединенный к валу 25 трансмиссии.
Согласно изобретению между цилиндрическим корпусом 22 и валом 25 трансмиссии предусмотрены средства уплотнения в месте пересечения валом стенки цилиндрического корпуса.
Необходимо также предусмотреть средства уплотнения между внутренним пространством цилиндрического корпуса 22 и окружающей средой, например, в виде неподвижных уплотнительных колец 28 и 28’, показанных на фиг.1-4.
Как показано на фиг.4, цилиндрический корпус 22 открыт по оси (Ох) вращения со стороны вала 25 трансмиссии с тем, чтобы вал 25 трансмиссии мог быть соединен с лопастным диском 23. Цилиндрическая втулка 221, с одной стороны, позволяет установить на опорах вал 25 трансмиссии, и с другой стороны, служит для установки уплотнительного кольца 28’ и образует продолжение задней стенки цилиндрического корпуса 22 в виде открытого диска, обращенного к передаточному механизму 27.
На фиг.2 и 3 обозначены уровни N1 и N2, представляющие соответственно минимальный и максимальный уровни заполнения порошкообразным материалом цилиндрического корпуса 22, который образует перемешивающий рабочий орган устройства 20. Предпочтительно эти уровни N1 и N2 расположены ниже центра О круглого сечения цилиндрического корпуса, так как передача порошкообразного материала из одного отделения в другое осуществляется над центром, как будет описано далее.
Как уже указывалось, вертикальный лопастной диск 23 разделяет внутренний объем цилиндрического корпуса 22 на два цилиндрических отделения V1 и V2 одинаковой емкости.
Согласно другой существенной особенности изобретения цилиндрический корпус 22 имеет геометрию под названием “ниже критической”. Эта геометрия соответствует условиям безопасности и критичности по максимальной допустимой глубине цилиндрического корпуса и в сочетании с максимальным объемом загружаемой массы для перемешивания (объемом меньше половины объема цилиндрического корпуса) обусловливает большой диаметр цилиндрического корпуса 22. Таким образом, цилиндрический корпус выполнен “зеркально симметричным”.
Загрузочное отверстие 22а позволяет подавать порошкообразный материал в цилиндрический корпус 22 на уровне его верхней части, а разгрузочное отверстие 22b находится в днище цилиндрического корпуса 22 и в комбинации с разгрузочным клапаном 29 позволяет производить разгрузку порошкообразного материала после его гомогенизации.
Лопастной диск 23 имеет диаметр, равный внутреннему диаметру цилиндрического корпуса 22, что позволяет получить почти плотный контакт, изолирующий переднее и заднее отделения V1 и V2. В действительности между лопастным диском и цилиндрическим корпусом есть некоторый зазор для обеспечения возможности их относительного движения. Из-за этого зазора перетекание порошкообразного материала не устраняется полностью, однако оно сводится к минимуму и не оказывает влияния на перемешивание.
На фиг.5-9 показана конструкция лопастного диска 23, который является внутренним подвижным органом в цилиндрическом корпусе 22, образующем контейнер для порошкообразного материала.
Лопастной диск 23 имеет на своей передней и задней поверхностях 231 и 232, соответственно, по две лопасти 30, расположенные симметрично друг другу относительно центра О, причем все четыре лопасти 30 равномерно разнесены по окружности с угловым шагом 90°.
Каждая лопасть 30 имеет в поперечном сечении форму улитки или ресницы, которая проходит, по существу, радиально от периферийной кромки диска 23, где она имеет практически плотный контакт с кольцевой стенкой цилиндрического корпуса, в направлении оси вращения (Ох) до центральной круговой зоны диска 23 радиусом, предпочтительно меньшим или равным одной четверти радиуса диска 23.
Каждая лопасть 30 имеет, по существу, L-образную форму с, по существу, радиальным криволинейным участком 30а и отходящим от него радиально внутренним концевым участком 30b, образующим основание L-образной формы.
Каждая лопасть 30 связана с передаточным отверстием 31, которое проходит насквозь через центральную зону 23а диска 23 и имеет примерно прямоугольное поперечное сечение. Согласно другой отличительной особенности изобретения радиально внутренний концевой участок 30b каждой лопасти проходит вдоль кромки соответствующего передаточного отверстия 31. Как показано на фиг.5, радиально внутренний концевой участок 30b каждой лопасти в предпочтительном исполнении имеет U-образную конфигурацию и проходит вдоль кромки соответствующего передаточного отверстия 31, окаймляя три стороны его сечения. Таким образом, когда лопасть 30 при вращении лопастного диска 23 выходит из массы порошкообразного материала, она захватывает элементарный объем этого материала, и он полностью передается в другое отделение. Эта возможность обеспечивается тем, что когда лопасть находится в своем верхнем положении, передаточное отверстие 31 находится над центром О диска 23, в то время как максимальный уровень порошкообразного материала лежит под центром О. Радиально внутренний концевой участок 30b лопасти образует ковш с отверстием, передающий на другую сторону диска весь элементарный объем порошкообразного материала, который соскальзывает вдоль, по существу, радиального участка 30a по мере подъема лопасти 30.
За счет описанного процесса при вращении лопастного диска 23 лопасти 30 приводят в движение массу порошкообразного материала, при этом он скользит под действием гравитационной силы вдоль каждого, по существу, радиального участка 30а в направлении соответствующего передаточного отверстия 31, так что часть материала передается из одного отделения в другое.
Направление порошкообразного материала обеспечивается тем, что каждая лопасть имеет поперечную кромку 30с (фиг.6) и внешнюю концевую кромку 30d (фиг.7). Указанные кромки выполнены скошенными, что позволяет обеспечить практически плотный контакт со стенками цилиндрического корпуса 22, то есть соответственно с его дисковыми торцевыми стенками и кольцевой боковой стенкой.
Разумеется, на каждой поверхности 231 и 23 2 лопастного диска 23 может быть предусмотрено другое число лопастей 30 при условии, что на каждой поверхности будет по меньшей мере одна лопасть 30.
Масса порошкообразного материала, передаваемого из одного отделения в другое при каждой половине оборота диска 23, зависит от числа и сечения передаточных отверстий 31. Если эта масса, передаваемая за половину оборота диска, равна 1/8 общей массы, то число поверхностей раздела, создаваемых в среде, составит в среднем 8. После полного оборота (2 цикла) это число будет равно 82. Таким образом, число поверхностей раздела между двумя первоначальными массами загрузки в отделениях V1 и V2 возрастает по экспоненте, при этом перемешивание производится методом квартования, что позволяет быстро получить очень большое число поверхностей раздела, то есть перемешивание порошкообразного материала осуществляется оптимальным образом для достижения гранулометрической и изотопной однородности без расслоения материала.
Как было указано выше, устройство для перемешивания порошкообразного материала в соответствии с изобретением также особенно пригодно для непрерывного измерения массы цилиндрического корпуса 22, заполненного порошкообразным материалом, а именно в процессе его заполнения. Благодаря этому можно легко определить момент прекращения загрузки через загрузочное отверстие 22а, когда материал достигнет номинального уровня N1.
Для этой цели устройство 20 для перемешивания порошкообразного материала содержит подвесную систему взвешивания, встроенную в подвеску цилиндрического корпуса 22 на шасси 21 (фиг.10 и 11). Предпочтительно подвесная система взвешивания выполнена в виде весов 34 по типу безмена и содержит деформируемый элемент в виде пьезоэлектрического элемента. Эти весы помещены над цилиндрическим корпусом 22 и расположены, по существу, на одной вертикали с центром О лопастного диска 23.
При этом очевидно, что изменение массы цилиндрического корпуса 22 в процессе заполнения вызывает удлинение подвески, а амплитуда удлинения, порядка примерно 0,5 мм, позволяет определить массу порошкообразного материала в цилиндрическом корпусе 22.
Вертикальное смещение цилиндрического корпуса 22 в процессе его заполнения вызывает необходимость того, чтобы трансмиссия привода между выходным валом двигателя 24 и приводным валом 25 трансмиссии, которая содержит два карданных сочленения 26 и передаточный механизм 27 с взаимно перпендикулярными валами, сопровождала движение подъема или опускания цилиндрического корпуса 22 и не мешала процессу измерения его массы.
Поскольку передаточный механизм 27 с взаимно перпендикулярными валами, приводной вал 25 трансмиссии и лопастной диск 23 являются жесткими звеньями и жестко связаны с цилиндрическим корпусом 22, необходимые степени свободы обеспечиваются двумя карданными сочленениями 26, что позволяет всей трансмиссии сопровождать смещения цилиндрического корпуса 22. Таким образом, эти карданные сочленения 26 позволяют компенсировать изменения взаимной настройки между выходным валом двигателя 24 и входным валом передаточного механизма 27, связанного с подвижным цилиндрическим корпусом 22.
В результате этого решения устройство 20 для перемешивания порошкообразного материала содержит трансмиссию между связанными с шасси 21 средствами привода, с одной стороны, и валом 25 трансмиссии, с другой стороны, при этом указанная трансмиссия способна сопровождать движение цилиндрического корпуса 22 в процессе его заполнения, опорожнения и/или вращения лопастного диска.
Кинематическая связь весов 34 с цилиндрическим корпусом 22, с одной стороны, и с шасси 21, с другой стороны, схематично изображены на фиг.10, на которой схематично показана и кинематическая цепь трансмиссии.
После заполнения цилиндрического корпуса 22 или в процессе его заполнения порошкообразный материал перемешивается при вращении лопастного диска 23. Вследствие этого цилиндрический корпус 22 подвергается, кроме ограниченного вертикального смещения вниз, также воздействию сил поворота вокруг вертикальной оси Oz и качанию вокруг горизонтальной оси 
, параллельной его оси Ох, как будет описано далее. Для того чтобы эти колебания не оказывали возмущающего воздействия на измерение массы весами 34, между цилиндрическим корпусом 22 и шасси 21 предусмотрена дополнительная шарнирная связь в виде двух сферических шарниров D и F, с одной стороны, между весами 34 и шасси и, с другой стороны, между весами 34 и верхней частью цилиндрического корпуса 22. Как показано на фиг.10 и 11, сферические шарниры D и F расположены, по существу, на одной вертикали с вертикальной осью Oz симметрии цилиндрического корпуса 22.
Вследствие ограниченной подвижности цилиндрического корпуса 22 устройство 20 для перемешивания порошкообразного материала дополнительно оснащено по меньшей мере одним вибратором 35, который установлен на цилиндрическом корпусе 22 и служит для облегчения его опорожнения, снижения остатка порошкообразного материала на внутренних стенках корпуса при нормальной работе лопастного диска 23, а также в случае его случайного блокирования. Как показано на фиг.2, предпочтительно два вибратора 35 установлены симметрично с двух сторон от плоскости симметрии (Ox, Oz) цилиндрического корпуса 22. В этом случае, как показано на фиг.10, соединение между разгрузочным клапаном 29 и разгрузочным трубопроводом 36 и между загрузочным отверстием 22а и загрузочным трубопроводом 37 осуществляется с помощью сильфонов 38.
В тех случаях, когда устройство 20 для перемешивания порошкообразного материала используется в целях гомогенизации больших масс радиоактивного порошкообразного материала, а именно диоксида плутония (РuО2), который может быть предназначен для приготовления топлива (МОХ) для атомных электростанций, устройство 20 помещают в защитную камеру для изоляции от внешней среды. Однако этой меры предосторожности недостаточно для удовлетворения условий безопасности в связи с сейсмическим риском. Поэтому, по меньшей мере для данного типа использования, должна быть предусмотрена механическая система ограничения возможных смещений цилиндрического корпуса 22 относительно шасси 21, чтобы предотвратить удары цилиндрического корпуса в стенки защитной камеры в случае сейсмических толчков. Из-за необходимости взвешивания цилиндрического корпуса 22 степени свободы этого корпуса должны быть ограничены посредством дополнительной связи направления вертикального смещения. Это направление вертикального смещения реализовано в виде направляющей системы вертикального смещения, которая служит для сведения к минимуму на уровне весов возмущений от сил трения.
На фиг.11-13 изображена направляющая система вертикального смещения цилиндрического корпуса 22 относительно шасси 21. Направляющее действие обеспечивается системой связей (А, В и С), которые в достаточной степени блокируют степень свободы цилиндрического корпуса 22 относительно шасси 21, чтобы предотвращать броски цилиндрического корпуса на стенки защитной камеры в случае сейсмических толчков. В то же время компоновочная схема связей сводит к минимуму силы трения при сопровождении всех вертикальных компонентов (то есть по оси Oz).
Направляющая система содержит, во-первых, линейную кольцевую связь А по вертикальной оси Oz между цилиндрическим корпусом 22 и шасси 21 (см. фиг.11), расположенную, по существу, на одной вертикали с весами 34 системы взвешивания.
На фиг.12 и 13 подробно показана конструкция этой линейной кольцевой связи А. Цилиндр 22с круглого сечения с вертикальной осью укреплен одним концом на цилиндрическом корпусе 22 и входит с возможностью скольжения во внутреннее цилиндрическое гнездо круглого сечения во внутренней сфере 42, предпочтительно с установкой с помощью шарикоподшипника 40. Далее связь 21а жестко укреплена на шасси 21 и оснащена внутренним гнездом сферической формы, которое образует внешнюю сферу, взаимодействующую с внутренней сферой 42 с образованием сферического шарнира.
Шарикоподшипник 40 сводит к минимуму силы трения между цилиндром 22с и внутренней сферой 42, так что цилиндр 22с может смещаться в вертикальном направлении вдоль вертикальной оси Oz, расположенной на расстоянии L от шасси 21, а также поворачиваться вокруг этой вертикальной оси.
Горизонтальная ось А качания, вокруг которой может качаться цилиндрический корпус 22, пересекает центр линейной кольцевой связи А, как это показано на фиг.11.
Очевидно, необходимо ограничить угловое качание цилиндрического корпуса 22 вокруг оси . Это ограничение обеспечивается связями В и С, показанными на фиг.11 и 14-15. Каждая из связей В и С представляет собой точечную связь с нормальной горизонтальной продольной осью, параллельной оси (Ох), и допускает вертикальное относительное смещение между нижней частью цилиндрического корпуса 22 и шасси 21.
Конструктивно связи В и С выполнены следующим образом. Вертикальная направляющая 21b жестко укреплена на шасси 21 и имеет U-образное поперечное сечение с основанием и двумя поперечными параллельными полками, которые образуют вертикальную дорожку качения в поперечном направлении относительно продольной горизонтальной оси Ох цилиндрического корпуса 22.
Кроме того, точечные связи В и С содержат цилиндрический ролик 44 круглого сечения, диаметр которого примерно равен ширине направляющей 21b, так что поверхность ролика образует поверхность качения с движением вдоль направляющей и вращением вокруг, по существу, горизонтальной оси, параллельной поперечному направлению Оy. Цилиндрический ролик 44 связан с цилиндрическим корпусом 22 с помощью материальной оси 22d, один конец которой жестко прикреплен к цилиндрическому корпусу 22, а второй конец связан с роликом 44 с помощью сферической опоры 46 (фиг.14). Таким образом, сферическая опора 46 обеспечивает вертикальное перемещение ролика в направляющей 21b с качением без скольжения, даже если материальная ось 22d находится не в перпендикулярном положении относительно основания направляющей 21b, что снижает вертикальные силы трения.
Кроме того, за счет реактивного усилия F (фиг.15), передаваемого направляющей на ролик 44, точечные связи В и С препятствуют повороту цилиндрического корпуса 22 вокруг вертикальной оси Oz под действием динамики движения массы порошкообразного материала при перемешивании, стремящейся повернуть цилиндрический корпус 22 вокруг оси .
Вследствие поворота цилиндрического корпуса 22 вокруг вертикальной оси Oz и его качания вокруг оси ролики 44 каждой связи В и С могут принудительно смещаться со скольжением в поперечном направлении Оy. Это смещение допускается и ограничивается монтажным зазором в несколько миллиметров между задним торцом ролика 44 и основанием направляющей 21b.
Следует отметить, что указанный зазор весьма ограничен, поэтому связи В и С можно считать точечными, а не линейными кольцевыми. При работе устройства повороты цилиндрического корпуса 22 вокруг оси имеют небольшую амплитуду, так что ролики 44 связей В и С никогда не доходят до контакта с основанием направляющей 21b. Кроме того, скольжение роликов 44 создает поперечное усилие, которое противодействует движению цилиндрического корпуса 22 в направлении Оу и не оказывает влияния на измерение массы, так как оно не направлено вдоль вертикальной оси Oz.
Таким образом, система связей обеспечивает направление вертикального перемещения цилиндрического корпуса 22 и не допускает бросков корпуса на стенки защитной камеры в случае сейсмических толчков, так как она допускает только две степени свободы движения цилиндрического корпуса 22 относительно шасси 21, а именно свободу смещения по оси Oz и поворот вокруг оси , параллельной оси Ох.
В случае сейсмических толчков эти две степени свободы ограничены следующим образом.
Смещение вдоль оси Oz ограничено, во-первых, весами 34. Далее, даже если весы поддадутся действующей силе, линейная кольцевая связь А имеет такой характер, что цилиндр 22с будет скользить под действием силы тяжести во внутренней сфере 42 до тех пор, пока цилиндрический корпус 22 не упрется в эту внутреннюю сферу 42, которая зафиксирована от смещения относительно шасси 21 и будет блокировать вертикальное опускание цилиндрического корпуса 22.
Поворот цилиндрического корпуса 22 вокруг оси (поворот вокруг оси, параллельной оси Ох) ограничен выполнением связей В и С в виде практически точечных связей. Действительно, если цилиндрический корпус 22 при своем качании поворачивается на ненормально большой угол вокруг оси , ролик 44 связи В или С войдет в упорный контакт с основанием профиля соответствующей направляющей 21b.
Необходимо отметить, что для поддержания на постоянном минимальном уровне усилий на уровне связей В и С в плоскости осей Ох, Оy необходимо уравновесить комплекс трансмиссии привода и цилиндрического корпуса 22 таким образом, чтобы при изменении уровня заполнения цилиндрического корпуса 22 центр G тяжести этого комплекса был всегда расположен в плоскости осей Ох, Оy.
В наиболее предпочтительном варианте выполнения могут применяться два описанных устройства 20 для перемешивания порошкообразного материала для осуществления способа охлаждения и дозирования порций порошкообразного материала на выходе из печи, такой как обжиговая печь, на заключительном этапе переработки ядерного топлива в соответствии со следующими этапами способа:
a) включают указанные приводные средства 24 каждого устройства 20 для приведения лопастного диска 23 каждого устройства 20 в движение для перемешивания порошкообразного материала;
b) выход печи подсоединяют к загрузочному отверстию 22а цилиндрического корпуса 22 первого устройства 20 для перемешивания порошкообразного материала;
c) осуществляют контролируемое заполнение порошкообразным материалом цилиндрического корпуса 22 первого устройства 20 для перемешивания порошкообразного материала в оптимальном варианте при вращении лопастного диска;
d) переводят указанный выход печи к загрузочному отверстию 22а цилиндрического корпуса 22 второго устройства 20 для перемешивания порошкообразного материала до того, как цилиндрический корпус 22 первого устройства 20 для перемешивания порошкообразного материала заполнен наполовину;
е) опорожняют указанное первое устройство 20 для перемешивания порошкообразного материала по меньшей мере в один приемник в ходе контролируемого заполнения цилиндрического корпуса 22 второго устройства 20 для перемешивания порошкообразного материала с повторением этапа с) для второго устройства для перемешивания порошкообразного материала.
Согласно предпочтительной особенности настоящего изобретения контроль заполнения каждого цилиндрического корпуса 22 осуществляют посредством измерения веса данного цилиндрического корпуса 22 в процессе заполнения с помощью описанной подвесной системы взвешивания с одновременным непрерывным перемешиванием порошкообразного материала вращающимся лопастным диском 23.
Таким образом, в соответствии со способом по изобретению осуществляют переход от непрерывного потока порошкообразного материала (РuО 2 на выходе обжиговой печи) к дозированным порциям (поочередное опорожнение цилиндрических корпусов 22 двух (или более) устройств для перемешивания порошкообразного материала, на выходе которых получают дозированные порции с очень сходными характеристиками).
Формула изобретения
1. Устройство (20) для перемешивания порошкообразного материала, содержащее цилиндрический корпус (22) круглого сечения с продольной, по существу, горизонтальной осью (Ох), снабженный уплотнениями и содержащий две стенки в виде дисков и кольцевую стенку, причем указанный корпус снабжен по меньшей мере одним загрузочным отверстием (22а), расположенным в верхней части корпуса, и по меньшей мере одним разгрузочным отверстием (22b), расположенным в днище корпуса, и лопасти (30), установленные внутри цилиндрического корпуса с возможностью вращения вокруг указанной горизонтальной оси, горизонтальный вал (25) трансмиссии, жестко соединенный с центром указанного диска для приведения указанных лопастей (30) во вращение, и приводные средства (24), обеспечивающие вращение указанного вала трансмиссии, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит диск (23), помещенный коаксиально внутри указанного корпуса, причем кромка указанного диска (23) находится, по существу, в контакте с кольцевой стенкой для разделения указанного корпуса на два цилиндрических отделения, по существу, равных объемов, причем на каждой из поверхностей диска (23) расположена по меньшей мере одна лопасть (30), которая находится, по существу, в контакте по меньшей мере со смежной ей стенкой в виде диска, при этом указанная лопасть (30) служит для направления порошкообразного материала в процессе вращения диска (23) на радиально внутренний концевой участок (30b) данной лопасти вблизи передаточного отверстия (31), проходящего сквозь указанный диск (23) таким образом, чтобы допускать проход по меньшей мере части порошкообразного материала из одного отделения в другое при каждом обороте диска (23), причем указанные лопасти (30) установлены со взаимным угловым смещением.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что указанные лопасти (30) выполнены, по существу, L-образной конфигурации, причем указанный радиально внутренний концевой участок (30b) образует основание L-образной конфигурации и проходит вдоль части кромки указанного соответствующего передаточного отверстия (31).
3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что указанные лопасти содержат, по существу, радиальный участок (30а), который образует стойку L-образной конфигурации и выполнен криволинейным.
4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что указанное передаточное отверстие (31) выполнено, по существу, прямоугольным в сечении, а указанный радиально внутренний концевой участок (30b) лопасти выполнен U-образным по форме и проходит вдоль части кромки указанного передаточного отверстия (31), соответственно, вдоль трех сторон сечения этого отверстия.
5. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что указанный диск (23) снабжен на каждой из своих поверхностей двумя лопастями (30), расположенными симметрично по отношению друг другу, при этом четыре лопасти (30) равномерно разнесены с угловым шагом 90°.
6. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что каждая лопасть (30) проходит, по существу, радиально от кромки указанного диска (23) в контакте с указанной кольцевой стенкой цилиндрического корпуса (22) до центральной зоны диска, радиус которой меньше или равен одной четверти радиуса этого диска (23).
7. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит средства уплотнения между цилиндрическим корпусом (22) и указанным валом (25) трансмиссии.
8. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит жесткое шасси (21) и подвесную систему взвешивания указанного цилиндрического корпуса (22), такую как весы по типу безмена, содержащие деформируемый элемент (34), который связан с указанным шасси (21) и к которому подвешен указанный цилиндрический корпус (22), причем изменение длины указанного деформируемого элемента (34) следует за изменением веса указанного цилиндрического корпуса (22) в процессе его заполнения, опорожнения и/или вращения диска (23).
9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит трансмиссию (26, 27) между указанными жестко связанными с шасси (21) приводными средствами (24) с одной стороны и указанным валом (25) трансмиссии с другой стороны, причем указанная трансмиссия выполнена с возможностью сопровождения движения цилиндрического корпуса (22) в процессе его заполнения, опорожнения и/или вращения диска (23).
10. Устройство по п.9, отличающееся тем, что указанная трансмиссия содержит по меньшей мере одно карданное сочленение (26).
11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что указанные приводные средства (24) содержат вертикальный выходной вал, а указанная трансмиссия дополнительно содержит передаточную систему (27) между двумя перпендикулярными валами, расположенную между указанным карданным сочленением (26) и указанным валом (25) трансмиссии.
12. Устройство по любому из пп.8-11, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит сферические шарнирные связи (D, F), с одной стороны, между шасси (21) и указанным деформируемым элементом (34), и с другой стороны, между указанным деформируемым элементом (34) и указанным цилиндрическим корпусом (22).
13. Устройство по любому из пп.8-12, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит по меньшей мере один вибратор (35), установленный на указанном цилиндрическом корпусе (22) для облегчения его опорожнения.
14. Устройство по любому из пп.8-13, отличающееся тем, что указанный деформируемый элемент (34) представляет собой пьезоэлектрический элемент.
15. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит смонтированное на указанном шасси (21) направляющее устройство (А, В, С) для направления указанного цилиндрического корпуса (22) при его вертикальном смещении.
16. Устройство по п.15, отличающееся тем, что указанное направляющее устройство содержит линейную кольцевую связь (А) с вертикальной осью между указанным цилиндрическим корпусом (22) и указанным шасси (21), причем указанная линейная кольцевая связь (А) расположена, по существу, на одной линии с указанным деформируемым элементом (34).
17. Устройство по п.16, отличающееся тем, что указанная кольцевая связь (А) дополнительно содержит цилиндр (22с) с, по существу, вертикальной осью, жестко прикрепленной к верхней части указанного цилиндрического корпуса (22) и установленный с возможностью скольжения во внутреннем цилиндрическом гнезде сферы (42), и связь (21а), жестко прикрепленную к шасси (21) и снабженную внутренним гнездом сферической формы, которое взаимодействует с указанной сферой (42) для образования сферической шарнирной связи.
18. Устройство по п.17, отличающееся тем, что указанная линейная кольцевая связь (А) дополнительно содержит шарикоподшипник (40), расположенный между указанным цилиндром (22с) и указанной сферой (42) для снижения до минимума сил трения в вертикальном направлении.
19. Устройство по п.16, отличающееся тем, что указанное направляющее устройство дополнительно содержит по меньшей мере одну точечную связь (В, С) между нижней частью указанного цилиндрического корпуса (22) и указанным шасси (21), имеющую нормальную горизонтальную ось.
20. Устройство по п.19, отличающееся тем, что указанная точечная связь (В, С) содержит жестко связанную с указанным шасси (21) вертикальную направляющую (21b) U-образного сечения с основанием и двумя параллельными поперечными полками, образующими вертикальную дорожку качения, перпендикулярную указанной продольной горизонтальной оси (Ох) указанного цилиндрического корпуса (22), и цилиндрический ролик (44) круглого сечения, диаметр которого, по существу, равен ширине указанной направляющей, так что периферическая поверхность ролика образует кольцевую поверхность качения, по существу, с горизонтальной осью, перпендикулярной указанной продольной горизонтальной оси (Ох) для качения по указанной дорожке качения, причем указанный цилиндрический ролик (44) связан с указанным цилиндрическим корпусом (22) с помощью материальной оси (22d), первый конец которой жестко прикреплен к указанному цилиндрическому корпусу (22).
21. Устройство по п.20, отличающееся тем, что второй конец указанной материальной оси (22d) образует сферическую шарнирную связь с указанным цилиндрическим роликом (44).
22. Устройство по любому из пп.19-21, отличающееся тем, что указанное направляющее устройство содержит две точечные связи (В, С), расположенные симметрично с двух сторон от вертикальной плоскости (Oz, Ох) симметрии цилиндрического корпуса (22), проходящей через его горизонтальную продольную ось (Ох).
23. Устройство по п.20, отличающееся тем, что в нем предусмотрен поперечный зазор вдоль поперечной горизонтальной оси (Оy) между основанием указанной направляющей (21b) и указанным цилиндрическим роликом (44), допускающий некоторое угловое биение указанного цилиндрического корпуса (22) вокруг дополнительной продольной горизонтальной оси (), проходящей через сферический шарнир указанной линейной кольцевой связи (А).
24. Способ охлаждения и дозирования порций порошкообразного материала на выходе из печи с использованием по меньшей мере двух устройств (20) для перемешивания порошкообразного материала по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что он содержит следующие этапы: а) включают указанные приводные средства (24) каждого устройства (20) для перемешивания порошкообразного материала для приведения во вращение диска (23) каждого устройства для перемешивания порошкообразного материала; b) выход печи подсоединяют к загрузочному отверстию (22а) цилиндрического корпуса (22) первого устройства для перемешивания порошкообразного материала; с) осуществляют контролируемое заполнение порошкообразным материалом цилиндрического корпуса (22) первого устройства для перемешивания порошкообразного материала, предпочтительно при вращении лопастного диска; d) переводят указанный выход печи к загрузочному отверстию (22а) цилиндрического корпуса второго устройства для перемешивания порошкообразного материала до того, как цилиндрический корпус (22) первого устройства для перемешивания порошкообразного материала заполнен наполовину; е) опорожняют указанное первое устройство для перемешивания порошкообразного материала по меньшей мере в один приемник в ходе контролируемого заполнения цилиндрического корпуса (22) второго устройства для перемешивания порошкообразного материала с повторением этапа с) для второго устройства для перемешивания порошкообразного материала.
25. Способ по п.24, отличающийся тем, что указанные устройства для перемешивания порошкообразного материала являются устройствами по п.8, а контроль заполнения каждого цилиндрического корпуса (22) осуществляют посредством измерения веса каждого указанного цилиндрического корпуса (22) в процессе его заполнения посредством подвесной системы взвешивания, в то время как вращение указанного диска (23) обеспечивает непрерывное перемешивание указанного порошкообразного материала.
26. Способ перемешивания порошкообразного материала с применением устройства для перемешивания порошкообразного материала, подаваемого в цилиндрический корпус (22) устройства, отличающийся тем, что в качестве указанного устройства используют устройство по любому из пп.1-23, которое помещают в защитную камеру, а в качестве перемешиваемого материала выбирают радиоактивный порошкообразный материал, предпочтительно диоксид плутония (PuO2), предназначенный для приготовления топлива для атомных электростанций.
РИСУНКИ
