Устройство для гомогенизации порошкового материала и способ гомогенизации с использованием этого устройства (варианты) - RU2291741C2

Чертежи

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к устройству для гомогенизации порошкового материала и к способу гомогенизации с использованием этого устройства.

Более конкретно, но не исключительно, настоящее изобретение относится к устройству для гомогенизации порошкового материала, специально предназначенному для выделяющего тепло вредного порошкового материала, в частности радиоактивного порошкового материала, такого как оксид плутония или, конкретнее, диоксид плутония (PuO₂).

Такое устройство для гомогенизации должно одновременно обеспечивать удовлетворение требований по гомогенности (однородности), гранулометрии и изотопной композиции порошкового материала и при этом не допускать расслаивания и обеспечивать отвод выделяемого тепла, характерного для ряда вредных порошковых материалов и их смесей.

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, в том числе с целью гомогенизации, радиоактивных порошкообразных материалов по заявке Японии №06-007660, 1994. Данное устройство содержит цилиндрический корпус (10) круглого поперечного сечения с, по существу, горизонтальной осью, снабженный уплотнениями и имеющий 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 горизонтальном валу трансмиссии, связанном с приводными средствами, обеспечивающими его вращение, закреплены лопасти (11), осуществляющие перемешивание загруженного в корпус материала для повышения его гомогенности.

Указанное устройство, как и другие известные устройства для перемешивания порошкообразных материалов, не обеспечивает удовлетворения всех перечисленных условий, в частности эффективного отвода тепла, выделяемого гомогенизируемым порошковым материалом.

Сущность изобретения

Таким образом, задача, решаемая настоящим изобретением, заключается в создании устройства и способа для гомогенизации порошковых материалов (включая вредные, в том числе радиоактивные и выделяющие тепло), позволяющих эффективно удовлетворить все основные требования, предъявляемые к обработке материалов указанного типа.

Кроме того, целью настоящего изобретения является создание устройства, которое может быть встроено в производственную линию обработки между предшествующим и последующим устройствами и позволяет подавать порошковый материал к последующему устройству при условии контролируемой и регулируемой подачи порошкового материала от устройства для гомогенизации к последующему устройству.

В соответствии с изобретением решение поставленной задачи достигается за счет создания устройства для гомогенизации порошкового материала, характеризующегося тем, что содержит:

цилиндрический корпус круглого поперечного сечения с, по существу, горизонтально расположенной осью, снабженный уплотнениями и выполненный в виде цилиндрической обечайки, закрытой на торцах двумя стенками в форме дисков, причем указанный корпус снабжен, по меньшей мере, одним загрузочным отверстием, расположенным в верхней части этого корпуса, и, по меньшей мере, одним разгрузочным отверстием в днище этого корпуса,

цилиндрический барабанный узел круглого поперечного сечения, расположенный внутри корпуса и выполненный коаксиальным корпусу и изолированным вместе с ним, причем указанный барабанный узел содержит внутренний барабан и наружный барабан, каждый из которых снабжен цилиндрической стенкой, закрытой на своих торцах двумя стенками в форме дисков, при этом наружная поверхность цилиндрической стенки наружного барабана снабжена лопастями, которые позволяют гомогенизировать порошковый материал, находящийся в кольцевом пространстве, образованном между цилиндрической стенкой наружного барабана и обечайкой корпуса, а между указанными внутренним и наружным барабанами образовано цилиндрическое пространство,

вал, который проходит по указанной горизонтальной оси через указанный цилиндрический корпус, будучи установленным в подшипнике в области каждой торцевой стенки, и на котором жестко укреплен указанный барабанный узел, причем указанный вал имеет первую концевую часть, снабженную первым внутренним продольным каналом, и вторую концевую часть, снабженную вторым внутренним продольным каналом, при этом первый канал подсоединен снаружи корпуса к системе подачи охлажденного воздуха, указанная первая концевая часть снабжена внутри корпуса, по меньшей мере, одним впускным отверстием для ввода охлажденного воздуха от указанного первого канала в указанное цилиндрическое пространство, указанная вторая концевая часть снабжена внутри корпуса, по меньшей мере, одним выпускным отверстием, которое связывает указанное цилиндрическое пространство с указанным вторым каналом, подсоединенным снаружи корпуса к системе отвода воздуха для выпуска воздуха из указанного цилиндрического пространства,

систему уплотнения, которой оснащен каждый подшипник, и

приводные средства для приведения во вращение указанного вала.

Понятно, что в данном техническом решении используется внутренняя система охлаждения устройства для гомогенизации и находящегося в нем порошкового материала. Понятно также, что это решение позволяет осуществлять гомогенизацию путем перемешивания порошкового материала, находящегося в кольцевом пространстве, образованном между цилиндрической стенкой наружного барабана и обечайкой стационарного корпуса. В данном устройстве охлаждение порошкового материала возможно за счет присутствия холодного воздуха внутри цилиндрического пространства, образованного между наружным и внутренним барабанами. Такое выполнение обеспечивает создание обширной поверхности теплообмена между холодным воздухом и порошковым материалом (по всей поверхности цилиндрической стенки наружного барабана).

В предпочтительном варианте осуществления изобретения указанная система уплотнения содержит, по меньшей мере, один сальник, а система подачи охлажденного воздуха содержит подводящий трубопровод для охлажденного воздуха, установленный на поворотном соединительном устройстве. Это соединительное устройство расположено снаружи корпуса вокруг указанной первой концевой части вала таким образом, что подводящий трубопровод выполнен сообщающимся с указанным первым каналом. Указанное соединительное устройство содержит также внутреннее кольцевое пространство, сообщающееся, с одной стороны, с указанным подводящим трубопроводом и, с другой стороны, в области, по меньшей мере, одного впускного отверстия, с указанным первым каналом.

Кроме того, указанная первая концевая часть предпочтительно снабжена, по меньшей мере, одним впускным отверстием, а указанная вторая концевая часть снабжена внутри корпуса, по меньшей мере, одним выпускным отверстием.

Желательно также, чтобы между каждой торцевой стенкой цилиндрического корпуса и стенкой в виде диска соответствующего барабана было установлено скребковое устройство для предотвращения отложения порошкового материала.

Предпочтительно указанные лопасти выполнены винтовыми и образуют витки винтов с противоположным направлением навивки на каждой осевой половине наружного барабана.

Здесь и в дальнейшем под выражением «осевая половина» внутреннего барабана или наружного барабана имеется в виду одна из двух частей соответствующего барабана (или первый продольный полубарабан), отделенная от другой части (т.е. от второго продольного полубарабана) поперечной плоскостью, перпендикулярной продольному направлению (XX') барабана и расположенной на середине длины соответствующего барабана. На фиг.1 и 2 эта поперечная плоскость проходит через оси (YY') и (ZZ').

Далее, в предпочтительном варианте выполнения цилиндрическая стенка каждой осевой половины наружного барабана снабжена на своей наружной поверхности внутренней винтовой лопастью, которая укреплена на указанной наружной поверхности по всей длине указанной осевой половины, и наружной винтовой лопастью, которая проходит на расстоянии от указанной наружной поверхности по всей длине указанной осевой половины. При этом на каждой осевой половине указанные внутренняя и наружная лопасти образуют витки винтов с противоположным направлением навивки.

С целью дальнейшего улучшения теплообмена внутри устройства для гомогенизации предпочтительно предусмотрено, что в пространстве между наружным и внутренним барабанами имеются ребра или лопатки.

Для повышения эффективности охлаждения порошкового материала устройством для гомогенизации согласно особенно оптимальному примеру выполнения предусмотрено, что указанная обечайка корпуса образована, по меньшей мере, в своей нижней части, посредством герметичной оболочки с двойной стенкой, предназначенной для циркуляции в ней охлажденного воздуха, обеспечиваемого другой системой подачи охлажденного воздуха. Данная оболочка подсоединена к указанной другой системе подачи охлажденного воздуха, с одной стороны, посредством подводящего трубопровода, расположенного на первом конце оболочки вблизи второй концевой части вала, и с другой стороны, отводящего трубопровода, расположенного на втором конце оболочки вблизи первой концевой части вала.

Очевидно, что эта конструкция дополняет внутреннюю систему охлаждения. При этом наружная система охлаждения расположена снаружи за пределами кольцевого пространства, содержащего порошковый материал.

Для улучшения эффективности теплообмена в этой наружной системе охлаждения указанная оболочка снабжена лопатками или ребрами, расположенными на поверхности верхней стенки этой оболочки, обращенной внутрь данной оболочки.

В случае применения устройства для гомогенизации вредных порошкообразных веществ верхняя часть указанного корпуса предпочтительно снабжается, по меньшей мере, одним клапаном дегазации, который связан с электроуправляемым клапаном, оснащенным фильтром.

При использовании устройства по изобретению в технологической цепочке его загрузочное отверстие предпочтительно связано с загрузочным желобом для порошкового материала, сообщающимся с предшествующим устройством и снабженным запорным клапаном. Аналогично, разгрузочное отверстие устройства предпочтительно связано с разгрузочным желобом для порошкового материала, сообщающимся с последующим устройством и оснащенным, по меньшей мере, одной клапанной системой.

В одном из вариантов выполнения данная клапанная система содержит последовательно расположенные клапан с заслонками, управляемыми цилиндрами, камерный клапан, позволяющий изменять расход порошкового материала, разгружаемого по разгрузочному желобу к последующему устройству, и запорный клапан.

Для повышения эффективности разгрузки устройства по изобретению оно может иметь в своем составе также вибрационную систему, расположенную снаружи цилиндрического корпуса вблизи разгрузочного отверстия.

Настоящее изобретение относится также к способу гомогенизации порошкового материала с использованием устройства по изобретению.

Согласно одному из основных вариантов способа по изобретению его осуществляют внутри перчаточной камеры с использованием помещенного в указанную камеру устройства для гомогенизации порошкового материала по любому подходящему из описанных вариантов его осуществления. При этом гомогенизируемый порошковый материал радиоактивен и представляет собой предпочтительно диоксид плутония (PuO₂).

Согласно альтернативному варианту осуществления способ по изобретению, обеспечивающий охлаждение гомогенизируемого материала, характеризуется тем, что предусматривает следующие операции:

а) закрывают разгрузочное отверстие,

b) приводят в действие приводные средства для приведения во вращение вала и барабанного узла,

c) включают систему подачи охлаждающего воздуха для заполнения и обеспечения циркуляции воздуха в пространстве, образованном между наружным и внутренним барабанами,

d) открывают указанное загрузочное отверстие для обеспечения загрузки порошкового материала в указанное кольцевое пространство между наружным барабаном и обечайкой корпуса,

e) закрывают указанное загрузочное отверстие после того, как желаемое количество порошкового материала загружено в указанное цилиндрическое пространство,

f) осуществляют гомогенизацию посредством вращения указанного вала и указанного барабанного узла, и

g) открывают указанное разгрузочное отверстие для опорожнения указанного кольцевого пространства по окончании гомогенизации.

Перечень фигур чертежей

Не являющийся ограничительным пример осуществления настоящего изобретения, его дополнительные особенности и преимущества будут подробнее описаны ниже со ссылками на прилагаемые чертежи.

Фиг.1 изображает устройство для гомогенизации порошкового материала по изобретению в продольном разрезе по линии I-I на фиг.2.

Фиг.1А и 1В изображают в увеличенном масштабе узлы IA и IB на фиг.1.

Фиг.2 изображает устройство в поперечном разрезе по линии II-II на фиг.1.

Фиг.3 изображает устройство в продольном разрезе и схематично иллюстрирует принцип охлаждения устройства для гомогенизации порошкового материала по изобретению.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Как показано на фиг.1 и 3, устройство 10 для гомогенизации размещено в перчаточной камере 12, которая обеспечивает его полную изоляцию от окружающей среды. Эта перчаточная камера 12 имеет следующие окна:

- окно 12а, расположенное в верхней части перчаточной камеры 12, которое позволяет соединить устройство 10 для гомогенизации с предшествующим устройством,

- окно 12b, расположенное в нижней части перчаточной камеры 12, которое позволяет соединить устройство 10 для гомогенизации с последующим устройством,

- окно 12с и окно 12d, которые позволяют соединить соответственно вход и выход внутренней системы охлаждения с линиями подачи и выпуска воздуха,

- окно 12е и окно 12f, расположенные в нижней части перчаточной камеры 12 у каждого конца устройства 10 для гомогенизации в продольном направлении, которые обеспечивают соответственно подачу и выпуск воздуха для наружной системы охлаждения,

- окно 12g, через которое проходит система механического соединения вращающегося вала с приводными средствами,

- окна 12h и 12i, через которые проходят средства управления различными клапанами, управляющими соответственно подачей и удалением порошкового материала.

Устройство 10 для гомогенизации порошкового материала содержит, по существу, стационарный цилиндрический корпус 14, в котором заключен барабанный узел 16, состоящий из вращающихся цилиндрических барабанов, и вал 18, расположенный вдоль продольной оси XX' корпуса 14 и барабанного узла 16.

Корпус 14 образован цилиндрической обечайкой 14а, которая ограничивает цилиндрический объем круглого сечения, герметично закрытый на торцах двумя стенками в виде дисков 14b.

Барабанный узел 16 установлен коаксиально корпусу 14 на валу 18 и жестко соединен с валом. Таким образом, вал 18 проходит в продольном направлении через корпус 14 и установлен с возможностью вращения относительно корпуса с помощью двух подшипников 20, которые расположены соответственно спереди от корпуса 14 и позади него на наружной стороне дисков 14b (фиг.1А и 1В).

Расположенный внутри корпуса 14 барабанный узел 16 состоит из наружного и внутреннего барабанов, коаксиальных друг другу относительно оси XX' и жестко соединенных с валом 18.

Наружный барабан состоит из цилиндрической стенки 16а, диаметр которой меньше диаметра обечайки 14а, и двух торцевых стенок в виде дисков 16b, при этом длина цилиндрической стенки 16а вдоль оси XX' существенно меньше длины обечайки 14а.

Внутренний барабан, размещенный внутри наружного барабана, состоит из цилиндрической стенки 16с, диаметр которой меньше диаметра цилиндрической стенки 16а наружного барабана, и двух торцевых стенок в виде дисков 16d. Длина цилиндрической стенки 16с этого барабана вдоль оси XX' меньше длины цилиндрической стенки 16а.

Таким образом, между наружным и внутренним барабанами создано цилиндрическое пространство с осью XX', позволяющее осуществлять охлаждение порошкового материала, как это будет описано ниже. Это цилиндрическое пространство содержит продольную зону 16е, расположенную между цилиндрической 20 стенкой 16а наружного барабана и цилиндрической стенкой 16с внутреннего барабана, а также две радиальные зоны 16f, расположенные между одним из торцевых дисков 16b наружного барабана и торцевой стенкой 16d внутреннего барабана. Каждая радиальная зона 16f имеет форму диска, окружающего вал 18, причем эта радиальная зона 16f имеет увеличенную толщину вблизи вала 18 с образованием расширенной (утолщенной) зоны 16g.

Внешняя поверхность цилиндрической стенки 16а наружного барабана снабжена винтовыми лопастями 22а, 22b, предназначенными для побуждения и перемешивания порошкового материала, находящегося в кольцевом пространстве 24 между цилиндрической стенкой 16а и обечайкой 14а, с целью его гомогенизации.

Каждая осевая или продольная половина цилиндрической стенки 16а наружного барабана (справа и слева от плоскости II-II на фиг.1) снабжена внутренней винтовой лопастью 22а, которая проходит непрерывно по дуге 180° и примыкает к наружной поверхности продольной половины цилиндрической стенки 16а наружного барабана по всей длине.

Как показано на фиг.1, правая продольная половина цилиндрической стенки 16а наружного барабана оснащена первой внутренней винтовой лопастью 22а, образующей часть витка левого винта, в то время как левая продольная половина цилиндрической стенки 16а наружного барабана оснащена второй внутренней винтовой лопастью 22а, образующей часть витка правого винта. Первая и вторая внутренние винтовые лопасти 22а расположены диаметрально противоположно (соответственно сзади и спереди на барабанном узле 16 на фиг.1) и на разных продольных или осевых половинах наружной поверхности цилиндрической стенки 16а наружного барабана (соответственно справа и слева от плоскости, проходящей через оси YY' и ZZ' на фиг.1). Каждая из двух внутренних лопастей 22а проходит с охватом всей длины и половины окружности продольной половины цилиндрической стенки 16а наружного барабана.

Каждая продольная половина цилиндрической стенки 16а наружного барабана (справа и слева от плоскости II-II на фиг.1) снабжена также наружной винтовой лопастью 22b, которая проходит непрерывно по дуге 360° с охватом всей длины наружной поверхности продольной половины цилиндрической стенки 16а наружного барабана. Эти наружные винтовые лопасти 22b отстоят от наружной поверхности наружного барабана для создания прохода для порошкового материала между ними и цилиндрической стенкой 16а. Наружные винтовые лопасти 22b, по существу, касаются обечайки 14а таким образом, что они действуют как скребки, следующие по обращенной внутрь стенке обечайки 14а.

Как показано на фиг.1, правая продольная половина цилиндрической стенки 16а наружного барабана оснащена первой наружной винтовой лопастью 22b, образующей виток правого винта, в то время как левая продольная половина цилиндрической стенки 16а наружного барабана оснащена второй наружной винтовой лопастью 22b, образующей виток левого винта. Первая и вторая наружные винтовые лопасти 22b находятся на разных продольных (осевых) половинах наружной поверхности цилиндрической стенки 16а наружного барабана (соответственно справа и слева от плоскости, проходящей через оси YY' и ZZ' на фиг.1) и расположены симметрично друг другу относительно точки пересечения осей YY' и ZZ'. Каждая из двух наружных лопастей 22b проходит с охватом всей длины и всей окружности продольной половины цилиндрической стенки 16а наружного барабана.

Как следует из фиг.2, расстояние, отделяющее каждую наружную лопасть от наружной поверхности цилиндрической стенки 16а наружного барабана, превышает ширину (в радиальном направлении) внутренних лопастей 22а.

Как показано на фиг.2, внутренние лопасти 22а и наружные лопасти 22b имеют в радиальном направлении примерно одинаковую ширину. Кроме того, внутренние лопасти 22а короче наружных лопастей 22b, если рассматривать их длину по винтовой линии вдоль наружной поверхности цилиндрической стенки 16а наружного барабана от конца до середины цилиндрической стенки 16а.

Направление вращения барабанного узла 16 таково, что внутренние лопасти 22а направляют находящийся в кольцевом пространстве 24 порошковый материал к торцевым стенкам 14b, то есть в направлении концов корпуса 14.

Одновременно, во время вращения барабанного узла 16, наружные лопасти 22b направляют находящийся в кольцевом пространстве 24 порошковый материал к диаметральной плоскости симметрии корпуса 14, проходящей через оси YY' и ZZ', то есть в направлениях к центру корпуса 14. Это дает преимущество в том, что в процессе опорожнения позволяет легко удалять весь порошковый материал, находящийся в кольцевом пространстве 24.

Для того чтобы свести к минимуму удержание порошкового материала в этом кольцевом пространстве 24, между каждой торцевой стенкой 14b цилиндрического корпуса 14 и соответствующим торцевым диском 16b расположено скребковое устройство, предотвращающее осаждение порошкового материала в этой зоне. Указанное скребковое устройство выполнено подвижным и в оптимальном варианте образовано, по меньшей мере, одним радиальным скребком 26, который жестко укреплен на наружной поверхности каждого торцевого диска 16b.

Цилиндрический корпус 14 также имеет несколько отверстий: загрузочное отверстие 14с, разгрузочное отверстие 14d, отверстие 14i дегазации, впускное отверстие 14е для впуска охлаждающего воздуха, выпускное отверстие 14f для выпуска охлаждающего воздуха и отверстия 14g и 14h для прохода вала.

В частности, во время операции опорожнения (разгрузки) открывают отверстие 14i дегазации для того, чтобы устройство 10 для гомогенизации могло «дышать».

В области каждого подшипника 20 уплотнение между кольцевым пространством 24 и внутренней полостью перчаточной камеры 12 достигается с помощью системы уплотнения, которая содержит, по меньшей мере, один сальник и, предпочтительно, уплотнительные манжеты, находящиеся в контакте с валом 18 барабанного узла 16. Подшипники 20 обеспечивают возможность вращения вала 18 и жестко соединенного с ним барабана за счет качения, предпочтительно, с использованием роликов.

Подача порошкового материала от предшествующего устройства к устройству 10 для гомогенизации осуществляется через загрузочный желоб 28, расположенный между окном 12а перчаточной камеры 12 и загрузочным отверстием 14с.

Таким образом, как видно на фиг.1-3, загрузочное отверстие 14с соединено с загрузочным желобом 28, который выполнен сообщающимся с предшествующим устройством.

Запорный клапан 30, расположенный в загрузочном желобе 28 для подачи порошкового материала, позволяет закрывать и открывать проход для порошкового материала от предшествующего устройства к устройству 10 для гомогенизации.

Для удаления порошкового материала в направлении последующего устройства предусмотрен разгрузочный желоб 32, проходящий от разгрузочного отверстия 14d, по меньшей мере, до окна 12b перчаточной камеры. Таким образом, разгрузочное отверстие 14d сообщается с разгрузочным желобом 32, который снабжен, по меньшей мере, одной клапанной системой, позволяющей закрывать и открывать проход для порошкового материала от устройства 10 для гомогенизации к последующему устройству, сообщающемуся с разгрузочным желобом 32.

Согласно представленному примеру выполнения по фиг.1 и 2 для управления и регулирования выхода порошкового материала из устройства 10 для гомогенизации предусмотрены три клапанные системы.

Клапанная система содержит, во-первых, затвор 34 с заслонками, управляемый цилиндрами 36. Кроме того, за затвором 34 с заслонками в устройстве 10 для гомогенизации имеется запорный клапан 38, которым оснащен разгрузочный желоб 32 для порошкового материала. Этот запорный клапан 38 позволяет отсечь устройство 10 для гомогенизации от последующего устройства, в то время как управляемое открытие затвора 34 с заслонками под действием цилиндров 36 позволяет ограничивать расход при опорожнении устройства 10 для гомогенизации.

В закрытом положении затвора 34 заслонки находятся на продолжении внутренней поверхности обечайки 14а, которая ограничивает кольцевое пространство 24. Это позволяет избежать образования углов, где мог бы оседать порошковый материал.

Кроме того, между затвором 34 с заслонками и запорным клапаном 38 в устройстве 10 для гомогенизации предусмотрен камерный клапан 40 (фиг.2), позволяющий регулировать расход порошкового материала, проходящего по разгрузочному желобу 32 к последующему устройству.

Далее, со ссылками на фиг.1-3, будут описаны две системы охлаждения, внутренняя и внешняя.

Внутренняя система охлаждения содержит систему подачи охлажденного воздуха с подводящим трубопроводом 42 (фиг.1, справа), установленным на поворотном соединительном устройстве 44 (допускающем относительное вращение). Поворотное соединительное устройство 44 расположено снаружи цилиндрического корпуса 14 вокруг первой концевой части 18а вала 18 таким образом, что указанный подводящий трубопровод 42 выполнен сообщающимся с первым продольным каналом 18с, который проходит продольно внутри всей первой концевой части 18а вала 18 от участка за пределами корпуса 14 до пространства 16е, 16f между наружным и внутренним барабанами.

Поворотное соединительное устройство 44 содержит внутреннее кольцевое пространство 44а (фиг.3), которое сообщается, с одной стороны, с подводящим трубопроводом 42 и, с другой стороны, с указанным первым каналом 18с через впускное отверстие 18е. В показанном примере выполнения предусмотрены два впускных отверстия 18е.

Для обеспечения прохода охлажденного воздуха от подводящего трубопровода 42 в цилиндрическое пространство 16е, 16f между наружным и внутренним 25 барабанами первая концевая часть 18а вала 18 снабжена, по меньшей мере, одним впускным отверстием 18f, которое расположено в расширенной зоне 16g радиальной зоны 16f. На фиг.1А и в правой части фиг 1 и 3 показаны три впускных отверстия 18f.

На другом конце устройства 10 для гомогенизации симметричным образом вал 18 содержит вторую концевую часть 18b, также с внутренним продольным каналом 18d. Первый и второй продольные каналы 18с и 18d не сообщаются между собой через вал 18.

После циркуляции внутри пространства 16е, 16f между наружным и внутренним барабанами воздух выходит через второй канал 18d благодаря наличию, по меньшей мере, одного выпускного отверстия 18g, расположенного на второй концевой части 18b вала 18. На фиг.1В и в левой части фиг 1 и 3 показаны четыре выпускных отверстия 18g. Эти выпускные отверстия 18g сообщаются, с одной стороны, со вторым каналом 18d и, с другой стороны, с цилиндрическим пространством 16е, 16f между наружным и внутренним барабанами на участке расширенной зоны 16g радиальной зоны 16f.

Второй канал 18d проходит, по меньшей мере, до окна 12d перчаточной камеры для выпуска воздуха и его повторной обработки в вентиляционной системе высокого разрежения.

Для полного охлаждения устройства 10 для гомогенизации и находящегося в кольцевом пространстве 24 порошкового материала дополнительно предусмотрена внешняя система охлаждения, образованная в нижней части устройства 10 для гомогенизации, то есть там, где вследствие гравитации находится основная масса порошкового материала.

Как показано на фиг.2, по меньшей мере, в нижней половине поперечного сечения корпуса 14 обечайку 14а окружает нижняя стенка 46а, образуя оболочку 46 с двойной стенкой.

Эта оболочка 46 связана с другой системой подачи охлажденного воздуха, с одной стороны, посредством подводящего трубопровода 46b, расположенного на первом конце оболочки 46 на стороне второй концевой части 18b вала, и с другой стороны, отводящего трубопровода 46с, расположенного на втором конце оболочки на стороне первой концевой части 18а вала.

Очевидно, что таким образом верхняя часть обечайки 14а образована простой стенкой, в то время как ее нижняя часть выполнена в виде двойной оболочки 46. Во внутреннем пространстве, ограниченном наружной поверхностью обечайки 14а и внутренней поверхностью двойной оболочки 46, предусмотрены ребра 48 (фиг.2 и 3), предназначенные для улучшения теплообмена. Предпочтительно, с целью лучшего теплообмена с кольцевым пространством, заполненным порошковым материалом, ребра 48 расположены на обечайке 14а. В показанном примере выполнения ребра проходят параллельно оси XX' вращения барабанного узла 16.

Подводящий и отводящий трубопроводы 46b и 46с связаны с системой 50 охлаждения, которая находится за пределами перчаточной камеры 12 (фиг.3). Эта система 50 охлаждения воздуха содержит вентилятор 52 и ребристый теплообменник, охлаждаемый циркуляцией холодной воды в контуре 56 циркуляции. Система 50 позволяет охлаждать воздух от температуры примерно 50°С до температуры порядка 25°С, при этом вентилятор 52 нагнетает воздух в подводящий трубопровод 46b.

Для улучшения теплообмена между внутренней системой охлаждения и заполненным порошковым материалом кольцевым пространством 24 в оптимальном варианте выполнения в пространстве 16е, 16f между наружным и внутренним барабанами предусмотрены лопатки (или ребра) 17, как это показано на фиг.2 и 3. В представленном примере выполнения эти лопатки 17 расположены на внутренней поверхности цилиндрической стенки 16а параллельно оси XX' внутреннего и наружного барабанов.

Как видно на фиг.1, в верхней части корпуса 14 имеется отверстие 14i дегазации, сообщающееся с трубкой, которая ведет к оснащенному фильтром электроуправляемому клапану, что позволяет устройству 10 для гомогенизации "дышать" во время операции опорожнения. В этом случае допускается впуск воздуха из внутренней полости перчаточной камеры.

Устройство 10 для гомогенизации по изобретению предпочтительно содержит также вибрационную систему, расположенную снаружи цилиндрического корпуса 14 вблизи разгрузочного отверстия 14d. Как показано на фиг.1 и 2, система из четырех пневматических молотков 58 расположена в контакте с оболочкой 46 со стороны наружной поверхности нижней стенки 46а, причем указанные молотки установлены на одинаковых расстояниях вокруг разгрузочного желоба 32. Эти пневматические молотки передают оболочке 46 вибрацию, которая способствует отделению порошкового материала от обечайки 14а и опорожнению устройства 10 для гомогенизации. Понятно, что вибрационная система может быть расположена в непосредственном контакте с обечайкой 14а.

Кроме того, предусмотрено, что геометрия кольцевого пространства 24 обеспечивает критическую безопасность устройства для гомогенизации в процессе гомогенизации определенной порции порошка (ди)оксида плутония PuO₂.

При работе устройства полученный на предшествующем этапе оксид плутония подается под действием гравитации в устройство для гомогенизации и поступает в кольцевое пространство 24.

В ходе операции загрузки барабанный узел 16 совершает движение вращения, запорный клапан 30 в загрузочном желобе 28 открыт, затвор 34 с заслонками и запорный клапан 38 в разгрузочном желобе 32 закрыты.

Затем запорный клапан 30 закрывают и открывают отверстие 14i дегазации для того, чтобы устройство 10 для гомогенизации могло "дышать" во время операции гомогенизации.

Гомогенизация порошкового материала (оксида плутония), занимающего кольцевое пространство 24, обеспечивается вращением барабанного узла 16 с малой скоростью во время загрузки и затем с более высокой скоростью после того, как желаемое количество порошкового материала подано в это кольцевое пространство.

Как было описано выше, устройство для гомогенизации содержит две системы воздушного охлаждения.

Внутренняя система охлаждения расположена внутри барабанного узла 16 (пространство 16е, 16f) и окружена кольцевым пространством 24. Эта система охлаждения образована контуром циркуляции воздуха, проходящего через части вала 18 и через цилиндрическое пространство 16е, 16f между наружным и внутренним барабанами. Данная система предназначена для отвода тепла, выделяемого при вращении барабанного узла и системой уплотнения (сальники и уплотнительные манжеты), а также тепла, обусловленного теплотворной способностью порошкового материала. Воздух, циркулирующий в данной системе, возвращается в систему вентиляции.

Внешняя система охлаждения окружает нижнюю часть кольцевого пространства 24. Эта система представляет собой контур охлаждения оболочки 46 с двойной стенкой и позволяет отводить тепло, выделяемое оксидом плутония и системой перемешивания в процессе ее работы.

Правильное функционирование внутренней и наружной систем охлаждения может обеспечиваться посредством измерения температуры на входе и выходе устройства 10 для гомогенизации по изобретению.

Таким образом, понятно, что две системы охлаждения обеспечивают, с одной стороны, отвод тепловой энергии, выделяемой при механическом трении внутри устройства для гомогенизации, и с другой стороны, отвод тепловой энергии, выделяемой оксидом плутония.

Во время операции опорожнения устройства для гомогенизации запорный клапан 30 и загрузочный желоб 28 остаются закрытыми. Открывают затвор 34 с заслонками и запорный клапан 38 разгрузочного желоба 32, в то время как камерный клапан 40 служит для регулирования расхода при разгрузке порошкового материала. Для облегчения опорожнения и вывода порошкового материала из кольцевого пространства 24 к последующему устройству электроуправляемый клапан с фильтром допускает впуск воздуха в корпус 14 из внутренней полости перчаточной камеры 12.

Степень открытия затвора 34 с заслонками, частота вращения барабанного узла 16 и частота вращения камерного клапана 40 позволяют регулировать мгновенный расход подачи порошкового материала к последующему устройству.

Реферат

Изобретение относится к устройству для гомогенизации выделяющего тепло вредного порошкового материала и к способу гомогенизации с использованием этого устройства. Устройство (10) для гомогенизации порошкового материала содержит цилиндрический корпус (14) круглого поперечного сечения с горизонтальной осью (XX'), цилиндрический барабанный узел (16), расположенный внутри корпуса (14) и содержащий внутренний барабан и наружный барабан. Наружная поверхность цилиндрической стенки (16а) указанного наружного барабана оснащена лопастями (22а, 22b), которые позволяют гомогенизировать порошковый материал, содержащийся в кольцевом пространстве (24), образованном между наружным барабаном и корпусом, а между указанными внутренним и наружным барабанами образовано цилиндрическое пространство (16е, 16f, 16g). Устройство содержит также вал, на котором жестко укреплен барабанный узел (16). Указанный вал (18) выполнен полым и подсоединен снаружи корпуса (14) к системе подачи охлажденного воздуха и также снаружи корпуса подсоединен к системе вывода воздуха, при этом предусмотрены приводные средства для приведения указанного вала (18) во вращение. Изобретение позволяет эффективно отводить тепло, выделяемое гомогенизируемым порошковым материалом, а также встроить заявленное устройство в производственную линию обработки при условии контролируемой и регулируемой подачи порошкового материала к последующему устройству. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 3 ил.

Формула