CZ307370B6 - Ukládací robot a robotická systémová sestava pro ukládání obalových souborů v hlubinném úložišti - Google Patents

Abstract

Robotická systémová sestava pro ukládání obalových souborů v hlubinném úložišti zahrnuje soustavu staveb podzemního systému chodeb a vrtů s železniční dopravní sítí (2) s trolejemi, ukládací robot (36) určený k realizaci procesu transportu, manipulace, ukládání a vytěsňování obalových souborů s vyhořelým jaderným palivem do podzemních horizontálních nebo subhorizontálních ukládacích vrtů hlubinného úložiště. Výchozím stanovištěm ukládacího robotu (36) je vůz (30) s točnou - převážecí vůz ukládacího robotu. Robotická systémová sestava je dále vybavena převážecím vozem (6) pro převážení bentonitových výplní (4) a obalových souborů (3).

Description

Oblast techniky

Vynález se týká oblasti ukládání, transportu a manipulace obalových souborů s vyhořelým jaderným palivem v podzemním systému hlubinného úložiště vybaveného robotickými technologiemi.

Dosavadní stav techniky

V současné době žádný ze světových realizátorů projektů hlubinných úložišť úložných obalových souborů s vyhořelým jaderným palivem nenavrhnul a nerealizoval technologii podle vynálezu multifunkční robotický systém - superrobot, se schopností sdružovat diametrálně odlišné robotické procesy v jedné robotické technologii - proces transportu, manipulace, ukládání a vytěsňování obalových souborů s vyhořelým jaderným palivem do podzemních horizontálních nebo subhorizontálních ukládacích vrtů hlubinného úložiště. Z porovnávacích analýz navrhovaného řešení podle vynálezu, s koncepcemi analogických technologií v realizovaných nebo plánovaných projektech hlubinných úložišť v Evropě i ve světě, je prokazatelné, že nejsou využívány transportní, manipulační, ukládací a vytěsňovací plně robotizované technologické systémy, blízké navrhovanému řešení podle vynálezu. Nejbližším řešením k navrhovanému projektu je ukládací koncepce švýcarské společnosti NAGRA, která rovněž navrhuje ukládací systém úložných obalových souborů s vyhořelým jaderným palivem do horizontálních tunelů, kde je v jedné polovině prostorového profilu tunelu transportován úložný soubor v ochranném pouzdru, ze kterého je vytlačen hydraulickým válcem na tvarové lože před pouzdrem, ze kterého je pak uchopovacím manipulátorem, stále v horizontální poloze, přetransformován do prostoru druhé poloviny profilu tunelu na tvarové bentonitové lože, které je již předtím uloženo v zavážecím robotu. Zavážecí robot pak v této druhé polovině profilu tunelu úložný soubor na bentonitovém loži transportuje do místa uložení. Zavážecí robot se pak vrací zpět do základního prostoru, kde musí být přetransformován na jinou kolej a zaměněn za injektážní robot, který pak volně, sypkým bentonitem, vytěsní prostor mezi profilem úložného tunelu a vnějším pláštěm úložného souboru s vyhořelým jaderným palivem.

Navrhované řešení podle vynálezu ukládací proces do úložného vrtu řeší plně robotizovaným multifunkčním systémem - superrobotem, který bez zásahu lidského činitele řeší komplexní koncový manipulační transportní ukládací a vytěsňovací proces, jehož diametrálně odlišné parametry a funkce jsou kumulovány v jednom robotickém systému, který tvoří unikátní, světově novou technologii dílčím způsobem orientovanou na projektový program Průmysl 4.0. Navrhované řešení podle vynálezu má nejen bezkonkurenční technologickou a užitnou přidanou hodnotu, ale oproti jiným současným metodám a technologiím i mimořádně vysokou ekonomickou přidanou hodnotu.

Podstata vynálezu

Uvedené nevýhody řeší ukládací robot robotického systému pro ukládání obalových souborů v hlubinném úložišti a robotická systémová sestava pro ukládání obalových souborů v hlubinném úložišti zahrnujícím soustavu staveb podzemního systému chodeb a vrtů s železniční dopravní sítí sloužící k ekologicky přijatelnému způsobu ukládání jaderných odpadů, jejíž hlavní součástí je ukládací robot robotického systému pro ukládání obalových souborů v hlubinném úložišti.

- 1 CZ 307370 B6

Podstata ukládacího robotu robotického systému je vtom, že je tvořen základním dílem, kterým je klenbový rám, v jehož spodních podélných průvlacích jsou letmo, v kuželech, uložena tvarová kola s vnitřními pohony, kde ve vnitřním prostoru tohoto klenbovém rámu je duální efektor, který je uchycen ve vodorovném rovinném rámu zavěšeném na dvou dvojicích svislých pohybových šroubů stejné orientace i stejného stoupání, pevně vetknutých do horního průvlaku klenbového rámu, prostřednictvím ozubených kol s maticí, která jsou v rovinném rámu uložena v radiaxiálních ložiskách, přičemž každou dvojicí ozubených kol s maticí pohání rotační pohon s pastorkem přes ohebný uzavřený element, přičemž oba rotační pohony s pastorkem jsou součástí rovinného rámu a oba pohony s pastorkem jsou vzájemně elektronicky synchronizovány, přičemž duální efektor je zavěšen pod rovinným rámem, přičemž je dále opatřen dvěma podélnými postranními řadami ok kyvného uložení efektoru manipulace s bentonitovými výplněmi a ok uložení efektoru manipulace s obalovými soubory, kde jednak efektor pro manipulaci s bentonitovými výplněmi je tvořen kruhovou tyčí s kyvnými kleštinami bentonitového lože, zakončenými velkoplošnými kontaktními úchopy válcovými, jednak efektor pro manipulaci s obalovými soubory je proveden tak, že na kruhové tyči je kyvné uložena dutá tyč s kyvnými kleštinami obalových souborů, zakončenými velkoplošnými kontaktními úchopy tvarovanými, přičemž obě postranní rovnoběžné dvojice soustředných kruhových tyčí a dutých tyčí jsou synchronizovány předozadními dvěma dvojicemi zubových segmentů a poháněny lineárními aktuátory, uchycenými vždy jednak buď na kyvné kleštině bentonitového lože, nebo na kyvné kleštině obalových souborů, a jednak na opačné straně v oku rovinného rámu, přičemž do čelních ploch předních kyvných kleštin bentonitového lože jsou vetknuty osazené čepy, přičemž v zadní části klenbového rámuje nástavba rámu, do níž je otočně uložen navíjecí buben napájecího a komunikačního kabelu zakončeného propojovací zástrčkou, přičemž dále je v zadní části klenbového rámu s ním pevně propojen bezpečnostní hák mechanického propojení ukládacího robotického vozu s vozem s točnou.

Výhodné řešení je, když tvarová kola s vnitřními pohony zahrnují planetovou převodovku.

Podstata robotické systémové sestavy pro ukládání obalových souborů v hlubinném úložišti, jejíž hlavní součástí je ukládací robot robotického systému pro ukládání obalových souborů v hlubinném úložišti je v tom, že se skládá ze systému staveb vodorovných chodeb, na jejichž počátku je příjezdová chodba, na níž příčně navazují stavby technologické chodby a na ty kolmo navazují v určité výšce nad podlahou stavby vodorovných chodeb staveb pravoúhlých ukládacích vrtů pro centrální ukládání obalových souborů s obložením prostorově lisovanými bentonitovými výplněmi, přičemž robotická systémová sestava je dále vybavena ukládacím robotem robotického systému pro ukládání obalových souborů v hlubinném úložišti, kde výchozím stanovištěm ukládacího robotuje vůz s točnou, který má prodloužený rám vozu, ve kterém jsou uloženy elektronicky synchronizované výsuvné pinoly, přičemž s výsuvnými částmi elektronicky synchronizovaných výsuvných pinol je pevně propojen prodloužený rám nástavby, v jehož oseje točna s pohonem, se kterou je přírubově propojena otočná nástavba, na jejíž zádi je v nástavci uložen lanový vrátek s převáděcím válečkem, kdy ve vstupní části stavby každého ukládacího vrtu je zabudováno osazení vrtu tvořícího přejezd ukládacího robotu mezi vozem s točnou a ukládacím vrtem s rozdílem v návaznosti pojezdových ploch, přičemž robotická systémová sestava je dále vybavena převážecím vozem pro převážení bentonitových výplní a obalových souborů, který je tvořen rámem vozu, ve kterém jsou uloženy elektronicky synchronizované výsuvné pinoly, přičemž v předozadních čelech tohoto převážecího vozu jsou uchycena vertikálními čepy spřáhla s ovládaným rozpínáním s omezeným kyvem v rámci úložné kapsy,

-2CZ 307370 B6 kde na výsuvných pinolách je uložen zvedaný rám nástavby s pouzdry se zajištěním, kde součástí každého rámu vozu je s ním pevně spojená uložená vydutá nástavba s otvory nad pouzdry se zajištěním, přičemž vnitřní průměr vyduté nástavby odpovídá rozměrově průměru stavby ukládacího vrtu, přičemž do převážecího vozu je uložen podstavec s fixací pro převážení obalového souboru, přičemž do prostorové konstrukce podstavce vyložené opěrnými díly je zabudován fixační mechanizmus skládající se z pohonu mechanizmu, kde tento pohon se skládá z rotačního motoru, na něj navazuje předlohová rozvodná převodovka, za níž následují dvě protilehlé větve, z nichž každá obsahuje na začátku silovou převodovku, na její výstup navazuje rozváděči hřídel, pro ovládání větší páky čtyřkloubového mechanizmu, přičemž menší páka čtyřkloubového mechanizmu je zároveň součástí postranní hřídele s přidržovacími rameny.

Dále je výhodné, když stavby ukládacích vrtů jsou v průřezu kruhové.

Dále je výhodné, když bentonitovými výplněmi jsou kruhové bentonitové výplně, bentonitové lože a kruhové bentonitové výseče.

Dále je výhodné, když kruhové bentonitové výplně a kruhové bentonitové výseče mají otvory s vnitřním osazením.

Dále je výhodné, když převážecí vozy a vozy s točnou tvoří soupravu robotických vozů.

Dále je výhodné, když souprava robotických vozů je tvořena sestavou čtyř převážecích vozů, z nichž první je vybaven podstavcem s fixací, a dále vozem s točnou a ukládacím robotem.

Dále je výhodné, když všechny vozy a tvořící soupravy robotických vozů jsou propojeny spřáhly s ovládaným rozpínáním.

Výhodou navrhovaného řešení je, že navržená robotická technologie ukládání úložných obalových souborů do horizontálních vrtů zcela eliminuje veškeré posuvné pohyby obalového souboru po podkladu. Úložný obalový soubor s vyhořelým jaderným palivem není na ukládací místo ve vrtu zatlačován, ale zavážen a jemně položen. Tento způsob je velmi šetrný k povrchu obalového souboru a také méně energeticky náročný. Další výhodou navrhovaného řešení je minimalizace manipulace s obalovými soubory ve vertikálním směru, což je energeticky velmi výhodné. Další nespornou výhodou je jednoduchost celého robotického procesu, výsledkem čehož je minimalizace počtu speciálních jednoúčelových strojů a zařízení, která jsou pro realizaci ukládání obalových souborů s vyhořelým jaderným palivem a bentonitových prefabrikátů potřeba.

Objasnění výkresů

Na přiložených listech jsou znázorněny obrázky příkladů realizace robota robotického systému pro ukládání obalových souborů v hlubinném úložišti a robotické systémové sestava pro ukládání obalových souborů v hlubinném úložišti.

OBR. 1: na horním, axonometrickém pohledu je připravena kompletní naložená souprava robotických vozů před ukládacím vrtem a na spodním obrázku je řez ukládacím vrtem a ukládacím robotem. V ukládacím vrtu jsou znázorněny první tři kruhové bentonitové výplně uložené zvláštním postupem, potom se ukládá každý z obalových souborů cyklicky, je zde znázorněn centrálně uložený obalový soubor, pod který se nejdříve uloží bentonitové lože, prostor kolem nich se zaplní kruhovými bentonitovými výsečemi a cyklus ukládání je ukončen zaslepením kruhovými bentonitovými výplněmi. Ukládací robot je přitom ve fázi, kdy zaplnil jednu z kruhových bentonitových výplní.

-3CZ 307370 B6

OBR. 1.1: detailní axonometrický pohled na vůz s točnou, kdy jeho otočná nástavba je i s na něm připraveným ukládacím robotem v poloze, kdy je připraven uložit efektorem pro manipulaci s bentonitovým ložem držené bentonitové lože. Jedná se o první díl, který je do vrtu zavážen.

OBR. 1.2: detailní dílčí řez ukládacím robotem v ukládacím vrtu, kde je patrna souvislost mezi funkcí osazeného čepu a otvorem s vnitřním osazením, při manipulaci s kruhovými bentonitovými výsečemi a výplněmi. U ukládacího robotu jsou dobře patrny jeho hlavní podsestavy, jimiž jsou: klenbový rám, duální efektor, tvarová kola s vnitřními pohony a navíjecí buben napájecího a řídicího kabelu.

OBR. 2: celkový pohled na hlubinné úložiště, kde je železniční dopravní síť s trolejemi a kolejovými točnami. Obrázek v axonometrickém pohledu znázorňuje přípravnou fázi seřazení naložených převážecích vozů a způsob vřazení vozu s točnou s ukládacím robotem do soupravy robotických vozů.

OBR. 3: zde jsou znázorněny pod sebou tři fáze vyprazdňování soupravy robotických vozů. Na horním axonometrickém pohledu je souprava robotických vozů ve fázi příjezdu před ukládací vrt. Na prostředním pohledu je fáze, kdy robotický vůz již z druhého převážecího vozu odebral bentonitové lože, zavezl je do ukládacího vrtu, vrátil se zpět a zrovna nabírá obalový soubor pro jeho uložení na bentonitové lože v ukládacím vrtu. Tyto operace jsou spojeny s pojezdy ukládacího robotu po nástavbách převážecích vozů a otáčením ukládacího robotu otočnou nástavbou o 90° vozu s točnou, což znázorňuje spodní pohled, kdy ukládací robot je po otočení otočné nástavby o 90° připraven k vyjetí do ukládacího vrtu s obalovým souborem.

OBR. 4: na axonometrickém pohledu je převážecí vůz, do jehož nástavby je vložen podstavec s fixací, a na něm je ve vodorovné poloze uložen obalový soubor z bezpečnostních důvodů přidržovaný fixačním mechanizmem.

OBR. 4.1: na pohledu nahoře je příčný řez převážecím vozem s detailním pohledem na výsuvné pinoly. Na spodním pohledu je podélný řez převážecím vozem s vloženým podstavcem s fixací, kde je patrná vazba mezi konstrukcí podstavce s fixačními prvky vyloženou opěrnými díly, rámem nástavby a nástavbou vozu, řez dále prochází fixačním mechanizmem působícím postranními hřídeli s přidržovacími rameny na obalový soubor.

OBR. 5: na obrázku je axonometrickém pohledu vůz s točnou, kdy je jeho otočná nástavba otočená o 90°, a ukládací robot je s obalovým souborem uchopeným efektorem pro manipulaci s obalovými soubory připraven na vjetí do ukládacího vrtu.

OBR. 5.1: na pohledu nahoře je příčný řez vozem s točnou přes výsuvné pinoly, přičemž výsuvné pinoly umožňují přizvednutí nástavbových rámů a tím i nástaveb ve kterých jsou uloženy potřebné díly zavážení ukládacího vrtu. Výškovým nastavením celé soupravy robotických vozů je umožněno plynulé přejetí ukládacího robotu do ukládacího vrtu přes osazení vrtu. Na spodním pohledu je podélný řez vozem s točnou a ukládacím robotem. V prodlouženém rámu vozu s točnou je možno uložit akumulátorový set, jako alternativní možnost elektronapájení vozu s točnou a ukládacího robotu. V předozadních čelech vozu s točnou jsou patrná i spřáhla s ovládaným rozpojováním včetně jejich uložení ve svislých čepech a ukládacích kapsách.

OBR. 6: na dvou axonometrických pohledech je fixační mechanizmus, který je součástí podstavce s fixací a na spodním pohledu je navíc konstrukce vyložená opěrnými díly se dvěma montážními čepy ve spodní části zapadajícími do pouzder se zajištěním rámu nástavby. Na horním pohledu je pouze fixační mechanizmus a je zde patrný pohon skládající se z rotačního motoru, předlohové rozvodné převodovky, za nimiž následují dvě synchronizované větve reprezentované rozváděcími hřídeli ovládajícími čtyřkloubový mechanizmus na každé straně a každý čtyřkloubový mechanizmus ovládá jednu z postranních hřídelí s přidržovacími rameny. Na

-4CZ 307370 B6 spodním pohledu je patrný fixační mechanizmus vložený do podstavce s fixací, v jehož prostoru je složen ve výchozí poloze.

OBR. 6.1: na dvou pohledech jsou řezy podstavce s fixací a vloženým fixačním mechanizmem. V horním řezu je fixační mechanizmus v pracovní poloze, kdy přidržuje obalový soubor. Na spodním obrázku je patrný fixační mechanizmus ve výchozí poloze, ve které je složen v rámci objemu konstrukce vyložené opěrnými díly podstavce s fixací.

OBR. 7: na horním pohledu je řez ukládacím robotem. Je zde patrný klenbový rám jako nosný díl robotu, zavěšení duálního efektoru uchopování na pohybových šroubech prostřednictvím vodorovného rovinného rámu. Dále jsou to tvarová kola s alternativními planetovými převodovkami - viz detail vpravo dole. V předním prostoru ukládacího robotu jsou pro manipulaci s kruhovými bentonitovými výplněmi vetknuty do kyvných kleštin bentonitového lože osazené čepy. V detailu, ve spodní části obrázku vlevo jsou detailně patrny svislé pohybové šrouby, na nichž jsou našroubována ozubená kola s maticemi a jsou poháněna přes ohebný uzavřený element rotačním pohonem s pastorkem. Celně je umístěna jedna z dvojic zubových segmentů, která synchronizuje postranní kyvné kleštiny buď bentonitového lože, nebo obalových souborů.

OBR. 7.1: na předním axonometrickém pohledu ukládacího robotuje zvýrazněn duální efektor včetně zvedacího mechanizmu pomocí synchronizovaných dvojic pohybových šroubů. Dobře patrné jsou i oba do sebe vložené efektory s kyvnými kleštinami a zejména jsou patrné velkoplošné kontaktní úchopy: válcový - pro uchopování bentonitového lože a tvarový - pro fixaci obalového souboru.

OBR. 7.2: na zadním axonometrickém pohledu ukládacího robotu, kde je patrný klenbový rám bez krycích plechů, kde v zadní části je nástavba rámu, do které je vložen navíjecí buben napájecího a komunikačního kabelu zakončeného propojovací zástrčkou a s ní dále je pevně propojený hák sloužící k bezpečnostnímu vytažení ukládacího robotu lanovým vrátkem uloženým v zadní části otočné nástavby ukládacího robotu.

OBR. 8: na obrázku je řez ukládacím robotem. Je zde patrný duální efektor, jehož nosným dílem je klenbový rám, ve kterém je zavěšen na pohybových šroubech rovinný rám jako nosný díl duálního efektoru, zahrnující efektor pro manipulaci s bentonitovými výplněmi, jejichž kyvné kleštiny synchronizují kruhové tyče a duté tyče ovládání kyvných kleštin a jsou základem efektoru pro manipulaci s obalovými soubory. Dále jsou zde patrny lineární aktuátory uchycené na rovinném rámu, jako zdroj pohybu obou efektoru. Uprostřed pohledu, v zadní části ukládacího robotuje navíjecí buben napájecího a komunikačního kabelu.

Příklady uskutečnění vynálezu

Robotický systém 1 ukládání obalových souborů v hlubinném úložišti zahrnuje podzemní systém chodeb a vrtů s železniční dopravní sítí 2 s trolejemi sloužící k ekologicky přijatelnému způsobu ukládání jaderných odpadů.

Vstupem do tohoto systému je úpadní příjezdový tunel, kterým se kolovou dopravou s nákladem ukládacích obalových souborů 3 včetně lisovaných bentonitových výplní 4, převezou do hlubinného úložiště 5, a tam budou přeloženy v příslušných počtech na poháněné převážecí vozy 6 s nástavbami 19 pro převoz potřebného nákladu.

Hlubinné úložiště 5 se skládá ze systému staveb vodorovných chodeb, na jejichž počátku je příjezdová chodba 7, na níž příčně navazují stavby 8 technologických chodeb a na ty kolmo navazují v určité výšce nad podlahou stavby vodorovných chodeb pravoúhlé, v průřezu kruhové, stavby 9 ukládacích vrtů potřebných délek.

-5CZ 307370 B6

Stavby 9 ukládacích vrtů představující podstatnou část hlubinného úložiště 5, slouží k ukládání obalových souborů 3, jejichž příprava včetně plnění se odehrává v povrchovém robotickém pracovišti. Obalové soubory 3 se zavážejí do staveb 9 ukládacích vrtů, kde jsou uloženy centrálně, kde jsou obloženy prostorově lisovanými bentonitovými výplněmi 4 tří typů: kruhovými bentonitovými výplněmi 10, bentonitovou loží 11 kruhovými bentonitovými výsečemi 12.

Kruhové bentonitové výplně 10 a kruhové bentonitové výseče 12 mají otvory 13 s vnitřním osazením.

Převážecí vůz 6 je poháněný, jeho základ tvoří rám 14 vozu, do kterého jsou zakomponovány elektronicky synchronizované výsuvné pinoly 15, a v předozadních čelech jsou uchycena vertikálními čepy spřáhla 16 s ovládaným rozpínáním s omezeným kyvem v rámci úložné kapsy.

Na výsuvných pinolách 15 je uložen zvedaný rám 17 nástavby s úložnými pouzdry 18 se zajištěním. Součástí každého rámu 14 vozu je s ním pevně spojená vydutá nástavba 19, s otvory nad úložnými pouzdry 18 se zajištěním. Vnitřní průměr vyduté nástavby 19 odpovídá průměru stavby 9 ukládacího vrtu.

Pro převážení obalového souboru 3 slouží do převážecího vozu 6 vložený podstavec 20 s fixací, do jehož prostorové konstrukce 21 vyložené opěrnými díly je zakomponován fixační mechanizmus 22, skládající se z pohonu 23 mechanizmu kde tento pohon 23 mechanizmu se skládá z rotačního motoru 24, na něj navazuje předlohová rozvodná převodovka 25, za níž následují dvě protilehlé větve, z nichž každá obsahuje na začátku silovou převodovku 26, na její výstup navazuje rozváděči hřídel 27, který ovládá větší páku čtyřkloubového mechanizmu 28, přičemž menší páka čtyřkloubového mechanizmu 28 je zároveň součástí postranní hřídele 29 s přidržovacími rameny.

Výchozím stanovištěm ukládacího robotu 36 je vůz 30 s točnou - převážecí vůz ukládacího robotu, který je obdobou převážecího vozu 6. Jedná se také o poháněný vůz, má ovšem prodloužený rám 31 vozu, ale výsuvné pinoly 15 jsou opět stejné. S výsuvnými částmi elektronicky synchronizovaných výsuvných pinol 15 je pevně propojen prodloužený rám 32 nástavby, v jehož oseje točna 33 s pohonem, se kterou je přírubově propojena otočná nástavba 34, na jejíž zádi je v nástavci uložen lanový vrátek 35 s převáděcím válečkem.

Ukládací robot 36 je tvořen základním dílem, kterým je klenbový rám 37, v jehož spodních podélných průvlacích jsou letmo, v kuželech, uložena tvarová kola 38 s vnitřními pohony, zahrnujícími alternativně planetovou převodovku 39.

Podstatnou mechanickou částí ukládacího robotu 36 je duální efektor 40, který je uchycen ve vodorovném rovinném rámu 41_. Tento rám je zavěšen na dvou dvojicích svislých pohybových šroubů 42 stejné orientace i stejného stoupání, pevně vetknutých do horního průvlaku klenbového rámu 37, prostřednictvím ozubených kol 43 s maticí, která jsou v rovinném rámu 41 uložena v radiaxiálních ložiskách, přičemž každou dvojicí ozubených kol 43 s maticí pohání rotační pohon 44 s pastorkem přes ohebný uzavřený element 45, oba rotační pohony 44 s pastorkem jsou součástí rovinného rámu 41 a oba rotační pohony 44 s pastorkem jsou vzájemně elektronicky synchronizovány.

Duální efektor 40 je zavěšen pod rovinným rámem 41, to tak, že jeho dvě podélné postranní řady ok slouží ke kyvnému uložení efektoru 46 pro manipulaci s bentonitovými výplněmi i k uložení k uložení efektoru 47 pro manipulaci s obalovými soubory.

-6CZ 307370 B6

Podstatnou částí efektoru 46 pro manipulaci s bentonitovými výplněmi je kruhová tyč 48 s kyvnými kleštinami 49 bentonitového lože, zakončenými velkoplošnými kontaktními úchopy 50 válcovými.

Efektor 47 pro manipulaci s obalovými soubory je proveden tak, že na kruhové tyči 48 je kyvně uložena dutá tyč 51 s kyvnými kleštinami 52 obalových souborů, zakončenými velkoplošnými kontaktními úchopy 53 tvarovanými.

Obě postranní rovnoběžné dvojice soustředných kruhových tyčí 48 a dutých tyčí 51 jsou synchronizovány předozadními dvěma dvojicemi 54 zubových segmentů a poháněny lineárními aktuátory 55, uchycenými vždy buď na kyvné kleštině 49 bentonitového lože, nebo na kyvné kleštině 52 obalových souborů, a na opačné straně v oku rovinného rámu 44. Do čelních ploch předních kyvných kleštin 49 bentonitového lože jsou vetknuty osazené čepy 56.

V zadní části klenbového rámu 37 je nástavba 57 rámu, do níž je otočně uložen navíjecí buben 58 napájecího a řídicího kabelu zakončeného propojovací zástrčkou 59. Dále je v zadní části klenbového rámu 37 s ním pevně propojen bezpečnostní hák 60, jehož prostřednictvím je ukládací robotický vůz 32 mechanicky propojen s vozem 30 s točnou - převážecím vozem ukládacího robotu.

Na vstupní straně každé stavby 9 ukládacího vrtu je zabudováno osazení 61 vrtu tvořícího bezproblémový přejezd ukládacího robotu 36 mezi vozem 30 s točnou - převážecím vozem ukládacího robotu a stavbou 9 ukládacího vrtu s minimálním rozdílem v návaznosti pojezdových ploch.

Křížení příjezdové chodby 7 s technologickou chodbou 8 je realizováno pomocí kolejové točny 62, která umožňuje přejezd soupravy 63 robotických vozů z jedné chodby do druhé.

Všechny vozy 30 a 6 soupravy 63 robotických vozů jsou propojeny spřáhly 16 s ovládaným rozpínáním.

Funkce

Robotický systém 1 ukládání obalových souborů v hlubinném úložišti umožňuje hlubinné robotické ukládání obalových souborů 3 jako součást komplexního, prostorově rozsáhlého systému ukládání jaderného odpadu zahrnující důležitá zařízení, jako železniční dopravní síť 2 s trolejemi, včetně převážecích vozů 6, vozu 30 s točnou - převážecí vůz ukládacího robotu a ukládacího robotu 36, které jsou součástí vodorovného hlubinného úložiště 5, skládajícího se z počáteční příjezdové chodby 7, na níž navazují stavby 8 technologických chodeb a k nim stavby kolmé, a to stavby 9 ukládacího vrtu, sloužící k ukládání obalových souborů 3.

Obalové soubory 3 jsou ve stavbě 9 ukládacího vrtu uloženy centrálně, a musejí být obloženy bentonitem. K tomu slouží segmenty lisovaných bentonitových výplní 4. Nejvhodnější z hlediska zavážení se zde jeví kruhové bentonitové výplně 10, oddělující čela obalových souborů 3. Pod každým obalovým souborem 3 je potom bentonitové lože 11, a v jeho délce je prostor stavby 9 ukládacího vrtu dovyplněn kruhovými bentonitovými výsečemi 12.

Z důvodu možné manipulace ukládacím robotem 36 ve stavbě 9 ukládacího vrtu jsou v kruhových bentonitových výplních 10 a v kruhových bentonitových výsečích 12 zakomponovány otvoiy 13 s vnitřním osazením.

Obalové soubory 3 a bentonitové výplně 4 jsou přisunuty do hlubinného úložiště 5 úpadním tunelem kolovou dopravou a jsou robotickými manipulátory přeloženy na příslušné poháněné převážecí vozy 6, určené k převážení bentonitových výplní 4 a obalových souborů 3.

-7CZ 307370 B6

Převážecí vůz 6 má ve svém rámu 14 vozu zakomponovány synchronizované výsuvné pinoly 15 a v předozadních čelech, prostřednictvím vertikálních čepů jsou kyvné, v úložných kapsách omezujících kyv, uložena spřáhla 16 s ovládaným rozpínáním. Na výsuvných pinolách 15 je uložen pevně s nimi propojený rám 17 nástavby, ve kterém jsou pevně zabudována úložná pouzdra 18 se zajištěním, a na rámu 17 nástavby je s ním pevně propojená vydutá nástavba 19 s otvory nad úložnými pouzdry 18 se zajištěním, přičemž průměr výdutě je shodný s průměrem stavby 9 ukládacího vrtu. Tento typ vozu slouží k převážení všech typů bentonitových výplní 4.

K převážení obalových souborů 3 ve vodorovné poloze a jeho zafixování slouží podstavec 20 s fixací, vložený do nástavby 19 převážecího vozu 6. Podstavec 20 s fixací je vložen svými čepy do úložných pouzder 18 se zajištěním rámu 17 nástavby. Podstavec 20 s fixací je tvořen pevnou konstrukcí 21 vyloženou opěrnými díly, zajišťujícími definovaný opěrný kontakt obalového souboru 3. Do konstrukce 21 vyložené opěrnými díly je uložen fixační mechanizmus 22, jehož podstatnou částí je pohon 23 mechanizmu zahrnující rotační motor 24, na něj navazující předlohová rozvodná převodovka 25 se dvěma vývody, přičemž na každý z nich navazuje silová převodovka 26, jejichž výstupní hřídele jsou protilehle orientovány a na ně navazují paralelní rozváděči hřídele 27 přenášející kroutící moment s opačnou orientací otáček na čtyřkloubové mechanizmy 28 umístěné v předozadních partiích podstavce 20 s fixací. Každý z čtyřkloubových mechanizmů 28 potom ovládá kyvný pohyb postranní hřídele 29 s přidržovacími rameny, sloužícími k fixaci obalového souboru 3 při jeho převozu, a v opačném případě, ve výchozí poloze, je celý fixační mechanizmus 22 sbalen do prostoru konstrukce 21 vyložené opěrnými díly.

Pro uložení a jako výchozí stanoviště ukládacího robotu 36 slouží vůz 30 s točnou - převážecí vůz ukládacího robotu.

Vůz s točnou 30 - převážecí vůz ukládacího robotu je rovněž poháněný a na rozdíl od převážecího vozu 6 má prodloužený rám 31 vozu, do kterého jsou, stejně jako u převážecího vozu 6, zakomponovány výsuvné pinoly 15 a v předozadních čelech jsou ve svislých čepech uložena spřáhla 16 s ovládaným rozpínáním, s omezeným kyvem v rámci úložných kapes. Na výsuvných pinolách 15 je posazen a s nimi pevně propojen prodloužený rám 32 nástavby, v jehož středu je uložena točna 33 s pohonem a stejně jako u rámu 17 nástavby, přičemž s točnou 33 s pohonem je pevně propojená na ni nasazená vydutá otočná nástavba 34, přičemž její průměr jejího vydutí je roven průměru stavby 9 ukládacího vrtu. Ukládací robot 36 stojící na voze 30 s točnou - převážecím voze ukládacího robotu je s ním propojen propojovací zástrčkou 59 vývodu navíjecího bubnu 58 napájecího a řídicího kabelu a vývodem lanového vrátku 35 s převáděcím válečkem, připojením k bezpečnostnímu háku 60 nástavby 57 rámu ukládacího robotu 36 sloužícímu k havarijnímu vyprošťování ukládacího robotu 36 ze stavby 9 ukládacího vrtu.

Naložené převážecí vozy 6 projedou příjezdovou chodbou 7 a na poslední kolejové točně 62 musí vzniknout souprava 63 robotických vozů tak, aby byla po příjezdu před stavbu 9 ukládacího vrtu plně funkční.

Obalový soubor 3 a bentonitové výplně 4 naložené na převážecí vozy 6 se na poslední kolejové točně 62 s uspořádáním kolejnic ve tvaru písmene T železniční dopravní sítě 2 s trolejemi seřadí ve stavbě 8 technologické chodby takto: ve směru ke stavbě 9 ukládacího vrtu za kolejovou točnou 62 bude převážecí vůz 6 s podstavcem 20 s fixací a obalovým souborem 3, za ním bude převážecí vůz 6 s bentonitovým ložem 11. Nyní se za první dva převážecí vozy 6 pomocí kolejové točny 62 zařadí na opačné straně přísunu předem připravený vůz 30 s točnou převážecí vůz ukládacího robotu, na němž bude stát ukládací robot 36, a nyní za něj budou postupně do soupravy 63 robotických vozů z koleje příjezdové chodby 7 doplňovány převážecí vůz 6 s kruhovými bentonitovými výsečemi 12 a na poslední pozici bude převážecí vůz 6 s kruhovými bentonitovými výplněmi 10. Nyní se dá, spřáhly 16 s ovládaným rozpínáním

-8CZ 307370 B6 propojená souprava 63 robotických vozů do pohybu, a zastaví se tak, aby před stavbou 9 ukládacího vrtu byl vůz 30 s točnou - převážecí vůz ukládacího robotu s ukládacím robotem 36.

Nyní může být započata poslední fáze, kterou je zavážení produktů do stavby 9 ukládacího vrtu.

Před tím je nutno poznamenat, že do nově provedené stavby 9 ukládacího vrtu je nutno do jeho vstupního průřezu zabudovat osazení 61 vrtu k přizpůsobení najížděcí plochy do stavby 9 ukládacího vrtu z otočné nástavby 34, a dále je nutno konec stavby 9 ukládacího vrtu speciálním postupem vyložit kruhovými bentonitovými výplněmi 10.

Po této přípravné fázi je možno již stavbu 9 ukládacího vrtu zavážet cyklicky opakovatelným způsobem a zde nachází uplatnění ukládací robot 36.

Jeho nosným dílem je klenbový rám 37, v jehož spodních podélných průvlacích jsou v nábojích uložena tvarová kola 38 s vnitřními pohony, alternativně s planetovou převodovkou 39, umožňující jízdu ve stavbě 9 ukládacího vrtu, a zároveň tím po nástavbách 19 převážecích vozů 6 a otočné nástavbě 34 vozu 30 s točnou - převážecích vozů ukládacího robotu.

V horním průvlaku, který je součástí klenbového rámu 37, jsou pevně uloženy dvě dvojice svislých synchronizačních pohybových šroubů 42 a na nich jsou nasazena ozubená kola 43 s maticí, která jsou valivě v radiaxiálních ložiskách uložena v rovinném rámu 41. Každá z předozadních dvojic, synchronizační pohybový šroub 42 - ozubené kolo 43 s maticí, je synchronizována ohebným uzavřeným elementem 45 a poháněna rotačním pohonem 44 s pastorkem, které jsou opět součástí rovinného rámu 41. přičemž rovinný rám 41 je nosným dílem duálního efektoru 40 skládajícího se z efektoru 46 pro manipulaci s bentonitovými výplněmi a efektoru 47 pro manipulaci s obalovými soubory.

Efektor 46 pro manipulaci s bentonitovými výplněmi zahrnuje dvě protilehlá rovnoběžná ramena, z nichž každé se skládá z kruhové tyče 48, kyvných kleštin 49 bentonitového lože zakončených velkoplošnými kontaktními úchopy 50 válcovými.

Efektor 47 pro manipulaci s obalovými soubory zahrnuje opět dvě soustředná protilehlá rovnoběžná ramena kyvně uložená do postranních ok rovinného rámu 41, z nich každé se skládá z duté tyče 51, kyvných kleštin 52 obalových souborů zakončených velkoplošnými kontaktními úchopy 53 tvarovanými.

Ramena každého z efektoru 46, 47 jsou ovládána lineárními aktuátory 55, kyvně uloženými v klenbovém rámu 37, a synchronizaci každého z efektoru 46, 47 zajišťuje vždy dvojice zubových segmentů 54, každá z nich umístěná vždy na předním a zadním čele ukládacího robotu 36.

Součástí dvou předních kyvných kleštin 49 bentonitového lože jsou osazené čepy 56 sloužící k uchopování a zakládání všech bentonitových výplní 4, s výjimkou bentonitového lože 11, k čemu slouží otvory 13 s vnitřními osazeními, které jsou součástí uvedených bentonitových výplní 4.

V zadní části klenbového rámu 37 ukládacího robotu 36 je s ním pevně propojena nástavba 57 rámu, do níž je vložen navíjecí buben 58 napájecího a řídicího kabelu s propojovací zástrčkou 59 sloužící k zásobování elektrickou energií a ovládání ukládacího robotu 36, a dále ve spodní části nástavby 57 rámu je pevně uložen bezpečnostní hák 60 sloužící k mechanickému propojení ukládacího robotu 36 s lanovým vrátkem 35 s převáděcím válečkem vozu 30 s točnou točnou převážecí vůz ukládacího robotu.

Vertikální stavění duálního efektoru 40 synchronizovanými pohybovými šrouby 42 umožňuje polohování všech dílů bentonitových výplní 4 a obalového souboru 3 při manipulaci s nimi před nebo uvnitř stavby 9 ukládacího vrtu. Rotační pohony 44 s pastorkem jsou synchronizovány elektronicky.

-9CZ 307370 B6

Po nástavbách 19 převážecích vozů 6 a otočné nástavbě 34 vozu 30 s točnou - převážecí vůz ukládacího robotu, které mají stejný průměr jako stavba 9 ukládacího vrtu, stejně jako ve stavbě 9 ukládacího vrtu se pohybuje ukládací robot 36.

Ukládání obalových souborů 3 probíhá takto:

Nejdříve jsou do ukončovací části stavby 9 prázdného ukládacího vrtu zavezeny individuálně kruhové bentonitové výplně 10. Tím je stavba 9 ukládacího vrtu hlubinného úložiště 5 připravena a dále je již možno pokračovat v ukládání obalových souborů 3 cyklicky. Otočná nástavba 34 vozu 30 s točnou - převážecího vozu ukládacího robotu se otočí o 90° a dojde k vertikálnímu i horizontálnímu vyrovnání s otočnou nástavbou 34 a osazením 61 vrtu, otočná nástavba 34 se vrátí zpět do původní polohy, nástavby 19 ostatních vozů soupravy vertikálně upraví svou výšku na úroveň stejnou s otočnou nástavbou 34 a může být zahájen cyklus ukládání.

Průběh jednoho cyklu ukládání:

Ukládací robot 36 nabere efektorem 46 pro manipulaci s bentonitovými výplněmi z druhého převážecího vozu 6 bentonitové lože 11, vrátí se na otočnou nástavbu 34 a po otočení o 90° zajede na konec stavby 9 ukládacího vrtu a uloží bentonitové lože 11 na doraz k poslední kruhové bentonitové výplni 10. Ukládací robot 36 se vrátí, využije otočnou nástavbu 34, nabere z prvního převážecího vozu 6 obalový soubor 3 uchopením efektorem 47 pro manipulaci s obalovými soubory a opět stejným způsobem zajede do stavby 9 ukládacího vrtu a uloží obalový soubor 3 na bentonitové lože 11 na doraz k poslední kruhové bentonitové výplni 10. Dále se tento malý cyklus zavážení odehrává obdobně s tím, že ukládací robot 36 začne nabírat kruhové bentonitové výseče 12, které jsou na opačné straně vozu 30 s točnou - převážecího vozu ukládacího robotu, s tím, že okolní objem obalového souboru 3 je zavážen postupně, vždy po jednom dílu bentonitové výplně 4, a je zakončen kruhovými bentonitovými výplněmi 10 připravenými na posledním převážecím vozu 6.

Po vyložení se převážecí vozy 6, mimo vůz 30 s točnou - převážecí vozy ukládacího robotu a ukládacím robotem 36, vracejí železniční dopravní sítí 2 s trolejemi na výchozí stanoviště, a vůz 30 s točnou - převážecí vůz ukládacího robotu, s naloženým ukládacím robotem 36, zůstane ve vyčkávací poloze u nejbližší kolejové točny 62 stavby 9 ukládacího vrtu, aby po přijetí naložených převážecích vozů 6 doplnil středovou pozici soupravy 63 robotických vozů.

Průmyslová využitelnost

Navržené řešení robotické systémové sestavy pro ukládání obalových souborů v hlubinném úložišti zahrnujícím soustavu staveb podzemního systému chodeb a vrtů s železniční dopravní sítí s trolejemi a ukládací robot robotického systému pro ukládání obalových souborů v hlubinném úložišti jako její hlavní součást je určeno k realizaci procesu transportu, manipulace, ukládání a vytěsňování obalových souborů s vyhořelým jaderným palivem do podzemních horizontálních nebo subhorizontálních ukládacích vrtů hlubinného úložiště.

Claims (9)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Ukládací robot (36) pro ukládání obalových souborů v hlubinném úložišti jako součást robotické systémové sestavy, vyznačující se tím, že je tvořen základním dílem, kterým je klenbový rám (37), v jehož spodních podélných průvlacích jsou letmo, v kuželech, uložena tvarová kola (38) s vnitřními pohony, kde ve vnitřním prostoru tohoto klenbovém rámu (37) je duální efektor (40), který je uchycen ve vodorovném rovinném rámu (41) zavěšeném na dvou dvojicích svislých pohybových šroubů (42) stejné orientace i stejného stoupání, pevně vetknutých do horního průvlaku klenbového rámu (37), prostřednictvím ozubených kol (43) s maticí, která jsou v rovinném rámu (41) uložena v radiaxiálních ložiskách, přičemž každou dvojicí ozubených kol (43) s maticí pohání pohon (44) s pastorkem přes ohebný uzavřený element (45), přičemž pohony (44) s pastorkem jsou součástí rovinného rámu (41) a pohony (44) s pastorkem jsou vzájemně elektronicky synchronizovány, přičemž duální efektor (40) je zavěšen pod rovinným rámem (41), přičemž je dále opatřen dvěma podélnými postranními řadami ok kyvného uložení efektoru (46) pro manipulaci s bentonitovými výplněmi a ok uložení efektoru (47) pro manipulaci s obalovými soubory, kde jednak efektor (46) pro manipulaci s bentonitovými výplněmi je tvořen kruhovou tyčí (48) s kyvnými kleštinami (49) bentonitového lože, zakončenými velkoplošnými kontaktními úchopy (50) válcovými, jednak efektor (47) pro manipulaci s obalovými soubory je proveden tak, že na kruhové tyči (48) je kyvně uložena dutá tyč (51) s kyvnými kleštinami (52) obalových souborů, zakončenými velkoplošnými kontaktními úchopy (53) tvarovanými, přičemž obě postranní rovnoběžné dvojice soustředných kruhových tyčí (48) a dutých tyčí (51) jsou synchronizovány předozadními dvěma dvojicemi (54) zubových segmentů a poháněny lineárními aktuátory (55), uchycenými vždy jednak bud’ na kyvné kleštině (49) bentonitového lože, nebo na kyvné kleštině (52) obalových souborů, a jednak na opačné straně v oku rovinného rámu (41), přičemž do čelních ploch předních kyvných kleštin (49) bentonitového lože jsou vetknuty osazené čepy (56), přičemž v zadní části klenbového rámu (37) je nástavba (57) rámu, do níž je otočně uložen navíjecí buben (58) napájecího a řídicího kabelu zakončeného propojovací zástrčkou (59), přičemž dále je v zadní části klenbového rámu (37) s ním pevně propojen bezpečnostní hák (60) mechanického propojení ukládacího robotického vozu s vozem (30) s točnou-převážecího vozu ukládacího robotu.
2. 2. Ukládací robot (36) podle nároku 1, vyznačující se tím, že tvarová kola (38) s vnitřními pohony zahrnují planetovou převodovku (39).
3. 3. Robotická systémová sestava pro ukládání obalových souborů v hlubinném úložišti tvořeném systémem staveb vodorovných chodeb, na jejichž vstupuje stavba příjezdové chodby (7), na niž příčně navazují stavby (8) technologické chodby a na ty kolmo navazují v určité výšce nad podlahou vodorovných chodeb stavby (9) ukládacích vrtů pro centrální ukládání obalových souborů (3) s obložením prostorově lisovanými bentonitovými výplněmi (4), kdy hlavní součástí robotické systémové sestavy je ukládací robot (36) podle nároku 1, vyznačující se tím, že součástí robotické systémové sestavy je železniční dopravní síť (2) s trolejemi vybavená jednak osazením (61) vrtu ukládacího robota (36) mezi vozem (30) s točnou - převážecím vozem ukládacího robotu a vstupní částí stavby (9) ukládacího vrtu s rozdílem v návaznosti pojezdových ploch, jednak kolejovou točnou (62) přejezdu soupravy (63) robotických vozů mezi stavbou příjezdové chodby (7) a stavbou (8) technologické chodby, přičemž výchozím stanovištěm ukládacího robotu (36) pro ekologické ukládání obalových souborů v hlubinném úložišti je vůz (30) s točnou - převážecí vůz ukládacího robotu, který má

   -11 CZ 307370 B6 prodloužený rám (31) vozu, ve kterém jsou uloženy elektronicky synchronizované výsuvné pinoly (15), přičemž s výsuvnými částmi elektronicky synchronizovaných výsuvných pinol (15) je pevně propojen prodloužený rám (31) vozu nástavby, v jehož oseje točna (33) s pohonem, se kterou je přírubově propojena otočná nástavba (34), na jejíž zádi je v nástavci uložen lanový vrátek (35) s převáděcím válečkem, přičemž robotická systémová sestava je dále vybavena převážecím vozem (6) pro převážení bentonitových výplní (4) a obalových souborů (3), který je tvořen rámem (14) vozu, ve kterém jsou uloženy elektronicky synchronizované výsuvné pinoly (15), přičemž v předozadních čelech tohoto převážecího vozu (6) jsou uchycena vertikálními čepy spřáhla (16) s ovládaným rozpínáním s omezeným kyvem v rámci úložné kapsy, kde na výsuvných pinolách (15) je uložen zvedaný rám (17) nástavby s úložnými pouzdry (18) se zajištěním, kde součástí každého rámu (14) vozu je s ním pevně spojená uložená vydutá nástavba (19) s otvory nad úložnými pouzdry (18) se zajištěním, přičemž vnitřní průměr vyduté nástavby (19) odpovídá rozměrově průměru stavby (9) ukládacího vrtu, přičemž do převážecího vozu (6) je uložen podstavec (20) s fixací pro převážení obalového souboru (3), přičemž do prostorové konstrukce podstavce (20) s fixací konstrukce (21) vyložené opěrnými díly je zabudován fixační mechanizmus (22) skládající se z pohonu (23) mechanizmu, kde tento pohon (23) mechanizmu se skládá z rotačního motoru (24), na něj navazuje předlohová rozvodná převodovka (25), za níž následují dvě protilehlé větve, z nichž každá obsahuje na začátku silovou převodovku (26), na její výstup navazuje rozváděči hřídel (27), pro ovládání větší páky čtyřkloubového mechanizmu (28), přičemž menší páka čtyřkloubového mechanizmu (28) je zároveň součástí postranní hřídele (29) s přidržovacími rameny.
4. 4. Robotická systémová sestava podle nároku 3, vyznačující se tím, že stavby (9) ukládacích vrtů jsou v průřezu kruhové.
5. 5. Robotická systémová sestava podle nároku 3, vyznačující se tím, že bentonitovými výplněmi (4) jsou kruhové bentonitové výplně (10), bentonitová lože (11) a kruhové bentonitové výseče (12).
6. 6. Robotická systémová sestava podle nároku 5, vyznačující se tím, že kruhové bentonitové výplně (10) a kruhové bentonitové výseče (12) mají otvory (13) s vnitřním osazením.
7. 7. Robotická systémová sestava podle nároku 3, vyznačující se tím, že vozy (30) a (6) tvoří soupravu (63) robotických vozů.
8. 8. Robotická systémová sestava podle nároku 7, vyznačující se tím, že souprava (63) robotických vozů je tvořena sestavou čtyř převážecích vozů (6), z nichž první je vybaven podstavcem (20) s fixací, a dále vozem (30) s točnou-převážecím vozem ukládacího robotu a ukládacím robotem (36).
9. 9. Robotická systémová sestava podle nároku 3, vyznačující se tím, že všechny vozy (30) a (6) tvořící soupravy (63) robotických vozů jsou propojeny spřáhly (16) s ovládaným rozpínáním.