RU203476U1

RU203476U1 - Device for determining the profile of solid phase freezing in the process of directional solidification

Info

Publication number: RU203476U1
Application number: RU2019141462U
Authority: RU
Inventors: Андрей Викторович Грушковский; Иван Владимирович Кузнецов; Майя Юрьевна Каленова; Андрей Станиславович Щепин; Олег Николаевич Будин
Priority date: 2019-12-12
Filing date: 2019-12-12
Publication date: 2021-04-06

Abstract

Полезная модель Устройство определения профиля намерзания твердой фазы из расплава предназначена для контроля за процессом регенерации ионных сред пироэлектрохимической переработки отработавшего ядерного топлива. В различных переделах эти соли насыщаются галогенидами продуктов деления, представленных радиоактивными изотопами щелочных и щелочноземельных металлов. Регенерация солевых систем осуществляется путем направленной кристаллизацией в цилиндрической емкости с движением фронта кристаллизации от охлаждаемой стенки емкости к ее центру, твердая фаза при этом обедняется примесями, концентрирующимися в расплаве. Ввиду усадочных явлений, обусловленных значительной разницей в плотностях твердой и расплавленной соли, профиль характеризуется сложной формой. Для ее анализа предлагается конструкция с механическим щупом, перемещаемым в вертикальной оси линейным электроприводом, а в горизонтальной - с помощью соленоида через систему рычагов. Горизонтальная координата касания щупа рассчитывается посредством АСУТП по показаниям тороидного реостата либо энкодера, жестко связанного с отклоняющейся частью щупа, а вертикальная - рассчитывается по времени от начала движения вверх. Кожух устройства имеет ребра охлаждения и подачу аргона в верхней части для предотвращения перегрева электронных компонентов и конденсации соли на деталях зонда. 2 фиг.Utility model The device for determining the profile of solid phase freezing from the melt is intended for monitoring the process of regeneration of ionic media of pyroelectrochemical processing of spent nuclear fuel. In various redistributions, these salts are saturated with halides of fission products, represented by radioactive isotopes of alkali and alkaline earth metals. Regeneration of salt systems is carried out by directional crystallization in a cylindrical vessel with the movement of the crystallization front from the cooled vessel wall to its center, while the solid phase is depleted by impurities concentrating in the melt. Due to shrinkage phenomena caused by a significant difference in the density of solid and molten salt, the profile is characterized by a complex shape. For its analysis, a design is proposed with a mechanical probe moved in the vertical axis by a linear electric drive, and in the horizontal axis by means of a solenoid through a system of levers. The horizontal coordinate of touching the probe is calculated by means of the APCS according to the readings of a toroidal rheostat or an encoder rigidly connected to the deflecting part of the probe, and the vertical coordinate is calculated in time from the beginning of the upward movement. The housing has cooling fins and an argon supply at the top to prevent overheating of electronic components and salt condensation on probe parts. 2 fig.

Description

Область техники, к которой относится полезная модельTechnical field to which the utility model belongs

Полезная модель относится к устройствам, предназначенным для пассивного контроля процессов очистки расплавов галогенидов методом направленной кристаллизации с движением фронта кристаллизации от стенки цилиндрической емкости к центру.The utility model relates to devices designed for passive control of the purification processes of halide melts by the method of directional crystallization with the movement of the crystallization front from the wall of the cylindrical vessel to the center.

Уровень техникиState of the art

Способ регенерации солевого электролита, основанный на направленной кристаллизации с движением фронта кристаллизации от стенки цилиндрической емкости к центру, является новым и не реализован в промышленности, в связи с чем к настоящему моменту не существует референтных технических решений для измерения профиля намерзания очищенной соли в аппарате. Существующие бесконтактные способы анализа формы в данном случае вряд ли применимы:The method for regenerating salt electrolyte, based on directional crystallization with the movement of the crystallization front from the wall of a cylindrical vessel to the center, is new and has not been implemented in industry, and therefore, to date, there are no reference technical solutions for measuring the freezing profile of purified salt in the apparatus. The existing contactless methods of shape analysis are hardly applicable in this case:

- использование радаров затруднено тем, что расплавленный электролит является проводящей средой, хорошо поглощающей радиоволны, помимо этого мощное ионизирующее излучение продуктов деления может вызвать помехи в детектирующей части и привести к преждевременному выходу устройства из строя;- the use of radars is complicated by the fact that the molten electrolyte is a conductive medium that absorbs radio waves well; in addition, the powerful ionizing radiation of fission products can cause interference in the detecting part and lead to premature failure of the device;

- применение лидаров ограничено неизбежной конденсацией солевого тумана на оптических окнах, которые должны быть расположены в непосредственной близости от реакционной массы, разница в плотности газовой среды и расплавленного электролита будет приводить к сильному преломлению лазерного луча, что не позволит анализировать профиль соли ниже уровня жидкости;- the use of lidars is limited by the inevitable condensation of salt fog on optical windows, which must be located in the immediate vicinity of the reaction mass, the difference in the density of the gaseous medium and the molten electrolyte will lead to strong refraction of the laser beam, which will not allow analyzing the salt profile below the liquid level;

- ультразвуковые датчики неприменимы ввиду необходимости размещения нескольких источников и детекторов как над поверхностью расплава, так и под ней, что неосуществимо, учитывая характер процесса и агрессивность горячего электролита;- ultrasonic sensors are inapplicable due to the need to place several sources and detectors both above and below the surface of the melt, which is not feasible, given the nature of the process and the aggressiveness of the hot electrolyte;

- исследование профиля намерзания с помощью одного из аппаратов, использующего проникающее излучение вряд ли оправдано, так как электролит обладает собственным высоким уровнем радиоактивности, что, с высокой долей вероятности, полностью исказит сигнал.- the study of the freezing profile using one of the devices using penetrating radiation is hardly justified, since the electrolyte has its own high level of radioactivity, which, with a high degree of probability, will completely distort the signal.

Наиболее близкими по назначению и решаемым задачам к разработанному устройству являются ультразвуковые эхолоты, используемые на морских и речных судах для исследования рельефа дна водоема, использующие ультразвуковое излучение. Их конструкциям посвящено множество охранных документов, например, описанный в RU 187455 U1 «Многочастотный эхолот - профилограф», ООО «Маринн 3Д».The closest in purpose and tasks to the developed device are ultrasonic echo sounders used on sea and river vessels to study the bottom topography of the reservoir, using ultrasonic radiation. A lot of security documents are devoted to their designs, for example, described in RU 187455 U1 "Multi-frequency echo sounder - profiler", LLC "Marine 3D".

Раскрытие сущности полезной моделиDisclosure of the essence of a utility model

Задачей полезной модели является обеспечение возможности периодического измерения профиля намерзания электролита в процессе его регенерации методом направленной кристаллизации. Это достигается тем, что в отличие от известных технических решений используется механический зонд, размещаемый в герметичном кожухе на крышке кристаллизатора параллельно центральному нагревателю. Основная часть зонда представляет собой стальную монтажную пластину, жестко закрепленную на конце штока линейного электропривода, на которой установлен соленоид, соединенный через систему рычагов со стальным щупом, который может перемещаться в горизонтальной плоскости благодаря шарнирному консольному соединению, совмещенному с энкодером либо реостатом. На внешней стороне кожуха имеются ребра охлаждения, а в верхней его части - подвод для аргона либо другого благородного газа.The task of the utility model is to provide the possibility of periodic measurement of the freezing profile of the electrolyte during its regeneration by the method of directional crystallization. This is achieved by the fact that, in contrast to the known technical solutions, a mechanical probe is used, which is placed in a sealed casing on the mold cover parallel to the central heater. The main part of the probe is a steel mounting plate rigidly fixed at the end of the linear actuator stem, on which a solenoid is mounted, connected through a system of levers to a steel probe, which can move in the horizontal plane due to a hinged console connection combined with an encoder or rheostat. On the outer side of the casing there are cooling fins, and in the upper part of it there is an inlet for argon or other noble gas.

Техническим результатом заявленного решения является возможность пассивного контроля профиля намерзания кристаллической фазы в процессе регенерации ионных сред пироэлектрохимической переработки ОЯТ методом направленной кристаллизации с движением фронта кристаллизации от стенки цилиндрической емкости к ее центру.The technical result of the claimed solution is the possibility of passive control of the crystalline phase freezing profile during the regeneration of ionic media of pyroelectrochemical SNF processing by the method of directional crystallization with the movement of the crystallization front from the wall of the cylindrical vessel to its center.

Описание чертежейDescription of drawings

На фиг. 1 представлен эскиз устройства определения профиля намерзания твердой фазы из расплава, на фиг. 2 - схема размещения в аппарате направленной кристаллизации.FIG. 1 shows a sketch of a device for determining the profile of freezing of a solid phase from a melt; FIG. 2 is a layout diagram of a directional crystallization apparatus.

Осуществление полезной моделиImplementation of the utility model

Устройство определения профиля намерзания содержит герметичный кожух (1), устанавливаемый на крышку кристаллизатора (2) вблизи центрального нагревателя (14) и параллельно оси аппарата, на его внешней поверхности имеются ребра охлаждения (3), а в верхней части организована подача аргона (4). Также в верхней части кожуха установлен линейный электропривод (5), шток (6) которого перемещается внутри кожуха по вертикали. К нижнему концу штока (6) жестко закреплена монтажная пластина (7), на которой установлен соленоид (8), соединенный системой рычагов (9) с качающимся щупом (10), жестко связанным с ротором энкодера либо тороидного реостата (11), статор которого жестко установлен на монтажную пластину. В нижней части кожуха также расположена пластина-направляющая с прорезью (12).The device for determining the freezing profile contains a sealed casing (1) installed on the lid of the mold (2) near the central heater (14) and parallel to the axis of the apparatus, there are cooling fins (3) on its outer surface, and the supply of argon is organized in the upper part (4) ... Also in the upper part of the casing there is a linear electric drive (5), the rod (6) of which moves vertically inside the casing. A mounting plate (7) is rigidly fixed to the lower end of the rod (6), on which a solenoid (8) is installed, connected by a system of levers (9) with a swinging probe (10) rigidly connected to the rotor of the encoder or toroidal rheostat (11), the stator of which fixed to the mounting plate. In the lower part of the casing there is also a slotted guide plate (12).

Работает зонд следующим образом. По сигналу АСУТП шток (6) линейного электропривода (5) выдвигается полностью и опускает монтажную пластину (7) с установленным на ней щупом (10) вниз до упора, после чего на соленоид (8) подается напряжение и щуп (10) за счет усилия, передаваемого системой рычагов (9), отклоняется, упираясь в твердую поверхность соли (13). Затем ток обратной полярности подается на линейный электропривод (5), вследствие чего начинается медленное поднятие штока (6) и закрепленной на нем монтажной пластины (7) с постоянной скоростью, конец щупа (10) при этом скользит по поверхности слоя намерзшего электролита, повторяя его профиль. Отклонение щупа строго в одной плоскости обеспечивается пластиной с прорезью (12). Горизонтальные координаты точек касания с поверхностью намерзания отслеживаются АСУТП по сигналу с тороидного реостата либо энкодера (11), ротор которого поворачивается синхронно с отклонением щупа, а вертикальные рассчитываются по времени от начала подачи тока на линейный электропривод (5), шток (6) которого движется с постоянной заранее выбранной скоростью. Поток аргона, подаваемого через штуцер (4) в верхней часть кожуха, препятствует конденсации соли на поверхностях щупа, а ребра (3) на внешней стороне кожуха служат отведению избыточного тепла во избежание термического повреждений электрических деталей устройства.The probe works as follows. At the signal of the process control system, the rod (6) of the linear electric drive (5) is fully extended and lowers the mounting plate (7) with the probe (10) installed on it down to the stop, after which voltage and the probe (10) are applied to the solenoid (8) due to the force , transmitted by the system of levers (9), deflects, abutting against the hard surface of the salt (13). Then the current of reverse polarity is supplied to the linear electric drive (5), as a result of which a slow lifting of the rod (6) and the mounting plate (7) fixed on it begins at a constant speed, the end of the probe (10) at the same time slides over the surface of the frozen electrolyte layer, repeating it profile. The deflection of the stylus strictly in one plane is provided by a plate with a slot (12). The horizontal coordinates of the points of contact with the freezing surface are monitored by the control system according to the signal from the toroidal rheostat or the encoder (11), the rotor of which rotates synchronously with the deflection of the probe, and the vertical coordinates are calculated in time from the beginning of the current supply to the linear electric drive (5), the rod (6) of which moves at a constant preselected speed. The argon flow supplied through the nipple (4) in the upper part of the casing prevents salt condensation on the surfaces of the probe, and the ribs (3) on the outside of the casing serve to remove excess heat to avoid thermal damage to the electrical parts of the device.

Claims

1. A device for determining the profile of salt freezing in the process of directional crystallization, containing a probe consisting of a mounting plate moving vertically by the rod of an electric linear electric drive, and a probe moving horizontally, deflecting with the help of a solenoid through a system of levers in the slot of the guide plate, and horizontal the coordinates of the point of contact with the surface of the solid electrolyte are determined from the readings of a toroidal rheostat or an encoder, the rotor of which is rigidly connected to the lower part of the probe, and the stator - to the mounting plate, where the vertical coordinate is calculated in time from the beginning of the vertical movement of the probe from top to bottom, while the probe is placed in a sealed casing installed on the mold cover parallel to the apparatus axis through a flange with cooling fins located on the outer surface, and an inlet for supplying argon is arranged in its upper part, which prevents the condensation of salt fog on the surfaces of the probe.

2. The device for determining the profile of freezing according to claim 1, characterized in that a mechanical probe is used, driven by an electric actuator along the vertical axis.

3. The device for determining the freezing profile according to claim 2, characterized in that a mechanical probe is used, which is driven by a solenoid along the horizontal axis through a system of levers.

4. The device for determining the freezing profile according to claim 3, characterized in that a toroidal rheostat or an encoder is used to obtain the horizontal coordinate of the probe touching the surface of a solid electrolyte (solid phase).

5. The device for determining the freezing profile according to claim 4, characterized in that a guide plate with a slot is used to ensure the deflection of the probe strictly in one plane.

6. The device for determining the freezing profile according to claim 5, characterized in that the vertical coordinate is calculated by the automated process control system in time from the beginning of the uniform movement of the probe in the direction.

7. The device for determining the freezing profile according to claim 6, characterized in that its casing has cooling fins on the outside to prevent overheating of the electronic components.

8. The device for determining the freezing profile according to claim 7, characterized in that its casing has an argon supply in the upper part to prevent salt condensation on the probe parts;

9. The device for determining the freezing profile according to claim 8, characterized in that its casing is installed on the mold cover vertically close to the center and parallel to the axis of the apparatus.