Kapselointilaitoksen kapselin siirtovaunun suunnitelma

Transkriptio

1 Työraportti Kapselointilaitoksen kapselin siirtovaunun suunnitelma Lauri Pietikäinen Fortum Nuclear Services Oy Helmikuu 2003 Pasivan työraporteissa käsitellään käynnissä olevaa tai keskeneräistä työtä. Esitetyt tulokset ovat alustavia. Raportissa esitetyt johtopäätökset ja näkökannat ovat kirjoittajien omia, eivätkä välttämättä vastaa Posiva Oy:n kantaa.

2 Työraportti Kapselointilaitoksen kapselin siirtovaunun suunnitelma Lauri Pietikäinen Helmikuu 2003

3 (i Fortum Nuclear Services 1 ENR 1 Lauri Pietikäinen NUCL (1) Jakelu: Tarkastaja, pvm Hyväksyjä., pvm Korvaa Avainsanat KAPSELOINTILAITOKSEN KAPSELIN SIIRTOVAUNUN SUUNNITELMA TIIVISTELMÄ Tässä raportissa kuvataan Teollisuuden Voima Oy:n Olkiluodon ja Fortum Power and Heat Ltd:n Loviisan ydinvoimalaitoksien tuottaman käytetyn polttoaineen loppusijoitukseen suunnitellun kapselointilaitoksen kapselin siirtovaunun suunnitelma. Asiakirjassa esitetään laitteen suunnitteluperusteet, tarkastelu vaihtoehtoisista rakenneratkaisuista sekä tämän päivän tekniikkaan perustuva melko yksityiskohtainen periaatesuunnitelma myöhempää jatkokehittelyä ja detaljisuunnittelua varten. Asiakirjassa esitetään myös, miten mahdollisista suunnittelun perusteeksi otettavista vikaantumistilanteista selviydytään. Lopussa esitetään laitteen kustannusarvio tämän päivän hintatasolla. Fortwn Nuclear Services Oy Ly kmro Kotipaikka Espoo

4 KAPSELOINTILAITOKSEN KAPSELIN SIIRTOVAUNUN SUUNNITELMA TIIVISTELMÄ Tässä raportissa kuvataan Teollisuuden Voima Oy:n Olkiluodon ja Fortum Power and Heat Ltd:n Loviisan ydinvoimalaitoksien tuottaman käytetyn polttoaineen loppusijoitukseen suunnitellun kapselointilaitoksen kapselin siirtovaunun suunnitelma. Asiakirjassa esitetään laitteen suunnitteluperusteet, tarkastelu vaihtoehtoisista rakenneratkaisuista sekä tämän päivän tekniikkaan perustuva melko yksityiskohtainen periaatesuunnitelma myöhempää jatkokehittelyä ja detaljisuunnittelua varten. Asiakirjassa esitetään myös, miten mahdollisista suunnittelun perusteeksi otettavista vikaantumistilanteista selviydytään. Lopussa esitetään laitteen kustannusarvio tämän päivän hintatasolla. Avainsanat: Kapselointilaitos, loppusijoituskapseli.

5 DESIGN OF ENCAPSULATION PLANT'S CANISTER TRANSFER MACHINE ABSTRACT This report describes the design of the spent nuclear fuel canister carriage in the encapsulation plant for spent nuclear fuel produced by Olkiluoto 112 and Loviisa 112. This paper describes the design basis for the equipment including review of possible alternative constructions as well as a quite detailed basic design based on today's technology for further development and detail design. This paper also describes how to cope with design basic failures of individual components. At the end is a cost estimate of the equipment based on today' s price level. Keywords: Encapsulation plant, final disposal canister.

6 1 SISÄLLYSLUETTELO 1 JOHDANT SUUNNITTELUPERUSTEET Turvallisuusluokitus ja viranomaisvaatimukset Siirtovaunun liikkeet ja työvaiheet Yleiset tekniset tiedot Polttoainekapselin mitat Siirtovaunun ja radan mitoitus sekä tarkkuusvaatimukset Siirtovaunun yleiset suunnitteluvaatimukset Automaatiolie asetettavat yleiset vaatimukset Sähköistykselle asetettavat yleiset vaatimukset VAIHTOEHTOISET RAKENNERATKAISUT JA NIIDEN ARVIOINTI Johdanto Kuljetusrata ja vaunun alusta Nosturikiskot ja nosturin kulkupyörät Standardimalliset lineaarijohteet ja lineaarirullalaakerit llmatyynyalusta Vesityynyalusta Vaunun siirtokoneisto Nosturityyppinen standardimallinen siirtokoneisto Hammastankoon perustuva siirtokoneisto Ketjuvetoon perustuva siirtokoneisto Köysivetoon perustuva siirtokoneisto Nostokoneisto Trapetsikierteinen nostoruuvi + servomoottori ja vaihde Rullaruuvi + servomoottori ja vaihde Kuularuuvi + servomoottori ja vaihde Rullaketjunostin Lenkkiketju nostin Köysi nostin Vaunun pystyrunko Ristikkorakenne Levyrakenteinen palkkirunko Valurunko Nostokeikka Kapselin pyörityskoneisto Kapselin tuenta ja kohdistus Kapselin työstälaitteet Kapselin kannen nostolaite EHDOTUS RAKENTEESTA JATKOKEHITTELYÄ VARTEN Johdanto Kuljetusrata ja vaunun alusta Vaunun siirtokoneisto Nostokoneisto... 20

7 2 4.5 Vaunun pystyrunko Nostokeikka Kapselin pyörityskoneisto Kapselin tuenta ja kohdistus Kapselin työstälaitteet Kapselin kannen nostolaite VIKAANTUMISTILANTEET Johdanto Kapseloinnin työvaiheet Vikatilanteiden määrittely ja korjausehdotukset Yleinen sähkönsyötön menetys Kapselin nostokoneiston vikaantuminen Kapselin siirtovaunun ajomoottorin vikaantuminen Kapselin kannen nostinlaitteen vikaantuminen Kapselin pyörityslaitteen vikaantuminen Kapselin hitsin koneistuslaitteen vikaantuminen Kapselin aukikoneistuslaitteen vikaantuminen KUSTANNUSARVIO VIITTEET... 34

8 3 KAPSELIN SIIRTOVAUNUN SUUNNITELMA 1 JOHDANTO Käytetty ydinpolttoaine kapseloidaan kapselointilaitoksessa, jonka keskeinen osa on kapselin siirtokäytävä. Viitteet 11/ ja /5/. Kapselin siirtovaunun tarkoituksena on siirtää polttoainekapselia sen täyttöön, sulkemiseen ja tarkastuksiin liittyvien työpisteiden ja työvaiheiden välillä. Kapselin siirtovaunuun kytketään kapselin hitsauksen, hitsin koneistuksen ja tarkastuksen sekä hitsatun kannen avaukseen tarvittavia lisälaitteita. Säteilevä polttoainekapseli on suojaamattomana kapselointiradalla. Konepajalla esivalmistettu polttoainekapseli lasketaan vastaanottotilan nosturilla kapselin siirtovaunuun. Kapseli siirretään kuumakammion kohdalle ja täytetään polttoainenipuilla, tämän jälkeen kuparikansi hitsataan kiinni, kannen hitsi koneistetaan ja tarkistetaan eri menetelmillä. Polttoainekapseli siirretään kapselointiradalta puskurivaraston nosturilla joko puskurivarastoon tai siirrettäväksi suoraan loppusijoitustilaan. Kapselin siirtovaunun toimialue on kuvan 1 nuolten rajaaman alueen välissä. Siirtovaunu liikkuu kapselointilaitoksen pohjatasolla. l l Kuva 1. Kapselointiprosessin vaiheet.

9 4 2 SUUNNITTELUPERUSTEET 2.1 Turvallisuusluokitus ja viranomaisvaatimukset Kapselin siirtovaunu kuuluu ydinvoimalaitosten turvallisuusluokkaan 3. Suunnittelussa, valmistuksessa, asennuksessa ja koekäytössä noudatetaan Säteilyturvakeskuksen (STUK) ohjeita. 2.2 Siirtovaunun liikkeet ja työvaiheet Kapselin siirtovaunun liikkeet ja työvaiheet normaalin työkierron /4/ kuluessa ovat seuraavat: 1. Tyhjän kapselin asettaminen vaunuun vastaanottoaseman nosturilla, nostokehyksen poisto ja kapselin hitsattavan kuparikannen lasku vaunun ylätasolle sekä kannen siirtonostimen kiinnitys kuparikanteen. 2. Kapselin nosto tarkistuskorkeuteen, jossa tarkistetaan kapselin yläpään mahdollinen säteisheitto sekä suoritetaan tarvittaessa oikaisu liiallisen heiton poistamiseksi. 3. Kapselin lasku alas ja vaunun siirto kuumakammion kohdalle kapselin latauspisteeseen. 4. Kapselin nosto kuumakammion telakointiasemaan. 5. Kapselin sisäkannen irrotus ja poisto, kapselin täyttö polttoainenipuilla, tyhjöpumppaus ja inertointi sekä kapselin sisäkannen kiinnitys. 6. Kapselin lasku alas ja vaunun siirto hitsauskammion kohdalle. 7. Kapselin nosto yläpää vaunun yläpinnan tasolle. Hitsattavan kuparikannen siirto vaunun ylätasolta kapselin päälle. 8. Kapselin nosto hitsauskammion telakointiasemaan ja hitsauskammion tyhjöpumppaus. 9. Kapselia pyöritetään pituusakselin ympäri elektronisuihkuhitsauksen aikana. 10. Kapselin lasku hitsisauman koneistuskorkeuteen. 11. Kapselin hitsaussauman koneistus tasoon jyrsinkoneella kapselia pyörittämällä. 12. Kapselin lasku alas ja vaunun siirto ultraäänitarkastusaseman kohdalle. 13. Kapselin nosto ja telakointi ultraäänitarkastusasemaan, vesiallaskauluksen asennus ja hitsin ultraäänitarkastus. 14. Kapselin lasku alas ja vaunun siirto röntgentarkastusaseman kohdalle.

10 7 Automaation toimintajännite tulee varmistaa mahdollisen sähkökatkon varalta jotta prosessin tilaa voidaan seurata esimerkiksi pääprosessin jännitekatkon aikana (mittaukset ja tilatiedot ym.) 2.6 Sähköistykselle asetettavat yleiset vaatimukset Siirtovaunun sähköistyksessä sovelletaan mm. seuraavia ohjeita ja standardeja: - YVL 5.8, Ydinlaitosten nosto ja siirtolaitteet - Standardisarjan SFS 6000 Pienjännitesähköasennukset standardeja sekä - Koneiden sähkölaitteita ja -järjestelmiä koskevaa perusvaatimukset sisältävää standardia SFS-EN Siirtovaunun prosessilaitteiden pääasiallinen käyttöjännite on 400/231 V :n pienjännite. Järjestelmä on käyttömaadoitettu 5 -johdin järjestelmä (TN-S -järjestelmä). Siirtovaunun automaatiojärjestelmät tarvitsevat toimiakseen tasajännitettä. Vaunussa tarvittavien sähköjärjestelmien karkea jako on seuraava: - 400/231 V -pienjännitejärjestelmä 24 tai 48 VDC -tasavirtapienjännitejärjestelmä. Vaihtosähkönjakelua ei varmenneta. Tasasähköjärjestelmä varmennetaan akustolla. Siirtovaunuun aseunettavan sähkölaitteen kotelointiluokka tulee olla IP55. Siirtovaunun kaapelointi toteutetaan ns. energiansiirtoketjuja käyttäen. Automaation ja 400/231 V :n kaapeloinnin toteutuksessa käytetään mahdollisuuksien mukaan häiriösuojattuja kaapeleita. Sähkö- ja automaatiokaapelit asennetaan omiin energiansiirtoketjuihinsa siirtovaunun radan sivulle lattialle. Näin eliminoidaan pitkä rinnakkainen kaapeliosuus ja vähennetään tehokkaasti sähkömagneettisten häiriöiden siirtymistä 400/231 V :n sähkökaapeleista automaatiokaapeleiden välityksellä automaatiojärjestelmään. Häiriösuojattujen kaapeleiden käyttö on suositeltavaa myös 400/231 V :n sähkönsiirrossa. Siirtovaunun radansuuntaisiin energiansiirtoketjuihin kaapelit liitetään vaunun liikeradan puolivälistä. Kaapelointipituus saadaan näin optimoitua. Syöttävä sähkökeskus ja automaatiojärjestelmän laitekaappi sijoitetaan käytön aikana luokse päästävään paikkaan prosessitilan ulkopuolelle. Siirtovaunuun integroidut prosessin liikkeitä seuraavat energiansiirtoketjut kaapeloidaan ketjujen päistä. Siirtovaunun rata ja itse vaunu maadoitetaan soveltaen siltanostureista annettuja määräyksiä.

11 8 3 VAIHTOEHTOISET RAKENNERATKAISUT JA NIIDEN ARVIOINTI 3.1 Johdanto Seuraavassa tarkastellaan erilaisia vaihtoehtoisia rakenneratkaisuja laitteiston pääosille ja toiminnoille sekä esitetään arvioita näiden soveltuvuudesta tarkoitettuun käyttöön. Vaunun kehitystyö on pitkälti erilaisten olemassa olevien tunnettujen rakenneratkaisujen ja valmiiden laitteiden soveltuvuuden arviointia sekä uusien ideointia kun selkeää valmista konseptia ei ole. Erilaisia mahdollisia ja toimivia rakenneratkaisuja ja niiden yhdistelmiä on ääretön määrä. Vain yksi niistä yhdistelmistä toteutetaan. Kokonaisuus on osiensa summa. Teknistaloudellisen lopputuloksen laadun määrää, miten kaikki erilliset yksityiskohdat saadaan saumattomasti yhteen sovitettua. Tämän kappaleen tarkoituksena on esittää lyhyesti pääpiirteissään ne erilaiset toteutusvaihtoehdot, joita tässä työssä on tarkasteltu ennen yksityiskohtaisemman kokonaissuunnitelman esittämistä. 3.2 Kuljetusrata ja vaunun alusta Kuljetusradan ja vaunun alustan toteutukseen on olemassa useita erilaisia toimivia vaihtoehtoja. Hyvää paikoitustarkkuutta tarvitaan itse asiassa vain telakointiasemien kohdalla, joissa kapselin tiivistys, hitsaus- ja tarkastusvaiheet vaativat kapselin tarkkaa asemointia Nosturikiskot ja nosturin kulkupyörät Hitsattu teräsrakenteinen laipallisilla nosturin kulkupyörillä varustettu vaunu ja standardimallisilla nosturikiskoilla toteutettu kulkurata on paljon käytetty ratkaisu painavien taakkojen siirtoon. Perinteinen, halpa ja toimiva ratkaisu, joka ei ole herkkä vaurioitumaan. Ei vaadi lisäenergiaa taakan kannattamiseen kuten ilma- tai vesityynyratkaisu. Laakeroinnit voidaan kohtuullisen helposti suojata pesun kestäviksi. Paikoitustarkkuus (x/y) ei sellaisenaan riitä, vaan tarvitaan tarkempi lukitus telakointiasemien kohdalle. Vaunun alustan rakenne on korkeampi ja monimutkaisempi kuin jäljempänä esitetyissä vaihtoehdoissa kulkupyörien ja niiden laakeroinnin viemän tilan takia Standardimalliset lineaarijohteet ja lineaarirullalaakerit Standardimallisia lineaarijohteita ja lineaarirullalaakereita käytetään paljon konetekniikassa kun halutaan suurta liiketarkkuutta, kuorman kantokykyä ja pientä kitkaa. Kun radan kuormitus on yhdensuuntainen ja kun kippimomentteja ei tarvitse ottaa huomioon, ilmeinen ratkaisu on käyttää toisena johteena prismaaja toisena tasomaista johdetta. Johteet kiinnitetään betoniin upotettavaan teräspalkkirakenteeseen. Lineaarirullalaakerit kiinnitetään vaunun alustaan koneistettuihin uriin ruuvikiinnityksellä. Voidaan toteuttaa standardikomponenteilla, joilla on suuri kantavuus.

12 ~ 1 9 Hyvin tarkka liike ja paikoitus. Ei vaadi lisäenergiaa taakan kannattamiseen kuten ilma- tai vesityynyratkaisu. Siirtoliike toteutettava hammastangolla, rullaketjulla tai köysi vedolla. Kestävyys pesuliuosten aiheuttamaa korroosiota vastaan tarkistettava. Johteet on suojattava kolhuilta, lialta ja korroosiolta llmatyynyalusta Ilmatyynykuljetus on melko yleinen hyvin raskaiden taakkojen siirrossa tasaisella alustalla. Ilmatyynykuljetus ei sinällään vaadi mitään lattiaan upotettavaa kantavaa teräsrakennetta. Ainoa vaatimus on, että lattia on riittävän tasainen. Tarkoitukseen on saatavilla standardirakenteisia ilmatyynyelementtejä, jotka voidaan kiinnittää teräslevystä tehtyyn yksinkertaiseen alustaan. Tarkka siirtoliike ja paikoitus edellyttävät jonkinlaista sivuohjauskiskoa ja tarkasti vaaitettua alustaa telakointiasemien kohdalla. Tämä vaatinee käytännössä lattiasta hieman kohollaan olevien teräksisten tasoon koneistettujen aluspalojen käyttöä vaunun nurkkien kohdalla. Vaunu laskeutuu paikoilleen kun paine lasketaan ilmatyynyistä. Yksinkertaisin radan ja alustan rakenne (vesityynyn ohella). Minimimäärä liikkuvia osia. Vaatii paineilmasyötön. Vaatii sivuohjauskiskon ja ohjausrullat Siirtoliike toteutettava hammastangolla, rullaketjulla tai köydellä. Pesun kannalta ilmeisesti paras ratkaisu. Vuotoilmasta saattaa aiheutuajoitakin ongelmia. Vuotomäärä riippuu suuresti pinnan laadusta ja tiivisteratkaisusta. Ilmatyynyn rikkoutumisen varalta voidaan helposti varustaa esimerkiksi teflon-liukupaloilla, joiden avulla vaunu voidaan palauttaa radan päätyyn Vesityynyalusta Vesityynyalustaan pätee yleisesti sama, mitä on sanottu edellisessä kohdassa ilmatyynyalustasta. Yksinkertaisin radan ja alustan rakenne ( ilmatyynyn ohella). Minimimäärä liikkuvia osia. Vaatii painevesisyötön. Vaatii sivuohjauskiskon ja ohjausrullat Siirtoliike toteutettava hammastangolla, rullaketjulla tai köydellä. Pesun kannalta paras ratkaisu ilmatyynyn ohella. Vesityynyn korkeus ja paineistus paremmin säädettävissä kuin ilmatyynyn. Vuotomäärä riippuu suuresti pinnan laadusta ja tiivisteratkaisusta. Vesityynyn rikkoutumisen varalta voidaan helposti varustaa esimerkiksi teflon-liukupaloilla, joiden avulla vaunu voidaan palauttaa radan päätyyn.

13 Vaunun siirtokoneisto Nosturityyppinen standardimallinen siirtokoneisto Siirtokoneisto muodostuu joko yhteiselle vetopyörien akselille tai nosturikäytössä yleiselle kahdelle erillisille saman "akselin" pyörille asennettavasta moottorista, magneettikytkimestä, kartiojarrusta ja vaihteesta. Koeteltu yksinkertainen ja luotettava rakenne, joka sopii nosturikiskoradalle ja isoille kulkupyörille. Paikoitustarkkuus ei ole luonnostaan riittävän hyvä, joten se vaatii tarkkuuspaikoituksen ja lukituksen Hammastankoon perustuva siirtokoneisto Siirtokoneisto muodostuu vaunun kulkumatkan pituisesta lattialle tai seinälle asennettavasta hammastangosta, siihen kytkettävästä hammaspyörästä, alennusvaihteesta ja servomoottorista. Paljon käytetty yksinkertainen ratkaisu. Hyvä paikoitustarkkuus koko radan pituudella. Ei tarvita erillistä lukitusta, jarrua eikä anturia tarkkuuspaikoitukseen, koska kaikki toiminnot saadaan servokäytön mukana Ketjuvetoon perustuva siirtokoneisto Siirtokoneisto muodostuu radan mittaisesta kiertävästä ohjausrullilla tai liukukiskoilla tuetusta seinälle tai lattialle asennettavasta rullaketjusta, jonka siirtokoneisto on radan päässä. Siirtokoneiston muodostaa servomoottori, siihen kytketty alennusvaihde sekä ketjupyörä. Lisäksi tarvitaan radan toiseen päähän taittopyörä sekä ketjun kiristin. Ketjun venymisen ja liikesuunnan muutoksesta aiheutuvat ongelmat paikoitustarkkuudelle voidaan välttää vaunuun aseunettavalla absoluuttianturilla, joka saa paikoitustiedon esimerkiksi hammastangosta. Melko yksinkertainen rakenne. Varsin hyvä paikoitustarkkuus mahdollinen. Vaunussa ei tarvita siirtokoneistoa, koska se voidaan sijoittaa radan päähän kaikissa tilanteissa luokse päästävään kohtaan. Yksittäisvikakriteeri on helppo täyttää Köysivetoon perustuva siirtokoneisto Siirtokoneisto muodostuu radan mittaisesta kiertävästä ohjausrullilla tuetusta seinälle tai lattialle asennettavasta teräsköydestä ja radan päässä olevasta siirtokoneistosta. Siirtokoneiston muodostaa servomoottori, siihen kytketty alennusvaihde sekä köysi pyörä. Lisäksi tarvitaan radan toiseen päähän taittopyörä sekä köyden kiristin. Köyden venymisen ja liikesuunnan muutoksesta aiheutuvat ongelmat paikoitustarkkuudelle voidaan välttää vaunuun aseunettavalla absoluuttianturilla, joka saa paikoitustiedon esimerkiksi hammastangosta.

14 11 Melko yksinkertainen rakenne. Varsin hyvä paikoitustarkkuus mahdollinen. Vaunussa ei tarvita siirtokoneistoa, koska se voidaan sijoittaa radan päähän kaikissa tilanteissa luokse päästävään kohtaan. Yksittäisvikakriteeri on helppo täyttää. 3.4 Nostokoneisto Trapetsikierteinen nostoruuvi + servomoottori ja vaihde Sähkömoottoriin yhdistetty kierukkavaihde ja trapetsikierteinen nostoruuvi ovat yleisesti käytetty yhdistelmä nostolaitteissa. Tässä tapauksessa on normaalin aikasulkumoottorin asemesta parempi käyttää AC - servomoottoria. Kuorman tarkan ohjauksen ja tasapainotuksen kannalta on syytä käyttää kahta ruuvia taakan molemmin puolin, jotta ohjausvoimat ja niistä aiheutuvat muodonmuutokset sekä rasitukset rungolle ja johteille jäisivät mahdollisimman pieniksi. Yksittäisvikakriteeri on mahdollista täyttää kun molemmat ruuvit, tuki ja ohjausrakenteet suunnitellaan kestämään koko kuorman yhtä ruuvia käytettäessä. Perinteinen yksinkertainen toimiva ratkaisu. Hyvä paikoitustarkkuus. Ruuvi on itsepidättävä, joten taakan putoaminen koneiston vikaantuessa ei ole mahdollista. Ruuvin kitkan takia tarvitaan suurempi teho kuin muissa vaihtoehdoissa. Suuren kitkatehon (11 ~ 30%) aiheuttama lämpökuorma mutteriin rajoittaa liikenopeuden tai yhtämittaisen liikkeen kestaajan varsin pieneksi. Kierukkavaihde huonontaa edelleen kokonaishyötysuhdetta Rullaruuvi + servomoottori ja vaihde Rullaruuvin pieni nousu ja hyvä hyötysuhde tekevät mahdolliseksi käyttää pienempää välitystä moottorin ja ruuvin välillä kuin edellisessä tapauksessa. Luontainen valinta alennusvaihteeksi on hammashihnakäyttö, jonka hyötysuhde on erinomainen. Niinikään luontainen valinta nostomoottoriksi on AC- servomoottori. Kuorman tarkan ohjauksen ja tasapainotuksen kannalta on syytä käyttää kahta ruuvia taakan molemmin puolin, jotta ohjausvoimat ja niistä aiheutuvat muodonmuutokset sekä rasitukset rungolle ja johteille jäisivät mahdollisimman pieniksi. Yksittäisvikakriteeri on mahdollista täyttää kun molemmat ruuvit, tuki ja ohjausrakenteet suunnitellaan kestämään koko kuorman yhtä ruuvia käytettäessä. Melko yleinen konetekniikassa lineaariliikkeen aikaan saamiseksi. Rullaruuveja käytetään mm. lentokoneissa ja avaruustekniikassa. Varsin hyvä hyötysuhde (11 > 70%). Suurempi kuorman kantokyky samankokoiseen kuularuuviin nähden. Voidaan tehdä melko pieninousuiseksi, jolloin alennusvaihteen välityssuhde on pieni tai vaihde voidaan jättää kokonaan pois.

15 Kuularuuvi + servomoottori ja vaihde Kuularuuvin erinomaisen hyvä hyötysuhde tekee mahdolliseksi käyttää jonkin verran pienempää välitystä moottorin ja ruuvin välillä kuin perinteisellä trapetsikierteisellä ruuvilla. Luontainen valinta nostomoottoriksi on planeettavaihteella varustettu AC - servomoottori, joka käyttää hammashihnavälityksellä kuularuuvia. Kuorman tarkan ohjauksen ja tasapainotuksen kannalta on syytä käyttää kahta ruuvia taakan molemmin puolin, jotta ohjausvoimat ja niistä aiheutuvat muodonmuutokset sekä rasitukset rungolle ja johteille jäisivät mahdollisimman pieniksi. Yksittäisvikakriteeri on mahdollista täyttää kun molemmat ruuvit, tuki ja ohjausrakenteet suunnitellaan kestämään koko kuorman yhtä ruuvia käytettäessä. Paljon käytetty konetekniikassa lineaariliikkeen aikaan saamiseksi. Hyvä hyötysuhde (11 > 90%). Kuorman kantokyky samankokoiseen trapetsikierteiseen ruuviin tai rullaruuviin nähden huonompi Rullaketjunostin Nostoliike rullaketjujen avulla voidaan toteuttaa rungon yläpäähän aseunettavalla kahdennetulla nostokoneistolla, jotka toimivat normaalisti rinnakkaiskäytössä, mutta pystyvät vikaantumistilanteessa kantamaan erikseen koko kuorman. Tällainen ratkaisu on toteutettu Loviisan allastutkimuslaitteistossa. Hidas nostoliike, suuri ketjukoko ja ketjupyörä edellyttävät varsin suurta välityssuhdetta, joka voidaan toteuttaa monilla vaihteistotyypeillä tai niiden yhdistelmillä. Toimiva ja koeteltu ratkaisu nostoissa. Sinällään hyvä hyötysuhde ja pieni tehon tarve, jos käytetään raskasta vastapainoa. Vaatii vastapainon, joka lisää koko rakenteen painoa ja kokoa merkittävästi. Varsin raskaat ja suurikokoiset ketjut. Kookas ja monimutkainen nostokoneisto Lenkkiketjunostin Nostoliike lenkkiketjunostimien avulla voidaan toteuttaa rungon yläpäähän aseunettavalla kahdennetulla nostokoneistolla, jotka toimivat normaalisti rinnakkaiskäytössä, mutta pystyvät vikaantumistilanteessa kantamaan erikseen koko kuorman. Käytetään yleisesti nostimissa. Hyvä hyötysuhde. Kömpelö ja melko epätarkka tarkkuuskäyttöön. Varsin raskaat ja suurikokoiset ketjut. Kookas nostokoneisto.

16 Köysinostin Nostoliike köysinostimen avulla voidaan toteuttaa rungon ylä- tai alapäähän aseunettavalla kahdennetulla nostokoneistolla, jotka toimivat normaalisti rinnakkaiskäytössä, mutta pystyvät vikaantumistilanteessa kantamaan erikseen koko kuorman. Asennus rungon alapäähän vaatii taittopyörät rungon yläpäässä. Käytetään yleisesti nostimissa. Hyvä hyötysuhde. Kömpelö ja melko epätarkka tarkkuuskäyttöön. Kookas nostokoneisto. 3.5 Vaunun pystyrunko Ristikkorakenne Rakenne on yksinkertaisimmillaan alustan ja ylätason väliin neljästä putkipalkista ja niitä jäykistävistä paarteista koostuva yhdeltä sivulta avoin hitsattu rakenne ilman pulttiliitoksia johteiden kiinnitystä lukuun ottamatta. Kappaleen koko sallii sen valmistamisen ja loppukoneistukset yhtenä kappaleena. Kevyt ja jäykkä rakenne. Voidaan koota pitkälti standardiprofiileista. Soveltuu hyvin yksittäisvalmistukseen Levyrakenteinen palkkirunko Rakenne on yksinkertaisimmillaan alustan ja ylätason väliin levystä särmäyspuristimessa taivuttamalla ja hitsaamalla koottu kotelorakenne, joka voidaan valmistaa ilman pulttiliitoksia johteiden kiinnitystä lukuun ottamatta. Kappaleen koko sallii sen valmistamisen ja loppukoneistukset yhtenä kappaleena. Selkeä ja yksinkertainen muoto. Voidaan valmistaa edullisesti yksittäiskappaleenakin. Vie enemmän lattiapinta-alaa kuin yhdeltä sivulta avoin ristikkorakenne Valurunko Rakenne on yksinkertaisimmillaan alustan ja ylätason levyjen väliin asennettava yhtenä kappaleena valuraudasta valettu U - muotoinen palkki, jonka päissä on laipat tasojen puhtikiinnitystä varten. Yksinkertaiset tasot kannattaa tehdä mieluummin teräslevystä kuin valamalla. Liukujohteet voidaan tehdä suoraan valuun koneistamalla. Lineaarirullalaakerien johteet vaativat suurempaa pintakovuutta, joten ne kiinnitetään pulttaamalla. Selkeä ja yksinkertainen hyvin optimoitavissa oleva muoto. Käytetään yleisesti tarkkuuskoneiden runkona hyvien jäykkyysominaisuuksiensa ja värähtelyn vaimennuskykynsä takia.

17 14 Voi tulla melko hinnakkaaksi yksittäiskappaleena kalliin valumallin takia. Raskas rakenne. 3.6 Nostokeikka Nostokelkan ohjauksen tulee olla lähellä työstäkoneen tarkkuusvaatimuksia, jotta kapselin yläpäähän ei tulisi sivuttaisheittoa kapselia nostettaessa. Nostokelan tarkka ohjaus perustuu riittävän jäykkään runkorakenteeseen ja tarkkoihin johteisiin. Runkorakenteen, kelkan ja johteiden on kestettävä normaalista kuormituksesta aiheutuvat voimat ja momentit sekä myös epänormaalien kuormitustilanteiden rasitukset. Kelkan ohjaus voi perustua johonkin seuraavista vaihtoehdoista: Perinteiset liukujohteet ja liukupalat J ohteet ja laakeroidut ohjausrullat tai pyörät Standardimalliset johteet ja rullaohjauspalat Liukujohteet ovat valmistettavissa riittävällä tarkkuudella ja ne kestävät hyvin suuriakin kuormia. Liukujohteiden muita suurempi kitka ja sen vaihtelu saattaa aiheuttaa joissakin tilanteissa haitallisen tihkomisilmiön ja aiheuttaa ongelmia erityisesti epänormaaleissa kuormitustilanteissa. Välysten hallinta voi aiheuttaa myös ongelmia ja monimutkaistaa rakennetta. Standardimalliset työstäkoneiden tarkkuusvaatimusten mukaan valmistettavat johteet ja rullaohjauspalat toimivat välyksettömästi, kantavat varsin suuria kuormia eivätkä aiheuta merkittävää kitkaa, joten ne ovat ilmeinen valinta tähän tarkoitukseen. Nostokelkan rungon yksityiskohtainen rakenne määräytyy hyvin pitkälle vaunun rungon, nostokoneiston ym. muiden valittujen rakenneratkaisujen mukaan. 3.7 Kapselin pyörityskoneisto Kapselin pyörityskoneistolta vaaditaan erittäin suurta välityssuhdetta varsin hitaan hitsausnopeuden takia. Välityssuhteen aikaan saamiseen voidaan periaatteessa käyttää useita vaihtoehtoisia keinoja ja näiden yhdistelmiä kuten: Hammaspyörävälitys Planeettavaihde Kierukkavaihde Ketjuvälitys Hihnavälitys Sykloidivaihde Harmonic drive Muissa työvaiheissa kapselia on pystyttävä pyörittämään aina 1 r/min kierrosnopeuteen asti, jotta työ ei turhaan hidastuisi. Suuren nopeusalueen voi hallita parhaiten servomoottorilla, joka on ilmeinen valinta myös muiden vaunun liikkeiden aikaan saamiseen. Kapselin pyörityspöydän laakerointiin ilmeisin valinta on standardimallinen kuula- tai ristimäinen rullalaakerilaakerikehä, jolla suuri kantavuus, pieni kitka ja erinomainen liiketarkkuus.

18 Kapselin tuenta ja kohdistus Siirtovaunun kiihtyvyydet ja liikenopeudet ovat niin hitaita ja tarvittavat moottorien tehot niin pieniä, että kapselin selvä heilahtelu saatikka kaatuminen ei ole edes teoriassa mahdollista. Tästä syystä kapselin ei katsota tarvitsevan lisätuentaa. Kapselin valmistuksessa saattaa olla epätarkkuutta, jonka seurauksena kapseli ei vaunuun laskettuna ja ylös nostettuna välttämättä seiso riittävän tarkasti pystysuorassa asennossa. Kapselin yläpään heiton korjaamiseksi varaudutaan siihen, että kapselia voidaan lievästi kallistaa virheen korjaamiseksi. Tämä työvaihe voidaan tehdä radan päässä, joten siihen tarvita automaatiota. Kapselin kallistaminen on yksinkertaisinta tehdä alustaa eli pyöräpöytää kallistamalla. Tällöin pyöräpöydän tulee olla tassujen tai nivelien varassa. Ilmeisimmät rakennevaihtoehdot ovat ruuvisäätö ja hydraulinen säätö. 3.9 Kapselin työstölaitteet Työstälaitteita tarvitaan normaalisti vain kapselin hitsin koneistukseen. Siinä tapauksessa, että kannen hitsaus epäonnistuu, koko kapselin yläpää irrotetaan sahaamalla hitsin alapuolelta. Koneistusyksiköt voidaan tehdä melko yksinkertaisiksi, koska vaunussa on jo itsessään kapselin pyörityslaite, jonka pyöritysnopeus voidaan säätää koneistukseen soveltuvaksi sekä nostolaite, jolla koneistuksen korkeustaso voidaan tarkasti asettaa. Koneistukseen tarvitaan siis vain terää pyörittävä laite ja syöttö laite. Molemmille työstätapahtumille on syytä olla oma laite, jotka voivat olla rakenteeltaan samanlaiset työstöterää lukuun ottamatta. Molemmat voidaan asentaa vaunun ylätasolle ja ne kannattaa rakentaa pitkälle standardiosista. Standardiosien käytön etuna ovat suunnittelun helpottuminen, sarjatuotannon edut ja koeteltu luotettava tekniikka. Koko syöttöliikkeen mahdollistava syöttöpöytä toimilaitteineen, rajakytkimineen ja ohjausyksikköineen voidaan hankkia valmiina. Myös standardimallisella työkalun kiinnityskartiolla varustettuja koneistusyksiköitä on saatavilla Kapselin kannen nostolaite Kapselin kansi tuodaan vaunun ylätasolle kapselin viereen, josta se siirretään kapselin päälle ennen hitsausta. Kapselin kannen rakenteen ja materiaalin vuoksi tarvitaan uniikki laite, jonka kauko-ohjatut liikkeet voidaan ja kannattaa toteuttaa standardiosilla. Kansi voidaan kiinnittää valmiiksi nostolaitteeseen kauko-ohjattujen työvaiheiden vähentämiseksi. Kannen siirto voidaan tehdä periaatteessa joko aksiaalisella liikkeellä tai yksinkertaisemmin kääntöpuomilla. Toiminnot on pyrittävä saamaan aikaan mahdollisimman vähillä toimilaitteilla luotettavuuden parantamiseksi.

19 16 4 EHDOTUS RAKENTEESTAJATKOKEHITTELYÄ VARTEN 4.1 Johdanto Seuraavassa esitetään pääpiirteissään kohdassa 3 käsiteltyjen erilaisten vaihtoehtoisten osaratkaisujen synteesinä syntynyt kokonaissuunnitelma siirtovaunulle arviointia varten. Siirtovaunu on visualisoitu kuvassa 2. Suunnitelmaa on tarkoitus käyttää myöhemmin yksityiskohtaisemman suunnittelun pohjana. Kuva 2. Kapselin siirtovaunu. 4.2 Kuljetusrata ja vaunun alusta Vaunun kulkurata ehdotetaan toteutettavaksi standardimallisilla koneenrakennuksessa yleisesti käytettävillä lineaarijohteilla ja rullalaakeroiduilla ohjauspaloilla, jotka tekevät mahdolliseksi varsin hyvän jopa työstäkoneisiin verrattavan paikoitustarkkuuden, suuren kuorman kantokyvyn, pienen kitkan sekä kompaktin yksinkertaisen rakenteen pienellä määrällä liikkuvia osia. Kiskot kiinnitetään pulttiliitoksilla lattiabetoniin upotettuihin teräspalkkeihin. Kiskojen runkopalkkien linjaus ja vaaitus tehdään säätöruuvien avulla ennen jälkivalua. Kiskot kiinnitetään vasta jälkivaluu ja muiden pintatöiden jälkeen. Kolhuille, likaantumiselle ja pesuliuoksille arat johteet suojataan esimerkiksi kiskojen päälle laskostetuilla kumiliuskoilla, jotka avautuvat ja sulkeutuvat vaunun edessä ja takana vetoketjun tapaan. Kuljetusrata on esitetty kuvassa 3.

20 17 U NEAA RIRULLAL.4AKERI Kuva 3. Kapselin siirtovaunun kuljetusrata. Vaunun alusta tehdään yksinkertaisuuden vuoksi massiivisesta 100 x 1600 x 2100 mm teräslevystä leikkaamaha ja koneistamalla. Alusta on osa hitsaamalla koottavaa runkorakennetta. Alustaan koneistetaan runkorakenteen hitsausten jälkeen kiinnityskohdat ja kierrereiät rullajohdepaloille sekä pesät nostoruuvien alapään laakeroinnille ja hammashihnapyörille. Vaunun alusta on esitetty kuvassa 4.

21 18 210{1! t:::-=-=~ : =:- -~ ~pj) ::1 k ~~-~~!- ~ , ~ -~~ ~-~c--~ u L r--~ Kuva 4. Kapselin siirtovaunun alusta. 4.3 Vaunun siirtokoneisto Vaunun siirto kulkurataa pitkin toteutetaan käytävän seinälle asennettavaa hammastankoa, hammaspyörää, vaihdetta ja servomoottoria käyttäen. Rakenne voidaan toteuttaa hyvin pitkälle valmiista standardikomponenteista kokoamalla. Hammastanko on ns. mittaushammastanko, jonka hammasjako on 12,5 mm. Hammaspyörän hammasluku on 20, joten yksi kierros vastaa 250 mm siirtymää. Alennusvaihteena käytetään välyksetöntä Harmonic- Drive vaihdetta HDR 32, jonka välityssuhde i = 80. Moottorina käytetään jarrullista servomoottoria 75UMB301. Suunniteltu maksiminopeus 0,2 m/s saavutetaan moottorin kierrosluvulla /min, joka on lähellä moottorin maksimikierroslukua. Siirtokoneisto asennetaan seinälle, koska se on käytävällä liikkumisen ja puhtaana pidon kannalta parempi vaihtoehto kuin lattialle asennettava rata. Moottorin ja vaihteen muodostama voimansiirtoyksikkö kiinnitetään epäkeskoon, joka päästää laitevian sattuessa hammaspyörän irti hammastangosta kun epäkeskon lukitusvipu avautuu. Vaunu voidaan siirtää puskurivaraston kohdalle yksinkertaisesti teräsköyden ja käsivinssin avulla. Siirtokoneisto on esitetty kuvassa 5.

22 ~ L Kuva 5. Kapselin siirtovaunun siirtokoneisto

23 Nostokoneisto Kapselin nostoliike toteutetaan kahdella kapselin molemmille puolille aseunettavalla toisiinsa synkronoidulla 0=80 mm, p= 4 mm rullaruuvilla, jotka jakavat kuorman tasan. Tällaisia ruuveja valmista esimerkiksi SKF. Ruuvien nousun pienestä epätarkkuudesta ja muista valmistusepätarkkuuksista johtuvat mahdolliset poikkeamat kompensoidaan hydraulisella tasausjärjestelmällä, joka jakaa kuorman tasan molemmille ruuveille. Nostokelkan kuormitustieto saadaan hydraulisen tasausjärjestelmän paineesta painelähettimen avulla. Rullaruuvien käyttökoneistona ovat servomoottorit, jotka pyörittävät sähköisesti toisiinsa synkronoituna rullaruuveja hammashihnavälityksellä (i=6... 8). Tarvittava moottoriteho kummallekin moottorille on luokkaa 5 kw maksimikuormalla maksiminopeudella 1,2 m/min. Molemmat ruuvit pystyvät erikseen kantamaan koko kuorman ja kuorman alas lasku voidaan hätätapauksessa tehdä yhdellä ruuvilla ensin toisen irrottamalla. Rullaruuvi ei sinällään ole itsepidättävä, koska sen hyötysuhde on toiseenkin suuntaan n. 20 %luokkaa. Jarrullisen servomoottorin pitomomentti riittää normaalisti pitämään taakan paikoillaan. Hihnan katkeamisen varalle rullaruuvi voidaan varustaa nopeuta hidastavalla keskipakojarrulla, hydraulisella jarrulla tai viskokytkimellä jos nähdään tarpeelliseksi. Tämä lisävaruste ei saa huonontaa luotettavuutta. Nostokoneisto on esitetty kuvassa 6. Kuva 6. Kapselin siirtovaunun nostokoneisto.

24 Vaunun pystyrunko Vaunun pystyrunko toteutetaan hitsattavana teräsrakenteena, jossa massiivisesta 100 x 1600 x 2100 mm levystä valmistettavan alustan ja ylätason välille asennetaan jokaiseen nurkkaan 300 x 300 x 12,5 mm putkipalkit. Kelkan pystyjohteet (SKF LLBHS 65B) kiinnitetään seinän puoleisiin putkipalkkeihin pulttiliitoksella. Putkipalkkien sivut joihin johteet kiinnitetään vahvistetaan 15 mm paksuisella 240 mm levyisellä levyillä, jotka koneistetaan yhdellä asetuksella tarkasti tasoon johteiden kiinnitystä varten. Johteiden kiinnityspulttien ja välitukien pulttien kierrereiät koneistetaan samalla asetuksella. Koneistamisen helpottamiseksi rakenteen jäykkyyttä lisäävät johdepalkkien väliset välituet kiinnitetään pulttiliitoksella. Vaunun sivuille tulevat rakenteen jäykkyyttä lisäävät välituet kiinnitetään hitsaamalla. Koko runko hitsataan kasaan ja hehkutetaan hitsausjännitysten ja niistä aiheutuvien haitallisten muodonmuutosten poistamiseksi. Kaikki tarkkuuteen vaikuttavat viimeistelevät koneistukset suoritetaan vasta hitsausten ja lämpökäsittelyn jälkeen. Kapselin siirtovaunun runko on esitetty kuvassa Nostokeikka Nostokelkan runko valmistetaan teräslevystä hitsaamalla ja koneistamalla. Runko hehkutetaan hitsausjännitysten ja niistä aiheutuvien haitallisten muodonmuutosten poistamiseksi. Kaikki tarkkuuteen vaikuttavat viimeistelevät koneistukset suoritetaan lämpökäsittelyn jälkeen. Rungon alatasolle kiinnitetään kapselin pyörityskoneisto alustoineen hydraulisten tassujen varaan. Rungon sivuille kiinnitetään lineaarilaakerit (SKF LLBHS 65B) ja nostoruuvien mutterien pesät. Nostoruuvien mutterien pesät kiinnitetään lohenpyrstöuraan ja varustetaan jousi/hydraulitoimisilla lukitustapeilla, jotka tekevät mahdolliseksi toisen ruuvin irrottamisen vikaantumistapauksessa. Nostokeikka on esitetty kuvassa 7.

25 22 LINEAARILA.A.KERI + JOHDE '125"0 Kuva 7. Nostokelkka.

26 Kapselin pyörityskoneisto Kapselin pyörityskoneisto toteutetaan asentamalla rulla- tai kuulalaakeroidun kääntökehän ( esim. THK RB 60040) sisälle pyöräpöydän lautasen keskelle Harmonic Drive HDR 65 vaihde (i = ), jota käytetään kulmavaihteella tai kierukkavaihteella varustetulla servomoottorilla ja hammashihnavälityksellä. Kokonaisvälityssuhde on luokkaa 1 :3600, jolloin tarvittava maksimi pyörimisnopeus 1 r/min saavutetaan likimain moottorin suurimman tehon kierrosluvulla. Tarvittavamoottoriteho on noin 150 W. Pyörityskoneisto on esitetty kuvassa / J H.AR~~10NIC DRIVE HDR 65 ~! 1 1 r c~4-(j':1:ä-~:j E-N.l--7 '! /.,... "'-...,,_.. ~ \,,~;..._ ix.. [HAMMASHIHNAVALITYS} j / /./ /// i s;erv 0 fv100ttori + KULt 1i/\\/ /\IH DE ~; / 1 / j Y-:ÄÄJ'~TÖI<EHÄ THf< RB ~/ /" Kuva 8. Kapselin pyörityskoneisto.

27 Kapselin tuenta ja kohdistus Siirtovaunun kiihtyvyydet ja liikenopeudet ovat niin hitaita ja tarvittavat moottorien tehot niin pieniä, että kapselin selvä heilahtelu saatikka kaatuminen ei ole edes teoriassa mahdollista. Tästä syystä kapseli ei tarvitse lisätuentaa. Kapselin valmistuksessa saattaa olla epätarkkuutta, jonka seurauksena kapseli ei vaunuun laskettuna ja ylös nostettuna välttämättä seiso riittävän tarkasti pystysuorassa asennossa. Kapselin yläpään mahdollisen heiton korjaamiseksi pyöräpöytä varustetaan hydraulisella kallistusjärjestelmällä, joka perustuu neljään hydrauliseen tassuun. Hydraulisen järjestelmän etuna perinteiseen ruuvisäätöön nähden on, että taakka tavallaan kelluu nestepatjan päällä ja on varsin pienellä voimalla poikkeutettavissa ja toisaalta helposti tiukasti lukittavissa asemaansa. Kaksi vastakkaista tassua on yhdistetty sylinteriin, jonka mäntää siirtämällä toinen tassu nousee ja toinen laskee vastaavasti. Ristikkäisten tassuparien avulla pöytää voidaan kallistaa x/y suuntiin mäntää liikuttavan käsipyörän ja siinä olevan asteikon avulla. Tassut ovat hermeettisiä teräsvalmisteisia palkeita, joiden säätävara on luokkaa +/- 1 mm. Kun tassujen jakoympyrän säde on 1000 mm, tämä vastaa 9,6 mm siirtymää 4,8 m korkean kapselin yläpäässä. Kun tassun sisähalkaisija on 100 mm ja nestepatsasta siirtävän männän halkaisija 10 mm, 1 mm männän liike vastaa 0,096 mm siirtymää kapselin yläpäässä. Kapselin poikkeama pystysuorasta mitataan kapseli vaunuun laskemisen jälkeen kapselin yläpäästä LVDT anturin avulla pyörittämällä kapselia kierroksen verran. Anturin ja kapselin kulmatiedon avulla saadaan haluttaessa ohjauspulpettiin tietokoneelle graafinen kuvaaja, josta voidaan määrittää kapselin pyöreystoleranssi, poikkileikkauspinnan painopisteen paikka teoreettiseen keskiakseliin nähden sekä tarvittava korjaus x/y suunnissa. Kohdistuskoneiston periaate on esitetty kuvassa 9. 1 ASTEIKOLLA VARUSTETTU SAA TDRUU\11 h \ / / /_,/ / \ \ _/~\ HYDR.A.ULI~~EN T ASSU 1 \ Kuva 9. Kapselin pyörityslaitteen kohdistusmekanismi.

28 \., \--1 SERVOt100TTORij Kapselin työstälaitteet Työstälaitteita tarvitaan normaalisti vain kapselin hitsin koneistukseen. Siinä tapauksessa, että kannen hitsaus epäonnistuu, koko kapselin yläpää irrotetaan sahaamalla hitsin alapuolelta. Molemmat tehtävät voidaan hoitaa samalla koneistusyksiköllä varten teriä ja lastun ohjausta lukuun ottamatta. Jos sahausta tarvitaan, kapseli siirretään puskurivarastoon työkalujen vaihdon ajaksi. Kapselin pyöritys ja korkeussäätä tapahtuu nostokelkan ja pyörityskoneiston avulla, joten koneistusyksiköt eivät sinällään tarvitse muuta kuin syöttöliikkeen ja koneistuspään. Häiriötilanteiden varalle koneistusyksikkö varustetaan kuitenkin varajärjestelmällä, joka mahdollistaa työstäpään vetämisen irti kapselista laitteen vikaantuessa. Koneistusyksikkö asennetaan vaunun ylätasolle. Syöttöliikkeen mahdollistava asemointipöytä toimilaitteineen, rajakytkimineen ja ohjausyksikköineen hankitaan standardivalmisteisena sarjatuotannossa olevana rakenteena, joita toimittaa esimerkiksi SKF. Työstäyksikkö hankitaan- jos mahdollista- myös valmiina standardimallisella terän kiinnityskartiolla varustettuna. Häiriötilanteita varten työstäpää kiinnitetään asemointipöytään esimerkiksi magneettikiinnityksellä, joka päästää työstäpään liukumaan ulospäin kapselista sähköjen katketessa. Ulosveto tapahtuu esimerkiksi vakiovoimajousen tai jonkun muun yksinkertaisen laitteen avulla. Koneistusyksikön periaate on esitetty kuvassa 10. ~- /.---fasemointipdyta II j V.A.IHDE J.A. KA.R.AN LA.AKEROINTI ~--,~r----1 HN1MA.SHIHNAVAIHDE 1 "' Kuva 10. Koneistusyksikkö (,_- \.

29 Kapselin kannen nostolaite Kapselin kansi tuodaan vaunun ylätasolle kapselin viereen, josta se siirretään kapselin päälle ennen hitsausta. Kannen siirto tehdään kääntöpuomilla, jonka päässä on nostotarrain. Kääntöpuomin kääntö ääriasennosta toiseen (80 ) tapahtuu sähköisellä karamoottorilla. Nostoliike tapahtuu kääntöpuomin laakeriholkin sivulla olevalla karamoottorilla. Tarrain kiinnitetään ajamalla puomi alas kannen päälle karamoottorilla taakan lukitustappi vapautusasentoon (ylös) lukittuna. Lukitustankojen palautusjouset vetävät tarraimen kynnet sisään kunnes ne liikkeen jatkuessa kanteen osuessaan kääntyvät ulospäin lukitusasentoon. Taakan lukitustappi vapautetaan, jolloin se painuu ala-asentoonsa ja estää kynsien liikkeen sisäänpäin. Tämänjälkeen kansi nostetaan ja käännetään kapselin päälle. Kannen lasku tehdään ajamalla puomia alas kunnes kansi lepää paikoillaan kapselin päällä. Lukitustapin pään osuessa kanteen liikettä jatketaan vielä n. 5mm, jolloin lukitustappi jää yläasentoansa jousitoimisen salvan lukitsemana. Kynnet vapautuvat, jolloin puomi voidaan ajaa ylös ja kääntää sivuun. Kannen irrotus kapselin päällä olevasta tarraimesta voidaan tehdä nostolaitteen vikaantuessa myös kapselia ylös ajamalla kunnes lukitustappi jää yläasentoansa ja vapauttaa kynnet. Siirtovaunu voidaan tämän jälkeen ajaa puskurivaraston kohdalle nostolaitteen irrotusta ja korjausta varten. Nostolaitteen periaate on esitetty kuvassa 11.

30 27 1 KAR.AJ100TTORI F=5000 N S=100 mm KJI.R.AMOOTTORI f=1000 N.S=300 mm 1 TA.AKA.N LUKITUS / VAF'.A.UTUS ~\ " jjousitoit linen SA.LPA ~ '"'" IKY~sll \ \ 1 LUKITUSTA.NI\0 ~\ 1 \ \ PALAUTUSJOUSI ~~ Kuva 11. Kapselin kannen nostolaite

31 28 5 VIKAANTUMISTILANTEET 5.1 Johdanto Kapselointilaitoksella tulee voida selviytyä kapselin siirtovaunun vikaantumistilanteista. Tilanne pitää saada hallintaan ja siirtovaunu tulee voida korjata. Polttoainekapseli on suojaamattomana kapselin siirtovaunussa. Säteilytaso polttoainekapselin pinnalla on msv/h, joten kapselin ollessa paikoillaan siirtovaunua ei voida mennä korjaamaan. Ajatus siirtovaunun korjauksesta on perustunut siihen, että kapselin siirtovaunu ajetaan tai hinataan puskurivaraston kohdalle, polttoainekapseli nostetaan puskurivarastoon ja siirtovaunua voidaan mennä paikan päälle korjaamaan. Siirtovaunun vikaantuminen voi aiheuttaa ongelmia kapselointiprosessissa, joka rajoittuu kuumakammiosta puskurivarastoon (alla olevassa kuvassa nuolten rajaama väli). Pahimmat ongelmatilanteet syntyvät, kun polttoainekapseli on irrotettu kuumakammion telakoinnista, mutta kapselin kuparikantta ei ole vielä hitsattu kiinni. Kapselia ei voi tällöin nostaa kuparikannesta puskurivarastoon. Sovelletaan determinististä lähestymistapaa, jossa osoitetaan siirtovaunun viat, joista siirtovaunun tulee voida selviytyä ja jossa tilanne on saatava hallintaan. Todennäköisyyspohjaista lähestymistapaa ei sovelleta, vaikka voitaisiin osoittaa kapselin siirtovaunun toiminnan olevan hyvin luotettavaa. Tässä muistiossa määritellään ongelmatilanteet ja ehdotus ongelman ratkaisuksi.

32 Kapseloinnin työvaiheet Kapseloinnin työvaiheet näkyvät kuvassa 12. AJOKISKO KAPSELIN Sl!RTOVAUNU KUUMAKAMMIOON TELAKO!NT! KANNEN H!TSAUS RONTGENTARKASTUS Kuva 12. Työvaiheet kapselointiradalla. Kapselin siirtovaunun vikaantumistilanteita tarkastellaan seuraavissa työvaiheissa: Kuumakammion sulkukansi on kiinnitetty ja kapseli irrotetaan kuumakammion telakoinnista. Kapseli lasketaan alas kuumakammion telakoinnista kapselin siirtovaunuun. Kuparikansi asetetaan kapselin päälle. Kapselin siirtovaunussa on nostin, jolla kuparikansi nostetaan paikoilleen. Kuparikantta säilytetään siirtovaunun hyllyllä. Kapselin siirtovaunu ajetaan hitsauskammion kohdalle. Kapseli nostetaan ylös ja telakoidaan hitsauskammioon. Kapselin siirtovaunussa on kapselin pyörityslaite, jolla kapselia pyöritetään hitsauksen aikana. Kapselin kuparikansi hitsataan kiinni. Kapseli irrotetaan hitsauskammion telakoinnista ja lasketaan alas siirtovaunuun. Kapselin hitsi koneistetaan siirtovaunun yläkanteen kiinnitetyllä jyrsimellä. Kapseli ajetaan ultraäänitarkastusasemaan, kapselinostetaan ylös ja kapselin yläpäähän kiinnitetään kaulusrakenne, joka täytetään vedellä. Ultraäänianturit lasketaan kaulukseen ja kapselia pyöritetään tarkastuksen aikana. Ultraäänianturit nostetaan

33 30 ylös ja vesi poistetaan kaulusrakenteesta ja kaulusrakenne poistetaan kapselin yläpäästä. Kapseli lasketaan alas kapselin siirtovaunuun. Kapseli ajetaan röntgentarkastusasemaan, jossa kapseli nostetaan röntgentarkastuslaitteeseen. Kapselia pyöritetään tarkastuksen aikana. Kapseli lasketaan alas kapselin siirtovaunuun. Tarkastukset läpäissyt kapseli ajetaan puskurivaraston kohdalle ja siirretään puskurivarastoon odottamaan kuljetusta loppusij oitustilaan. Jos kapseli ei läpäise tarkastusta ja korjaushitsaus ei onnistu, niin kapselin kansi koneistetaan irti, kapseli telakoidaan kuumakammioon ja polttoaineniput poistetaan kapselista. Kapselin kannen sahauslaite on kiinnitetty kapselin siirtovaunun ylätasolle. 5.3 Vikatilanteiden määrittely ja korjausehdotukset Vikaantumistilanteet määritellään työvaiheissa, joiden aikana kapselin siirtovaunun laitteet voivat vioittua. Esitetään vaatimus ja ehkä ehdotus, miten tilanne voitaisiin korjata. Periaatteena on siis, että polttoainekapseli nostetaan puskurivarastoon, jolloin kapselin siirtokäytävä on luokse päästävä tila. Kapselin siirtovaunu voidaan korjata paikalla tai siirtää korjattavaksi jonnekin muualle. Siirtovaunu voidaan purkaa osiin ja kuljettaa osina pois esimerkiksi polttoaineen vastaanotto-osan kautta, koska puskurivaraston kohdalla oleva poikittainen kiinteä seinä estää sen, että siirtovaunua ei voida ajaa kapselihissiin, jolla se saataisiin maan pinnalle ja edelleen ulos korjattavaksi. 5.4 Yleinen sähkönsyötön menetys Jos sähkönsyöttö katkeaa, niin ei ole tarpeen tehdä mitään. Prosessi pysähtyy, kapseli juuttuu paikoilleen prosessin siihen tilaan, missä se sattuu sähkön katkeamishetkellä olemaan. Kapselointiprosessia jatketaan, kun sähköt palautuvat. Kapseli on tiivis ja voi olla paikallaan pitkänkin aikaa. 5.5 Kapselin nostokoneiston vikaantuminen Vaatimus: Kapseli tulee kyetä aina laskemaan hallitusti alas. Kapselia ei ole koskaan tarve väkisin nostaa ylös. Kapselin nostokoneistossa on rullaruuvit, joiden liikemutterit on kiinnitetty nostokelkkaan. Kierretangot on laakeroitu yläpäästään, jotta tankoihin tulisi veto- eikä puristuskuormitus. Servomoottori pyörittää tankoa alapäästä hammashihnavälityksellä. Ruuvi ei ole itsepidättävä, koska sen hyötysuhde on "vääräänkin" suuntaan n. 20 % luokkaa. Molemmat ruuvit ovat normaalisti käytössä, vaikka yksikin ruuvi ja sitä käyttävä moottori riittää myös taakan nostamiseen. Jos nostomoottorista katkeaa sähköt, välitys ja jarrullisen moottorin pitomomentti estävät tangon vapaan pyörinnänja taakan laskeutumisen hallitsemattomasti alas. Jos nosto-

34 31 moottorin hammashihna katkeaa, tanko pääsee pyörimään, mutta toinen nostotanko estää taakan putoamisen. Jos molemmat hammashihnat katkeavat, tarvitaan periaatteessa joku nopeutta hidastava jarru tai vaimennusjärjestelmä ryntäämisen estämiseksi ja törmäyksen vaimentamiseksi. Koska molempien hammashihnojen yhtäaikainen katkeaminen on hyvin epätodennäköinen tapahtuma, on varmistuttava tarkemmalla selvityksellä siitä, ettei tämä lisäjärjestelmä huononna luotettavuutta. Jos toinen koneisto jumittuu esimerkiksi laakerivian seurauksena, taakka lasketaan alas toisen ruuvin varassa. Tätä ennen mutteri irrotetaan jumittuneesta tangosta Vapauttamalla mutterin lukitustappi nostokelkan rungosta hydraulisesti. Hydrauliikkaletku on pysyvästi kytketty kapselin siirtovaunuun. 5.6 Kapselin siirtovaunun ajomoottorin vikaantuminen Vaatimus: Kapselin siirtovaunu pitää voida siirtää puskurivaraston kohdalle, jotta polttoainekapseli voidaan nostaa puskurivarastoon. Kapselin siirtovaunu hinataan puskurivaraston kohdalle vaijerin ja käsipyörän avulla. Vaijeri on pysyvästi kiinnitetty siirtovaunuun ja käsipyörä on säteilysuojaseinän takana Kapselin kannen nostinlaitteen vikaantuminen Jos kapselin kannen nostolaite ei toimi lainkaan, siirtovaunu ajetaan puskurivaraston kohdalle, nostolaite irrotetaan kokonaan korjausta varten ja kansi nostetaan puskurivaraston nostimella kannen säilytystasolta kapselin päälle. Nostolaitteen irrotus ja kannessa kiinni olevan tarraimen lukituksen avaus on mahdollista puskurivaraston nostimeen kiinnitettävällä aputyökalulla. Jos kapselin kannen nostolaite lakkaa toimimasta kesken noston tai laskun kannen ollessa kapselin päällä, kapselin kansi voidaan irrottaa tarraimesta ajamalla kapselia ylöspäin kunnes lukitus aukeaaja kynnet vapautuvat. 5.8 Kapselin pyörityslaitteen vikaantuminen Jos pyörityslaite menee epäkuntoon, kapseli irrotetaan hitsauskammion telakoinnista, kapseli lasketaan alas ja siirtovaunu ajetaan puskurivaraston kohdalle. Kapselinostetaan puskurivarastoon ja siirtovaunun pyörityslaite korjataan. Jos kapselin pyörityslaite vikaantuu kesken hitsauksen ja kuparikansi ei ole vielä kunnolla kiinnitetty, kapseli irrotetaan kuumakammion telakoinnista ja kapseli lasketaan alas kapselin siirtovaunuun, joka ajetaan puskurivaraston kohdalle. Kapseliin tartutaan sylinteripinnasta kahmarityyppisellä tai muulla kitkaan perustuvalla puskurivaraston nosturiin kiinnitettävällä tarraimella, jonka jälkeen kapseli siirretään puskurivarastoon. Jos kapselin pyörityslaite vikaantuu kesken kapselin kannen hitsipinnan koneistuksen tai kesken hitsien tarkistuksen, koneistus tai tarkastus keskeytetään ja kapseli siirretään puskurivarastoon kunnes siirtovaunun pyörityslaite on korjattu ja työtä voidaan jatkaa.