Агрегат для видалення завалу обвалених конструкцій споруди

1. Агрегат для удаления завала обрушивши х ся конструкций здания, содержащий рабочую ма шину в виде самоходного робота, хотя бы с одним манипулятором, снабжённым держателем для рабочих инстр ументов и системой управления перемещением и работой манипулятора, отли чающийся тем, что агрегат снабжён транспортной системой, включающей само ходн ую тележку со сменной накопительной емкостью и платформой для кусковых гр узов и средством удаления сып у чего материа ла в виде воз духозаборника , сооб Изобретение относится к строительству, в частности, к средствам удаления завала обрушивши хся констр укций зданий и сооружений, например, после промышленных аварий или стихийных бедствий. Оно предназначено для восстановления частично разрушенных или сноса полностью разрушенных зданий или сооружений, особенно в случая х наличия в удаляемых завала х вредны х или опасных химических или радиоактивных веществ. Изобретение наиболее целесообразно использовать для выполнения работ по разборке аварийного блока Чернобыльской АЭС, а более подробно - для удаления завалов из разрушенных помещений четвертого энергоблока. Известно, что в результате аварии на ЧАЭС многие помещения в здании четвертого энергоблока оказались полностью или частично разрушенными. Одновременно со зданием разрушению подверглось оборудование и коммуникации В результате этого, в здании образовались многочисленные и разнообразные по объему и структуре завалы, состоящие из обломков строительных элементов (железобетонных и металлических), щающегося через пневмопровод и накопительную емкость с воздуходувкой, рабочая машина, снабжена набором сменных рабочих инструментов, содержащим породоистирающий инструмент, камнерезный инструмент, грузозахватные клещи и металлорежущий инструмент, при этом рабочая машина и транспортная тележка снабжены системой взаимного поиска и сближения, а также стыковочными узлами 2. Агрега т по л 1, отл ичающийся тем, что рабо чая ма шина снабжена хо тя бы о дним дополни тельным манипулятором и набором сменных ин струментов. 3. Агрегат по п. 1, отл ичающийся тем, что систе ма отсоса воздуха выполнена в виде гибкого эла стичного воздуховода, подключённого одним кон цом к промежуточной емкости, а др угим к насос ной станции. 4. Агре га т по п 1 , отл ича ющийся тем, что про межуточная накопительная ёмкость выполнена быстросменной СМ о вперемешку с фрагментами оборудования и коммуникаций. При этом завалы подверглись термическому воздействию длительных пожаров, были засыпаны материалами, сброшенными с вертолетов (песок, доломит, свинец и т.д.), смешаны с фрагментами топлива и графи товы х блоков, а свер ху покрыты вы сокоактивной пылью Огромный, практически сплошной завал образовался на месте центрального реакторного зала, где на полностью разрушенную активную зону р ухн ули перекрытия зала, колонны и стены К нему примыкают другие полностью или частично разрешенные помещения энергоблока Во многих местах завалы были оплавлены до стекловидной массы, и, кроме этого, в них проникли потоки высокоактивной лавы, после остывания которых образовались обширные монолиты. В настоящее время весь этот огромный по объему и площади завал находится внутри защи тного сооружения - "Укрытия", что усложняет задачу по его ликвидации. Разрушенный энергоблок является источником постоянной опасности и заражения окружаю о оо с м 28090 щей среды, несмотря на наличие защитного сооружения. При этом поведение топливосодержащи х масс в завала х и помещениях активной зоны энергоблока практически не предсказуемо. Для устранения этой угрозы, т.е. для преобразования объекта "Укрытие" в экологически безопасную систему, необходимо удалить из него завалы с топливосодержащими массами и, переработав их в безопасные, стабильные формы, надежно захоронить. В описанных условиях не могут применяться известные методы и технологии, например взрывные, использующие ударные или виброинструменты, т. к. это вызовет подъем в воздух больших количеств мелкодисперсной высокоактивной топливной пыли, что абсолютно недопустимо. Неприемлема также резка топливосодержащих масс лазерами или газопламенным инструментом, поскольку при этом будут образовываться высокоактивные дым и пар и насыщать воздух помещений. Абсолютно недопустимы технологии, при осуществлении которых в рабочей зоне требуется присутствие людей. Для удаления завалов сложной структуры, содержащих вредные и опасные вещества, таких как завалы, образовавшиеся при разрушении четвертого блока на ЧАЭС в на учно-те хнической литературе предлагается использовать снабженные средствами дистанционного управления горные машины и комплексы, как наиболее приспособленные к работе в ограниченных пространствах и обладающие необходимой прочностью и надежностью при эксплуатации в тяжелых условиях. Посредством этой техники предлагается разрабатывать завалы по аналогии с разработкой горной массы в горных выработках. Основной недостаток этих предложений заключается в том, что они решают только проблему измельчения массы завала, а задача отбора и транспортирования измельченного материала за пределы очищаемого помещения решается традиционно, посредством ленточных транспортеров или вагонеток (как в забоях горных выработок). Однако для разработки завалов, содержащих опасные вещества, в частности на четвертом блоке Чернобыльской АЭС, такая технология и оборудование непригодны, поскольку проложить рельсовые пути или смонтировать ленточные транспортеры в зоне сильного радиоактивного загрязнения и интенсивных радиационных полей и постоянно их наращивать по мере разработки завала невозможно. Наиболее близким к предложенному агрегату среди известных является мобильный промышленный робот, выполненный в виде самоходкой тележки на колесном ходу с четырьмя телескопическими упорами . На тележке установлен манипулятор с держателем для сменных рабочих инструментов. Робот снабжен системой управления перемещением его в пространстве и работой манипулятора с инструментами. Однако само по себе использование промышленного робота не решает конкретной проблемы, поскольку его необходимо снабдить средствами для выполнения требуемой технологической операции (инструментами), скомпоновать и увязать с другими машинами и устройствами в единой технологической цепи В основу предлагаемого изобретения положена задача создания агрегата для удаления завала обрушившихся конструкций здания, который, благодаря подбору механизмов и устройств и их взаимоувязке в единый комплекс, обеспечивал бы возможность разработки завалов сложной структуры, содержащих опасные вещества, в том числе и радиоактивные, и тем самим позволил бы устранить завалы из разрушенных зданий и сооружений, таких, например, как блоки атомных станций, без ущерба для окружающей среды и людей. Поставленная задача решается тем, что в известном агрегате для удаления завала обрушивши хся конструкций зданий, содержащем рабочую машин у в виде самоходно го робо та, хотя бы с одним манипулятором, снабженным держателем для рабочих инструментов и системой управления перемещением и работой манипулятора, предложено агрегат снабдить транспортной системой, включающей самоходную тележку со сменной накопительной емкостью и платформой для кусковых грузов, и средством удаления сыпучего материала в виде воздухозаборника, сообщающегося через воздуховод и накопительную емкостью с воздуходувкой, рабочую машин у предложено снабдить набором сменных рабочих инстр ументов, содержащим породоистирающий инструмент, камнерезный инструмент, грузозахватные клещи и металлоотрезной инструмент, при этом рабочая машина и транспортная тележка снабжены системой взаимного поиска и сближения, а также стыковочными узлами. При этом целесообразно рабочую машину снабдить хотя бы одним дополнительным манипулятором и набором сменных инструментов, систему отсоса воздуха выполнить в виде гибкого эластичного воздуховода, подключенного одним концом к промежуточной емкости, а другим к воздуходувке, а промежуточн ую накопительную емкость выполнить быстросменной. Агрегат способен без участия людей выполнять все операции по удалению завалов, содержащих опасные вещества, т.е . отделять небольшие фрагменты, разделять на части крупные фрагменты, измельчать монолиты и рыхлые массы, а также осуществлять перемещение за пределы очищаемого здания, фрагментов, и х частей и измельченных (сыпучи х) масс. Он способен удалять завалы любой структуры , в том числе и монолиты, что обеспечивается наличием истирающего инстр умента и системы транспортирования сыпучего материала, так как измельчению путем истирания поддается материал любой прочности и структуры, а сыпучие продукты истирания позволяют отбирать их путем отсасывания и транспортировать по воздуховодам, т.е. отбирать их непосредственно в месте их образования и транспортировать в изолированном от внешней среды состоянии. Одновременно с измельченным материалом отсасываются вредные и опасные выделения (аэрозоли, пары, дымы, мелкодисперсная пыль и т.д.), что предотвращает попадание их в окружающую среду. Иными словами, отсос выполняет функцию отбора материала и одновременно функцию улавливания вредных выделений 28090 из завала. В результате этого предложенный агрегат позволяет исключить выделение вредных веществ в окружающую среду. Предложенный агрегат включает рабочую машину и транспортную систему, состоя щую из транспортной самоходной тележки и средства удаления сыпучего материала Рабочая машина выполнена в виде промышленного робота, который представляет собой самоходную тележку 1 на колесном ходу 2, снабженную четырьмя выдвижными телескопическими упорами 3. На тележке установлен хотя бы один манипулятор 4 с закрепленным на его конце захва том для сменных инстр умен тов, Тележка снабжена набором сменных приводных рабочих инструментов, который включает породоистирающий инстр умент (преимущественно в виде шарошки), камнерезный инстр умен т (в ви де пилы или фрезы), грузозахватные клещи и металлорезный инструмент (преимущественно абразивный). На фиг. 1 показана шарошка 5 с приводом 6. Захват манипулятора удерживает инструмент за хвостовик и обеспечивает подвод электропитания к приводу. Транспортная самоходная тележка 8 снабжена гусеничным движителем 9. На тележке установлена сменная накопительная емкость 10 для сыпучего материала и платформа 11 для кусковых грузов. Рабочая машина и транспортная тележка снабжены системой взаимного поиска и сближения, а также стыковочными узлами 12, 13, которые в рабочем положении жестко соединяют эти машины в единый комплекс. Средство удаления сыпучего материала содержит воздухозаборник 14, окружающий рабочий инструмент Воздухозаборник подключен посредством воздухо вода 15 к стыковочному узлу. При этом, воздуховод состоит из гибкого участка, проложенного вдоль манипулятора, и жесткого участка, проходящего вдоль корпуса рабочей машины. На транспортной машине накопительная емкость своим входным концом примыкает к стыковочному узлу, а другим - подключена к гибкому эластичному воздуховоду 16, посредством которого упомянутая емкость подключена к системе отсоса воздуха в виде воздуходувки (на чертежах не показано). Воздуходувка может располагаться внутри очищаемого здания или за его пределами. Иными словами, средство удаления сыпучего материала состоит из последовательно соединенных воздухозаборника, гибкого и жесткого участков воздуховода, накопительной емкости, гибкого эластичного воздуховода и воздуходувки. Рабочая машина, в зависимости от конкретных условий работы, может содержать еще один или два манипулятора 17 с захватом для инструментов и вторым набором сменных инструментов. Для визуального контроля за работой машины на ней установлены телекамеры 18 Кроме этого, машина снабжена отвальным ножом 19 с воздухозаборниками 20, а так же щеткой 21 с воздухозаборниками 22. Питание есех систем и машин предложенного агрегата осуществляется по кабелю 23. Воздуховоды от все х упомянутых воздухозаборников (от отвального ножа, от щетки и от инструмента) подключены к накопительной емкости. В процессе работы предложенного агрегата рабочая машина перемещается по помещениям разрушенного здания в режиме поиска, и, обнаружив завал, приближается к нему максимально близко, расчищая себе дорогу отвальным ножом 19, от о тдельно лежащих кусков и обломков. При этом пылеобразные и сыпучие материалы с пола убираются ще ткой 21 с воздухозаборником 22. Заняв рабочее положение, рабочая машина включает в работу манипулятор 4 (или оба, 4 и 17). В это время транспортная тележка 8 проходит по уже расчищенному пути, отыскивает рабочую машину, приближается к ней и стыкуется своим стыковочным узлом 12 с соответствующим стыковочным узлом 13 рабочей машины. В зависимости от структуры завала процесс его удаления может происходить по разным сценариям и с использованием того или иного рабочего инструмента из набора. При удалении завала, прежде всего, манипулятор посредством грузозахватных клещей убирает все о тдельные куски и обломки и укладывает их на грузовую платформу 11 транспортной тележки. При этом арматура, тр убопроводы и другие элементы, препятствующие отделению обломков, обрезаются отрезным инструментом. Если в данной ситуации недостаточно возможностей одного манипулятора 4, то в работу включается второй манипулятор 17 Таким образом, один манипулятор поддерживает обломок, а другой обрезает мешающую арматур у. После уборки отдельных кусков, вес которы х не превышает грузоподъемности манипулятора, оставшиеся крупные обломки и обломки, которые торчат из завала и зажаты другими обломками, разделяются на части камнерезными инструментами (из набора сменных инстр ументов) и гр узятся на платформу транспортной машины. В конечном итоге, все разрушенные и деформированные железобетонные и металлические составляющие завала будут убраны. Однако основная проблема при удалении завалов из здания связана с наличием монолитов, которые (как отмечалось выше) в больших количествах присутствуют в завала х, образовавши хся в разрушенном энергоблоке ЧАЭС. Для удаления монолитов и слежавшихся рыхлых масс используется породоистирающий инструмент из набора сменных инстр ументов, преимущественно шарошка. В рез ультате воздействия инстр умента на монолит, его материал измельчается до сыпучего (пескообразного) состояния. Образующийся при работе истирающего инструмента 5 измельченный материал отсасывается воздухозаборниками 14 и транспортируется по гибкому воздухо воду в виде пылевоздушной смеси к накопительной емкости 10 транспортной тележки, пройдя при этом через стыковочные узлы. В накопительной емкости сыпучий материал отделяется от воздушного потока и по мере работы истирающего инструмента заполняет ее, а воздух отсасывается через гибкий воздуховод 16 системой отсоса за пределы здания (при необходимости подвергается дополнительной очистке). При заполнении промежуточной емкости до допустимой величины (по объему или по количеству накопленной радиоактивности) ее перемещают за пределы о чи щаемого поме щения и раз фужают. 28090 Это осуществляет транспортная тележка, которая отстыковывается от рабочей машины и по уже расчищенному пути перемещается за пределы очищаемого помещения, где емкость разгружается или заменяется пустой емкостью. Одновременно разгружается и грузовая платформа 11. После этого транспортная тележка возвращается к рабочей машине и стыкуется с ней. Если рабочая машина содержит два манипулятора, то работа может вестись одновременно двумя истирающими инструментами. Если выемочная машина кроме основных содержит и дополнительную руку, то параллельно может выполняться работа по уборке крупных кусков и элементов завала, которые загружаются на грузовую площадку 11. Истиранию поддается любой материал, будь-то железобетон с арматурой, стекло и пемзообразные спекшиеся массы, монолиты застывшей топливосодержащей лавы, слежавшиеся рыхлые материалы (сброшенные с вертолетов), куски графитовой кладки и обломки топливных сборок. Выработав участок завала в пределах досягаемости манипулятора, машина перемещается в глубь завала и продолжает работу. В конечном итоге из помещения удаляется весь материл завала. В процесс работы воздухозаборники засасывают вместе с сыпучим материалом и радиоактивн ую пыль, которая взвешена в воздухе помещения, а также осела на пол и поверхность завала, что способствует дополнительной очистке помещения Предложенное изобретение может использоваться для ликвидации завалов, содержащих вредные и опасные для рабочего персонала и окружающей среды вещества, из разрушенных зданий и сооружений опасных производств, например, ядерных, химических, микробиологических И Т.П. Однако наиболее целесообразно в настоящее время его использовать для удаления завалов, образовавшихся в помещениях разрушенного энергоблока ЧАЕС, что даст возможность преобразовать объект "Укрытие" в экологически безопасную систему При этом все работы исключают загрязнение окружающей среды и выполняются без присутствия людей в опасных зонах 28090 Фиг. 1 ДП "Український Інститут промислової власності" (Укрпатент) Бульв. Лесі Українки, 26, Київ, 01133, Україна (044) 254 ^2-30, 295-61-97 Підписаного 2001 p. Формат 60x8 Обся г QS3 обл.-аид.арк. Тираж 50 прим. Зам УкрІНТЕІ Вул. Горького, 180, Київ, 03680 МСП, Україна (044) 268-25-22