Результат интеллектуальной деятельности: КРЫШКА ДЛЯ ПЕРЕГРУЗКИ РЕШЕТКИ ПЕНАЛА И РЕШЕТКА

Изобретения относится к ядерной технике, в частности к обращению с отработавшим ядерным топливом, а более конкретно к перегрузке ампул с пучками тепловыделяющих элементов (твэлов) реактора РБМК-1000 из транспортного чехла в пеналы сухого хранилища.

Ампулы, загруженные пучками твэлов, поступают с АЭС в сухое хранилище размещенными в ячейках транспортного чехла (патент РФ №2324241), размещенного в защитном контейнере. Далее из транспортного чехла, установленного в приемном гнезде камеры комплектации пеналов (далее по тексту - ККП), ампулы по одной перегружаются в ячейки решетки, смонтированной в корпусе пенала хранения. Перегрузку ампул с пучками твэлов осуществляют дистанционно электромеханическим манипулятором грузоподъемностью 500 кг. После заполнения всех ячеек решетки ампулами на корпус пенала устанавливают крышку, соединяют ее с корпусом на сварке, осуществляют через клапан крышки вакуумирование и заполнение пенала азотно-гелиевой смесью с избыточным давлением, после чего герметизируют клапан сваркой. Транспортировку загруженных пеналов в гнезда хранения осуществляют краном-манипулятором грузоподъемностью 4000 кг.

Перегрузка ампул с пучками твэлов из транспортного чехла в пеналы, осуществляемая в ККП электромеханическими манипуляторами по одной ампуле, занимает продолжительное время.

Известен способ обращения с отработавшим ядерным топливом (патент №2491665, кл. G21F 19/06), включающий размещение пучков тепловыделяющих элементов в ампулах, загрузку части ампул с пучками твэлов в решетки пеналов, размещенные в гнездах чехла, а части ампул - в ячейки чехла, размещенные между гнездами. В сухом хранилище краном-манипулятором загруженные ампулами решетки поочередно извлекаются из гнезд транспортного чехла и устанавливаются в корпуса пеналов, а ампулы из ячеек чехла перегружаются в корпус пенала с помощью электромеханического манипулятора.

Известна крышка герметичного пенала хранения отработавшего ядерного топлива (см. патент РФ №2372678, кл. G21F 5/008, 2008), содержащего корпус, установленную внутри корпуса решетку и крышку. Корпус снабжен центральной трубой для сцепления ее с крышкой до ее приварки. Крышка до ее сварки с корпусом используется для зацепления и транспортирования электромеханическим манипулятором порожних корпусов пеналов в ККП, а после загрузки корпусов ампулами и приварки крышки к корпусу - краном-манипулятором. Крышка представляет собой диск, в центральной утолщенной части которого выполнено сквозное ступенчатое отверстие, в котором расположен клапан для откачки и заполнения корпуса средой хранения, а также шариковый замок, служащий для сцепления крышки с корпусом порожнего пенала при его транспортировке в ККП до приварки крышки к корпусу. На крышке выполнены бурт и грибок грузозахватного устройства. На торце грибка выполнена кромка для заварки клапана. Клапан включает в себя шарик в центрирующей опоре, управляющую стержень-заглушку и две пружины. На верхнем торце управляющей стержень-заглушки выполнена кромка для заварки клапана.

Шариковый замок состоит из втулки, шариков, размещенных в отверстиях в центральной утолщенной части крышки, пружины и гайки.

Открытие клапана и замка осуществляются захватом электромеханического манипулятора и устанавливаемого на грибок внешнего толкателя, который, преодолевая сопротивление пружин, перемещает стержень-заглушку, шарик, центрирующую опору до упора во втулку шарикового замка, а при дальнейшем перемещении стержень-заглушки происходит сжатие пружины шарикового замка. При этом шарики замка оказываются в зоне проточки, шариковый замок открывается и крышка снимается с корпуса пенала. Закрытие замка осуществляется автоматически после снятия захвата и внешнего толкателя, при этом втулка шарикового замка поднимается под действием пружины шарикового замка, а элементы клапана - под действием двух пружин клапана.

В исходном положении крышка установлена в корпусе пенала, клапан и шариковый замок закрыты. После внесения электромеханическим манипулятором порожнего пенала в ККП и его установки в гнездо загрузки открывается шариковый замок и крышка электромеханическим манипулятором снимается с корпуса пенала. После загрузки пенала ампулами с пучками твэлов крышка электромеханическим манипулятором вновь устанавливается на корпус пенала и сваривается с корпусом. После заполнения пенала азотно-гелиевой смесью и герметизации клапана пеналы транспортируются в гнезда хранения мостовым краном-манипулятором грузоподъемностью 4000 кг.

Основным недостатком известной крышки является отсутствие информации о закрытии шарикового замка, так как после снятия усилия со стороны внешнего толкателя втулка шарикового замка поднимается под действием пружины шарикового замка, а элементы клапана под действием двух пружин клапана. При этом совмещение кромок стержень-заглушки и грибка является сигналом закрытия клапана, но не является сигналом закрытия шарикового замка, так как втулка шарикового замка перемещается пружиной, преодолевающей усилия пружин клапана, и ее перемещение может происходить медленнее, чем перемещение стержень-заглушки. При поднятии известной крышкой порожних корпусов пеналов с совмещенными кромками стержень-заглушки и грибка наблюдались случаи падения порожнего корпуса вследствие неполного поднятия втулки шарикового замка пружиной.

Известна крышка герметичного пенала хранения отработавшего ядерного топлива (см. патент РФ №2435239, МПК G21C 19/06, 2010), содержащего корпус, установленную внутри корпуса решетку и крышку. Крышка до ее приварки к корпусу используется для зацепления и транспортирования порожних корпусов пеналов электромеханическим манипулятором, а после приварки - загруженных ампулами пеналов краном-манипулятором. Крышка представляет собой диск с грузозахватным устройством, выполненным в виде центрального грибка и дублирующего захватного бурта, выполненного по периферии крышки. На внутренней поверхности крышки в направляющих установлены замыкающие стержни замка. В центральном грибке крышки установлены клапан и замок с управляющей клапаном и замыкающими стержнями стержень-заглушкой. К стержень-заглушке присоединена втулка с пластинами, в которых выполнены наклонные пазы. В пазах установлены подвижные оси, соединенные шарнирно с замыкающими стержнями. Открытие клапана и замка осуществляется внешним толкателем, который, преодолевая сопротивление пружины замка, перемещает стержень-заглушку. При этом подвижные оси, соединенные шарнирно с замыкающими стержнями, перемещаются по наклонным пазам пластин, выводя замыкающие стержни из кольцевой канавки корпуса и расцепляя крышку с корпусом. При снятии усилия внешнего толкателя под действием пружины замка стержень-заглушка возвращается в исходное положение, при этом подвижные оси, соединенные шарнирно с замыкающими стержнями, перемещаясь по наклонным пазам пластин, вводят замыкающие стержни в кольцевую канавку корпуса. Введение замыкающих стержней в кольцевую канавку корпуса позволяет удерживать корпус порожнего пенала при его транспортировке электромеханическим манипулятором до выполнения сварного шва крышки с корпусом. В известной крышке совмещение кромок стержень-заглушки и грибка крышки выдает однозначную информацию о введении замыкающих стержней в кольцевую канавку корпуса, а следовательно, и о сцеплении крышки с корпусом. Известная крышка выбрана заявителем в качестве прототипа.

К недостатку известной крышки относится то, что усилие от веса корпуса пенала, действующее на замыкающие стержни, передается на диск крышки через направляющие, прикрепленные к диску. Зацепление известной крышкой решетки с ампулами, масса которой превышает массу порожнего корпуса пенала, потребует исходя из условий прочности увеличения толщин замыкающих стержней и направляющих под ними. В применяемых пеналах расстояние между торцами ампул и известной крышкой ограничено и не позволяет выполнить это требование без увеличения высоты корпусов пеналов.

Известна решетка герметичного пенала хранения отработавшего ядерного топлива (см. патент РФ №2435239, МПК G21C 19/06, 2010), выполненная в виде набора дисков с соосными отверстиями, образующими ячейки для размещения отработавших тепловыделяющих сборок. Диски закреплены на вертикальных стойках, а в центральное отверстие решетки устанавливается дополнительная ампула с пучком твэлов. Известный пенал обладает увеличенной на 1 ампулу вместимостью.

К недостаткам известной решетки относится то, что при реализации способа транспортирования по патенту №2491665 пенал с известной решеткой может быть использован только для загрузки в него индивидуальных ампул, размещенных в ячейках транспортного чехла, вследствие того что решетка не извлекается из корпуса пенала и не может быть отправлена с транспортным чехлом на АЭС для загрузки в нее ампул с пучками твэлов.

Известна решетка герметичного пенала хранения отработавшего ядерного топлива реактора РБМК-1000 по патенту №2491665.

Решетка выполнена с возможностью извлечения из корпуса пенала и установки в гнездо транспортного чехла. Решетка снабжена основанием с присоединенными к нему вертикальными стойками и центральной трубой и ячейками для размещения ампул с пучками твэлов. Ячейки выполнены в несколько соосных ярусов, состоящих из трубчатых гильз, соединенных с центральной трубой, вертикальными стойками и между собой пластинами с образованием круглых и треугольных ячеек. Оси симметрии ячеек располагаются в вершинах равносторонних треугольников, причем диаметр вписанной окружности треугольных ячеек равен внутреннему диаметру круглых ячеек. Торцы пластин, расположенных между вертикальными стойками, выполнены V-образной формы. В основании выполнены отверстия, соосные с осями симметрии ячеек, а в центральной трубе установлен съемный грибок, по форме повторяющий грибок крышки пенала.

При извлечении решетки из гнезда транспортного чехла захватом крана-манипулятора зацепляют решетку с ампулами за грибок, установленный на центральной трубе, извлекают из чехла и устанавливают в корпус пенала.

К недостаткам решетки известного пенала относится то, что наличие в конструкции решетки центральной трубы не позволяет разместить в ней дополнительную ампулу по центральной оси решетки.

Решетка известного пенала принята заявителем в качестве прототипа.

Задачей, на решение которой направлены предлагаемые изобретения, является создание возможности использования решетки с дополнительной ячейкой вместо центральной трубы.

Технический результат, который может быть получен при использовании предлагаемой крышки, заключается в зацеплении крышкой решетки, загруженной ампулами, за вертикальные стойки.

Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемой крышке в отличие от известной к концам замыкающих стержней прикреплены ползуны, ползуны выполнены с верхними и нижними пластинами, расположенными по обе стороны диска и соединенными вертикальными ребрами, установленными в направляющих пазах, выполненных в диске, причем при установке диска на вертикальные стойки нижние пластины ползунов расположены на одном уровне с пазами вертикальных стоек и выполнены с возможностью вхождения в пазы.

В частном случае исполнения к диску прикреплены радиусные пластины, прилегающие к вертикальным стойкам по нормали к окружности, проходящей через центры вертикальных стоек при установке диска на них, а замыкающие стержни с присоединенными к ним ползунами направлены к центрам вертикальных стоек.

В другом частном случае исполнения верхняя грань участка нижних пластин, входящая в пазы вертикальных стоек, выполнена наклонной.

Прикрепление к концам замыкающих стержней ползунов позволяет осуществить перемещение ползунов при воздействии внешнего толкателя или пружины замка через замыкающие стержни.

Выполнение ползунов с верхними и нижними пластинами, расположенными по обе стороны диска и соединенными вертикальными ребрами, установленными в пазах, выполненных в диске, позволяет при поднятии загруженной решетки передать усилие от нижней пластины ползуна через вертикальное ребро и верхнюю пластину непосредственно на диск и далее на захватный бурт и грибок. Исходя из этого увеличение нагрузки при транспортировании загруженной ампулами решетки потребует лишь увеличения толщины нижней пластины, что позволяет установить предлагаемую крышку над ампулами в решетке.

Расположение нижних пластин ползунов при установке диска на вертикальные стойки на одном уровне с пазами вертикальных стоек и выполнение их с возможностью вхождения в пазы позволяет вводить нижние пластины ползунов в пазы на вертикальных стойках и осуществить зацепление предлагаемой крышкой решетки за вертикальные стойки.

Прикрепление радиусных пластин по нормали к окружности, проходящей через центры вертикальных стоек, прилегающих к вертикальным стойкам при установке диска на них, и направление замыкающих стержней с присоединенными к ним ползунами к центрам вертикальных стоек позволяет зафиксировать крышку радиусными пластинами на вертикальных стойках и обеспечить установку нижних пластин ползунов напротив пазов вертикальных стоек. Тем самым обеспечивается введение нижних пластин в пазы под действием пружины замка, фиксация радиусными пластинами нижних пластин ползунов от боковых перемещений в пазах и выведение нижних пластин из пазов под действием внешнего толкателя.

Выполнение верхних граней участков нижних пластин, входящих в пазы вертикальных стоек, наклонными позволяет обеспечить выведение нижних пластин из пазов под действием внешнего толкателя только при отсутствии нагрузки на крышке после установки решетки в корпус пенала.

Технический результат, который может быть получен при использовании предлагаемой решетки, заключается в повышении вместимости решетки за счет выполнения в ней дополнительной ячейки по центральной оси.

Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемой решетке в отличие от известной в вертикальных стойках решетки перпендикулярно ее радиусу выполнены пазы, а по центральной оси решетки размещена дополнительная ячейка.

В частном случае исполнения верхние грани пазов на вертикальных стойках выполнены наклонными с расширением пазов внутрь.

Выполнение в вертикальных стойках решетки перпендикулярно ее радиусу пазов позволяет вводить в них нижние пластины ползунов и осуществить зацепление крышкой решетки, загруженной ампулами, за вертикальные стойки, исключив из конструкции решетки центральную трубу, а в результате создать возможность выполнения по центральной оси решетки дополнительной ячейки для размещения ампулы.

Выполнение по центральной оси решетки дополнительной ячейки позволяет увеличить вместимость решетки на 1 ампулу.

Предлагаемые изобретения иллюстрируются чертежами, на которых изображены:

на фиг. 1 - предлагаемая крышка в разрезе;

на фиг. 2 - крышка с открытым замком, зацепленная захватом электромеханического манипулятора;

на фиг. 3 - предлагаемая решетка в разрезе;

на фиг. 4 - решетка, зацепленная крышкой.

Предлагаемая крышка 1 (см. фиг. 1) содержит диск 2 с центральным грибком 3 и захватным буртом 4. В грибке 3 установлен замок 5, состоящий из стержень-заглушки 6, пружины 7 и прикрепленной к стержень-заглушке 6 втулки 8 с пластинами 9. В пластинах 9 выполнены наклонные пазы 10. На внутренней поверхности диска 2 установлены в направляющих 11 замыкающие стержни 12, соединенные с наклонными пазами 10 посредством вилок 13 и осей 14. К замыкающим стержням 12 присоединены ползуны 15, состоящие из верхних 16 и нижних 17 пластин, соединенных ребрами 18, установленными в направляющих пазах 19, выполненных в диске 2. Верхняя грань 20 участка нижних пластин 17 выполнена наклонной. К захватному бурту 4 присоединен флажок 21, сигнализирующий о нахождении ползунов 15 в положении зацепления при совмещении кромки верхней пластины 16 с кромкой флажка 21.

В верхней части грибка 3 и стержень-заглушки 6 выполнены бурты 22 и 23, кромки которых совмещаются под действием пружины 7, при этом ползуны 15 находятся в выдвинутом положении. К диску 2 прикреплены по нормали к окружности диаметром D радиусные пластины 24 с диаметром d между ними.

Открытие замка 5 крышки 1 осуществляется при ее зацеплении захватом 25 электромеханического манипулятора (см. фиг. 2) и внешним толкателем 26. Закрытие замка 5 осуществляется пружиной 7 автоматически при расцеплении крышки 1 с захватом 25.

Предлагаемая решетка 27 (см. фиг. 3) содержит вертикальные стойки 28, присоединенные к основанию 29. Решетка 27 содержит несколько соосных ярусов 30, состоящих из трубчатых гильз 31, соединенных с вертикальными стойками 28 и между собой пластинами 32 с образованием семи круглых 33 и двадцати четырех треугольных 34 ячеек, оси симметрии которых располагаются в вершинах равносторонних треугольников. Диаметр вписанной окружности треугольных ячеек 34 равен внутреннему диаметру круглых ячеек 33. Торцы 35 пластин 36, расположенных между вертикальными стойками 28, выполнены V-образной формы. В основании 29 выполнены отверстия 37, соосные с осями симметрии ячеек 33 и 34. Вертикальные стойки 28 состоят из труб 38, к торцам которых присоединены наконечники 39, в которых выполнены пазы 40. Верхние грани 41 пазов 40 выполнены наклонными с расширением пазов 40 внутрь. Вертикальные стойки 28 размещены равномерно по окружности диаметром D, а диаметр наконечников 39 выполнен диаметром d. На наконечниках 39 по нормали к радиусу решетки 27 выполнены лыски 42, на которых выполнены пазы 40.

В круглые 33 и треугольные 34 ячейки (см. фиг. 4) устанавливаются ампулы 43 с пучками тепловыделяющих элементов. Для перегрузки решетки 27 на нее устанавливается крышка 1, ползунами 15 которой, входящими в пазы 40 на наконечниках 39, осуществляется зацепление решетки 27 за вертикальные стойки 28.

Предлагаемые крышка 1 и решетка 27 эксплуатируются следующим образом.

Перед перегрузкой загруженной ампулами 43 решетки 27 крышка 1 зацепляется захватом 25 электромеханического манипулятора через внешний толкатель 26. При этом штоком внешнего толкателя 26 стержень-заглушка 6 перемещается вниз, сжимая пружину 7 и открывая замок 5. При перемещении стержень-заглушки 6 и присоединенной к ней втулки 8 с пластинами 9 осуществляется также перемещение по наклонным пазам 10 осей 14 и присоединенных к ним замыкающих стержней 12 и ползунов 15, в результате чего ползуны сдвигаются к центральной оси крышки 1. Крышка 1 устанавливается на наконечники 39 вертикальных стоек 28 одной из решеток 27, размещенных в гнездах транспортного чехла, фиксируясь своими радиусными пластинами 24 на наконечниках 39, при этом нижние пластины 17 ползунов 15 устанавливаются напротив пазов 40, выполненных в наконечниках 39.

При снятии захвата 25 электромеханического манипулятора и внешнего толкателя 26 с крышки 1, стержень-заглушка 6 возвращается пружиной 7 в исходное положение, закрывая замок 5. При этом оси 14, перемещаясь по наклонным пазам 10, выдвигают присоединенные к ним замыкающие стержни 12 и ползуны 15, вводя нижние пластины 17 ползунов в пазы 40 наконечников 39, сцепляя крышку 1 с решеткой 27 за вертикальные стойки 28. Сцепление крышки 1 с решеткой 27 контролируется по совмещению кромок буртов 22 и 23 грибка 3 и стержень-заглушки 6 соответственно и верхних пластин 16 с флажками 21.

Далее захватом крана-манипулятора (на чертежах не показан) зацепляют крышку 1 за бурт 16 и грибок 17 аналогично зацеплению загруженных пеналов и перегружают загруженную ампулами решетку 27 из транспортного чехла в корпус пенала, размещенный в гнезде загрузки пеналов ККП.

Снятие крышки 1 с решетки 27, уже размещенной в корпусе пенала, осуществляют, зацепляя ее вновь захватом 25 электромеханического манипулятора через внешний толкатель 26. При зацеплении крышки 1 штоком внешнего толкателя 26 стержень-заглушка 6 перемещается вниз, сжимая пружину 7 и открывая замок 5, выводя нижние пластины 17 ползунов 15 из пазов 40 наконечников 39 и расцепляя крышку 1 с вертикальными стойками 28 решетки 27. Далее крышка 1 устанавливается на следующую решетку 27, размещенную в гнезде транспортного чехла, и процесс перегрузки решеток 27 повторяется.

На корпус пенала после снятия предлагаемой крышки устанавливают штатную крышку и осуществляют ее приварку к корпусу пенала, заполнение пенала азотно-гелиевой смесью через клапан, герметизацию клапана, контроль герметичности сварных швов, транспортировку и установку пенала в гнездо сухого хранилища краном-манипулятором.

Использование предлагаемых крышки и решетки при внедрении способа обращения с отработавшим ядерным топливом по патенту №2491665 позволит осуществлять перегрузку решеток существующими манипуляторами и за счет выполнения ячеек по центральной оси решеток разместить в 1-й очереди сухого хранилища дополнительно 3872 ампулы с пучками отработавших тепловыделяющих элементов.