КРЫШКА ДЛЯ ПЕРЕГРУЗКИ РЕШЕТКИ ПЕНАЛА ХРАНЕНИЯ ОТРАБОТАВШЕГО ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА 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 размещенные 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, зацепляя их его захватом за расточку в крышке ампулы. 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, зацепляя пенал за центральный грибок и захватный бурт его крышки.

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), по которому загрузку части ампул с пучками твэлов осуществляют в съемные решетки пеналов, размещенные в гнездах транспортного чехла. В сухом хранилище краном-манипулятором загруженные ампулами решетки поочередно извлекаются из гнезд транспортного чехла и устанавливаются в корпуса пеналов, что сокращает продолжительность перегрузки ампул.

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 центральный грибок и захватный бурт для транспортирования загруженного пенала.

Известной крышкой осуществить перегрузку загруженной ампулами решетки из транспортного чехла в корпус пенала невозможно.

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 загруженных ампулами пеналов после сварки крышки с корпусом - 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. Введение замыкающих стержней в кольцевую канавку корпуса позволяет удерживать корпус порожнего пенала при его транспортировке электромеханическим манипулятором до выполнения сварного шва крышки с корпусом.

Известной крышкой осуществить перегрузку решетки из транспортного чехла в корпус пенала также невозможно.

Известная крышка выбрана заявителем в качестве прототипа.

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 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, применяемая при реализации известного способа обращения с отработавшим ядерным топливом по патенту №2491665, включающего загрузку части ампул с пучками твэлов в решетки пеналов, размещенные в гнездах транспортного чехла. В сухом хранилище краном -манипулятором загруженные ампулами решетки поочередно извлекаются из гнезд транспортного чехла и устанавливаются в корпуса пеналов.

Известная 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 грибок с возможностью его вертикального перемещения, по форме повторяющий грибок крышки пенала.

Для извлечения 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 при перегрузке решеток из гнезд транспортного чехла в корпуса пеналов необходимо осуществить дистанционно операции по выдвижению грибка из центральной трубы, требующие определенных затрат времени и специального инструмента. Кроме того, наличие в конструкции решетки центральной трубы не позволяет выполнить в решетке дополнительную центральную ячейку и разместить в ней дополнительную ампулу.

Решетка известного пенала принята заявителем в качестве прототипа.

Задачей, на решение которой направлены предполагаемые изобретения, является создание возможности перегрузки решетки с дополнительной центральной ячейкой имеющимися в ККП электромеханическим манипулятором и краном - манипулятором.

Технический результат, который может быть получен при использовании предлагаемой крышки, заключается в ее автоматическом сцеплении и расцеплении с решеткой, снабженной дополнительной центральной ячейкой, при установке крышки на решетку и ее снятии с решетки.

Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемой крышке, в отличие от известной, крышка выполнена с возможностью ее установки на вертикальные стойки решетки. В грибке выполнено цилиндрическое отверстие, соосно с которым к нижней части крышки присоединен полый корпус, в котором установлены на осях поворотные рычаги, снабженные радиусными лапками и верхними и нижними кулачками, и подвижный стержень, фиксируемый в крайних положениях установленными на стержне выше и ниже грибка головкой и буртом. Стержень снабжен ступенчатой втулкой, в верхнем положении стержня упирающейся в верхние кулачки, а в нижнем положении стержня - в нижние кулачки.

В частном случае исполнения ступенчатая втулка снабжена заходными фасками, а в нижней части к центральному стержню присоединен центратор.

В другом частном случае исполнения головка стержня выполнена с внутренней расточкой, идентичной расточке крышки ампулы.

Выполнение крышки с возможностью ее установки на вертикальные стойки решетки позволяет при установке крышки на решетку использовать верхние торцы вертикальных стоек в качестве установочной базы, определяющей положение по вертикали элементов крышки, а также исключить взаимодействие крышки с ампулами и передать весовую нагрузку применяемых захватов манипуляторов при их установке на вертикальные стойки.

Выполнение в грибке цилиндрического отверстия и соосное присоединение к нижней части крышки полого корпуса позволяют при установке крышки на решетку разместить корпус по центральной оси решетки.

Установка в корпусе подвижного стержня, фиксируемого в крайних положениях головкой и буртом, установленными на стержне выше и ниже грибка, позволяет получить два фиксированных положения стержня в полом корпусе. При этом верхнее положение достигается при поднятии крышки за головку стержня, а нижнее - при опускании зацепленного за головку стержня после установки крышки на верхние торцы вертикальных стоек.

Установка в корпусе на осях поворотных рычагов, снабженных радиусными лапками и верхними и нижними кулачками, снабжение стержня ступенчатой втулкой, в верхнем положении стержня упирающейся в верхние кулачки, позволяет при зацеплении крышки за головку перевести стержень в верхнее положение, при котором ступенчатая втулка упирается в верхние кулачки и поворачивает рычаги вокруг их осей, обеспечивая автоматическое сведение лапок и возможность их введения в центральную ячейку решетки при постановке крышки на решетку, а также их выведения из центральной ячейки решетки при снятии крышки с решетки.

Снабжение стержня ступенчатой втулкой, в нижнем положении стержня упирающейся в нижние кулачки, позволяет при опускании крышки за головку на решетку, после ее опирания на вертикальные стойки, переводить стержень в нижнее положение, при котором ступенчатая втулка упирается в нижние кулачки и поворачивает рычаги вокруг их осей, обеспечивая автоматическое разведение рычагов, размещение лапок под кромками центральной ячейки решетки и фиксацию рычагов в этом положении. Выполнение лапок рычагов радиусными позволяет увеличить площадь контакта лапок с кромками центральной круглой ячейки и снизить контактные напряжения между ними.

Таким образом, установка на решетку и снятие предлагаемой крышки с решетки, осуществляемые за головку стержня, обеспечивают автоматическое зацепление и расцепление крышки с решеткой. При этом перегрузка решетки, осуществляемая зацеплением крышки за грибок и захватный бурт крышки, обеспечивает сохранение нижнего положения стержня и фиксацию рычагов в разведенном положении ступенчатой втулкой.

Снабжение ступенчатой втулки заходными фасками позволяет уменьшить углы трения между ступенчатой втулкой и кулачками и облегчить поворот рычагов при вертикальном перемещении стержня.

Присоединение в нижней части к центральному стержню центратора позволяет при установке крышки на решетку за счет взаимодействия центратора с центральной круглой ячейкой разместить корпус соосно с ней.

Выполнение головки стержня с внутренней расточкой, идентичной расточке крышки ампулы, позволяет осуществлять установку и снятие предлагаемой крышки с решетки при помощи электромеханического манипулятора, установленного в ККП.

Технический результат, который может быть получен при использовании предлагаемой решетки, заключается в возможности ее зацепления крышкой за центральную ячейку после извлечения из нее ампулы.

Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемой решетке, включающей присоединенные к основанию вертикальные стойки и три соосных яруса ячеек, состоящих из трубчатых гильз, соединенных с вертикальными стойками и между собой пластинами с образованием круглых и треугольных ячеек, оси симметрии которых располагаются в вершинах равносторонних треугольников, причем диаметр вписанной окружности треугольных ячеек равен внутреннему диаметру круглых ячеек, основание, в котором выполнены отверстия, соосные с осями симметрии ячеек, центральная круглая ячейка выполнена из верхней и нижней трубчатых гильз, соединенных примыкающими к ним пластинами с образованием зазора между гильзами.

В частном случае исполнения в пластинах выполнены пазы, верхняя кромка которых расположена на одном уровне с нижним торцом верхней гильзы.

В другом частном случае исполнения нижняя гильза присоединена к основанию.

Выполнение центральной круглой ячейки из верхней и нижней трубчатых гильз, соединенных пластинами с образованием зазора между ними, позволяет, после извлечения из центральной круглой ячейки ампулы, разместить радиусные лапки рычагов крышки в зазоре и, при разведении рычагов, зацепить решетку крышкой за верхнюю трубчатую гильзу центральной круглой ячейки.

Выполнение в пластинах, примыкающих к верхней и нижней трубчатой гильзам, пазов, верхняя кромка которых расположена на одном уровне с нижним торцом верхней гильзы, позволяет ввести радиусные лапки в пазы за стенки верхней гильзы и обеспечить взаимодействие радиусных лапок, как с нижним торцом верхней гильзы, так и с верхними кромками пазов в пластинах, что позволяет увеличить площадь соприкосновения лапок с нижним торцом верхней гильзы и уменьшить контактные напряжения между ними.

Присоединение нижней гильзы к основанию при загрузке решетки тридцатью ампулами с пучками твэлов позволяет уменьшить изгибающие напряжения, возникающие в днище, ослабленном отверстиями, от весовой нагрузки транспортируемых в ячейках решетки ампул с пучками твэлов за счет присоединения основания в центре в дополнение к его присоединению вертикальными стойками.

Предлагаемые изобретения иллюстрируются чертежами, на которых изображены:

на фиг. 1 - предлагаемая крышка в разрезе;

на фиг. 2 - предлагаемая решетка в разрезе;

на фиг. 3 - крышка, зацепленная захватом электромеханического манипулятора, при ее установке на решетку;

на фиг. 4 - крышка после ее установки на решетку;

на фиг. 5 - решетка с крышкой, зацепленной захватом крана-манипулятора

Предлагаемая крышка 1 (см. фиг. 1) содержит диск 2 с центральным грибком 3 и захватным буртом 4. В грибке 3 выполнено цилиндрическое отверстие 5, соосно с которым к нижней части грибка 3 присоединен полый корпус 6 с фланцем 7. К нижнему торцу фланца 7 присоединены щеки 8, между которыми на осях 9 установлены рычаги 10. С наружной стороны рычаги 10 снабжены радиусными лапками 11, а с внутренней стороны верхними 12 и нижними 13 радиусными кулачками. Через отверстие 5 грибка 3 в полый корпус 6 введен стержень 14, снабженный головкой 15, буртом 16, ступенчатой втулкой 17 и коническим центратором 18. В головке 15 выполнена внутренняя расточка 19, идентичная по размерам расточке крышки ампулы. Втулка 17 имеет две ступенчатые цилиндрические поверхности: верхнюю 20 и нижнюю 21 с заходными фасками 22 и 23 соответственно.

Предлагаемая решетка 24 (см. фиг. 2) содержит вертикальные стойки 25, присоединенные к основанию 26. Решетка 24 содержит три яруса: верхний 27, средний 28 и нижний 29, состоящих из трубчатых гильз 30, соединенных с вертикальными стойками 25 и между собой пластинами 31 с образованием круглых 32 и треугольных 33 ячеек, оси симметрии которых располагаются в вершинах равносторонних треугольников. Центральная круглая ячейка 34 состоит из верхней 35 и нижней 36 трубчатых гильз, соединенных примыкающими к ним пластинами 37 с образованием зазора 38.

В пластинах 37 выполнены пазы 39, верхняя кромка 40 которых расположена на одном уровне с нижним торцом 41 верхней гильзы 35. Нижняя гильза 36 присоединена к основанию 26. В основании 26 выполнены отверстия 42, соосные с осями симметрии ячеек 32, 33 и центральной ячейки 34.

В круглые 32, треугольные 33 и центральную 34 ячейки устанавливаются ампулы 43 с пучками тепловыделяющих элементов.

Предлагаемая крышка 1 транспортируется (см. фиг. 3) при ее установке на решетку 24 и при снятии с решетки 24 захватом 44 электромеханического манипулятора, зацепляющим крышку 1 за расточку 19 в ее головке 15. Предлагаемая крышка 1 при транспортировании решетки 24 зацепляется (см. фиг. 4) за центральный грибок 3 и захватный бурт 4 захватом 45 крана-манипулятора.

Предлагаемые крышка 1 и решетка 24 эксплуатируются следующим образом.

Перед перегрузкой загруженной ампулами 43 решетки 24 из транспортного чехла в пенал хранения электромеханическим манипулятором из ее центральной ячейки 34 извлекается ампула 43 и устанавливается на временное хранение в ККП. Крышка 1 зацепляется (см. фиг. 3) захватом 44 электромеханического манипулятора за расточку 19 в ее головке 15. При подъеме зацепленной за головку 15 крышки 1 стержень 14 поднимается вверх до упора бурта 16 в грибок 3, при этом управляющая втулка 17 взаимодействует своей верхней фаской 22 и цилиндрической поверхностью 20 с верхними кулачками 12 рычагов 10 и поворачивает их, сводя лапки 11 к центру.

Крышка 1 устанавливается электромеханическим манипулятором на решетку 24, при этом конический центратор 18 способствует попаданию сведенных рычагов 10 в центральную круглую ячейку 34. Полый корпус 6 выполнен таким образом, что при упоре диска 2 крышки 1 на торцы вертикальных стоек 25, лапки 11 находятся в зазоре 38 между верхней 35 и нижней 36 трубчатыми гильзами. После упора диска 2 в торцы вертикальных стоек 25 стержень 14 продолжает вводиться в полый корпус 6 до упора головки 15 в грибок 3 (см. фиг. 4). При этом ступенчатая втулка 17 взаимодействует своей нижней фаской 23 и нижней цилиндрической поверхностью 21 с нижними кулачками 13 рычагов 10 и поворачивает и разводит их, вводя радиусные лапки 11 в пазы 39 и размещая их под нижним торцом 41 верхней гильзы 35 центральной круглой ячейки 34. При этом рычаги 10 фиксируются в разведенном положении упором цилиндрической поверхности 21 в нижние кулачки 13.

Таким образом, при установке крышки 1 электромеханическим манипулятором за головку 15 обеспечивается автоматическое зацепление крышки 1 с решеткой 24.

После расцепления захвата 44 электромеханического манипулятора с головкой 15 крышки 1, сцепленной с решеткой 24, крышка 1 зацепляется (см. фиг. 5) захватом 45 крана-манипулятора за бурт 4 и грибок 3 крышки 1 аналогично зацеплению загруженных пеналов, и решетка 24, загруженная ампулами 43, перегружается из транспортного чехла в корпус пенала (на чертежах не показаны), размещенный в гнезде загрузки пеналов ККП. При поднятии крышки 1 за бурт 4 и грибок 3 разведенные радиусные лапки 11 зацепляют верхнюю гильзу 35 за ее нижний торец 41, при этом обеспечивается сохранение нижнего положения стержня 14 и фиксация рычагов 10 в разведенном положении ступенчатой втулкой 17.

Снятие крышки 1 (см. фиг. 3) с решетки 24, уже размещенной в корпусе пенала, осуществляют, зацепляя ее вновь захватом 44 электромеханического манипулятора за расточку 19 в головке 15. При подъеме крышки 1 за головку 15 стержень 14 поднимается вверх до упора бурта 16 в грибок 3. При этом ступенчатая втулка 17 взаимодействует своей верхней фаской 22 с верхними кулачками 12 рычагов 10 и поворачивает их, выводя лапки из-под нижнего торца 41 в зазор 38, осуществляя, тем самым, автоматическое расцепление крышки 1 с решеткой 24.

После снятия крышки 1 с решетки 24 в центральную ячейку 34 электромеханическим манипулятором устанавливается ампула 43, ранее извлеченная из нее перед перегрузкой решетки 24.

Затем на корпус пенала 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.