Результат интеллектуальной деятельности: Биологическая защита разгрузочно-загрузочной машины

Изобретение относится к области атомного машиностроения, в частности к оборудованию, предназначенному для защиты персонала от ионизирующего излучения при проведении транспортно-технологических операций при перегрузке топлива в составе разгрузочно-загрузочных машин (РЗМ) ядерных реакторов.

Проблема защиты персонала от ионизирующего излучения не нова. Ранее в разгрузочно-загрузочных и перегрузочных машинах успешно применялась традиционная конструкция биологической защиты, секции которой изготавливались с использованием поковок. Существующие технологии изготовления не отвечают современным требованиям, предъявляемым к конструкции биологической защиты, так как наиболее значительную часть от стоимости производства биологической защиты составляет стоимость изготовления самих поковок для съемных секций. Эффективным способом снижения себестоимости конструкции является переход на изготовление съемных секций из готового листового проката. При этом необходимо иметь в виду, что в конструкции не допускается существование зазоров между сопрягаемыми деталями, сквозь которые может распространиться ионизирующее излучение (то есть необходимо исключить возможность «прострела» ионизирующего излучения в местах стыковки элементов биологической защиты). Кроме того, необходимо уменьшить деформацию листов биологической защиты при соединении их силовыми сварными соединениями и исключить возможность разрушения биологической защиты вследствие разрушения сварного шва.

Известен контейнер с подвижной биологической защитой, относящийся к основным частям РЗМ (Доллежаль Н.А., Емельянов И.Я. Канальный ядерный энергетический реактор, М., Атомиздат, 1980, стр. 183), где биологическая защита представляет собой вваренное в тележку массивное стальное кольцо, к нижнему торцу которого прикреплен контейнер. Контейнер представляет собой стальной цилиндр, состоящий из шести секций. В нижней секции контейнера имеется подвижная биологическая защита, перекрывающая зазор между низом контейнера и полом центрального зала в момент перегрузки.

Кроме того что известная биологическая защита выполнена традиционно с использованием поковок, ее конструкция имеет следующие недостатки: высокая стоимость изготовления по сравнению со стандартным прокатом; необходимость наличия специального оборудования при изготовлении; затруднительная установка дополнительной защиты из материалов, препятствующих распространению ионизирующих излучений; необходимость термической обработки поковок. При этом элементы имеют значительные габариты и сложны в изготовлении и монтаже.

Известна и широко применяется конструкция биологической защиты от ионизирующего излучения реакторов АЭС (Конструирование ядерных реакторов: Учеб. Пособие для вузов / И.Я. Емельянов, В.И. Михан, В.И. Солонин. Под общ. Ред. Акад. Н.А. Доллежаля. - М.: Энергоиздат, 1982. - 400 с, стр. 31), включающая в себя отдельные элементы, представляющие собой объемные изделия ступенчатой формы, установленные над ядерно- и(или) радиационно-опасным объектом.

Недостатками известной конструкции является затруднительный доступ к радиационно-опасному объекту, сложность изготовления и монтажа элементов биологической защиты, а также возможность «прострела» ионизирующего излучения в местах стыка элементов биологической защиты.

Наиболее близкой по технической сущности является конструкция биологической защиты от ионизирующего излучения реакторов АЭС (Патент RU №2446491 C1, G21F 3/04, опубл. 27.03.2012), состоящая из отдельных элементов, установленных над радиационно-опасным объектом. Элементы представляют собой объемные изделия ступенчатой формы, выполненные в виде трех составляющих одно целое параллелепипедов одинаковой толщины с уменьшающимися по размеру квадратами в основании или с верхним параллелепипедом, повернутым относительно нижнего на 90°. Средние параллелепипеды первого и второго элементов равны между собой. Элементы собраны в модули.

Однако недостатками этой известной конструкции является то, что она не применима для навесной биологической защиты, так как не обеспечивается надежное закрепление ее на тележке РЗМ вследствие отсутствия механического либо сварного соединения. Также при изготовлении защитной плиты толщиной более 100 мм необходимо применение поковок для создания цельных элементов. «Прострелы» исключаются, но в местах сочленения плит защита ослаблена и, кроме этого, существенно затруднен монтаж собранного длинномерного герметичного скафандра внутрь биологической защиты.

Задачей, положенной в основу изобретения, является разработка конструкции биологической защиты для РЗМ, обеспечивающей надежную защиту персонала от ионизирующего излучения объекта любого размера и конфигурации при существенном снижении ее стоимости изготовления и уменьшении значительных трудозатрат.

Для решения поставленной задачи предложена биологическая защита разгрузочно-загрузочной машины, представляющая собой сборно-сварную конструкцию из навесных секций в форме многогранников, состоящих из отдельных идентичных элементов двух конфигураций. Предлагаемая конструкция установлена на тележке РЗМ вокруг предполагаемого места транспортирования ядерного топлива. Каждый элемент выполнен в виде объемного изделия, образующего симметричную трапецеидальную призму. Элементы скреплены между собой соединением в замок с помощью поперечных цельных шипов с пазами ответной формы, расположенными на контактируемых поверхностях соединяемых элементов. Таким соединением элементов и последующей сваркой стыковых соединений в нескольких местах обеспечено надежное закрепление их в навесную секцию. Причем для обеспечения доступа к внутренней полости биологической защиты два элемента в навесной секции сварены между собой и скреплены замком с резьбовым соединением и устройством фиксации с остальными четырьмя элементами, которые также сварены между собой.

В свою очередь каждый элемент состоит из отдельных плоскопараллельных подобных деталей, изготовленных из листового металла в форме трапецеидальных призм с увеличением их размеров в сторону основания. На наружной поверхности каждой детали (кроме самой верхней) выполнен выступ, а на внутренней поверхности (кроме самой нижней) соответствующее ему углубление. При сборке выступ одной детали входит в углубление следующей детали с образованием соединения замком, которым с последующей сваркой в нескольких местах обеспечивается жесткое скрепление деталей в элемент.

Кроме того, детали механически обработаны таким образом, что после их сварки в элемент с одной стороны на торцевой боковой грани элемента образован поперечный цельный шип, а в основании нижней детали (нижнее основание элемента) с противоположной ему стороны - паз ответной формы. При состыковке двух элементов шип одного вставляется в паз другого с образованием соединения в замок, где основания нижних деталей соседних элементов образуют между собой угол 120°. Элементы соединены между собой большим основанием одной трапецеидальной призмы и торцевой боковой гранью другой и ориентированы большими основаниями трапецеидальных призм внутрь конструкции. Благодаря такому соединению в замок с последующей сваркой сварные швы не несут основную нагрузку.

Взаимное расположение сопрягаемых деталей и элементов в навесной секции обеспечивает несовпадение направлений линий соединения сопрягаемых деталей и линий стыковых соединений элементов с направлениями линий распространения ионизирующего излучения, что исключает «прострелы» ионизирующего излучения в местах стыковки.

Навесные секции между собой, а также с тележкой РЗМ скреплены при помощи скоб и фигурных пазов. Фигурные пазы выполнены механической обработкой верхних и нижних боковых граней трапецеидальных призм у четырех элементов после того как собрана вся навесная секция. Два элемента, обеспечивающие доступ к внутренней полости биологической защиты, выполнены без фигурных пазов.

Кроме этого, все элементы дополнительно механически обработаны, на них выполнены ступени, которые, взаимно перекрываясь, обеспечивают смещение линий стыковых соединений элементов, что необходимо для предотвращения распространения ионизирующего излучения в местах соединения секций и позволяет полностью исключить «прострелы» ионизирующего излучения.

Технический результат заключается в устранении явления «прострела» ионизирующего излучения в местах стыков сопрягаемых поверхностей элементов и деталей за счет использования дополнительно к сварке механического закрепления замковыми соединениями, что обеспечивает надежную защиту персонала от ионизирующего излучения.

При использовании настоящего изобретения одновременно достигаются следующие технические результаты:

- расширение технологических возможностей;

- снижение дозовых нагрузок на обслуживающий персонал;

- повышение надежности конструкции за счет применения различных замковых соединений;

- упрощение и удешевление изготовления навесных секций за счет использования деталей из листового металла, а также применения взаимнозаменяемых элементов;

- дополнительное повышение безопасности работы за счет возможности установки конструкции биологической защиты РЗМ на поворотные пробки реактора либо пол реакторного зала (когда создается так называемый единый тракт для перегрузки через надреакторное помещение).

Изобретение поясняется следующими чертежами, представленными на фиг.1-8.

На фиг. 1 изображена в общем виде конструкция биологической защиты РЗМ.

На фиг. 2 показана навесная секция, вид сверху.

На фиг. 3 изображены элементы.

На фиг. 4 показаны соединения деталей и элементов.

На фиг. 5 показаны боковые грани элементов.

На фиг. 6 изображены детали одного элемента.

На фиг. 7 изображена конструкция навесной секции в сборе.

На фиг. 8 показано место соединения навесных секций.

На фиг. 9 показаны направления линий распространения ионизирующего излучения.

Конструкция биологической защиты РЗМ 1 (фиг. 1) включает две навесные секции 2 (фиг. 1, 2) в форме шестигранников, которые состоят из шести взаимозаменяемых объемных элементов 3 (фиг. 3 и 5) в форме симметричных трапецеидальных призм, образованных из деталей 4 (фиг. 6), выполненных также в форме трапецеидальных призм.

На торцевой боковой грани каждого элемента 3 выполнен поперечный цельный шип 5, а в основании нижней детали с противоположной ему стороны - паз 6 ответной формы (фиг. 4 и 5). Смежные элементы 3 соединены между собой встык при помощи соединения в замок 7 (фиг. 2, 4 и 5), представляющего собой стыковку шипом 5, расположенным на торцевой боковой грани одного элемента 3 с пазом 6 в большем основании другого. Такое крепление считается качественным и надежным. При состыковке двух элементов основания их нижних деталей образуют между собой угол 120°.

Каждый элемент 3 состоит из пяти плоскопараллельных подобных деталей 4 (фиг. 6) в форме трапецеидальных призм с увеличением их размеров в сторону основания, выполненных с наружными выступами 8 (кроме самых верхних) и внутренними углублениями 9 той же формы (кроме самых нижних). Преимущественно указанные выступы и углубления имеют П-образное сечение. Детали 4, изготовленные из листового металла, соединены между собой соединением замком 10 (фиг. 6), где выступ 8 одной детали вставлен в углубление 9 следующей, обеспечивающим хорошее прилегание деталей 4 друг к другу.

Между собой навесные секции 2 скреплены при помощи скоб 11 и фигурных пазов 12 (фиг. 5, 7 и 8), выполненных после сборки навесной секции 2 на верхних и нижних боковых гранях трапецеидальных призм элементов 3. Два элемента 3, обеспечивающие доступ к внутренней полости биологической защиты РЗМ 1, выполнены без фигурных пазов 12 (фиг. 7). При этом на верхних и нижних боковых гранях всех элементов 3 выполнены ступени 13 (фиг. 7 и 8) для обеспечения смещения линий стыковых соединений элементов при их взаимном перекрытии, и соответственно, для исключения «прострелов» ионизирующего излучения.

Навесная секция 2 (фиг. 7) в сборе состоит из шести идентичных элементов 3, четыре из которых (с фигурными пазами 12) неподвижно скреплены между собой в единую часть, а два других (без фигурных пазов 12) отдельно скреплены между собой в другую часть и прикреплены к остальным четырем при помощи замка с резьбовым соединением 14 и устройства фиксации 15, что обеспечивает доступ к внутренней полости биологической защиты РЗМ 1.

Взаимное расположение сопрягаемых деталей 4 и элементов 3 в собранной навесной секции 2 обеспечивает несовпадение направлений линий соединения сопрягаемых деталей и линий стыковых соединений элементов 3 с направлениями линий распространения ионизирующего излучения 16 (фиг. 9).

Биологическая защита РЗМ 1 монтируется следующим образом.

Сначала детали 4 механически обрабатывают таким образом, чтобы при сборке их в элемент 3 они образовали с одной стороны торцевой боковой грани элемента 3 поперечный цельный шип 5. На нижнем основании самой нижней детали выполняют паз 6 ответной формы (фиг. 4).

Потом собирают вершинами вверх объемные элементы 3 из деталей 4 (фиг. 3 и 6). Детали 4 располагают по направленным в одну сторону наружным выступам 8 и внутренним углублениям 9 соответственно и совмещают их плотно друг с другом соединением замком 10 с последующей сваркой их в нескольких местах, образуя элемент 3, где при этом с одной стороны торцевой боковой грани образуют поперечный цельный шип 5.

Затем элементы 3 состыковывают между собой так, чтобы шип 5 одного элемента 3 плотно входил в паз 6 другого. Элементы 3 соединяют между собой большим основанием одной трапецеидальной призмы и торцевой боковой гранью другой, ориентируя большие основания трапецеидальных призм внутрь конструкции. При этом большие основания соседних элементов 3 образуют между собой угол 120°, после чего элементы 3 сваривают и собирают в навесную секцию 2 в форме шестигранника.

Далее элементы 3 дополнительно механически обрабатывают, выполняя ступени 13.

Потом четыре элемента 3 сваривают между собой и выполняют фигурные пазы 12.

Два оставшихся элемента 3 отдельно соединяют между собой с последующей сваркой и прикрепляют к остальным элементам 3 при помощи замка с резьбовым соединением 14, обеспечивая тем самым возможность доступа к внутренней полости биологической защиты РЗМ 1.

Аналогично собирают вторую навесную секцию 2.

Далее верхнюю навесную секцию 2 устанавливают на тележке РЗМ, скрепляя места соединения при помощи скоб 12 и фигурных пазов 13 (фиг. 5). Затем с ней состыковывают вторую навесную секцию 2 и скрепляют их между собой. В конце монтажа сначала закрывают и фиксируют замком с резьбовым соединением 14 и устройством фиксации 15 верхние два элемента, а затем нижние.

При необходимости обеспечения доступа к внутренней полости биологической защиты РЗМ 1 (фиг. 1) сначала открывают нижнюю навесную секцию 2. В случае, когда требуется открыть верхнюю навесную секцию 2, то сначала открывают нижнюю навесную секцию 2, а потом верхнюю. Закрывают навесные секции 2 в обратном порядке.

Преимущества применения биологической защиты РЗМ:

- в наличии в конструкции идентичных элементов, позволяющих упростить проектирование и изготовление биологической защиты РЗМ;

- в возможности использования материалов с высоким сопротивлением ионизирующему излучению, сварка и вальцовка которых затруднена;

- в снижении по сравнению со стандартной технологией изготовления себестоимости и снижении трудозатрат;

- в высокой технологичности производства;

- в обеспечении механического закрепления деталей и элементов дополнительно к сварке.

Предлагаемая конструкция биологической защиты РЗМ и конструктивное изготовление ее элементов и деталей обеспечивает исключение «прострела» ионизирующего излучения в местах их стыковки и уменьшает основную нагрузку на сварные соединения, позволяя надежно защитить обслуживающий персонал от ионизирующего излучения объекта любого размера и конфигурации; упрощает проектирование и изготовление защиты при одновременном снижении массы и габаритов; повышает технологичность конструкции; упрощает эксплуатацию и сборку при демонтаже-монтаже.