Результат интеллектуальной деятельности: ТРАНСПОРТНО-УПАКОВОЧНЫЙ КОМПЛЕКТ ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ И ХРАНЕНИЯ ОТРАБОТАВШИХ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ СБОРОК

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к хранению отработавшего ядерного топлива (ОЯТ), а более конкретно к сухому контейнерному хранению отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС) атомных электростанций (АЭС), и может быть использовано для повышения надежности при обращении с ОТВС.

Известен транспортно-упаковочный комплект (ТУК) для транспортировки и хранения ОТВС, включающий металлобетонный контейнер (МБК) и разъемный демпфирующий кожух (RU №2105364, G21F 5/008, 1998). В известном устройстве количество разъемных составляющих частей кожуха и их конфигурация выбираются исходя из принятой технологии обращения с МБК в условиях АЭС, а также при транспортировке и хранении МБК при условии выполнения требования, что высота подъема и перемещения МБК при установке последнего в демпфирующий кожух должна быть по возможности минимальной. В целом разъемный демпфирующий кожух выполнен в виде барабана с торцевыми стенками и обечайкой, включающей центральный элемент и концевые элементы. В варианте исполнения демпфирующий кожух выполнен из четырех разъемных частей: основания, верхней крышки и двух торцевых крышек, соответственно соединенных между собой посредством фланцевых соединений. При этом центральный элемент обечайки демпфирующего кожуха выполнен составным. Торцевые фланцы центрального элемента обечайки выполнены с центрирующими кольцевыми поясами, взаимодействующими с кольцевыми буртами соответствующих торцевых крышек. Внутри кожуха у каждой торцевой крышки установлены радиально расположенные трубчатые элементы, скрепленные соответственно с концевым элементом обечайки и между собой, а вдоль образующей каждого концевого элемента обечайки установлены другие трубчатые элементы, скрепленные соответственно с концевым элементом обечайки и между собой. Центральный элемент обечайки снабжен выполненными по периметру кольцевыми и продольными ребрами. В варианте выполнения трубчатые элементы заполнены поризованным энергопоглощающим материалом. В основании демпфирующего кожуха выполнены опоры, взаимодействующие с корпусом МБК. При этом МБК внутри демпфирующего кожуха закреплен в радиальном и осевом направлениях с помощью соответствующих резьбовых упоров.

Перед транспортировкой транспортно-упаковочного комплекта с ОТВС с АЭС на место дальнейшего хранения или захоронения сначала на опорный фундамент или специальную раму хранилища устанавливают основание разъемного демпфирующего кожуха. Затем посредством грузоподъемного средства на опоры основания демпфирующего кожуха устанавливают МБК с ОТВС. При этом высота подъема МБК над полом хранилища не превышает 300 мм, т.е. допустимой величины по условиям возможного аварийного падения МБК. После этого устанавливают верхнюю крышку демпфирующего кожуха, которую соединяют с основанием демпфирующего кожуха посредством фланцевого соединения. Затем МБК закрепляют с помощью резьбовых упоров. После этого последовательно устанавливают две торцевые крышки демпфирующего кожуха, которые соединяют с основанием и верхней крышкой посредством фланцевых соединений с центрирующим кольцевым поясом. После установки торцевых крышек демпфирующего кожуха МБК закрепляют в осевом направлении с помощью других резьбовых упоров. Затем транспортно-упаковочный комплект, включающий МБК и разъемный демпфирующий кожух, устанавливают на транспортное средство для транспортировки к месту дальнейшего хранения.

Известное устройство обеспечивает предохранение МБК с ОТВС от разрушения при возможных аварийных ситуациях, повышает радиационную защиту персонала при транспортировке и, благодаря обеспечению возможности уменьшения массы и стоимости изготовления МБК, дает возможность снизить стоимость реализации концепции сухого хранения ОЯТ.

Однако в известном устройстве минимизация высоты подъема МБК при помещении его в разъемный демпфирующий кожух обеспечивается при горизонтальном положении МБК, что предполагает предварительное кантование МБК и усложняет обращение с контейнером при помещении его в демпфирующий кожух и при освобождении от последнего. Вместе с этим используемый разъемный демпфирующий кожух имеет относительно большое количество разъемов, что увеличивает трудоемкость сборки-разборки демпфирующего кожуха и, следовательно, увеличивает трудоемкость обслуживания транспортно-упаковочного комплекта.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков с заявляемым изобретением является транспортно-упаковочный комплект для транспортировки и хранения ОТВС, приведенный в патентном описании RU №2097848 (G21F 5/008, 1997). Известный ТУК включает контейнер и разъемный демпфирующий кожух, выполненный таким образом, чтобы минимизировать высоту подъема контейнера при помещении его в разъемный кожух. Собственно контейнер предназначен для загрузки ОТВС и выполнен в виде металлобетонной конструкции с двумя крышками: внешней и внутренней, расположенными одна над другой и установленными на едином основании. Разъемный демпфирующий кожух в целом выполнен в виде обечайки с диафрагмами на торцах. Под каждой диафрагмой установлены радиально расположенные трубчатые элементы, скрепленные соответственно с диафрагмой, обечайкой и между собой. Внутренняя поверхность обечайки снабжена ребрами. При этом вдоль образующей обечайки по окружности установлены другие трубчатые элементы, скрепленные соответственно с обечайкой, упомянутыми ребрами и между собой. Трубчатые элементы заполнены поризованным энергопоглощающим материалом, например, цементно-песчаным бетоном с заполнителем в виде вспученного керамзита. Обечайка и торцы демпфирующего кожуха с внутренней стороны облицованы армобетоном. В варианте исполнения изобретения демпфирующий кожух выполнен из трех разъемных элементов, один из которых выполнен в виде торцевой крышки демпфирующего кожуха. С металлобетонным контейнером демпфирующий кожух скрепляется посредством штыревых устройств. Установку металлобетонного контейнера в демпфирующий кожух производят в горизонтальном положении. Затем контейнер в демпфирующем кожухе доставляют в транспортный коридор АЭС, где устанавливают под загрузочным окном. Снимают торцевую крышку демпфирующего кожуха, после чего демпфирующий кожух с контейнером переводят в вертикальное положение, снимают внешнюю и внутреннюю крышки контейнера, после чего загрузочное окно перекрывают направляюще-ориентирующим устройством, которое соединяют с верхним торцом контейнера. После загрузки демпфирующий кожух с контейнером переводят в транспортное (горизонтальное) положение и на демпфирующий кожух устанавливают торцевую крышку. Транспортно-упаковочный комплект транспортируют к месту хранения, где МБК освобождают от разъемного демпфирующего кожуха и устанавливают на место хранения.

Известное техническое решение применяется при реализации способа сухого хранения ОТВС и позволяет при использовании металлобетонных контейнеров для транспортировки и/или хранения ОЯТ обеспечить предохранение транспортно-упаковочного комплекта от разрушения при возможных аварийных ситуациях при транспортировке к месту хранения, которые необходимо учитывать в соответствии с рекомендациями МАГАТЭ, и повышает радиационную защиту персонала при транспортировке.

Однако в известном устройстве минимизация высоты подъема МБК при помещении его в разъемный демпфирующий кожух обеспечивается при горизонтальном положении МБК, что предполагает предварительное кантование металлобетонного контейнера и усложняет обращение с контейнером при помещении его в демпфирующий кожух и при освобождении от последнего. Вместе с этим используемый разъемный демпфирующий кожух имеет относительно большое количество разъемов, что увеличивает трудоемкость сборки-разборки демпфирующего кожуха и, следовательно, увеличивает трудоемкость обслуживания транспортно-упаковочного комплекта. Кроме того, помещение МБК в демпфирующий кожух до проведения операции загрузки в контейнер ОТВС существенно увеличивает габариты обслуживаемой (т.е. загружаемой) конструкции (МБК в сборе с разъемным демпфирующим кожухом). Учитывая, что загрузка контейнера отработавшими тепловыделяющими сборками, как правило, производится в транспортном коридоре реакторного цеха АЭС, габариты которого ограничены, то по условиям обеспечения возможности перемещения в нем указанной конструкции необходимо уменьшение габаритов демпфирующего кожуха и, соответственно, габаритов контейнера. В результате сокращается количество ОТВС, размещаемых в контейнере. В итоге это приводит к необходимости увеличения потребного количества контейнеров и к повышению стоимости реализации концепции сухого контейнерного хранения ОЯТ. Можно отметить, что, в принципе, известное устройство допускает возможность помещения МБК в разъемный демпфирующий кожух после проведения операции загрузки в контейнер ОТВС. Однако это требует манипуляции с загруженным ОТВС металлобетонным контейнером, что снижает безопасность обращения с ОТВС.

Предлагаемое изобретение решает задачу обеспечения в условиях существующей инфраструктуры возможности использования металлобетонных контейнеров с оптимальными габаритно-массовыми характеристиками (с точки зрения количества размещаемых в контейнере ОТВС) при одновременном обеспечении предохранения контейнеров с ОТВС от разрушения при возможных аварийных ситуациях при транспортировке к месту хранения.

Указанная задача решается благодаря тому, что в транспортно-упаковочном комплекте для транспортировки и хранения отработавших тепловыделяющих сборок, включающем контейнер и разъемный демпфирующий кожух, выполненный таким образом, чтобы минимизировать высоту подъема контейнера при помещении его в разъемный демпфирующий кожух, при этом последний содержит удародемпфирующие элементы в форме труб, причем транспортно-упаковочный комплект снабжен средствами для скрепления демпфирующего кожуха с контейнером, согласно изобретению разъемный демпфирующий кожух выполнен в виде съемного барабана с торцевым перекрытием и выполняющего роль торцевой крышки барабана основания, взаимодействующего с днищем корпуса контейнера. Внутри барабан имеет продольные центрирующие направляющие элементы, выполненные с возможностью взаимодействия с корпусом контейнера при накрывании последнего барабаном.

Вместе с этим на основании демпфирующего кожуха установлены направляющие элементы, взаимодействующие с соответствующими ответными элементами контейнера для обеспечения заданного углового положения последнего относительно продольной оси демпфирующего кожуха.

Кроме того, крепление основания со съемным барабаном выполнено в виде резьбового фланцевого соединения. При этом барабан выполнен с внутренней цилиндрической поверхностью, которая сопряжена с соответствующей ответной поверхностью, выполненной на основании.

Съемный барабан выполнен из разъемных элементов в виде первой обечайки и торцевого перекрытия. Внутри первой обечайки на каждом ее концевом участке вдоль образующей установлены удародемпфирующие элементы в форме труб, к которым изнутри барабана на каждом концевом участке первой обечайки примыкает соответствующая вторая обечайка. Упомянутые обечайки соответственно скреплены с удародемпфирующими элементами.

В последнем варианте выполнения крепление торцевого перекрытия с первой обечайкой выполнено в виде резьбового фланцевого соединения, при этом первая обечайка выполнена с внутренней цилиндрической поверхностью, которая сопряжена с соответствующей ответной поверхностью, выполненной на торцевом перекрытии.

Технический результат использования изобретения состоит в том, что оно позволяет при использовании металлобетонных контейнеров для транспортировки и/или хранения ОТВС обеспечить повышение безопасности обращения с ОТВС и одновременно позволяет в условиях существующей инфраструктуры АЭС использовать металлобетонные контейнеры с оптимальными габаритно-массовыми характеристиками с точки зрения количества размещаемых (загружаемых) ОТВС.

На фиг.1 схематично показан транспортно-упаковочный комплект для транспортировки и хранения отработавших тепловыделяющих сборок, общий вид, продольный разрез; на фиг.2 - порожний разъемный демпфирующий кожух, общий вид, продольный разрез; на фиг.3 - удародемпфирующие элементы, установленные вдоль образующей обечайки съемного барабана, основание разъемного демпфирующего кожуха и резьбовые элементы, скрепляющие разъемный демпфирующий кожух с корпусом металлобетонного контейнера, поперечный разрез по А-А на фиг.2; на фиг.4 - торцевое перекрытие съемного барабана и резьбовые элементы, скрепляющие разъемный демпфирующий кожух с корпусом металлобетонного контейнера, поперечный разрез по Б-Б на фиг.2; на фиг.5 - узел соединения торцевого перекрытия съемного барабана с обечайкой съемного барабана, элемент В на фиг.2; на фиг.6 - узел соединения съемного барабана с основанием разъемного демпфирующего кожуха, элемент Г на фиг.2.

В варианте осуществления изобретения транспортно-упаковочный комплект для транспортировки и хранения ОТВС включает металлобетонный контейнер 1 и разъемный демпфирующий кожух 2, выполненный таким образом, чтобы минимизировать высоту подъема МБК при помещении его в разъемный демпфирующий кожух. МБК предназначен для загрузки ОТВС и выполнен в виде цилиндрической металлобетонной конструкции с герметичными крышками (на чертеже не показано). В целом демпфирующий кожух 2 выполнен в виде съемного барабана 3 с торцевым перекрытием и выполняющего роль торцевой крышки съемного барабана основания 4, взаимодействующего с днищем корпуса МБК. В варианте исполнения изобретения съемный барабан 3 с торцевым перекрытием и основание 4 содержат удародемпфирующие элементы в виде набора труб, обладающие достаточной энергией деформации. Крепление основания 4 со съемным барабаном 3 выполнено в виде резьбового (например, шпилечного) фланцевого соединения, при этом барабан выполнен с внутренней цилиндрической поверхностью «а», которая сопряжена с соответствующей ответной поверхностью, выполненной на основании 4. Благодаря этому исключается возможность нагружения шпилек 5 упомянутого фланцевого соединения сдвигающими (поперечными) усилиями при ударе. В цилиндрической стенке съемного барабана 3 и торцевом перекрытии барабана установлены взаимодействующие с корпусом МБК резьбовые элементы 6, 7, исключающие возможность перемещения МБК относительно разъемного демпфирующего кожуха 2 при действии перегрузок в период транспортировки. Таким образом, благодаря резьбовым элементам б, 7 исключается возможность соударений МБК и демпфирующего кожуха при транспортировке.

Внутри съемный барабан 3 имеет продольные центрирующие направляющие элементы 8, выполненные с возможностью взаимодействия с корпусом МБК 1 при накрывании МБК барабаном 3. Элементы 8 имеют наклонные участки «b», которые вместе образуют «направляющий конус», обеспечивающий при накрывании МБК барабаном 3 приведение продольной оси барабана к продольной оси МБК. На основании 4 демпфирующего кожуха установлены направляющие элементы 9, взаимодействующие с соответствующими ответными элементами 10 МБК 1 для обеспечения заданного углового положений МБК относительно продольной оси 11 демпфирующего кожуха 2. В варианте осуществления изобретения направляющие элементы 9 выполнены, например, в виде двух штырей, а ответные им элементы 10 контейнера - в виде гнезд, выполненных с наружной стороны днища корпуса контейнера. Таким образом, обеспечивается заданная ориентация МБК 1 относительно демпфирующего кожуха 2. Вместе с этим гнезда 10 могут быть использованы при установке МБК, например, на внутристанционную транспортировочную тележку, снабженную соответствующими ответными элементами.

В варианте выполнения изобретения съемный барабан 3 выполнен из разъемных элементов в виде обечайки 12 и торцевого перекрытия 13. Внутри обечайки 12 на каждом ее концевом участке вдоль образующей установлены удародемпфирующие элементы в форме труб 14, к которым изнутри барабана 3 на каждом концевом участке обечайки 12 примыкает соответствующая обечайка 15. Обечайки 12 и 15 соответственно скреплены с удародемпфирующими элементами (трубами) 14, например, с помощью сварки. Конструктивное выполнение узла соединения торцевого перекрытия 13 и обечайки 12 аналогично узлу соединения основания 4 со съемным барабаном 3. Крепление торцевого перекрытия 13 с обечайкой 12 выполнено в виде резьбового фланцевого соединения. При этом обечайка 12 выполнена с внутренней цилиндрической поверхностью «с», которая сопряжена с соответствующей ответной поверхностью, выполненной на торцевом перекрытии 13.

Внутри основания 4 и торцевого перекрытия 13 демпфирующего кожуха 2 также установлены удародемпфирующие элементы в форме труб 16 и 17. При этом относительно продольной оси 11 демпфирующего кожуха трубы 16 расположены радиально, а трубы 17 - тангенциально. Удародемпфирующие элементы (трубы) 16, 17 соединены между собой при помощи сварки посредством соответствующих диафрагм 18. В основании 4 демпфирующего кожуха выполнены опоры 19, взаимодействующие с корпусом МБК 1. Центральная часть обечайки 12 снабжена установленными на ее внутренней поверхности шпангоутами 20 и продольными ребрами (стрингерами) 21, что обеспечивает обечайке достаточную жесткость.

В варианте осуществления изобретения разъемный демпфирующий кожух 2 также имеет такелажные элементы, выполненные, например, в виде гнезд 22, 23, расположенных в общей плоскости попарно диаметрально противоположно на обечайке 12 барабана 3.

Транспортно-упаковочный комплект работает следующим образом.

В варианте осуществления изобретения ОТВС выдерживают определенный срок в бассейне с водой. После определенного срока выдержки в бассейне с водой и соответственно снижения уровня активности ОТВС их выгружают из бассейна выдержки и загружают в МБК 1 для дальнейшего хранения. Загрузка ОТВС в МБК может производиться при нахождении последнего в транспортном коридоре реакторного цеха на специальной внутристанционной тележке, имеющей минимальную высоту грузовой площадки (на чертеже не показано). Загрузка, внутристанционная транспортировка МБК и хранение МБК на АЭС осуществляются при вертикальном положении МБК. При этом перемещение МБК и установку МБК на место промежуточного хранения осуществляют с ограничением скорости передвижения и высоты подъема МБК, а также с использованием дополнительных страховочных средств, что исключает возможность возникновения аварийных ситуаций, при которых могли бы быть разрушены загруженные в контейнер ОТВС и мог быть разрушен или разгерметизирован МБК.

В месте промежуточного хранения загруженный МБК может находиться длительное время. Затем загруженный МБК транспортируют к месту окончательного хранения.

Перед транспортировкой МБК с АЭС к месту окончательного хранения (например, в региональное хранилище или на радиохимический комбинат с целью переработки ОЯТ) МБК 1 помещают в разъемный демпфирующий кожух 2. При этом МБК 1 с ОТВС посредством штатных грузоподъемных средств устанавливают на горизонтально выставленное основание 4, затем сверху накрывают съемным барабаном 3, который с помощью резьбовых соединений жестко скрепляют с основанием 4. При установке МБК на основание 4 установленные на нем направляющие элементы 9 взаимодействуют с ответными элементами 10 МБК и, таким образом, обеспечивается заданное угловое положение МБК относительно продольной оси 11 демпфирующего кожуха 2. В процессе накрывания МБК съемным барабаном с корпусом МБК взаимодействуют центрирующие направляющие элементы 8. Таким образом, при накрывании МБК барабаном 3 обеспечивается приведение продольной оси барабана к продольной оси МБК. Затем с помощью резьбовых элементов 6, 7 демпфирующий кожух 2 скрепляют с МБК 1. Таким образом, исключается возможность перемещения последнего внутри кожуха при транспортировке. Резьбовые элементы 6, 7, скрепляющие демпфирующий кожух с МБК, одновременно являются дистанционирующими и демпфирующими элементами и, кроме того, выполняют роль тепловых мостов.

Такое техническое решение обеспечивает надежную защиту МБК при любом виде аварийного падения, повышает радиационную защиту благодаря дополнительному экранированию и позволяет снизить конструктивные запасы по прочности МБК, что, в свою очередь, позволяет снизить стоимость МБК. При этом выполнение демпфирующего кожуха 2 разъемным с отъемным основанием 4, когда МБК с ОТВС устанавливают на основании 4 демпфирующего кожуха и накрывают съемным барабаном 3 с торцевым перекрытием, позволяет минимизировать высоту подъема контейнера при помещении последнего в демпфирующий кожух и освобождении от демпфирующего кожуха, что повышает безопасность обращения с ОТВС. Дополнительное уменьшения высоты подъема МБК с ОТВС при помещении его в демпфирующий кожух может быть достигнуто путем установки основания 4 в приямке, выполненном на площадке места проведения работ, в частности, в месте промежуточного хранения.

После транспортно-упаковочный комплект (металлобетонный контейнер 1 в сборе с демпфирующим кожухом 2) посредством грузоподъемного средства и устройства кантования (на чертеже не показано) переводят в горизонтальное положение. В этом положении транспортно-упаковочный комплект устанавливают на транспортное средство, например, железнодорожную платформу (железнодорожный транспортер) и фиксируют ТУК относительно последней.

Транспортно-упаковочный комплект в транспортировочном положении транспортируют к месту окончательного хранения (захоронения) ОЯТ. Разъемный демпфирующий кожух, оснащенный ударопоглощающими элементами (например, трубами, набором ребер в виде шпангоутов и стрингеров и т.п.), обеспечивает снижение перегрузок, действующих на контейнер, до допустимого уровня во всех возможных аварийных ситуациях, регламентированных нормативными документами РФ и рекомендациями МАГАТЭ, при любых, в том числе и наиболее неблагоприятных углах падения ТУК (например, падение на угол ТУК). Вместе с этим помещение контейнера в демпфирующий кожух существенно повышает прочностные характеристики транспортно-упаковочного комплекта при падении на штырь, термозащитные свойства при попадании в зону пожара и радиационно-защитные свойства.

После транспортировки МБК в региональное хранилище освобождение МБК на месте хранения от демпфирующего кожуха производится в обратной последовательности. Затем демпфирующий кожух возвращают на АЭС для транспортировки последующего металлобетонного контейнера с ОТВС, а доставленный в региональное хранилище МБК с ОТВС устанавливают в месте хранения.

Таким образом, благодаря особенности исполнения транспортно-упаковочного комплекта изобретение позволяет при использовании металлобетонных контейнеров для транспортировки и хранения ОТВС обеспечить повышение безопасности обращения с ОТВС и одновременно позволяет в условиях существующей инфраструктуры АЭС использовать металлобетонные контейнеры с оптимальными габаритно-массовыми характеристиками с точки зрения количества размещаемых (загружаемых) ОТВС.