КОНТЕЙНЕР ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ ОТРАБОТАВШЕГО ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА РЕАКТОРА РБМК-1000
CONTAINER FOR TRANSPORTATION OF SPENT FUEL FOR "¦+¦¦-1000" REACTOR

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к обращению с отработавшим ядерным топливом, а более конкретно к транспортированию, выгрузке и размещению пучков тепловыделяющих элементов реактора РБМК-1000 в пеналах сухого хранилища.
Известен контейнер для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива (см. патент РФ №2324241, G21F 5/008), содержащий корпус, в котором размещен чехол, и, по меньшей мере, одну защитную герметизирующую крышку. Чехол, помещаемый в известном контейнере, содержит соединенные между собой диафрагмы с ячейками для установки пучков тепловыделяющих элементов (твэлов) и центральную трубу с хвостовиком для грузового захвата. Чехол снабжен опорными демпфирующими элементами, которые установлены с наружной стороны нижней диафрагмы. Ячейки выполнены каждая с возможностью установки пучка твэлов, помещенного в ампулу. Чехол снабжен торцевыми подпружиненными элементами, которые установлены на нижней диафрагме, каждый напротив соответствующей ячейки с возможностью взаимодействия с ампулой в условиях нормальной эксплуатации контейнера. Чехол после загрузки в его ячейки пучков твэлов помещается в контейнер, на который устанавливается защитная крышка. После установки защитной крышки торцевые подпружиненные элементы обеспечивают поджатие ампул с пучками твэлов к защитной крышке контейнера с целью исключения продольных перемещений ампул относительно чехла при транспортировке контейнера в горизонтальном положении железнодорожным транспортом.
К недостаткам чехла известного контейнера относится то, что в камере комплектации пеналов сухого хранилища ампулы с пучками твэлов извлекаются электромеханическим некопирующим мостовым манипулятором по одной и устанавливаются в пеналы хранения. Поэтому перегрузка ампул из чехла будет занимать продолжительное время, что снизит оборачиваемость транспортно упаковочных комплектов между АЭС и сухим хранилищем и ухудшит радиационную безопасность персонала.
Чехол снабжен торцевыми подпружиненными элементами с возможностью взаимодействия с ампулой в условиях нормальной эксплуатации контейнера. В случае же аварийного падения ампулы в ячейку чехла при загрузке ОЯТ потенциальной энергии сжатия пружины торцевого подпружиненного элемента недостаточно для демпфирования удара и снижения до допустимого уровня перегрузок, действующих на пучки твэлов. В этом случае в качестве демпфирующего элемента служит трубчатый демпфер ампулы, деформирующийся при падении, что может привести к трудностям при последующем извлечении из ячеек чехла ампул с деформированными трубчатыми демпферами.
Кроме того, при аварийном падении контейнера на дно кинетическая энергия падающих вместе с контейнером загруженных ампул переходит в потенциальную энергию сжатия пружин торцевых подпружиненных элементов, которые будут сжиматься, а затем, разжимаясь, подбрасывать ампулы вверх, ударяя их крышки о защитную крышку контейнера и деформируя их.
Известен способ обращения с отработавшим ядерным топливом реактора РБМК-1000 (см. патент РФ №2490734, кл. G21C 19/06), предусматривающий транспортировку пучков твэлов в выемных кассетах. Устройства для осуществления известного способа включают в себя, в частности, герметичный пенал хранения отработавшего ядерного топлива реактора РБМК-1000 и чехол.
Пенал содержит корпус с амортизатором, крышку с клапаном и замком и выемную кассету. Выемная кассета включает в себя перфорированное основание с присоединенными к нему центральной трубой, вертикальными стойками и ампулами, соединенными с центральной трубой, вертикальными стойками и между собой на сварке, причем трубчатые демпферы ампул проходят через отверстия основания и присоединены к нему. В центральной трубе выполнено соединение для установки съемного грибка, по форме повторяющего грибок крышки пенала. На верхних торцах вертикальных стоек установлены амортизаторы с тарельчатыми пружинами.
Чехол, размещаемый в известном контейнере, содержит трубчатые элементы (гнезда), торцевые подпружиненные элементы и центральную трубу с хвостовиком для грузового захвата, присоединенные к нижней диафрагме, с наружной стороны которой установлены демпфирующие элементы. Трубчатые элементы (гнезда) установлены на нижней диафрагме с возможностью размещения в них выемных кассет в каждом гнезде, а гнезда жестко соединены между собой ребрами в несколько ярусов. Торцевые подпружиненные элементы установлены на нижней диафрагме, каждый напротив соответствующей ячейки, с возможностью взаимодействия с каждым трубчатым демпфером ампул выемной кассеты. Известным способом предусматривается загрузка на АЭС пучков твэлов в выемные кассеты, размещенные в гнездах чехла, и последующая установка в сухом хранилище выемных кассет с пучками твэлов в корпуса пеналов.
К недостаткам известного контейнера относится то, что в случае аварийного падения загруженной выемной кассеты в его чехол при ее выгрузке потенциальной энергии сжатия пружин торцевых подпружиненных элементов недостаточно для демпфирования удара и снижения до допустимого уровня перегрузок, действующих на пучки твэлов. В этом случае в качестве демпфирующего элемента также служат трубчатые демпферы ампул выемной кассеты, деформирующиеся при падении, что может привести к трудностям при извлечении упавшей выемной кассеты из гнезда чехла и последующей невозможности ее установки в пенал хранения, вследствие возможного выхода деформированных трубчатых демпферов за габаритные размеры выемной кассеты.
Кроме того, при аварийном падении контейнера на дно кинетическая энергия падающих вместе с контейнером загруженных ампул переходит в потенциальную энергию сжатия пружин торцевых подпружиненных элементов, которые будут сжиматься, а затем, разжимаясь, подбрасывать ампулы вверх, ударяя их крышки о защитную крышку контейнера. При проведении бросковых испытаний контейнеров подтверждено, что верхние торцы имитаторов ампул, взаимодействуя с крышкой контейнера, деформируются. Так как ампулы извлекаются зацеплением за внутреннюю проточку в крышке, то деформации крышек также могут привести к затруднениям при выгрузке ампул.
Предлагаемое изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в предотвращении или уменьшении деформаций трубчатых демпферов и крышек ампул выемной кассеты при возникновении аварийных ситуаций, связанных с падением выемных кассет в гнезда чехла, с падением чехла с загруженными выемными кассетами в контейнер и падением контейнера.
Для получения указанного технического результата в контейнере, содержащем корпус, по меньшей мере, одну защитную герметизирующую крышку и чехол, включающий установленные на нижней диафрагме гнезда с возможностью размещения в них выемных кассет и жестко соединенные между собой ребрами в несколько ярусов, центральную трубу с хвостовиком для грузового захвата, присоединенную к нижней диафрагме, и торцевые подпружиненные элементы, включающие стакан, плунжер и пружину, часть торцевых подпружиненных элементов установлена на нижней поверхности защитной герметизирующей крышки контейнера над каждым гнездом, а часть - на нижней диафрагме чехла внутри гнезда. К плунжерам торцевых подпружиненных элементов, установленных на нижней диафрагме, прикреплено опорное кольцо с возможностью прохождения внутри его трубчатых демпферов выемной кассеты.
Выемная кассета устанавливается на опорное кольцо с образованием зазора между торцами трубчатых демпферов и нижней диафрагмой. На торцевых подпружиненных элементах между стаканом и плунжером установлены демпфирующие втулки с зазором между их верхними торцами и плунжерами, как минимум равным или превышающим величину деформаций пружин под действием весовой нагрузки загруженной выемной кассеты и усилия пружин торцевых подпружиненных элементов, установленных на крышке контейнера.
В частном случае исполнения зазор между торцами трубчатых демпферов выемной кассеты и нижней диафрагмой равен сумме зазора между верхними торцами пластичных втулок и плунжерами и 0,3-0,5 высоты пластичной втулки.
В другом частном случае демпфирующие втулки выполнены перфорированными.
Установка части торцевых подпружиненных элементов на нижней поверхности защитной герметизирующей крышки контейнера над каждым гнездом позволяет за счет сжатия их пружин полностью или частично компенсировать кинетическую энергию выемной кассеты, полученную от сжатых пружин торцевых подпружиненных элементов нижней диафрагмы при возникновении аварийных ситуаций, связанных с падением контейнера, и тем самым предотвратить или уменьшить деформации крышек ампул выемной кассеты.
Установка части торцевых подпружиненных элементов на нижней поверхности защитной герметизирующей крышки контейнера над каждым гнездом, а части торцевых подпружиненных элементов на нижней диафрагме чехла внутри гнезда позволяет после установки крышки разместить выемную кассету между торцевыми подпружиненными элементами крышки контейнера и нижней диафрагмы и обеспечить ее фиксацию при транспортировке в горизонтальном положении.
Прикрепление к плунжерам торцевых подпружиненных элементов, установленных на нижней диафрагме, опорного кольца с возможностью прохождения внутри его трубчатых демпферов ампул выемной кассеты и установка выемной кассеты на опорное кольцо с получением зазора между торцами трубчатых демпферов или амортизатора и нижней диафрагмой позволяет установить выемную кассету ее основанием на опорное кольцо и передать весовую нагрузку от загруженной выемной кассеты на торцевые подпружиненные элементы, установленные на нижней диафрагме, минуя трубчатые демпферы.
Установка на торцевых подпружиненных элементах между стаканом и плунжером демпфирующих втулок с зазором между их верхними торцами и плунжерами, как минимум равным или превышающим величину деформаций пружин под действием весовой нагрузки загруженной выемной кассеты и усилия пружин торцевых подпружиненных элементов, установленных на крышке контейнера, позволяет:
- при нормальных условиях эксплуатации исключить перемещения выемных кассет в гнездах чехла при транспортировке в горизонтальном положении, не воздействуя плунжерами на верхние торцы демпфирующих втулок;
- в случае аварийного падения выемной кассеты при ее выгрузке из гнезда чехла, или падения чехла с загруженными выемными кассетами в контейнер, сначала сжимать пружины торцевых подпружиненных элементов, установленных на нижней диафрагме, до касания плунжерами верхних торцов демпфирующих втулок, далее деформировать демпфирующие втулки вместе с дальнейшим сжатием пружин, а затем совместно сжимать пружины, сминать демпфирующие втулки и деформировать трубчатые демпферы выемной кассеты. Это позволяет, в зависимости от высоты падения, или предотвратить деформации трубчатых демпферов выемной кассеты, или уменьшить их деформации, что исключает трудности при последующем извлечении упавших выемных кассет из гнезд чехла и их последующей установке в пеналы хранения и тем самым повышает надежность при эксплуатации в случае возникновения аварийных ситуаций, связанных с падением выемных кассет в гнезда чехла и с падением чехла с загруженными выемными кассетами в контейнер.
Равенство величины зазора между торцами трубчатых демпферов выемной кассеты и нижней диафрагмой сумме величины зазора между верхними торцами демпфирующих втулок и плунжерами и 0,3-0,5 высоты демпфирующей втулки позволяет ограничить деформации трубчатых демпферов выемной кассеты до определенного предела, в зависимости от начальной высоты демпфирующей втулки и ее предельного состояния в смятом состоянии.
Выполнение демпфирующих втулок перфорированными позволяет сминать их, заполняя отверстия во втулке металлом стенок.
Предлагаемые изобретения иллюстрируются чертежами, на которых изображены:
на фиг.1 - предлагаемый контейнер с чехлом;
на фиг.2 - одно из гнезд чехла с установленной в него загруженной выемной кассетой;
на фиг.3 - торцевой подпружиненный элемент;
на фиг.4 - выносной элемент B с фиг.2 при нормальных условиях эксплуатации;
на фиг.5 - выносной элемент B с фиг.3 в случае аварийного падения выемной кассеты.
Предлагаемый контейнер (см. фиг.1) содержит корпус 1 с защитной крышкой 2, к внутренней поверхности которой прикреплены торцевые подпружиненные элементы 3 и чехол 4. Торцевые подпружиненные элементы 3 включают в себя установленные в крышку 2 на резьбе ступенчатые пальцы 5, пружины 6 и упоры 7.
Чехол 4 содержит центральную трубу 8, к которой присоединена нижняя диафрагма 9, на верхней стороне которой установлены гнезда 10, соединенные ребрами 11 в несколько ярусов. На нижней диафрагме 9 внутри каждого гнезда 10 установлены по периферии торцевые подпружиненные элементы 12, к верхним торцам которых прикреплено опорное кольцо 13.
Гнезда 10 выполнены с возможностью размещения в них выемных кассет 14 (см. фиг.2). Выемная кассета 14, предназначенная для работы с заявляемым контейнером, содержит присоединенные к основанию 15 вертикальные стойки 16 и ампулы 17, соединенные с вертикальными стойками 16 и между собой на сварке. Ампулы 17 снабжены крышками 18 и трубчатыми демпферами 19, жестко присоединенными к основанию 15. Выемная кассета 14 снабжена транспортным съемным диском 20, закрепляемым на вертикальных стойках 16 при помощи фиксирующих элементов 21. К нижней части съемного диска 20, соосно с крышками 18, прикреплены пружины 22, а к верхней части - грузозахватный грибок 23. В ампулах 17 размещаются пучки твэлов 24. Выемная кассета 14 при установке в гнезда 10 чехла 4 опирается своим основанием 15 на опорное кольцо 13, а трубчатые демпферы 19 проходят внутри опорного кольца 13, причем между трубчатыми демпферами 19 и нижней диафрагмой остается зазор «A».
При этом весовая нагрузка от загруженной выемной кассеты 14 передается на торцевые подпружиненные элементы 12, установленные на нижней диафрагме 9, минуя трубчатые демпферы 19. Торцевой подпружиненный элемент 12 (см. фиг.4) содержит стакан 25, установленный в нижней диафрагме 9, центральный шток 26 с опорным плунжером 27, опирающимся через пружину 28 в днище 29 стакана 25. Между буртами 30 и 31 стакана 25 и плунжера 27 соответственно установлена демпфирующая втулка 32 с зазором «Б» между ее верхним торцом и нижней поверхностью бурта 31 плунжера 27. Зазор «Б» как минимум равен или превышает величину деформаций пружин 28 под действием весовой нагрузки загруженной выемной кассеты 14 и возникающего при установке защитной крышки 2 усилия пружин 6 торцевых подпружиненных элементов 3, установленных на защитной крышке 2.
Величина зазора «А» равна сумме величины зазора «Б» и 0,3-0,5 высоты демпфирующей втулки 32.
Работа с предлагаемым контейнером при перевозке пучков твэлов осуществляется следующим образом.
В подготовленный к отправке на АЭС предлагаемый защитный контейнер устанавливается чехол 4, в гнездах 10 которого размещены выемные кассеты 14 со съемным нажимным диском 23. При размещении в гнездах 10 выемных кассет 14 их основания 15 и вертикальные стойки 16 устанавливаются на опорное кольцо 13.
При последующей установке в контейнер защитной крышки 2 она прижимает своими торцевыми подпружиненными элементами 3 съемный нажимной диск 23 к вертикальным стойкам 16, частично сжимая пружины торцевых подпружиненных элементов 12. При этом пружины 24 съемного нажимного диска 23 опираются в крышки 18 и фиксируют их в ампулах 17.
Таким образом, порожняя выемная кассета 14 фиксируется между частично сжатыми торцевыми подпружиненными элементами 3 и 12, установленными на защитной крышке 2 и нижней диафрагме 9 соответственно, для последующего транспортирования контейнера в горизонтальном положении на АЭС.
На АЭС с контейнера снимаются защитная крышка 2 и съемный нажимной диск 23, чехол 4 извлекается из предлагаемого контейнера и помещается в камеру загрузки. С ампул 17 выемных кассет 14 снимают крышки 18 и загружают в ампулы 17 пучки твэлов 24, после чего вновь устанавливают крышки 18. Далее чехол 4 с загруженными выемными кассетами 14 помещают в контейнер и устанавливают защитную крышку 2. При установке защитной крышки 2 она прижимает своими торцевыми подпружиненными элементами 3 съемный нажимной диск 23 к вертикальным стойкам 16, частично сжимая пружины торцевых подпружиненных элементов 12. При этом пружины 24 съемного нажимного диска 23 опираются в крышки 18 и фиксируют их и пучки твэлов 24 в ампулах 17.
Таким образом, загруженная выемная кассета 14 фиксируется между частично сжатыми торцевыми подпружиненными элементами 3 и 12, установленными на защитной крышке 2 и нижней диафрагме 9 соответственно, для последующего транспортирования контейнера в горизонтальном положении в сухое хранилище.
В случае аварийного падения чехла 4 при его установке в контейнер выемные кассеты 14 воздействуют своим основанием 15 на опорное кольцо 13, перемещая его вниз и сжимая пружины 28 торцевых подпружиненных элементов 12 до выборки зазора «Б» и касания плунжерами 27 верхних торцов демпфирующих втулок 32. Далее происходит совместное деформирование демпфирующих втулок 32 вместе с дальнейшим сжатием пружин 28 и уменьшение зазора «А» вплоть до касания трубчатыми демпферами 19 нижней диафрагмы 9 при смятии демпфирующей втулки 32 до 0,3-0,5 ее высоты.
Затем происходит совместное сжатие пружин 28, дальнейшая деформация демпфирующих втулок 32 и начинается деформация трубчатых демпферов 19 выемной кассеты 14. Таким образом, в зависимости от высоты падения чехла 4 предотвращаются или уменьшаются деформации трубчатых демпферов 19, что исключает трудности при последующем извлечении выемных кассет 14 из гнезд 10 чехла 4.
В случае аварийного падения предлагаемого контейнера пружины 28 торцевых подпружиненных элементов 12 сжимаются, и их ответной реакцией выемная кассета 14 перемещается вверх, сжимая пружины 6 торцевых подпружиненных элементов 3, и демпфируя реакцию сжатых пружин 28, и тем самым предотвращая или уменьшая деформации крышек 18 ампул 17 выемных кассет 14.
В сухом хранилище предлагаемый контейнер устанавливают под приемным гнездом камеры комплектации пеналов и снимают с него защитную крышку 2. Затем поднимают загруженный выемными кассетами 14 с пучками твэлов 24 чехол 4 в приемное гнездо камеры комплектации пеналов, устанавливая его на подкатываемую под него тележку. Далее поочередно выемные кассеты 14 с пучками твэлов 24 извлекают из гнезд 10 чехла 4 и устанавливают их в корпусы пеналов хранения.
В случае аварийного падения выемной кассеты 14 при ее выгрузке из гнезд 10 чехла 4 она воздействует своим основанием 15 на опорное кольцо 13, перемещая его вниз и сжимая пружины 28 торцевых подпружиненных элементов 12 до выборки зазора «Б» и касания плунжерами 27 верхних торцов демпфирующих втулок 32. Далее, в зависимости от высоты падения, происходит совместное деформирование демпфирующих втулок 32 вместе с дальнейшим сжатием пружин 28 и уменьшение зазора «А» вплоть до касания трубчатыми демпферами 19 нижней диафрагмы 9 при смятии демпфирующей втулки 32 до 0,3-0,5 ее высоты.
Затем происходит совместное сжатие пружин 28, дальнейшая деформация демпфирующих втулок 32 и начинается деформация трубчатых демпферов 19 выемной кассеты 14. Таким образом, в зависимости от высоты падения выемной кассеты 14 или предотвращаются, или уменьшаются деформации трубчатых демпферов 19, что исключает трудности при последующем извлечении упавших выемных кассет 14 из гнезд 10 чехла 4 и их последующей установке в пеналы хранения.
Затем известным способом осуществляют герметизацию пенала путем приварки крышки к корпусу пенала, заполнение пенала азотно-гелиевой смесью через клапан, герметизацию клапана, контроль герметичности сварных швов, транспортировку и установку пенала в гнездо сухого хранилища.