УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДЪЕМА И ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ОТРАБОТАВШИХ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ СБОРОК
DEVICE FOR LIFTING AND TRANSFER OF USED FUEL ROD ARRAYS

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к средствам для обеспечения безопасности при перегрузке отработавших тепловыделяющих сборок реактора ВВЭР 1000 из транспортных чехлов в чехлы хранилища, и предназначено для использования в водонаполненных хранилищах отработавшего ядерного топлива на заводах по регенерации такого топлива или на АЭС в качестве аварийного инструмента.
Основу ядерно-энергетического парка России составляют реакторы ВВЭР-1000 и РБМК. Для реакторов типа ВВЭР принята концепция замкнутого ядерного топливного цикла. Отработавшее ядерное топливо (ОЯТ) реакторов ВВЭР-1000 будет перерабатываться на заводе РТ-2 после его ввода в эксплуатацию. Согласно «Стратегии развития атомной энергетики в первой половине XXI века» создание завода РТ-2 запланировано на 2020-2025 гг. На площадке РТ-2 действует хранилище для этого топлива, где ОЯТ реакторов ВВЭР 1000 хранится в водонаполненном бассейне, так называемом мокром хранилище. Отработавшее ядерное топливо поступает в бассейн в загруженном в защитный контейнер транспортном чехле. Из транспортного чехла в отсеке перегрузки водонаполненного бассейна отработавшие тепловыделяющие сборки (ОТВС) перегружаются в чехлы хранилища, которые из отсека перегрузки устанавливаются на хранение в бассейне хранения ОТВС.
Исходя из опыта эксплуатации, незначительная часть ОТВС может поступать в транспортном чехле с искривленными головками вследствие изгиба направляющих каналов, соединяющих головку ОТВС с тепловыделяющей частью. Тонкостенные направляющие каналы имеют диаметр 12 мм и толщину стенки 0,8 мм, поэтому существует вероятность отрыва искривленной головки по сечению этих направляющих каналов при извлечении ОТВС из транспортного чехла.
Известно устройство для подъема и перемещения отработавших тепловыделяющих сборок перегрузки отработавших тепловыделяющих сборок, содержащее приемный бассейн, установленную над приемным бассейном подвижную платформу с ходовой частью, грузоподъемное устройство, размещенное на подвижной платформе, захват для отработавшей тепловыделяющей сборки, закрепленный на грузоподъемном устройстве, защитный стакан, закрепленный на подвижной платформе, имеющий открытую со стороны бассейна полость для размещения части отработавшей тепловыделяющей сборки, причем нижняя кромка защитного стакана расположена ниже уровня воды приемного бассейна, а захват установлен в полости защитного стакана с возможностью вертикального перемещения (см. авторское свидетельство СССР №1572304, G21С 19/10).
Недостатком указанного известного устройства является то, что осуществить перегрузку ОТВС с искривленными головками известным устройством не представляется возможным.
Кроме того, уровень воды в существующем приемном бассейне (отсеке перегрузки хранилища) позволяет осуществлять перегрузку ОТВС из транспортного чехла в чехол хранилища без наличия на защитном стакане биологической защиты.
Наиболее близким устройством к заявляемому устройству по совокупности признаков является устройство для подъема и перемещения отработавших тепловыделяющих сборок, включающее защитный стакан с установленным в его полости захватом, присоединенный к нижней части штанги, установленной на грузоподъемном устройстве, захват, снабженный приводом с возвратно-поступательным движением штока, размещенном в полости защитного стакана, лапки захвата, установленные на подпружиненных поворотных осях и при втянутом положении штока привода образующие по внутреннему диаметру сечение, равное сечению головки отработавшей тепловыделяющей сборки.
Защитный стакан выполнен в виде двух плоских параллельных пластин, соединенных перемычками. Захват содержит по два горизонтальных и два вертикальных звена, соединенных шарнирно между собой, причем горизонтальные звенья установлены на подвижной оси, расположенной в пазах на пластинах защитного стакана, вертикальные звенья установлены в полости защитного стакана на неподвижной оси, а лапки захвата установлены в вертикальные звенья на осях, зафиксированных в вертикальных звеньях гайками.
Между гайками и вертикальными звеньями установлены тарельчатые пружины. В качестве привода захвата используется пневматический цилиндр, соединенный трубками с ручным пневмораспределителем, установленным на верхнем конце штанги.
Известное устройство позволяет извлекать из транспортного чехла ОТВС с искривленными головками, а также поднимать со дна бассейна упавшие ОТВС.
В то же время анализ безопасности показал, что существует вероятность отрыва искривленной головки при извлечении ОТВС из транспортного чехла известным устройством вследствие излома направляющих каналов в месте изгиба. Извлечение из транспортного чехла ОТВС без головки, за которую зацепляются захваты известных устройств, невозможно.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в возможности извлечении из транспортных чехлов ОТВС при отрыве ее головки зацеплением за ее направляющие каналы и последующей установки в чехол хранилища, предназначенный для хранения дефектных ОТВС.
Для достижения указанного технического результата в устройстве для подъема и перемещения отработавших тепловыделяющих сборок, содержащем приемный бассейн, установленную над приемным бассейном подвижную платформу с ходовой частью, грузоподъемное устройство, защитный стакан, имеющий открытую со стороны бассейна полость, захват, установленный в полости защитного стакана и присоединенный к нижней части штанги, установленной на грузоподъемном устройстве, привод с возвратно-поступательным движением штока, размещенный в полости защитного стакана, особенностью является то, что захват снабжен неподвижными и подвижными лапками, неподвижные лапки присоединены к защитному стакану, подвижные лапки соединены шарнирными тягами с траверсой, установленной на шток привода, и установлены в наклонных пазах направляющих ребер, присоединенных к защитному стакану и направленных по нормали к неподвижным лапкам.
Кроме того, сопрягающиеся опорные поверхности подвижных и неподвижных лапок выполнены в виде наклонных плоскостей с одинаковым углом наклона, на которые нанесено рифление. В качестве привода с возвратно-поступательным движением штока используется пневматический цилиндр, в присоединительные порты которого установлены пневматические дроссели с обратными клапанами.
Снабжение захвата неподвижными и подвижными лапками и присоединение неподвижных лапок к защитному стакану позволило при установке захвата на ОТВС без головки разместить неподвижные лапки и находящиеся в верхнем положении подвижные лапки по разные стороны крайних рядов направляющих каналов ОТВС.
Соединение подвижных лапок шарнирными тягами с траверсой, соединенной со штоком привода, установка подвижных лапок в наклонных пазах направляющих ребер, присоединенных к защитному стакану, и направленных по нормали к неподвижным лапкам, позволили при выдвижении штока привода перемещать подвижные лапки по наклонным пазам, приближая их по нормали к неподвижным лапкам. При перемещении подвижные лапки сначала изгибают направляющие каналы ОТВС, расположенные между подвижными и неподвижными лапками, а затем, сплющивая их, зажимают между неподвижными и подвижными лапками, обеспечивая тем самым зацепление ОТВС за направляющие каналы.
Выполнение сопрягающихся опорных поверхностей подвижных и неподвижных лапок в виде наклонных плоскостей с одинаковым углом наклона позволяет получить после сплющивания направляющих каналов протяженный по площади контакт между подвижными и неподвижными лапками и зажатыми между ними сплющенными направляющими каналами, обеспечивая надежное зацепление ОТВС.
Нанесение на наклонных плоскостях лапок рифления позволяет обеспечить повышенное трение между сплющенными направляющими каналами и лапками захвата и тем самым повысить надежность зацепления ОТВС.
Использование в качестве привода с возвратно-поступательным движением штока пневмоцилиндра, в присоединительные порты которого установлены пневмодроссели с обратными клапанами, позволяет осуществить дистанционное сведение и разведение лапок захвата и тем самым обеспечить дистанционное зацепление ОТВС захватом устройства и отцепление захвата от ОТВС после установки ОТВС в чехол хранения дефектных сборок. Установка в присоединительные порты пневмоцилиндра пневмодросселей с обратными клапанами позволяет осуществлять подачу сжатого воздуха через обратные клапаны в соответствующие полости пневмоцилиндра в полном объеме, а за счет дросселирования вытесняемого воздуха из другой полости обеспечить равномерное движение поршня с требуемой скоростью, в том числе на малых скоростях и при переменной нагрузке. При движении подвижных лапок, которые сначала изгибают направляющие каналы, а затем сплющивают их, нагрузка будет изменяться, а скорость движения поршня останется равномерной, что предотвращает ударные нагрузки на направляющие каналы и возможное трещинообразование в них.
Предлагаемое устройство для подъема и перемещения отработавших тепловыделяющих сборок иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1, фиг.2 и фиг.3.
На фиг.1 показано устройство, зацепляющее ОТВС без головки, размещенное в одной из шестигранных труб транспортного чехла, на фиг.2 - захват с зацепленной ОТВС за направляющие каналы, на фиг.3 - разрез А-А на фиг.2.
Предлагаемое устройство (см. фиг.1) размещается в приемном бассейне 1 (отсеке перегрузки ОТВС) и обслуживается с установленной над приемным бассейном 1 подвижной платформы 2 с ходовой частью. Предлагаемое устройство содержит штангу 3, навешиваемую на крюк грузоподъемного устройства (крана), в нижней части к которой присоединен защитный стакан 4, выполненный в виде двух параллельных пластин 5, соединенных перемычкой 6. К перемычке 6 прикреплен пневмоцилиндр 7, используемый в качестве привода захвата 8. Для управления пневмоцилиндром 7 в верхней части штанги 3 установлен пневмораспределитель 9, соединенный с ним трубками 10. На присоединительные порты пневмоцилиндра 7 (см. фиг.2) установлены стандартные пневмодроссели 11 с встроенными в них обратными клапанами.
Захват 8 (см. фиг.2 и фиг.3) содержит вертикальные стойки 12, закрепленные на перемычке 6 с обеих сторон. Между вертикальными стойками 12 в нижней части закреплены неподвижные лапки 13 с наклонными плоскостями 14.
Неподвижные лапки 13 соединены между собой по торцам ребрами 15. К каждой из пластин 5 прикреплены ребра 16 с наклонными пазами 17, в которых установлены подвижные лапки 18. На подвижных лапках 18 по их концам выполнены цапфы круглого 19 и квадратного 20 сечения. Цапфы 20 квадратного сечения установлены в наклонных пазах 17, а цапфы 19 круглого сечения - в шарнирных тягах 21. Шарнирные тяги 21 также шарнирно установлены на осях 22, присоединенных к траверсе 23, установленной на штоке пневмоцилиндра 7.
Предлагаемое устройство для подъема и перемещения отработавших тепловыделяющих сборок работает следующим образом.
Устройство опускается с помощью крана в приемный бассейн 1 и с помощью подвижной платформы 2 размещается над ячейкой транспортного чехла, в которой находится дефектная ОТВС без головки. Захват 8 вводится в шестигранную трубу транспортного чехла до соприкосновения неподвижными лапками 13 с верхней дистанционирующей решеткой ОТВС, при этом параллельными пластинами 5 оно центрируется по граням шестигранной трубы. В результате такого центрирования неподвижные лапки 13 и подвижные лапки 18, находящиеся в верхнем положении, размещаются по разные стороны крайних рядов направляющих каналов ОТВС. Пневмораспределителем 9 по одной из трубок 10 подается сжатый воздух на пневматический цилиндр 7, выдвигая его шток с траверсой 23, соединенной шарнирными тягами 21 с подвижными лапками 18. Под действием усилия пневмоцилиндра 7 подвижные лапки 18 перемещаются своими цапфами 20 квадратного сечения по наклонным пазам 17, по нормали к наклонным плоскостям 14 неподвижных лапок 13, изгибая и сплющивая направляющие каналы, а в результате зажимают сплющенные направляющие каналы между подвижными 18 и неподвижными 13 лапками.
При испытаниях устройства скорость перемещения штока пневмоцилиндра 7 и связанных с ним кинематически подвижных лапок 18 настраивается пневмодросселями 11, регулирующими расходы воздуха, вытесняемого из полостей пневмоцилиндра 7.
После зацепления ОТВС извлекается из шестигранной трубы транспортного чехла и опускается в специальный чехол, предназначенный для хранения дефектных ОТВС, после чего пневмораспределителем 9 подается воздух в другую полость пневмоцилиндра 7, при втягивании штока которого подвижные лапки 18 поднимаются, в результате чего захват 8 расцепляется с ОТВС, установленной в чехол.