ДЕМПФЕР КОНТЕЙНЕРА ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ И ХРАНЕНИЯ ОТРАБОТАВШЕГО ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА

Изобретение относится к ядерной энергетике и может быть использовано при транспортировке и хранении отработавшего ядерного топлива и других радиоактивных материалов.
Известен контейнер для транспортировки радиоактивного материала, содержащий по крайне мере один съемный противоударный демпфер, установленный на одном из торцов контейнера, выполненный из двух выпуклых наружу чашек, являющихся стенками герметически закрытой полости, заполненной энергопоглощающим материалом, в качестве которого используется бальзовая древесина, волокна которой расположены параллельно оси контейнера [1].
Недостатком известного контейнера является то, что противоударный демпфер имеет форму выпуклых наружу чашек, что затрудняет фиксирование контейнера при нахождении его в вертикальном положении.
Известен транспортный упаковочный комплект для транспортирования и хранения отработавших тепловыделяющих сборок, содержащий корпус контейнера, выполненный из высокопрочного, чугуна с шаровидным графитом, внутреннюю и наружные крышки, выполненные их нержавеющей стали, установленные на корпусе со средствами крепления и уплотнения, и образующие с корпусом два барьера герметичности, чехол с каналами из нержавеющей стали, зафиксированный в герметичном стакане, установленном с натягом в корпусе контейнера и облицовку из нержавеющей стали внутренней поверхности корпуса, поверхности корпуса под установку крышек и части наружной поверхности корпуса в местах установки деревянных демпферов, заключенных в оболочку из нержавеющей стали и установленных на торцах контейнера. Нижний и верхний деревянные демпферы стянуты между собой и выполнены из элементов, расположенных послойно с чередованием продольного и поперечного положения слоев [2].
Недостатком известного торцевого демпфера контейнера является то, что он хорошо работает при падении контейнера в вертикальном и наклонном положениях, но не работает при падении контейнера в горизонтальном положении.
Известен также торцевой демпфер контейнера, предназначенного для хранения и транспортирования отработавших тепловыделяющих сборок ядерных реакторов, состоящий их двух горизонтально расположенных круглых пластин и набора разновысоких, вертикально стоящих, радиальных ребер, часть которых жестко соединена с обеими пластинами, а оставшаяся часть ребер меньшей высоты жестко соединена только с одной из пластин [3].
Недостатком известного транспортного упаковочного комплекта для транспортирования и хранения отработавших тепловыделяющих сборок является, прежде всего, то, что он не использует достоинства анизотропных свойств древесины и ее модифицирования для повышения демпфирующих свойств, что не позволяет эффективно использовать демпфирующие способности древесины. Кроме того подобная конструкция имеет большие габаритные размеры демпфера.
Известно амортизирующее устройство для бочки удерживающей радиоактивные материалы (Shock absorbing device for a cask for the containment of radioactive material) состоящее из одного или нескольких колец, охватывающих, по крайней мере, часть контейнера и формирующих закрытые камеры, наполненные компонентами в форме сферы или правильных многогранников, изготовленных из металла [4].
Недостатком известного амортизирующего устройства является достаточно большой удельный вес, т.к. формируемые кольцами закрытые камеры заполнены множеством металлических компонентов.
Все известные конструкции демпферов контейнеров для транспортировки и хранения отработавшего ядерного топлива обладают общим недостатком - все они слабо защищены от последствий внешних вибраций, возникающих при аварийных ситуациях в процессе погрузочно-разгрузочных работ и транспортировке контейнеров.
Элементы и наполнители из металла в конструкции демпферов приводят к риску появления резонанса контейнера под воздействием внешних вибраций, например при транспортировке. Это возникает при совпадении частоты собственных колебаний контейнера с частотой внешней вибрации. В результате могут возникать микротрещины на корпусе контейнера и даже разрушения. Это недопустимо по технике ядерной и радиационной безопасности.
Технический результат предлагаемого демпфера контейнера для транспортировки и хранения отработавшего ядерного топлива - эффективное гашение вибрации, возникающей в аварийных ситуациях при внешних ударах, падениях контейнера и его транспортировке за счет наличия элементов из модифицированной путем гнутья под давлением древесины, прошедшей предварительную гидротермическую обработку. Кроме того, использование модифицированной древесины"* значительно снижает вес демпфера контейнера, и тем самым удельный вес всего контейнера
Достигается технический результат тем, что в демпфирующем материале, размещенном под металлическим кожухом демпфера контейнера, использованы гнутые элементы из модифицированной путем гидротермической обработки под давлением древесины, уложенные по _ меньшей мере в один ряд.
При гнутье деревянным заготовкам, используемым в конструкции демпфера, придают криволинейную форму путем деформации древесины давлением (растяжением внешних и сжатием внутренних слоев). Перед гнутьем для предотвращения разрыва внешних волокон ведут гидротермическую обработку древесины. Таким образом, предварительно осуществляют процесс направленного изменения физико-механических, теплофизических свойств древесины применительно к условиям эксплуатации демпферов из нее. Наиболее пластичны для гнутья береза, бук, дуб, граб, ясень, клен, липа, тополь, ольха, ильм, вяз, что позволяет использовать в конструкции не только хвойные породы (сосну, кедр, лиственницу) древесины. При этом для поглощения, как энергии удара падающего контейнера, так и его вибрации от внешнего воздействия, например, при транспортировке контейнера эффективно используются достоинства анизотропных свойств древесины, модифицированной путем гидротермической обработки и ее гнутья под давлением.
Наличие у каждого гнутого элемента, изготовленного из модифицированной древесины, собственного металлического кожуха будет способствовать возникновению синергетического эффекта, при котором демпирующие элементы будут более эффективно выполнять заданные им функции. При нагружении деревянных элементов внешней силой, например при падении контейнера, происходит их деформация, выражающаяся в поперечном расширении, вследствие которой снижается их способность поглощать и рассеивать энергию удара. Металлический кожух будет удерживать заключенные в него элементы, изготовленные из модифицированной древесины, от деформаций в поперечном направлении, что повысит упругие свойства демпфирующих элементов и будет способствовать повышению их эффективности при поглощении и рассеивании вредной энергии от возможного удара.
На фиг.1, фиг.2 схематично показан общий вид демпфера контейнера для транспортировки и хранения отработавшего ядерного топлива. На фиг.3 показано сечение А-А демпфера контейнера для транспортировки и хранения отработавшего ядерного топлива. На фиг.4 показано сечение Б-Б демпфера контейнера для транспортировки и хранения отработавшего ядерного топлива с одним слоем демпфирующих элементов. На фиг.5 показано сечение Б-Б демпфера контейнера для транспортировки и хранения отработавшего ядерного топлива с тремя слоями демпфирующих элементов. На фиг.6 показан демпфирующий элемент, заключенный в собственный металлический кожух в продольном разрезе. На фиг.7 показано сечение В-В демпфирующего элемента, заключенного в собственный металлический кожух.
Демпфер 1 контейнера 2 для транспортировки и хранения отработавшего ядерного топлива содержит цилиндрический металлический кожух 3 внутри которого в радиальном направлении расположены демпфирующие элементы 4, изготовленные из модифицированной путем гидротермической обработки и гнутья под давлением древесины, каждый из которых заключен в собственный металлический кожух 5. Аналогичные демпфирующие элементы 6, каждый из которых заключен в собственный металлический кожух 7, расположены вдоль оси контейнера.
При транспортировке контейнера 2 используется два демпфера 1, которые устанавливают - один в нижней части контейнера 2 на днище 8, другой в верхней части контейнера 2 на крышке 9.
Работа демпфера контейнера для транспортировки и хранения отработавшего ядерного топлива осуществляется следующим образом. При установке контейнера в вертикальном положении на горизонтальное основание вес контейнера воспринимается радиально расположенными демпфирующими элементами 4, каждый из которых заключен в собственный металлический кожух 5, число и размеры демпфирующих элементов должны быть такими, чтобы возникающие в них напряжения не превышали допускаемых значений, демпфирующие элементы 6, каждый из которых заключен в собственный металлический кожух 7, расположенные вдоль оси контейнера при этом не работают.
При падении контейнера в вертикальном положении вся ударная нагрузка будет восприниматься радиально расположенными демпфирующими элементами, при падении в горизонтальном положении нагрузку будут воспринимать демпфирующие элементы 6, каждый из которых заключен в собственный металлический кожух 7, расположенные вдоль оси контейнера, при падении в наклонном положении нагрузка будет распределяться между радиально расположенными демпфирующими элементами 4, каждый из которых заключен в собственный металлический кожух 5 и демпфирующими элементами 6, каждый из которых заключен в собственный металлический кожух 7, расположенными вдоль оси контейнера.
Таким образом, при аварийных ситуациях - при падениях контейнера энергия ударов поглощается как элементами из модифицированной древесины, так и металлическими их оболочками. А при воздействии внешних вибраций, например при транспортировке контейнера, основную роль гашения колебаний контейнера выполняют гнутые элементы из модифицированной путем гидротермической обработки под давлением древесины, предотвращая возможный резонанс контейнера.
Библиография
1. Описание изобретения к патенту SU 1144632.
2. Описание полезной модели к патенту RU 56704.
3. Описание полезной модели к патенту RU 8761.
4. Описание изобретения к патенту ЕР 1005049.
5. Радченко М.В. Обоснование прочности контейнеров для транспортировки и хранения отработавшего ядерного топлива с корпусом из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом автореф. на соиск. уч. степ. канд. техн. наук по спец. 01.02.06 - Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры, 2007 г.