ГЕРМЕТИЧНАЯ АМПУЛА ДЛЯ ОТРАБОТАВШЕЙ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩЕЙ СБОРКИ

Полезная модель относится к атомной энергетике, в частности к обращению с отработавшим ядерным топливом, а более конкретно к ампуле, в которой размещается пучок тепловыделяющих элементов (твэлов) отработавшей тепловыделяющей сборки (ОТВС) реактора РБМК-1000 с негерметичными твэлами.
В настоящее время в сухое хранилище отработавшего ядерного топлива транспортируются пучки твэлов (ПТ) кондиционных ОТВС с герметичными твэлами, загруженные в ампулы.
В сухом хранилище ампулы перегружаются в пеналы хранения. Известен герметичный пенал хранения отработавшего ядерного топлива (патент РФ №2372678, Кл. G21F 5/008, 2008), состоящий из корпуса, решетки и крышки. Крышка представляет собой диск, в грибке которого выполнено сквозное ступенчатое отверстие, в котором расположен клапан для откачки и заполнения пенала средой хранения. На торце грибка выполнена кромка для заварки клапана. Клапан включает в себя шарик в центрирующей опоре, управляющую стержень-заглушку и две пружины. На верхнем торце управляющей стержень-заглушки выполнена кромка для сварки с торцом грибка и герметизации клапана.
Открытие клапана производится внешним толкателем, который, преодолевая сопротивление пружин, перемещает стержень-заглушку, шарик, центрирующую опору, сжимая пружину. После снятия усилия со стороны внешнего толкателя пружина поднимает центрирующую опору с шариком, и клапан закрывается. После загрузки корпуса пенала ампулами с ПТ крышка сваривается с корпусом пенала, и через клапан в крышке осуществляется вакуумирование и заполнение пенала и размещенных в нем ампул азотно-гелиевой смесью с избыточным давлением, после чего клапан закрывается. После контроля герметичности сварного шва крышки с корпусом осуществляется сварка кромок стержня-заглушки и торца грибка, и пенал устанавливается в гнездо хранения сухого хранилища, которое также герметизируется сваркой. «Правила безопасности при хранении и транспортировании ядерного топлива на объектах использования атомной энергии» НП-061-05 пунктом 4.4.2.3. предусматривают, что любое разъемное соединение должно иметь не менее двух барьеров герметизации, причем каждый барьер должен обеспечивать проектные параметры герметизации.
С учетом длительного хранения ОЯТ проектом сухого хранилища предусмотрено три барьера герметизации при хранении ОЯТ, которые представляют собой герметичные сварные соединения. Исходя из этого, в настоящее время в сухое хранилище принимаются только кондиционные ПТ, в которых оболочки твэлов являются первым барьером герметизации, герметичный пенал - вторым, а гнездо хранения - третьим.
Известен пенал для хранения отработавших тепловыделяющих сборок (патент РФ №2620132, Кл. G21F 5/008, 2016), предназначенный для размещения в нем дефектных отработавших тепловыделяющих сборок. Известный пенал содержит корпус, дно и крышку, снабженную двумя замками, установленными в проточке крышки и взаимодействующими с проточкой в корпусе. Замки поджаты пружинами сжатия. Между крышкой и корпусом установлены герметизирующие прокладки. В замках выполнены пазы, через которые пропущены установленные в крышке ограничительные винты, а напротив винтов в крышке герметично установлены пробки. Герметичность пенала обеспечивается резиновыми прокладками и проверяется на стадии изготовления путем подачи сжатого воздуха в пенал и погружением его в емкость с водой.
Работа с известным пеналом осуществляется следующим образом.
Пенал без крышки устанавливается в пост загрузки ОТВС. В пенал загружаются дефектные ОТВС, или просыпи элементов активной части разрушенной ОТВС. Далее происходит запирание крышки и транспортирование пенала аналогично транспортированию неповрежденных ОТВС.
К недостаткам известного пенала относится то, что после загрузки в него дефектной ОТВС и установки крышки провести проверку его герметичности невозможно. Резиновые прокладки, исходя из чертежа - радиальные, не гарантируют после повторной установки крышки герметичность известного пенала. К тому же применение резиновых уплотнений вследствие деструкции резины под действием излучения от ОТВС и потери ее упругости ограничивает срок их работоспособности и делает невозможным использование известного пенала при длительном хранении дефектных ОТВС. Исходя из этого, известный пенал является герметичным барьером для частиц топлива, но не является барьером для аэрозольной и газовой среды в пенале.
Известна ампула, выполненная в соответствии с патентом №2353010, G21F 5/008 по проекту 1621-28-0007-01 ОАО «Центральное конструкторское бюро машиностроения» (ОАО ЦКБМ). Ампула содержит цилиндрический корпус с дном, крышку, зафиксированную в верхней части корпуса с помощью запирающего устройства, установленную в корпусе с зазором в виде лабиринтного уплотнения, препятствующего высыпанию частиц топлива из ампулы. Лабиринтное уплотнение выполнено на крышке в виде кольцевых канавок. Фиксация крышки осуществляется запорным устройством, выполненным в виде пружинного разрезного кольца, установленного в кольцевой канавке крышки. Крышка содержит внутреннюю расточку с кольцевым выступом и дном. Дно в верхней части снабжено коническим выступом, а в нижней части - тонкостенной выборкой, развальцовываемой для закрепления звездочки, служащей для установки пружины. Внутренняя расточка и кольцевой выступ служат для введения под кольцевой выступ лапок захвата электромеханического некопирующего мостового манипулятора и последующей перегрузки ампул
Известная негерметичная ампула является барьером герметизации для частиц топлива, но не является барьером для аэрозольной и газовой среды и поэтому предназначена для транспортировки и хранения в ней только кондиционных пучков твэлов с герметичными твэлами, оболочка которых является первым барьером герметизации.
В то же время после длительного хранения в пристанционных хранилищах часть пучков твэлов относится к некондиционным с негерметичными твэлами, хранение которых в известной ампуле снижает количество барьеров герметизации с трех до двух.
Известная ампула выбрана заявителем в качестве прототипа, как наиболее близкое устройство того же назначения к заявляемой полезной модели.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является создание возможности транспортирования и хранения в предлагаемой ампуле некондиционных пучков твэлов с негерметичными твэлами.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении полезной модели, заключается в создании ампулы с барьером герметизации для аэрозольной и газовой среды и возможности ее заполнения средой хранения.
Для достижения названного технического результата в предлагаемой ампуле для отработавшей тепловыделяющей сборки, включающей цилиндрический корпус с дном и крышку, содержащую внутреннюю расточку с кольцевым выступом и дно, в верхней части снабженное коническим выступом, крышка соединяется с корпусом герметичным сварным швом после загрузки в корпус пучка твэлов, над коническим выступом заодно с ним выполнен ступенчатый выступ, не выходящий за образующую конического выступа, в ступенчатом выступе выполнено цилиндрическое отверстие с образованием седла в виде кольцевого выступа, а в коническом выступе выполнены цилиндрическое и резьбовое отверстия, в которых размещен клапан для заполнения ампулы средой хранения.
В частном случае исполнения на верхнем торце корпуса и на нижнем торце крышки выполнены центрирующие расточки.
В другом частном случае исполнения клапан для заполнения ампулы средой хранения содержит резьбовую втулку с пазами на ее торце, установленную во втулку пружину, тарелку, взаимодействующую с седлом через эластичный уплотнительный элемент, и стержень-заглушку, установленную в отверстии ступенчатого стержня.
Соединение крышки с корпусом герметичным сварным швом после загрузки в корпус пучка твэлов позволяет получить барьер герметизации для аэрозольной и газовой среды вместо негерметичной оболочки твэла.
Выполнение над коническим выступом заодно с ним ступенчатого выступа и выполнение в ступенчатом выступе цилиндрического отверстия с образованием седла в виде кольцевого выступа, выполнение в коническом выступе цилиндрического и резьбового отверстий позволили разместить в них клапан для заполнения ампулы средой хранения, в частности азотно-гелиевой смесью. Это, в свою очередь, позволяет осуществить контроль качества сварного шва крышки с корпусом пенала методом «гелиевого щупа». Выполнение над коническим выступом заодно с ним ступенчатого выступа, не выступающего за образующую конического выступа, позволяет использовать существующую технологию и оборудование при транспортно-технологических операциях с предлагаемыми ампулами на сухом хранилище.
Выполнение на верхнем торце корпуса и на нижнем торце крышки центрирующих расточек позволяет дистанционно сцентрировать крышку относительно корпуса перед их сваркой.
Содержание в клапане резьбовой втулки с пазами на ее торце, установленной во втулке пружины и тарелки, взаимодействующей с седлом через эластичный уплотнительный элемент, позволили обеспечить герметичность клапана, достаточную для сохранения в клапане среды хранения с избыточным давлением до окончания контроля качества сварного шва корпуса ампулы с ее крышкой и последующей герметизации клапана сваркой и проверки качества сварки клапана. При этом, усилие поджатая тарелки к седлу регулируется положением резьбовой втулки. Установка стержень-заглушки в отверстии ступенчатого стержня позволяет осуществлять открытие клапана усилием внешнего толкателя и закрытие клапана при снятии этого усилия при помощи установленной во втулке пружины.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежами, на которых изображены:
на фиг. 1 - ампула;
на фиг. 2 - ампула, загруженная пучком твэлов;
на фиг. 3- верхняя часть ампулы после загрузки пучка твэлов.
Предлагаемая ампула (см. фиг. 1) содержит корпус 1 с дном 2 и горловиной 3 и крышку 4, устанавливаемую в горловину 3.
Крышка 4 (см. фиг. 3) содержит внутреннюю расточку 5 с кольцевым выступом 6 и дном 7. Дно 7 в верхней части снабжено коническим выступом 8, а в нижней части - тонкостенной выборкой 9, развальцовываемой для закрепления звездочки 10, служащей для установки пружины 11. Внутренняя расточка 5 и кольцевой выступ 6 служат для введения под кольцевой выступ 6 лапок захвата электромеханического некопирующего мостового манипулятора (на чертежах не показаны) при перегрузке предлагаемых ампул.
Над коническим выступом 8 заодно с ним выполнен ступенчатый выступ 12, не выступающий за образующую конического выступа 8. В ступенчатом выступе 12 выполнено цилиндрическое отверстие 13 с образованием седла 14 в виде кольцевого выступа, а в коническом выступе 8 выполнены цилиндрическое 15 и резьбовое 16 отверстия, в которых размещен клапан 17 для заполнения ампулы средой хранения.
Клапан 17 содержит резьбовую втулку 18 с пазами 19 на ее торце, установленную в нее пружину 20, тарелку 21, взаимодействующую с седлом 14 через эластичный уплотнительный элемент 22, и стержень-заглушку 23 с пружиной 24, установленные в отверстии 13 ступенчатого выступа 12. На верхнем торце корпуса 1 и на нижнем торце крышки 4 выполнены центрирующие расточки 25 и 26
В горловине 3 выполнена внутренняя расточка 27, служащая для зацепления корпуса 1 захватом (на чертежах не показан).
В предлагаемой ампуле устанавливается (см. фиг. 2) пучок твэлов 28, после чего между центрирующими расточками 25 и 26 накладывается сварной шов 29, а на торцы ступенчатого выступа 12 и стержень - заглушки 23 - сварной шов 30.
Работа с предлагаемой ампулой осуществляется следующим образом.
На АЭС ампулы поступают в камеру резки, размещенные в ячейках транспортного чехла (на чертежах не показан), из которого манипулятором ампулы извлекаются по одной и устанавливаются в шахту, сначала крышка 4, зацепляемая за кольцевой выступ 6, а затем корпус 1, зацепляемый за внутреннюю расточку 27 в горловине 3. В корпус 1 устанавливается пучок твэлов 28, а затем в центрирующую расточку 25 корпуса 1 вставляется своей расточкой 26 крышка 4, которые соединяются сварным швом 29 при помощи сварочной установки (на чертежах не показана).
Далее при помощи установки вакуумирования и заполнения азотно-гелиевой смесью (на чертежах не показана) осуществляется воздействие ее внешним толкателем на стержень-заглушку 23, под действием которого она опускается вниз, сжимая пружины 24 и 26 и отодвигая тарелку 21 от седла 14, и в результате клапан 17 открывается. Внутренняя полость ампулы через пазы 19 в резьбовой втулке 18 вакуумируется, а затем заполняется азотно-гелиевой смесью, после чего стержень-заглушка 23 освобождается от воздействия внешнего толкателя, и под действием пружины 20 клапан 17 закрывается. Способом гелиевого щупа контролируется герметичность сварного шва 29, и при положительном результате контроля на торцы ступенчатого выступа 12 и стержень - заглушки 23 накладывается сварной шов 30, контроль качества которого осуществляется подобным же образом. Герметичные ампулы, загруженные пучками твэлов, устанавливаются в транспортный чехол и транспортируются в транспортном упаковочном комплекте железнодорожным транспортом в сухое хранилище, где перегружаются в пеналы для их долговременного хранения.