ЗАХВАТ ДЛЯ ЗАЦЕПЛЕНИЯ ОТРАБОТАВШИХ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ СБОРОК РЕАКТОРА ВВЭР-1000

Полезная модель относится к ядерной технике, в частности, к средствам для транспортировки отработавших тепловыделяющих сборок реактора ВВЭР-1000.
Для реакторов типа ВВЭР принята концепция замкнутого ядерного топливного цикла, в соответствии с которым отработавшее ядерное топливо (ОЯТ) реакторов ВВЭР-1000 будет перерабатываться. На ФГУП «Горно-химический комбинат» действует мокрое хранилище для этого топлива, где отработавшие тепловыделяющие сборки (ОТВС) реакторов ВВЭР 1000 хранятся в чехлах в водонаполненном бассейне, и заканчивается строительство примыкающего к нему Опытно-демонстрационного центра (ОДЦ), в котором ОЯТ будет перерабатываться. Передача ОТВС из мокрого хранилища в ОДЦ должна производиться разгрузочно-загрузочной машиной. Извлекаемые ОТВС из мокрого хранилища втягиваются в контейнер разгрузочно-загрузочной машины, транспортируются в ОДЦ и опускаются на глубину 16 м на узел рубки ОТВС.
Перегрузка ОТВС в мокром хранилище из транспортных чехлов в чехлы хранилища осуществляется с помощью известного устройства - штанги типа «П», чертеж К.7050.00.000 разработки ФГУП «Горно-химический комбинат», содержащих штангу, навешиваемую на крюк грузоподъемного устройства, в нижней части которой установлен захват для сцепления штанги с ОТВС, ее подъема из транспортного чехла и перегрузки в чехол хранилища. Захват выполнен в виде цилиндрической втулки с байонетным соединением с зацепляемой ОТВС, в виде двух параллельных пазов для захода фиксирующих элементов ОТВС (шпонок или штифтов) и двух смещенных на 45° выборок с канавками для размещения фиксирующих элементов ОТВС. Внутри штанги размещен шток, в нижней части которого установлен упор, а в верхней части шток по резьбе установлен в коническую шестерню конического редуктора с ручным приводом от рукоятки.
Известное устройство работает следующим образом.
Оператором захват штанги размещается над головкой ОТВС, находящейся в шестигранной трубе транспортного чехла таким образом, чтобы фиксирующие элементы ОТВС (шпонки или штифты) размещались под двумя параллельными пазами на захвате. Затем штанга опускается до размещения фиксирующих элементов в выборке захвата и поворачивается на 45°, при этом фиксирующие элементы на головке ОТВС размещаются над канавкой байонетного соединения захвата. Далее штанга приподнимается, фиксирующие элементы входят в канавку и вращением рукоятки конического редуктора шток опускается до касания упора, установленного на нижней части штока, торцевой поверхности головки ОТВС, фиксируя ОТВС в захвате, после чего ОТВС извлекается из транспортного чехла и перегружается в чехол хранилища. Длина штанги превышает 10 м.
Для передачи ОТВС из мокрого хранилища в ОДЦ необходимо извлечь ОТВС из мокрого хранилища, втягивая ее в контейнер разгрузочно-загрузочной машины, перевезти в ОДЦ и опустить на глубину 16 м на узел рубки ОТВС. Выполнение указанных операций с ОТВС известной штангой не представляется возможным, поскольку потребует создания контейнера и строительства помещений ОДЦ высотой не менее 16 м.
Известен захват Л.54.238.03.300 разработки ОАО «Головной институт ВНИПИЭТ» г. Санкт-Петербург, предназначенный для зацепления ОТВС.
Известный захват содержит цилиндрический полый корпус, в верхней части которого установлены наружные шпонки, в средней части выполнены два вертикальных паза, а в нижней прикреплена внутренняя гильза с двумя вертикальными пазами. Снаружи корпуса на опорных подшипниках с возможностью поворота относительно корпуса установлен фиксатор, в средней части которого выполнены два наклонных паза, а к нижней - прикреплена наружная гильза с внутренним выступом и двумя вертикальными пазами. Внутри корпуса установлен груз, к которому прикреплены ролики, проходящие через вертикальные пазы корпуса и взаимодействующие с наклонными пазами фиксатора. Корпус захвата установлен на гибкой подвеске, состоящей из двух грузовых канатов, соединенных с барабаном привода. Груз соединен управляющим канатом также с барабаном привода. При верхнем положении груза вертикальные пазы внешней и внутренней гильз совпадают, а при нижнем расходятся на 90°. Захват установлен в контейнере, причем шпонки захвата размещены в пазах контейнера и фиксируют захват от поворота.
Зацепление ОТВС известным захватом осуществляется следующим образом.
Захват при верхнем положении груза опускается на ОТВС, при этом фиксирующие элементы ОТВС должны войти в совпадающие пазы наружной и внутренней гильз захвата. После упора корпуса в головку ОТВС груз опускается управляющим канатом далее, при этом прикрепленные к грузу ролики, проходящие через вертикальные пазы корпуса взаимодействуют с наклонными пазами фиксатора поворачивают фиксатор и прикрепленную к нему внешнюю гильзу относительно корпуса и прикрепленной к нему внутренней гильзы. При этом вертикальные пазы внешней и внутренней гильз расходятся на 90°, внутренний выступ наружной гильзы размещается под фиксирующими элементами ОТВС и ОТВС зацепляется захватом.
Известный захват принят заявителем в качестве прототипа.
К недостаткам известного захвата относится следующее.
Обеспечить точное расположение установленного на гибкой подвеске захвата так, чтобы совпадающие пазы внешней и внутренней втулках захвата установились на фиксирующие элементы ОТВС возможно только при условии расположения шпонок захвата в пазах контейнера при крайнем нижнем положении захвата. В случае выхода шпонок из пазов, их обратное вхождение в пазы при втягивании установленного на гибкой подвеске захвата в контейнер будет проблематичным. Высота контейнера не позволяет осуществить операции по зацеплению и расцеплению ОТВС известным захватом на глубине 16 м без выхода его шпонок из пазов контейнера.
Кроме того, зацепление ОТВС, осуществляемое поворотом внешней втулки при помощи груза, требует наличия управляющего грузом каната и выполнения условий его поднятия с одинаковой скоростью с грузовыми канатами, а также дополнительного оборудования для отдельного поднятия и опускания управляющего каната на величину хода груза, что усложняет конструкцию захвата, а, следовательно, снижает надежность в работе.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении полезной модели, заключается в исключении необходимости ориентирования захвата относительно фиксирующих элементов ОТВС при ее зацеплении, исключения из конструкции управляющего каната и создании возможности автоматического зацепления ОТВС.
Для достижения указанного технического результата в захвате для зацепления отработавших тепловыделяющих сборок, содержащем цилиндрический корпус с верхним и нижним фланцами, подвеску и внешнюю гильзу, к корпусу присоединены поворотные лапки, выполненные с возможностью охватывания их нижними буртами всей цилиндрической поверхности головки ОТВС под ее фиксирующими элементами.
Корпус и подвеска выполнены с возможностью вертикального перемещения относительно друг друга, причем подвеска соединена тягами с внешней гильзой, выполненной с возможностью взаимодействия с верхними частями лапок и верхним фланцем корпуса при верхнем положении подвески относительно корпуса и с нижними частями лапок - при нижнем положении подвески относительно корпуса.
Между корпусом и подвеской установлено сцепное устройство, выполненное с возможностью автоматического соединения корпуса и подвески при нижнем положении подвески относительно корпуса.
В частном случае исполнения в верхней и нижней частях лапок, взаимодействующих с внешней гильзой, установлены на осях ролики.
В другом частном случае исполнения сцепное устройство выполнено в виде двух крюков, нижнего, жестко прикрепленного к корпусу, и верхнего, установленного на подвеске с возможностью его отклонения при взаимодействии с нижним крюком и последующего сцепления с ним.
В другом частном случае исполнения верхний крюк снабжен рукояткой. Присоединение к корпусу поворотных лапок, выполненных с возможностью охватывания их нижними буртами всей цилиндрической поверхности головки ОТВС под ее фиксирующими элементами, позволяет исключить необходимость ориентирования захвата относительно фиксирующих элементов ОТВС при ее зацеплении.
Выполнение подвески с возможностью ее вертикального перемещения относительно корпуса под действием ее веса и соединение подвески тягами с внешней гильзой позволяет осуществлять управление поворотными лапками при перемещении внешней гильзы и, тем самым, исключить из конструкции захвата управляющий канат.
Выполнение внешней гильзы с возможностью взаимодействия с верхними частями лапок и верхним фланцем корпуса при верхнем положении подвески, позволяет осуществить разведение поворотных лапок и установку захвата с разведенными поворотными лапками на ОТВС.
Выполнение внешней гильзы с возможностью взаимодействия с нижними частями лапок при нижнем положении подвески позволяет, после установки нижнего фланца на головку ОТВС и дальнейшего опускания подвески, осуществить внешней гильзой сведение поворотных лапок под фиксирующими элементами ОТВС и зафиксировать их в этом положении и, тем самым, осуществить автоматическое зацепление ОТВС.
Установка между корпусом и подвеской сцепного устройства, выполненного с возможностью их автоматического соединения при перемещении подвески вниз относительно корпуса, позволяет одновременно с автоматическим зацеплением ОТВС осуществить и автоматическое соединение корпуса с подвеской. Это, в свою очередь, позволяет при подъеме ОТВС оставить неподвижными относительно корпуса подвеску и внешнюю гильзу, фиксирующую поворотные лапки в сведенном положении, что исключает при дальнейшей транспортировке ОТВС несанкционированное расцепление захвата с ОТВС.
Установка во взаимодействующих с внешней гильзой верхних и нижних частях лапок на осях роликов позволяет при взаимодействии внешней гильзы осуществить сведение и разведение поворотных лапок с меньшими усилиями.
Выполнение сцепного устройства в виде двух крюков, нижнего, жестко прикрепленного к корпусу, и верхнего, установленного на подвеске с возможностью его отклонения при взаимодействии с нижним крюком и последующего сцепления с ним, позволяет одновременно с автоматическим зацеплением ОТВС осуществить и автоматическое соединение корпуса с подвеской.
Снабжение верхнего крюка рукояткой позволяет после опускания ОТВС на требуемое место осуществить поворот верхнего крюка вокруг его оси с помощью манипулятора и, поднимая подвеску и соединенную с ней тягами внешнюю гильзу относительно корпуса, сначала обеспечить разведение лапок за счет взаимодействия внешней гильзы с верхними частями лапок, а после упора внешней гильзы в верхний фланец корпуса снять захват с разведенными лапками с ОТВС.
Предлагаемый захват для зацепления отработавших тепловыделяющих сборок иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1, фиг. 2, и фиг. 3.
На фиг. 1 - показан захват в исходном положении в разрезе Б-Б с фиг. 2;
на фиг. 2 - разрез А-А с фиг. 1;
На фиг. 3 - захват в разрезе с зацепленной ОТВС.
Предлагаемый захват (см. фиг. 1 и 2) содержит корпус 1 с верхним 2 и нижним 3 фланцами, подвеску 4 и присоединенную к ней тягами 5 внешнюю гильзу 6. Тяги 5 установлены с зазором в отверстиях 7, выполненных в верхнем фланце 2, в результате чего подвеска 4 с внешней гильзой 6 может свободно перемещаться относительно корпуса 1. К корпусу 1 присоединены проушины 8, в которых на осях 9 установлены поворотные лапки 10, нижние торцы которых снабжены внутренними буртами 11. В верхней части лапок 10 установлены на осях 12 ролики 13, а в нижней - ролики 14, взаимодействующие с внутренними расточками 15 и 16 внешней гильзы 6 соответственно. Между корпусом 1 и подвеской 4 установлено сцепное устройство 17, состоящее из жестко присоединенного к верхнему фланцу 2 нижнего крюка 18 и установленного на оси 19 в проушине 20 верхнего откидного крюка 21, снабженного рукояткой 22. Нижний крюк 18 снабжен конической поверхностью 23, а верхний крюк 21 - радиусной поверхностью 24, при взаимодействии которых осуществляется отклонение верхнего крюка 21 и последующее их сцепление.
Подвеска 4 соединяется канатом 25 с барабаном механизма подъема (на чертежах не показан). Захват устанавливается (см. фиг. 3) на головку 26 ОТВС 27, при этом внутренние бурты 11 лапок 10 располагаются под фиксирующими элементами (шпонками) 28.
Предлагаемый захват работает следующим образом.
В исходном положении подвеска 4 находится в верхнем положении относительно корпуса 1. При этом внешняя гильза 6 упирается в верхний фланец 2 корпуса 1, верхний 21 и нижний 18 крюки находятся в расцепленном положении, а лапки 10 - в разведенном положении за счет взаимодействия роликов 13 с расточкой 15 внешней гильзы 6. При опускании предлагаемого захвата на ОТВС 27 нижний фланец 3 корпуса 1 опирается на ее головку 26 и при дальнейшем опускании подвески 4 под действием ее веса происходит ее перемещение относительно неподвижного корпуса 1. При этом перемещении тяги 5, проходя через отверстия 7 верхнего фланца 2, перемещают вниз и внешнюю гильзу 6, которая за счет взаимодействия расточки 16 с роликами 14 переводит лапки 10 в сведенное положение, при котором внутренние бурты 11 лапок 10 располагаются под фиксирующими элементами 28 и охватывают всю цилиндрическую поверхность головки 26 ОТВС 27. Верхний крюк 21, взаимодействующий своей радиусной поверхностью 24 с конической поверхностью 23 нижнего крюка 18, сначала отклоняется от него, а затем возвращается под действием своего веса под нижний крюк 18, осуществляя сцепление подвески 4 с корпусом 1. При поднятии захвата лапки 10, охватывающие цилиндрическую поверхность головки 26 ОТВС 27, зацепляют ее за фиксирующие элементы 28. При транспортировке ОТВС 27 внешняя гильза 6 постоянно фиксирует лапки 10 в сведенном положении. После доставки на узел рубки и установки ОТВС 27 в требуемое место осуществляется расцепление захвата с ОТВС 27 следующим образом. Имеющимся копирующим манипулятором за рукоятку 22 верхний крюк 21 выводится из-под нижнего крюка 18 и подвеска 4 поднимается вверх относительно корпуса 1. Поднимающаяся вместе с подвеской 4 внешняя гильза 6 сначала освобождает ролики 14, а затем, наезжая своей внутренней расточкой 15 на ролики 13, поворачивает лапки 10 вокруг осей 12 и переводит их в разведенное положение. При дальнейшем поднятии подвески 4 внешняя гильза 6 упирается своим торцом в верхний фланец 2 корпуса 1, корпус 1 поднимается вместе с подвеской 4 и захват снимается с ОТВС 27 в исходном положении.