ЧЕХОЛ КЛАСТЕРА РЕАКТОРНОЙ УСТАНОВКИ ТИПА ВВЭР

Заявляемый в качестве полезной модели чехол кластера реакторной установки типа ВВЭР относится к изделиям, участвующим в процессе перегрузки ядерного топлива.
Чехол кластера применяется в составе перегрузочной машины в качестве вспомогательного инструмента при извлечении и установке кластеров в тепловыделяющие сборки (ТВС) или каркасы, расположенные в корпусе реактора или бассейне выдержки реакторной установки типа ВВЭР.
В описании термин «кластер» применяется в качестве обобщающего термина применительно к устройствам:
- поглощающие стержни системы управления и защиты (ПС СУЗ);
- стержни выгорающих поглотителей (СВП),
Известен чехол кластера поглощающих стержней, используемый в регулирующем органе уран-графитового канального ядерного реактора, содержащий индивидуальные каналы, расположенные на равноудаленном расстоянии от его продольной оси. В этих каналах расположены звенья с поглощающим нейтроны материалом. С подвеской соединено каждое звено с поглощающим нейтроны материалом. (Описание к патенту RU №2188470 по кл. G21C 7/117, опубликовано 27.08.2002).
Известен также используемый в системе управления и защиты водо-водяного энергетического реактора (ВВЭР) тонкостенный фигурный чехол, образующий каналы для одновременного перемещения в них сборки из 18 поглощающих стержней системы управления и защиты (ПС СУЗ), при введении их в тепловыделяющую сборку активной зоны. (В.К.Резепов, В.К.Денисов, Н.К.Кирилюк, В.П.Драгунов, С.Б.Рыжов. «Реакторы ВВЭР-1000 для атомных станций» Издательство НПО "Гидропресс", 2004, стр.274, рис 7.13, http://www.twirpx.com/file/434901/). Сборки поглощающих стержней, посредством индивидуальных пружинных подвесок, закреплены на захватной головке, объединяющей стержни в кластер, перемещаемый в сплошных трубчатых каналах чехла, длина которых свыше 4-х м, диаметр 22 мм и толщина стенок не более 2 мм. Трубчатые каналы чехла размещены по всему кольцевому сечению кластера, соединены сплошными перегородками с центральным осевым каналом и образуют замкнутую структуру, повторяющую пространственную форму кластера. Для повышения жесткости конструкции используются промежуточные трубные решетки, устанавливаемые снаружи трубчатых каналов.
Недостатком известных конструкций чехлов кластеров является технологическая сложность изготовления и сборки тонкостенной длинномерной конструкции, подверженной пространственной деформации элементов, формирующих каналы, и низкая надежность конструкции в процессе эксплуатации.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому чехлу кластера является чехол кластера, разработанный по проекту АМЕ 654.00.00.000 и реализованный в качестве инструмента для машины перегрузочной по проекту СКА 6501.10.01.000 для Тяньваньской АЭС (Китай).
Чехол кластера имеет снабженный наружными кольцевыми втулками с направляющими элементами в виде шпонок сплошной цилиндрический корпус, в верхней, головной, части которого закреплен каркас в виде пространственной конструкции с центральным каналом и трубчатыми каналами, размещенными во внутреннем и периферийном рядах относительно центрального канала и параллельными продольной оси конструкции. Каркас чехла кластера образуется посредством длинномерных тонкостенных элементов, формирующих продольно разомкнутые по длине каркаса трубчатые каналы. Центральный канал предназначен для перемещения захвата кластера. В верхней, головной, части каркаса, в периферийных каналах, размещены ловители в виде штанг с поворотными зацепами, предназначенными для удержания кластера при перегрузке. Внутри каркаса вокруг центрального канала сформированы трубчатые каналы периферийного и внутреннего рядов, при этом трубчатые каналы внутреннего ряда имеют диаметрально противоположные разъемы, соединенные с разъемами трубы центрального канала и с разъемами трубчатых каналов периферийного ряда. Трубчатые каналы, сформированные длинномерными тонкостенными формованными элементами, дистанционированы относительно друг друга равномерно распределенными по длине каркаса несколькими дистанционирующими элементами в виде пластин с прорезями в виде пересекающихся окружностей, повторяющих форму продольных каналов каркаса. В прорезях дистанционирующих элементов закреплены элементы, оформляющие трубчатые каналы с продольными разъемами, предназначенные для перемещения стержней кластера с гребнями, соединяющими стержни в кластер. (Рисунок чехла кластера, АМЕ 654.00.00.000, принятого за прототип, прилагается).
Недостатком конструкции известных чехлов кластеров является тонкостенность длинномерной конструкции, подверженной пространственной деформации, обуславливающая сложность технологии изготовления и сборки элементов, формирующих каналы. В последующем деформация стенок каналов, которой практически сложно избежать, может привести к «заеданию» перемещаемого кластера. Кроме того, из-за наличия сплошного наружного корпуса невозможно осуществление визуального контроля процесса перемещения кластера. При аварийных ситуациях сложно установить место нахождения кластера, что затрудняет процесс его извлечения.
Технической задачей, решаемой заявляемым в качестве полезной модели чехлом кластера реакторной установки типа ВВЭР, является создание надежной конструкции исключающей «заедания» кластера и обеспечивающей мониторинг процесса перегрузки кластера, осуществляемого телевизионной системой перегрузочной машины.
Техническим результатом от использования заявляемой полезной модели является повышение жесткости и надежности конструкции, обуславливающих повышение безопасности процессов перегрузки, и обеспечение ее «прозрачности» для повышения контролируемости процессов перегрузки кластеров.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что чехол кластера выполнен в виде пространственной конструкции, содержащей корпус с головной частью, в которой размещены ловители, выполненные в виде штанг с поворотными зацепами, и последовательно соединенный с головной частью каркас с организованным в нем центральным каналом, с периферийными трубчатыми каналами с разъемами и внутренними трубчатыми каналами с диаметрально противоположными разъемами, соединенными с разъемами центрального и периферийных каналов, и направляющую втулку для наведения и установки чехла кластера, крепящуюся к нижней части каркаса, согласно полезной модели каркас чехла кластера с внутренними и периферийными трубчатыми каналами разделен по длине на секции, трубчатые каналы в которых ограничены с обеих сторон дистанционирующими элементами, соединенными с дистанционирующими элементами соседней секции, например, резьбовыми узлами, а корпус чехла кластера в секциях каркаса представлен закрепленными по периметру дистанционирующих элементов секций каркаса трубами, соответствующими длине каждой секции каркаса и формирующими внешний габарит чехла кластера, при этом трубы, формирующие внешний габарит чехла кластера, установлены с шагом, превышающим расстояние между трубчатыми каналами в секциях каркаса.
Основными отличительными признаками заявляемого чехла кластера является выполнение каркаса чехла кластера сборным, состоящим из секций, в которых трубчатые каналы ограничены с обеих сторон дистанционирующими элементами, соединяемыми с дистанционирующими элементами соседней секции, например, резьбовыми узлами, а также выполнение корпуса чехла кластера в секциях каркаса в виде закрепленных по периметру дистанционирующих элементов секций каркаса труб, соответствующих длине секции каркаса и формирующих внешний габарит чехла кластера. Благодаря разделению трубчатых каналов чехла кластера на секции, ограниченные с обеих сторон дистанционирующими элементами, а по периметру - трубами, и их сборке путем соединения дистанционирующих элементов соседних секций резьбовыми узлами, исключается, при определенном количестве секций, возможность пространственной деформации трубчатых каналов, что обеспечивается повышением жесткости и надежности конструкции чехла кластера. При этом упрощается технология изготовления секций каркаса и сборки всего чехла кластера.
Размещение по периметру дистанционирующих элементов труб, формирующих внешний габарит чехла кластера, и установленных с шагом, превышающим расстояние между трубчатыми каналами, позволяет сформировать пространственную структуру чехла кластера с открытыми по всей длине каналами. Такая конструкция обеспечивает «прозрачность» внутреннего объема чехла кластера, делает его доступным для телемониторинга процесса перегрузки кластеров телевизионной системой перегрузочной машины, что повышает надежность конструкции чехла кластера и безопасность процесса перегрузки.
Пример выполнения заявляемого в качестве полезной модели чехла кластера реакторной установки типа ВВЭР поясняется чертежами.
На фиг.1 представлена структура пространственной конструкции чехла кластера.
На фиг.2 представлен общий вид чехла кластера.
На фиг 3 представлен эскиз одной из секций чехла кластера.
На фиг.4 показана верхняя головная часть чехла кластера.
На фиг.5 представлен дистанционирующий элемент по линии А-А на фиг 2.
На фиг.6 представлена направляющая втулка, вид снизу по стрелке Е.
Чехол кластера (фиг 1) представляет собой пространственную конструкцию, включающую каркас, корпус которого представлен трубами 1, головную часть 2, и направляющую втулку 3. Внутри каркаса размещены трубчатые каналы, разделенные на секции Б, В…Д, ограниченные дистанционирующими элементами 4, соединенными между собой посредством крепежных узлов 5.
Каждый секционный элемент Б, В,…Д (фиг.2, 3, 5) состоит из комплекта труб 6 с продольными разъемами, образующими двенадцать периферийных трубчатых каналов, комплекта желобов 7, образующих шесть внутренних трубчатых каналов с диаметрально противоположными разъемами, и двух дистанционирующих элементов 4. Взаимное расположение труб 6 с продольными разъемами и желобов 7 определяется конструкцией дистанционирующих элементов 4, которые совместно с тубами 6 и желобами 7 образуют пространственную конструкцию, повторяющую структуру кластера. Таким образом, каждая секция представляет собой пространственную конструкцию с центральным каналом, определенным центральными отверстиями 8 в дистанционирующих элементах 4 и предназначенным для перемещения захвата кластера (на чертежах не показан), с внутренними каналами 9, образованными желобами 7, и периферийными трубчатыми каналами 10, образованными комплектами труб 6 с продольными разъемами, предназначенными для ввода и перемещения кластера (на чертежах не показан). В дистанционирующих элементах 4 выполнены также отверстия 11, соединяющие разъемы 12 каналов 9 и разъемы 13 трубчатых периферийных каналов 10 и формирующие открытые продольные и параллельные оси чехла каналы для перемещения гребней, объединяющих стержни в кластеры. Внутренние каналы 9 соединены также с центральным каналом, организованным отверстиями 8, щелевыми отверстиями 14. По периметру дистанционирующих элементов 4, соединенных крепежными узлами 5 и образующих каркас чехла кластера из последовательно соединенных друг с другом секционных элементов Б,…Д, закреплены трубы 1, формирующие его внешний габарит, и установленные с шагом, превышающим расстояние между периферийными каналами 10 и соответствующие длине секции каркаса.
Головная часть чехла кластера (фиг.2) состоит из корпуса 15, внутри которого установлен направляющий элемент 16 с центральным отверстием 17, предназначенным для ввода в полость чехла кластера захвата машины перегрузочной (на чертежах захват кластера и машина перегрузочная не показаны), и периферийными технологическими отверстиями 18, в части которых установлены ловители 19 с зацепами 20, предназначенные для удержания стержней кластера, соединенных гребнями (на чертежах не показаны). На наружной поверхности корпуса 15 установлены диаметрально расположенные цапфы 21, обеспечивающие сцепление чехла кластера с захватом ТВС. В зоне ловителей 19 с зацепами 20 в корпусе 15 выполнены окна 22. Фланец 23 в нижней части корпуса 15 соединен с помощью крепежных узлов 5 с дистанционирующим элементом 4 секции Б каркаса. Окна 22 в корпусе 15 позволяют осуществлять визуальное наблюдение за положением кластера и работой ловителей 19 с зацепами 20.
Направляющая втулка 3 (фиг.6) состоит из корпуса 24, фланец 25 которого резьбовыми узлами 5 скреплен с дистанционирующим элементом 4 нижней секции Д. На наружной поверхности корпуса 24 выполнены диаметрально расположенные ориентирующие пазы 26, обеспечивающие ориентирование чехла кластера при установке на ТВС. В центре фланца 25 выполнено центральное отверстие 27, аналогичное центральным отверстиям 8 в дистанционирующих элементах 4, образующих центральный канал. В фланце 25 выполнены также отверстия 28, соответствующие по расположению периферийным трубчатым каналам 10 и отверстия 29, соответствующие по расположению внутренним каналам 9. Отверстия 28 и 29 соединены между собой отверстиями 30 и щелевыми прорезями 31 и 32 для формирования профиля каналов, аналогичных профилю каналов, формируемых дистанционирующими элементами 4. Щелевые прорези 33 в фланце 25 соединяют центральное отверстие 27 и отверстия 29.
Чехол кластера, представляющий пространственную структуру, собранную из последовательно соединенных резьбовыми узлами 5 дистанционирующих элементов 4 секционных элементов Б, В…Д, и присоединенных к ним фланцем 23 головной части 2 и фланцем 25 направляющей втулки 3, используется в качестве инструмента перегрузочной машины при извлечении, транспортировке и установке кластера в ТВС (на чертежах не показан) и хранится в бассейне выдержки реакторной установки (на чертежах не показаны). Входящий в состав перегрузочной машины захват ТВС (на чертежах не показан) устанавливается на чехол кластера, хранящийся в бассейне выдержки, и производится сцепление захвата ТВС и чехла кластера посредством цапф 18 на корпусе 15 головной части 2, после чего чехол кластера перемещается на кластер, находящийся в ТВС, для проведения операции извлечения кластера из ТВС. Чехол кластера устанавливается посредством ориентирующих пазов 26 в корпусе 24 втулки 3 таким образом, что кластер, через фланец 25 направляющей втулки 3 и выполненные в нем центральное отверстие 27, отверстия 28, 29, 30 и щелевые прорези 31, 32 и 33, входит в нижнюю секцию Д.
Захват кластера (на чертежах не показан) поднимается снизу вверх через центральный канал, формируемый отверстиями 27 в фланце 25 направляющей втулки 3 и отверстиями 8 в дистанционирующих элементах 4 секций каркаса чехла кластера, а стержни кластера через отверстия 28, 29 и соединяющие их отверстия 30 в фланце 25 входят и затем перемещаются в периферийных трубчатых каналах 10, образованных комплектами труб 6 с разъемами 12, и внутренних каналах 9, образованных желобами 7 с разъемами 13 и 14, при этом гребни кластера проходят по открытым каналам, сформированным отверстиями 11, соединяющими разъемы 12 каналов 9 и разъемы 13 трубчатых периферийных каналов 10 и отверстиями 30 и прорезями 31, 32 и 33, выполненными в фланце 25, и центральному каналу, сформированному отверстиями 8 и 27, выполненными соответственно в дистанционирующих элементах 4 секционных элементов каркаса и фланце 25 направляющей втулки 3. Процесс перемещения захвата и кластера отслеживается через зазоры между трубами 1, закрепленными на боковой поверхности дистанционирующих элементов 4, телевизионной системой перегрузочной машины, отображающей прохождение гребней кластера через открытые каналы внутри пространственной структуры чехла кластера, включая момент вхождения траверсы кластера в зону размещения ловителей 19, после чего зацепы 20 подводятся под траверсу, образованную гребнями кластера, тем самым обеспечивая удержание последней. Чехол кластера, с помещенным в него кластером, готов к последующему транспортированию к месту хранения кластера.
Установка кластера в ТВС производится в обратном порядке. После установки кластера чехол кластера снимается с ТВС и устанавливается в бассейн выдержки для последующего использования.
Благодаря жесткости конструкции, обеспеченной выполнением чехла кластера в виде последовательно соединенных секций каркаса, ограниченных с обеих сторон дистанционирующими элементами и трубами, закрепленными по периметру последних, и присоединенных к ним головной части и направляющей втулки, и возможности повышения точности формирования трубчатых каналов при изготовлении и сборке секций каркаса, повышается надежность чехла кластера. Использование заявляемого чехла кластера повышает безопасность процессов перегрузки, обуславливает их контролируемость за счет усовершенствования конструкции чехла кластера, обеспечивает упрощение технологии изготовления и повышение качества и точности изготовления и сборки его элементов, обеспечение ремонтопригодности.