Торцевой демпфер контейнера
END DAMPER OF A CONTAINER

Изобретение относится к области ядерной энергетики и может быть использовано на АЭС для предотвращения аварий с транспортными контейнерами для отработавшего топлива ядерных реакторов.
Известно амортизирующее устройство транспортного упаковочного комплекса для транспортирования тепловыделяющих сборок реакторной установки (№ 2552536 от 24.12.2013, опубликовано 10.06.2015 г.).
Демпферы образованы горизонтальными кольцевыми пластинами со ступенчато изменяющимся снизу вверх наружным диаметром, между которыми размещены радиально установленные пластинчатые ребра, выполненные с предварительным изгибом в центральной части.
Недостатками данного устройства являются:
- переменная жесткость демпфера обеспечивается слоями разного диаметра с ребрами одной высоты, т.е. каждый слой имеет свою определенную жесткость, что приводит к усложнению конструкции, увеличению массогабаритных характеристик и как следствие стоимости демпфера;
- габариты демпфера выходят за диаметр транспортно-упаковочного комплекса (ТУК), что приводит к необходимости увеличения «транспортного коридора» при обращении с ТУК или демонтажу демпферов при определенных технологических операциях. При необходимости кантования ТУК так же необходим демонтаж демпфера;
- крышка ТУК не защищена демпфером от падения строительных конструкций и оборудования на ТУК при рассмотрении вопроса о возможном землетрясении и падении самолета на объект использования атомной энергии (ОИАЭ).
Также известно демпфирующее устройство контейнера (№ 121639, от 29.03.2012, опубликовано 27.10.2012 г.), состоящее из двух частей: торцевой и боковой.
Торцевая часть устройства состоит из двух пластин, с внутренней стороны нижней пластины и внутренней стороны верхней пластины зеркально расположены элементы конической формы, между которыми установлены трубчатые элементы внутренним диаметром большим, чем диаметр вершины конического элемента, но меньшим чем диаметр его основания.
Трубчатые элементы соединены между собой с помощью дистанционных перемычек.
Боковая часть устройства состоит из двух: внутренней и наружной цилиндрических поверхностей. Между внутренней и наружной цилиндрическими поверхностями, на которых зеркально установлены конические элементы расположены трубчатые элементы с внутренним диаметром большим, чем диаметр вершины конического элемента, но меньшим чем диаметр его основания. Трубчатые элементы соединены между собой с помощью дистанционных перемычек.
Недостатками данного устройства являются:
- высокая трудоемкость изготовления из-за присутствующих конструкционных элементов сложной геометрии и большого количества сварных швов приводить к высокой стоимости изделия. В свою очередь, большое количество сварных швов, приводит к охрупчиванию материалов свариваемых составных частей демпфера, что не может не сказаться на снижении его демпфирующих способностей;
- габариты демпфера выходят за диаметр ТУК, что приводит к необходимости увеличения «транспортного коридора» при обращении с ТУК или демонтажу демпферов при определенных технологических операциях. При необходимости кантования ТУК так же необходим демонтаж демпфера.
Наиболее близким по большинству существенных признаков и достигнутому техническому эффекту является торцевой демпфер контейнера (п.м. № 8761 от 27.04.1998, F16F 7/12), состоящий из двух горизонтально расположенных круглых пластин и набора разновысоких, вертикально стоящих, радиальных ребер, причем часть из общего числа ребер жестко соединена с обеими пластинами, а оставшаяся часть ребер меньшей высоты жестко соединена только с одной из пластин.
Недостатками данного устройства являются:
- прямолинейные ребра. График гашения кинетической энергии при протекании быстротекущих процессов высокой интенсивности, в конструкциях с прямолинейными ребрами, имеет, как правило, ступенчатый скачкообразный характер, ввиду того что в начальный момент соударения жесткость ребер велика, а потом они резко теряют устойчивость, данный процесс сложен и непредсказуем при математическом моделировании. Прямолинейные ребра в конструкции не обеспечивают стабильную модель деформации демпфера;
- низкая демпфирующая способность, особенно при падениях ТУК под углом. Из-за отсутствия амортизирующих элементов в центральной части демпфера, оставляет без защиты центральную часть крышки ТУК от внешних динамических воздействий в виде падения тяжелых предметов на ТУК.
Технической задачей данного изобретения является создание устройства, обеспечивающего снижение динамических нагрузок на контейнер до допустимых значений в аварийных условиях (падение с высоты 9 м) при межобъектовом транспортировании контейнера.
Техническим результатом решения поставленной задачи является повышение технологичности при выполнении транспортно-технологических операциях с контейнером, уменьшение массогабаритных характеристик контейнера, плавное гашение кинетической энергии при падении контейнера.
Указанный технический результат достигается тем, что в торцевом демпфере контейнера, предназначенного для хранения и транспортирования отработавших сборок ядерных реакторов, состоящим из двух горизонтально расположенных круглых пластин и набора разновысоких, вертикально стоящих, радиальных ребер часть из которых жестко соединена с обеими пластинами, а оставшаяся часть ребер меньшей высоты жестко соединена только с одной из пластин, разновысокие ребра объединены в группы по высоте и равномерно расположены по диаметру горизонтально расположенных круглых пластин, а изменение высоты ребра имеет шаг 40-60 мм, причем каждое из ребер на высоте от 1/3 до 2/3 выполнено с изгибом на угол от 3° до 10° от вертикали.
Число групп ребер составляет от 6 до 10, т.е. группы из ребер с одинаковой конфигурацией повторяются от 36° до 60°.
По высоте ребра имеют от 3 до 6 типоразмеров.
В данной конструкции торцевого демпфера обеспечивается стабильная модель его деформации (возможность математического моделирования). График гашения кинетической энергии при протекании быстродействующих процессов высокой интенсивности имеет плавный характер, ввиду того, что происходит последовательная пластическая деформация ребер (вначале ребер большей высоты с переходом на смятие ребер меньшей высоты), и в начальный момент соударения жесткость ребер невелика, по сравнению с прямолинейными ребрами.
Также торцевой демпфер данной конструкции обладает высокой демпфирующей способностью и при падениях ТУК под углом.
Максимальное перекрытие крышки демпфером обеспечивает защиту ТУК от падения строительных конструкций и оборудования на ТУК при рассмотрении вопроса о возможном землетрясении и падении самолета на объект использования атомной энергии.
Конструкция контейнера представлена следующими чертежами:
Фиг. 1 - контейнер на горизонтальном основании.
Фиг. 2 - торцевой демпфер (общий вид).
Фиг. 3 - вертикальное падение контейнера.
Фиг. 4 - смятие ребер при соударении.
Фиг. 5 - смятие ребер при падении контейнера на угол.
Торцевой демпфер контейнера состоит из двух горизонтально расположенных круглых пластин 1 и 2 и набора разновысоких, вертикально стоящих, радиальных ребер 4, 5 и 6 (см. Фиг. 1, 2).
Торцевой демпфер крепится к нижнему торцу контейнера 3.
Ребра 5 жестко соединены с обеими пластинами 1 и 2, а оставшаяся часть ребер меньшей высоты 5 и 6 жестко соединена только с одной пластиной 1.
Разновысокие ребра 4, 5 и 6 объединены в группы по высоте и равномерно расположены по диаметру горизонтально расположенных круглых пластин 1 и 2. Количество таких групп, равномерно расположенных по диаметру круглых пластин - от шести до десяти. То есть группы из ребер (с одинаковой конфигурацией) повторяются через каждые 36°…60°.
По высоте ребра имеют от 3 до 6 типоразмеров. Высота ребер изменяется с шагом 40-60 мм, причем каждое из ребер на высоте от 1/3 до 2/3 выполнено с изгибом на угол от 3° до 10° от вертикали.
При нормальной установке контейнера 3 с торцевым демпфером на горизонтальное основание 7 вес контейнера 3 воспринимается ребрами 4.
Форма, геометрические параметры и количество ребер 4 подобраны таким образом, что напряжения в ребрах 4 от весовой нагрузки контейнера не превышают допустимого значения, и ребра не теряют устойчивости от данной нагрузки.
Ребра 5 и 6 при нормальной установке контейнера 3 на горизонтальное основание 7 не работают.
При падении контейнера 3 в вертикальном положении, при соударении торцевого демпфера о горизонтальное основание 7, первыми начинают терять устойчивость и пластически деформироваться ребра 4, погашая кинетическую энергию контейнера. Затем происходит последовательная пластическая деформация ребер: вначале ребер большей высоты с переходом на смятие ребер меньшей высоты (см. рис. 4).
При падении контейнера 3 на горизонтальное основание 7 углом торцевого демпфера (см. рис. 5), происходит потеря устойчивости и пластическая деформация ребер 4, 5 и 6, попавших в зону контакта с горизонтальным основанием 7. Ребра последовательно деформируются, плавно погашая при этом кинетическую энергию падающего контейнера.
Габариты демпфера не выходят за наружный диаметр ТУК, что обеспечивает выполнение всех транспортно-технологических операций с ТУК без демонтажа демпфера, в том числе кантование и установка в колодец перегрузки.
Обеспечение переменной жесткости демпфера одним слоем ребер, выполненных из одного сортового проката, обеспечивает низкую стоимость изделия.
Максимальное перекрытие крышки демпфером обеспечивает защиту ТУК от падения строительных конструкций и оборудования на ТУК при рассмотрении вопроса о возможном землетрясении и падении самолета на ОИАЭ.
Таким образом, объединение разновысоких ребер в группы по высоте и равномерное расположение по диаметру горизонтально расположенных круглых пластин, с изменением высоты ребра 40-60 мм, причем каждое из ребер на высоте от 1/3 до 2/3 выполнено с изгибом на угол от 3° до 10° от вертикали, позволяет повысить технологичность контейнера при выполнении транспортно-технологических операций с ним, уменьшить массогабаритные характеристики контейнера в целом, а также плавно погасить кинетическую энергию при падении контейнера.