БИМЕТАЛЛИЧЕСКИЙ ЧЕХОЛ ДЛЯ ТУК

Устройство относится к ядерной энергетике, а именно к дистанцирующим устройствам, в которых размещаются тепловыделяющие сборки с отработавшим ядерным топливом во время их транспортировки и временного хранения в транспортно-упаковочных комплектах (ТУК).
Известен чехол для размещения и хранения отработавших тепловыделяющих сборок реактора ВВЭР-1000 (Описание изобретения к патенту RU 2593388, приоритет 04.08.2015, опубликовано 10.08.2016, бюл. №22), содержащий центральную трубу, дистанционирующие решетки с шестигранными трубами. Дистанционирующие решетки с шестигранными трубами выполнены в виде скрепленных между собой секций. Каждая секция выполнена из алюминиевого сплава и состоит из центральной трубы, двух дистанционирующих решеток с шестигранными отверстиями. В отверстиях размещены шестигранные трубы. Трубы имеют на концах внутренние шестигранные проточки. В проточки установлены шестигранные направляющие из коррозионно-стойкой стали. Секции установлены на основание, состоящее из дистанционирующей опоры с отверстиями. По оси отверстий с наружной стороны установлены устройства поджима. Несущая труба выполнена из коррозионно-стойкой стали и имеет переходник под грузозахватное устройство.
Недостатком известного чехла для размещения и хранения отработавших тепловыделяющих сборок реактора ВВЭР-1000 является низкая технологичность конструкции обусловленная множеством используемых конструктивных элементов, сложностью их изготовления и необходимостью обеспечения высокой точности их монтажа. Еще одним недостатком известного чехла для размещения и хранения отработавших тепловыделяющих сборок реактора ВВЭР-1000 является его высокая стоимость, связанная со сложностью изготовления.
Известен транспортно-упаковочный комплект для отработавших тепловыделяющих сборок ядерных реакторов (Описание изобретения к патенту RU 2463677, приоритет 22.04.2011, опубликовано 10.10.2012, бюл. №28), включающий чехол и контейнер, состоящий из корпуса выполненного с герметичным перекрытием внутренней полости контейнера. В полости контейнера установлен чехол. Чехол в полости контейнера установлен с заданным радиальным зазором с возможностью образования теплопроводящего контакта между наружной поверхностью чехла и внутренней поверхностью корпуса контейнера в загруженном состоянии последнего при тепловом воздействии со стороны отработавших тепловыделяющих сборок. Чехол выполнен из нержавеющей стали и включает верхнюю и нижнюю дистанционирующие решетки, к которым герметично на сварке присоединены шестигранные трубы для размещения отработавших тепловыделяющих сборок, а по периметру чехла установлена облицовка с образованием герметичного межтрубного пространства, которое заполнено теплопроводящим материалом (теплопроводящей композицией), причем наружная поверхность шестигранных труб покрыта самофлюсующимся борсодержащим сплавом.
Недостатком известного транспортно-упаковочного комплекта для отработавших тепловыделяющих сборок ядерных реакторов является высокая трудоемкость работ, обусловленная сложностью конструкции чехла, а именно необходимостью установки верхней и нижней дистанцирующих решеток, необходимостью проведения сварочных работ для крепления к ним шестигранных труб, служащих для размещения тепловыделяющих сборок и обеспечения при этом теплопроводящего контакта между корпусом и дистанцирующей решеткой. К недостаткам относится также высокая стоимость конструкции, обусловленная необходимостью использования дорогостоящей нержавеющей стали и сложностью сборки устройства.
Наиболее близкой и взятой за прототип является известная конструкция транспортного-упаковочного комплекта для транспортирования и хранения отработавшего ядерного топлива (Описание полезной модели к патенту RU 75496, приоритет 27.02.2008, опубликовано 10.08.2008, бюл. №22), включающего выполненный из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом корпус, внутреннюю и внешнюю крышки, чехол и демпферы. Корпус имеет продольные каналы, заполненные термостойким полиэтиленом. Для увеличения поверхности передачи тепла между чехлом, корпусом контейнера и окружающим воздухом наружная поверхность корпуса контейнера имеет кольцевые точеные ребра, а внутренняя поверхность корпуса контейнера и наружная поверхность чехла имеют сопряженные ребра охлаждения, обеспечивающие интенсификацию теплоотвода от отработавших тепловыделяющих сборок, помещенных в чехол контейнера, к корпусу контейнера и далее в окружающую среду. Чехол выполнен металлическим монолитным с каналами для установки тепловыделяющих сборок. При этом на наружной поверхности чехла выполнены ребра охлаждения, сопрягаемые с ребрами охлаждения на внутренней поверхности корпуса.
Недостатком конструкции известного транспортного упаковочного комплекта для транспортирования и хранения отработавшего ядерного топлива является низкая технологичность конструкции чехла, обусловленная необходимостью изготовления, установки и снятия стержней, формирующих каналы для установки тепловыделяющих сборок, в монолитном корпусе при его изготовлении, а также необходимостью точной механической обработки каналов для установки тепловыделяющих сборок. К недостаткам относится также высокая стоимость конструкции, обусловленная высокой трудоемкостью работ по ее изготовлению.
Технический результат предлагаемого биметаллического чехла для ТУК заключается в повышении технологичности изготовления и снижении себестоимости.
Достигается технический результат тем, что в биметаллическом чехле для ТУК, включающем монолитный корпус с каналами для установки тепловыделяющих сборок, каналы обрамлены металлическими трубами, которые неподвижно зафиксированы в монолитном корпусе, за счет усадки, происходящей в процессе кристаллизации расплава чугуна при изготовлении отливки монолитного корпуса
На фиг. 1 представлен вид сверху на биметаллический чехол для ТУК.
На фиг. 2 представлено сечение А-А биметаллического чехла для ТУК.
На фиг. 3 показан выносной элемент I с сечения А-А биметаллического чехла для ТУК.
На фиг. 4 показан контейнер транспортно-упаковочного комплекта в разрезе.
Предлагаемый биметаллический чехол для ТУК включает в себя монолитный корпус 1 с металлическими трубами 2 обрамляющими каналы 3 для установки тепловыделяющих сборок. При изготовлении отливки монолитного корпуса 1 биметаллического чехла для ТУК в качестве стержней формирующих каналы 3 в отливке монолитного корпуса, служащие для размещения тепловыделяющих сборок, используют металлические трубы 2, которые при изготовлении отливки монолитного корпуса 1 оказываются неподвижно соединенными за счет усадки, происходящей в процессе кристаллизации расплава чугуна отливки корпуса. Снизу к биметаллическому чехлу для ТУК прикреплено механическим соединением, например, сварным соединением, опорное днище 4 с отверстиями. Данное опорное днище 4 служит опорой для тепловыделяющих сборок, загружаемых в каналы 3 корпуса 1 биметаллического чехла для ТУК. Под опорным днищем 4 монтируют дно 5, таким образом, чтобы между опорным днищем 4 и дном 5 было обеспечено свободное внутреннее пространство 6. На верхний торец биметаллического чехла для ТУК наносится защитное покрытие 7, стойкое к воздействию дезактивационных растворов.
С целью придания высоких радиационно-защитных свойств биметаллическому чехлу для ТУК в качестве металлических труб 2 следует использовать трубы, изготовленные из борсодержащего металла, а при изготовлении монолитного корпуса 1 следует использовать высокопрочный чугун с шаровидным графитом (ВЧШГ).
Реализуется предлагаемое устройство следующим образом.
В литейную форму в качестве литейных стержней устанавливают металлические трубы 2, литейную форму заполняют расплавом чугуна. По мере остывания расплава чугуна происходит его кристаллизация при этом металлические трубы 2 оказываются надежно закрепленными в отливке за счет усадки, происходящей в результате кристаллизации расплава чугуна при его остывания. В результате образуется отливка биметаллического чехла для ТУК. Затем полученную отливку биметаллического чехла для ТУК направляют на механическую обработку, далее к ее нижней части посредством механического соединения, например сварного соединения, крепят опорное днище 4 и дно 5.
Далее биметаллический чехол для ТУК помещают внутрь корпуса контейнера 9 транспортно-упаковочного комплекта. Изготавливают сливное отверстие 8, связывающее внутренне пространство 6, располагаемое между опорным днищем 4 и дном 5 с окружающей средой. Закрывают сливное отверстие пробкой 8. В каналы, образованные металлическими трубами 2, в монолитном корпусе 1, помещают тепловыделяющие сборки с отработавшим ядерным топливом. Корпус контейнера 9 герметично закрывают двумя крышками 10, 11, пространство между которыми заполняют нейтронно-защитным материалом 12, и транспортируют к месту назначения.
В связи с тем, что биметаллический чехол для ТУК будет иметь большую массу, что благоприятно скажется на его способности обеспечивать нейтронную защиту, его целесообразно делать несъемным по отношению к контейнеру транспортно-упаковочного комплекта. С целью обеспечения возможности дезактивации внутреннего пространства биметаллического чехла для ТУК он снабжен опорным днищем 4 и дном 5, смонтированных таким образом, чтобы между ними было обеспечено свободное внутреннее пространство 6. При проведении дезактивационных работ дезактивационные составы подаются в каналы 3, по каналам 3, смывая при этом с их внутренней поверхности радиоактивные загрязнения, попадают через отверстия в опорном днище 4 во внутреннее пространство 6, скапливаясь при этом на дне 5 и по сливному отверстию 8 выводятся наружу.
Предлагаемая конструкция биметаллического чехла для ТУК отличается своей низкой себестоимостью и высокой технологичностью, обеспечиваемых за счет простоты конструкции.
Благодаря тому, что в биметаллическом чехле для ТУК, металлические трубы 2 оказываются влитыми в отливку монолитного корпуса 1 между ними осуществляется надежный контакт по всей боковой поверхности, что обеспечивает хороший отвод тепла от тепловыделяющих сборок с отработавшим ядерным топливом, находящихся в каналах 3, к монолитному корпусу 1.
Наличие металлических труб 2 в конструкции биметаллического чехла для ТУК позволит изготавливать корпус 1 методом литья из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, материала, обладающего хорошими радиационно-защитными свойствами и сравнительно невысокой стоимостью, и при этом обеспечит возможность легкой очистки каналов 3 от радиационного загрязнения при дезактивации ТУК после извлечения из него тепловыделяющих сборок. Благодаря тому, что соединение между металлическими трубами 2 и монолитным корпусом 1 осуществляется за счет усадки, происходящей в процессе кристаллизации расплава чугуна при изготовлении отливки монолитного корпуса, будет обеспечиваться его высокая прочность и хороший отвод тепла без применения дополнительных крепежных элементов и операций.
БИБЛИОГРАФИЯ
1. Описание изобретения к патенту RU 2593388, приоритет 04.08.2015, опубликовано 10.08.2016, бюл. №22.
2. Описание изобретения к патенту RU 2463677, приоритет 22.04.2011, опубликовано 10.10.2012, бюл. №28.
3. Описание полезной модели к патенту RU 75496, приоритет 27.02.2008, опубликовано 10.08.2008, бюл. №22.