Инновационные проектные решения в атомном машиностроении

ИЗЫСКАНИЕ, ПРОЕКТИРОВАНИЕ, СТРОИТЕЛЬСТВО И МОНТАЖ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ АЭС

УДК 621.039

ИННОВАЦИОННЫЕ ПРОЕКТНЫЕ РЕШЕНИЯ В АТОМНОМ МАШИНОСТРОЕНИИ

© 2012 г. П.Д. Кравченко

Волгодонский институт сервиса (филиал) ФГБОУ ВПО «Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса», Волгодонск, Ростовская обл.

Поступила в редакцию 28.04.2012 г.

Представлены проектные решения по способу демонтажа радиоактивного оборудования и

перегрузочной машины с канатным подвесом объектов перегрузки на АЭС.

Ключевые слова: демонтаж радиоактивного оборудования, подвесные блоки-модули,

канатный подвес, автоматические грузозахватные устройства, способ демонтажа.

ПОИСК ОПТИМАЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ ПРИ ДЕМОНТАЖЕ АЭС

Применяющиеся способы демонтажа АЭС, как правило, в своей основе содержат принцип фрагментации радиоактивного корпусного оборудования с последующей контейнеризацией фрагментов. Размеры фрагментов могут различаться в соответствии с применяемым технологическим оборудованием - от размеров стружки при фрезеровании до размеров отдельных блоков, получаемых механическим распиливанием или другими способами разрезки.

Подъемно-транспортное оборудование (ПТО) должно обеспечивать надежное и безопасное выполнение как операций по установке и удалению технологического оборудования фрагментации, так и операций удаления и контейнеризации фрагментов. Один из предложенных вариантов демонтажа радиоактивного корпусного оборудования АЭС с реактором типа ВВЭР предусматривает применение опорной разборной базовой крышки, которая выполняет функции как базовой конструкции для монтажа, эксплуатации и демонтажа технологического оборудования фрагментации, так и защитного экрана.

Рассмотрим особенности поиска оптимальных решений при проектировании ПТО [1] согласно модели, представленной на рис. 1.

Фрагментация корпусного оборудования объекта в нашем случае производится распиливанием на фрагменты в технологической последовательности сверху вниз. Фрагменты 1 с помощью захватного устройства 2 перемещаются из зоны I в помещение III контейнеризации. При этом необходимо обеспечить выполнение условия НЗК>НРК с тем, чтобы длина НРК каната 3, находящегося под воздействием радиации в зоне I, была меньше высоты НЗК защитного корпуса для каната; в этом случае проникновение радиации в безопасную зону IV может быть сведено к минимуму.

Опорную конструкцию 5, являющуюся базовым элементом, целесообразно изготовить поворотной и разборной для удобства ее демонтажа после завершения

©Издательство Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ», 2012

фрагментации и удаления радиоактивных фрагментов объекта.

Конструкция сдвигаемой защитной крышки 6 является несложной и обеспечивает прохождение сквозь нее подъемного каната. Величина длины «загрязненного» участка каната НРК определяется ориентировочно по размерам объекта и положениям устройства - нижнем НПЗ и верхнем ВПЗ. Защитный корпус ЗК для экранирования «загрязненного» участка каната в представленных схемах рисунка 1(а) и 1(б) является несущей конструкцией и должен быть рассчитан на работоспособность и надежность по всем правилам строительной механики.

I - радиоактивный корпус ВВЭР,

подлежащий демонтажу;

II - радиоактивная зона объекта;

III - помещение контейнеризации

фрагментов;

IV - помещение надстройки, защищенное

от воздействия радиации;

1 - фрагмент корпусного оборудования;

2 - захватное устройство;

3 - подъемный канат;

4 - подъемная машина;

5 - опорная поворотная крышка;

6 - сдвигаемая защитная крышка;

К - контейнер;

НПЗ - нижнее положение захватного

устройства;

ВПЗ - верхнее положение захватного

устройства;

НЗК - высота защитного корпуса для

каната;

НРК - длина каната, находящегося под

воздействием радиации;

В - направление удаления контейнера;

З К - защитный корпус.

Рис. 1. Вариант схемы проектирования ПТО: а) без навивки на блоки «загрязненного» каната; б) вариант с многоблочной навивкой.

Предварительные расчеты показывают, что с применением данного проекта крупные фрагменты массой 0,2...2 т с помощью мобильного металлорежущего оборудования и подвесных дистанционно-управляемых блоков время демонтажа снижается в 2-3 раза по сравнению со способом сплошного фрезерования, при снижении металлоемкости технических средств фрагментации и транспортировки - в 5-6 раз.

В предлагаемом способе планируется применение только трех индивидуальных приводов: подачи, резания и закрепления, что значительно упрощает схему.

Способ заключается в применении двух металлорежущих блоков, подвешенных на гибком звене (грузоподъемном канате).

В предлагаемом способе для обеспечения биозащиты применяется разборная крышка, представленная на рис. 2. Через прорези 11 в радиально-подвижной съемной разборной крышке 2, установленной на вращающейся разборной крышке 3, проходит канат 1. Крышка 3, установленная на подшипниках качения 6, может вращаться при помощи зубчатой передачи 4 с приводом поворота крышки ППК 5. К узлу 12 подвески 8 подсоединяются металлорежущие блоки-модули, предназначенные для фрагментации радиоактивного корпуса 7.

1 - узел канатного подвеса;

2 - щелевая крышка для канатов;

3 - вращающаяся разборная крышка;

4 - приводная шестерня поворота крышки;

5 - привод поворота;

- опорный шарикоподшипник;

7 - корпус;

8 - узел крепления подвесных устройств;

9 - бетонный защитный корпус;

10 - опорная крышка;

11 - щель для канатов.

Рис. 2. Схема защитной разборной крышки.

Обеспечение биозащиты, кроме крышки 3 осуществляется с помощью применения, подвижной в направлении L, радиальной щелевой крышки 10, перекрывающей щель 11 при любом положении каната. Размеры крышки 2, ее конструктивное исполнение зависит от уровня радиоактивности корпуса 7, его размеров: внешнего диаметра 0D, толщины стенки ^ зазора Ь между внешней поверхностью объекта и поверхностью 9 защитного ограждения и определяется с помощью известных методов конструирования.

Схема применения блока для подрезания фрагментов представлена на рис. 3.

1 - корпус;

2 - привод подачи блока резания;

3 - винт подачи;

4 - узел подвеса устройства;

5 - рама устройства;

6 - дисковая пила;

7 - бетонный защитный корпус;

8 - привод блока резания;

9 - направляющие блока резания;

10 - распорный узел.

Рис. 3. Схема способа подрезания фрагмента.

В корпус 1 с наружным диаметром 0D и толщиной стенки t опускается блок-модуль, смонтированный на раме 5 и подвешенный на канате в узле 4 подвеса. Блок-модуль фиксируется внутри корпуса с помощью распорных элементов 10. Подрезание фрагментов производится дисковой пилой 6 с диаметром 0Dп, привод 8, которой перемещается в направляющих 9 с помощью винта подачи 3. Ход дисковой пилы 20 ограничивается зазором Ь между стенкой корпуса 1 и бетонным защитным корпусом 7; величина хода и диаметр пилы 0Dп зависят от ширины подрезаемого фрагмента.

Схема применения блока для разрезания объекта на вертикальные фрагменты-лепестки представлена на рис. 4.

На верхнюю кромку объекта 10 опускается корпус блока-модуля с узлами 6 крепления, который фиксируется на объекте с помощью зажимов 8. На корпусе блока-модуля в направляющих 5 перемещается блок резания, состоящий из дисковой пилы 11 с приводом 1; подача осуществляется с помощью винта 4 и привода 1 блока подачи, жестко закрепленного на корпусе.

Ход S фрезы определяется высотой h лепестка, диаметр 0Dп пилы определяется

толщиной t стенки объекта и зазором Ь между наружной поверхностью объекта и поверхностью защитного ограждения 3. Корпус блока подвешивается к канату в узле подвеса 2.

Предложенный способ отличается простотой, большинство элементов системы могут работать параллельно, повышая её надежность.

МАШИНА ПЕРЕГРУЗОЧНАЯ МПК С КАНАТНЫМ ПОДВЕСОМ ОБЪЕКТОВ

Вес отдельной перемещаемой тепловыделяющей сборки ТВС для реактора ВВЭР-1000 5 блока Нововоронежской АЭС составляет 735кг, веса других ТВС для аналогичных реакторов отличаются незначительно, в основном будем считать их менее 1 т.

Особые условия эксплуатации - опасный уровень радиоактивности, обеспечение высокого уровня безопасности процесса перегрузки, обеспечение высокой степени точности наведения грузозахватного устройства на объект, работа, полностью автоматизированная по безлюдной технологии - обусловили появление именно такой конструкции перегрузочной машины МП, или транспортно-перегрузочного робота - с длинными жесткими телескопическими звеньями, что привело к весу МП более 84 т.

1 - привод подачи блока резания;

2 - узел подвеса;

3 - бетонный защитный корпус;

4 - винт подачи блока резания;

5 - направляющие;

6 - узел крепления подвесного

устройства к корпусу;

7 - зазор;

8 - узел зажима;

9 - нижнее положение дисковой

пилы;

10 - корпус;

Рис. 4. Схема способа разрезания корпуса на фрагменты - вертикальные лепестки.

Появление новых способов и средств автоматизации транспортно-перегрузочных операций позволило обосновать и предложить новый способ перегрузки топливных элементов - с применением в перегрузочной машине гибкого подвеса ТВС [2] в виде сдвоенных канатных полиспастов, используемых в конструкциях известных широко применяемых мостовых кранов, вместо жесткой телескопической рабочей штанги.

В настоящее время поворот и захват пробки пенала осуществляется с помощью механизма поворота перегрузочной машины, снабженной жесткой телескопической рабочей штангой, которая является весьма сложным, массивным и дорогостоящим устройством.

Предложенное решение позволяет упростить процесс поворота и захвата пробки пенала за счет воздействия силы тяжести вертикально перемещающегося, подвешенного на канате устройства и винтовой линии при взаимодействии контактирующих элементов устройства и пробки. Предлагаемый способ осуществляется с помощью устройства, представленного на рис. 5.

Рис. 5. Схема способа перегрузки топливных элементов в ядерном реакторе перегрузочной машиной

с гибким подвесом объектов.

В зоне 1 перегрузки топливных элементов реактора типа ВВЭР на полу реакторного отделения установлена перегрузочная машина, состоящая из моста 2, тележки 3, на которой установлены несущая сварная металлоконструкция 10, на которой закреплены приводной барабан 9 привода подъема объектов перегрузки, полиспастные блоки 5, 6 и 8, образующие сдвоенный полиспаст.

Верхние блоки 5 полиспаста закреплены на металлоконструкции 10.

Канат 7 обходит все блоки полиспастов, причем дополнительная масса М 12 на нижнем подвижном блоке 8 обеспечивает достаточное натяжение ветвей полиспаста для строго вертикального перемещения его по вертикальной оси N. Кроме того, обеспечение точности расположения ветвей канатов по размерам a x a (сечение А-А) производится за счет направляющих отверстий 14 в верхних опорах узла неподвижного блока 5 и в подвижном блоке.

В сечении А-А показано по линии D направления смещения каната, сбегающего с приводного барабана 9. Зона обслуживания и смены приспособлений и инструментов показана условно. В этой зоне происходит, например, смена автоматического захвата кассет или других приспособлений в месте К, показанном условно. Для быстрого перемещения машины объект поднимают в защитную трубу 11.

Наведение подвесного блока с дополнительной массой 12 и захватом объекта производится после совмещения оси N с геометрической осью объекта 13.

Подвесное автоматическое устройство поворота и захвата пробки пенала представлено изобретениями [3,4].

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Пат. 2260502 РФ МПК С1 В23 С3/00 G21. Способ фрагментации радиоактивного оборудования с помощью подвесных блоков-модулей.

2. Пат. 2319236 РФ С1 МПК G21 C 19/00. Устройство перегрузки топливных элементов в ядерном реакторе перегрузочными машинами с гибким подвесом объектов.

3. Пат. 2319234 РФ С1 МПК П21 С 19/00. Подвесное автоматическое устройство поворота крышки гермопенала.

4. Пат. 2332729 РФ С1 МПК G21 С 3/00. Подвесное автоматическое устройство поворота и захвата пробки пенала.

Innovation projects in power engineering

P. D. Kravchenko

Volgodonsk Institute of Service (branch) «South-Russian State University of Economy and Service», 16Mira St., Volgodonsk, Rostov region, Russia 347380, e-mail: krapa21@yandex.ru

Abstract - Project decisions for dismantling of radioactive equipment and reload machine with

rope suspension for loading objects at NPP are represented.

Keywords: dismantle of radioactive equipment, suspended blocks-modules, rope suspension,

automatic harness, method of dismantle.