ПЕНАЛ ХРАНЕНИЯ ОТРАБОТАВШЕГО ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА

Полезная модель относится к атомной энергетике, в частности, к средствам для хранения отработавших ядерных топливных элементов реактора РБМК-1000 и предназначена для использования в сухом хранилище отработанного ядерного топлива.
Пучки твэлов отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС) реактора РБМК-1000 помещаются на АЭС в ампулы, которые в защитном контейнере транспортируются в «сухое» хранилище. Далее в камере комплектации пеналов (ККП) ампулы с пучками твэлов устанавливаются в корпуса пеналов, которые затем герметизируются сваркой крышек с корпусами. После вакуумирования пеналы заполняются через клапаны азотно-гелиевой смесью под избыточным давлением, клапаны герметизируются сваркой, а затем пеналы по одному устанавливаются перегрузочной машиной в гнезда хранения в два яруса.
Известен герметичный пенал хранения отработавшего ядерного топлива (см. патент РФ №2372678, Кл. G21F 5/008, 2008), проект 164-30-0003 ОАО «ЦКБМ, содержащий корпус и крышку с грузозахватным устройством, выполненным на крышке пенала в виде центрального грибка и дублирующего захватного бурта, выполненного по периферии крышки. В центральном грибке крышки установлены шариковый замок и клапан, управление которыми осуществляется с помощью управляющей стержень-заглушки. Герметизация пенала осуществляется сваркой кромок корпуса и крышки и кромок центрального грибка и управляющей стержень-заглушки, расположенных на верхнем торце центрального грибка. Корпус содержит днище с амортизатором и коническим заглушенным карманом по центральной оси, к которому приварена центральная труба. Центральная труба сцепляется шариковым замком с грибком крышки. В корпусе установлена решетка с ячейками для ампул, по периферии которой установлены вертикальные стойки.
К днищу присоединен амортизатор, выполненный в виде тонкостенных концентрических обечаек, приваренных верхними концами к днищу, а нижними к двум опорным кольцам, образуя две группы концентрических тонкостенных обечаек, одна из которых при установке на пенал первого яруса размещается по периферии крышки, а другая между грибком и захватным буртом.
Так как загруженные пеналы устанавливаются в гнезде хранения в 2 яруса, то существует вероятность падения пенала в гнездо хранения и пенала на пенал, уже установленный в гнездо хранения. В этом случае осуществляется их извлечение из гнезда хранения и возвращение в камеру комплектации пеналов, где специальным устройством срезаются сварные швы крышки с корпусом и кромок центрального грибка и управляющей стержень-заглушки. Управляющей стержень-заглушкой открывается шариковый замок, крышка снимается с корпуса, после чего ампулы с пучками твэлов перегружаются в новые пеналы.
Известный пенал выбран заявителем в качестве прототипа полезной модели.
При эксплуатации пеналов возможно возникновение проектных аварийных ситуаций, а именно:
- падение пенала в гнездо хранения с высоты 12 м;
- падение пенала на пенал с высоты 8 м.
Для обеспечения безопасной эксплуатации конструкция пеналов должна обеспечивать возможность извлечения пенала из гнезда хранения перегрузочной машиной в случае его падения в гнездо с высоты 12 м.
При падении пенала на пенал конструкция пеналов должна обеспечивать возможность извлечения перегрузочной машиной пеналов по отдельности из гнезда хранения, сохранение работоспособности замка крышки пенала нижнего яруса и извлекаемость ампул из ячеек решетки для их перегрузки в новый пенал. При падении пенала на пенал ударная нагрузка, передаваемая и частично компенсируемая при смятии группы тонкостенных концентрических обечаек, размещенных по периферии крышки верхнего пенала, воздействует на периферийную часть крышки нижнего пенала и далее, после определенной деформации обечайки корпуса нижнего пенала, нагрузка воспринимается одновременно его обечайкой и вертикальными стойками, что сокращает деформацию его обечайки и предохраняет ампулы от воздействия крышки.
Ударная нагрузка, передаваемая и частично компенсируемая смятием внутренней группы тонкостенных концентрических обечаек верхнего пенала, также воздействует на поверхность крышки нижнего пенала, расположенную между грибком и захватным буртом.
Проведенные «бросковые» испытания известных пеналов показали, что при падении пенала с высоты 12 м на гладкую поверхность тонкостенные концентрические обечайки амортизатора сминаются полностью, а пенал извлекается из гнезда хранения.
Испытания при падении пенала на пенал с высоты 8 м показали, что тонкостенные концентрические обечайки амортизаторов верхнего и нижнего пеналов сминаются частично, днище верхнего пенала опирается коническими стенками кармана на фаску грибка нижнего пенала, у нижнего пенала крышка деформирована с образованием вогнутости, а свариваемые кромки грибка и управляющей стержень-заглушки, размещенные в кармане верхнего пенала, не подвергаются смятию.
К недостаткам известного пенала относится то, что при падении пенала на пенал внутренняя группа тонкостенных концентрических обечаек, при ударе о поверхность крышки между грибком и захватным буртом деформируется, при этом смятая часть тонкостенных обечаек может располагаться как под захватным буртом, так и под грибком. При этом пеналы могут сцепиться между собой, а извлечение пеналов и их размещение в защитных гнездах перегрузочной машины возможно только по одному пеналу. Кроме того, воздействие ударной нагрузки внутренней группы тонкостенных концентрических обечаек на поверхность крышки между грибком и захватным буртом, а также конических стенок кармана днища верхнего пенала на фаску грибка нижнего пенала приводит к деформации крышки с образованием вогнутости, что, в свою очередь, может привести к выходу из строя шарикового замка. При выходе из строя шарикового замка, крышку снять невозможно даже после срезания герметизирующих сварных швов имеющимися в ККП устройствами вследствие отсутствия доступа к центральной трубе.
Также к недостаткам относится то, что выполнение отбортованного кармана в днище требует изготовления днища точением из поковки и затрудняет применение плоских отбортованных штампованных днищ.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении полезной модели, заключается в исключении сцепления пеналов и деформации крышки при падении пенала на пенал.
Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом пенале хранения отработавшего ядерного топлива, в отличие от известного, в крышке пенала верхний торец дублирующего захватного бурта выполнен на одном уровне или выше свариваемых кромок центрального грибка и стержня-заглушки, а амортизатор выполнен в виде одной группы концентрических тонкостенных обечаек, соединенных в нижней части опорным кольцом.
Выполнение верхнего торца дублирующего захватного бурта на одном уровне или выше свариваемых кромок центрального грибка и стержня-заглушки позволяет, в случае падения пенала на пенал, обеспечить гарантированный зазор между днищем верхнего упавшего пенала и грибком нижнего, равный толщине опорного кольца амортизатора и исключить силовое взаимодействие между ними. Это позволяет предотвратить деформацию крышки и, как следствие, исключить вероятность выхода из строя замка при падении пенала на пенал, и создает возможность применения при изготовлении пенала плоских отбортованных штампованных днищ, что снижает трудоемкость изготовления пеналов.
Выполнение амортизатора в виде одной группы концентрических тонкостенных обечаек, соединенных в нижней части одним опорным кольцом, позволяет при падении пенала на пенал передать ударную нагрузку на бурт крышки нижнего пенала. После деформации обечайки нижнего пенала, величина которой определяется зазором между торцами вертикальных стоек решетки и внутренней поверхностью крышки, ударная нагрузка воздействует совместно на обечайку корпуса и вертикальные стойки решетки, и через них на днище и амортизатор нижнего пенала.
Соединение одной группы концентрических тонкостенных обечаек в нижней части одним опорным кольцом позволяет при его взаимодействии с захватным буртом крышки обеспечить изгиб опорного кольца под действием сминающихся концентрических тонкостенных обечаек, расположенных по обе стороны захватного бурта. При этом, изгибающееся вокруг захватного бурта опорное кольцо обеспечивает непопадание смятой части тонкостенных концентрических обечаек, как под захватный бурт, так и под грибок, и исключает воздействие ударной нагрузки тонкостенных концентрических обечаек на поверхность крышки между грибком и захватным буртом, в результате чего предотвращаются сцепление пеналов между собой и деформации крышки при падении пенала на пенал.
Предлагаемая полезная модель пенала иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3.
На фиг. 1 показан предлагаемый пенал;
на фиг. 2 - пеналы, установленные в гнезде хранения при нормальных условиях эксплуатации;
на фиг. 3 - пеналы в гнезде хранения после падения пенала на пенал.
Предлагаемый пенал (см фиг. 1) содержит корпус 1, крышку 2 и решетку 3. Корпус 1 выполнен из обечайки 4 с днищем 5, к которому присоединен амортизатор 6, состоящий из одной группы концентрических тонкостенных обечаек 7. В верхней части обечайки 7 приварены к днищу 5, а в нижней части присоединены на сварке к опорному кольцу 8. Крышка 2 представляет собой диск 9 с грузозахватным устройством, выполненным в виде центрального грибка 10 и дублирующего захватного бурта 11, выполненного по периферии крышки 2. В центральном грибке 10 установлена управляющая работой замка и клапана (на чертежах не показаны) стержень - заглушка 12, кромки 13 которой расположены на одном уровне с кромками 14 центрального грибка 10, свариваемыми при герметизации пенала. Верхний торец 15 дублирующего захватного бурта 11 выполнен на одном уровне с заваренными кромками 13 и 14 центрального грибка 10 и стержня - заглушки 12 соответственно, или выше их.
Решетка 3 содержит вертикальные стойки 16, размещенные по периферии корпуса 1, нижние торцы 17 которых упираются в днище 5, а верхние торцы 18 располагаются под крышкой с зазором, равным 2 мм. В ячейки решетки устанавливаются ампулы 19 с пучками твэлов, причем зазор между верхними торцами ампул и крышкой составляет 15 мм.
Элементы предлагаемого пеналов при нормальной эксплуатации и падении пенала на пенал работают следующим образом.
При нормальной эксплуатации (см фиг. 2) верхний пенал своим опорным диском 8 амортизатора 6 устанавливается на верхний торец 15 дублирующего захватного бурта 11 нижнего пенала.
При падении пенала на пенал (см. фиг. 3) и достижении опорным кольцом 8 амортизатора 6 верхнего пенала верхнего торца 15 дублирующего захватного бурта 11 нижнего пенала концентрические тонкостенные обечайки 7 амортизатора 6 верхнего начинают сминаться. При этом опорное кольцо 8 верхнего пенала изгибается по обе стороны верхнего торца 15, препятствуя попаданию смятой части тонкостенных концентрических обечаек 7, как под захватный бурт 11, так и под центральный грибок 10, в результате чего исключается сцепление пеналов между собой после падения. Под воздействием силы удара обечайка 4 нижнего пенала начинает деформироваться с образованием кольцевой выпуклости, и крышка 2, выбирая зазор между ее нижней поверхностью и вертикальными стойками 16, упирается в верхние торцы 18 вертикальных стоек 16. Далее сила удара передается совместно обечайкой 4 и вертикальными стойками 16 на днище 5 нижнего пенала и присоединенный к нему амортизатор 6.
При смятии амортизатора 6 верхнего пенала с учетом того, что между верхним торцом 15 дублирующего захватного бурта 11 располагается опорный диск 8 толщиной 3 мм, днище 5 верхнего пенала не достигает сваренных кромок 13 и 14 центрального грибка 10 и стержня-заглушки 11 соответственно. Кроме того, ударная нагрузка от падающего пенала не воздействует на поверхность крышки 2, расположенную между центральным грибком 10 и захватным буртом 11, что позволяет предотвратить деформацию крышки 2 и, как следствие, исключить вероятность выхода из строя замка при падении пенала на пенал. Кроме того, создается возможность применения при изготовлении пенала плоских отбортованных штампованных днищ, что снизит трудоемкость изготовления пеналов.