КОНТЕЙНЕР ДЛЯ РАДИОАКТИВНЫХ ОТХОДОВ

Полезная модель контейнера для радиоактивных отходов относится к области атомной физики, а именно к защитным устройствам от радиоактивного излучения, преимущественно к металлическим контейнерам с радиоактивными отходами, предназначенным для транспортирования твердых и отвержденных радиоактивных отходов (РАО) атомных электростанций и спецпредприятий, гражданских и военных судов с ядерными реакторами, а также химических и иных производств, например, отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) к местам их захоронения, а также для их штабелирования путем укладки друг на друга при временном хранении в производственных условиях или длительном захоронении в отведенных для этого местах.
Анализ уровня техники в указанной области показал, что известен контейнер для захоронения и/или транспортирования радиоактивных отходов, содержащий корпус из бетонного литья, образованный боковыми и торцевыми стенками и днищем, и съемной герметизируемой крышкой, выполненной с патрубком подачи цементирующего материала и с захватными элементами, строповочные элементы, выполненные каждый с отверстием для захвата подъемно-транспортным средством и расположенные симметрично - оппозитно относительно вертикальной оси корпуса (Патент РФ на полезную модель №98844, МПК: G21F 5/00, публ. 27.10.2010 г.).
Невозможность достижения указанным устройством аналога технического результата, достигаемого заявляемым техническим решением является то, что в аналоге строповочные элементы расположены на узких угловых гранях корпуса перпендикулярно к их плоскости, что при их захвате подъемно-транспортным средством может привести в дальнейшем к появлению трещин на стыке строповочного элемента с корпусом из-за его большого веса, либо потребует выполнения строповочного элемента из материала особой прочности и увеличенных размеров, что повысит стоимость изделия. Указанное выше может привести к снижению радиоактивной надежности изделия.
Известно устройство для транспортировки контейнеров для сыпучих продуктов, содержащее корпус, образованный прямоугольным каркасом, включающим боковые, нижние, верхние и вертикальные угловые несущие элементы, облицованный металлическими листами с образованием боковой стенки и торцевых стенок, днища, строповочные элементы, расположенные вертикально и симметрично - оппозитно относительно вертикальной оси корпуса на вертикальных угловых несущих элементах с отверстием для захвата подъемно-транспортным средством, (WO, Патент №2010111227 A2, МПК: B65D 88/12, В65D 19/38, В65D 88/22, B65C 1/62, публ. 30.09.2010 г., ИСМ, вып.34, №18/2011 г., стр.131, 132).
Невозможность достижения указанным устройством аналога технического результата, достигаемого заявляемым техническим решением является то, что в аналоге, строповочные элементы смонтированы проходящими через серединные вырезы в вертикальных угловых несущих элементах, что приводит к повышенным требованиям их закрепления, и, следовательно, дополнительным материальным затратам. Кроме того, указанные контейнеры конструктивно не приспособлены к защите от радиоактивного излучения из-за отсутствия герметичной облицовки.
Из известных устройств контейнеров наиболее близким к заявляемому является контейнер для хранения и транспортирования радиоактивных отходов, содержащий корпус параллелепипедной формы, образованный каркасом, облицованным листовыми панелями, закрепленными на горизонтальных нижних и верхних, а также вертикальных угловых несущих элементах каркаса с образованием боковых и торцевых стенок и днища, и съемной герметизируемой крышкой, выполненной с патрубком подачи цементирующего материала и с захватными элементами, строповочные элементы, выполненные каждый с отверстием для захвата подъемно-транспортным средством, расположенные симметрично - оппозитно относительно вертикальной оси корпуса и жестко закрепленные на наружной боковой поверхности вертикальных угловых несущих элементов (РФ, Полезная модель №18797, МПК: G21F 5/00, публ. 10.07.2001 г. №19)
Невозможность достижения указанным устройством прототипа технического результата, достигаемого заявляемым техническим решением является то, что в прототипе строповочный элемент, выполнен в виде проушин, закрепленных на боковой и торцевой наружных гранях угловых несущих элементах отогнуто от корпуса, что приведет после некоторого количества подъема их транспортным средством в местах, прилегающих к корпусу при воздействии вертикально направленной подъемной силы, появлению трещин, а в дальнейших к их слому и снижению эксплуатационной надежности и, как следствие, к снижению радиационной безопасности.
При разработке заявленного устройства была поставлена задача улучшения радиационной безопасности контейнера при его транспортировке и/или штабелировании.
При решении поставленной задачи был достигнут технический результат, заключающийся в повышении эксплуатационной надежности контейнера для РАО при его переносе путем изменения конструкции листовых панелей и строповочных элементов, позволяющего закрепить строповочный элемент вертикально на поверхностях как углового так и верхнего несущих элементов, для чего пришлось вырезать часть листовой оболочки панели для размещения строповочного элемента, а также снабдить его дополнительно выступом для более удобной укладки контейнеров друг на друга при их вертикальном штабелировании.
Указанный технический результат получен устройством заявляемого защитного контейнера для радиоактивных отходов, которое содержит корпус параллелепипедной формы, образованный каркасом, облицованным листовыми панелями, закрепленными на горизонтальных нижних и верхних, а также вертикальных угловых несущих элементах каркаса с образованием боковых и торцевых стенок и днища, и съемной герметизируемой крышкой, выполненной с патрубком подачи цементирующего материала и с захватными элементами, строповочные элементы, выполненные каждый с отверстием для захвата подъемно-транспортным средством, расположенные симметрично - оппозитно относительно вертикальной оси корпуса и жестко закрепленные на наружной боковой поверхности вертикальных угловых несущих элементов.
Новым в устройстве является то, что листовые панели боковых стенок выполнены каждая в верхней угловой части корпуса с выемкой для установки строповочного элемента, продольная плоскость которого расположена вертикально, и снабженного со стороны, обращенной к корпусу, выступом, закрепленным на наружной боковой поверхности верхнего профиля, плоскость верхней грани которого расположена ниже отверстия и плоскости наружной поверхности крышки корпуса, и выше или заподлицо с верхней наружной поверхностью верхних несущих элементов, причем строповочные элементы жестко закреплены на наружной боковой поверхности вертикальных угловых несущих элементов посредством выступа, a h>d, где h - ширина выступа;
d - толщина листовой панели.
Кроме того, горизонтальные нижние и верхние, а также вертикальные угловые несущие элементы могут быть выполнены в виде профилей, а каркас корпуса может быть усилен вертикальными боковыми и наклонными несущими элементами, выполненными в виде профилей.
Крышка контейнера может быть выполнена с выборкой по ее периметру, оснащенной посадочными отверстиями для прохождения через них крепежных элементов.
Захватные элементы крышки могут быть выполнены с возможностью их укладки в горизонтальное положение.
Срез панелей может быть выполнен под углом, равным наклону скоса смежной с ним части строповочного элемента.
Во внутреннюю полость корпуса может быть введено устройство равномерной подачи цементирующего материала, содержащее подающий трубопровод, соединенный входом с патрубком подачи цементирующего материала, а выходом с системой перфорированных фасонных трубопроводов.
Листовые панели могут быть выполнены металлическими.
Устройство контейнера для радиоактивных отходов марки КРАД-3,0 представлено на чертежах, где изображено на:
Фиг.1 - каркас устройства в изометрии;
Фиг.2 - вид устройства спереди;
Фиг.3 - вид устройства сверху;
Фиг.4 - вид устройства сбоку;
Фиг.5 - разрез А-А на Фиг.3 в увеличенном масштабе;
Фиг.6 - продольный разрез строповочного элемента в увеличенном масштабе;
Фиг.7 - вид Б на строповочный элемент на Фиг.3 в увеличенном масштабе;
Фиг.8 - фрагмент укладки контейнеров при штабелировании в увеличенном масштабе в разрезе В-В на Фиг.3.
Устройство контейнера для радиоактивных отходов марки КРАД-3,0 содержит корпус 1 параллелепипедной формы, образованный прямоугольным каркасом 2 (Фиг.1), включающим вертикальные боковые 3 и угловые 4, горизонтальные нижние 5 и верхние 6 несущие элементы, и усиленным наклонными несущими элементами в виде стяжек 7. Каркас облицован снаружи листовыми металлическими панелями 8 из стали, обеспечивающих многолетнюю коррозионную стойкость, закрепленных на несущих элементах 4-6, с образованием боковых 9 (Фиг.2, 3) и торцевых 10 стенок, днища 11, а также снабжен съемной герметизируемой крышкой 12, выполненной с патрубком 13 подачи цементирующего материала. Возможно закрепление листовых панелей и на несущих элементах 3 и 7. Все несущие элементы выполнены из профилей, предпочтительно, треугольного сечения. Возможно выполнение несущих элементов в поперечном сечении четырехугольными. Металлические панели 8 закреплены на соответствующих горизонтальных нижних 5 и верхних 6, вертикальных угловых 4 несущих элементах, а также на элементах 3 и 7 посредством сварки. Панели 8 боковых стенок 9 выполнены в верхней угловой части корпуса с выемкой для установки строповочного элемента 14 с отверстием 15, выполненной, предпочтительно, в виде среза 16 (Фиг.7), например, наклонного к горизонтальной плоскости под углом ε для установки строповочного элемента 14 в углублении, образованном срезом 16 и наружной боковой поверхностью 17 угловых несущих элементов 4. Строповочный элемент 14 со стороны смежного с ним среза 16 металлической панели также выполнен со скосом 18 под углом наклона β, равным углу наклона ε среза 16. Конструктивно срез 16 может быть и другой конфигурации, при этом скос 18 должен быть по форме выполнен аналогично срезу 16 для удобства размещения строповочного элемента. Продольная плоскость C-C' (Фиг.6) каждого строповочного элемента 14 расположена вертикально и, следовательно, параллельно плоскости соответствующих листовых панелей боковых стенок. Каждый строповочный элемент 14 со стороны, обращенной к корпусу, выполнен с выступом 19 (Фиг.5), жестко закрепленным, например, посредством сварки на наружной боковой поверхности 17 соответствующего вертикального углового 4 несущего элемента и на наружной боковой поверхности 20 верхнего несущего элемента 6. Ширина h (Фиг.6) выступа выполнена больших размеров, чем толщина d (Фиг.5) металлической панели 8, то есть h>d, при этом образуется зазор b (Фиг.8) для удобной установки верхнего контейнера при штабелировании.
Плоскость верхней грани 21 выступа расположена ниже отверстия 15, чтобы не перекрывать его, и плоскости наружной поверхности 22 крышки корпуса. Кроме того, она располагается выше или заподлицо с верхней наружной поверхностью верхних несущих элементов 6. При этом выступ может быть выполнен в виде утолщения монолитного со строповочным элементом, либо, например, может быть выполнен как самостоятельная пластина, жестко прикрепленная к строповочному элементу, при этом ее формы, размеры и расположение должны быть в соответствии с написанным выше для выступа. Строповочные элементы расположены симметрично - оппозитно относительно вертикальной оси O-O'корпуса 1.
Между крышкой 12 и верхними несущими элементами 6 укладывается прокладка 23 (Фиг.8) для герметизации крышки. Крышка выполнена, предпочтительно, с выборкой 24 (Фиг.3) по периметру крышки, оснащенной посадочными отверстиями 25 для прохождения через них крепежных элементов 26, выполненных в виде, например, болтов с гайками для закрепления ее на верхних несущих элементах 6. Она оснащена захватными элементами 27 для ее захвата при монтаже, выполненными в виде ручек с возможностью их укладки в горизонтальное положение, например, посредством их установки шарнирно.
Для более равномерной подачи герметизирующего материала во внутреннюю полость корпуса 1 в конструкцию контейнера марки КРАД-3,0 введено устройство 28 равномерной подачи цементирующего материала, содержащее подающий трубопровод 29, соединенный входом с патрубком подачи цементирующего материала 13, а выходом с системой перфорированных фасонных трубопроводов 30. Возможно выполнение конструкции и без устройства 28.
Монтаж контейнера марки КРАД-3,0 производится следующим образом.
В заводских условиях соединяют сваркой все несущие профили 3-7 каркаса, облицовывают их металлическими листами 8, закрепляя их на соответствующих горизонтальных нижних 5, верхних 6, вертикальных угловых 4 профилях а также на боковых профилях 3 и наклонных 7. При этом листы со срезами 16 располагают обращенными срезами к соответствующим угловым несущим профилям 4, закрепляя их на них, а также и на профилях 5 и 6. Приваривают сваркой к верхним 6 и угловым 4 несущим профилям выступы 19 строповочных элементов 14, размещая скос 18 обращенным и/или соприкасающимся со срезом 16 панели. При этом выступ 21 располагается по высоте, исходя из условия, что плоскость его верхней грани располагается ниже плоскости наружной поверхности 22 крышки корпуса, и выше или заподлицо с верхней наружной поверхностью верхних несущих элементов 6. Располагают корпус 1 контейнера на опорном фундаменте и при снятой крышке 12 в его внутреннюю полость устанавливают устройство 28 равномерной подачи цементирующего материала, присоединяя нижний конец подающего трубопровода 29 к перфорированному трубопроводу 30. Надевают посредством захватных элементов 27 крышку 12, например, используя траверсу (на чертеже не показана), таким образом, чтобы крепежные элементы 26 прошли сквозь посадочные отверстия 25 периферической выборки 24, присоединяют верхний конец подающего трубопровода 29 к штуцеру патрубка подачи 13 цементирующего материала и надевают на крепежные элементы 26, например, болты, соответствующие шайбы, далее навинчивают на них гайки.
Подъемно-транспортным механизмом захватывают собранный контейнер за отверстия 15 строповочных элементов 14 и транспортируют готовый контейнер к месту заполнения его РАО либо, если это необходимо штабелируют на производственных площадях, легко устанавливая контейнеры друг на друга, так как, во-первых, нижний край верхнего контейнера вместе с панелью боковой стенки 9 не касается строповочного элемента из-за того, что ширина h выступа 19 принята более толщины d панели и остается некоторый горизонтальный зазор b (фиг.8) между внутренней, обращенной к установленному сверху контейнеру, поверхностью строповочного элемента и наружной поверхностью боковой панели верхнего контейнера, что исключает горизонтальное касание верхнего контейнера и строповочного элемента и появление трещин в строповочном элементе. Во-вторых, плоскость верхней грани 21 выступа 19 располагается в вертикальном интервале S, ограниченном сверху наружной поверхностью 22 крышки 12 корпуса, а снизу уровнем верхней наружной поверхности верхних несущих элементов 6, благодаря чему сверху исключается вертикальный контакт между установленным контейнером и выступом строповочного элемента, в том числе и при воздействии на строповочный элемент подъемной силы, а, следовательно, исключается появление трещин, что приводит к повышению по сравнению с прототипом эксплуатационной надежности устройства при его транспортировании и/или штабелировании. Расположение грани 21 в нижней части интервала выше или заподлицо с верхней наружной поверхностью верхних несущих элементов 6 объясняется обеспечением максимально контактной площади контейнера с выступом, что повышает их сцепляемость. Расположение же грани 21 ниже верхней наружной поверхности верхних несущих элементов 6 (Фиг.7) нецелесообразно из-за неполного использования площади прикрепления выступа 19 к площади верхнего элемента 6, что снижает надежность транспортирования. При этом длина выступа в указанном пределе определяется расчетным путем в зависимости от размеров и объема контейнера. Кроме того, строповочный элемент прикреплен к корпусу посредством выступа 19, жестко присоединенного как к верхнему профилю 6, так и к угловому профилю 4, в отличие от прототипа, что увеличивает его жесткость и, следовательно, уменьшает риск появления трещин.
Работа устройства заключается в следующем.
Грузоподъемным механизмом с помощью захватных элементов 27 крышки 12 снимают крышку, заполняют полость контейнера марки КРАД-3,0 отверждаемыми радиоактивными отходами и вновь устанавливают крышку на корпус как описано выше. Подводят рукава распределительного устройства (на чертеже не показаны) к патрубку 13, заливают отверждающий материал с высокопроникающим цементом, например, самоотверждающийся бетон, который, проходя по подающему трубопроводу 29, попадает в перфорированные трубы 30, а из них через отверстия во внутреннюю полость корпуса контейнера, равномерно растекаясь сначала по его дну, а затем поднимаясь вверх, самоуплотняясь и исключая появление воздушных пустот. После окончания заполнения наружный конец подающего трубопровода закрывают заглушкой (на чертеже не показаны).
Далее контейнер транспортируют грузозахватным устройством на транспорт к месту захоронения, либо штабелируют для дальнейшей транспортировки или при дальнейшем хранении на указанном месте. Указанная конструкция позволяет, по сравнению с прототипом безопасно осуществлять перенос подъемно-транспортным средством, пропущенным в отверстия 15 строповочного элемента 14, контейнеров достаточно большего объема заполнения РАО, так как в ней при переносе контейнера строповочный элемент расположен в отличие от прототипа вертикально, то есть совпадающим с направлением силы натяжения от воздействия транспортирующего устройства, что предотвращает появление трещин. Кроме того, строповочный элемент снабжен выступом, который жестко прикреплен к двум профилям 4 и 6 корпуса, что увеличивает его жесткость и позволяет использовать контейнеры больших объемов при обеспечении радиоактивной безопасности. При увеличении высоты выступа в интервале S и тем самым толщины строповочного элемента, увеличивается и его жесткость и надежность переноса контейнера.. Указанная конструкция позволяет одновременно использовать такой контейнер и для штабелирования посредством создания вертикальных и горизонтальных зазоров между выступом строповочного элемента и верхнеукладываемым контейнером.
Возможность осуществления заявляемого контейнера подтверждается использованием известных средств и недефицитных материалов, в том числе представленных на уровне функционального обобщения, используемых в области ядерной техники, и с достижением технического результата, заключающегося в повышении эксплуатационной надежности, а, следовательно, радиоактивной безопасности контейнера, а также в расширении арсенала обслуживаемых контейнеров по тоннажу за счет увеличения жесткости конструкции строповочного элемента и его расположения, позволяющего исключить его контакт с обслуживаемыми контейнерами при штабелировании.