ЧЕХОЛ ДЛЯ РАЗМЕЩЕНИЯ И ХРАНЕНИЯ ОТРАБОТАВШИХ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ СБОРОК РЕАКТОРА ВВЭР-1000
COVER FOR PLACING AND STORING OF SPENT FUEL ASSEMBLIES OF VVER-1000 REACTOR

Изобретение относится к ядерной технике, а именно к дистанционирующим устройствам, предназначенным для размещения в них отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС) реактора типа ВВЭР-1000, во время их транспортирования и хранения в контейнерах.
Известен контейнер для транспортирования и/или хранения отработавшего ядерного топлива (п. RU №2348085, G21F 5/00, опубл. 27.02.2009), во внутренней полости которого установлена дистанционирующая решетка (чехол). В варианте осуществления изобретения в ней может быть размещено до 19-ти ОТВС с максимальным тепловыделением не более 38 кВт. Чехол обеспечивает строго определенное положение ОТВС во внутренней полости контейнера и передачу тепла, выделяемого ОТВС, корпусу контейнера. Чехол выполнен, например, в виде составного цилиндра из отдельных алюминиевых блоков, внутри которых расположены по принципу «пчелиных сот» шестигранные трубы. Для обеспечения ядерной безопасности наружная поверхность труб покрыта самофлюсующимся борсодержащим сплавом, обеспечивающим поглощение нейтронов, выделяемых ОТВС.
Недостатком является то, что вместимость чехла ограничивается 19 ОТВС. В настоящее время требуется размещение, по крайней мере, 20 ОТВС с обеспечением оптимальных габаритов чехла.
Известен также чехол для размещения и хранения отработавших тепловыделяющих сборок реактора ВВЭР-1000 (п. RU №2453007, G21F 5/00, опубл. 10.06.2012). Чехол сдержит центральную трубу, дистанционирующие решетки с двадцатью трубами, в которых размещаются ОТВС. Трубы выполнены в виде шестигранника, и установлены они в два кольцевых ряда относительно оси центральной трубы, разделенных промежуточной трубой. Трубы в ряду сопрягаются друг с другом ребрами, а часть граней с наружной стороны облицована накладками радиационной защиты. Чехол обеспечивает оптимальное расположение, по крайней мере, 20 ОТВС и эффективный теплоотвод от них.
Этот чехол принимается за прототип, как наиболее близкий по технической сущности к заявляемому техническому решению.
Недостатком чехла является то, что выполнение двадцати шестигранных труб из алюминиевого сплава, которые обеспечивают эффективный теплоотвод от ОТВС, приводит при загрузке (выгрузке) в чехол ОТВС и транспортировании чехла в составе контейнера, когда температура внутренней полости контейнера превышает +300°C, к значительному механическому износу чехла, что сокращает срок его эксплуатации.
Также недостатком является выполнение несущей силовой конструкции, в частности, центральной трубы, из алюминиевого сплава и сварной, работающей в условиях значительного перепада температур (от -40°C до +350°C), что требует частого технического обслуживания с подтверждением прочностных характеристик.
Техническим результатом настоящего изобретения является создание чехла для размещения и хранения не менее 20 отработавших тепловыделяющих сборок, обладающего повышенным сроком службы, достаточно простым регламентным обслуживанием и ремонтом при эксплуатации.
Технический результат достигается тем, что в чехле для размещения и хранения отработавших тепловыделяющих сборок реактора ВВЭР-1000, содержащем центральную трубу, дистанционирующие решетки с шестигранными трубами, в которых размещаются отработавшие тепловыделяющие сборки, установленными относительно оси центральной трубы в два кольцевых ряда, разделенных промежуточной трубой, при этом трубы в ряду сопрягаются друг с другом ребрами, а часть граней с наружной стороны имеет вставки радиационной защиты, дистанционирующие решетки с трубами выполнены в виде скрепленных между собой секций, каждая из которых выполнена из алюминиевого сплава и состоит из центральной трубы, двух дистанционирующих решеток с шестигранными отверстиями, в которых размещены шестигранные трубы, имеющие на концах внутренние шестигранные проточки, в последние установлены шестигранные направляющие из коррозионно-стойкой стали, секции установлены на основание, состоящее из дистанционирующей опоры с отверстиями, по оси которых с наружной стороны установлены устройства поджима, и несущей трубы, нижняя секция и несущая труба закреплены на опоре крепежными элементами, на дистанционирующей решетке верхней секции и между дистанционирующими решетками секций установлены диафрагмы из коррозионно-стойкой стали, несущая труба также выполнена из коррозионно-стойкой стали и имеет переходник под грузозахватное устройство.
В вариантах исполнения чехла:
- в первом ряду относительно оси центральной трубы секции размещено семь труб, а во втором - тринадцать;
- каждая труба в кольцевом ряду размещена таким образом, что сопрягается гранью с промежуточной трубой;
- в первом ряду труб относительно центральной трубы секции вставки радиационной защиты установлены на двух гранях каждой трубы, образующих ребро сопряжения труб, а во втором ряду - вставки также установлены на двух гранях каждой трубы, одна из которых сопряжена с промежуточной трубой, вторая - соседняя с первой;
- вставки радиационной защиты содержат аморфный бор;
- переходник под грузозахватное устройство на центральной несущей трубе выполнен съемным. Материал переходника - коррозионно-стойкая сталь;
- с наружной стороны опоры установлен съемный конус с направляющими пазами;
- в дистанционирующих решетках секций, диафрагмах и опоре имеются направляющие пазы.
Выполнение чехла в виде разборной конструкции, составные части которой соединены между собой крепежными элементами, позволяет:
- изготовить секции, состоящие из дистанционирующих решеток и труб, из алюминиевого сплава высокой теплопроводности сварными, при этом в виду небольших габаритных размеров каждой секции, не превышающих 1,5 м, она технологична при механической обработке;
- изготовить составные части чехла (несущую трубу со съемным переходником, диафрагмы, дистанционирующую направляющую диафрагму и шестигранные направляющие), образующие при сборке чехла силовой каркас, из коррозионно-стойкой стали, чем достигается необходимая механическая прочность и износостойкость конструкции;
- исключить взаимное влияние температурных деформаций несущей трубы и надетых на нее секций с закреплением нижней секции на опоре основания, изготовленных соответственно из коррозионно-стойкой стали и алюминиевого сплава.
Наличие устройств поджима позволяет подпружинить чехол и ОТВС в контейнере, при этом возможны незначительные поперечные и продольные перемещения чехла и ОТВС при нагрузках, превышающих усилия устройств поджима.
Наличие съемного конуса с направляющими пазами позволяет производить его крепление к опоре основания, на котором уже установлены устройства поджима, при этом конус выполняет функцию направляющей, когда чехол устанавливается в контейнер для транспортирования отработавших тепловыделяющих сборок.
Наличие направляющих пазов в составных частях чехла позволяет обеспечить фиксированное угловое положение чехла в контейнере для транспортирования отработавших тепловыделяющих сборок.
Расположение шестигранных труб в секции в два ряда, когда в первом ряду относительно оси центральной трубы секции размещено семь труб, а во втором - тринадцать с сопряжением с промежуточной трубой гранью, а в каждом ряду между собой ребрами, при наличии вставок радиационной защиты на двух гранях каждой трубы, позволяет наиболее оптимальное радиационно-безопасное расположение в чехле 20 ОТВС.
Использование составных частей чехла из разных материалов (алюминиевого сплава и коррозионно-стойкой стали) позволяет оптимизировать конструкцию по габаритно-массовым характеристикам.
На фиг. 1 показан общий вид чехла для размещения и хранения отработавших тепловыделяющих сборок реактора типа ВВЭР-1000; на фиг. 2 - поперечное сечение чехла, сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - элемент Б на фиг. 1.
Чехол (см. фиг. 1, 2 и 3) содержит основание 1, имеющее опору 2 с устройствами поджима 3 под каждую ОТВС и несущую трубу 4, на конце которой закреплен съемный переходник 5. Материал опоры 2 - алюминиевый сплав, материал остальных составных частей основания 1 - коррозионно-стойкая сталь. Чехол также содержит секции 6, выполненные из алюминиевого сплава. Каждая секция 6 состоит из центральной трубы 7, ограненной снаружи, дистанционирующих решеток 8 с направляющими пазами «а», присоединенных на сварке к центральной трубе 7, между которыми установлены шестигранные трубы 9 (не менее 20 штук). Трубы 9 присоединены к дистанционирующим решеткам 8 сваркой, выполнены в виде шестиграника и установлены в два кольцевых ряда относительно оси центральной трубы 7, ряды разделены промежуточной трубой 10. В каждом ряду трубы 9 сопрягаются друг с другом ребрами, а с промежуточной трубой 10 сопрягаются гранью, часть граней труб 9 с наружной стороны имеет вставки 11 радиационной защиты из аморфного бора. Нижняя секция 6 надета на несущую трубу 4 и закреплена на опоре 2 с помощью болтов 12, гаек 13 и шайб 14. Между собой секции 2 соединены с помощью болтов 15, гаек 16 и шайб 17, при этом между дистанционирующими решетками 8 секций установлены диафрагмы 18 из коррозионностойкой стали, имеющие направляющие пазы «а», а в шестигранные проточки отверстий труб 9 установлены направляющие 19 из коррозионностойкой стали. На дистанционирующей решетке 8 верхней секции 6 болтами 21 и гайками 22 закреплена дистанционирующая диафрагма 20 из коррозионностойкой стали. На опоре 2 с помощью болтов 24 и шайб 25 закреплен конус 23 из алюминиевого сплава, имеющий пазы «а».
Заявляемый чехол для размещения и хранения отработавших тепловыделяющих сборок реактора ВВЭР эксплуатируется следующим образом.
Чехол с помощью грузозахватного устройства (на фиг. не показан), присоединяемого к переходнику 5, устанавливают в рабочую позицию вертикально. Местом размещения чехла может быть специально оборудованная площадка с подставкой или контейнер, предназначенный для транспортирования и хранения отработавших тепловыделяющих сборок реактора ВВЭР-1000. Для установки чехла в заданное угловое положение при виде на него сверху используют пазы «а», в которые заходят направляющие контейнера или подставки. Установка ОТВС в чехол может производиться как в воздушной среде, так и в воде. ОТВС загружают в шестигранные трубы 9 секций 6 чехла по одной в заданной последовательности с опорой на устройства поджима 3 с помощью специального грузоподъемного устройства (на фиг. не показано). После загрузки чехол может быть перенесен грузоподъемным устройством в требуемое место, а при нахождении чехла в контейнере производится упаковка контейнера по заданному технологическому регламенту. Внутри контейнера чехол с ОТВС закрепляется с помощью устройств поджима 3, при этом подпружиненный чехол и ОТВС имеют возможность незначительных поперечных и продольных перемещений. Для транспортирования контейнер, как правило, переводят в горизонтальное положение. При транспортировании из-за возможности перемещений чехла и ОТВС происходит процесс трения между сопрягаемыми поверхностями, при этом наличие диафрагм, шестигранных направляющих и несущей трубы, изготовленных из коррозионно-стойкой стали, предотвращает повреждение сопрягаемых с контейнером и ОТВС поверхностей алюминиевых секций чехла. Извлечение ОТВС или чехла, с установленными в нем ОТВС, из контейнера производят на соответствующем посту обслуживания специальным грузоподъемным устройством.
Для проведения регламентных работ с чехлом и его ремонта он может быть разобран на составные части путем снятия соответствующих крепежных элементов.