УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДЪЕМА И ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ОТРАБОТАВШИХ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ СБОРОК
DEVICE FOR LIFTING AND MOVING SPENT FUEL ASSEMBLIES

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к средствам для обеспечения безопасности при перегрузке отработавших тепловыделяющих сборок реактора ВВЭР 1000 из транспортных чехлов в чехлы хранилища и предназначено для использования в водонаполненных хранилищах отработавшего ядерного топлива на заводах по регенерации такого топлива или на АЭС.
Основу ядерно-энергетического парка России составляют реакторы ВВЭР-1000 и РБМК. Для реакторов типа ВВЭР принята концепция замкнутого ядерного топливного цикла. Отработавшее ядерное топливо (ОЯТ) реакторов ВВЭР-1000 будет перерабатываться на заводе РТ-2 после его ввода в эксплуатацию. Согласно «Стратегии развития атомной энергетики в первой половине XXI века» создание завода РТ-2 запланировано на 2020-2025 гг. На площадке РТ-2 действует хранилище для этого топлива, где ОЯТ реакторов ВВЭР 1000 хранится в водонаполненном бассейне, так называемом «мокром» хранилище. Отработавшее ядерное топливо поступает в бассейн в загруженном в защитный контейнер транспортном чехле, из которого в отсеке перегрузки водонаполненного бассейна отработавшие тепловыделяющие сборки (ОТВС) перегружаются в чехлы хранилища, которые из отсека перегрузки устанавливаются на хранение в бассейне хранения ОТВС.
Перегрузка ОТВС из транспортных чехлов в чехлы хранилища в настоящее время осуществляется с помощью известного устройства - штанги типа «П», чертеж К.7050.00.000 разработки ФГУП «Горно-химический комбинат», содержащего штангу, навешиваемую на крюк грузоподъемного устройства, в нижней части которой установлен захват для сцепления штанги с ОТВС, ее подъема из транспортного чехла и перегрузки в чехол хранилища. Захват выполнен в виде цилиндрической втулки с байонетным соединением с зацепляемой ОТВС в виде двух параллельных пазов для захода фиксирующих элементов ОТВС (шпонок или штифтов) и двух смещенных на 45° выборок с канавками для размещения фиксирующих элементов ОТВС. Внутри штанги размещен шток, в нижней части которого установлен упор, а в верхней части шток по резьбе установлен в коническую шестерню конического редуктора с ручным приводом от рукоятки.
Известное устройство работает следующим образом.
Оператором захват штанги размещается над головкой ОТВС, находящейся в транспортном чехле таким образом, чтобы фиксирующие элементы размещались под двумя параллельными пазами на захвате. Затем штанга опускается до размещения фиксирующих элементов в выборке захвата и поворачивается на 45°, при этом фиксирующие элементы на головке ОТВС размещаются над канавкой байонетного соединения захвата. Далее штанга приподнимается, фиксирующие элементы входят в канавку и вращением рукоятки конического редуктора шток опускается до касания упора, установленного на нижней части штока, торцевой поверхности головки ОТВС, фиксируя ОТВС в захвате, после чего ОТВС извлекается из транспортного чехла и перегружается в чехол хранилища.
Работы по перегрузке ОТВС проводятся с подвижной платформы, установленной над заполненным водой отсеком перегрузки.
Опыт эксплуатации показал, что существует вероятность поступления в транспортных чехлах ОТВС с искривленными головками, что вызывает затруднения при наведении и зацеплении ОТВС имеющимися штангами с захватами.
Проведенный анализ безопасности также показал, что при перегрузке ОТВС существует вероятность ее падения на дно бассейна. Зацепление упавшей на дно бассейна ОТВС имеющимися штангами с захватами не возможно.
Наиболее близким устройством к заявляемому устройству по совокупности признаков является устройство для перегрузки отработавших тепловыделяющих сборок, содержащее приемный бассейн, установленную над приемным бассейном подвижную платформу с ходовой частью, грузоподъемное устройство, размещенное на подвижной платформе, захват для отработавшей тепловыделяющей сборки, закрепленный на грузоподъемном устройстве, защитный стакан, закрепленный на подвижной платформе, имеющий открытую со стороны бассейна полость для размещения части отработавшей тепловыделяющей сборки, причем нижняя кромка защитного стакана расположена ниже уровня воды приемного бассейна, а захват установлен в полости защитного стакана с возможностью вертикального перемещения (см. авторское свидетельство СССР №1572304, G21С 19/10).
Недостатком указанного известного устройства является то, что при перегрузке ОТВС известным устройством также существует вероятность ее падения на дно бассейна. Осуществить же поднятие ОТВС, лежащей на дне отсека перегрузки бассейна, и установку ее в чехол хранилища известным устройством не предоставляется возможным.
Кроме того, уровень воды в существующем приемном бассейне (отсеке перегрузки хранилища) позволяет осуществлять перегрузку ОТВС из транспортного чехла в чехол хранилища без наличия на защитном стакане биологической защиты.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в извлечении из транспортных чехлов ОТВС с искривленными головками, а также поднятии упавших ОТВС со дна бассейна и их установки в чехол хранилища.
Для достижения указанного технического результата в устройстве для перегрузки отработавших тепловыделяющих сборок, содержащем приемный бассейн, установленную над приемным бассейном подвижную платформу с ходовой частью, грузоподъемное устройство, защитный стакан, имеющий открытую со стороны бассейна полость, и захват, установленный в полости защитного стакана, защитный стакан с установленным в его полости захватом присоединен к нижней части штанги, установленной на грузоподъемном устройстве, захват снабжен приводом с возвратно-поступательным движением штока, размещенным в полости защитного стакана, а лапки захвата установлены на подпружиненных поворотных осях и при втянутом положении штока привода образуют по внутреннему диаметру сечение, равное сечению головки отработавшей тепловыделяющей сборки.
Кроме того, защитный стакан выполнен в виде двух плоских параллельных пластин, соединенных перемычками, а захват содержит по два горизонтальных и два вертикальных звена, соединенных шарнирно между собой, причем горизонтальные звенья установлены на подвижной оси, расположенной в пазах на пластинах защитного стакана, вертикальные звенья установлены в полости защитного стакана на неподвижной оси, а лапки захвата установлены в вертикальные звенья на осях, зафиксированных в вертикальных звеньях гайками, причем между гайками и вертикальными звеньями установлены тарельчатые пружины.
Кроме того, в качестве привода захвата используется пневматический цилиндр, соединенный трубками с установленным на верхнем конце штанги ручным пневмораспределителем.
Присоединение защитного стакана с установленным в его полости захватом к нижней части штанги, установленной на грузоподъемном устройстве, снабжение захвата приводом с возвратно-поступательным движением штока, размещенным в полости защитного стакана, позволяют осуществлять сведение и разведение лапок захвата и их фиксацию в сведенном или разведенном положении и тем самым осуществить обхват разведенными лапками захвата головки ОТВС, а затем зацепить головку ОТВС сведением лапок захвата.
Установка лапок захвата на подпружиненных поворотных осях позволяет предварительно осуществить поворот лапок на любой фиксированный угол, соответствующий искривлению головки ОТВС или горизонтальному положению головки упавшей ОТВС, и осуществить наведение разведенных лапок захвата на головку ниже ее фиксирующих элементов (штифтов или шпонок), а после сведения лапок захвата на головке обеспечить при подъеме ОТВС за счет поворота лапок ее переход в вертикальное положение под действием собственного веса ОТВС и тем самым обеспечить извлечение из транспортных чехлов ОТВС с искривленными головками, а также поднятие упавшей ОТВС со дна бассейна и установку в чехол хранилища.
Получение при втянутом положении штока привода на лапках захвата сечения, равного сечению головки отработавшей тепловыделяющей сборки, позволяет осуществить надежное зацепление ОТВС лапками захвата.
Выполнение защитного стакана в виде двух плоских параллельных пластин, соединенных перемычками, а захвата из двух горизонтальных и двух вертикальных звеньев, соединенных шарнирно между собой, установка горизонтальных звеньев на подвижной оси, расположенной в пазах пластин защитного стакана, установка вертикальных звеньев в полости защитного стакана на неподвижной оси, установка лапок захвата в вертикальных звеньях на осях с тарельчатыми пружинами, расположенными между вертикальными звеньями и фиксирующими гайками, позволили обеспечить не только надежное сцепление и расцепление захвата с головкой ОТВС при ее любом положении, но и регулировать нажатием гайки через тарельчатую пружину усилие поворота лапок захвата, позволяющее обеспечить фиксированное положение лапок при наведении на головку ОТВС и сведении лапок, а также последующий поворот лапок при поднятии ОТВС.
Использование в качестве привода захвата пневматического цилиндра, соединенного трубками с установленным на верхнем конце штанги ручным пневмораспределителем, позволяют осуществить дистанционное сведение и разведение лапок захвата и тем самым обеспечить дистанционное зацепление головки ОТВС захватом устройства и отцепление захвата от головки ОТВС после установки ОТВС в чехол хранилища.
Предлагаемое устройство для подъема и перемещения отработавших тепловыделяющих сборок иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1, 2 и 3.
На фиг.1 показано устройство с зацепленной упавшей ОТВС на дне в бассейне, на фиг.2 - устройство с поднимаемой ОТВС, на фиг.3 - нижняя часть устройства со сведенными и разведенными лапками захвата.
Предлагаемое устройство (см. фиг.1) размещается в приемном бассейне 1 (отсеке перегрузки ОТВС) и обслуживается с установленной над приемным бассейном 1 подвижной платформы 2 с ходовой частью. Предлагаемое устройство содержит штангу 3, навешиваемую на крюк грузоподъемного устройства (крана), в нижней части к которой присоединен защитный стакан 4, выполненный из двух плоских параллельных пластин 5, соединенных перемычкой 6. К перемычке 6 прикреплен пневмоцилиндр 7, используемый в качестве привода захвата 8. Для управления пневмоцилиндром 7 в верхней части штанги 3 установлен пневмораспределитель 9, соединенный с ним трубками 10.
Захват 8 (см. фиг.3) содержит два вертикальных звена 11, установленных между пластинами 5 на неподвижной оси 12, и два горизонтальных звена 13, соединенных шарнирно между собой пальцами 14 и подвижной осью 15, установленной в пазах 16 на пластинах 5 и присоединенной вилкой 17 к штоку пневматического цилиндра 7. В нижней части на вертикальных звеньях 11 установлены на осях 18 поворотные лапки 19, которые в сведенном положении образуют сечение, равное сечению головки ОТВС. Оси 18 зафиксированы в вертикальных звеньях 11 гайками 20, причем между гайками 20 и вертикальными звеньями 11 установлены тарельчатые пружины 21.
Предлагаемое устройство для подъема и перемещения отработавших тепловыделяющих сборок работает следующим образом.
Перед опусканием устройства поворотные лапки 19, установленные на осях 21, поворачиваются на требуемый угол в соответствии с положением головки ОТВС в бассейне, гайками 20 регулируется усилие поджатия тарельчатых пружин 21, установленных на осях 18, к вертикальным звеньям 11 захвата 8, таким образом, чтобы при опускании в бассейн 1 и наведении захвата 8 на головку ОТВС лапки 19 не изменяли своего положения, а после зацепления головки ОТВС при поднятии ОТВС под действием ее веса поворачивались относительно вертикальных звеньев 11 захвата 8. Затем устройство опускается с помощью крана на дно приемного бассейна 1 и с помощью подвижной платформы 2 размещается над головкой ОТВС. Пневмораспределителем 9 по одной из трубок 10 подается сжатый воздух на пневматический цилиндр 7, выдвигая его шток с вилкой 17, соединенной шарнирно с подвижной осью 15. Подвижная ось 15, перемещаясь по пазу 16 вниз в пластинах 5 защитного стакана 4, поворачивает два горизонтальных звена 13 и два шарнирно соединенных с ними вертикальных звена 11, вокруг неподвижной оси 12, разводя лапки 19 захвата 8.
Оператор с подвижной платформы подводит штангой 3 разведенные лапки 19 к головке ОТВС, размещая их под фиксирующими элементами ОТВС (шпонками или штифтами), после чего пневмораспределителем 9 по второй трубке 10 подается сжатый воздух в другую полость пневматического цилиндра 7, втягивая его шток с вилкой 17, соединенной шарнирно с подвижной осью 15. Подвижная ось 15, перемещаясь вверх по пазу 16 в пластинах 5, поворачивает два горизонтальных звена 13 захвата 8 и шарнирно соединенные с ними два вертикальных звена 11 вокруг неподвижной оси 12, сводя лапки 19 вокруг головки ОТВС и осуществляя ее зацепление захватом 8. Грузоподъемным устройством осуществляется поднятие ОТВС, при котором лапки 19 под действием веса ОТВС поворачиваются на осях 18 в вертикальных звеньях 11, изменяя свой угол наклона относительно вертикальных звеньев 11. После перевода ОТВС в вертикальное положение она устанавливается в чехол хранилища (на чертежах не показан), пневмораспределителем 9 вновь подается сжатый воздух в пневматический цилиндр 7, выдвигая его шток с вилкой 17, соединенной шарнирно с подвижной осью 15. Подвижная ось 15, перемещаясь по пазу 16 вниз в пластинах 5 защитного стакана 4, поворачивает два горизонтальных звена 13 и два шарнирно соединенных с ними вертикальных звена 11, вокруг неподвижной оси 12, разводя лапки 19, в результате чего захват 8 расцепляется с ОТВС, установленной в чехол хранилища.