УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДЪЕМА И ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ДЕФЕКТНЫХ ОТРАБОТАВШИХ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ СБОРОК
DEVICE FOR LIFTING AND TRANSFER OF USED FUEL ROD ARRAYS

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к средствам для обеспечения безопасности при перегрузке дефектных 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 в качестве аварийного инструмента.
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 транспортного чехла в отсеке перегрузки водонаполненного бассейна отработавшие тепловыделяющие сборки (ОТВС) перегружаются в чехлы хранилища, которые из отсека перегрузки устанавливаются на хранение в бассейне хранения ОТВС.
Исходя из опыта эксплуатации, незначительная часть ОТВС может поступать в транспортном чехле с искривленными головками вследствие изгиба направляющих каналов, соединяющих головку ОТВС с тепловыделяющей частью. Тонкостенные направляющие каналы имеют диаметр 12,6 мм и толщину стенки 0,8 мм, поэтому существует вероятность отрыва искривленной головки по сечению этих направляющих каналов при извлечении ОТВС из транспортного чехла.
Известно устройство для подъема и перемещения отработавших тепловыделяющих сборок 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, G21C 19/10).
Недостатком указанного известного устройства является то, что осуществить перегрузку ОТВС без головки известным устройством не представляется 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.
Наиболее близким устройством к заявляемому устройству по совокупности признаков является устройство для подъема и перемещения отработавших тепловыделяющих сборок, включающее защитный стакан с установленным в его полости захватом, присоединенный к нижней части штанги, установленной на грузоподъемном устройстве, захват, снабженный приводом с возвратно-поступательным движением штока, размещенном в полости защитного стакана, лапки захвата, установленные на подпружиненных поворотных осях и при втянутом положении штока привода образующих по внутреннему диаметру сечение, равное сечению головки отработавшей тепловыделяющей сборки.
Защитный стакан выполнен в виде двух плоских параллельных пластин, соединенных перемычками. 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. Между гайками и вертикальными звеньями установлены тарельчатые пружины.
В качестве привода захвата используется пневматический цилиндр, соединенный трубками с ручным пневмораспределителем, установленным на верхнем конце штанги.
Известное устройство позволяет извлекать из транспортного чехла ОТВС с искривленными головками, а также поднимать со дна бассейна упавшие ОТВС.
В то же время анализ безопасности показал, что существует вероятность отрыва искривленной головки при извлечении ОТВС из транспортного чехла известным устройством вследствие излома направляющих каналов в месте изгиба. Извлечение из транспортного чехла ОТВС без головки, за которую зацепляются захваты известных устройств, невозможно.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в возможности извлечения из транспортных чехлов ОТВС при отрыве ее головки зацеплением за ее направляющие каналы и последующей установки в чехол хранилища, предназначенный для хранения дефектных ОТВС.
Для достижения указанного технического результата в устройстве для подъема и перемещения отработавших тепловыделяющих сборок, содержащем приемный бассейн, установленную над приемным бассейном подвижную платформу с ходовой частью, грузоподъемное устройство, захват, установленный в нижней части штанги, установленной на грузоподъемном устройстве с помощью грузозахватного устройства, захват снабжен цангой, выполненной с возможностью ее введения в направляющие каналы отработавшей тепловыделяющей сборки, хвостовик цанги установлен в наконечнике штанги на резьбе и снабжен кронштейном, внутри цанги установлен конический стержень, присоединенный к наконечнику штанги, а количество захватов и соединенных с ними штанг определяется исходя из усилия сцепления цанги с направляющим каналом, массы отработавшей тепловыделяющей сборки и прочности направляющих каналов.
В частном случае, верхние части штанг снабжены резьбовыми наконечниками, установленными в пазах опорного фланца, присоединенного к грузозахватному устройству, и входящими в отверстие фланца, свободно установленного на грузозахватном устройстве.
Снабжение захвата цангой, выполненной с возможностью ее введения в направляющие каналы отработавшей тепловыделяющей сборки, установка хвостовика цанги в наконечнике штанги на резьбе и установка внутри цанги конического стержня позволяют после введения цанги в направляющий канал вращением наконечника вводить конический стержень в цангу, разжимая ее лепестки до упора в направляющие каналы, обеспечивая, тем самым, сцепление цанги с направляющим каналом ОТВС. После установки ОТВС в чехол для хранения дефектных сборок вращением наконечника в обратную сторону осуществляется выведение конического стержня из цанги, при котором лепестки цанги возвращаются в исходное положение, обеспечивая, тем самым, расцепление цанги с направляющим каналом ОТВС.
Снабжение хвостовика цанги кронштейном позволяет при вращении наконечника штанги зафиксировать цангу от поворота упором кронштейна в соседний направляющий канал и осуществлять движение конического стержня относительно цанги, обеспечивая тем самым разведение ее лепестков при зацеплении и сведение - при расцеплении.
Определение количества захватов и штанг, исходя из усилия сцепления цанги с направляющим каналом, массы отработавшей тепловыделяющей сборки и прочности ее направляющих каналов, позволяет обеспечить возможность безопасного ее извлечения из транспортных чехлов при отрыве ее головки и последующей установки в чехол хранилища, предназначенный для хранения дефектных ОТВС.
Предлагаемое устройство для подъема и перемещения дефектных отработавших тепловыделяющих сборок иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-3.
На фиг.1 показано предлагаемое устройство при зацеплении ОТВС без головки, размещенной в одной из шестигранных труб транспортного чехла, на фиг.2 - захват в положениях расцепления и сцепления, на фиг.3 - верхняя часть предлагаемого устройства в разрезе.
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 штанги 3, навешиваемые на крюк грузоподъемного устройства (крана) с помощью грузозахватного устройства 4. В нижней части штанг размещаются захваты 5. Каждый захват 5 (см. фиг.2) состоит из разрезной цанги 6, хвостовик 7 которой установлен в нижнем наконечнике 8 штанги 3 по резьбе 9. Наружный диаметр цанги 6 в свободном положении меньше внутреннего диаметра направляющего канала 10, что позволяет вводить ее в направляющий канал 10. К хвостовику 7 присоединен стопорный кронштейн 11. Внутри цанги 6 установлен с возможностью вертикального перемещения конусный стержень 12, присоединенный к наконечнику 8 штанги 3.
В верхней части к каждой штанге 3 (см. фиг.3) присоединен резьбовой наконечник 13, установленный в пазу 14 опорного фланца 15, присоединенного к грузозахватному устройству 4. Штанги 3 фиксируются в вертикальном положении гайками 16, установленными на резьбовых наконечниках 13 и опирающимися на опорный фланец 15. Концы резьбовых наконечников 13 входят в отверстия фланца 17, свободно установленного на грузозахватном устройстве 4 и фиксирующего резьбовые наконечники 13 от выхода из пазов 14.
Предлагаемое устройство для подъема и перемещения дефектных отработавших тепловыделяющих сборок работает следующим образом.
Предлагаемое устройство опускается с помощью крана в приемный бассейн 1 и с помощью подвижной платформы 2 размещается над ячейкой транспортного чехла, в которой находится дефектная ОТВС без головки. Выдвинутые из цанг 6 конусные стержни 12 вместе с цангами 6 вводятся в направляющие каналы 10. Так как направляющие каналы 10 после отрыва головки ОТВС могут иметь отклонения от вертикали, то в этом случае введение в них конусных стержней 12 вместе с цангами 6 может осуществляться по отдельности вручную. При этом фланец 17 приподнимается, резьбовые наконечники 13 штанг 3 по одной выводятся из пазов 14 и, после введения цанг 6 в направляющие каналы 10 до упора в их верхнюю кромку, устанавливаются вновь в пазы 14 опорного фланца 15.
Количество вводимых штангами 3 в направляющие каналы 10 цанг 6 определяется только исходя из усилия сцепления цанги 6 с направляющим каналом 10, составляющего 105 кг, определенного опытным путем, так как допускаемая нагрузка на направляющий канал по условию прочности составляет 260 кг и превышает усилие сцепления. При определении усилия сцепления в качестве направляющего канала 10 использовалась трубка, по геометрическим размерам и материалу соответствующая направляющему каналу 10, диаметром 12,6 мм с толщиной стенки 0,8 мм. Исходя из требований к надежности и удобства постановки, в предлагаемом устройстве цанги 6 вводятся в 12 направляющих каналов 10, расположенных по наружному диаметру ОТВС. Далее, последовательно вращая динамометрическим ключом штанги 3, осуществляется поднятие ее наконечника 8 по резьбе 9 хвостовика 7 цанги 6. При этом цанга 6 фиксируется от поворота стопорным кронштейном 11, упирающимся в соседний направляющий канал 10. Вместе с наконечником 8 поднимается и присоединенный к нему конусный стержень 12, входя в цангу 6, лепестки которой разжимаются, обеспечивая, тем самым, сцепление цанги 6 с направляющим каналом 10. Поднявшиеся вместе с резьбовыми наконечниками 13 гайки 16 опускаются до упора в опорный фланец 15, после чего на резьбовые наконечники 13 опускается фланец 17, фиксирующий их от выхода из пазов 14.
Зацепленная ОТВС извлекается из шестигранной трубы транспортного чехла и опускается в специальный чехол, предназначенный для хранения дефектных ОТВС, после чего расцепление цанг 6 с направляющими каналами 10 осуществляется следующим образом.
Вращая штангу 3 и гайки 16 для создания зазора между ними и опорным фланцем 15, осуществляется опускание ее наконечника 8 по резьбе 9 относительно хвостовика 7 цанги 6. Вместе с наконечником 8 опускается и присоединенный к нему конусный стержень 12, выходя из цанги 6, лепестки которой возвращаются в исходное положение, обеспечивая, тем самым, расцепление цанги 6 с направляющим каналом 10. Осуществив подобным образом расцепление всех цанг 6 с направляющими каналами 10, предлагаемое устройство поднимается краном, при этом захваты 5 извлекаются из направляющих каналов 10.