УСТРОЙСТВО ДЛЯ СБОРА ПРОСЫПЕЙ ТАБЛЕТОК ОТРАБОТАВШЕГО ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА
DEVICE FOR COLLECTION OF SPILT SPENT NUCLEAR FUEL PELLETS

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 (ОЯТ) на заводах по регенерации такого топлива или на АЭС.
Основу ядерного 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 по переработке ОЯТ после его ввода в эксплуатацию. Согласно «Стратегии развития атомной энергетики в первой половине XXI века» создание такого завода запланировано на 2020-2025 гг. На площадке Изотопно-химического завода ФГУП «Горно-химический комбинат» действует хранилище для этого топлива, где ОЯТ реакторов ВВЭР 1000 хранится в водонаполненном бассейне, так называемом «мокром» хранилище. Отработавшее ядерное топливо поступает в приемный 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 осуществляется с помощью известного устройства - штанги типа «П», чертеж К.7050.00.000 разработки ФГУП «Горно-химический комбинат», содержащих 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 ручного редуктора с рукояткой. Работы по перегрузке ОТВС проводятся с подвижной платформы, установленной над заполненным водой отсеком перегрузки.
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, и вращением рукоятки ручного 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.
Недостатком указанного устройства является то, что при перегрузке ОТВС с его использованием существует вероятность падения ОТВС и просыпания таблеток отработавшего ядерного топлива двуокиси урана на дно бассейна. Осуществить же сбор просыпи таблеток известным устройством не предоставляется возможным.
Проведенный анализ безопасности показал, что при перегрузке ОТВС существует вероятность ее падения и просыпания топлива массой около 13,2 кг диоксида урана на дно бассейна. Топливо, диоксид урана или смесь диоксида урана и трехокиси гадолиния, при россыпи находятся в форме таблеток, представляющих собой цилиндры диаметром 7,53 мм и высотой 10,7 мм. Глубина нахождения просыпи таблеток на дне бассейна составляет 13,4 м от щелевого перекрытия бассейна, а сбор просыпи таблеток необходимо осуществить под слоем воды без извлечения таблеток из бассейна.
Наиболее близким к заявляемому устройству по совокупности признаков является устройство для сбора просыпей отработавшего ядерного топлива, содержащее 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 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 охватывают грибок сборника, выполненного в форме полого параллелепипеда. На боковых гранях сборника установлены на осях два скребка с пальцами, а к защитному стакану присоединен привод скребков сборника с возвратно-поступательным движением штока, соединенного со скребками шарнирными тягами посредством втулок, установленных с зазором сверху на пальцы скребков сборника.
Кроме того, защитный стакан выполнен в виде двух плоских параллельных пластин, соединенных перемычками, а захват содержит по два горизонтальных и вертикальных звена, соединенных шарнирно между собой, причем вертикальные звенья установлены в защитном стакане на неподвижной оси, а горизонтальные звенья установлены на подвижной оси, расположенной в пазах пластин защитного стакана. Сечение грибка и лапки захвата имеют квадратное сечение. В качестве приводов захвата и сборника с возвратно-поступательным движением штока используются пневматические цилиндры, соединенные трубками с установленными на верхнем конце штанги ручными пневмораспределителями.
Недостатком известного устройства является то, что после заполнения сборника таблетками они остаются храниться в сборнике, а к известному устройству присоединяется следующий сборник. В будущем для выгрузки из сборников таблеток на переработку возникнет необходимость применения другого устройства.
Также в случае разрушения части таблеток, сбор их мелких частей известным устройством практически невозможен.
Известное устройство используется в качестве аварийного инструмента. Наличие приводов у захвата и сборника с возвратно-поступательным движения их штоков требует поддержания известного устройства в рабочем состоянии в течение продолжительной эксплуатации «мокрого» хранилища ОЯТ, что приводит к дополнительным затратам. Так при хранении устройства необходимо извлекать из бассейна его нижнюю часть с пневматическими цилиндрами и хранить отдельно от штанги.
Кроме того, дефектные ОТВС, в частности после падения, размещаются в известном чехле, предназначенном для их хранения до переработки (см. патент РФ №2477899).
При хранении дефектных ОТВС в нем также существует вероятность просыпи таблеток ОЯТ на дно ячеек известного чехла, удалить которые из ячеек известным устройством практически невозможно.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является расширение функциональных возможностей устройства для сбора таблеток как со дна бассейна, так и со дна ячейки чехла, предназначенного для хранения дефектных ОТВС.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается во вдавливании и фиксации таблеток и их частей в мягком эластичном материале.
Для достижения указанного технического результата в устройстве для сбора просыпей таблеток отработавшего ядерного топлива, содержащем приемный бассейн, установленную над приемным бассейном подвижную платформу с ходовой частью, грузоподъемное устройство с установленной на его крюке штангой, на конце которой закреплен сборник, сборник выполнен с открытой нижней частью, в которой размещен мягкий эластичный материал. Над мягким эластичным материалом в сборнике установлен выталкиватель, присоединенный к штоку, расположенному внутри штанги.
В выталкивателе выполнены отверстия, в которых установлены с зазором прикрепленные к сборнику держатели, входящие в мягкий эластичный материал.
В частном случае исполнения между выталкивателем и мягким эластичным материалом установлена прокладка, обладающая низкой адгезией с материалом выталкивателя, например полиэтиленовая пленка, а в качестве мягкого эластичного материала используется скульптурный пластилин.
В другом частном случае исполнения к держателям в нижней части нитями прикреплена сетка, внедренная в мягкий эластичный материал, причем суммарное разрывное усилие нитей не превышает усилия перемещения выталкивателя штоком.
В другом частном случае исполнения нижняя поверхность мягкого эластичного материала расположена выше нижнего торца сборника на 0,2-0,3 диаметра таблеток.
В другом частном случае исполнения нижняя поверхность мягкого эластичного материала расположена заподлицо с нижним торцом сборника.
Выполнение сборника с открытой нижней частью и установка в ней мягкого эластичного материала, позволяет при установке сборника на просыпь таблеток вдавить и зафиксировать таблетки в мягком эластичном материале и перенести их к специальному контейнеру, устанавливаемому вблизи просыпи таблеток.
Установка в сборнике над мягким эластичным материалом выталкивателя и его присоединение к штоку, расположенному внутри штанги, позволяет при перемещении штока с присоединенным к нему выталкивателем перемещать и мягкий эластичный материал с вдавленными в него таблетками.
Выполнение в выталкивателе отверстий и установка в них с зазором прикрепленных к сборнику держателей, входящих в мягкий эластичный материал, позволяет сначала зафиксировать мягкий эластичный материал в сборнике держателями, а затем при перемещении выталкивателя обеспечить расцепление мягкого эластичного материала с держателями и тем самым выгрузить его из сборника вместе с вдавленными в него таблетками.
Установка между выталкивателем и мягким эластичным материалом прокладки, обладающей низкой адгезией с материалом выталкивателя, например полиэтиленовой пленки, позволяет исключить прилипание мягкого эластичного материала к выталкивателю и обеспечить выпадение мягкого эластичного материала при его выходе из сборника.
Использование в качестве мягкого эластичного материала скульптурного пластилина, имеющего высокую адгезию между слоями, позволяет послойно заполнить им сборник и получить гладкую поверхность для вдавливания таблеток.
Прикрепление к держателям в нижней части нитями сетки, внедренной в мягкий эластичный материал, позволяет за счет армирования повысить его прочность на разрыв и, после вдавливания в него таблеток, имеющих высокую плотность, предотвратить выпадение мягкого эластичного материала, утяжеленного таблетками, при поднятии сборника.
Непревышение суммарным разрывным усилием нитей усилия перемещения выталкивателя штоком позволяет при выгрузке разорвать нити, крепящие сетку к держателям и выгрузить мягкий эластичный материал вместе с сеткой и с вдавленными в него таблетками.
Расположение нижней поверхности мягкого эластичного материала выше нижнего торца сборника на 0,2-0,3 диаметра таблетки позволяет при установке сборника на просыпь таблеток вдавить таблетки в мягкий эластичный материал до его соприкосновения с дном бассейна и предотвратить прилипание частиц мягкого эластичного материала к дну.
Расположение нижней поверхности мягкого эластичного материала заподлицо с нижним торцом сборника позволяет после сбора просыпи таблеток в случае обнаружения на дне отсека мелких частей раскрошившихся таблеток вдавить их в мягкий эластичный материал при установке сборника на дно отсека.
Предлагаемое устройство для сбора просыпей таблеток отработанного ядерного топлива иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1, фиг.2 и фиг.3.
На фиг.1 показано предлагаемое устройство, размещенное в приемном бассейне;
на фиг.2 - предлагаемое устройство в разрезе;
на фиг.3 - предлагаемое устройство в разрезе при выгрузке.
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 навешиваемую на крюк грузоподъемного устройства (крана) 3 штангу 4 с расположенным внутри ее штоком 5. Штанга 4 снабжена фланцем 6, к которому болтами 7 присоединен сборник 8 с открытой нижней частью. Внутри сборника 8 (см. фиг.2) по всей его площади установлен выталкиватель 9, снабженный пальцем 10, присоединенным к штоку 5 при помощи штифта 11, причем штифт 11 расположен напротив отверстий 12, выполненных в штанге 4 при верхнем положении выталкивателя 9. В сборнике 8 под выталкивателем 9 через прокладку 13 из полиэтиленовой пленки, размещен мягкий эластичный материал 14, в качестве которого используется скульптурный пластилин. В выталкивателе 9 выполнены отверстия 15, в которых установлены с зазором прикрепленные к сборнику 8 держатели 16, входящие в мягкий эластичный материал 14. К держателям 16 нитями 17 прикреплена сетка 18, внедренная в мягкий эластичный материал 14, причем суммарное разрывное усилие нитей не превышает усилие перемещения выталкивателя 9 штоком 5, осуществляемое вручную. Нижняя поверхность 19 мягкого эластичного материала 14 расположена выше нижнего торца 20 сборника 8 на 0,2-0,3 диаметра таблетки.
В верхней части штанги 4 выполнены продольные пазы 21, в котором размещены рукоятки 22, присоединенные к штоку 5. В верхней части одного из продольных пазов 21 установлен фиксатор 23 рукоятки 22 и соединенных с ней штока 5 и выталкивателя 9 в верхнем положении. Для сбора россыпи таблеток со дна ячейки чехла, предназначенного для хранения дефектных ОТВС, сборник 8 выполняется круглым с диаметром, позволяющим опустить его до дна ячейки. Для сбора россыпи таблеток со дна отсека перегрузки сборник 8 может выполняться любой формы исходя из возможности выгрузки мягкого эластичного материала 14 с таблетками в специальный контейнер (на чертежах не показан), размещаемый в бассейне вблизи просыпи таблеток.
Предлагаемое устройство для сбора просыпей таблеток используется в качестве аварийного инструмента и эксплуатируется следующим образом.
Сборник 8 и выталкиватель 9 отсоединяются от штанги 4 и штока 5 откручиванием болтов 7 и извлечением штифта 11 соответственно. На выталкиватель 9 и боковые стенки сборника 8 укладывается прокладка 13 и сборник 8 заполняется слоем мягкого эластичного материала 14.
К держателям 16 нитями 17 прикрепляется сетка 18 и наносится второй слой мягкого эластичного материала 14, причем его нижняя поверхность 19 должна располагаться под нижним торцом 20 сборника 8 на расстоянии 1,5-2 мм, что составляет 0,2-0,3 диаметра таблетки. Снаряженный сборник 8 с выталкивателем 9 присоединяются к штанге 4 и штоку 5 постановкой болтов 7 и штифта 11 соответственно. При этом с помощью фиксатора 23 рукоятка 22 закреплена в верхней части паза 21, а соединенные с ней шток 5 и выталкиватель 9 находятся в сборнике 8 тоже в верхнем положении.
Предлагаемое устройство опускается с помощью крана на дно приемного бассейна 1 и с помощью подвижной платформы 2 размещается над просыпью таблеток на дне отсека перегрузки или над ячейкой чехла, предназначенного для хранения дефектных ОТВС, который доставляется в приемный бассейн 1. Движением грузоподъемного устройства 3 штанга 4 со сборником 8 опускается на просыпь таблеток, которые вдавливаются в мягкий эластичный материал 14. Далее грузоподъемным устройством 3 сборник 8 размещается над специальным контейнером для хранения таблеток и вводится в его горловину.
Выгрузка мягкого эластичного материала 14 с вдавленными в него таблетками (см. фиг.3) осуществляется следующим образом.
Извлекают фиксатор 23 и перемещают рукоятки 22 по продольным пазам 21 вниз вместе с соединенными с ней штоком 5 и выталкивателем 9. При этом выталкиватель 9 выводит мягкий эластичный материал 14 с вдавленными в него таблетками, сеткой 18 и прокладкой 13 из сборника 8, обрывая нити 17, крепящие сетку 18 к держателям 16, в результате чего он падает в специальный контейнер. Далее операции по сбору таблеток продолжаются аналогичным образом до полного сбора просыпи таблеток.
После сбора таблеток, в случае наличия на дне частей раскрошившихся таблеток, мягкий эластичный материал 14 укладывают в сборник 8 так, чтобы его нижняя поверхность 19 располагалась заподлицо с нижним торцом 20 сборника 8. При этом для предотвращения прилипания мягкого эластичного материала 14 к дну отсека в качестве мягкого эластичного материала 14 применяется скульптурный пластилин с пониженной липкостью. Сбор частей раскрошившихся таблеток и выгрузку мягкого эластичного материала 14 с частями раскрошившихся таблеток осуществляют аналогично сбору таблеток и выгрузке мягкого эластичного материала 14 с таблетками.