СТЕЛЛАЖ ДЛЯ ХРАНЕНИЯ ОТРАБОТАВШИХ ТОПЛИВНЫХ КАССЕТ РЕАКТОРА И ПОГЛОЩАЮЩАЯ ТРУБКА ШЕСТИГРАННОГО СЕЧЕНИЯ ДЛЯ СТЕЛЛАЖА

Область техники
Техническое решение касается стеллажей уплотненного хранения отработавших топливных кассет реактора ВВЭР 1000 под слоем теплоносителя и относится к области атомного машиностроения, в частности к конструкции стеллажей для отработавшего топлива.
Уровень техники
До сих пор используемые стеллажи, предназначенные для хранения отработавших топливных кассет реактора ВВЭР 1000 под слоем теплоносителя, состоят из верхней, средней и нижней плит. Плиты соединены между собой посредством 14 штанг, заканчивающихся резьбовым наконечником с гайкой. В отверстия верхней плиты монтируют шестигранные трубки длиной 600 мм с расширением для введения топливных кассет. Расширение выполнено за счет насечки верхнего конца трубки и его разгиба в виде воронки. В отверстия средней плиты вмонтированы шестигранные трубки длиной 300 мм с таким же расширением для ввода топливной кассеты. Трубки верхней и средней плит не соединены друг с другом. В нижней плите имеются отверстия для протекания теплоносителя.
Стеллаж стоит на жестких опорах длиной 605 мм, прикрепленных к дну бассейна с помощью сварки. Установка стеллажа по высоте и выравнивание производится с помощью прокладок, которые вкладываются между жесткими опорами и нижней плитой.
Фиксация стеллажа в бассейне и тем самым взаимная фиксация плит осуществляется с помощью системы паз-шпонка, причем на плитах выполняется паз, а на стенах бассейна - шпонка.
Расстояние между отверстиями, предназначенными для установки отдельных топливных кассет с отработавшим топливом, составляет 700 мм. Экранирование излучения, исходящего из отдельных кассет, обеспечивается за счет создания  безопасного расстояния между топливными кассетами и использования теплоносителя в бассейне реактора. Стеллаж изготавливается из коррозиестойкой аустенитной стали. Недостатком данной конструкции является необходимость соблюдения значительного расстояния между отдельными топливными кассетами для обеспечения достаточного экранирования радиоактивного излучения теплоносителя. Поэтому в стеллаж помещается лишь небольшое количество кассет. Установка стеллажа по высоте и его выравнивание в бассейне с помощью прокладок является проблематичной и длительной операцией. Жесткие опоры не обеспечивают достаточного распределения веса стеллажа с отработавшим топливом по дну бассейна. Операция фиксирования трех плит по шпонке бассейна является трудоемкой и в условиях атомной электростанции кроме того и проблематичной.
Описанные недостатки в значительной мере устраняются предлагаемым техническим решением.
Раскрытие полезной модели
Стеллаж уплотненного хранения теплоносителей новой конструкции состоит из верхней плиты, нижней плиты и несущей плиты, причем несущая плита устанавливается на регулируемые по высоте опоры. Стеллаж устанавливается на дно бассейна реактора и фиксируется с помощью пазов и шпонок.
Верхняя плита, образующая верхнюю часть стеллажа, имеет шестигранные отверстия, предназначенными для укладки топливных кассет. На гранях отверстий в верхней части верхней плиты предусмотрены направляющие элементы в форме параллелепипеда с закругленной верхней гранью. В нижней части верхней плиты к отверстиям для установки топливных кассет приварены поглощающие трубки шестигранного сечения. Минимальная длина поглощающих трубок соответствует длине активной части топливной кассеты. Поглощающие трубки изготовлены из аустенитной стали с примесью бора от 1% до 1,8%. Нижняя часть поглощающих трубок приварена к шестигранным отверстиям нижней плиты. Наиболее оптимальная конструкция поглощающей трубки шестигранного сечения выполняется из шести полос, взаимно соединяемых с помощью сварки. Данное решение применяется из-за высокого содержания бора в аустенитной стали, который не позволяет производить изгиб материала до получения шестигранной трубки, способствуя прорыву стали в месте изгиба.
Под нижней плитой располагается несущая плита. Между нижней плитой и несущей плитой предусмотрен зазор, причем ширина зазора составляет не более 50 мм. Данный зазор служит для протекания теплоносителя между плитами. Малый размер зазора является мерой, позволяющей не допустить повреждения топливной кассеты. При большем размере зазора в случае свободного падения топливной кассеты на несущую плиту во время ее введения может произойти деформация топливной кассеты, которая не позволит изъять ее из стеллажа.
Поглощающая часть стеллажа, образованная всеми частями, расположенными над несущей плитой, устанавливается на несущую плиту с помощью жестких опор. Поглощающая часть стеллажа фиксируется по отношению к несущей плите с помощью как минимум одного направляющего элемента. Направляющие элементы входят в состав нижней плиты и/или несущей плиты и за счет их взаимного соединения обеспечивается положение нижней плиты и несущей плиты относительно друг друга. Оптимальная конструкция направляющего элемента представляет собой комплект как минимум четырех направляющих штырей. Благодаря использованию направляющего элемента нет необходимости осуществлять фиксацию нижней плиты относительно стены бассейна с помощью пазов-шпонок.
Несущая плита устанавливается на регулируемые опоры. Конструкция каждой регулируемой опоры укреплена ребрами и в нижней части снабжена расширительной опорной плитой, стоящей на дне бассейна реактора. Опорная расширительная плита служит для распределения весовой нагрузки по большей площади дна бассейна, что предупреждает возможность его повреждения.
У предлагаемого варианта стеллажа расстояние между отверстиями для укладки топливных кассет с отработавшим топливом может быть благодаря экранированию излучения посредством поглощающих трубок значительно меньшим по сравнению с тем, какое было ранее. Как наиболее оптимальное расстояние показало себя расстояние в 288 мм. За счет уменьшения расстояния достигается большая вмещаемость стеллажа при его одинаковых размерах, увеличение которой составляет около 85%. Достаточное экранирование излучения отдельных топливных кассет обеспечивается благодаря материалу, из которого изготовлены шестигранные поглощающие трубки, а также за счет теплоносителя в бассейне. Весь стеллаж, кроме поглощающих трубок, изготовлен из стандартной коррозиестойкой аустенитной стали. Описанная конструкция стеллажа уплотненного хранения отработавших топливных кассет является устойчивой к уровню сейсмичности в 8 балов. Благодаря направляющим элементам в форме параллелепипеда с закругленной верхней гранью стеллаж позволяет производить более аккуратную наводку загрузочной машины при выполнении загрузки топливных кассет, предупреждая тем самым возможность ее повреждения. За счет того, что топливная кассета полностью погружается в поглощающую трубку, а также благодаря тому, что между нижней плитой и несущей плитой имеется небольшой зазор, не может произойти деформации топливной кассеты в случае ее падения. Направляющий элемент, т.е. комплект направляющих штырей, упрощает выполнение монтажа в бассейне в условиях атомной электростанции, а также обеспечивает взаимную фиксацию частей стеллажа. Специальная конструкция установочных опор обеспечивает более оптимальное распределение весовой нагрузки по дну бассейна.
Краткое описание чертежей
Описание предлагаемого варианта исполнения приводится со ссылками на чертежи, на которых изображено
рис.1 - общий вид с боку на стеллаж, расположенный в бассейне
рис.2 - установка и фиксация поглощающей части стеллажа на несущей плите
рис.3 - детальное изображение направляющего элемента
рис.4 - детальное изображение регулируемой опоры
рис.5 - детальное изображение поглощающей трубки шестигранного сечения.
Осуществление полезной модели
Стеллаж уплотненного хранения отработавших топливных кассет реактора ВВЭР 1000 под слоем теплоносителя образован верхней плитой 6, нижней плитой 8 и расположенной под ней несущей плитой 9, причем несущая плита 9 стоит на регулируемых по высоте опорах 5.
В верхней плите 6, образующей верхнюю часть стеллажа, выполнены шестигранные отверстия в количестве от 84 до 157 (в зависимости от секции) для укладки топливных кассет. Верхняя сторона верхней плиты 6 оснащена по граням отверстий для укладки топливных кассет направляющими элементами 1 в форме параллелепипеда с закругленной верхней гранью. В отверстиях для укладки топливных кассет на нижней стороне верхней плиты 6 приварены поглощающие трубки 2 шестигранного сечения. Поглощающие трубки 2 имеют в данном случае длину 4160 мм, что соответствует длине активной части топливной кассеты. Поглощающие трубки 2 изготовлены из аустенитной стали с примесью 1,3% бора. Поглощающие трубки 2 своей нижней частью приварены в шестигранных отверстиях в нижней плите 8. Каждая поглощающая трубка 2 шестигранного сечения собрана из шести полос, соединенных между собой с помощью сварки.
Под нижней плитой 8 находится несущая плита 9. Между нижней политой 8 и несущей плитой 9 предусмотрен зазор 7, причем в данном случае ширина зазора 1 составляет 20 мм.
Поглощающая часть 10 стеллажа, образованная всеми частями стеллажа. расположенными над несущей плитой 9, установлена на несущей плите 9 с помощью жестких опор 3. Поглощающая часть 10 стеллажа зафиксирована относительно несущей плиты 9 с помощью направляющих элементов. Направляющие элементы образованы в данном случае шестью направляющими штырями 4. Направляющие штыри 4 входят в состав несущей плиты 9 и вставляются в отверстия в нижней плите 8.
Несущая плита 9 устанавливается на 18-20 регулируемых опорах 5 (в зависимости от секции). Каждая регулируемая опора 5 укреплена четырьмя ребрами 11 и в своей нижней части оснащена опорной расширительной плитой размером 500×500 мм.
Расстояние между отверстиями для укладки топливных кассет с отработавшим топливом составляет в данном случае 288 мм. За счет уменьшения данного расстояния увеличивается вмещаемость стеллажа при неизменных размерах примерно на 85%. Весь стеллаж, кроме поглощающих трубок 2, изготовлен из стандартной коррозиестойкой аустенитной стали. Стеллаж фиксируется к стенам бассейна с помощью соединения 12 паз-шпонка, выполненными на верхней плите 6 и несущей плите 9.
Промышленная применимость
Практическим назначением предлагаемого решения является использование для хранения отработавших топливных кассет атомных реакторов ВВЭР 1000 под слоем теплоносителя.
Перечень позиций
1 - направляющий элемент
2 - поглощающая трубка шестигранного сечения
3 - жесткая опора
4 - направляющий штырь
5 - регулируемая опора
6 - верхняя плита
7 - зазор между нижней и несущей плитами
8 - нижняя плита
9 - несущая плита
10 - поглощающая часть
11 - ребра
12 - соединение паз-шпонка