УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕГРУЗКИ АМПУЛ С ОТРАБОТАВШИМ ЯДЕРНЫМ ТОПЛИВОМ РЕАКТОРА РБМК-1000
DEVICE FOR TRANSSHIPMENT OF AMPOULES WITH WASTE NUCLEAR FUEL OF RBMK-1000 REACTOR

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к обращению с отработавшим ядерным топливом, а более конкретно к групповой перегрузке ампул с отработавшим ядерным топливом реактора РБМК - 1000 из транспортного чехла в пеналы.
В «сухое» хранилище отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) ампулы для отработавшей тепловыделяющей сборки (см. патент РФ №2353010, кл. G21F 5/008, 2008), с размещенными в них пучками тепловыделяющих элементов (далее по тексту - ампулы с ПТ), поступают в транспортном чехле, установленном внутри защитного контейнера. Транспортный чехол с загруженными ампулами извлекается из защитного контейнера и помещается в приемном гнезде камеры комплектации пеналов. В транспортном чехле оси гнезд для ампул с ПТ располагаются в вершинах равносторонних треугольников с длиной стороны (шагом) 108 мм. В камере комплектации пеналов осуществляется перегрузка ампул с ПТ из транспортного чехла в герметичные пеналы хранения отработавшего ядерного топлива (см. патент РФ №2372678, кл. G21F 5/008, 2008), далее по тексту - пеналы. Масса ампулы с ПТ составляет 104 кг. Оси ячеек пенала располагаются в вершинах равносторонних треугольников с длиной стороны (шагом) 100 мм. Перегрузка ампул с ПТ осуществляется дистанционно электромеханическим некопирующим мостовым манипулятором грузоподъемностью 500 кг (проект 1697-20-0002 разработки ОАО «Центральное конструкторское бюро машиностроения»).
Известен захват (проект 1697-24-0003 разработки ОАО «Центральное конструкторское бюро машиностроения») электромеханического некопирующего мостового манипулятора грузоподъемностью 500 кг, предназначенный для перегрузки ампул с ПТ из транспортного чехла в пеналы. Захват содержит установленные в корпусе на осях три лапки, сводящиеся и разводящиеся штоком. В крышку ампулы вводятся лапки в сведенном положении, а затем разводятся штоком и зацепляют ампулу за внутренний бурт крышки.
К недостаткам известного захвата относится то, что им перегружается по одной ампуле, а вследствие малых скоростей подъема, опускания и перемещения манипулятора процесс перегрузки ампул с ПТ из транспортного чехла в пеналы занимает продолжительное время.
Цель изобретения - сокращение продолжительности перегрузки ампул с ПТ из транспортного чехла в пеналы за счет одновременной перегрузки нескольких ампул.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в одновременной перегрузке нескольких ампул с ПТ за счет автоматической установки подвижных стаканов в соосное положение с крышками зацепляемых из транспортного чехла ампул с ПТ, и в соосное с ячейками пенала положение ампул с ПТ, зацепленных в подвижных стаканах.
Указанный технический результат при использовании устройства для перегрузки ампул с отработавшим ядерным топливом реактора РБМК - 1000, включающее электромеханический некопирующий мостовой манипулятор грузоподъемностью 500 кг с захватом, достигается тем, что в его захват установлена головка, повторяющая по форме крышку ампулы, к головке присоединена плита, в которой установлен неподвижный стакан, в плите выполнены пазы, оси симметрии которых направлены к оси неподвижного стакана. В пазы установлены подвижные стаканы с расположением оси неподвижного и двух любых смежных подвижных стаканов в вершинах равностороннего треугольника с длиной стороны, равной расстоянию между осями гнезд транспортного чехла при упоре подвижных стаканов в дальнюю от неподвижного стакана кромку паза, и в вершинах равностороннего треугольника с длиной стороны, равной расстоянию между ячейками пенала при упоре подвижных стаканов в ближнюю от неподвижного стакана кромку паза. Стаканы снабжены крышками, к крышкам подвижных стаканов прикреплены оси с роликами, размещенными в канавках, выполненных в плите с уклоном к неподвижному стакану и расположенных параллельно пазам, в стаканах смонтированы механизмы для зацепления крышек ампул, а на наружных нижних кромках стаканов выполнены фаски.
Механизмы для зацепления крышек ампул содержат штоки, установленные в крышках стаканов, снабженные в нижней части буртами, соединенными шарнирными тягами с упорами, размещенными в пазах стаканов, а в верхней части - рукоятками.
Учитывая грузоподъемность электромеханического некопирующего мостового манипулятора и вес ампул с ПТ, в пазах плиты установлены три подвижных стакана, а оси неподвижного и трех подвижных стаканов расположены в вершинах равностороннего ромба, причем неподвижный стакан расположен в одном из его тупых углов.
Для возможности одновременной перегрузки трех ампул с ПТ в пазах плиты устанавливаются два подвижных стакана, а оси неподвижного и двух подвижных стаканов располагаются в вершинах равностороннего треугольника.
Для возможности одновременной перегрузки двух ампул с ПТ в пазу плиты устанавливается один подвижный стакан.
Снабжение устройства установленной в захват электромеханического некопирующего мостового манипулятора (далее по тексту - манипулятора) головкой, повторяющей по форме крышку ампулы, с присоединенной к ней плитой, позволяет осуществлять дистанционное зацепление и расцепление захвата манипулятора с головкой и присоединенной к ней плитой со стаканами.
Установка в плите неподвижного стакана и выполнение в плите пазов, оси симметрии которых направлены к оси неподвижного стакана, установка в пазы подвижных стаканов позволяют перемещать подвижные стаканы относительно неподвижного, изменяя расстояние между ними.
Расположение осей неподвижного и двух любых смежных стаканов в вершинах равностороннего треугольника с длиной стороны, равной расстоянию между осями гнезд транспортного чехла при упоре подвижных стаканов в дальние от неподвижного стакана кромки пазов, позволяет перемещать подвижные стаканы по пазам в плите до соосного положения с крышками зацепляемых ампул с ПТ, установленных в гнездах транспортного чехла.
Расположение осей неподвижного и двух любых смежных стаканов в вершинах равностороннего треугольника с длиной стороны, равной расстоянию между осями ячеек пенала при их упоре в ближние от неподвижного стакана кромки, позволяет перемещать подвижные стаканы с зацепленными в них ампулами с ПТ по пазам в плите до соосного положения с ячейками пенала.
Снабжение подвижных стаканов крышками, прикрепление к крышкам осей с роликами, размещенными в канавках, выполненных в плите с уклоном к неподвижному стакану, и расположенных параллельно пазам, позволяют за счет качения роликов по канавкам снизить усилия передвижения подвижных стаканов в пазах. При установке плиты со стаканами на крышки ампул, расположенных в транспортном чехле, снижение усилия передвижения подвижных стаканов обеспечивает автоматическое перемещение вверх по уклону канавок установленных на роликах подвижных стаканов и их введение во внутренние полости крышек ампул под действием веса захвата манипулятора и головки с плитой. После зацепления и извлечения ампул с ПТ из транспортного чехла, снижение усилия передвижения подвижных стаканов также обеспечивает их скатывание к неподвижному стакану вниз по уклону канавок до упора в ближние кромки пазов под действием веса ампул с ПТ. Тем самым достигается соосное положение зацепленных в подвижных стаканах ампул с ПТ с ячейками пенала при их установке в пенал. Выполнение на нижних кромках стаканов фасок позволяет облегчить установку неподвижного и подвижных стаканов в крышки ампул, расположенных в транспортном чехле, за счет взаимодействия фасок на нижних кромках стаканов с фасками крышек ампул.
Установка внутри неподвижного и подвижных стаканов механизмов для зацепления ампул, состоящих из штоков, снабженных в нижней части буртами, соединенными шарнирными тягами с упорами, размещенными в пазах стаканов, а в верхней части рукоятками, позволяют при повороте рукоятки осуществлять поворот штока и вдвигать и выдвигать упоры из пазов стаканов и тем самым обеспечить сцепление и расцепление стаканов с крышками ампул. Установка в пазах плиты трех подвижных стаканов с расположением осей неподвижного и трех подвижных стаканов в вершинах равностороннего ромба, а неподвижного стакана в одном из его тупых углов, позволяет разместить оси неподвижного и двух любых смежных подвижных стаканов в вершинах равностороннего треугольника и осуществить одновременное зацепление четырех ампул с ПТ в транспортном чехле и одновременную их перегрузку в пенал.
Установка в пазах плиты двух подвижных стаканов с расположением осей неподвижного и двух подвижных стаканов в вершинах равностороннего треугольника позволяет осуществить одновременное зацепление трех ампул с ПТ в транспортном чехле и одновременную их перегрузку в пенал.
Установка в пазу плиты одного подвижного стакана позволяет осуществить одновременное зацепление двух ампул с ПТ в транспортном чехле и одновременную их перегрузку в пенал.
Предлагаемые устройства иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1, фиг.2, фиг.3, фиг.4.
На фиг.1 - изображен общий вид предлагаемого устройства;
на фиг.2 - нижняя часть предлагаемого устройства по пунктам 1 и 3 формулы;
на фиг.3 - нижняя часть предлагаемого устройства по пунктам 1 и 4 формулы;
на фиг.4 - нижняя часть предлагаемого устройства по пунктам 1 и 5 формулы.
Предлагаемое устройство (см. фиг.1) содержит устанавливаемую в захват 1 манипулятора 2 головку 3, повторяющую по форме крышку ампулы и присоединенную к головке 3 плиту 4.
В плите 4 (см. фиг.2) смонтирован один неподвижный 5 и три подвижных стакана 6, установленных в пазах 7.
Оси симметрии пазов 7 направлены к оси неподвижного стакана 5. Расположение и длина пазов 7 выбраны таким образом, чтобы оси неподвижного 5 и двух любых смежных подвижных стаканов 6, при их упоре в дальние кромки 8 пазов 7, составляли равносторонний треугольник с длиной стороны, равной расстоянию между осями гнезд транспортного чехла - 108 мм, а при упоре в ближние кромки 9 пазов 7 составляли равносторонний треугольник с длиной стороны, равной расстоянию между осями ячеек пенала - 100 мм. Оси неподвижного 5 и трех подвижных стаканов расположены в вершинах равностороннего ромба, при этом неподвижный стакан 5 располагается в одном из его тупых углов.
На стаканы 5 и 6 установлены крышки 10, к которым присоединены оси 11 с роликами 12. Ролики 12 размещаются в канавках 13, выполненных в плите 4 с уклоном к неподвижному стакану 5 и расположенных параллельно пазам 7.
В неподвижном 5 и подвижных 6 стаканах размещены механизмы 14 для зацепления крышек ампул, включающие в себя штоки 15, установленные на крышках 10 стаканов 5 и 6. Штоки 15 снабжены в верхней части рукоятками 16, а в нижней части буртами 17, которые шарнирными тягами 18 соединены с упорами 19, размещенными в пазах 20 стаканов 5 и 6. На наружных нижних кромках стаканов 5 и 6 выполнены фаски 21.
Кроме того, к устанавливаемой в захват 1 манипулятора 2 головке 3, повторяющей по форме грибок крышки пенала, может быть присоединена плита 22.
В плите 22 (см. фиг.3) смонтирован один неподвижный стакан 5, и выполнены два паза 7, оси симметрии которых направлены к оси неподвижного стакана 5. В пазы 7 установлены два подвижных стакана 6, причем оси неподвижного 5 и двух подвижных 6 стаканов располагаются в вершинах равностороннего треугольника. Расположение и длина пазов 7 также выбраны с учетом того, чтобы ось неподвижного стакана 5 и оси двух подвижных стаканов 6, при их упоре в дальние стенки 8 пазов 7, составляли равносторонний треугольник с длиной стороны, равной расстоянию между осями гнезд транспортного чехла - 108 мм, а при упоре в ближние стенки 9 пазов 7 составляли равносторонний треугольник с длиной стороны, равной расстоянию между осями ячеек пенала - 100 мм.
Кроме того, к устанавливаемой в захват 1 манипулятора 2 головке 3, повторяющей по форме грибок крышки пенала, может быть присоединена плита 23 (см. фиг.4). В плите 23 установлен один неподвижный стакан 5 и выполнен один паз 7, ось симметрии которого направлена к оси неподвижного стакана 5. В пазу 7 установлен один подвижный стакан 6. Расположение и длина паза 7 также выбрана с учетом того, чтобы расстояние между осями стаканов 5 и 6 при упоре подвижного стакана в дальнюю стенку 8 паза 7 равнялось расстоянию между осями гнезд транспортного чехла - 108 мм, а при упоре в ближнюю стенку 9 паза 7 равнялось расстоянию между осями ячеек пенала - 100 мм.
Предлагаемое устройство работает следующим образом. В камере комплектации пеналов в приемном гнезде размещается транспортный чехол с 144 ампулами с ПТ. В загрузочном гнезде размещается порожний пенал вместимостью 30 ампул с ПТ со снятой крышкой. В захват 1 манипулятора 2 вводится головка 3 с присоединенной к ней плитой 4 со стаканами 5 и 6 и устанавливается над крышками ампул с ПТ в транспортном чехле. Предварительно рукоятками 16, установленными на штоках 15 неподвижного стакана 5, осуществляется поворот штоков 15, бурты 17 которых через шарнирные тяги 18 вводят упоры 19 внутрь стаканов 5 и 6. Плита 4 со стаканами 5 и 6 опускается на крышки ампул, при этом под действием веса захвата 1 и плиты 4 за счет взаимодействия фасок 21 с фасками крышек ампул, подвижные стаканы 6 перемещаются, перекатываясь на роликах 12 по канавкам 13, до упора в дальние стенки 8 пазов 7. В результате перемещения оси стаканов 5 и 6 располагаются в вершинах равносторонних треугольников, соосных с крышками ампул, и входят во внутренние полости крышек ампул. Далее установленным в камере комплектации пеналов копирующим манипулятором осуществляется поворот рукояток 16 неподвижного 5 и подвижных 6 стаканов, в результате чего упоры 19 выводятся из пазов 20, осуществляя зацепление четырех ампул с ПТ в транспортном чехле. Затем манипулятором 2 четыре ампулы с ПТ поднимаются и устанавливаются над ячейками пенала. После извлечения из транспортного чехла подвижные стаканы 6 под действием веса зацепленных ампул с ПТ скатываются на роликах 12 по уклону канавок 13 к неподвижному стакану 5, и тем самым достигается соосное положение зацепленных в подвижных стаканах ампул с ПТ с ячейками пенала перед их установкой в пенал.
Ампулы с ПТ опускаются в ячейки пенала. После опускания ампул с ПТ в ячейки пенала с помощью копирующего манипулятора осуществляется поворот рукоятками 16 штоков 15, бурты 17 которых через шарнирные тяги 18 вводят упоры 19 внутрь стаканов 5 и 6, и, таким образом, осуществляется расцепление четырех ампул с ПТ с предлагаемым устройством.
Далее процесс перегрузки предлагаемым устройством повторяется.
При применении плиты 22 с двумя подвижными стаканами 6 аналогичным образом осуществляется одновременная перегрузка трех ампул с ПТ, а при применении плиты 23 с одним подвижным стаканом 6 - одновременная перегрузка двух ампул с ПТ.
Для полной выгрузки 144 ампул с ПТ из транспортного чехла и полной загрузки пенала тридцатью ампулами с ПТ возможны различные варианты использования предлагаемых устройств.
После шести загрузок одновременно по четыре ампулы устройством по пунктам 1 и 3 формулы, оставшиеся незаполненными, вследствие круглого сечения пенала, шесть периферийных ячеек пенала могут догружаться предлагаемым по пункту 5 формулы устройством по две ампулы одновременно, или известным устройством по одной ампуле. При этом потребуется девять или двенадцать операций перегрузки вместо тридцати операций, осуществляемым известным устройством.
После шести загрузок по три ампулы одновременно предлагаемым по пункту 4 формулы устройством оставшиеся незаполненными, вследствие круглого сечения пенала, двенадцать ячеек пенала могут догружаться предлагаемым по пункту 5 устройством по две ампулы одновременно тоже шестью загрузками. При этом потребуется двенадцать операций перегрузки вместо тридцати операций, осуществляемым известным устройством.
При использовании устройства, предлагаемого по п.5, потребуется двенадцать перегрузок по две ампулы одновременно.