НАКЛОННЫЙ ПОДЪЕМНИК ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА

Полезная модель относится к области ядерной техники и может быть использована в составе перегрузочного оборудования ядерного реактора.
В соответствии с НП-061-05 «Правила безопасности при хранении и транспортировании ядерного топлива на объектах использования атомной энергии» транспортно-технологическое оборудование для перемещения ядерного топлива должно обеспечивать остановку с допускаемым для ОТВС ускорением как при нормальных условиях эксплуатации, так и при проектных авариях, в перечень которых входит падение тележки наклонного подъемника при обрыве троса.
Известны подъемники, которые в целях безопасности снабжены различного типа клиновыми ловителями, останавливающими подъемник при обрыве троса (Ф.К Иванченко «Конструкция и расчет подъемно-транспортных машин» стр.245).
К недостаткам таких устройств относятся:
Практически мгновенная остановка подъемника при срабатывании клинового ловителя, что приводит к большим динамическим нагрузкам на ОТВС.
Большая сложность последующего ремонта подъемника, застрявшего на рельсовом пути в воде бассейна выдержки, связанная с необходимостью дренирования воды из бассейна выдержки с соответствующей предварительной выгрузкой ОТВС, установленных ранее в бассейн выдержки, что может привести к простою реактора.
Известны грузоподъемные машины, движущиеся по рельсовому пути, в которых, для обеспечения безопасности при наезде на упор, используются пружинные или гидравлические буферные устройства (М.П.Александров «Грузоподъемные машины, стр.421).
Недостатком пружинных демпферов является их малая энергоемкость, вследствие чего для обеспечения допускаемого ускорения при торможении приходится существенно увеличивать габариты демпфера. Особенно это актуально при использовании демпферов в дистиллированной воде бассейна выдержки ядерного реактора, где возможно использование только нержавеющей пружинной стали, сортамент которой по силовым характеристикам ограничен. Максимальное поглощение энергии удара в пружинных демпферах (а, следовательно, и максимальное ускорение при торможении) происходит в конце рабочего хода пружины, что приводит к большим ускорениям при остановке, недопустимым с точки зрения сохранности ОТВС.
Недостатком гидравлических буферов является сложность конструкции, связанная с необходимостью гидравлического профилирования проходного сечения для обеспечения постоянного сопротивления передвижению поршня, и высокое давление (пропорциональное квадрату скорости тележки), развивающееся в полости буфера при столкновении тележки с упором, что приводит к необходимости увеличивать толщину стенки и таким образом утяжелять конструкцию. При скоростях движения более 160 м/мин использование чисто гидравлических буферов становится экономически не выгодно.
Известен ядерный реактор, в котором для перемещения отработанных тепловыделяющих сборок (ОТВС) из реактора в бассейн выдержки используется наклонный подъемник, содержащий перемещающуюся по рельсам при помощи тросового привода тележку с гильзой для установки ОТВС.(Бурлаков В.А. и др. Доклад на советско-французском семинаре .....1978 г.). По большинству существенных признаков данная конструкция наклонного подъемника принята за прототип.
К недостаткам данной конструкции относятся его низкая надежность в аварийных ситуациях, связанных с падением ОТВС в гильзу тележки, что приводит к повреждению ОТВС с выходом радиоактивных продуктов из тепловыделяющих элементов (твэл), а также может привести к повреждению элементов кинематической цепи привода, обрыву троса и падению тележки с большой скоростью (до 300 м/мин) на нижний упор в бассейн выдержки, что приводит к дальнейшему разрушению ОТВС.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является создание устройства наклонного подъемника, обеспечивающего гашение энергии удара в аварийных ситуациях. Решение поставленной задачи позволит повысить надежность и безопасность при транспортировке ОТВС в бассейн выдержки.
Задача решается тем, что наклонный подъемник снабжен демпфирующими устройствами, включающими в себя пружинную кулачковую муфту, набор демпфирующих пластин на дне гильзы для установки ОТВС, и пружинно-гидравлические демпфера на тележке.
Суть технического решения поясняется чертежами, где:
На фиг.1 показан продольный разрез наклонного подъемника.
На фиг.2 показан продольный разрез гильзы с установленной в ней ОТВС.
На фиг.3 показан пружинно-гидравлический демпфер.
На фиг.4 показан поперечный разрез пружинно-гидравлического демпфера.
На фиг.5 показаны пружинная кулачковая муфта, элементы проходки и барабан с тросом.
В состав наклонного подъемника входят тележка 1 с гильзой 2 и пружинно-гидравлическими демпферами 3, перемещающаяся по рельсовому пути 4, расположенному в транспортном коридоре 5 между шахтой выдачи 6 и бассейном выдержки 7. Рельсовый путь 4 снабжен верхним упором 8 и нижним упором 9, исключающими сход тележки 1 с рельсового пути 4. Тележка 1 соединена тросом 10 с барабаном 11, установленным на вале 12, расположенном в проходке, выполненной в защитной стене 13 между шахтой выдачи 6 и операторской 14, где размещен привод 15, соединенный с валом 12 пружинной кулачковой муфтой 16.
В состав гильзы входит корпус 17, съемное днище 18 и демпфирующие пластины 19 с отверстиями для слива воды.
Пружинно-гидравлический демпфер 3 состоит из корпуса 20 с отверстиями 21, ступенчатого штока 22 с поршнем и отверстиями 23, 24, расположенными в нижней части штока 22 и сообщающими внутреннюю полость корпуса 20 с бассейном выдержки 7, набора пружин 25 и заглушки 26. В месте расположения пружин 25 на штоке 22 выполнены радиальные пазы, количество которых соответствует количеству пружин 25.
Пружинная кулачковая муфта 16 состоит из неподвижной полумуфты 27, расположенной на валу привода 15, и подвижной полумуфты 28, установленной на втулке 30, расположенной на вале 12. Подвижная полумуфта 28 поджимается к неподвижной полумуфте 27 штоками 31, перемещаемыми пружинами 29, расположенными во втулке 30.
Вал 12 установлен на подшипниках в корпусе 32, который проходит через защитную стенку 13.
Наклонный подъемник работает следующим образом:
При нормальной работе в гильзу 2 тележки 1, установленной в верхнее положение в шахте выдачи 6, со скоростью не более 1 м/мин опускается ОТВС. После этого включается привод 15 и начинает вращать соединенный с ним через пружинную кулачковую муфту 16, вал 12 с барабаном 11, опуская подвешенную на тросе 10 тележку 1 в бассейн выдержки 7, где ОТВС переставляется на место постоянного хранения.
В аварийной ситуации, возникающей при падении ОТВС в гильзу 2, вследствие полученного силового импульса тележка 1 начинает смещаться вниз по рельсовому пути 4. При этом начинает вращаться барабан 11, разворачивая вал 12 и соответственно подвижную полумуфту 28, которая начинает сдвигаться в осевом направлении по кулачкам неподвижной полумуфты 27. При этом штоки 31 сжимают пружины 29, которые тормозят тележку 1, воспринимая на себя энергию удара. Одновременно при падении ОТВС на дно гильзы 2 начинают поочередно прогибаться демпфирующие пластины 19, вытесняя при этом воду из зазоров между пластинами 19 через сливные отверстия в демпфирующих пластинах 19 и в днище 18. Энергия удара в этом случае тратится на прогиб демпфирующих пластин 19 и на продавливание воды через отверстия. Совместное гашение энергии удара при прогибе демпфирующих пластин 19 и при сжатии пружин 29 пружинной кулачковой муфты 16 с соответствующим перемещением тележки 1, обеспечивает плавное снижение скорости ОТВС с допускаемым ускорением.
При своем падении тележка 1 соприкасается с нижним упором 9 штоком 22 пружинно-гидравлического демпфера 3, который при этом начинает перемещаться относительно корпуса 20, жестко закрепленного на тележке 1.
Своим поршневым участком шток 22 сжимает пружины 25 и вытесняет из внутренней полости корпуса 20 воду через отверстия 21, расположенные в нижней части корпуса 20, а также через кольцевые отверстия между штоком 22 и заглушкой 26 в верхней части и между штоком 22 и корпусом 20 в нижней части пружинно-гидравлического демпфера 3. По мере перемещения штока 22, его поршневая часть поочередно перекрывает отверстия 21 и далее истечение воды происходит только через кольцевой зазор между штоком 22 и заглушкой 26 и кольцевой зазор между штоком 22 и нижней частью корпуса 20 демпфера 3. В первоначальный момент времени, когда усилия пружин 25 относительно малы и основной вклад в торможение тележки 1 вносят потери энергии на продавливание воды через отверстия 21, общая площадь отверстий 21 максимальна и обеспечивает допускаемое для ОТВС ускорение при замедлении тележки 21, а также ограничивает повышение давления во внутренней полости пружинно-гидравлического демпфера 3. После снижения скорости тележки 1 до допускаемого уровня, отверстия 21 перекрываются штоком 22 и дальнейшее вытеснение воды из внутренней полости пружинно-гидравлического демпфера 3 происходит только через кольцевые отверстия для прохода штока 22 в корпусе 20 и в заглушке 26. По мере снижения скорости тележки 1 гидравлические потери энергии торможения снижаются, но при этом возрастают потери энергии на сжатие штоком 22 пружин 25, что в сумме обеспечивает равномерность потерь энергии на всем пути торможения тележки 1, а, следовательно, и равномерность ускорений при торможении тележки 1 с ОТВС.
При расположении пружинно-гидравлических демпферов 3 тележки 1 в верхнем положении, выше уровня воды в бассейне выдержки, внутренняя полость пружинно-гидравлического демпфера 3 заполнена воздухом. В этом случае падение тележки 1 при обрыве троса 10 происходит на первом этапе в воздушной среде и тележка 1 разгоняется до больших скоростей (до 720 м/мин). После погружения тележки 1 в воду происходит гидравлическое торможение тележки 1 и ее скорость в момент соударения с упором 9 снижается до ~300 м/мин. Для обеспечения нормальной работы пружинно-гидравлического демпфера 3 штоки 22 снабжаются отверстиями 23 и 24, обеспечивающими гарантированное заполнение внутренней полости пружинно-гидравлического демпфера 3 водой за
время перемещения тележки 1 в воде бассейна выдержки 7 до столкновения с нижним упором 9. Заполнение производится за счет высокого напора набегающей с высокой скоростью воды на отверстие 24, входная часть которого выполнена в виде приемного конуса. Из отверстия 24 вода через отверстия 23, выполненные в одной плоскости с пазами на фигурном участке штока 22, поступает во внутреннюю полость демпфера 3. При соударении штока 22 и пружинно-гидравлического демпфера 3 входное отверстие в штоке 22 перекрывается плоскостью пружинно-гидравлического демпфера 3, которая расположена параллельно опорной торцевой плоскости штока 22.
Применение в наклонных подъемниках предлагаемых устройств позволяет обеспечить высокую надежность и безопасность при транспортировке ОТВС в бассейн выдержки в аварийных ситуациях, связанных с падением ОТВС в гильзу тележки и падением тележки в бассейн выдержки.
Кроме того, пружинная кулачковая муфта обеспечивает также защиту элементов зубчатых зацеплений в приводе при ударных нагрузках, возникающих при падении ОТВС в гильзу тележки.
Использование съемного днища позволяет заменять поврежденные демпфирующие пластины в процессе эксплуатации.
Установка пружин в направляющих пазах исключает изгиб пружин при сжатии и их возможное заклинивание между собой.