УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДЪЕМА И ПЕРЕМЕЩЕНИЯ КОРПУСОВ АМПУЛ С ПУЧКАМИ ОТРАБОТАВШИХ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ
APPARATUS FOR RAISING AND MOVING AMPOULE HOUSINGS WITH BUNDLES OF SPENT FUEL ELEMENTS

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к средствам для обеспечения безопасности при перегрузке ампул с пучками отработавших тепловыделяющих элементов (твэлов) реактора РБМК-1000 в пеналы и предназначено для использования в камере комплектации пеналов (ККП) сухого хранилища или на АЭС.
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 твэлов, поступают в транспортном чехле, установленном внутри защитного контейнера. Транспортный чехол с загруженными ампулами извлекается из защитного контейнера и помещается в приемном гнезде ККП.
В ККП осуществляется перегрузка ампул с пучками твэлов из транспортного чехла в герметичные пеналы хранения.
Масса ампулы с пучком твэлов составляет 104 кг.
Ампула содержит цилиндрический корпус с дном, в котором помещен пучок отработавших твэлов и крышку, зафиксированную в верхней части корпуса. Корпус состоит из трубы с дном, соединенной с горловиной, причем в месте соединения на горловине выполнена фаска с переходом на меньший диаметр, равный диаметру трубы. Фиксация крышки с корпусом осуществляется запирающим устройством, выполненным в виде пружинного разрезного кольца, установленного в кольцевой канавке крышки, частично входящего в кольцевую канавку корпуса. Так как корпус ампулы выполнен высотой, позволяющей захвату иметь доступ к силовой решетке пучка твэлов, то хвостовик пучка твэлов выходит за пределы корпуса во внутреннюю полость крышки.
Перегрузка ампул с пучками твэлов осуществляется дистанционно электромеханическим некопирующим мостовым манипулятором грузоподъемностью 500 кг (проект 1697-20-0002 разработки ОАО «Центральное конструкторское бюро машиностроения»).
Захват электромеханического некопирующего мостового манипулятора, предназначенный для зацепления ампул с пучками твэлов за внутренние заплечики крышки ампулы, содержит установленные в корпусе на осях три лапки. Сведение лапок к минимальному диаметру осуществляется подпружиненными упорами, установленными в стаканах, присоединенных радиально к корпусу и упирающимися в наружные поверхности лапок. Разведение лапок осуществляется коническим толкателем, установленным между внутренними поверхностями лапок и взаимодействующим с роликами, установленными в пазах лапок на осях.
Для введения лапок известного захвата в проточку крышки ампулы конический толкатель поднимается вверх, при этом подпружиненные упоры сводят лапки до минимального диаметра и они вводятся в крышку ампулы под внутренние заплечики проточки. Далее конический толкатель перемещается вниз и, взаимодействуя с роликами на лапках и сжимая пружины упоров, разводит лапки до касания ими стенки проточки в крышке. В результате, лапки зацепляют ампулу за внутренние заплечики крышки.
При транспортировке порожних ампул на АЭС и в сухом хранилище наблюдались случаи падения корпуса в результате расцепления запирающего устройства крышки с корпусом. Зацепление же упавшего на столешницу корпуса с пучком твэлов захватом электромеханического некопирующего мостового манипулятора невозможно.
7
Наиболее близким устройством к заявляемому устройству по совокупности признаков является устройство для подъема и перемещения ампул с пучками отработавших тепловыделяющих элементов (см. патент №2500044, МПК G21С 19/32, 2013), служащее для подъема упавших ампул и содержащее грузоподъемное устройство (мостовой некопирующий электромеханический манипулятор), установленное в камере комплектации пеналов и захват, установленный в полости стакана, в радиальные пазы которого введены раздвижные лапки, управляемые установленным внутри стакана штоком. Стакан выполнен с возможностью его введения в крышку упавшей ампулы при сведенных лапках, фиксации стакана в ней при разведенных лапках и снабжен вилкой, в пазу которой на оси установлен хвостовик головки, повторяющей по форме крышку ампулы, причем хвостовик головки установлен с возможностью поворота головки относительно стакана регулируемым усилием 5-15 кг. Ось соединена с хвостовиком головки и зафиксирована в вилке гайкой, причем между гайкой и щекой вилки установлена пружина, а в одной из щек вилки выполнен секторный радиальный паз, в котором размещена рукоятка, присоединенная к штоку.
Известное устройство работает следующим образом. В случае падения загруженной ампулы ее положение в ККП может быть самым различным. При нахождении крышки ампулы в зоне действия копирующих манипуляторов, стакан с введенными в его пазы раздвижными лапками, копирующим манипулятором вводится в крышку ампулы. После введения стакана в крышку ампулы раздвижные лапки выводятся из радиальных пазов и фиксируют стакан в крышке ампулы. Затем копирующим манипулятором головка выводится в вертикальное положение и, вследствие поджатая пружиной, остается в этом положении. В головку, повторяющую по форме крышку ампулы, вводится захват грузоподъемного устройства и зацепляет ее. При поднятии упавшей ампулы стакан начинает поворачиваться на оси относительно головки под действием веса загруженной ампулы до вывода ампулы в вертикальное положение. Далее упавшая ампула при отсутствии искривления устанавливается в ячейку пенала, а при искривлении ампулы устанавливается в специальный пенал с увеличенным сечением ячеек.
При транспортировке порожних ампул на АЭС и в сухом хранилище наблюдались случаи падения корпуса в результате расцепления запирающего устройства крышки с корпусом. Проведенный анализ безопасности показал, что при перегрузке ампул в ККП также существует вероятность расцепления запирающего устройства, при котором крышка ампулы остается в захвате грузоподъемного устройства, а загруженный пучком твэлов корпус падает на столешницу ККП.
Зацепление упавшего на столешницу корпуса с пучком твэлов известным устройством возможно только после установки крышки и ее сцепления запирающим устройством с упавшим корпусом. Так как высока вероятность смятия горловины корпуса при его падении, то повторная установка и фиксация крышки в корпус со смятой горловиной для зацепления и подъема ампулы известным устройством будет практически невозможна.
Кроме того, в случае падения корпуса с пучком твэлов его положение в ККП может быть самым различным. При нахождении горловины вне зоны действия электромеханического и копирующих манипуляторов установка крышки в корпус копирующим манипулятором не всегда будет возможна.
Исходя из этого, актуальной задачей является создание устройства, используемого в качестве аварийного инструмента, способного зацепить упавший корпус ампулы с пучком отработавших твэлов, и установить в специальный герметичный пенал с увеличенным сечением ячеек.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в дистанционном зацеплении и подъеме упавших корпусов ампул, находящихся в любом наклонном или горизонтальном положении после падения.
Для достижения указанного технического результата в предлагаемом устройстве, в отличие от известного, содержащем установленное в камере комплектации пеналов грузоподъемное устройство (мостовой некопирующий электромеханический манипулятор), с захватом, установленным в повторяющую по форме крышку ампулы головку, и раздвижные лапки, управляемые штоком, раздвижные лапки установлены на оси между щек втулки, в свою очередь установленной и зафиксированной на валу, размещенном между щек вилки, расположенных перпендикулярно щекам втулки, вилка снабжена хвостовиком, закрепленным в головке, с возможностью вращения вилки, раздвижные лапки выполнены высотой, превышающей высоту хвостовика пучка твэлов, выходящего за пределы корпуса, и снабжены радиусными губками, диаметр которых в сведенном положении равен наружному диаметру трубы корпуса ампулы.
В частном случае исполнения втулка и радиусные губки смонтированы с возможностью поворота регулируемым усилием 5-15 кг.
В другом частном случае исполнения шток установлен по резьбе в резьбовой втулке, размещен в пазах кронштейнов, прикрепленных к раздвижным лапкам, и присоединен к одному из них, а резьбовая втулка прикреплена к другому с возможностью ее вращения.
В другом частном случае исполнения шток снабжен шарнирной муфтой. Установка раздвижных лапок на оси между щек втулки, в свою очередь установленной и зафиксированной на валу, размещенном между щек вилки, расположенных перпендикулярно щекам втулки, позволяет осуществлять совместный с втулкой поворот сведенных или разведенных раздвижных лапок в вертикальной плоскости.
Снабжение вилки хвостовиком, закрепленным в головке с возможностью вращения, позволяет осуществить совместный поворот вилки, втулки и раздвижных лапок в горизонтальной плоскости.
В итоге, при сложении движений вилки и втулки в вертикальной и горизонтальной плоскостях, раздвижные лапки могут быть установлены по нормали к корпусу ампулы, находящемуся в любом наклонном или горизонтальном положении в ККП после падения, для осуществления его зацепления.
Выполнение лапок высотой, превышающей высоту хвостовика пучка твэлов, выходящего за пределы корпуса, позволяет перевести зацепленный корпус в вертикальное положение, размещая выступающий из корпуса хвостовик пучка твэлов между лапками, и установить корпус в специальный герметичный пенал с увеличенным сечением ячеек.
Снабжение раздвижных лапок радиусными губками, диаметр которых в сведенном положении равен наружному диаметру трубы корпуса ампулы, позволяет охватить радиусными губками трубу корпуса ампулы, зацепить корпус под фаской на его горловине и осуществлять его поднятие с упором кромок сведенных радиусных губок в фаску.
Монтаж втулки с возможностью поворота регулируемым усилием 5-15 кг позволяет копирующим манипулятором осуществлять совместный с втулкой поворот разведенных раздвижных лапок в вертикальной плоскости для их установки по нормали к корпусу ампулы, и сохранение этого положения для его зацепления, а при подъеме корпуса обеспечить его перевод в вертикальное положение под действием веса корпуса с размещенным в нем пучком твэлов.
Монтаж радиусных губок с возможностью поворота регулируемым усилием 5-15 кг позволяет при помощи копирующего манипулятора устанавливать радиусные губки в требуемое для зацепления корпуса положение, а при подъеме корпуса обеспечить за счет поворота радиусных губок перевод корпуса в вертикальное положение под действием веса корпуса и размещенного в нем пучка твэлов и их установку в специальный герметичный пенал с увеличенным сечением ячеек.
Установка штока по резьбе в резьбовой втулке, его размещение в пазах кронштейнов, прикрепленных к раздвижным лапкам, и присоединение к одному из них, прикрепление резьбовой втулки к другому кронштейну с возможностью ее вращения, позволяет при вращении резьбовой втулки копирующим манипулятором обеспечить передвижение штока в ней по резьбе и передвижение присоединенного к штоку кронштейна вместе с присоединенной раздвижной лапкой и тем самым осуществить дистанционное сведение и разведение раздвижных лапок.
Снабжение штока шарнирной муфтой позволяет поступательным движением штока обеспечить движение раздвижных лапок по радиусу.
Предлагаемое устройство для подъема и перемещения корпуса ампулы с пучком твэлов иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1 - фиг.5.
На фиг.1 показано устройство с зацеплением корпуса с пучком твэлов, упавшего горизонтально на столешницу ККП;
на фиг.2 показано устройство с зацеплением корпуса с пучком твэлов, упавшего наклонно на столешницу ККП;
на фиг.3 - нижняя часть устройства в разрезе;
на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.3;
на фиг.5 - показано устройство с зацепленным корпусом, переведенным в вертикальное положение.
Предлагаемое устройство (см. фиг.1 и 2) размещено в ККП сухого хранилища и обслуживается копирующими манипуляторами (на чертежах не показаны) из операторской комнаты. Предлагаемое устройство содержит грузоподъемное устройство 1 (мостовой некопирующий электромеханический манипулятор), с захватом 2 и предназначено для использования в качестве аварийного инструмента для упавших корпусов 3 ампул, загруженных пучком 4 твэлов, и их перевода в вертикальное положение и установки в специальный герметичный пенал с увеличенным сечением ячеек (на чертежах не показан). При размещении в корпусе пучка 4 твэлов, его хвостовик 5 выступает из корпуса 3. Корпус 3 ампулы имеет фаску 6 в месте соединения горловины 7 корпуса 3 с трубой 8 и донышко 9. К захвату 2 присоединена (см. фиг.3) головка 10, снабженная проточкой 11. В проточку 11 своим хвостовиком 12 установлена вилка 13, в щеках 14 которой установлен вал 15. На валу 15 установлена и зафиксирована винтом 16 втулка 17. Вал 15 установлен между щек 14 и фиксируется гайкой 18 с тарельчатой пружиной 19, поджатием которой регулируется усилие 5-15 кг поворота втулки 17. Втулка 17 снабжена щеками 20, расположенными при ее установке на вал 15 перпендикулярно щекам 14 вилки 13. В щеках 20 установлена ось 21, на которой между щеками 20 установлены раздвижные лапки 22 и 23. На концах раздвижных лапок 22 и 23 выполнены отверстия 24, в которых своими цапфами 25 установлены радиусные губки 26, зафиксированные гайками 27 и тарельчатыми пружинами 28, поджатием которых регулируется усилие 5-15 кг поворота радиусных губок 26 относительно раздвижных лапок 22 и 23. К раздвижным лапкам 22 и 23 присоединены (см. фиг.4) кронштейны 29 и 30 соответственно, с выполненными в них вертикальными пазами 31, в которых установлен шток 32. Шток 32 состоит из двух частей 33 и 34, соединенных шарнирной муфтой 35. Часть 33 штока 32 присоединена к кронштейну 29 посредством сферических бурта 36 и кольца 37, а к кронштейну 30 посредством резьбовой втулки 38. Участок 39 штока 32, расположенный в пазу 31 между буртом 36 и кольцом 37 имеет квадратное сечение, предотвращающее вращение штока 32. Резьбовая втулка 38 установлена на кронштейне 30 с возможностью вращения за пластины 40 и крепится на нем накладным фланцем 41. Раздвижные лапки 22 и 23 выполнены высотой, позволяющей (см. фиг.5) разместить между ними выступающий из корпуса 3 ампулы наконечник 5 пучка 4 твэлов. Диаметр сведенных радиусных губок 26 равен наружному диаметру трубы 8 корпуса 3.
Предлагаемое устройство для подъема и перемещения упавших корпусов 3, загруженных пучками 4 твэлов, работает следующим образом. В случае падения корпуса 3 его положение в ККП может быть самым различным. При нахождении горловины 7 корпуса 3 в зоне действия электромеханического 1 и копирующего манипуляторов, предлагаемое устройство с разведенными раздвижными лапками 22 и 23 вводится в ККП и устанавливается на захват 2 электромеханического манипулятора 1. Электромеханическим манипулятором 1 предлагаемое устройство устанавливается над трубой 8 под фаской 6, выполненной в горловине 7 корпуса 3. Копирующим манипулятором втулка 17 с раздвижными лапками 22 и 23 устанавливаются по нормали к корпусу 3, а радиусные губки 26 - параллельно корпусу 3. Предлагаемое устройство опускается радиусными губками 26 на трубу 8, после чего вращением резьбовой втулки 38, осуществляемым копирующим манипулятором за пластины 40, шток 32, передвигаясь по резьбе во втулке 38, перемещает раздвижные лапки 22 и 23 друг к другу. Так как перемещение раздвижных лапок 22 и 23 осуществляется по радиусу вокруг оси 21, то возникающий перекос частей 33 и 34 штока 32, перемещающихся в вертикальных пазах 31, компенсируется шарнирной муфтой 35. После сжатия радиусными губками 26 корпуса 3, электромеханическим манипулятором 1 корпус 3 поднимается и под действием веса корпуса 3 с размещенным в нем пучком 4 твэлов переводится в вертикальное положение и устанавливается в специальный герметичный пенал с увеличенным сечением ячеек (на чертежах не показан). Далее вращением резьбовой втулки 38 в обратную сторону, осуществляемым копирующим манипулятором за пластины 40, шток 32, передвигаясь по резьбе во втулке 38, раздвигает раздвижные лапки 22 и 23 и предлагаемое устройство расцепляется с корпусом 3.
При нахождении горловины 38 корпуса 3 вне зоны действия электромеханического 1 и копирующего манипуляторов корпус 3 зацепляется радиусными губками 26 аналогичным образом за трубу 8 как возможно ближе к горловине 7, а затем переводится в положение, при котором горловина 7 находится выше донышка 9 корпуса 3, а донышко 9 опирается в столешницу ККП. В таком положении зацепленный корпус 3 сдвигается электромеханическим манипулятором 1 по столешнице до введения горловины 7 корпуса 3 в зону действия электромеханического 1 и копирующего манипуляторов. В этом случае, при возможном разрушении пучка твэлов при падении, верхнее положение горловины 7 при сдвигании корпуса 3 не позволит высыпаться частичкам топлива в ККП. Далее вращением резьбовой втулки 38 ослабляется сжатие трубы 8 радиусными губками 26 и электромеханическим манипулятором 1 радиусные губки 26 передвигаются под фаску 6, выполненную в горловине 7. После сжатия радиусными губками 26 корпуса 3, электромеханическим манипулятором 1 корпус 3 поднимается и под действием веса корпуса 3 с размещенным в нем пучком 4 твэлов переводится в вертикальное положение и устанавливается в специальный герметичный пенал с увеличенным сечением ячеек.