АМПУЛА ДЛЯ ОТРАБОТАВШЕЙ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩЕЙ СБОРКИ (ВАРИАНТЫ)
AMPOULE FOR SPENT FUEL ASSEMBLY (VERSIONS)

Изобретения относятся к атомной энергетике, в частности к обращению с отработавшим ядерным топливом, а более конкретно к ампуле, в которой размещается пучок тепловыделяющих элементов (твэлов) отработавшей тепловыделяющей сборки (ОТВС) реактора РБМК-1000. Загруженные пучками твэлов ампулы транспортируются в транспортном упаковочном комплекте железнодорожным транспортом в сухое хранилище, где перегружаются в пеналы для их долговременного хранения.
Известна ампула для отработавшей тепловыделяющей сборки (см. патент РФ №2353010, G21F 5/008), содержащая цилиндрический корпус с дном, выполненный высотой, позволяющей захвату иметь доступ к силовой решетке пучка твэлов, устанавливаемого с опиранием каркасной трубой на дно ампулы, в котором помещен пучок отработавших твэлов, крышку, зафиксированную в верхней части корпуса с помощью запирающего устройства, в виде пружинного разрезного кольца, снабженную пружиной, обеспечивающей фиксацию в ампуле пучка твэлов разной длины и установленную в корпусе с зазором в виде лабиринтного уплотнения, препятствующего высыпанию частиц топлива из ампулы и обеспечивающего возможность проведения осушки пучка твэлов, загруженного в ампулу. Фиксация крышки осуществляется запорным устройством, выполненным в виде пружинного разрезного кольца, требующего при снятии крышки его сжатия стержнями механизма вскрытия крышки, воздействующими с наружной стороны ампулы. Установка крышки в корпус после загрузки в него пучка твэлов осуществляется специальным захватом, зацепляющим своими лапками крышку за ее верхнюю расточку и имеющим только вертикальное перемещение.
При загрузке на АЭС пучков твэлов в известные ампулы выявлены следующие недостатки.
У части ампул после загрузки в них пучков твэлов не устанавливалась крышка на корпус ампулы по причине деформаций пружинных разрезных колец.
Вероятной причиной деформаций пружинных разрезных колец является расположение концов пружинных разрезных колец напротив отверстий, через которые вводятся стержни механизма вскрытия крышки и смещение кольца относительно кольцевой канавки. Под непосредственным воздействием стержней механизма вскрытия концы пружинных разрезных колец могут деформироваться. Также в этом случае возможно и фиксирование их концов стержнями механизма вскрытия, которое препятствует перемещению концов по кольцевой канавке при сжатии пружинных разрезных колец другими стержнями, в результате чего также могут возникнуть деформации пружинных разрезных колец. Так как операции по снятию крышки и ее установке на корпус ампулы после загрузки в него пучка твэлов осуществляются дистанционно в защитной камере, то установить расположение пружинного разрезного кольца относительно отверстий в корпусе затруднительно.
У части ампул не снималась крышка с корпуса ампулы после частичного выхода крышки из верхней части вследствие заклинивания пружинного разрезного кольца между корпусом и крышкой ампулы. Причиной заклинивания является нефиксированное положение пружинных разрезных колец в проточках корпуса и крышки, в результате чего при сжатии стержнями механизма вскрытия крышки, воздействующими с наружной стороны ампулы, пружинные разрезные кольца не вводятся в кольцевую канавку крышки.
Кроме того, наблюдался случай расцепления крышки с корпусом при транспортировке ампулы.
При транспортировке на АЭС порожних ампул в горизонтальном положении могут быть их перемещения в ячейках транспортного чехла. При этом возникают и перемещения крышки относительно корпуса, воздействующие на пружинное разрезное кольцо кромками проточек корпуса и крышки.
Кроме того, операции по снятию крышки с корпуса, осуществляемые дистанционно в защитной камере, требуют точного ориентирования порожней ампулы относительно механизма вскрытия крышки для попадания его стержней в отверстия крышки, что увеличивает общую продолжительность загрузки пучков твэлов в известные ампулы.
Единый технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретений, заключается в жесткой фиксации положения крышки относительно корпуса ампулы и сокращении продолжительности загрузки пучков твэлов в ампулы.
Указанный технический результат, который может быть получен при использовании ампулы для отработавшей тепловыделяющей сборки по п.1 формулы, достигается тем, что в предлагаемой ампуле в отличие от известной запирающее устройство содержит выполненные на верхней части корпуса П-образные карманы, на внутренней поверхности крышки выполнены выступы с возможностью их установки в карманы при вертикальном перемещении крышки и ее повороте. Пружина установлена в крышке с предварительным сжатием между опорным подшипником и упорной втулкой, размещенной в расточке крышки с возможностью вертикального перемещения.
В частном случае исполнения лабиринтное уплотнение выполнено на верхней части корпуса.
В другом частном случае исполнения опорный подшипник выполнен в виде шайбы с заплечиками, прикрепленной к валу, установленному в отверстии крышки на шарик, а упорная втулка снабжена горизонтальным и вертикальным заплечиками.
В другом частном случае исполнения предварительное сжатие пружины составляет 70Н.
Выполнение на верхней части корпуса П-образных карманов на внутренней поверхности крышки выступов с возможностью их установки в П-образные карманы при вертикальном перемещении крышки и ее повороте позволяет осуществить установку крышки на корпус вертикальным перемещением захвата до расположения выступов на одном уровне с карманами, а затем ее последующим поворотом ввести выступы на крышке в карманы на верхней части корпуса, обеспечив фиксацию крышки относительно корпуса в вертикальном направлении.
Также выполнение на верхней части корпуса П-образных карманов а на внутренней поверхности крышки выступов с возможностью их установки в П-образные карманы при вертикальном перемещении крышки и ее повороте позволяет осуществить и снятие крышки ее вертикальным перемещением и поворотом в обратную сторону, что позволяет сократить общую продолжительность загрузки пучков твэлов в предлагаемые ампулы по сравнению с известными за счет исключения операций по установке, ориентированию и сжатию пружинного разрезного кольца стержнями механизма вскрытия крышки.
Установка пружины в крышке с предварительным ее сжатием между опорным подшипником и упорной втулкой, размещенной в расточке крышки с возможностью вертикального перемещения позволяет при постановке крышки на корпус порожней ампулы частично сжимать пружину при упоре нижнего торца упорной втулки в верхний торец корпуса и создать усилие, прижимающее выступы на крышке к П-образным карманам. При этом исключается самопроизвольное расцепление крышки с корпусом при транспортировке порожних ампул в горизонтальном положении. При постановке крышки на корпус с загруженным в него пучком твэлов пружина сжимается далее за счет взаимодействия головки пучка твэлов с упорной втулкой, перемещающейся по расточке крышки, и усилие, прижимающее выступы на крышке к П-образным карманам, возрастает. В результате обеспечивается жесткая фиксация положения крышки относительно корпуса.
Выполнение лабиринтного уплотнения на верхней части корпуса позволяет предотвратить выход частиц топлива из ампулы при ее транспортировке в горизонтальном положении в случае возникновения негерметичности циркониевых трубок с топливом в пучке твэлов.
Выполнение опорного подшипника в виде шайбы с заплечиками, прикрепленной к валу, установленному в отверстии крышки на шарик, и снабжение упорной втулки горизонтальным и вертикальным заплечиками позволяет при повороте крышки практически исключить скручивающие усилия, воздействующие на пружину и обеспечить центрирование пружины.
Предварительное сжатие пружины, составляющее 70Н, позволяет создать такое же усилие, прижимающее выступы на крышке к П-образным карманам, осуществить постановку крышки на корпус вручную при комплектации ампул, исключить самопроизвольный поворот крышки относительно корпуса и выход выступов из П-образных карманов при транспортировке порожних ампул в горизонтальном положении.
Указанный технический результат, который может быть получен при использовании ампулы для отработавшей тепловыделяющей сборки по п.4 формулы, достигается тем, что в предлагаемой ампуле в отличие от известной запирающее устройство содержит выполненные на верхней части корпуса П-образные карманы, на крышке с возможностью вращения установлено запорное кольцо, на внутренней поверхности которого выполнены выступы с возможностью их установки в П-образные карманы при вертикальном перемещении крышки и повороте запорного кольца, а пружина установлена в крышке между ее дном и упорной втулкой, размещенной в расточке запорного кольца с возможностью вертикального перемещения.
В частном случае исполнения упорная втулка снабжена горизонтальным и вертикальным заплечиками.
В другом частном случае лабиринтное уплотнение выполнено на верхней части корпуса.
Выполнение на верхней части корпуса П-образных карманов, установка на крышке с возможностью вращения запорного кольца, на внутренней поверхности которого выполнены выступы с возможностью их установки в П-образные карманы при вертикальном перемещении крышки и повороте запорного кольца, позволяет осуществить установку крышки на корпус вертикальным перемещением захвата до расположения выступов на одном уровне с П-образными карманами, а затем последующим поворотом запорного кольца с помощью копирующего манипулятора ввести выступы на крышке в П-образные карманы на верхней части корпуса, обеспечив, тем самым, фиксацию крышки относительно корпуса в вертикальном направлении. Также выполнение на верхней части корпуса П-образных карманов установка на крышке с возможностью вращения запорного кольца, на внутренней поверхности которого выполнены выступы с возможностью их установки в П-образные карманы при вертикальном перемещении крышки и повороте запорного кольца, позволяет осуществить и снятие крышки ее вертикальным перемещением и поворотом запорного кольца в обратную сторону, что позволяет сократить общую продолжительность загрузки пучков твэлов в предлагаемые ампулы по сравнению с известными за счет исключения операций по установке, ориентированию и сжатию пружинного разрезного кольца стержнями механизма вскрытия крышки.
Выполнение лабиринтного уплотнения на верхней части корпуса позволяет предотвратить попадание частиц топлива из ампулы при ее транспортировке в горизонтальном положении в случае возникновения негерметичности циркониевых трубок с топливом в пучке твэлов.
Указанный технический результат, который может быть получен при использовании ампулы для отработавшей тепловыделяющей сборки по п.5 формулы, достигается тем, в предлагаемой ампуле в отличие от известной запирающее устройство содержит выполненные на верхней части корпуса карманы, на крышке с возможностью вращения установлено запорное кольцо, на внутренней поверхности которого выполнены выступы с возможностью их введения в карманы при вертикальном перемещении крышки и повороте запорного кольца, а в нижней части горловины с возможностью вертикального перемещения установлена подпружиненная фиксирующая втулка, снабженная выборками, обеспечивающими размещение в них выступов запорного кольца.
В частном случае исполнения на горловине выполнены три наружные кольцевые проточки, соединенные вертикальными пазами с получением карманов в промежутках между пазами верхнего и нижнего выступов, соединенных с одной стороны упорами.
В другом частном случае исполнения на нижней части горловины и подпружиненной фиксирующей втулке выполнены канавки, в которых между ними установлены V-образные пружины, прикрепленные к подпружиненной фиксирующей втулке.
Учитывая условия эксплуатации, лабиринтное уплотнение выполнено на верхней части корпуса.
Выполнение на верхней части корпуса карманов и установка на крышке с возможностью поворота запорного кольца, на внутренней поверхности которого выполнены выступы с возможностью их установки в карманы при вертикальном перемещении крышки и повороте запорного кольца, позволяет осуществить установку крышки на корпус вертикальным перемещением захвата до расположения выступов на одном уровне с карманами, а затем последующим поворотом запорного кольца копирующим манипулятором ввести его выступы в карманы на горловине, обеспечив фиксацию запорного кольца и соединенной с ним крышки относительно корпуса в вертикальном направлении.
Также выполнение на верхней части корпуса карманов и установка на крышке с возможностью поворота запорного кольца, на внутренней поверхности которого выполнены выступы с возможностью их установки в карманы при вертикальном перемещении крышки и повороте запорного кольца, позволяет осуществить и снятие крышки ее вертикальным перемещением и поворотом запорного кольца в обратную сторону, что позволяет сократить общую продолжительность загрузки пучков твэлов в предлагаемые ампулы по сравнению с известными за счет исключения операций по установке, ориентированию и сжатию пружинного разрезного кольца стержнями механизма вскрытия крышки.
Установка в нижней части горловины с возможностью вертикального перемещения подпружиненной фиксирующей втулки, снабженной выборками, обеспечивающими размещение в них выступов запорного кольца, позволяет после введения выступов запорного кольца в карманы горловины и расцепления захвата с крышкой автоматически переместить подпружиненную фиксирующую втулку вверх и разместить выступ запорного кольца в выборке подпружиненной фиксирующей втулки жестко зафиксировать выступы запорного кольца в карманах горловины, обеспечив фиксацию запорного кольца и соединенной с ним крышки относительно корпуса в горизонтальном направлении. В результате осуществляется жесткая фиксация крышки относительно корпуса.
Выполнение на горловине корпуса трех наружных кольцевых проточек и соединение их вертикальными пазами позволяет получить в промежутках между пазами расположенные друг над другом верхний и нижний выступы, которые при соединении их с одной стороны упорами в итоге позволяют образовать карманы и обеспечить перемещение выступов на запорном кольце по вертикальным пазам и их введение в карманы.
Выполнение на нижней части горловины и подпружиненной фиксирующей втулки канавок и установка между ними V-образных пружин, прикрепленных к подпружиненной фиксирующей втулке, позволяет обеспечить вертикальное перемещение подпружиненной фиксирующей втулки с усилием, позволяющим осуществить как введение выступов на запорном кольце в карманы, так и поднятие фиксирующей втулки для фиксации выступов на запорном кольце в карманах.
Выполнение лабиринтного уплотнения на верхней части корпуса позволяет предотвратить попадание частиц топлива из ампулы при ее транспортировке в горизонтальном положении в случае возникновения негерметичности циркониевых трубок с топливом в пучке твэлов.
Предлагаемые ампулы иллюстрируется чертежами, на которых изображены:
на фиг.1 - предлагаемая по п.1 порожняя ампула в разрезе;
на фиг.2 - предлагаемая по п.1 ампула в разрезе с загруженным пучком твэлов;
на фиг.3 - запирающее устройство ампулы по п.1;
на фиг.4 - предлагаемая по п.4 порожняя ампула в разрезе;
на фиг.5 - запирающее устройство ампулы по п.4;
на фиг.6 - предлагаемая по п.5 ампула в разрезе с загруженным пучком твэлов;
на фиг.7 - предлагаемый по п.5 корпус ампулы;
на фиг.8 - предлагаемая по п.5 крышка ампулы в разрезе;
Предлагаемая по п.1 ампула (см. фиг.1) содержит корпус 1, выполненный в виде трубы 2 с присоединенными к ней дном 3 и горловиной 4, крышку 5 с донышком 6 и пружиной 7. Крышка 5 устанавливается на горловину 4 корпуса 1 и фиксируется на ней с помощью запирающего устройства 8.
Запирающее устройство 8 (см. фиг.1 и фиг.3) содержит выполненные на горловине 4 корпуса 1 П-образные карманы 9. На внутренней поверхности крышки 5 выполнены выступы 10 с возможностью их установки в П-образные карманы 9 при вертикальном перемещении крышки 5 и ее повороте. В донышке 6 крышки 5 выполнено отверстие 11, в которое на шарик 12 установлен вал 13 с прикрепленной к нему шайбой 14. В обечайке 15 крышки 5 выполнена расточка 16, в которой с возможностью вертикального перемещения установлена упорная втулка 17. Пружина 7 установлена в крышке 5 между шайбой 14 и упорной втулкой 17 с предварительным сжатием 70Н, получающимся при упоре нижней кромки 18 упорной втулки 17 в верхний торец горловины 4. Шайба 14 и упорная втулка 17 снабжены заплечиками 19 для центрирования пружины 7. На наружной поверхности верхней части горловины 4 выполнены канавки 20 лабиринтного уплотнения.
Запирающее устройство 8 работает следующим образом.
При установке крышки 5 на горловину 4 порожнего корпуса 1 вручную или дистанционно в защитной камере захватом (на чертежах не показан) при загруженном в корпус 1 пучке твэлов, крышка 5 перемещается вертикально до заведения ее выступов 10 под П-образные карманы 9. При установке крышки 5 на порожний корпус 1 упорная втулка 17 упирается своей нижней кромкой 18 в торец горловины 4, а пружина 7 сжимается, причем усилие сжатия пружины 7 составляет 70Н.
Дальнейшим поворотом крышки 5 выступы 10 заводятся под П-образные карманы 9 и под действием усилия пружины 7 крышка 5 перемещается вверх, вводя выступы 10 в П-образные карманы 9. При повороте крышки 5 вместе с нею поворачиваются на шарике 12 предварительно сжатая между шайбой 14 и упорной втулкой 17 пружина 7, что практически исключает воздействие скручивающих усилий на пружину 7. В результате обеспечивается жесткая фиксация крышки 5 относительно корпуса 1.
При установке крышки 5 на корпус 1 с загруженным в него пучком твэлов (см. фиг.2) дистанционно в защитной камере захватом (на чертежах не показан) крышка 5 устанавливается на горловину 4 и для заведения ее выступов 10 под П-образные карманы 9 пружина 7, упирающуюся в торец пучка твэлов, сжимается с усилием 130-440Н в зависимости от длины пучка твэлов.
Для снятия крышки 5 с горловины 4 необходимо сначала подать крышку 5 вниз, сжимая пружину 7, а затем повернуть ее, выводя выступы 10 из-под П-образных карманов 9.
Предлагаемая по п.4 формулы ампула (см. фиг.4) содержит корпус 1, выполненный в виде трубы 2 с присоединенными к ней дном 3 и горловиной 4, крышку 21 с пружиной 7. На наружной поверхности верхней части горловины 4 выполнены канавки 20 лабиринтного уплотнения.
Крышка 21 состоит из донышка 22, в котором в кольцевом пазе 23 с возможностью вращения установлено запорное кольцо 24. В запорном кольце 24 выполнена расточка 25, в которой с возможностью вертикального перемещения установлена упорная втулка 17. Пружина 7 установлена в крышке 21 между донышком 22 и упорной втулкой 17 с предварительным сжатием 70Н, получающимся при упоре нижней кромки 18 упорной втулки 17 в нижнюю кромку 26 расточки 25. В донышке 22 выполнена расточка 27, а упорная втулка 17 снабжены заплечиками 19 для центрирования пружины 7. Крышка 21 устанавливается на горловину 4 корпуса 1 и фиксируется на ней с помощью запирающего устройства 8.
Запирающее устройство 8 (см. фиг.5) содержит выполненные на горловине 4 корпуса 1 П-образные карманы 9. На внутренней поверхности запорного кольца 24 выполнены выступы 10 с возможностью их установки в П-образные карманы 9 при вертикальном перемещении крышки 21 и повороте запорного кольца 24.
Запирающее устройство 8 работает следующим образом.
При установке крышки 21 на горловину 4 порожнего корпуса 1 вручную или дистанционно в защитной камере захватом (на чертежах не показан) при загруженном в корпус 1 пучке твэлов, крышка 21 перемещается вертикально до заведения выступов 10 на запорном кольце 24 под П-образные карманы 9. При установке крышки 21 на порожний корпус 1 упорная втулка 17 упирается своей нижней кромкой 18 в торец горловины 4, а пружина 7 сжимается, причем усилие сжатия пружины 7 составляет 70Н.
Дальнейшим поворотом запорного кольца 24 выступы 10 заводятся под П-образные карманы 9 и под действием усилия пружины 7 крышка 21 перемещается вверх, вводя выступы 10 в П-образные карманы 9. В результате обеспечивается жесткая фиксация крышки 21 относительно корпуса 1.
При установке крышки 21 на корпус 1 с загруженным в него пучком твэлов дистанционно в защитной камере захватом (на чертежах не показан) крышка 21 устанавливается на горловину 4 и для заведения ее выступов 10 под П-образные карманы 9 пружина 7, упирающаяся в торец пучка твэлов, сжимается с усилием 130-440Н в зависимости от длины пучка твэлов. Затем поворачивается запорное кольцо 24 и выступы 10 входят в П-образные карманы 9, фиксируя крышку 21 относительно корпуса.
Для снятия крышки 21 с горловины 4 необходимо сначала подать крышку 21 вниз, сжимая пружину 7, а затем повернуть запорное кольцо 24 и вывести выступы 10 из-под П-образных карманов 9.
Предлагаемая по п.5 формулы ампула (см. фиг.6) содержит корпус 1, выполненный в виде трубы 2 с присоединенными к ней дном 3 и горловиной 28, крышку 21 с пружиной 7, устанавливаемую на горловину 28 с помощью запирающего устройства 29.
Запирающее устройство 29 (см. фиг.7) состоит из выполненных на горловине 28 трех наружных кольцевых проточек: верхней 30, средней 31 и нижней 32. Кольцевые проточки 30, 31 и 32 соединены вертикальными пазами 33, выполненными начиная от торца горловины 28 заподлицо с кольцевыми проточками 30, 31 и 32.
При этом в промежутках между вертикальными пазами 33 получены верхний 34 и нижний 35 выступы, а по их концам установлены фиксаторы 36 с образованием карманов 37. В нижнюю кольцевую проточку 32 установлена с возможностью вертикального перемещения подпружиненная фиксирующая втулка 38 с выборкой 39, в которую входит нижний выступ 35. Верхняя кромка 40 подпружиненной фиксирующей втулки 38 при ее верхнем положении размещается выше нижнего выступа 35 кармана 37. Под нижней кольцевой проточкой 32 на горловине 28 и на нижнем торце подпружиненной фиксирующей втулки 38 выполнены кольцевые канавки 41 и 42 соответственно, в которых установлены V-образные пружины 43, прикрепленные к подпружиненной фиксирующей втулке 38 перемычками 44. На наружной поверхности в верхней части горловины 28 выполнены канавки 20 лабиринтного уплотнения.
В крышке 21 выполнен кольцевой паз 23, в котором с возможностью вращения установлено запорное кольцо 24. На внутренней поверхности запорного кольца 24 выполнены выступы 10 с возможностью их установки в карманы 37 при вертикальном перемещении крышки 21 и повороте запорного кольца 24. При упоре нижнего торца 45 крышки 21 в верхний торец 46 горловины 28 выступы 10 располагаются на одном уровне с карманами 37.
Запирающее устройство 29 работает следующим образом.
При установке крышки 21 на горловину 28 корпуса 1 вручную при порожней ампуле или дистанционно в защитной камере захватом (на чертежах не показан) выступы 10 запорного кольца 24 перемещаются по вертикальным пазам 33 до упора нижнего торца 45 крышки 21 в верхний торец 46 горловины 28 с определенным вертикальным усилием, необходимым для сжатия V-образных пружин 43. При этом выступы 10, воздействуя на верхнюю кромку 40 фиксирующей втулки 38, подают ее вниз, сжимая V-образные пружины 43, и располагаются на одном уровне с карманами 37. Затем вручную при порожней ампуле или с помощью копирующего манипулятора в защитной камере осуществляется поворот запорного кольца 24, при котором выступы 10 входят в карманы 37. При снятии вертикального усилия фиксирующая втулка 38 V-образными пружинами 43 передвигается вверх и нижние выступы 35 горловины 28 и выступы 10 запорного кольца 24 размещаются в выборке 39, чем и достигается жесткая фиксация крышки 21 относительно корпуса 1.
Для снятия крышки 21 с горловины 28 необходимо сначала передвинуть фиксирующую втулку 38 вниз, сжав V-образные пружины 43, а затем поворотом запорного кольца 24 вывести выступы 10 из карманов 37, после чего захватом снять крышку 21 с горловины 28.
Работа с предлагаемыми ампулами осуществляется следующим образом.
Перед отправкой на АЭС у предлагаемых порожних ампул проверяется работоспособность запирающих устройств 8 или 29, после чего порожние ампулы с зафиксированными на корпусах крышками размещаются в ячейках чехла транспортного контейнера, который отправляется на АЭС.
При этом запирающими устройствами 8 или 29 обеспечивается жесткая фиксация крышек 5 или 21 соответственно с корпусами 1 при транспортировке их в горизонтальном положении контейнера железнодорожным транспортом. На АЭС с помощью имеющихся захвата и копирующих манипуляторов крышки 5 или 21 снимаются с корпусов 1. В защитной камере пучки твэлов устанавливаются в корпуса 1 ампул, после чего с помощью захвата и копирующего манипулятора на корпуса 1 устанавливаются крышки 5 или 21.
Далее загруженные пучками твэлов ампулы устанавливаются в ячейки транспортного контейнера, в котором транспортируются в сухое хранилище.