УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ПЕРЕГРУЗОЧНЫЙ ЗАЩИТНЫЙ КОНТЕЙНЕР
UNIVERSAL TRANSFER PROTECTION CONTAINER

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к оборудованию для обращения с отработавшим ядерным топливом (ОЯТ), и используется при обращении чехлов с облученными тепловыделяющими сборками (ОТВС) в хранилищах ОЯТ на плавучих технических базах (ПТБ) и береговых технических базах (БТБ).
Известна конструкция перегрузочного защитного контейнера типа КБ-650 для обращения с чехлами ОТВС судовых и корабельных ядерных энергетических установок. Принципиальное техническое решение таких контейнеров описано в документе «Транспортно-технологическая схема обращения с ОТВС реактора ОК-900Б в дооборудованных чехлах ЧТ-11, ЧТ-11С, ЧТ-11Ш на ПТБ пр. 2020 и упаковках ТУК-18 при транспортировании на ФГУП «ПО «Маяк» Л.65.695.00.000Д1; ГИ ВНИПИЭТ, 2007 г., с 22-25.
В общем виде перегрузочный защитный контейнер типа КБ-650 представляет собой сварную конструкцию в виде концентрично расположенных двух коррозионно-стойких стальных обечаек. К нижней части контейнера присоединено болтовыми соединениями шиберное устройство с поворотной пробкой, закрывающей отверстие во внутренней трубе, а перемещение автоматического захвата с чехлом или без него осуществляется лебедкой с ручным приводом, закрепленной на наружной поверхности внешней обечайки. Свободные пространства между обечайками и полость пробки шибера заполнены литым свинцом, являющимся биологической защитой (БЗ).
В контейнерах этого типа БЗ от гамма и нейтронного излучения формируется путем заполнения внутренних полостей расплавленным свинцом, поступающим из электропечи порционно, и последующей послойной его чеканкой после затвердения. Этот технологический процесс весьма трудоемок и требует особых мер безопасности в связи с высокой температурой и токсичностью выделяемых паров из жидкого свинца при заливке.
Известна также БЗ в контейнерах типа КБ-651 и корабельных конструкциях на основе смеси свинцовой дроби и вяжущего - портландцемента и воды, описанная в отраслевом стандарте ОСТ 5.9530-82 «Изоляция специальная из сыпучих и безусадочных смесей материалов серпентиновой породы. Типовой технологический процесс приготовления и монтажа», а также в документе РД5Р.ЛКИБ.3310-025-98 «Приготовление и монтаж биологической защиты перегрузочного защитного контейнера КБ-651. Технологический процесс».
2
2
Однако опыт эксплуатации оборудования с такой БЗ показал, что после 3-5 лет эксплуатации в условиях радиационных полей (гамма и нейтронное облучение) происходит вспучивание металлической обшивки БЗ с нарушением герметичности конструкции. Исследование причин этого явления показало, что находящийся в монолите БЗ воздух под действием гамма и нейтронного облучения подвергается реакции радиолиза, в результате чего образуется оксид натрия (NO), а присутствие паров воды приводит к образованию азотной кислоты (HNO), что и является основной причиной вспучивания металлической обшивки.
Все перегрузочные контейнеры типа КБ, участвующие в перегрузке чехлов с ОТВС, имеют размер внутреннего отверстия трубы, обеспечивающий свободный проход чехла, равный диаметру внутреннего отверстия в гнездах хранилищ ПТБ. После 2-3-летнего хранения чехол из водного хранилища ПТБ перегружается в сухое хранилище БТБ, где внутренние диаметры отверстий гнезд могут значительно превышать внутренний диаметр трубы контейнера. Это обстоятельство нарушает работу автоматического захвата чехлов четырехтактного типа и часто приводит к срыву чехлов с ОТВС при загрузке-выгрузке в гнезда хранилищ БТБ. Падение чехлов с ОТВС в гнезда хранилищ БТБ способствует деформации чехлов, искривлению трубного блока, что делает затруднительным или невозможным их последующую загрузку во внутреннее отверстие контейнера типа КБ (см. фиг. 7, захват тип II, фиг. 9).
Поэтому автоматический четырехтактный захват, используемый в контейнерах типа КБ (КБ-650, КБ-651) проекта ГКЛИ.09.621.000.00, разработанный ФГУП ЦНИИ ТС в 1995 г., не является универсальным, так как обеспечивает надежную работу по перегрузке чехлов с ОТВС только в хранилищах ПТБ, а контейнер типа КБ с внутренним отверстием трубы, равным диаметру внутреннего отверстия в гнездах хранилищ ПТБ, не может принять на загрузку деформированный чехол с ОТВС в хранилище БТБ.
Кроме чехлов с искривлением трубного блока, в гнездах хранилищ БТБ могут находиться чехлы с дефектностью головки пробки или с отклонением от круговой формы верхней торцевой части кожуха, которые также невозможно втянуть в контейнер типа КБ (см. фиг. 7, 8).
Общими недостатками контейнеров типа КБ являются их ограниченные технологические и конструктивные возможности, а также сравнительно высокая стоимость изготовления.
Известна конструкция перегрузочного защитного контейнера типа КБ-651 проекта ГКЛИ.09.621.000.00, разработанного в 1995 г. ФГУП ЦНИИ ТС и принятого за прототип. Контейнер КБ-651 содержит наружный цилиндрический корпус с цапфами и концентрично расположенную внутреннюю центральную трубу с заполнением между ними материалом биологической защиты из смеси свинцовой дроби, портландцемента и воды, шиберное устройство с поворотной пробкой, закрывающее отверстие в нижней части центральной трубы, автоматический захват четырехтактного типа для зацепления и расцепления с головкой пробки чехла и далее вытягивания его с помощью каната, проходящего через огибающие ролики, размещенные на верхней крышке контейнера и навиваемого на барабан лебедки, закрепленной на наружном цилиндрическом корпусе.
Задачей заявленного изобретения является разработка надежного и сравнительно недорогого универсального перегрузочного защитного контейнера с возможностью надежной работы по обращению ОТВС в чехлах, в том числе и дефектных в условиях гамма и нейтронного облучений как в хранилищах БТБ, так и в хранилищах ПТБ.
Основной технический результат, благодаря которому обеспечивается выполнение поставленной задачи, заключается в повышении надежности и эффективности работы контейнера по обращению с ОТВС в чехлах, в том числе и дефектных, в условиях гамма и нейтронного облучений в хранилищах ПТБ и БТБ. Этот результат достигается за счет конструкции захвата и механизма его расцепления, обеспечивающей его надежную работу в хранилищах БТБ и ПТБ, как со штатными, так и дефектными чехлами, а также за счет использования радиационно-стойкого в гамма и нейтронном облучении, технологичного в изготовлении и сравнительно дешевого материала БЗ.
Указанный технический результат может быть получен при реализации универсального перегрузочного защитного контейнера для обращения чехлов с облученными тепловыделяющими сборками (ОТВС) в «мокрых» и «сухих» хранилищах ОЯТ плавучих и береговых баз, содержащего наружный цилиндрический корпус с цапфами и концентрично расположенную внутреннюю центральную трубу, между которыми находится материал биологической защиты, содержащий свинец, шиберное устройство с поворотной пробкой, закрывающей отверстие в нижней части центральной трубы, и захват с грузовым канатом для перемещения чехла внутри корпуса. Кроме того, захват снабжен быстросъемным защитным кожухом и выполнен в виде штанги, снабженной хомутом с тремя равномерно расположенными в окружном направлении проушинами, в каждой из которых на оси установлен рычаг с возможностью фиксированного поворота, имеющий плавный скос на нижней части, обеспечивающий сцепление и расцепление головки чехла за счет отверстий копирующей формы на рычаге, взаимодействующих с осями-копирами подъемной втулки, выполненной с возможностью перемещения по штанге до упора с помощью тросика пружинного намоточного механизма, проходящего через огибающие блоки, установленные на верхней крышке контейнера, при этом усилие намотки тросика должно быть меньше массы подъемной втулки.
В частном случае заявленного контейнера грузовой канат соединен с захватом через вертлюг для предотвращения его раскручивания.
В другом частном случае заявленного контейнера он снабжен устройством ручной подтяжки тросика для расцепления захвата с головкой чехла, выполненным в виде подпружиненного двуплечего рычага со свободно вращающемся роликом, расположенным на одном плече и взаимодействующим с тросиком и рукояткой на другом.
В еще одном частном случае заявленного контейнера его материал биологической защиты выполнен из безусадочной композиции смеси свинцовой дроби и вяжущих в составе (в % вес):
- фракции свинцовой дроби от 0,1 до 1,0 мм - 27%;
- фракции свинцовой дроби от 1,0 до 3,0 мм - 54%;
эпоксиакриловая композиция (ЭАК), содержащая:
- эпоксидная смола … 10,7%;
- акриловая кислота … 7,3%;
- пластификатор дибутилфтолат или трибутилфосфат … 1,0%
Сущность изобретения поясняется следующими чертежами:
Фиг. 1 - общий вид контейнера.
Фиг. 2 - вид А сверху на контейнер.
Фиг. 3 - разрез Б-Б шиберного устройства контейнера.
Фиг. 4 - узел Г, пружинный намоточный механизм и устройство ручной подтяжки тросика.
Фиг. 5 - разрез В-В по канатоукладчику.
Фиг. 6 - общие виды захвата 3 типа I для кондиционных чехлов и захвата 3 типа II для дефектных чехлов.
Фиг. 7 - варианты сцепления-расцепления захвата 3 типа I с кондиционным чехлом и захвата 3 типа II с дефектным чехлом в гнездах хранилищ БТБ.
Фиг. 8 - схема установки контейнера в хранилище ПТБ при загрузке-выгрузке чехлов с ОТВС.
Фиг. 9 - схема установки контейнера в хранилище БТБ при загрузке-выгрузке чехлов с ОТВС.
Универсальный перегрузочный контейнер для обращения чехлов с ОТВС (фиг. 1) представляет корпусную сварную конструкцию в виде концентрично расположенных двух коррозионно-стойких стальных обечаек, а именно наружного корпуса 1 и внутренней трубы 2 с внутренним отверстием для прохода и размещения захвата 3 с чехлом 4, в том числе захвата 3 тип I (со съемным кожухом 20) для кондиционных чехлов и захвата 3 тип II (со снятым кожухом 20) для дефектных чехлов (фиг. 6, 7). К нижней части корпусной конструкции контейнера присоединено болтовыми соединениями шиберное устройство 5 с поворотной пробкой 6, закрывающей отверстие в трубе 2. К верхнему торцу корпусной конструкции контейнера приварена силовая головка 7 с фланцем 8. Свободные пространства между наружным корпусом 1 и внутренней трубой 2, а также шиберного устройства 5 и пробки 6 заполнены материалом биологической защиты 9.
К боковой поверхности наружного корпуса 1 в верхней его части диаметрально приварены две грузовые цапфы 10 для транспортирования контейнера с помощью грузоподъемных средств. Шиберное устройство 5 с поворотной пробкой 6 является запорным устройством внутреннего отверстия трубы 2, перекрывающим отверстие при фиксированном повороте пробки 6 в подшипниковых втулках 11 на 90° с помощью вынесенного наружу контейнера рычага 12.
Диаметр внутреннего отверстия в центральной трубе контейнера должен быть больше внутренних отверстий в гнездах хранилищ ОЯТ БТБ, так как это обеспечит выгрузку дефектных и штатных чехлов с ОТВС, как из хранилищ ПТБ, так и хранилищ БТБ.
Захват 3 тип I (с кожухом 20) обеспечивает подъем-опускание в отверстие внутренней трубы 2 кондиционных (фиг. 7) чехлов с ОТВС в хранилищах ПТБ и опускание в БТБ, при этом наличие кожуха снижает ударные нагрузки в контейнере на захват с чехлом 4 при выгрузке-загрузке на плавхранилищах ПТБ и судов ATO при неблагоприятных погодных условиях.
Захват 3 тип II со снятым кожухом 20 обеспечивает подъем-опускание дефектных (фиг. 7) чехлов 4 с ОТВС, имеющих от падения максимально возможный прогиб.
Кожух в захвате 3 снят (фиг. 6 тип II), так как он препятствует схватыванию и расцеплению головки чехла (у дефектных чехлов) внутри гнезда хранилища БТБ.
Предлагаемая конструкция захвата 3 заявляемого контейнера по сравнению с автоматическим захватом четырехтактного цикла, имеющимся у прототипа, обладает следующими преимуществами:
- при снятии защитного кожуха 20 захват 3 может работать с дефектными чехлами 4 с ОТВС в гнездах хранилищ БТБ;
- с защитным кожухом 20 захват 3 может работать со штатными чехлами 4 в гнездах хранилищ ПТБ;
- под воздействием силы гравитации в полуавтоматическом режиме конструкция захвата обеспечивает схватывание головки чехла 4, что обеспечивает абсолютную надежность его работы при схватывании;
- расцепление захвата от головки чехла производится оператором при помощи пружинного намоточного механизма 18 для расцепления захвата 3. Таким образом, также повышается надежность работы 3 захвата при расцеплении, так как факторы ненадежной работы звеньев механизма расцепления, свойственные автоматическому захвату, отсутствуют;
- грузовой канат 14 соединен с захватом 3 через вертлюг 22, а это предотвращает возможное вращение захвата 3 с чехлом 4 вокруг своей оси и, как следствие, скручивание грузового каната 14 с тросиком 15 пружинного намоточного механизма 18, делающее невозможным расцепление захвата 3 от головки чехла 4.
Сверху отверстие внутренней трубы 2 закрыто диаметрально разрезанной, состоящей из двух половин, съемной крышкой 13 с болтовым креплением ее к фланцу силовой головки 7. Съемная крышка 13 служит упором для захвата 3 в крайнем верхнем положении, снижает выход наружу радиоактивного излучения и имеет два отверстия для прохода грузового каната 14 и тросика 15.
К наружному корпусу 1 в зоне доступности оператора приварен силовой кронштейн 16, на котором смонтированы основные узлы, обеспечивающие работу захвата 3: лебедка 17, пружинный намоточный механизм 18, устройство ручной подтяжки тросика 19.
Конструкция захвата 3 (I и II типов), отличающаяся друг от друга только наличием съемного кожуха 20 (фиг. 6), состоит из силовой штанги 21 с закрепленным на ее торце через сигарный вертлюг 22, который предотвращает раскручивание захвата 3 при его движении на грузовом канате 14, проходящим через систему отклоняющих блоков 23 и навиваемым на барабан лебедки 17. Штанга 21 снабжена тремя равномерно расположенными в окружном направлении проушинами 24, в каждой из которых на оси 25 с возможностью поворота установлен рычаг 26. Фиксированный поворот рычагов 26 в сомкнутое и разомкнутое положение для схвата и расцепления головки чехла 4 с ОТВС осуществляется за счет выполненных в них наклонных отверстий копирующей формы 27, взаимодействующих с осями-копирами 28 подъемной втулки 29, перемещающейся с расчетным ходом по штанге 21 и соединенной посредством карабина 30 с тросиком 15 пружинного намоточного механизма 18 (фиг. 4), проходящим последовательно через отклоняющие блоки 31 и ролик 32 устройства ручной подтяжки тросика 19.
Пружинный намоточный механизм 18 с постоянным усилием натяжения закреплен на кронштейне 33 по оси середины барабана лебедки 17 (фиг. 2). Рядом с пружинным намоточным механизмом 18 установлено также устройство ручной подтяжки тросика 19 с положением его ролика 32 в плоскости движения ленты на контейнере (фиг. 2, 4). При этом подъемная втулка 29 имеет массу, на 40…50% превышающую усилия намотки пружинного намоточного механизма 18 с учетом потерь на трение в роликах 31 и 32 и в самой подъемной втулке 29, а поэтому в ненагруженном состоянии захвата 3 находятся всегда в сомкнутом положении как при подъеме, так и при опускании захвата 3, и только при упоре рычагов 26 своими угловыми скосами 33 на наклонную поверхность головки чехла 4 под действием массы захвата 3 происходит разведение и сведение рычагов 26, т.е. автоматический схват рычагами головки чехла 4 (фиг. 6 тип I).
Освободить захват 3 от головки чехла 4 можно только в его ненагруженном состоянии при ослаблении (при отсутствии натяжения) грузового каната 14 путем принудительного подъема вверх подпружиненной рукоятки 34 устройства ручной подтяжки тросика 19, при которой происходит расцепление рычагов 26 захвата 3 головки чехла 4, с последующим вращением лебедки 17 на подъем освобожденного захвата 3 в контейнер.
Лебедка 17 представляет собой судовую ручную лебедку типа ЛР-800. Лебедка 17 оборудована тормозом с храповым механизмом, обеспечивающим удержание захвата с чехлом 4 в любом положении, и исключает возможность самопроизвольного опускания захвата при его движении.
Лебедка 17 снабжена механическим канатоукладчиком, представляющим собой перемещающуюся по двум направляющим вдоль барабана каретку 35, обеспечивающую качественную однослойную навивку грузового каната 14 на барабан лебедки 17. Движение каретки 35 осуществляется за счет усилия натяжения грузового каната 14, проходящего через прорезь 36 каретки 35 (фиг. 5).
Системы отклоняющих блоков 31 для тросика 15 и соответственно 23 для грузового каната 14 выполнены в виде отдельных двух кронштейнов с роликами.
Выполнение БЗ 9 с применением безусадочной композиции - смеси свинцовой дроби и вяжущих, включающих эпоксидную смолу, акриловую кислоту и пластификатор дибутилфтолат или трибутилфосфат (эпоксиакриловая композиция - ЭАК), позволяет исключить вспучивание металлической обшивки БЗ и, следовательно, обеспечить ее надежную герметичность, так как применение ЭАК полностью исключает радиолиз воздуха под действием ионизирующего излучения в монолите БЗ из-за высокой жидкотекучести ЭАК и ее высокой радиационной стойкости. Кроме того, как показали проведенные испытания, монолит БЗ с использованием ЭАК, по сравнению с применением в качестве вяжущего портландцемента, увеличивает прочностные свойства монолита БЗ под воздействием ионизирующего излучения, а следовательно, и прочностные показатели контейнера (показатели динамической прочности), что положительно сказывается при обеспечении ядерной и радиационной безопасности.
Работа контейнера в хранилище ОЯТ ПТБ (фиг. 8)
Для того чтобы выгрузить чехол 4 с ОТВС из хранилища 41 ОЯТ ПТБ, необходимо на ячейку 37 верхней плиты хранилища 38 установить направляющую воронку 39, на которую установить пустой контейнер 42 подъемным краном 40 (фиг. 8).
После установки контейнера 42 в направляющую воронку 39 работа контейнера осуществляется следующим образом.
Поворачивается вручную с помощью рычага 12 пробка 6 шиберного устройства 5, при этом полость внутреннего отверстия трубы 2 соединяется с полостями отверстий направляющей воронки 39 и верхней плиты 38 хранилища 41 ПТБ. Вручную, с помощью рукоятки 43 лебедки 17 производится опускание захвата 3 в хранилище 41 с одновременной проверкой положения захвата 3 по показанию градуировки на тросике 15. После автоматического схватывания рычагами 26 захвата 3 головки чехла 4 под действием силы гравитации и благодаря скосам 33 контейнер готов к подъему чехла 4 с ОТВС из ячейки 37 хранилища 41 ПТБ (фиг. 6, захват тип I). Далее вручную с помощью рукоятки 43 выполняется подъем чехла с ОТВС во внутреннюю полость контейнера (внутренняя труба 2) с одновременной проверкой положения захвата 3 по показанию градуировки на тросике 15, а затем закрывается вручную рычагом 12 с помощью пробки 6 шиберное устройство 5. Таким образом, контейнер с чехлом 4, заполненным ОТВС, подготовлен для обращения внутри предприятия в соответствии с разработанной транспортно-технологической схемой (TTC) (фиг. 8).
Выполнение операции по выгрузке чехла с ОТВС в пустое гнездо хранилища 41 ПТБ
Установить подъемным краном 40 направляющую воронку 39 на пустое гнездо хранилища 41 ПТБ. На направляющую воронку 39 устанавливается подъемным краном 40 контейнер 42, загруженный чехлом 4 с ОТВС (фиг. 8).
С помощью рычага 12 вручную поворачивается пробка 6 шиберного устройства 5, при этом полость внутреннего отверстия трубы 2 соединяются с полостями отверстий направляющей воронки 39 и верхней плиты хранилища 41 ПТБ. Вручную, с помощью рукоятки 43 лебедки 17 производится опускание захвата 3 через пустую ячейку 37 в хранилище 41 с одновременной проверкой положения захвата 3 при движении вниз по показанию градуировки на тросике 15. При опускании вниз чехол 4 с ОТВС садится на штатный упор 45 неповоротной плиты хранилища 41, при этом происходит ослабление грузового каната 14 и тросика 15 (фиг. 8).
С помощью рукоятки устройства ручной подтяжки тросика 34 производится расцепление захвата 3 от головки чехла 4 и вручную производится подъем порожнего захвата 3 вверх до упора в крышку 13.
Затем, с помощью рычага 12 пробку 6 шиберного устройства 5 поворачивают вручную и перекрывают внутреннее отверстие трубы 2. Таким образом, пустой контейнер подготовлен для дальнейшего обращения внутри предприятия в соответствии с разработанной TTC.
Работа контейнера в хранилище 44 БТБ показана на фиг. 9. Операции по загрузке-выгрузке чехлов 4 с ОТВС аналогичны при работе в хранилище ОЯТ ПТБ, но имеются два отличия:
- с захвата 3 должен быть снят кожух 20 (фиг. 6, захват тип I);
- для наблюдения за сцеплением и расцеплением рычагов 26 необходимо использовать телекамеру (на фиг. 9 не показана).
Таким образом, конструкция заявляемого контейнера обеспечивает повышение удобства обслуживания контейнера, возможность использования контейнера при загрузке-выгрузке чехлов как в хранилищах ПТБ так и БТБ. При этом снижается стоимость изготовления заявляемого контейнера, улучшается экологическая и радиационная обстановка при обращении с кондиционными и дефектными чехлами с ОТВС.