ЗАХВАТ ДЛЯ ПОДЪЕМА И ПЕРЕМЕЩЕНИЯ КОРПУСА АМПУЛЫ С ПУЧКОМ ОТРАБОТАВШИХ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ
CLAMP FOR RAISING AND MOVING HOUSING OF AMPOULE WITH BUNDLE OF SPENT FUEL CELLS

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 тепловыделяющих элементов (далее по тексту - ампулы с 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 отработавшего ядерного топлива (см. патент РФ №2372678, Кл. G21F 5/008, 2008), далее по тексту - пеналы. Масса ампулы с пучком твэлов составляет 104 кг. Перегрузка ампул с пучками твэлов осуществляется дистанционно электромеханическим некопирующим мостовым манипулятором грузоподъемностью 500 кг (проект 1697-20-0002 разработки ОАО «Центральное конструкторское бюро машиностроения»).
Ампула для отработавшей тепловыделяющей сборки (см. патент РФ №2353010, G21F 5/008) содержит цилиндрический корпус с дном, в котором помещен пучок отработавших твэлов, и крышку, зафиксированную в верхней части корпуса.
Фиксация крышки осуществляется запорным устройством, выполненным в виде пружинного разрезного кольца. Корпус состоит из трубы, горловины, дна и демпфера. В горловине выполнены 6 отверстий, расположенных против запорного устройства. Горловины крышки и корпуса имеют одинаковые проточки под захват. При размещении в известной ампуле верхнего пучка твэлов ОТВС ее центральный стержень опирается в дно ампулы, а цилиндрическая часть верхнего наконечника ОТВС входит за пределы корпуса во внутреннюю полость пружины на крышке. Пружина на крышке фиксирует верхний пучок твэлов в ампуле после установки крышки.
Проведенный анализ безопасности показал, что при перегрузке ампул в ККП известным захватом электромеханического некопирующего мостового манипулятора существует вероятность снятия крышки с корпуса ампулы, в меньшей степени при извлечении ампул из транспортного чехла и в большей степени при ее постановке в пенал.
Ячейки транспортного чехла имеют внутренний диаметр 102 мм, а пенала - 98 мм при диаметре корпуса в местах сварных швов 96,6 мм. Но так как отверстия в дисках решетки пенала имеют несоосность, то диаметр ячеек близок к 97 мм. Поэтому существует вероятность того, что при постановке ампул в пенал ее искривленный корпус может заклинить между дисками решетки, а при извлечении не до конца установленной ампулы за проточку в ее крышке крышка может сорваться с корпуса.
Исходя из этого, актуальной задачей является создание захвата, используемого в качестве аварийного инструмента для обеспечения безопасности перегрузки ампул, способного зацепить корпус ампулы с пучком отработавших твэлов, извлечь его из транспортного чехла или пенала и установить в специальный пенал с увеличенным сечением ячеек, после чего установить на корпус ампулы новую крышку.
Известно устройство для подъема и перемещения отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС) реактора ВВЭР-1000 (см. патент РФ №2418329, МПК G21С 19/10, 2010 г.), включающее стакан с установленным в его полости захватом, присоединенным к нижней части штанги, установленной на грузоподъемном устройстве, захват, снабженный приводом с возвратно-поступательным движением штока, размещенным в полости стакана, лапки захвата, установленные на подпружиненных поворотных осях и при втянутом положении штока привода образующие по внутреннему диаметру сечение, равное сечению головки отработавшей тепловыделяющей сборки.
Стакан выполнен в виде двух плоских параллельных пластин, соединенных перемычками. Захват содержит по два горизонтальных и два вертикальных звена, соединенных шарнирно между собой, причем горизонтальные звенья установлены на подвижной оси, расположенной в пазах на пластинах защитного стакана, вертикальные звенья установлены в полости защитного стакана на неподвижной оси, а лапки захвата установлены в вертикальные звенья на осях, зафиксированных в вертикальных звеньях гайками. Между гайками и вертикальными звеньями установлены тарельчатые пружины.
В качестве привода захвата используется пневматический цилиндр, соединенный трубками с ручным пневмораспределителем, установленным на верхнем конце штанги.
Известное устройство используется для обеспечения безопасности при перегрузке отработавших тепловыделяющих сборок реактора ВВЭР-1000 в мокром хранилище и позволяет поднимать со дна бассейна ОТВС в случае их падения.
Наиболее близким устройством к заявляемому устройству по совокупности признаков является захват электромеханического некопирующего мостового манипулятора, выполненный по проекту 1697-24-0003 разработки ОАО «Центральное конструкторское бюро машиностроения». Известный захват, предназначенный для зацепления ампул с пучками твэлов за внутренний бурт 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 внутренний бурт 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 внутренний бурт крышки.
Хотя горловина корпуса ампулы имеет идентичную крышке проточку для зацепления захватом, выступающий из корпуса пучок твэлов не позволяет использовать ее для установки известного захвата в горловину корпуса.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в создании аварийного инструмента для обеспечения безопасности за счет дистанционного извлечения корпуса с пучком твэлов из транспортного чехла или пенала и его установки в специальный пенал.
Для достижения указанного технического результата в захвате для подъема и перемещения корпуса ампулы с пучком отработавших тепловыделяющих элементов, содержащем корпус и смонтированные на нем радиально стаканы с крышками, в которых установлены подпружиненные упоры, выступающие во внутреннюю полость захвата, корпус захвата выполнен с возможностью вхождения корпуса ампулы с пучком отработавших тепловыделяющих элементов в его нижнюю часть. Подпружиненные упоры установлены в стаканах с возможностью только прямолинейного перемещения, ограниченного буртом, а их торцы, входящие во внутреннюю полость захвата, выполнены под углом. Внутри корпуса установлена подвижная опорная втулка, фиксируемая в двух крайних положениях, причем при нижнем положении подвижной опорной втулки расстояние от ее нижнего торца до оси подпружиненных упоров равно расстоянию от торца корпуса ампулы до осей отверстий в корпусе ампулы, а расстояние между верхним и нижним положениями подвижной опорной втулки превышает диаметр отверстий в корпусе ампулы.
В частном случае углы на торцах подпружиненных упоров выполнены с обеспечением при касании буртом стенки стакана выступания верхней части торца из корпуса захвата на расстояние, равное толщине корпуса ампулы, и расположения нижней части торца заподлицо с кромкой отверстия в стакане.
Учитывая условия эксплуатации, подвижная опорная втулка снабжена рукояткой, проходящей через паз в корпусе, выполненный в виде байонетного замка, а к верхней части корпуса захвата присоединен хвостовик, повторяющий по форме крышку ампулы.
В другом частном случае концы подпружиненных упоров выполнены с квадратным сечением и установлены в квадратных отверстиях, выполненных в крышках стаканов.
Выполнение корпуса захвата с возможностью вхождения корпуса ампулы в его нижнюю часть позволяет при установке предлагаемого захвата на корпус ампулы сцентрировать его на корпусе ампулы.
Установка подпружиненных упоров в стаканах с возможностью только прямолинейного перемещения, ограниченного буртом, и выполнение их торцов, входящих во внутреннюю полость захвата, под углом к вертикали, позволяет при опускании предлагаемого захвата на корпус ампулы вдвигать подпружиненные упоры в стаканы за счет взаимодействия торцов подпружиненных упоров с корпусом ампулы и установить предлагаемый захват на корпус ампулы.
Установка внутри корпуса подвижной опорной втулки, фиксируемой в двух крайних положениях, позволяет получить два положения предлагаемого захвата при его установке на корпус ампулы, получающихся при опирании торца подвижной опорной втулки на торец корпуса ампулы.
Равенство расстояний от нижнего торца подвижной опорной втулки до оси подпружиненных упоров и от торца корпуса ампулы до осей отверстий в корпусе ампулы при нижнем положении подвижной опорной втулки позволяет при опирании торца подвижной опорной втулки на торец корпуса ампулы расположить подпружиненные упоры на одном уровне с отверстиями в корпусе ампулы. Это, в свою очередь, позволяет последующим поворотом захвата расположить подпружиненные упоры соосно с отверстиями в корпусе ампулы, и ввести подпружиненные упоры в отверстия корпуса ампулы, осуществив зацепление захватом корпуса ампулы.
Превышение расстоянием между верхним и нижним положениями подвижной опорной втулки диаметра отверстий в корпусе ампулы позволяет при переводе подвижной опорной втулки в верхнее положение опустить далее предлагаемый захват и вывести подпружиненные упоры из отверстий в корпусе ампулы. Это, в свою очередь, позволяет последующим поворотом захвата вывести подпружиненные упоры в промежутки между отверстиями в корпусе ампулы и поднять захват, осуществив расцепление захвата с корпусом ампулы.
Выполнение торцов подпружиненных упоров под углом, обеспечивающим при касании буртом стенки стакана, выступание верхней части торца из корпуса захвата на расстояние, равное толщине корпуса ампулы, позволяет ввести подпружиненные упоры на всю толщину стенок отверстий корпуса ампулы и тем самым обеспечить надежное зацепление корпуса ампулы захватом.
Выполнение торцов подпружиненных упоров под углом, обеспечивающим расположение нижней части торца заподлицо с кромкой отверстия в стакане, позволяет облегчить выведение торцов подпружиненных упоров из отверстий в корпусе ампулы при дальнейшем опускании захвата и тем самым обеспечить также надежное расцепление корпуса ампулы с захватом.
Снабжение подвижной опорной втулки рукояткой, проходящей через паз в корпусе, выполненный в виде байонетного замка, позволяет не только переводить и фиксировать подвижную опорную втулку в двух положениях, но и осуществлять за рукоятку поворот захвата с помощью установленных в ККП копирующих манипуляторов.
Присоединение к верхней части корпуса захвата хвостовика, повторяющего по форме крышку ампулы, позволяет вводить в хвостовик лапки захвата электромеханического некопирующего мостового манипулятора и проводить им операции по установке захвата на корпус ампулы, подъему, транспортировке и установке в специальный пенал корпуса ампулы с пучком твэлов.
Выполнение концов подпружиненных упоров с квадратным сечением и их установка в квадратных отверстиях, выполненных в крышках стаканов, позволяет сохранить постоянное положение торцов подпружиненных упоров, входящих во внутреннюю полость захвата, под углом к вертикали.
На фиг.1 изображен предлагаемый захват в разрезе при зацеплении корпуса ампулы с пучком твэлов;
На фиг.2 изображен предлагаемый захват в разрезе при его расцеплении с корпусом ампулы с пучком твэлов;
На фиг.3 изображен мостовой некопирующий электромеханический манипулятор с предлагаемым захватом при извлечении корпуса ампулы с пучком твэлов.
Предлагаемый захват 1 (см. фиг.1) содержит корпус 2 и смонтированные на нем радиально стаканы 3 с крышками 4. В стаканах 3 установлены подпружиненные упоры 5 с пружинами 6, опертыми в бурт 7 и крышку 4. Подпружиненные упоры 5 выступают во внутреннюю полость 8 захвата 1 через отверстия 9 в корпусе 2. В нижней части корпус 2 выполнен с возможностью вхождения в нее корпуса 10 ампулы 11 с пучком 12 отработавших тепловыделяющих элементов. В верхней части к корпусу 2 присоединен хвостовик 13, повторяющий по форме крышку (не показана) ампулы 11. Подпружиненные упоры 5 установлены в стаканах 3 с возможностью только прямолинейного перемещения за счет выполнения их концов 14 с квадратным сечением и установки их в квадратные отверстия 15 на крышках 4. Торцы 16 подпружиненных упоров 5, входящие во внутреннюю полость 8 захвата 1, выполнены под углом к вертикали. Углы на торцах 16 подобраны таким образом, чтобы при касании буртом 7 стенки стакана 3 выступание верхней части торца 16 из корпуса 2 было не менее толщины корпуса 10 ампулы 11, а нижняя часть торца 16 располагалась заподлицо с внешней кромкой отверстия 9 в корпусе 2.
Внутри корпуса 2 установлена подвижная опорная втулка 17, снабженная рукояткой 18. Рукоятка 18 проходит через паз 19 в корпусе 2, выполненный в виде байонетного замка с верхним 20 и нижним 21 отверстиями для фиксации в них рукоятки 18. При фиксации рукоятки 18 в нижнем отверстии 21 расстояние от нижнего торца 22 подвижной опорной втулки 17 до оси 23 подпружиненных упоров 5 равно расстоянию от верхнего торца корпуса 10 ампулы 11 до осей отверстий 24, имеющихся в корпусе 10 ампулы 14. Высота хода рукоятки 18 между верхним 20 и нижним 21 отверстиями превышает диаметр отверстий 24.
Для работы предлагаемым захватом 1 используются (см. фиг.3) мостовой некопирующий электромеханический манипулятор 25, размещенный в ККП сухого хранилища, захват 26 которого вводится в хвостовик 13 предлагаемого захвата 1. Для управления рукояткой 18, осуществляющей перевод подвижной опорной втулки 17 в крайние положения, используются копирующие манипуляторы (не показаны), также установленные в ККП.
Предлагаемый захват работает следующим образом.
В случае срыва крышки ампулы 11 с корпуса 10 при извлечении ампулы 11 из пенала или транспортного чехла мостовым некопирующим электромеханическим манипулятором 25, крышка ампулы снимается с его захвата 26, после чего последний вводится в хвостовик 13 предлагаемого захвата 1 и зацепляет его. Копирующим манипулятором рукоятка 18 устанавливается по пазу 19 в нижнее отверстие 21 и фиксируется в нем. При этом положении рукоятки 18 мостовым некопирующим электромеханическим манипулятором 25 захват 1 устанавливается на корпус 10 с загруженным в него пучком 12 твэлов и центрируется на корпусе 10 нижней частью корпуса 2. При дальнейшем опускании захвата 1 подпружиненные упоры 5 своими выполненными под углом к вертикали торцами 16 взаимодействуют с верхним торцом корпуса 10 и вдвигаются внутрь стакана 3, сжимая пружины 6. Захват 1 опускается до опирания нижнего торца 22 зафиксированной подвижной опорной втулки 17 в верхний торец корпуса 10. Так как расстояние от нижнего торца 22 подвижной опорной втулки 17 до оси 23 подпружиненных упоров 5 равно расстоянию от верхнего торца корпуса 10 до осей отверстий 24, имеющихся в корпусе 10, оси подпружиненных упоров 5 располагаются на одном уровне с осями отверстий 24. Копирующим манипулятором захват 1 поворачивается за рукоятку 18 до совмещения осей подпружиненных упоров 5 с осями отверстий 24, при котором сжатые пружины 6 перемещают подпружиненные упоры 5 до опирания буртов 7 в стенки стаканов 3, вводя торцы 16 в отверстия 24, осуществляя тем самым зацепление корпуса 2 захватом 1.
Далее мостовым некопирующим электромеханическим манипулятором 25 корпус 10 с загруженным в него пучком твэлов 12 извлекается из транспортного чехла или пенала (не показаны) и устанавливается в специальный пенал с регулируемым сечением ячеек. После установки корпуса 10 с пучком твэлов 12 в специальный пенал рукоятка 18 копирующим манипулятором выводится из нижнего отверстия 21, устанавливается по пазу 19 в верхнее отверстие 20 и фиксируется в нем. Далее захват 1 опускается вниз до опирания нижнего торца 22 подвижной опорной втулки 17 в верхний торец корпуса 10. При дальнейшем опускании захвата 1 подпружиненные упоры 5 своими выполненными под углом к вертикали торцами 16 взаимодействуют с внешними кромками отверстий 24 в корпусе 10 и вдвигаются внутрь стакана 3, сжимая пружины 6. Так как расстояние между верхним 20 и нижним 21 отверстиями превышает диаметр отверстий 24, то торцы 16 располагаются ниже последних. Копирующим манипулятором захват 1 поворачивается за рукоятку 18 до выведения подпружиненных упоров в промежутки между отверстиями 24 в корпусе 10, после чего поднимается и снимается с корпуса 10.
Захват 1 устанавливается в отведенное ему место и снимается с захвата 26 мостового некопирующего электромеханического манипулятора 25, после чего захватом 26 зацепляется новая крышка ампулы и устанавливается на корпус 10, размещенный в специальном пенале.