АМПУЛА ДЛЯ ОТРАБОТАВШЕЙ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩЕЙ СБОРКИ
CARTRIDGE FOR SPENT FUEL ASSEMBLY

Изобретение относится 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 реактора РБМК - 1000. Загруженные пучками твэлов ампулы транспортируются в горизонтальном положении 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, в который помещен пучок отработавших твэлов, крышку, зафиксированную в верхней части корпуса с помощью запирающего устройства, снабженную пружиной, обеспечивающей фиксацию в ампуле пучка твэлов разной длины. Запирающее устройство выполнено в виде пружинного разрезного кольца, установленного в кольцевой канавке крышки и частично входящего в кольцевую канавку корпуса, и требующего при снятии крышки его вывода из кольцевой канавки корпуса за счет одновременного сжатия стержнями механизма вскрытия крышки, воздействующими с наружной стороны ампулы через отверстия в корпусе. Кольцевая канавка крышки снабжена внизу фаской, на которой размещается пружинное разрезное кольцо в свободном состоянии. При сцеплении крышки с корпусом и подъеме ампулы за крышку пружинное разрезное кольцо упирается в кромку кольцевой канавки, выполненной на корпусе.
При загрузке на АЭС пучков твэлов в известные ампулы наблюдались десятки случаев невозможности снятия крышки с корпуса механизмом вскрытия крышки и последующей установки крышки на корпус после загрузки в него пучка твэлов, причиной которых являлись деформации пружинных разрезных колец.
Основной причиной деформаций пружинных разрезных колец является нефиксированное положение их разрезов в кольцевой канавке крышки. При снятии крышки с корпуса перед загрузкой в него пучка твэлов в случае расположения концов пружинного разрезного кольца напротив одного из отверстий, через которые вводятся стержни механизма вскрытия крышки, под воздействием одного из стержней концы пружинного разрезного кольца поджимаются к стенке кольцевой канавки. Это приводит не только к деформации самих концов, но и их фиксации в кольцевой канавке, препятствующей перемещению пружинного разрезного кольца по кольцевой канавке при одновременном воздействии на него остальных стержней, в результате чего и возникают 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 концов пружинного разрезного кольца относительно отверстий в корпусе затруднительно.
Транспортируемый в ампуле пучок твэлов содержит твэлы, размещенные в силовых и дистанционирующих решетках и закрепленные в хвостовике. Размещенные между дистанционирующих решеток участки твэлов представляют собой тонкостенные циркониевые оболочки, заполненные топливными таблетками.
Корпус ампулы выполнен высотой, позволяющей захвату иметь доступ к силовой решетке пучка твэлов. Вследствие этого участок пучка твэлов, расположенный между дистанционирующими решетками, размещается в известной ампуле в месте расположения запирающего устройства крышки, имеющего наименьший диаметр в ампуле, а хвостовик пучка твэлов находится в крышке. При транспортировке ампул в горизонтальном положении пучок твэлов опирается непосредственно твэлами в крышку в месте ее сужения в районе расположения запирающего устройства, а хвостовик пучка твэлов находится в крышке в подвешенном положении. Пружина, установленная в крышке и предназначенная для фиксации пучка твэлов, сжимается различными усилиями в зависимости от длины пучков твэлов. При торможениях и ускорениях транспорта пружина может только сократить продольные перемещения пучка твэлов в ампуле в определенных пределах, но не может исключить их полностью, особенно пучков твэлов с меньшей длиной.
Кроме того, при транспортировке железнодорожным транспортом пучок твэлов, размещенный в ампуле, подвержен и разнонаправленным радиальным воздействиям. Пружина не может обеспечить фиксацию хвостовика в радиальном направлении, находящегося в крышке в подвешенном положении, в результате чего от радиальных перемещений хвостовика в твэлах, в месте опирания их в крышку, будут возникать знакопеременные изгибающие усилия.
После нахождения в ядерном реакторе и длительного хранения в пристанционном хранилище тонкостенные циркониевые оболочки твэлов имеют пониженную прочность, поэтому продольные перемещения твэлов и возникающие в них знакопеременные изгибающие усилия могут привести к перетиранию и разрушению тонкостенных циркониевых оболочек твэлов в месте их соприкосновения с крышкой и попаданию топлива в ампулу.
Разрушение циркониевых оболочек и попадание топлива в ампулу создаст значительные трудности при последующем извлечении пучков твэлов из ампул на переработку и приведет к необходимости извлечения из ампул попавшего в них топлива.
Технический результат - предотвращение деформаций пружинного разрезного кольца при снятии крышки, разрушения тонкостенных циркониевых оболочек твэлов и попадания топлива в ампулу при транспортировке.
Для достижения названного технического результата в предлагаемой ампуле для отработавшей тепловыделяющей сборки, в отличие от известной, содержащей цилиндрический корпус, в который помещен пучок отработавших твэлов, крышку, зафиксированную в верхней части корпуса с помощью запирающего устройства в виде установленного в кольцевой канавке пружинного разрезного кольца, снабженную пружиной, обеспечивающей фиксацию в ампуле пучка твэлов разной длины, в кольцевой канавке крышки установлен штифт, размещенный в разрезе пружинного разрезного кольца, а в крышке под пружиной размещен с возможностью перемещения конический центратор, взаимодействующий с хвостовиком загруженного в ампулу пучка твэлов.
В частном случае исполнения ширина разреза пружинного разрезного кольца увеличена на диаметр штифта.
В другом частном случае на крышке и корпусе нанесены метки, на крышке соосно со штифтом, а на корпусе симметрично между двумя смежными отверстиями.
В другом частном случае исполнения конический центратор и крышка снабжены выступами, входящими в пружину по ее внутреннему диаметру.
Установка в кольцевой канавке крышки штифта, размещенного в разрезе пружинного разрезного кольца, позволяет получить определенное установочное положение пружинного разрезного кольца в кольцевой канавке крышки, которое позволяет при установке крышки в корпус разместить концы пружинного разрезного кольца между отверстиями в корпусе и исключить воздействие на них стержней механизма вскрытия крышки, а в результате предотвратить деформации пружинного разрезного кольца при снятии крышки.
Увеличение ширины разреза пружинного разрезного кольца на диаметр штифта позволяет при одновременном сжатии пружинного разрезного кольца шестью стержнями механизма вскрытия крышки, воздействующими с наружной стороны через отверстия в корпусе, полностью разместить пружинное разрезное кольцо в кольцевой канавке крышки и извлечь крышку из корпуса.
Нанесение на крышке и корпусе меток, на крышке соосно со штифтом, а на корпусе между двумя смежными отверстиями, позволяет при установке крышки в корпус совместить метки, что исключает при установке механизма вскрытия крышки воздействие его стержней на концы пружинного разрезного кольца через отверстия в корпусе, препятствующее его перемещению по кольцевой канавке и, тем самым, исключить деформации пружинного разрезного кольца.
Размещение в крышке под пружиной с возможностью вертикального перемещения конического центратора, взаимодействующего с хвостовиком загруженного в ампулу пучка твэлов, позволяет при установке крышки в корпус разместить хвостовик пучка твэлов в коническом центраторе и зафиксировать его в крышке в радиальном направлении, установив хвостовик по оси крышки. В результате фиксации хвостовика по оси крышки образуется зазор между тонкостенными циркониевыми оболочками и крышкой в месте ее сужения, который предотвращает соприкосновение тонкостенных циркониевых оболочек с крышкой при продольных и радиальных перемещениях пучка твэлов в ампуле при транспортировке и, следовательно, их возможность разрушения и попадания топлива в ампулу.
Снабжение конического центратора и крышки выступами, центрирующими пружину по ее внутреннему диаметру, позволяет установить пружину в крышке без ее прикрепления к крышке и центратору и упростить технологию их изготовления и сборки.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, на которых изображены:
на фиг.1 - предлагаемая порожняя ампула;
на фиг.2 - запирающее устройство в аксонометрической проекции;
на фиг.3 - крышка предлагаемой ампулы в разрезе;
на фиг.4 - предлагаемая ампула, загруженная пучком твэлов;
Предлагаемая ампула (см. фиг.1 и 2) содержит корпус 1 с горловиной 2 и крышку 3, зафиксированную в горловине 2 запирающим устройством 4.
Запирающее устройство 4 предлагаемой ампулы состоит из пружинного разрезного кольца 5, установленного в кольцевой канавке 6, выполненной на крышке 3, и кольцевой канавки 7, выполненной внутри горловины 2. В горловине 2 также выполнены отверстия 8, через которые вводятся стержни механизма вскрытия крышки 3 (на чертежах не показан).
В кольцевой канавке 7 установлен штифт 9, а пружинное разрезное кольцо 5 устанавливается в кольцевую канавку 7 таким образом, чтобы разрез 10 пружинного разрезного кольца 5 располагался по обе стороны штифта 9. В крышке 3 и горловине 2 выполнены метки 10 и 11 соответственно, при совмещении которых два смежных отверстия 8 располагаются по обе стороны разреза 10 пружинного разрезного кольца 5.
В месте расположения запирающего устройства 4 в крышке 3 образуется место ее сужения 12. В крышке 3 (см. фиг.3) под пружиной 13 с возможностью вертикального перемещения установлен конический центратор 14, содержащий цилиндрическую 15 и коническую 16 части, центральное отверстие 17 с буртом 18, центрирующим пружину 13 по ее внутреннему диаметру. На внутреннем торце 19 крышки 3 выполнен бурт 20, тоже центрирующий пружину 13 по ее внутреннему диаметру. Цилиндрическая часть 15 выполнена с возможностью перемещения внутри крышки 3 до упора в выступ 21 крышки 3, при этом пружина 13 находится в предварительно сжатом состоянии.
В предлагаемой ампуле (см. фиг.4) размещается пучок твэлов 22, который содержит твэлы 23, размещенные в концевых 24 и дистанционирующих 25 решетках и закрепленные в хвостовике (наконечнике) 26 сферической формы или в хвостовике (наконечнике) 27 конической формы (см. фиг.5), применяемом ранее при эксплуатации реакторов РБМК-1000.
Размещенные между концевой 24 и дистанционирующей решеткой 25, а также далее между дистанционирующими решетками 25 участки твэлов 28 представляют собой тонкостенные циркониевые оболочки 29, заполненные топливными таблетками 30.
Работа с предлагаемой ампулой осуществляется следующим образом.
При загрузке порожних ампул в транспортный чехол (на чертежах не показан), отправляемый на АЭС, осуществляется контроль совмещения меток 10 и 11 на крышке 3 и горловине 2.
На АЭС также перед установкой на горловину 2 механизма вскрытия крышки 3 контролируется совмещение меток 10 и 11, после чего с горловины 2 снимается крышка 3. При этом пружинное разрезное кольцо 5 в порожней ампуле размещается (см. фиг.1) одновременно в находящихся на одном уровне кольцевых канавках 6 и 7 крышки 3 и горловины 2 соответственно. С помощью механизма вскрытия крышки, воздействующего своими стержнями с наружной стороны через отверстия 8 в горловине 2 на пружинное разрезное кольцо 5, последнее переводится из канавки 7 в канавку 6, при этом его концы свободно перемещаются в кольцевой канавке 6.
В корпус 1 устанавливается пучок твэлов 22, после чего в горловину 3 вновь устанавливается крышка 4. При введении крышки 3 в горловину 2 пружинное разрезное кольцо 5, находящееся в кольцевой канавке 6 крышки, сжимается за счет взаимодействия с внутренней поверхностью горловины 2, а при совмещении кольцевых канавок 6 и 7 разжимается и занимает положение в обеих канавках 7 и 8 одновременно, тем самым фиксируя крышку 3 в горловине 2 корпуса 1.
При введении крышки 3 в горловину 2 хвостовик 26 или 27 пучка твэлов 22 упирается в коническую часть 16 центратора 14 и сжимает пружину 13. При этом цилиндрическая часть 15 центратора 14 перемещается по крышке 3, а хвостовик 26 или 27, взаимодействуя с конической частью 16, устанавливается в ней по центральной оси крышки 3, образуя зазор «Г» между тонкостенными циркониевыми оболочками 28 и крышкой 3 в месте ее сужения 12.
При переводе предлагаемых ампул в горизонтальное положение для транспортировки хвостовик 26 или 27 пучка твэлов 22, размещенный в конической части 16 центратора 14, опирается через его цилиндрическую часть 15 в крышку 3, сохраняя зазор «Г», что исключает возможность соприкосновения тонкостенных циркониевых оболочек 28 при продольных и радиальных перемещениях пучка твэлов 22 в предлагаемой ампуле. Другие участки пучка твэлов при этом опираются во внутреннюю поверхность корпуса предлагаемой ампулы дистанционирующими решетками 25 и не соприкасаются с ней непосредственно тонкостенными циркониевыми оболочками 28.
В результате предотвращается возможность разрушения тонкостенных циркониевых оболочек 28 и попадания топлива в предлагаемую ампулу при транспортировке.