ЧЕХОЛ КОНТЕЙНЕРА ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ ОТРАБОТАВШЕГО ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА РЕАКТОРА РБМК-1000
CONTAINER CASING FOR TRANSPORTING SPENT NUCLEAR FUEL OF RBMK-1000 REACTOR

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к обращению с отработавшим ядерным топливом, а более конкретно к транспортированию, выгрузке и размещению пучков тепловыделяющих элементов реактора РБМК-1000 в пеналах сухого хранилища.
Известен чехол, помещаемый в контейнере для транспортировки и/или хранения отработавшего ядерного топлива (см. патент РФ №2324241, G21F 5/008), содержащий соединенные между собой диафрагмы с ячейками для установки пучков тепловыделяющих элементов (твэлов) и центральную трубу с хвостовиком для грузового захвата. Чехол снабжен опорными демпфирующими элементами, которые установлены с наружной стороны нижней диафрагмы. Ячейки выполнены каждая с возможностью установки пучка твэлов, помещенного в ампулу. Чехол снабжен торцевыми подпружиненными элементами, которые установлены на нижней диафрагме, каждый напротив соответствующей ячейки с возможностью взаимодействия с ампулой в нормальной эксплуатации контейнера. Чехол после загрузки в его ячейки пучков твэлов помещается в контейнер, на который устанавливается защитная крышка. После установки защитной крышки торцевые подпружиненные элементы обеспечивают поджатие ампул с пучками твэлов к защитной крышке контейнера с целью исключения продольных перемещений ампул относительно чехла при транспортировке контейнера в горизонтальном положении железнодорожным транспортом. Загрузка и транспортирование пучков твэлов в известном чехле осуществляется в ампулах.
К недостаткам известного чехла относится то, что в камере комплектации пеналов сухого хранилища ампулы с пучками твэлов извлекаются электромеханическим некопирующим мостовым манипулятором по одной и устанавливаются в пеналы хранения. Поэтому перегрузка ампул занимает продолжительное время, что снижает оборачиваемость контейнеров с известным чехлом между АЭС и сухим хранилищем и ухудшает радиационную безопасность.
Известен способ обращения с отработавшим ядерным топливом реактора РБМК-1000 и устройства для его осуществления (см. патент РФ №2490734, Кл. G21C 19/06), включающие в себя, в частности, герметичный пенал хранения отработавшего ядерного топлива реактора РБМК-1000 и чехол.
Пенал содержит корпус с амортизатором, крышку с клапаном и замком и выемную кассету. Выемная кассета пенала включает в себя перфорированное основание с присоединенными к нему центральной трубой, вертикальными стойками и корпусами ампул, соединенными с центральной трубой, вертикальными стойками и между собой на сварке, причем трубчатые демпферы корпусов ампул проходят через отверстия основания и присоединены к нему. За счет исключения решеток из конструкции пенала внутренний диаметр корпусов ампул, собранных в выемной кассете, превышает внутренний диаметр применяемых индивидуально известных ампул по патенту №2353010, G21F 5/008.
Чехол содержит трубчатые элементы (гнезда), торцевые подпружиненные элементы и центральную трубу с хвостовиком для грузового захвата, присоединенные к нижней диафрагме, с наружной стороны которой установлены демпфирующие элементы. Трубчатые элементы (гнезда) установлены на нижней диафрагме с возможностью размещения в них выемных кассет в каждом гнезде, а гнезда жестко соединены между собой ребрами в несколько ярусов. Торцевые подпружиненные элементы установлены на нижней диафрагме, каждый напротив соответствующей ячейки, с возможностью взаимодействия с каждым трубчатым демпфером ампул выемной кассеты.
Загрузка и транспортирование пучков твэлов осуществляется известным способом в выемных кассетах, устанавливаемых в гнезда чехла. В сухом хранилище загруженные выемные кассеты извлекаются из гнезд чехла и устанавливаются в корпуса пеналов хранения.
Известные устройства позволяют осуществить транспортировку пучков твэлов с повышенной до определенного предела их кривизной и диаметром, определяемую диаметром корпусов ампул в выемной кассете, и сократить продолжительность перегрузки пучков твэлов в сухом хранилище. Но некоторая часть двухпучковых топливных сборок после нахождения в ядерном реакторе и длительного хранения в пристанционном хранилище имеет значительные отклонения от прямолинейности и выпуклости циркониевых топливных трубок между дистанционирующими решетками, увеличивающие наружный диаметр пучка твэлов, не позволяющие разместить их даже в корпусах ампул выемной кассеты. Исходя из этого для загрузки таких пучков твэлов может потребоваться применение выемной кассеты с корпусами ампул большего диаметра и уменьшением их количества в выемной кассете.
Недостатком известного чехла является то, что установка торцевых подпружиненных элементов на нижней диафрагме под каждым трубчатым демпфером корпусов ампул выемной кассеты позволяет использовать выемные кассеты со строго определенным количеством ампул в ней и требует, например, при наличии в выемной кассете 30 ампул, установить соосно также 30 торцевых подпружиненных элементов. Это не только усложняет конструкцию чехла, но и не позволяет применить выемные кассеты с увеличенным или уменьшенным количеством ампул в ней, так как в данном случае расположение торцевых подпружиненных элементов на нижней диафрагме не будет совпадать с расположением трубчатых демпферов в выемной кассете.
Также известный чехол не позволяет использовать существующий задел ампул по патенту №2353010, G21F 5/008 и пеналов, в которые они загружаются по отдельности.
Также известен способ обращения с отработавшим ядерным топливом реактора РБМК-1000 и устройства для его осуществления (см. патент РФ №2 491665, Кл. G21C 19/06), включающие в себя, в частности, герметичный пенал хранения отработавшего ядерного топлива реактора РБМК-1000 и чехол.
Известным способом загрузка и транспортирование пучков твэлов осуществляется в ампулах, причем одна часть их устанавливается в решетках, размещенных в гнездах чехла, а вторая часть устанавливается в ячейки чехла, размещенные между гнездами. В сухом хранилище решетки с ампулами извлекаются из гнезд чехла и устанавливаются в корпуса пеналов хранения. Ампулы из ячеек чехла перегружаются по одной в ячейки пеналов хранения.
Чехол включает в себя трубчатые элементы (гнезда), установленные на нижней диафрагме с возможностью размещения решетки пенала, торцевые подпружиненные элементы, центральную трубу с хвостовиком для грузового захвата, присоединенную к нижней диафрагме, с наружной стороны которой установлены демпфирующие элементы. Внутри гнезд в нижней диафрагме выполнены отверстия и смонтированы направляющие, ориентирующие решетку в гнезде таким образом, чтобы отверстия в основании решетки располагались над отверстиями в нижней диафрагме, под которыми установлены торцевые подпружиненные элементы. Гнезда жестко соединены между собой ребрами в несколько ярусов, в ребрах выполнены соосные отверстия с образованием ячеек для размещения ампул с пучками твэлов, под соосными отверстиями в нижней диафрагме также установлены торцевые подпружиненные элементы.
Установка торцевых подпружиненных элементов на нижней диафрагме под каждым трубчатым демпфером ампул, размещенных в ячейках, образованных соосными отверстиями в ребрах, усложняет конструкцию чехла. Известный чехол выбран заявителем в качестве прототипа. Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в создании чехла для существующих контейнеров ТУК-109, обеспечивающего транспортирование пучков твэлов с нормальными и повышенными значениями прямолинейности и наружного диаметра.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в обеспечении транспортирования пучков твэлов с нормальными и повышенными значениями прямолинейности и наружного диаметра, а также взаимодействия трубчатых демпферов ампул, расположенных в ячейках боковых ребер с торцевыми подпружиненными элементами независимо от их взаимного расположения и упрощение конструкции чехлов.
Указанный технический результат при использовании чехла контейнера для транспортировки отработавшего ядерного топлива реактора РБМК-1000 достигается тем, что в чехле, включающем установленные на нижней диафрагме центральную трубу, трубчатые элементы (гнезда), выполненные с возможностью размещения в них выемных кассет и жестко соединенные между собой ребрами в несколько ярусов, снабженные выполненными в ребрах соосными отверстиями с образованием ячеек для размещения ампул с пучками твэлов, и торцевые подпружиненные элементы, установленные на диафрагме внутри гнезд и под ячейками, снабженные внутри гнезд присоединенным к их верхней части опорными дисками, к верхней части торцевых подпружиненных элементов, установленных под выполненными в ребрах ячейками, прикреплены опорные площадки. Суммарное усилие торцевых подпружиненных элементов, установленных под выполненными в ребрах ячейками, назначается с учетом количества торцевых подпружиненных элементов и веса загруженных пучками твэлов ампул. На нижней диафрагме установлены симметрично три гнезда для размещения выемных кассет, а в соединяющих их ребрах выполнено по 11 ячеек в каждом с возможностью размещения в них индивидуальных ампул.
В частном случае исполнения оси торцевых подпружиненных элементов, установленных на нижней диафрагме внутри гнезд, расположены равномерно по окружности диаметром, равным 0,5-0,7 диаметра гнезда.
Прикрепление к верхним частям торцевых подпружиненных элементов, установленных на нижней диафрагме под выполненными в ребрах ячейками, опорных площадок, позволяет опереть на них загруженные пучками твэлов ампулы.
Назначение суммарного усилия торцевых подпружиненных элементов, установленных на нижней диафрагме под выполненными в ребрах ячейками, с учетом количества торцевых подпружиненных элементов и веса загруженных пучками твэлов ампул, позволяет сократить количество торцевых подпружиненных элементов, увеличив усилие каждого подпружиненного элемента и, тем самым, упростить конструкцию чехла.
Установка на нижней диафрагме симметрично трех гнезд для размещения выемных кассет и выполнение в соединяющих их ребрах по 11 ячеек в каждом с возможностью размещения в них существующих индивидуальных ампул, позволяет разместить заявляемый чехол в существующих контейнерах ТУК-109 и интенсифицировать транспортирование отработавшего ядерного топлива с АЭС в сухое хранилище за счет увеличения парка контейнеров.
Кроме того, выполнение в соединяющих гнезда ребрах по 11 ячеек в каждом, с возможностью размещения в них ампул, позволяет использовать для загрузки в ячейки, в том числе и ампулы по патенту №2353010 из существующего задела.
Расположение осей торцевых подпружиненных элементов равномерно по окружности диаметром, равным 0,5-0,7 диаметра гнезда, позволяет распределить нагрузку от выемной кассеты на опорный диск и на торцевые подпружиненные элементы равномерно.
Предлагаемый чехол иллюстрируется чертежами, на которых изображены:
на фиг. 1 - предлагаемый чехол, загруженный выемными кассетами и ампулами, в разрезе;
на фиг. 2 - вид разрез А-А на фиг. 1;
на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг 1;
на фиг. 4 - чехол, установленный в защитный контейнер.
Предлагаемый чехол 1 (см. фиг. 1) содержит центральную трубу 2, к нижнему торцу которой присоединена нижняя диафрагма 3, на верхней стороне которой установлены гнезда 4, соединенные ребрами 5 в несколько ярусов. На нижней диафрагме 3 внутри каждого гнезда 4 установлены торцевые подпружиненные элементы 6. К верхней части торцевых подпружиненных элементов 6 прикреплен опорный диск 7. Торцевые подпружиненные элементы 6 установлены внутри каждого гнезда 4 равномерно по окружности диаметром d, равным 0,5-0,7 внутреннего диаметра D гнезда 4.
Гнезда 4 выполнены с возможностью размещения в них выемных кассет или решеток 8. При этом выемная кассета или решетка 8 может содержать различное количество ампул 9, в том числе и с увеличенным внутренним диаметром, которые опираются своими трубчатыми демпферами 10 на опорный диск 7.
В ребрах 5 (см. фиг. 2) выполнены соосные отверстия 11, образующие ячейки 12 для размещения ампул 13, в том числе и выполненных по патенту №2353010, причем в каждом промежутке между гнездами 4 в ребрах 5 располагается по 11 ячеек 12. На нижней диафрагме 3 установлены торцевые подпружиненные элементы 6, к верхним частям которых прикреплены опорные площадки 14 (см. фиг. 3). Ампулы 9 и 13 снабжены крышками 15 и 16 соответственно.
Чехол 1 устанавливается (см. фиг. 4) в защитный контейнер 17 (ТУК-109), снабженный внутренней защитной крышкой 18. В ампулы 9 и 13 загружаются пучки твэлов 19.
Работа с предлагаемым чехлом 1 осуществляется следующим образом.
В подготовленный к отправке на АЭС контейнер 17 устанавливается чехол 1, в гнезда 4 которого помещаются выемные кассеты 8 с ампулами 9, а в ячейки 12 - ампулы 13.
При размещении в гнездах 4 чехла 1 выемных кассет 8 трубчатые демпферы 10 ампул 9 опираются на опорный диск 7 независимо от количества ампул 9 в выемной кассете 8.
На АЭС чехол 1 извлекают из защитного контейнера 17 и помещают в камеру загрузки. С ампул 9 выемных кассет 8 и ампул 13, размещенных в ячейках 12, снимают крышки 15 и 16 соответственно и загружают пучки твэлов 19. При этом пучки твэлов 19, в зависимости от их непрямолинейности и наружного диаметра, загружаются в ампулы 9 выемных кассет 8 или в ампулы 13, после чего вновь устанавливаются крышки 15 и 16.
Далее загруженный чехол 1 помещают в защитный контейнер 17 и устанавливают защитную крышку 18.
В сухом хранилище защитный контейнер 17 устанавливают под приемным гнездом камеры комплектации пеналов и снимают с него защитную крышку 18. Затем поднимают загруженный выемными кассетами 8 и ампулами 13 чехол 1 в приемное гнездо камеры комплектации пеналов, устанавливая его на подкатываемую под него тележку. Далее выемные кассеты 8 извлекают из чехла 1 и устанавливают их в корпуса пеналов. Перегрузку ампул 13 с пучками твэлов 19 из ячеек 12, размещенных в ребрах 5, в корпус пенала осуществляют по одной дистанционно электромеханическим некопирующим мостовым манипулятором. Затем известным способом осуществляют герметизацию загруженных пеналов путем приварки крышки к корпусу пенала, заполнение пенала азотно-гелиевой смесью через клапан, герметизацию клапана, контроль герметичности сварных швов, транспортировку и установку пенала в гнездо сухого хранилища.