ПЕРЕГРУЗОЧНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ УСТАНОВКИ И ИЗВЛЕЧЕНИЯ ИЗ РЕАКТОРА ДЛИННОМЕРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ
PICK-AND-PLACE DEVICE FOR INSTALLATION AND EXTRACTION FROM REACTOR OF LENGTHY EQUIPMENT

Изобретение относится к атомной технике и может быть использовано для установки и извлечения длинномерного оборудования из ядерных реакторов с жидкометаллическим теплоносителем, в частности натриевым.
При работе с реакторной установкой с многоцелевым исследовательским реактором на быстрых нейтронах возникает потребность перегрузки длинномерного оборудования, имеющего значительную (более 13000 мм) высоту, расположенного на поворотных пробках реактора. К такому оборудованию относятся, в частности, петлевые и экспериментальные каналы, исполнительные механизмы системы управления и защиты с приводами, уровнемеры, термоэлектрические преобразователи. Перегрузка заключается в извлечении из реактора, охлаждаемого натриевым теплоносителем, длинномерного оборудования и установке на его место защитной пробки, а также решении обратной задачи. Процесс перегрузки осложняется стесненным расположением оборудования на поворотных пробках, а также тем, что перегружаемое длинномерное оборудование выступает над поворотными пробками на различную (от 500 до 4400 мм) высоту. Поскольку между центральным залом и реактором имеется надреакторное помещение значительной (6000 мм) высоты, то требуется в данном помещении создать тракт перегрузки, обеспечивающий при перегрузке необходимую защитную среду, исключающую возгорание натриевого теплоносителя. Помимо этого при установке отдельного длинномерного оборудования в реактор необходимо иметь возможность его доворота для обеспечения соответствующей угловой ориентации.
Известна перегрузочная машина ядерного реактора (Патент RU №2397555 C1, G21C 19/00, G21C 19/10, опубл. 20.08.2010), содержащая рабочую штангу, вертикально установленную на тележке, и механизм подрыва с исполнительным устройством, взаимодействующим с рабочей штангой. Исполнительное устройство выполнено в виде электромеханических домкратов с жесткой кинематической связью.
Однако данная машина не позволяет извлекать длинномерное оборудование, имеющее значительную высоту, поскольку наличие телескопической штанги ведет к увеличению высоты самой машины до величин, делающих невозможным размещение машины в центральном зале. Кроме того, в связи с тем, что подъем штанги производится при помощи троса, обеспечение угловой ориентации длинномерного оборудования при установке их в реактор становится невозможным, а сама установка - проблематичной из-за необходимости преодоления силы трения, возникающей при установке длинномерного оборудования в соответствующие гнезда поворотных пробок реактора. Помимо этого данная перегрузочная машина не имеет канала, позволяющего производить перегрузку через надреакторное помещение.
Известно устройство для перегрузки тепловыделяющих сборок ядерного реактора (А.с. SU №1820763 A1, G21C 19/10, опубл. 20.07.1996), содержащее перегрузочную трубу с установленными в ней запорным клапаном, перемещаемым посредством тяги, расположенным в верхней части перегрузочной трубы приводом и телескопической штангой, которая имеет ловители и захват.
Данное устройство также не позволяет извлекать оборудование, имеющее значительную высоту, и не имеет единого канала, позволяющего производить перегрузку через надреакторное помещение.
Наиболее близкой по технической сущности является разгрузочно-загрузочная машина (РЗМ) (Доллежаль Н.А., Емельянов И.Я. Канальный ядерный энергетический реактор, М.: Атомиздат, 1980), позволяющая осуществлять перегрузку канального ядерного реактора на любом уровне мощности, а также после его остановки и расхолаживания. Основными частями РЗМ являются: кран, состоящий из моста и тележки, которая перемещается по мосту; скафандр; контейнер с подвижной биологической защитой, включающий привод перемещения и управления захватом и захват, перемещаемый и управляемый с помощью двух цепей, выполненных из швеллерообразных звеньев с втулками и роликами в шарнирах; ферма с технологическим оборудованием (насосы, сильфонные вентили, клапаны, емкости, баллоны сжатого воздуха), электрооборудованием и контрольно-измерительными приборами; две системы точного наведения; шлейфы и органы управления.
РЗМ позволяет извлекать длинномерное оборудование, но только имеющее высоту менее 13000 мм, и не позволяет осуществлять доворот длинномерного оборудования при установке его в реактор. Также РЗМ не имеет тракта, позволяющего производить перегрузку через надреакторное помещение. Кроме того, захваты РЗМ, управляемые цепями, имеют значительные габариты, что делает невозможным применение их в условиях стесненного расположения оборудования на поворотных пробках ядерного реактора.
В основу изобретения положена задача разработки комплекса устройств, позволяющего без ухудшения радиационной обстановки:
- производить перегрузку из реактора длинномерного оборудования в защитной среде инертного газа в герметичный контейнер, исключая попадание воздуха в реактор, через надреакторное помещение;
- производить выгрузку из реактора длинномерного оборудования, имеющего значительную высоту;
- производить установку длинномерного оборудования в реактор с преодолением сил трения.
При использовании предлагаемого изобретения могут быть получены, в частности, следующие технические результаты:
- возможность производить доворот длинномерного оборудования при установке его в реактор для обеспечения соответствующей угловой ориентации;
- возможность выгрузки из реактора длинномерного оборудования, выступающего на различную (от 500 мм до 4400 мм) высоту над поворотными пробками реактора;
- упрощение конструкции контейнера, в т.ч. устранение из конструкции контейнера привода биологической защиты и устройств управления захватами;
- повышение безопасности работы, в т.ч. исключение падения на пол центрального зала пробки или извлеченного из реактора длинномерного оборудования.
Для решения поставленной задачи предложена конструкция перегрузочного устройства для установки и извлечения из ядерного реактора длинномерного оборудования, включающая мост, тележку, двухканальный контейнер с биологическими защитами, стойку с технологическим оборудованием, системы точного наведения, редуктор с приводом поворота контейнера, поворотную плиту, подвижную защиту, защитное кольцо, переходные трубы и штанг-удлинители.
Отличительными признаками предлагаемого перегрузочного устройства от указанного выше известного, наиболее близкого к нему, является то, что он дополнительно содержит редуктор, а также поворотную плиту, подвижную защиту, защитное кольцо и переходную трубу, создающие тракт перегрузки. При этом поворотная плита установлена на редукторе, закрепленном в корзине, размещенной на тележке, а подвижная защита установлена на защитном кольце, которое неподвижно установлено на малой поворотной плите верхнего перекрытия центрального зала. Защитное кольцо, снабжено центрирующими элементами для центрирования переходной трубы.
Переходная труба герметично установлена на поворотные пробки реактора и оснащена устройством подъема подвижной защиты, выполненными в виде механизмов «винт-гайка», и устройством управления захватом. Причем диаметр нижней секции переходной трубы соответствует диаметру перегружаемого длинномерного оборудования.
Кроме того, контейнер состоит из двух каналов, в один канал которого помещают длинномерное оборудование, а в другой - защитную пробку, установлен в корзине на поворотной плите, размещенной на редукторе, оснащенном приводом поворота контейнера, и оборудован выполненным в незащищенном исполнении шиберным устройством. Для подъема и опускания длинномерного оборудования контейнер оснащен шариковыми захватами, снабженными лопастями и перемещаемыми при помощи «толкающих» цепей, причем шариковый захват имеет фиксированное по высоте положение в переходной трубе.
Целесообразно в перегрузочное устройство дополнительно включить штанги-удлинители, имеющие длину в зависимости от высоты перегружаемого длинномерного оборудования.
Технический результат достигается тем, что:
- на длинномерное оборудование при необходимости установлены штанги-удлинители, что позволяет производить выгрузку из реактора длинномерного оборудования, выступающего на различную (от 500 мм до 4400 мм) высоту над поворотными пробками реактора;
- контейнер оснащен шариковыми захватами, перемещаемыми при помощи «толкающих» цепей, что позволяет производить установку в реактор длинномерного оборудования с преодолением сил трения;
- переходная труба герметично установлена на поворотные пробки реактора, что создает тракт для перегрузки длинномерного оборудования и позволяет производить перегрузку через надреакторное помещение;
- устройство управления захватами установлены на переходной трубе, что позволяет производить доворот длинномерного оборудования при установке последнего в реактор для обеспечения соответствующей угловой ориентации, расширяя тем самым технологические возможности комплекса;
- устройство подъема подвижной защиты установлено на переходной трубе, что упрощает конструкцию комплекса;
- используют нижние секции переходных труб с различными диаметрами в зависимости от габаритных размеров перегружаемого длинномерного оборудования, что обеспечивает возможность установки оборудования на поворотные пробки реактора в условиях стесненного расположения оборудования на них;
- гнезда каналов контейнера с загруженными пробкой или длинномерным оборудованием расположены над корпусом редуктора и имеют возможность изменять расположение с помощью редуктора, что исключает падения на пол центрального зала пробки или извлеченного из реактора длинномерного оборудования при перемещении, повышая безопасность работы.
Изобретение поясняется чертежами фиг. 1-10:
на фиг. 1 - общий вид конструкции перегрузочного устройства;
на фиг. 2 - конструкция контейнера;
на фиг. 3 - выносной элемент А на фиг. 2 (конструкция «толкающих» цепей и шарикового захвата);
на фиг. 4 - выносной элемент Б на фиг. 3;
на фиг. 5 - конструкция редуктора;
на фиг. 6 - разрез В-В на фиг. 2 (конструкция шиберного устройства);
на фиг. 7 - выносной элемент Г на фиг. 1 (конструкция защитного кольца);
на фиг. 8 - выносной элемент Д на фиг. 1 (конструкция устройства подъема подвижной защиты);
на фиг. 9 - разрез Е-Е на фиг. 1 (конструкция устройства управления захватом);
на фиг. 10 - разрез Ж-Ж на фиг. 9.
На фиг. 1 изображена конструкция перегрузочного устройства для установки и извлечения из ядерного реактора длинномерного оборудования, которая содержит: мост 1; тележку 2, имеющую возможность перемещения по мосту; стойку 3; корзину 4; контейнер 5, установленный на редукторе 6 с приводом 7 поворота; шиберное устройство 8; поворотную плиту 9; подвижную защиту 10, защитное кольцо 11, переходную трубу 12, штанги-удлинители 13.
Мост 1 крановый электрический самоходный предназначен для перемещения вдоль оси центрального зала и оборудован системой точного наведения на заданные координаты. Электроснабжение и управление осуществляется по шлейфу, размещенному в каньоне на полу центрального зала.
Тележка 2 крановая электрическая самоходная предназначена для перемещения контейнера 5 поперек оси центрального зала. Тележка 2 оборудована системой точного наведения на заданные координаты. На тележке размещены: стойка 3 и корзина 4 с контейнером 5.
Стойка 3 установлена на тележке 2 и имеет две площадки. На нижней площадке расположено технологическое оборудование 14 (баллоны аргона, блок резервного электропитания, электрические шкафы, резервный пульт управления). На верхней площадке установлены ролики, предназначенные для центрирования верхней части контейнера 5.
Корзина 4 размещена на тележке 2. В корзине 4 установлен редуктор 6 с приводом поворота 7 контейнера 5.
Контейнер 5 предназначен для обеспечения радиационной и физической безопасности при извлечении, транспортировке и установке длинномерного оборудования и защитной пробки (не показана), представляющей собой цельный металлический цилиндр. Защитную пробку герметично устанавливают на место длинномерного оборудования после извлечения его из реактора. Защитная пробка обеспечивает радиационную и тепловую защиту, а также герметичность газовой полости реактора во всех режимах работы реактора. Контейнер 5 (фиг. 2) установлен на поворотную плиту 9, размещенную на опорно-поворотном устройстве 15 (фиг. 5), расположенном на дне редуктора 6. Контейнер 5 (фиг. 2) состоит из двух каналов 16 загрузки и выгрузки длинномерного оборудования (в один канал помещают извлекаемое длинномерное оборудование, а в другой защитную пробку), биологических защит 17, нижней плиты 18 и верхней плиты 19. В каналах 16 контейнера 5 размещены сдвоенные «толкающие» цепи 21 (фиг. 3), обеспечивающие перемещение захвата 22 (фиг. 3). В верхней части контейнера 5 расположены цепеприемники 23 «толкающих» цепей 21 и приводы 24 перемещения цепей. При подъеме «толкающие» цепи 21 укладываются в герметичные цепеприемники 23. Внутри каналов 16 перемещается направляющая траверса 25, предназначенная для направления «толкающих» цепей 21 при нахождении шарикового захвата 22 (фиг. 4) в крайнем нижнем положении. Траверса 25 имеет возможность перемещения по направляющим роликам 26. Шариковый захват 22 и «толкающие» цепи 21 обеспечивают вертикальное перемещение и поджатие перегружаемого длинномерного оборудования. Шариковый захват 22 при сцеплении с длинномерным оборудованием в переходной трубе 12 имеет фиксированное расположение по высоте.
Редуктор 6 (фиг. 1, фиг. 5), закрепленный в корзине 4 и предназначенный для поворота контейнера 5, включает зубчатые колеса 27 и 28, опорно-поворотное устройство 15, жидкометаллический гидрозатвор 29 и крышку 30. Дно редуктора 6 снабжено седлом 31 (поверхность 32 седла 31), предназначенным для стыковки с переходной трубой 12. Отверстия в седле 31 и дне редуктора 6 образуют приемный канал 33.
Привод 7 (фиг. 5) поворота контейнера 5 установлен на крышке 30 редуктора 6.
Шиберное устройство 8 (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 6) расположено на нижней плите 18 контейнера 5 и предназначено для герметичного перекрытия канала 33 седла 31. Шиберное устройство 8 размещено на одном диаметре с каналами 16 контейнера 5. При установке поворотной плиты 9 в положение для транспортировки контейнера 5 шиберное устройство 8 располагается над приемным каналом 33 седла 31. Такое расположение шиберного устройства 8 позволяет выполнить его в незащищенном от радиации исполнении, т.к. в положении для транспортировки контейнера 5 каналы 16 не находятся над приемным каналом 33, защиту выполняет дно редуктора 6.
Поворотная плита 9 герметично установлена на редукторе 6 и предназначена для поочередной подачи к приемному каналу 33 плиты шиберного устройства 8 или соответствующих каналов 16 контейнера 5. Герметизация плиты в процессе перегрузки осуществляется с помощью гидрозатвора 29.
Подвижная защита 10 (поверхность 34 подвижной защиты 10) (фиг. 8) установлена на защитное кольцо 11.
Защитное кольцо 11 (фиг. 1, фиг. 7) включает в себя корпус 35, снабженный тремя центрирующими элементами 36. Защитное кольцо 11 установлено на малую поворотную плиту 37 верхнего перекрытия центрального зала. Защитное кольцо 11 центрирует верхнюю часть переходной трубы 12.
Переходная труба 12 (фиг. 1) предназначена для организации и обеспечения герметичности тракта перегрузки между реактором и верхним перекрытием центрального зала, что позволяет обеспечивать радиационную безопасность в надреакторном пространстве и центральном зале во время проведения перегрузочных операций. Переходную трубу 12 монтируют на поворотную пробку 38 реактора на момент проведения загрузки/выгрузки длинномерного оборудования, после демонтируют. Переходную трубу 12 устанавливают на перегружаемое длинномерное оборудование сверху и герметично крепят на поворотную пробку 38 реактора. Конструктивное исполнение переходной трубы 12 представляет собой трубу, имеющую на одном торце фланец для установки на поворотную пробку 38 реактора, на другом торце организована поверхность для уплотнения и стыковки с подвижной защитой 10. Переходная труба 12 состоит из трех секций. При этом верхняя секция переходной трубы 12, которая имеет постоянный диаметр, оборудована устройством подъема 39 (фиг. 8) подвижной защиты 10. Во второй части переходной трубы 12 установлены устройства управления 40 (фиг. 9) захватом 22 и штуцер замены газовой среды 41 (фиг. 1). Устройство подъема 39 подвижной защиты 10 включает корпус 42, втулку 43 и шпонку 44. В направляющей втулке 43 установлена с возможностью вертикального перемещения труба 45 (поверхность 46 трубы 45), имеющая паз 47, взаимодействующий со шпонкой 44. В корпусе 42 установлена с возможностью вращения втулка 48. С ней связана гайка 49, а с гайкой 49 связана втулка 50, снабженная откидными рукоятками 51. Устройство управления 40 (фиг. 10) захватом 22 включает корпус 52, в котором установлен с возможностью вращения винт 53, плунжер 54, установленный в расточке 55 корпуса 52, и гайку 56, имеющую возможность перемещения по винту 53. Шпонка 57 препятствует повороту плунжера 54. Устройство управления 40 захватом 22 позволяет осуществлять поворот длинномерного оборудования. В связи со стесненным расположением оборудования на поворотных пробках 38 реактора для обеспечения возможности установки на них оборудования нижние секции переходных труб 12 имеют различные диаметры в зависимости от габаритных размеров перегружаемого длинномерного оборудования, т.е. диаметр нижней секции каждой переходной трубы 12 соответствует диаметру соответствующего перегружаемого длинномерного оборудования. Установка/демонтаж переходной трубы 12 на поворотную пробку 39 реактора осуществляется при помощи крана центрального зала. Переходная труба 12, состыкованная с каналом 16 контейнера 5, организует тракт перегрузки, обеспечивающий при перегрузке необходимую защитную среду.
Штанга-удлинитель 13 представляет собой штангу, в верхней части снабженную головкой («грибком») 58 (фиг. 4) под захват 22, а в нижней части - резьбовым участком, предназначенным для крепления удлинителя к длинномерному оборудованию. Длины штанг-удлинителей 13 должны быть выбраны таким образом, чтобы при присоединении к соответствующему длинномерному оборудованию «грибки» 58 штанг-удлинителей 13 располагались на высоте, соответствующей самому высокому длинномерному оборудованию (последний имеет свой «грибок»).
Работа перегрузочного устройства происходит следующим образом.
Реактор останавливают. Производят подготовку длинномерного оборудования к перегрузке. В реакторе устанавливают параметры режима перегрузок, в частности: давление аргона над уровнем натрия, расход натрия, температура и др. Для снижения остаточного энерговыделения, а также для обеспечения радиационной безопасности, длинномерное оборудование выдерживается после останова реактора необходимое время - «выстаивается». Контролируют радиационную обстановку в надреакторном помещении. Подлежащие демонтажу участки трубопроводов подвода теплоносителя к длинномерному оборудованию опорожняют и отключают арматуру. Из длинномерного оборудования частично откачивают теплоноситель, при этом топливная часть должна остаться под слоем теплоносителя, а избыточное давление в газовых полостях снижают. После окончания опорожнения длинномерного оборудования и его трубопроводов дренажные вентили закрывают. Выполняют отсоединение трасс длинномерного оборудования и их трубопроводов от подводящих и отводящих патрубков. Патрубки канала и отсоединяемые участки немедленно герметизируют, а отсоединенные участки трубопроводов перемещают во временное хранилище.
С малой поворотной плиты 37 центрального зала снимают защитную крышку. Вращением большой и малой поворотных плит 37 центрального зала канал в малой поворотной плите 37 выводят на ось перегружаемого длинномерного оборудования. На малую поворотную плиту 37 устанавливают защитное кольцо 11. При необходимости к подлежащему перегрузке длинномерному оборудованию присоединяют соответствующую штангу-удлинитель 13. На малой поворотной пробке 38 реактора (на оси подлежащего перегрузке длинномерного оборудования) герметично устанавливают соответствующую переходную трубу 12. Вращением центрирующих элементов 36, входящих в состав защитного кольца 11, центрируют верхнюю часть переходной трубы 12. Перемещением моста, тележки 2 и поворотом контейнера 5 свободный канал 16 контейнера 5 (во втором канале находится загруженная ранее защитная пробка, снабженная штангой-удлинителем 13) выводят на ось подлежащего перегрузке длинномерного оборудования. Вращением втулки 48 и связанной с ней гайки 49 переходной трубы 12 производят подъем трубы 45. При этом поверхность 46 трубы 45, прижимаясь к поверхности 34 подвижной защиты 10, поднимает последнюю, перекрывая зазор между седлом 31 редуктора 6 и защитным кольцом 11. Одновременно уплотнение трубы 46 прижимается к поверхности 32 седла 31, чем достигается герметизация тракта перегрузки. После замены газовой среды в тракте перегрузки вращением привода 24 производят опускание «толкающих» цепей 21 с закрепленным на них шариковым захватом 22 до посадки последнего на «грибок» 58 штанги-удлинителя 13 или длинномерного оборудования. При этом траверса 25 перемещается вместе с шариковым захватом 22 до упора своим нижним торцом в поверхность 32 седла 31. Затем производят запирание шарикового захвата 22 соответствующим устройством управления 40. Вращением привода 24 «толкающих» цепей 21 производят подъем шарикового захвата 22 с длинномерным оборудованием и втягивание последнего в канал контейнера 5. Редуктором 6 производят разворот контейнера 5 на 180°, в результате чего на ось извлеченного длинномерного оборудования выводят канал 16 контейнера 5 с загруженной защитной пробкой. Вращением привода 24 «толкающих» цепей 21 производят опускание «толкающих» цепей 21 с закрепленным на них шариковым захватом 22 и устанавливают защитную пробку на место извлеченного длинномерного оборудования. Затем производят открытие шарикового захвата 22 соответствующим устройством управления 40. Вращением привода 24 «толкающих» цепей 21 производят подъем шарикового захвата 22 в контейнер 5. Редуктором 6 производят разворот контейнера 5 на 90° в результате чего на ось извлеченного длинномерного оборудования выводят шиберное устройство 8, перекрывая канал 33 седла 31. После замены газовой среды (удаляется радиоактивный аргон) в переходной трубе 12 и канале седла 31 перемещением трубы 45 производят размыкание тракта перегрузки и опускание подвижной защиты 10. Затем контейнер 5 с помощью моста 1 и тележки 2 перемещают на место следующей операции согласно технологическому процессу. Установку длинномерного оборудования в реактор производят в обратной последовательности.
Предложенное устройство позволяет осуществлять перегрузку длинномерного оборудования значительной высоты без ухудшения радиационной обстановки и при этом:
- создан единый герметичный тракт перегрузки, обеспечивающий необходимую защитную среду, исключающую возгорание натриевого теплоносителя;
- упрощается процесс перегрузки длинномерного оборудования за счет применения для всех труб унифицированной верхней части и штанг-удлинителей, которые позволяют применить унифицированный захват для всех типов выгружаемых изделий.