УСТРОЙСТВО ДЛЯ СБОРА ПРОСЫПЕЙ ТАБЛЕТОК ОТРАБОТАВШЕГО ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА
APPARATUS FOR COLLECTING SPILLS OF SPENT NUCLEAR FUEL PELLETS

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к средствам для обеспечения безопасности при перегрузке отработавших тепловыделяющих сборок реактора ВВЭР 1000 из транспортных чехлов в чехлы хранилища, и предназначено для использования в водонаполненных хранилищах отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) на заводах по регенерации такого топлива или на АЭС.
Основу ядерного энергетического парка России составляют реакторы ВВЭР-1000 и РБМК. Для реакторов типа ВВЭР принята концепция замкнутого ядерного топливного цикла. Отработавшее ядерное топливо (ОЯТ) реакторов ВВЭР-1000 будет перерабатываться на заводе по переработке ОЯТ после его ввода в эксплуатацию. Согласно «Стратегии развития атомной энергетики в первой половине XXI века» создание такого завода запланировано на 2020-2025 гг. На площадке Изотопно-химического завода ФГУП «Горно-химический комбинат» действует хранилище для этого топлива, где ОЯТ реакторов ВВЭР 1000 хранится в водонаполненном бассейне, так называемом «мокром» хранилище. Отработавшее ядерное топливо поступает в бассейн в загруженном в защитный контейнер транспортном чехле, из которого в отсеке перегрузки водонаполненного бассейна отработавшие тепловыделяющие сборки (ОТВС) перегружаются в чехлы хранилища, которые из отсека перегрузки устанавливаются на хранение в бассейне хранения ОТВС.
Перегрузка ОТВС из транспортных чехлов в чехлы хранилища осуществляется с помощью известного устройства - штанги типа «П», чертеж К.7050.00.000 разработки ФГУП «Горно-химический комбинат, содержащих штангу, навешиваемую на крюк грузоподъемного устройства, в нижней части которой установлен захват для сцепления штанги с ОТВС, ее подъема из транспортного чехла и перегрузки в чехол хранилища. Захват выполнен в виде цилиндрической втулки с байонетным соединением с зацепляемой ОТВС, в виде двух параллельных пазов для захода фиксирующих элементов ОТВС (шпонок или штифтов) и двух смещенных на 45° выборок с канавками для размещения фиксирующих элементов ОТВС. Внутри штанги размещен шток, в нижней части которого установлен упор, а в верхней части шток по резьбе установлен в коническую шестерню конического ручного редуктора с рукояткой. Работы по перегрузке ОТВС проводятся с подвижной платформы, установленной над заполненным водой отсеком перегрузки. Известное устройство работает следующим образом.
Оператором захват штанги размещается над головкой ОТВС, находящейся в транспортном чехле таким образом, чтобы фиксирующие элементы размещались под двумя параллельными пазами на захвате. Затем штанга опускается до размещения фиксирующих элементов в выборке захвата и поворачивается на 45°, при этом фиксирующие элементы на головке ОТВС размещаются над канавкой байонетного соединения захвата. Далее штанга приподнимается, и вращением рукоятки ручного конического редуктора шток опускается до касания упора, установленного на нижней части штока, торцевой поверхности головки ОТВС, фиксируя ОТВС в захвате, после чего ОТВС извлекается из транспортного чехла и перегружается в чехол хранилища.
Недостатком указанного устройства является то, что при перегрузке ОТВС с его использованием существует вероятность падения ОТВС и просыпания таблеток отработавшего ядерного топлива двуокиси урана на дно бассейна. Осуществить же сбор просыпи таблеток известным устройством не предоставляется возможным.
Проведенный анализ безопасности показал, что при перегрузке ОТВС существует вероятность ее падения и просыпания топлива массой около 13,2 кг диоксида урана на дно бассейна. Топливо, диоксид урана или смесь диоксида урана и трехокиси гадолиния, при россыпи находятся в форме таблеток, представляющих собой цилиндры диаметром 7,53 мм и высотой 10,7 мм. Глубина нахождения просыпи таблеток на дне бассейна составляет 13,4 м от щелевого перекрытия бассейна, а сбор просыпи таблеток необходимо осуществить под слоем воды без извлечения таблеток из бассейна.
Наиболее близким устройством к заявляемому устройству по совокупности признаков является устройство для сбора просыпей отработавшего ядерного топлива, содержащее приемный бассейн, установленную над приемным бассейном подвижную платформу с ходовой частью, грузоподъемное устройство, защитный стакан, имеющий открытую со стороны бассейна полость, и захват, установленный в полости защитного стакана. Защитный стакан присоединен к нижней части штанги, установленной на грузоподъемном устройстве. Захват снабжен приводом с возвратно-поступательным движением штока, размещенным в полости защитного стакана, а лапки захвата охватывают грибок сборника, выполненного в форме полого параллелепипеда. На боковых гранях сборника установлены на осях два скребка с пальцами, а к защитному стакану присоединен привод скребков сборника с возвратно-поступательным движением штока, соединенного со скребками шарнирными тягами посредством втулок, установленных с зазором сверху на пальцы скребков сборника.
Кроме того, защитный стакан выполнен в виде двух плоских параллельных пластин, соединенных перемычками, а захват содержит по два горизонтальных и вертикальных звена, соединенных шарнирно между собой, причем вертикальные звенья установлены в защитном стакане на неподвижной оси, а горизонтальные звенья установлены на подвижной оси, расположенной в пазах пластин защитного стакана.
Сечение грибка и лапки захвата имеют квадратное сечение. В качестве приводов захвата и сборника с возвратно-поступательным движением штока используются пневматические цилиндры, соединенные трубками с установленными на верхнем конце штанги ручными пневмораспределителями.
Недостатком известного устройства является то, что после заполнения сборника таблетками они остаются храниться в сборнике, а к известному устройству присоединяется следующий сборник. В будущем для выгрузки из сборников таблеток на переработку возникнет необходимость применения другого устройства.
Известное устройство используется в качестве аварийного инструмента. Наличие приводов у захвата и сборника с возвратно-поступательным движения их штоков требует поддержания известного устройства в рабочем состоянии в течение продолжительной эксплуатации «мокрого» хранилища ОЯТ, что приводит к дополнительным затратам. Так, при хранении устройства необходимо извлекать из бассейна его нижнюю часть с пневматическими цилиндрами и хранить отдельно от штанги.
Кроме того, полный сбор россыпи таблеток вблизи стен хранилища затруднителен вследствие выступания скребков за габаритные размеры сборника.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание возможности выгрузки таблеток в специальный контейнер и сохранение работоспособности предлагаемого устройства в течение длительного времени с минимальным техническим обслуживанием.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в осуществлении возвратно-поворотных движений скребка и сборника одним приводом, расположенным в верхней части штанги.
Для достижения указанного технического результата в устройстве для сбора просыпей таблеток отработавшего ядерного топлива, содержащем приемный бассейн, установленную над приемным бассейном подвижную платформу с ходовой частью, грузоподъемное устройство с установленной на его крюке штангой, в нижней части которой установлены защитный стакан, выполненный в виде двух плоских параллельных пластин, и сборник, снабженный скребком с приводом, сборник установлен с возможностью поворота пружинами кручения между пластинами защитного стакана и содержит приемный и выдачной лотки, в приемном лотке с возможностью поворота пружинами кручения установлен скребок, причем усилия пружин кручения сборника превышают усилия пружин кручения скребка. К скребку присоединен канат, соединенный с приводом, размещенным в верхней части штанги.
В частном случае по траектории поворота выдачного лотка установлена воронка, а в качестве привода скребка используется рукоятка-шпингалет, перемещаемый по продольному пазу в штанге, и фиксируемый в поперечных пазах, соединенных с продольным пазом.
В другом частном случае скребок снабжен металлической проволочной щеткой.
Установка сборника с возможностью поворота пружинами кручения между пластинами защитного стакана, состоящего из приемного и выдачного лотков, установка в приемном лотке с возможностью поворота пружинами кручения скребка, превышение усилиями пружин кручения сборника усилий пружин кручения скребка и присоединение к скребку каната, соединенного с приводом, размещенным в верхней части штанги, позволяют при натяжении каната приводом, сжимая пружины кручения, сначала поворачивать скребок, осуществляя им подачу таблеток в приемный лоток, а при дальнейшем натяжении каната и упоре скребка в приемный лоток поворачивать уже сборник и располагать выдачной лоток под отрицательным углом к горизонтали, достаточным для высыпания из него таблеток, а при ослаблении каната пружинами кручения возвращать сборник и скребок в первоначальное исходное положение и тем самым обеспечить поворотные движения скребка и сборника одним приводом.
В результате возвратно-поворотные движения скребка и сборника осуществляются одним движением каната с помощью привода, размещенного в верхней части штанги.
Установка воронки по траектории поворота выдачного лотка позволяет осуществить высыпание таблеток через воронку в загрузочное отверстие специального контейнера.
Использование в качестве привода скребка рукоятки-шпингалета, перемещаемого по пазу в штанге и фиксируемого в поперечных пазах, соединенных с продольным пазом, позволяет не только управлять возвратно-поворотными движениями сборника и скребка, но и фиксировать их в необходимых положениях. Простота конструкции привода позволяет сохранить работоспособность предлагаемого устройства в течение длительного времени с минимальным техническим обслуживанием.
Снабжение скребка металлической проволочной щеткой позволяет осуществить сбор разрушенных при падении таблеток.
Предлагаемое устройство для сбора просыпей таблеток отработанного ядерного топлива иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1, фиг.2, фиг.3 и фиг.4.
На фиг.1 показано предлагаемое устройство, размещенное в бассейне;
на фиг.2 - предлагаемое устройство в разрезе;
на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.2;
на фиг.4 - предлагаемое устройство при выгрузке таблеток.
Предлагаемое устройство (см. фиг.1) размещается в приемном бассейне 1 (отсеке перегрузки ОТВС) и обслуживается с установленной над приемным бассейном 1 подвижной платформы 2 с ходовой частью. Предлагаемое устройство содержит навешиваемую на крюк 3 грузоподъемного устройства (крана) штангу 4. К штанге 4 в нижней части присоединен (см. фиг.2) защитный стакан 5, состоящий из двух плоских параллельных пластин 6. Между пластинами 6 на осях 7 установлен с возможностью поворота сборник 8, состоящий из приемного 9 и выдачного 10 лотков, соединенных между собой под углом 90°. На осях 7 установлены пружины кручения 11, поворачивающие сборник 8 до упора в фиксатор 12, при этом приемный лоток 9 располагается параллельно дну бассейна. По траектории поворота выдачного лотка 10 установлена воронка 13, прикрепленная к пластинам 6 защитного стакана 5. В приемном лотке 9 установлен с возможностью поворота скребок 14. К скребку 14 присоединен канат 15, соединенный через отводной блок 16 с рукояткой-шпингалетом 17, размещенным в продольном пазу 18, выполненном в верхней части штанги 4. В штанге 4 перпендикулярно продольному пазу 18 выполнены два поперечных паза: нижний 19 и верхний 20. При заведении рукоятки-шпингалета 17 в нижний поперечный паз 19 скребок 14 входит внутрь приемного лотка 9 и упирается в фиксатор 21. При заведении рукоятки-шпингалета 17 в верхний поперечный паз 20 выдачной лоток 9 располагается над воронкой 13.
Скребок 14 (см. фиг.3) установлен между боковыми стенками 22 приемного лотка 9 на осях 23. Для поворота скребка 14 на осях 23 установлены пружины кручения 24, усилия которых ниже усилий пружин кручения 11, служащих для поворота сборника 8. К скребку 14 присоединены металлическая проволочная щетка 25 и канат 15. Для выгрузки таблеток из предлагаемого устройства в бассейне помещается специальный контейнер 26.
Предлагаемое устройство для сбора просыпей таблеток используется в качестве аварийного инструмента и эксплуатируется следующим образом.
В исходном положении при нижнем расположении рукоятки-шпингалета 17 в продольном пазу 18 сборник 8 под действием пружин кручения 11 упирается в фиксатор 12, при этом нижняя кромка приемного лотка 9 располагается параллельно дну, примыкая к нему. В то же время скребок 14 под действием пружин кручения 24 находится в верхнем положении и приемный лоток 9 открыт.
Предлагаемое устройство в исходном положении опускается с помощью крана на дно приемного бассейна 1 и с помощью подвижной платформы 2 размещается около просыпи таблеток. Движением грузоподъемного устройства сборник 8 подводится  вплотную к просыпи таблеток на дне отсека перегрузки ОТВС.
Рукоятка-шпингалет 17 переводится из исходного положения в нижний поперечный паз 19, при этом скребок 14 канатом 15 поворачивается вокруг осей 23, сжимая пружины кручения 24. Прикрепленная к скребку 14 металлическая проволочная щетка 25 также поворачивается и подает таблетки со дна бассейна в приемный лоток 9. Так как усилия пружин кручения 24 ниже усилий пружин кручения 11, сборник 8 при заведении рукоятки-шпингалета 17 в нижний поперечный паз 19 остается неподвижным. Рукоятка-шпингалет 17 переводится в исходное положение, при этом скребок 14 под действием пружин кручения 11 также возвращается в исходное положение, открывая приемный лоток 9.
Совмещая движение сборника 8 вдоль просыпи таблеток, осуществляемое грузоподъемным устройством, и поворотное движение скребка 14, осуществляемое рукояткой-шпингалетом 17, переводимым из исходного положения в нижний поперечный паз 19, таблетки загружаются в приемный лоток 9 сборника 8.
После загрузки сборника 8 таблетками рукоятка-шпингалет 17 переводится в нижний поперечный паз 19, штанга 4 транспортируется к установленному в бассейне специальному контейнеру (на чертежах не показан) и устанавливается над ним таким образом, чтобы выдачное отверстие воронки 13 располагалось над приемным отверстием специального контейнера. Рукоятка-шпингалет 17 переводится в верхний поперечный паз 20. Так как скребок 14 упирается в фиксаторы 21, то канатом 15 вокруг своих осей 7 поворачивается сборник 8, сжимая пружины кручения 11, и таблетки из приемного лотка 9 ссыпаются по выдачному лотку 10 в воронку 13 и далее в специальный контейнер 26. После выгрузки таблеток рукоятка-шпингалет 17 переводится по продольному пазу 18 в нижнее положение, при этом пружинами кручения 11 и 24 сборник 8 и скребок 14 возвращаются в исходное положение. Далее операции по сбору таблеток продолжаются до полной ликвидации просыпи.