Ампула для отработавшей тепловыделяющей сборки
AMPOULE FOR SPENT FUEL ASSEMBLY

Изобретение относится к атомной энергетике, в частности, к обращению с отработавшим ядерным топливом, а конкретнее к ампуле, в которой размещен пучок тепловыделяющих элементов (твэл) отработавшей (или некондиционной) тепловыделяющей сборки (ОТВС) реактора РБМК-1000. Загруженные пучками твэлов (ПТ) ампулы транспортируются в транспортных упаковочных комплектах железнодорожным транспортом на специализированные комбинаты для хранения и дальнейшей переработки.
Известна полезная модель ««Ампула для отработавшей тепловыделяющей сборки» (Патент №RU 141118 Ul, G21F 5/008, опубл. 27.05.2014), содержащая цилиндрический корпус с дном и крышку, зафиксированную в верхней части корпуса с помощью запирающего устройства и установленную в корпусе с зазором в виде лабиринтного уплотнения. Запирающее устройство содержит пружинное разрезное кольцо трапецеидального сечения, а на крышке и корпусе выполнены кольцевые канавки с коническими фасками. Причем углы наклона конических фасок равны углам наклона боковых граней трапецеидального сечения пружинного разрезного кольца, а на концах конических фасок выполнены кольцевые выступы. При этом канавки лабиринтного уплотнения выполнены на внутренней поверхности корпуса.
Недостаток полезной модели в сложной технологии изготовления пружинного разрезного кольца трапецеидального сечения, а так же в том, что при извлечении крышки из корпуса возможна деформация пружинного разрезного кольца при прохождении по цилиндрической части корпуса из-за прямых углов трапецеидального сечения.
Наиболее близкой по своей технической сущности к заявляемому изобретению и выбранной в качестве прототипа является «Ампула для отработавшей тепловыделяющей сборки» (Патент №RU 2353010 С1, G21F 5/008, опубл. 20.04.2009), содержащая цилиндрический корпус с дном, в котором размещается пучок отработавших твэлов, крышку, зафиксированную в верхней части корпуса с помощью запирающего устройства в виде пружинного разрезного кольца и трубчатый демпфер. Корпус ампулы выполнен высотой, позволяющей захвату иметь доступ к силовой решетке пучка твэл, устанавливаемого на дно ампулы. В крышке ампулы установлена пружина для фиксации в ампуле пучка твэлов разной длины. Конструктивный зазор между крышкой и корпусом ампулы выполнен в виде лабиринтного уплотнения. Запирающее устройство установлено в кольцевой канавке крышки и при снятии крышки требуется его сжатие кулачками устройства для вскрытия крышки, воздействующими с наружной стороны ампулы через отверстия в ее корпусе. Кольцевая канавка снабжена внизу фаской, на которой размещено пружинное разрезное кольцо в свободном состоянии. При сцеплении крышки с корпусом и подъеме ампулы за крышку пружинное разрезное кольцо, находящееся на конической поверхности фаски, упирается в кромку кольцевой канавки, выполненной на корпусе. Верхняя часть крышки выполнена в виде демпфера с возможностью поглощения энергии при падении ампулы на верхний торец. В трубчатый демпфер, прикрепленный к торцу корпуса ампулы и служащий для поглощения энергии при падении ампулы на нижний торец, вварена трубка, обеспечивающая при взаимодействии с коронкой устройства для вскрытия крышки автоматическое совпадение отверстий в корпусе ампулы с кулачками устройства для вскрытия крышки в момент установки ампулы в устройство для вскрытия крышки.
Общими недостатками конструкций вышеуказанных известных ампул являются следующие недостатки. Основной недостаток в том то, что при попадании постороннего предмета в коронку устройства для вскрытия крышки невозможна ориентация ампулы в заданное положение, т.е. не обеспечивается совпадение отверстий в корпусе ампулы с кулачками устройства для вскрытия крышки. При этом обслуживание устройства для вскрытия крышки крайне затруднено и требует остановки технологического процесса и демонтажа оборудования. Другой недостаток в наличии трубчатого демпфера, прикрепленного к торцу корпуса ампулы, что увеличивает габаритные размеры ампулы и не позволяет использовать уже существующее оборудование на специализированных комбинатах по переработке ОТВС.К тому же наличие трубчатого демпфера увеличивает массу изделия и снижает технологичность его изготовления. Кроме того, отсутствие отверстий в корпусе ампулы исключает возможность свободного наполнения/слива воды в/из ампулы при транспортировании чехлов с ампулами через бассейн с водой на специализированных комбинатах по переработке ОТВС, что необходимо по технологии транспортирования ОТВС.
Ко всему вышесказанному, на практике на АЭС наблюдались случаи невозможности снятия крышки с ампулы перед загрузкой в нее пучка твэл вследствие деформаций или смещения коронки устройства для вскрытия крышки.
Задачей, положенной в основу изобретения, является дальнейшее усовершенствование конструкции ампулы для отработавшей тепловыделяющей сборки и устранение недостатков аналога и прототипа при одновременном улучшении массогабаритных характеристик устройства и повышении технологичности.
Для решения поставленной задачи предлагается конструкция ампулы для отработавшей тепловыделяющей сборки (далее - ампула), содержащая цилиндрический корпус с дном и крышку, входящую в горловину корпуса с зазором в виде лабиринтного уплотнения и выполненную с возможностью фиксации при помощи запирающего устройства в виде пружинного разрезного кольца. Конструкция ампулы отличается тем, что для ориентации ампулы вместо вваренной в трубчатый демпфер трубки, взаимодействующей с коронкой устройства для вскрытия крышки, в верхней части корпуса выполнены шесть канавок.
Для слива воды из внутренней полости ампулы в дне выполнены дренажные отверстия. Для предотвращения выхода частиц отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) и твердых радиоактивных отходов (ТРО) дренажные отверстия перекрыты фильтрующей сеткой.
Трубчатый демпфер исключен из конструкции корпуса ампулы и перенесен в конструкцию чехла для транспортирования в транспортном упаковочном комплекте и в конструкцию устройства для вскрытия крышки.
Для циркуляции воздуха в крышке ампулы выполнено отверстие и установлен клапан.
В частном случае реализации (для транспортировки негерметичных ПТ) в отверстие для циркуляции воздуха в крышке ампулы установлено запорное устройство для стравливания воздуха, а дно выполнено сплошным без отверстий для слива воды. При этом кольцевые канавки для лабиринтного уплотнения выполнены на крышке и могут использоваться для установки уплотнений из химически стойкого упругого органического материала.
Технический результат заключается в возможности обеспечения четкой ориентации ампулы в заданном положении.
При использовании настоящего изобретения одновременно достигаются следующие дополнительные технические результаты:
- улучшение массогабаритных характеристик;
- повышение технологичности конструкции;
- возможность беспрепятственного снятия крышки с ампулы;
- возможность свободного наполнения/слива воды в/из ампулы. Технические результаты достигаются за счет:
- выполнения в верхней части корпуса ампулы шести канавок, что позволяет четко ориентировать и позиционировать корпус ампулы в устройстве для вскрытия крышки и при этом не требуется остановки технологического процесса и демонтажа оборудования при использовании ампул другого исполнения, что одновременно повышает технологичность конструкции;
- наличия в дне корпуса ампулы дренажных отверстий, что обеспечивает возможность свободного наполнения/слива воды в/из ампулы и позволяет осуществлять транспортирование чехлов с ампулами через бассейн с водой, повышая технологичность конструкции;
- установки фильтрующей сетки на дренажные отверстия, что предотвращает выход частиц ОЯТ и ТРО, делая устройство более технологичным;
- отсутствия трубчатого демпфера в конструкции ампулы, что уменьшает габаритные размеры ампулы и позволяет использовать уже существующее оборудование на специализированных комбинатах по переработке ОТВС. К тому же уменьшает массу конструкции ампулы, повышая технологичность ее изготовления.
Заявляемое изобретение поясняется следующими чертежами, представленными на фиг. 1-3:
фиг. 1 - конструкция ампулы, загруженная пучком твэл и установленная в устройстве для вскрытия крышки;
фиг. 2 - сечение Б-Б ампулы на фиг. 1 (изображено положение ампулы при вскрытии замка крышки ампулы);
фиг. 3 - конструкция ампулы для случаев обращения с негерметичными ПТ.
Предлагаемая ампула (фиг.1 и 2) содержит корпус 1 с дном 2 и горловиной 3, пружину 4, и крышку 5, зафиксированную в горловине 3 корпуса 1 запирающим устройством 6 (фиг. 3).
Корпус 1 представляет собой сварную конструкцию, состоящую из горловины 3, цилиндрической обечайки 7 и дна 2. К верхней части цилиндрической обечайки 7 приварена горловина 3, в верхней части которой имеется кольцевая канавка 8 под пружинное разрезное кольцо 9. Эта же кольцевая канавка 8 используется для крепления на корпусе 1 захвата (не показан), с помощью которого пустую ампулу без крышки, перемещают в защитной камере. Также в верхней части горловины 3 выполнены шесть отверстий 10 под кулачки 11 устройства 12 для вскрытия крышки, при помощи которых производят открытие замка ампулы для снятия крышки перед загрузкой ПТ 13. В нижней части горловины 3 выполнены шесть вертикальных канавок 14, которые предназначены для позиционирования ампулы в устройстве 12 для вскрытия крышки. К нижней части цилиндрической обечайки 7 приварено опорное дно 2, на которое устанавливается ПТ 13. Для слива воды из внутренней полости ампулы в дне 2 выполнены дренажные отверстия 15. Для предотвращения выхода крупных частиц ОЯТ и ТРО дренажные отверстия 15 перекрыты фильтрующей сеткой (не показана).
Крышка 5 ампулы установлена в горловине 3 корпуса 1 с зазором в виде лабиринтного уплотнения и выполнена с возможностью фиксации запирающим устройством 6 в виде пружинного разрезного кольца 9. Крышка 5 (фиг. 3) представляет собой сварную конструкцию, состоящую из втулки 16, заглушки 17, обечайки 18 и пружинного разрезного кольца 9. К верхней части обечайки 18 приварена заглушка 17. В верхнем торце заглушки 17 выполнено отверстие 19 с клапаном 20 для циркуляции воздуха. Для предотвращения выхода крупных частиц ОЯТ и ТРО отверстие 19 закрыто фильтрующей сеткой (не показана). В верхней части крышки 5 имеется буртик 21, который предназначен для перемещения крышки 5 или ампулы с крышкой 5 с помощью захвата (не показан). В средней части крышки 5 выполнена кольцевая канавка 8, в которой установлено пружинное разрезное кольцо 9.
В частном случае реализации (для обращения с поврежденными и негерметичными ОТВС) ампула может быть изготовлена без дренажных отверстий 15 для слива воды. Для обеспечения герметизации между корпусом 1 и крышкой 5 ампулы в крышке 5 могут быть выполнены кольцевые канавки 22 с установленными в них уплотнениями (не показаны) из химически стойкого упругого органического материала. При этом в отверстие 19 крышки 5 может быть установлено запорное устройство (не показано) для стравливания воздуха при установке крышки 5 и для контроля газовой среды.
В устройстве 12 для вскрытия крышки установлен рычаг 23, который предназначен для поворота ампулы до совпадения кулачков 24 с вертикальными канавками 14.
Работа предлагаемой ампулы осуществляется следующим образом.
Ампулу (фиг. 2) устанавливают в устройстве 12 для вскрытия крышки. Рычаг 23 устройства 12 для вскрытия крышки поворачивают до вхождения кулачков 24 в вертикальные канавки 14 корпуса 1. Кулачки 24 устройства 12 для вскрытия крышки воздействуют на вертикальные канавки 14 на корпусе 1 и поворачивают ампулу в положение, при котором шесть отверстий 10 в корпусе 1 располагаются напротив кулачков 11. Происходит поворот кулачков 11 в рабочее положение. В этом положении кулачки 11 через отверстия 10 в корпусе 1 сжимают пружинное разрезное кольцо 9, соединяющее крышку 5 с корпусом 1 ампулы. Крышку 5 извлекают из корпуса 1. После извлечения крышки 5 кулачки 11 устройства 12 для вскрытия крышки перемещают в исходное положение. ПТ 13 свободно помещают в ампулу. Крышку 5 устанавливают в корпус 1 При этом пружина 4 фиксирует в ампуле пучок твэлов. Пружинное разрезное кольцо 9 фиксирует крышку 5 в корпусе 1. Ампулу с ПТ 13 извлекают из устройства 12 для вскрытия крышки и перемещают в чехол (не показан) для транспортировки.
Работа ампулы в частном случае (для обращения с поврежденными и негерметичными ОТВС) аналогична вышеописанной.
Таким образом, предлагаемая конструкция ампулы при транспортировании как герметичных, так и негерметичных ПТ позволяет обеспечить четкую ориентацию ампулы в заданном положении, а так же при транспортировании чехлов с ампулами через бассейны с водой на специализированных комбинатах по переработке ОТВС. Одновременно обеспечивается улучшение массогабаритных характеристик устройства и в сравнении с аналогами предлагаемое техническое решение более технологично в конструктивном исполнении.