КРЫШКА ЧЕХЛА ХРАНЕНИЯ ОТРАБОТАВШИХ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ СБОРОК РЕАКТОРА ВВЭР-1000 и ШТАНГА ДЛЯ ЕЕ СНЯТИЯ И ПОСТАНОВКИ
STORAGE HOOD COVER FOR SPENT THERMAL FUEL ASSEMBLIES OF VVER-1000 REACTOR AND ROD FOR ITS REMOVAL AND PLACEMENT

Изобретения относятся к ядерной технике, в частности к средствам для хранения дефектных отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС) реактора ВВЭР-1000, и предназначены для использования в хранилищах отработавшего ядерного топлива на заводах по регенерации такого топлива или на АЭС.
На ФГУП «Горно-химический комбинат» эксплуатируется мокрое хранилище, где ОТВС реакторов ВВЭР- 1000 хранятся в водонаполненном бассейне. ОТВС поступают в бассейн в загруженном в защитный контейнер транспортном чехле, из которого в отсеке перегрузки под защитным слоем воды ОТВС перегружаются в чехлы хранилища штатными штангами с захватами, зацепляющими ОТВС за их головки.
Опыт эксплуатации показал, что есть случаи поступления в транспортных чехлах ОТВС с отклонением их головок от вертикальной оси ОТВС с деформацией направляющих каналов, соединяющих головку с тепловыделяющей частью ОТВС, в результате чего ОТВС не может быть зацеплена штатными штангами.
Кроме того, проведенный анализ безопасности также показал, что при перегрузке ОТВС существует вероятность ее падения на дно бассейна и, как следствие, возможные деформации ОТВС и ее головки, а также потеря герметичности топливных трубок.
Для хранения таких дефектных ОТВС предназначен известный чехол для размещения и хранения отработавших тепловыделяющих сборок реакторов ВВЭР-1000 (см. патент №2477899 G21C 19/06). Чехол содержит трубы, снабженные в верхней части фланцами. На трубы посредством байонетного соединения установлены крышки с внутренними кольцами, уплотнительные поверхности которых поджимаются байонетным соединением к фланцам труб. Крышка снабжена уплотнительным кольцом, поджимаемым байонетным соединением к фланцу трубы чехла. Крышки снабжены головками, внешний контур которых соответствует внешнему контуру головок ОТВС, включая их фиксирующие элементы (шпонки или штифты).
Известный чехол используется для хранения дефектных ОТВС следующим образом. ОТВС устанавливается в трубу чехла в зависимости от дефекта ее головки штатной штангой или устройствами для подъема и перемещения дефектных ОТВС (см. патенты РФ №2418320 и 2528398, МПК 7, G21C 19/32). Далее на штатную штангу навешивается крышка и устанавливается на трубу и при последующем повороте штанги уплотнительное кольцо крышки поджимается к фланцу трубы байонетным соединением.
После установки крышек на трубы и их поджатия байонетным соединением должна прекращаться циркуляция воды через трубы, а остаточное тепловыделение ОТВС поглощается водой бассейна за счет теплопередачи через стенки трубы. Возникающие в результате радиолиза воды газы отводятся из герметичного объема трубы через металлокерамический фильтр.
К недостаткам крышки известного чехла относится то, что крышка не фиксируется в положении, когда ее уплотнительное кольцо прижато к фланцу трубы с помощью байонетного соединения крышки с трубой.
При снятии с головки крышки штанга должна поворачиваться в обратную сторону для совмещения фиксирующих элементов головки с вертикальными пазами захвата штанги, после чего штанга может быть поднята с головки крышки. Вследствие нахождения захвата под защитным слоем воды и длины штанги более 10 м существует возможность ее перекоса и подклинивания захвата с крышкой. В результате создается возможность частичного обратного поворота крышки вместе с захватом и, как следствие, возникновение зазора между уплотнительной поверхностью внутреннего кольца крышки и фланцем трубы. В результате может возникнуть циркуляция воды через трубы, а при наличии в трубе негерметичной ОТВС - загрязнение бассейна. Проконтролировать же положение фиксирующих элементов трубы в байонетном соединении, при котором обеспечивается отсутствие зазора между уплотнительной поверхностью внутреннего кольца крышки и фланцем трубы, практически невозможно.
Крышка известного чехла выбрана заявителем в качестве прототипа.
Штанга типа «П», чертеж К.7050.00.000 разработки ФГУП «Горнохимический комбинат», содержит трубу, 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 вертикальных параллельных пазов для захода фиксирующих элементов ОТВС (шпонок или штифтов) и двух смещенных на 45° выборок с канавками для размещения фиксирующих элементов ОТВС. Внутри трубы размещен шток, в нижней части которого установлен упор, а в верхней части шток по резьбе установлен в коническую шестерню конического редуктора с ручным приводом от рукоятки. При размещении фиксирующих элементов ОТВС в канавках выборок упор опускается и фиксирует ОТВС в канавке, что обеспечивает безопасность транспортировки ОТВС. Так как внешний контур головок крышек соответствует внешнему контуру головок ОТВС, то известная штанга используется для постановки и снятия крышек известного чехла.
Известная штанга работает следующим образом.
После установки дефектной ОТВС в трубу чехла штатную штангу извлекают из бассейна и на нее при помощи байонетного соединения головки навешивают крышку, которую с помощью конического редуктора упором фиксируют в захвате. Далее оператором захват штанги с крышкой размещается над трубой таким образом, чтобы фиксирующие элементы трубы размещались под вертикальными пазами байонетного соединения на крышке. Штангу с зафиксированной крышкой опускают до размещения фиксирующих элементов трубы в пазу байонетного соединения крышки и поворачивают, при этом уплотнительное кольцо крышки поджимается к фланцу трубы байонетным соединением. Далее упор, фиксирующий головку крышки в захвате, приподнимают, снимая фиксацию головки в захвате, штангу приопускают до выхода фиксирующих элементов из канавок выборок и поворачивают в обратную сторону до совмещения вертикальных пазов захвата с фиксирующими элементами головки, после чего штангу снимают с головки крышки, установленной на трубу чехла.
Снятие крышки с трубы чехла осуществляют следующим образом. Оператором захват штанги размещается над головкой крышки таким образом, чтобы фиксирующие элементы головки крышки размещались под двумя вертикальными пазами на захвате. Затем штангу опускают до размещения фиксирующих элементов в выборке захвата и поворачивают до размещения фиксирующих элементов головки над канавкой выборки в захвате. Далее штангу приподнимают, чтобы фиксирующие элементы головки вошли в канавку, а шток опускают до касания упором торцевой поверхности головки крышки, фиксируя крышку в захвате. Далее поворотом штанги фиксирующие элементы трубы чехла размещают над вертикальными пазами байонетного соединения крышки с трубой и зафиксированную в захвате крышку снимают с трубы чехла поднятием штанги.
Известная штатная штанга выбрана заявителем в качестве прототипа.
Задачей, на решение которой направлено предполагаемое изобретение, является создание крышки, фиксируемой на трубе чехла, и возможности ее снятия с трубы чехла.
Технический результат, который может быть получен при использовании предлагаемой крышки, заключается в ее автоматической фиксации от поворота при ее постановке на трубу чехла.
Указанный технический результат достигается тем, что в крышке известного чехла, устанавливаемой на трубу чехла посредством байонетного соединения, содержащей уплотнительное кольцо, прижимаемое байонетным соединением к фланцу трубы, и головку, внешний контур которой соответствует внешнему контуру головки ОТВС, к крышке присоединены пластины с отверстиями, расположенными над вертикальными пазами байонетного соединения, а в отверстиях пластин установлены фиксирующие стержни с возможностью вертикального перемещения.
В частном случае фиксирующие стержни в верхней части соединены кольцом.
В другом частном случае на нижних концах фиксирующих стержней выполнены упоры со скосами.
Присоединение к крышке пластин с отверстиями, расположенными над вертикальными пазами, и установка в отверстиях фиксирующих стержней с возможностью вертикального перемещения позволяет при постановке крышки на трубу чехла и ее повороте в байонетном соединении, автоматически под действием силы тяжести ввести фиксирующие стержни в освободившиеся вертикальные пазы байонетного соединения и зафиксировать крышку на трубе чехла от поворота.
Соединение фиксирующих стержней в их верхней части кольцом позволяет не только обеспечить их синхронное поднятие и опускание, но и позволяет визуально проконтролировать по положению кольца введение фиксирующих элементов трубы в вертикальные пазы байонетного соединения, при котором обеспечивается отсутствие зазора между уплотнительным кольцом крышки и фланцем трубы.
Выполнение на нижних концах фиксирующих стержней упоров со скосами позволяет за счет взаимодействия скосов с фиксирующими элементами трубы вертикальным воздействием на кольцо осуществить дополнительный поворот крышки и обеспечить более надежное прилегание уплотнительного кольца крышки к фланцу трубы и фиксацию крышки на трубе от поворота в обратную сторону.
Технический результат, который может быть получен при использовании предлагаемой штанги, заключается в создании возможности дистанционного изменения положения фиксирующих стержней крышки.
Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемой штанге, в отличие от известной, к внешней поверхности захвата прикреплены щеки, в вертикальных пазах которых на осях установлен ползун с возможностью вертикального перемещения, а на нижней оси ползуна установлен поворотный рычаг. Ползун снабжен вертикальным пазом с размещенной в нем осью, на которой установлены серьги, соединенные шарнирно с поворотным рычагом, и вилка, связанная канатом с ручным приводом, установленным в верхней части штанги.
В частном случае исполнения к ползуну прикреплен дополнительный груз.
В другом частном случае исполнения ручной привод выполнен в виде шпингалета, прикрепленного к верхней части штанги.
Установка на нижней оси ползуна поворотного рычага и снабжение ползуна вертикальным пазом с размещенной в нем осью, на которой установлены серьги, соединенные шарнирно с поворотным рычагом, и вилка, связанная канатом с ручным приводом, установленным в верхней части штанги, позволяет при вертикальном перемещении ручным приводом вилки вверх сначала осуществить вертикальное перемещение оси по пазу обладающего большей массой неподвижного ползуна и за счет шарнирного соединения серег с рычагом обеспечить поворот рычага и его выведение под кольцо, соединяющее фиксирующие стержни на крышке.
Прикрепление к внешней поверхности захвата щек с выполненными в них вертикальными пазами и установка в пазах на осях с возможностью вертикального перемещения ползуна позволяют при достижении осью вилки конца вертикального паза в ползуне и дальнейшем поднятии вилки обеспечить совместное поднятие ползуна и зацепленного поворотным рычагом кольца, в результате чего фиксирующие стержни выводятся из вертикальных пазов крышки.
Прикрепление к ползуну дополнительного груза способствует осуществлению первоначального вертикального перемещения оси по вертикальному пазу неподвижного ползуна и поворота рычага с его выведением под кольцо, соединяющее фиксирующие стержни.
Выполнение ручного привода в виде шпингалета, прикрепленного к верхней части штанги, позволяет осуществить дистанционно фиксирование поворотного рычага, а следовательно, и фиксирующих стержней крышки в двух крайних положениях.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, на которых показаны:
на фиг. 1 - предлагаемая незафиксированная крышка на трубе чехла в разрезе;
на фиг. 2 - зафиксированная с трубой чехла крышка в разрезе;
на фиг. 3 - предлагаемая штанга в разрезе;
на фиг. 4 - захват штанги с крышкой при установке крышки на трубу чехла;
на фиг. 5 - захват штанги при снятии крышки с трубы чехла.
Предлагаемая крышка 1 (см. фиг. 1 и 2) содержит ступенчатую обечайку 2 с уплотнительным кольцом 3. В нижней части в обечайке 2 на диаметрально противоположных сторонах выполнены вертикальные 4 и наклонные 5 пазы байонетного соединения 6, взаимодействующие с фиксирующими элементами 7, прикрепленными к трубе 8 чехла 9. В верхней части к обечайке 2 присоединена головка 10, внешний контур которой соответствует внешнему контуру головки ОТВС, включая ее фиксирующие элементы 11. К обечайке 2 присоединены пластины 12 и 13 с отверстиями 14, расположенными над вертикальными пазами 4. В отверстиях 14 установлены фиксирующие стержни 15, соединенные в верхней части кольцом 16. В нижней части фиксирующие стержни 15 снабжены упорами 17 со скосами 18, направленными в сторону фиксирующих элементов 7. Крышка 1 устанавливается на трубу 8 и поджимается своим уплотнительным кольцом 3 к фланцу 19 трубы 8 байонетным соединением 6. К кольцу 16 также на диаметрально противоположных сторонах прикреплены направляющие стержни 20, размещенные в отверстиях 14 пластин 12.
Предлагаемая штанга 21 (см. фиг. 3), навешиваемая на крюк грузоподъемного устройства (на чертежах не показано), содержит трубу 22, в нижней части которой установлен захват 23 для сцепления с головкой 10 крышки 1. Захват 23 выполнен в виде цилиндрической втулки 24 с байонетным соединением 25, выполненным в виде двух вертикальных параллельных пазов 26 для захода фиксирующих элементов 11 крышки 1 и двух выборок 27 с канавками 28 для размещения в них фиксирующих элементов 11. На внешней стороне втулки 24 прикреплены щеки 29 с вертикальными пазами 30. Между щек 29 на осях 31 и 32 с возможностью вертикального перемещения установлен ползун 33, на нижней оси 31 которого установлен поворотный рычаг 34. Ползун 33 снабжен вертикальным пазом 35 с размещенной в нем осью 36. На оси 36 установлены серьги 37, соединенные шарнирно с поворотным рычагом 34, и вилка 38, соединенная канатом 39 с ручным приводом 40, установленным в верхней части трубы 22.
Ручной привод 40 выполнен в виде шпингалета 41, прикрепленного к трубе 22 в ее верхней части. В верхнем положении рукоятка 42 шпингалета 41 размещается в канавке 43, а в нижнем - в конце паза 44. Внутри трубы 22 размещен шток 45, в нижней части которого установлен упор 46, а в верхней части шток 45 по резьбе установлен в коническую шестерню 47 конического редуктора 48 с ручным приводом 49. При необходимости на ползун 32 может устанавливаться дополнительный груз 50.
Предлагаемые крышка 1 и штанга 21 используются следующим образом.
После установки дефектной ОТВС в трубу 8 чехла 9 постановка крышки 1 проводится в следующем порядке. Предлагаемую штангу 21 извлекают из бассейна и в ее захвате 23 при помощи байонетного соединения 25 устанавливают головку 10 крышки 1 и фиксируют ее в захвате 23 упором 45 (см. фиг. 4). Рукоятку 41 шпингалета 40 размещают в конце паза 43, при этом ползун 33 с поворотным рычагом 34 находятся в нижнем положении и размещены под кольцом 16 крышки 1. Штангу 21 с зафиксированной крышкой 1 опускают в бассейн. Далее штангу 21 с зафиксированной в ней крышкой 1 опускают до размещения фиксирующих элементов 7 в пазах 4 байонетного соединения 6 крышки 1, при этом фиксирующие стержни 15 опираются в фиксирующие элементы 7 трубы 8. Далее штангу 21 поворачивают, при этом фиксирующие стержни 15 крышки 1 падают в освободившиеся вертикальные пазы 4, а уплотнительное кольцо 3 крышки 1 поджимается к фланцу 19 трубы 8 байонетным соединением 6. Для снятия штанги 21 с установленной и зафиксированной на трубе 8 крышки 1 коническим редуктором 47 приподнимают упор 45, фиксирующий головку 10 крышки 1 в захвате 23, снимая фиксацию головки 10 в захвате 23. Штангу 21 опускают до выхода фиксирующих элементов 11 головки 10 из канавок 28 выборок 27 и поворачивают в обратную сторону до совмещения вертикальных пазов 26 захвата 23 с фиксирующими элементами 11, после чего штангу 21 поднимают с крышки 1, зафиксированной на трубе 8 чехла 9 фиксирующими стержнями 15.
По положению кольца 16 визуально контролируют положение фиксирующих элементов 7 трубы 8 в байонетном соединении 6, при котором обеспечивается отсутствие зазора между уплотнительным кольцом 3 крышки 1 и фланцем 19 трубы 8. При необходимости дополнительным вертикальным воздействием на кольцо 16, например захватом 23 штанги 21, за счет взаимодействия скосов 18 фиксирующих стержней 15 с фиксирующими элементами 7 трубы 8 можно осуществить дополнительный поворот крышки 1 и более надежное прилегание уплотнительного кольца 3 к фланцу 19 и надежную фиксацию крышки 1 на трубе 8.
При необходимости снятие крышки 1 с трубы 8 чехла 9 осуществляется следующим образом. Оператором захват 23 штанги 21 осуществляется над головкой 10 крышки 1 таким образом, чтобы ее фиксирующие элементы 11 размещались под двумя вертикальными пазами 26 на захвате 23. Затем штангу 21 опускают до размещения фиксирующих элементов 11 в выборках 27 захвата 23 и поворачивают, при этом фиксирующие элементы 11 на головке 10 размещаются над канавками 28 байонетного соединения 25 захвата 23. Далее штангу 21 приподнимают, вводя фиксирующие элементы 11 в канавки 28, и при помощи конического редуктора 47 фиксируют крышку 1 в захвате 23 упором 45. Затем рукоятку 41 шпингалета 40 поднимают и переводят в канавку 42 (см. фиг. 5). В процессе поднятия шпингалета 40 сначала присоединенная к шпингалету 40 канатом 38 вилка 37 поднимает ось 36 по пазу 35 неподвижного ползуна 33, а установленные на оси 36 серьги 37 за счет шарнирного соединения с поворотным рычагом 34 переводят его в верхнее положение под кольцо 16. После упора оси 36 в конец паза 35 вилка 37 поднимает по вертикальным пазам 30 в щеках 29 и ползун 33 вместе с кольцом 16, зацепленным поворотным рычагом 34, в результате чего фиксирующие стержни 15 выводятся из вертикальных пазов 4 крышки 1.
Поворотом штанги 21 с зафиксированной в ее захвате 23 крышкой 1 фиксирующие элементы 7 трубы 8 размещаются в вертикальных пазах 4 и штанга 21 с крышкой 1 снимаются с трубы 8.