УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДЪЕМА И ПЕРЕМЕЩЕНИЯ АМПУЛ С ПУЧКАМИ ОТРАБОТАВШИХ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ
DEVICE TO LIFT AND MOVE AMPOULES WITH BUNDLES OF SPENT FUEL ELEMENTS

Изобретение относится к ядерной технике, в частности, к средствам для обеспечения безопасности при перегрузке ампул с пучками отработавших тепловыделяющих элементов (твэлов) реактора РБМК-1000 в пеналы и предназначено для использования в камере комплектации пеналов (ККП) сухого хранилища или на АЭС.
В «сухое» хранилище отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) ампулы для отработавшей тепловыделяющей сборки (см. патент РФ №2353010 Кл. G21F 5/008, 2008), с размещенными в них пучками тепловыделяющих элементов (далее по тексту - ампулы с пучками твэлов) поступают в транспортном чехле, установленном внутри защитного контейнера. Транспортный чехол с загруженными ампулами извлекается из защитного контейнера и помещается в приемном гнезде ККП. В ККП осуществляется перегрузка ампул с пучками твэлов из транспортного чехла в герметичные пеналы хранения отработавшего ядерного топлива (см. патент РФ №2372678, Кл. G21F 5/008, 2008), далее по тексту - пеналы. Масса ампулы с пучком твэлов составляет 104 кг. Перегрузка ампул с пучками твэлов осуществляется дистанционно электромеханическим некопирующим мостовым манипулятором грузоподъемностью 500 кг (проект 1697-20-0002 разработки ОАО «Центральное конструкторское бюро машиностроения»).
Электромеханический некопирующий мостовой манипулятор снабжен захватом (проект 1697-24-0003 разработки ОАО «Центральное конструкторское бюро машиностроения»), предназначенным для зацепления ампул с пучками твэлов за внутренний бурт крышки ампулы. Захват содержит установленные в корпусе на осях три лапки, сводящиеся и разводящиеся штоком. В крышку ампулы вводятся лапки в сведенном положении, а затем разводятся штоком и зацепляют ампулу за внутренний бурт крышки.
Проведенный анализ безопасности показал, что при перегрузке ампул в ККП известным захватом электромеханического некопирующего мостового манипулятора существует вероятность ее падения на столешницу ККП вследствие того, что лапки захвата, вводимые во внутреннюю полость крышки ампулы, опираются на внутренний бурт крышки шириной 2 мм. Зацепление же упавшей на столешницу ампулы с пучком твэлов захватом электромеханического некопирующего мостового манипулятора невозможно.
Наиболее близким устройством к заявляемому устройству по совокупности признаков является устройство для подъема и перемещения отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС) реактора ВВЭР-1000, включающее стакан с установленным в его полости захватом, присоединенный к нижней части штанги, установленной на грузоподъемном устройстве, захват, снабженный приводом с возвратно-поступательным движением штока, размещенном в полости стакана, лапки захвата, установленные на подпружиненных поворотных осях и при втянутом положении штока привода образующих по внутреннему диаметру сечение, равное сечению головки отработавшей тепловыделяющей сборки.
Стакан выполнен в виде двух плоских параллельных пластин, соединенных перемычками. Захват содержит по два горизонтальных и два вертикальных звена, соединенных шарнирно между собой, причем горизонтальные звенья установлены на подвижной оси, расположенной в пазах на пластинах защитного стакана, вертикальные звенья установлены в полости защитного стакана на неподвижной оси, а лапки захвата установлены в вертикальные звенья на осях, зафиксированных в вертикальных звеньях гайками. Между гайками и вертикальными звеньями установлены тарельчатые пружины.
В качестве привода захвата используется пневматический цилиндр, соединенный трубками с ручным пневмораспределителем, установленным на верхнем конце штанги.
Известное устройство используется для обеспечения безопасности при перегрузке отработавших тепловыделяющих сборок реактора ВВЭР-1000 в мокром хранилище и позволяет поднимать со дна бассейна ОТВС в случае их падения.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в создании возможности дистанционного зацепления и поднятия ампулы, загруженной пучком твэлов, в случае ее падения при перегрузке в ККП.
Для достижения указанного технического результата в предлагаемом устройстве, в отличие от известного, содержащего грузоподъемное устройство (мостовой некопирующий электромеханический манипулятор), установленное в камере комплектации пеналов и захват, установленный в полости стакана, в радиальные пазы которого введены раздвижные лапки, управляемые установленным внутри стакана штоком, особенностью является то, что стакан выполнен с возможностью его введения в крышку ампулы при сведенных лапках, фиксации стакана в ней при разведенных лапках и снабжен вилкой, в пазу которой на оси установлен хвостовик головки, повторяющей по форме крышку ампулы, причем хвостовик головки установлен с возможностью поворота головки относительно стакана регулируемым усилием 5-15 кг.
Кроме того, ось соединена с хвостовиком головки и зафиксирована в вилке гайкой, причем между гайкой и щекой вилки установлена пружина, а в одной из щек вилки выполнен секторный радиальный паз, в котором размещена рукоятка, присоединенная к штоку.
Выполнение стакана с возможностью его введения в крышку ампулы при сведенных лапках и фиксации стакана в ней при разведенных лапках позволяет копирующим манипулятором вводить стакан со сведенными лапками в крышку ампулы при горизонтальном или наклонном положении упавшей ампулы и зафиксировать в ней стакан при выдвижении лапок из радиальных пазов стакана.
Снабжение стакана вилкой, в пазу которой на оси установлен хвостовик головки с возможностью поворота головки относительно зафиксированного в крышке ампулы стакана регулируемым усилием 5-15 кг, позволяет копирующим манипулятором поворачивать головку на оси и устанавливать ее в вертикальном положении при различных положениях упавшей ампулы в камере комплектации пеналов.
Выполнение головки, повторяющей по форме крышку ампулы, позволяет ввести в вертикально установленную головку захват грузоподъемного устройства и осуществить зацепление ампулы, загруженной пучком твэлов.
Соединение оси с хвостовиком головки и ее фиксирование в вилке гайкой, установка между гайкой и щекой вилки пружины позволяют за счет поджатая пружины гайкой регулировать усилие поворота головки относительно стакана в пределах 5-15 кг. Это позволяет при различных положениях упавшей ампулы фиксировать головку в вертикальном положении для зацепления ее захватом грузоподъемного устройства, а при подъеме осуществлять автоматический поворот головки относительно стакана под действием веса загруженной ампулы.
Предлагаемое устройство для подъема и перемещения ампул с ПТ иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1, фиг.2, и фиг.3.
На фиг.1 показано устройство с зацепленной упавшей ампулой на столешницу ККП, на фиг.2 - выносной элемент А с фиг.1; на фиг.3-устройство с поднимаемой ампулой, на фиг.4 - нижняя часть устройства со сведенными и разведенными лапками захвата.
Предлагаемое устройство (см. фиг.1) размещено в ККП сухого хранилища и обслуживается копирующими манипуляторами из операторской комнаты. Предлагаемое устройство содержит грузоподъемное устройство 1 (мостовой некопирующий электромеханический манипулятор), к захвату 2 которого присоединена (см. фиг.2) головка 3, снабженная хвостовиком 4. Хвостовик 4 установлен в пазу вилки 5 на оси 6 и соединен с ней шпонкой 7. Вилка 5 присоединена к стакану 8. По центральной оси стакана 8 установлен шток 9, снабженный буртом 10, к которому шарнирными тягами 11 присоединены раздвижные лапки 12, установленные в радиальных пазах 13 стакана 8. На выступающем из стакана 8 участке штока 9 установлена рукоятка 14, проходящая через секторный радиальный паз 15, выполненный в одной из щек вилки 5. Ось 6 зафиксирована в вилке 5 гайкой 16, причем между гайкой 16 и щекой вилки 5 установлена пружина 17, поджатием которой регулируется усилие поворота головки 3 относительно стакана 8, что позволяет при различных положениях упавшей ампулы фиксировать головку 3 в вертикальном положении для зацепления ее захватом 2 грузоподъемного устройства 1, а при подъеме осуществлять автоматический поворот головки 3 относительно стакана 8 под действием веса загруженной ампулы. Для ввода стакана 8 копирующим манипулятором в крышку ампулы к головке 3 прикреплена пластина 18.
Предлагаемое устройство для подъема и перемещения ампул, загруженных пучками твэлов, работает следующим образом. В случае падения загруженной ампулы ее положение в ККП может быть самым различным. При нахождении крышки ампулы в зоне действия копирующих манипуляторов, стакан 8 одним из копирующих манипуляторов вводится в крышку ампулы. Предварительно рукояткой 14 в секторном радиальном пазе 15 вилки 5 осуществляется поворот штока 9, бурт 10 которого через шарнирные тяги 11 вводят раздвижные лапки 12 в радиальные пазы 13 стакана 8. После установки стакана 8 в крышку ампулы раздвижные лапки 12 с помощью рукоятки 14 и соединенного с ней штока 9 выводятся из радиальных пазов 12 и фиксируют стакан 7 в крышке ампулы. Затем копирующим манипулятором головка 3 поворачивается с осью 8, выводится в вертикальное положение и, вследствие поджатия пружиной 17, остается в этом положении. Так как головка 3 повторяет по форме крышку ампулы, захват 2 грузоподъемного устройства 1 может вводиться в головку 3 и зацеплять ее. При поднятии упавшей ампулы стакан 7 начинает поворачиваться на оси 8 относительно головки 3 под действием веса загруженной ампулы до вывода ампулы в вертикальное положение. Далее упавшая ампула при отсутствии искривления устанавливается в ячейку пенала, а при искривлении ампулы устанавливается в защитное резервное гнездо в ККП на временное хранение.