УСТРОЙСТВО ДЛЯ СНАРЯЖЕНИЯ АМПУЛ
AMPULE FILLING DEVICE

Данное изобретение относится к атомной энергетике и касается оборудования камеры разделки отработавшей двухпучковой топливной сборки ядерного реактора, а именно к размещенному в камере разделки устройству для снаряжения ампулы пучком твэлов (ПТ) отработавшей тепловыделяющей сборки (ОТВС) реактора РБМК-1000.
Известно, что перед постановкой на сухое хранение отработавшие тепловыделяющие сборки (ОТВС) подлежат разделенению, в частности, на два ПТ и последующей установке ПТ в ампулы. Ампулы для загрузки в них ПТ размещены в шахтах защитной камеры отделения разделки на АЭС с последующей установкой их в чехол, который загружают в транспортный контейнер. Установка и удаление ампул в шахте защитной камеры отделения разделки, вскрытие замка крышки ампулы представляет сложный технологический процесс. Кроме того, использование манипулятора при загрузке ПТ ОТВС в ампулу требует большого рабочего времени, при этом возможно заклинивание (застревание) ПТ и их дистанционирующих решеток, что ведет к снижению радиационной безопасности. Необходимость разработки конструкции устройства для снаряжения ампул обусловлена также тем, что предполагается применение ампулы, защищенной патентом №2353010 (G21F 5/008, опубл. 2008 г.). В связи с вышеизложенным возникает необходимость упрощения процесса установки и удаления ампулы, вскрытия замка крышки ампулы автоматическим или, в случае аварийной ситуации, дистанционным (механическим, ручным) способом, пространственного положения ампулы, центрирования ПТ ОТВС и визуального контроля продольных перемещений при установке как самой ампулы, так и ПТ ОТВС.
Известно изобретение "Камера разделки топливных сборок ядерного реактора" (патент RU №1819479, G21F 7/00, опубл. 1991 г.), согласно которому разделку топливной сборки производят в камере разделки, в частности в воздушной среде, содержащей перемещающийся по камере кран, шахту разделки с зажимным средством, отрезной станок, манипулятор и двухсекционный разъемный чехол с выдвижными зажимными и центрирующими элементами.
Известно изобретение "Способ разделки отработавшей двухпучковой топливной сборки ядерного реактора для последующего хранения и камера разделки для осуществления способа" (патент RU №2171508, G21F 7/00, 9/30, опубл. 1999 г.), согласно которому камера дополнительно оснащена вторым комплектом оборудования и приемным гнездом, при этом комплекты оборудования и приемные гнезда расположены по обе стороны продольной оси камеры, а чехлы для транспортирования расположены на продольных осях.
Недостатком указанных изобретений является сложность процесса установки ПТ ОТВС и проблематичность внешнего визуального контроля продольных перемещений при их установке.
Известно изобретение "Способ разделки отработавшей двухпучковой топливной сборки ядерного реактора для последующего ее хранения и камера разделки для осуществления способа" (патент RU №2219605, G21F 7/00, опубл. 2002 г.), согласно которому камера разделки для осуществления способа содержит перемещающийся по камере кран, приемное гнездо и комплект оборудования в виде шахты разделки с кантователем, малой шахты, зажимного устройства, расположенного на шахте разделки, отрезного станка, манипулятора с рабочим органом и транспортных контейнеров под ПТ и подвески топливных сборок, при этом камера разделки снабжена чехлом транспортного контейнера с установленными в них ампулами под ПТ и под подвески топливных сборок, малая шахта комплекта оборудования снабжена зажимным устройством, двумя консольными кранами с тележками, с двумя независимыми грузовыми подвесками каждая.
Известно изобретение "Способ разделки отработавшей двухпучковой топливной сборки ядерного реактора для последующего ее хранения и камера разделки для его осуществления" (патент RU №2226011, G21F 7/00, опубл. 2002 г.), согласно, которому камера разделки для осуществления способа оснащена комплектом оборудования, при этом она кроме одной малой шахты снабжена дополнительной второй малой шахтой, с размещенным над ней зажимным устройством, при этом во второй малой шахте размещена ампула для установки в нее пучка (нижнего) твэлов.
Особенностью указанных изобретений является то, что в данном случае ПТ ОТВС загружают в ампулы, закрытые с двух торцов быстроразъемными крышками, и известный для них способ загрузки применить к разработанной конструкции ампулы, защищенной патентом №2353010 (G21F 5/008, опубл. 2008 г.) не представляется возможным. Перемещение ПТ ОТВС осуществляют манипулятором с рабочим органом, применение которого усложняет процесс центрирования при загрузке в ампулы ПТ ОТВС и требует значительного времени на их размещение в ампулы.
Технической задачей изобретения является разработка конструкции устройства, размещенного в камере отделения разделки, позволяющего устанавливать и удалять ампулы, снаряжать ампулы ПТ ОТВС, обеспечивать центрирование ПТ ОТВС, пространственное ориентирование ампулы, автоматическое или механическое (ручное) вскрытие замка ампулы, внешний визуальный контроль продольных перемещений при установке как самой ампулы, так и ПТ ОТВС, и сокращение рабочего времени.
Указанная задача решается тем, что устройство для снаряжения ампул представляет собой шахту для установки в нее ампулы, при этом согласно изобретению, устройство выполнено в виде цилиндра, в верхней части которого установлены элементы центрирования и выполнены продольные пазы, обеспечивающие возможность визуального контроля процесса загрузки и перемещения ампулы, в средней части корпуса размещен механизм вскрытия замка крышки ампулы, а в нижней части корпуса размещен узел пространственной ориентации ампулы, обеспечивающий угловое и высотное положение последней.
Целесообразно элементы центрирования выполнить в виде входной воронки и центрирующих роликов.
Предпочтительно центрирующие ролики выполнить с горизонтальными осями вращения.
Желательно центрирующие ролики расположить равномерно по окружности корпуса устройства.
Целесообразно центрирующие ролики выполнить с наружными дугообразными поверхностями, касательными к наружной поверхности ампулы.
Предпочтительно центрирующие ролики выполнить прижимаемыми к ампуле усилием груза.
Желательно механизм вскрытия замка крышки ампулы выполнить в виде поворотных рычагов, входящих в радиальные отверстия корпуса ампулы.
Целесообразно количество поворотных рычагов выполнить равным количеству радиальных отверстий корпуса ампулы.
Предпочтительно узел пространственной ориентации ампулы выполнить в виде коронки с двумя противоположными пазами и двумя вершинами разновысокими, закругленными, обращенными кверху.
Желательно пазы выполнить наклонными равномерно сужающиеся от вершин книзу поверхностями, переходящими в прямолинейные участки, образующие пазы, равные друг другу по ширине и высоте.
При использовании предлагаемого изобретения могут проявиться, в частности, следующие технические результаты:
- обеспечение упрощения процесса дистанционной загрузки (установки и удаления) ампулы;
- обеспечение центрирования при загрузке в ампулу ПТ ОТВС;
- обеспечение снижения возможности застревания твэлов ОТВС и их дистанционирующих решеток;
- автоматическое обеспечение совмещения отверстий в корпусе ампулы с зоной действия рычагов механизма вскрытия замка крышки ампулы;
- обеспечение автоматического или механического (ручного) вскрытия замка крышки ампулы;
- обеспечение внешнего визуального контроля продольных и угловых перемещений ампулы;
- обеспечение внешнего визуального контроля продольных перемещений ПТ ОТВС внутри устройства;
- обеспечение сокращения рабочего времени.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для снаряжения ампул использованы центрирующие элементы в виде входной воронки и центрирующих роликов, расположенные в верхней части корпуса устройства, обеспечивающие упрощение процесса загрузки ПТ ОТВС в ампулу, автоматическое центрирование опускаемой ампулы или ПТ ОТВС внутри устройства относительно его продольной оси и снижение возможности застревания твэлов ОТВС и их дистанционирующих решеток и, как следствие, обеспечение сокращения рабочего времени.
Внешний визуальный контроль продольных перемещений ампулы или ПТ ОТВС внутри устройства для снаряжения ампулы обеспечивают сквозные продольные пазы, расположенные в верхней части корпуса устройства.
Узел пространственной ориентации ампулы, выполненный в виде коронки с противоположными пазами и вершинами, размещенный в нижней части корпуса устройства, обеспечивает угловое и высотное положение последней.
Исключение возможности смещения ампулы при ее опускании в одну сторону от продольной оси устройства для снаряжения и, соответственно, заклинивания движения ампулы достигается за счет изготовления вершин указанного узла разной высоты и закругленной формы.
Минимальное количество противоположных пазов и, соответственно, вершин (в частности по два) узла пространственной ориентации ампулы обеспечивают минимальное количество столкновений ампулы с коронкой узла пространственной ориентации в начальном контакте при опускании ампулы.
Выполненный в средней части корпуса ампулы механизм вскрытия замка крышки ампулы обеспечивает автоматическое или механическое (ручное) срабатывание этого механизма, реализуемое за счет изготовления его в виде поворотных рычагов, входящих в радиальные отверстия корпуса ампулы и обжимающих запирающее (пружинное разрезное) кольцо, ролики, упругие элементы, и привода, и рычага для ручного дублирования действия привода.
Автоматическое совмещение отверстий в корпусе ампулы с зоной действия рычагов механизма вскрытия замка крышки ампулы обеспечивается тем, что радиальные отверстия расположены в корпусе ампулы по высоте и азимуту зоны действия кулачков и расстояние между кулачками и опорным торцом ампулы соответствует расстоянию между радиальными отверстиями и опорным торцом ампулы.
Заявляемое изобретение поясняется чертежами, представленными на фиг.1-3:
фиг.1 - общий вид устройства для снаряжения ампул;
фиг.2 - механизм вскрытия запирающего устройства ампул;
фиг.3 - вид сверху (фиг 1).
Камера разделки отработавшей двухпучковой топливной сборки ядерного реактора оснащена устройством для снаряжения ампулы, закрепленным вертикально на столешнице камеры разделки. Устройство для снаряжения ампулы содержит корпус 1 цилиндрической формы с дном 2 для установки на него ампулы 3 (по патенту №2353010, G21F 5/008, опубл. 2008 г.), загружаемой ПТ ОТВС.
В верхней части корпуса 1 устройства для снаряжения ампулы установлены элементы центрирования загружаемого в ампулу ПТ ОТВС, включающие входную воронку 4 и центрирующие ролики 5, и выполнены сквозные продольные пазы 6 с возможностью внешнего визуального контроля процесса его загрузки, например продольных перемещений ампулы и ПТ ОТВС внутри устройства для снаряжения ампулы.
Элементы центрирования загружаемого в ампулу ПТ ОТВС, выполненные в виде центрирующих роликов 5, например, в количестве не менее двух штук, расположены равномерно по окружности корпуса 1 устройства с возможностью упрощения процесса загрузки ПТ ОТВС в ампулу, снижения возможности заклинивания (застревания) ПТ ОТВС и их дистанционирующих решеток и, как следствие, обеспечения сокращения рабочего времени.
Наружная поверхность центрирующих роликов 5 выполнена по форме дугообразной и касательной к наружной цилиндрической поверхности ампулы 3. Перемещение центрирующих роликов 5 вокруг горизонтальных осей 7 возможно под действием силы от массы груза 8, под действием отталкивающей силы от перемещаемой ампулы 3 или ПТ ОТВС.
Входная воронка 4 и центрирующие ролики 5 обеспечивают возможность автоматического центрирования опускаемой ампулы 3 или ПТ ОТВС внутри устройства для снаряжения ампулы относительно его продольной оси 9.
В средней части корпуса 1 устройства для снаряжения ампулы размещен механизм вскрытия замка крышки ампулы, содержащий пневмопривод 10, поворотный рычаг 11, кольцо 12, ролики 13 и кулачки 14. Пневмопривод 10 содержит полость 15 с возможностью подачи и сброса воздушного давления, сильфон 16, в стенку которого упирается толкатель 17 под действием усилия пружины 18, передаваемого через поворотные рычаги 11, что обеспечивает вскрытие замка крышки ампулы.
Кроме того, в верхней части корпуса ампулы 3 выполнены радиальные отверстия 19 с возможностью произведения нажима кулачками 14 на кольцо (пружинное разрезное) (не показано), запирающее замок крышки ампулы. Радиальные отверстия 19 расположены в корпусе ампулы 3 по высоте и азимуту зоны действия кулачков 14, достигаемое тем, что расстояние между кулачками 14 и опорным торцом (дном 2) ампулы соответствует расстоянию между радиальными отверстиями 19 и опорным торцом (дном 2) ампулы, при этом обеспечивая автоматическое совмещение отверстий в корпусе ампулы с зоной действия рычагов механизма вскрытия замка крышки ампулы.
В нижней части корпуса 1 устройства для снаряжения ампулы размещен узел пространственной ориентации 20 ампулы 3, обеспечивающий угловое и высотное положение последней.
Узел пространственной ориентации 20 ампулы 3 выполнен в виде коронки, в частности, с двумя, противоположными пазами 21 и, например двумя, вершинами 26 разновысокими, закругленными, обращенными кверху.
Противоположные пазы 21 выполнены наклонными, равномерно сужающимися от вершин книзу поверхностями, переходящими в прямолинейные участки, образующие пазы, равные друг другу по ширине и высоте. Противоположные пазы 21 обеспечивают вход в них поперечной трубки 22, установленной в демпфере ампулы 3 при ее опускании в устройство, и соответственно, автоматический разворот ампулы 3 в необходимое азимутальное положение. При этом азимутальное и высотное положение радиальных отверстий 19 и кулачков 14 взаимно увязаны с поперечной трубкой 22, установленной в демпфере ампулы 3.
Вершины 26 своей разновысотностью и закругленностью исключают возможность смещения ампулы 3 при ее опускании в одну сторону от продольной оси устройства для снаряжения и, соответственно, заклинивания движения ампулы 3. Более высокая вершина, взаимодействуя с поперечной трубкой 22, установленной в демпфере ампулы 3, обеспечивает разворот последней вокруг ее продольной оси 9, вызванный силами реакции, возникающими в контакте верхней части вершины с поперечной трубкой 22, и закругленной наружной поверхностью коронки узла пространственной ориентации 20. Дальнейшее опускание ампулы 3 приводит к контакту поперечной трубки 22, установленной в демпфере ампулы 3, с поверхностями противоположных пазов 21, к винтовому движению ампулы и, в итоге, к опусканию ампулы в направлении движения поперечной трубки 22 по прямолинейной части противоположных пазов 21. При этом минимальное количество противоположных пазов и, соответственно, вершин, в частности по два, обеспечивают минимальное количество столкновений поперечной трубки 22, установленной в демпфере ампулы 3, с коронкой узла пространственной ориентации 20 в начальном контакте при опускании ампулы.
Работа устройства для снаряжения и механизма вскрытия
Работа устройства для снаряжения ампулы заключается в выполнении таких технологических операций, как установка пустой ампулы в корпус указанного устройства с автоматическим ориентированием опускаемой ампулы относительно механизма вскрытия замка крышки ампулы, вскрытие замка запирающего крышку ампулы, загрузка ПТ ОТВС, контроль продольных перемещений как самой ампулы, так и ПТ ОТВС внутри устройства, осуществляемых через пазы, удаление ампулы из корпуса устройства.
При подаче воздушного давления в полость 15 пневмопривода происходит сжатие сильфона 16, перемещение толкателя 17, поворот поворотного рычага 11 вокруг оси 23, поворот кольца 12 с роликами 13 вокруг продольной оси 9 устройства, нажатие роликов 13 на упругие элементы 24 и поворот кулачков 14 вокруг осей 25. При повороте кулачки 14 нажимают через радиальные отверстия 19 на (пружинное разрезное) кольцо (не показано), при этом замок, запирающий крышу ампулы, открывается. Причем расположение радиальных отверстий 19 ампулы должно соответствовать по высоте и азимуту зоне действия кулачков 14. Указанное соответствие обеспечивается тем, что расстояние между кулачками 14 и опорным торцом (дном 2) ампулы соответствует расстоянию между радиальными отверстиями 19 и опорным торцом (дном 2) ампулы.
После срабатывания механизма вскрытия замка крышки ампулы (при подаче воздушного давления) крышка из ампулы может быть удалена. После сброса воздушного давления из полости 15 пневмопривода происходит возврат элементов механизма вскрытия замка крышки ампулы в исходное положение и ампула может быть загружена ПТ, закрыта крышкой и удалена из данного устройства для снаряжения.