УПАКОВОЧНЫЙ КОМПЛЕКТ ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ И/ИЛИ ХРАНЕНИЯ ОТРАБОТАВШИХ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ СБОРОК
PACKING KIT FOR TRANSPORTATION AND/OR STORAGE OF SPENT FUEL ASSEMBLIES

Изобретение относится к контейнерам, предназначенным для безопасного транспортирования железнодорожным транспортом с площадок хранения отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) исследовательского реактора на хранение и переработку.
В настоящее время для транспортирования ОЯТ используются транспортные упаковочные комплекты (ТУК). Известные ТУК состоят из герметичного силового контейнера и размещенного внутри контейнера чехла, имеющего дистанционирующие диафрагмы с каналами для ОЯТ. Контейнер и чехол, как правило, предназначаются для транспортирования и/или хранения отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС) конкретного типа реактора. Безопасность транспортирования или хранения в контейнере ОТВС обосновывается расчетами: прочности, ядерной и радиационной безопасности и тепловым расчетом.
Известен ТУК для транспортирования ОТВС исследовательских ядерных реакторов, выполненный на основе контейнера ТК-32 (Ю.В. Нечеткий, З.И. Чечеткина, А.Ф. Грачев, А.Е. Новоселов. Топливо исследовательских реакторов, его хранение и переработка. Под общ. редакцией Ю.В. Чечеткина. Димитровград, ДИТУД, УлГТУ, 2005, стр. 195). ТУК содержит защитный контейнер и выемную часть, внутри которой в один ярус помещены чехлы для размещения ОТВС. Защитный контейнер состоит из корпуса и крышки. Корпус контейнера, выемная часть и каждый чехол имеют опорные поверхности, опорная поверхность выемной части сопрягается с опорной поверхностью корпуса контейнера. К корпусу в верхней части приварены две грузовые цапфы, в верхней, средней и нижней части - приварены полукольца и кольца, а к днищу - опоры с опорным кольцом. Среднее кольцо с приваренными к нему сверху ребрами служит опорной площадкой при установке ТУК в железнодорожный вагон типа ТК-ВГ-18. В верхней и нижней частях корпуса установлены клапаны для дренажа воды и вентиляции контейнера. Крышка контейнера герметично закреплена на корпусе. На наружной торцовой поверхности крышки имеются ребра. Опоры, опорное кольцо, кольца, полукольца, а также крышка контейнера обеспечивают необходимый уровень демпфирования контейнера при его падении.
Выемная часть контейнера имеет различные варианты исполнения под чехлы 01 и 02. Выемная часть под чехол 01 служит для размещения в контейнере ТК-32 одного 12-местного чехла для ОТВС исследовательского реактора СМ и представляет собой сварную конструкцию, состоящую из основания, центральной трубы, трех стоек и фланца. Выемная часть опирается фланцем на корпус контейнера. Выемная часть под чехол 02. служит для размещения в контейнере ТК-32 трех 7-местных чехлов для ОТВС, исследовательского реактора МИР и представляет собой сварную конструкции, состоящую из основания, трех труб, в которые устанавливаются чехлы, двух дистанционирующих диафрагм для фиксации положения выемной части в контейнере и фланца. Выемная часть опирается фланцем на корпус контейнера.
Недостатком данного ТУК является малое количество ОТВС, загружаемых в контейнер, т.к. чехлы с ОТВС размещаются в контейнере в один ярус.
Известен упаковочный комплект для транспортирования и/или хранения отработавших тепловыделяющих сборок исследовательского ядерного реактора (п. RU №88839, G21F 5/008, опубл. 20.11.2009 Бюл. №32).
Упаковочный комплект содержит защитный контейнер и выемную часть, включающую, по меньшей мере, два опорных позиционирующих устройства, внутри которых помещены, по меньшей мере, по одному чехлу для размещения отработавших тепловыделяющих сборок, причем чехлы располагаются ярусами один над другим, при этом корпус контейнера, позиционирующие устройства и каждый чехол имеют, по меньшей мере, одну опорную поверхность, причем опорная поверхность одного позиционирующего устройства сопрягается с опорной поверхностью другого позиционирующего устройства или с опорной поверхностью корпуса контейнера. Упаковочный комплект по п. 1, характеризующийся тем, что позиционирующие устройства размещают ярусами одно над другим, при этом, по меньшей мере, верхнее позиционирующее устройство снабжено фланцем с опорной поверхностью, сопрягаемой с опорной поверхностью корпуса контейнера или с опорной поверхностью нижнего позиционирующего устройства.
Этот упаковочный комплект принимается за прототип, как наиболее близкий по технической сущности к заявляемому техническому решению.
Недостатками данного упаковочного комплекта являются:
- размещение в контейнере, по меньшей мере, в два яруса позиционирующих устройств, внутри которых помещены чехлы с ОТВС, возможно только для коротких чехлов с ОТВС, т.к. суммарная длина опорных позиционирующих устройств ограничена длиной внутренней полости контейнера;
- количество помещаемых в чехол ОТВС, ограничено внутренним диаметром позиционирующего устройства, который существенно меньше диаметра внутренней полости контейнера;
- чехлы с ОТВС после установки в корпус контейнера не зафиксированы от продольных перемещений, что в случае аварийной ситуации при транспортировании может привести к удару чехла верхнего яруса и помещенных в нем ОТВС о внутреннюю крышку. С учетом возможности возникновения подобной ситуации не исключено повреждение ОТВС, а в случае их размещения в герметичных пеналах повреждение и потеря герметичности пеналов.
Технический результат заключается в обеспечении размещения в контейнере наибольшего количества пеналов с ОТВС, например, контейнере ТК-32 для исследовательского реактора БОР-60, отвечающего нормам и правилам безопасной перевозки, действующими в атомной энергетике.
Технический результат достигается тем, что в упаковочном комплекте для транспортирования и/или хранения отработавших тепловыделяющих сборок исследовательского ядерного реактора, содержащем защитный контейнер, состоящий из корпуса, и крышки и выемную часть, включающую, по меньшей мере, два чехла для размещения отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС), расположенные ярусами один над другим, нижний чехол установлен на днище корпуса, верхний чехол опирается на торцовую поверхность нижнего чехла, между крышкой защитного контейнера и чехлом верхнего яруса установлен демпфер с опорой на торцовую поверхность верхнего чехла, каждый чехол содержит центральную трубу с грибком для грузозахватного устройства, дистанционирующие диски, соединенные между собой центральной трубой, обечайкой, имеющей опорное кольцо, и трубами, в дистанциорующих дисках имеются каналы для размещения ОТВС, которые расположены относительно оси центральной трубы, по крайней мере, в два кольцевых ряда, при этом оси каналов в каждом ряду верхнего чехла смещены по углу относительно осей каналов соответствующего ряда нижнего чехла таким образом, чтобы концы пеналов с ОТВС верхнего чехла имели возможность размещения между пеналами с ОТВС нижнего чехла, по всей длине каждого чехла и части длины демпфера имеются два продольных паза для ориентации чехлов и демпфера в контейнере, внутри корпуса контейнера установлена с опорой на днище и внутреннюю торцовую поверхность корпуса направляющая для углового ориентирования чехлов и демпфера.
В опорном кольце обечайки верхнего чехла имеются диаметральные проточки под головные части пеналов с ОТВС, помещаемых в каналы крайнего кольцевого ряда нижнего чехла.
Демпфер выполнен в виде сварного стакана, состоящего из обечайки, имеющей опорное кольцо, в котором выполнены диаметральные проточки под головные части пеналов с ОТВС, помещаемых в каналы крайнего кольцевого ряда верхнего чехла, диска с центральной трубой, имеющей фланец, на котором установлен грибок для грузозахватного устройства, при этом диск расположен ниже торцовых поверхностей обечайки и центральной трубы, находящихся на одном уровне, и опорной центральной трубы, закрепленной крепежными элементами на фланце.
Направляющая состоит из верхнего и нижнего опорных колец, соединенных между собой двумя направляющими стойками с наконечниками, при этом стойки ввернуты в резьбовые отверстия нижнего опорного кольца и скреплены с верхним опорным кольцом посредством крепежных элементов и планок, навернутых на гильзы наконечников. Наружная боковая поверхность верхнего опорного кольца выполнена конической формы и имеет продольный паз для угловой ориентации направляющей в контейнере. На торцовой поверхности верхнего опорного кольца установлены с помощью крепежных элементов распорные клинья.
Наличие направляющей позволяет произвести установку в корпусе контейнера чехлов и демпфера в заданном угловом положении, при этом сама направляющая закреплена в корпусе с помощью распорных клиньев.
Выполнение каждого чехла в виде сварной конструкции, состоящей из центральной трубы с грибком для грузозахватного устройства, дистанционирующих дисков, соединенных между собой центральной трубой, обечайкой с опорным кольцом и трубами, расположение каналов для ОТВС в дистанциорующих дисках относительно оси центральной трубы, по крайней мере, в два кольцевых ряда, при этом оси каналов в каждом ряду верхнего чехла смещены по углу относительно осей каналов соответствующего ряда нижнего чехла, наличие в опорном кольце верхнего чехла диаметральных проточек под головные части пеналов с ОТВС, помещаемых в каналы крайнего кольцевого ряда нижнего чехла, таким образом, что концы пеналов с ОТВС верхнего чехла имели возможность размещения между пеналами с ОТВС нижнего чехла, позволяет:
- обеспечить необходимую жесткость чехлов и разместить чехлы в контейнере в два яруса с опорой нижнего чехла на днище корпуса, а верхнего чехла с опорой на торцовую поверхность нижнего чехла, при этом грибок нижнего чехла заходит в центральную трубу верхнего чехла;
- увеличить общее количество пеналов с ОТВС размещаемых в чехлах, длина которых больше половины длины внутренней полости контейнера, за счет того, что концы пеналов с ОТВС верхнего чехла имеют возможность размещения между пеналами с ОТВС нижнего чехла.
Выполнение демпфера с центральной опорной трубой и опорным кольцом, имеющим диаметральные проточки под головные части пеналов с ОТВС, помещаемых в каналы крайнего кольцевого ряда верхнего чехла, позволяет установить демпфер между крышкой защитного контейнера и чехлом верхнего яруса с опорой на торцовую поверхность верхнего чехла.
Наличие у демпфера диска, расположенного ниже торцовых поверхностей обечайки и центральной трубы, находящихся на одном уровне, позволяет исключить непосредственный контакт пеналов с ОТВС, размещаемых в верхнем чехле, с крышкой контейнера. При этом в случае аварийной ситуации продольные динамические нагрузки, воздействующие на пеналы с ОТВС, не превышают уровня, при котором сохраняется прочность и герметичность пеналов с ОТВС.
Наличие грибка для грузозахватного устройства в каждом чехле и демпфере позволяет использовать штатные грузоподъемные устройства для их установки в контейнер и извлечения из него, при этом чехлы могут быть загружены пеналами с ОТВС.
На фиг. 1 показан общий вид в разрезе транспортного упаковочного комплекта для транспортирования железнодорожным транспортом в контейнере ТК-32 ОТВС исследовательского реактора БОР-60, размещенных в герметичных пеналах, на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1, на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 2, на фиг. 4 - сечение В-В на фиг. 2, на фиг. 5 - общий вид в разрезе чехла нижнего, на фиг. 6 - вид А на фиг. 5, на фиг. 7 - общий вид в разрезе чехла верхнего, на фиг. 8 - вид А на фиг. 7, на фиг. 9 - общий вид в разрезе демпфера, на фиг. 10 - вид А на фиг. 9.
Транспортный упаковочный комплект состоит из контейнера 1, имеющего корпус 2 и крышку 3, направляющей 4, чехла нижнего 5, чехла верхнего 6 и демпфера 7.
Корпус 2 имеет продольную планку 8,
Направляющая 4 (см. фиг. 2, 3 и 4) выполнена из коррозионностойкой стали и состоит из нижнего опорного кольца 9, верхнего опорного кольца 10 с пазом а, двух направляющих стоек 11 с наконечниками 12, имеющими гильзу 13, на которую навинчена планка 14, крепежных элементов 15 и распорных клиньев 16 с крепежными элементами 17.
Чехол нижний 5 (см. фиг. 5 и 6) выполнен в виде сварной конструкции из коррозионностойкой стали и состоит из центральной трубы 18, дистанционирующих дисков 19, имеющих каналы b, расположенные в два кольцевых ряда относительно оси центральной трубы 18, обечайки 20, опорного кольца 21 и труб 22, установленных соосно с каналами b внутреннего кольцевого ряда. Чехол имеет два продольных диаметрально расположенных паза с. На центральной трубе 18 установлен с помощью крепежных элементов грибок 23.
Чехол верхний 6 (см. фиг. 7 и 8) выполнен сварной конструкции из коррозионностойкой стали и состоит из центральной трубы 24, дистанционирующих дисков 25, имеющих каналы d, расположенные в два кольцевых ряда относительно оси центральной трубы 24, обечайки 26, опорного кольца 27, имеющего диаметральные проточки е и труб 28, установленных соосно с каналами d внутреннего кольцевого ряда. Чехол имеет два продольных диаметрально расположенных паза f. На центральной трубе 24 установлен с помощью крепежных элементов грибок 29.
Демпфер 7 (см. фиг. 9 и 10) выполнен из коррозионностойкой стали и состоит из сварного стакана 30, включающего обечайку 31, опорное кольцо 32 с диаметральными проточками g, диск 33, центральную трубу 34 и фланец 35, сварной центральной опорной трубы 36, имеющей фланец 37, и грибка 38, установленного с помощью крепежных элементов на фланец 35. Демпфер имеет два продольных диаметрально расположенных паза h.
Установку направляющей 4, чехлов 5 и 6, и демпфера 7 в контейнер 1 производят в следующей последовательности:
- снимают с контейнера 1 крышку 3;
- в корпус 2 устанавливают направляющую 4, при этом нижнее опорное кольцо 9 опирают на дно корпуса 2, а верхнее опорное кольцо 10 с закрепленными на ней направляющими стойками 11 опирают беззазорно на сопрягаемую внутреннюю торцовую поверхность корпуса 2 с помощью вращения гильз 13. Угловое положение направляющей фиксируется имеющейся в корпусе 2 продольной планкой 8, которая заходит в паз верхнего опорного кольца 10. Закрепляют в корпусе 2 направляющую 4 с помощью распорных клиньев 16 и крепежных элементов 17;
- устанавливают в корпус 2 чехол нижний 5 с опорой на дно корпуса 2, затем - чехол верхний 6 с опорой на нижний чехол 5 и демпфер 7 с опорой на чехол верхний 6, при этом подъем чехлов и демпфера производят за грибки 23, 29 и 38 соответственно с помощью штатной грузоподъемной штанги. При загрузке совмещают продольные пазы f, g и h соответственно чехлов и демпфера с направляющими стойками 11;
- устанавливают на корпус 2 крышку 3.
Загрузку транспортного упаковочного комплекта пеналами с ОТВС производят в следующей последовательности:
- по штатной технологии обращения с контейнером ТК-32 его подготавливают к размещению в бассейне, при этом после съема крышки 3 извлекают из корпуса 2 демпфер 7 и чехол верхний 6;
- корпус 2 с находящимся в нем чехлом нижним 5 по штатной технологии обращения помещают в бассейн;
- загружают в чехол нижний 5 пеналы с ОТВС используя штатную технологию обращения с пеналами;
- устанавливают в корпус 2 чехол верхний 6 с опорой на чехол нижний 5 и загружают в него пеналы с ОТВС;
- устанавливают в корпус 3 демпфер 7 с опорой на чехол верхний 6;
- по штатной технологии устанавливают на корпус 2 крышку 3 и извлекают контейнер из бассейна;
- по штатной технологии подготавливают загруженный контейнер к транспортированию железнодорожным транспортом, при этом крышка 3 закрепляется крепежными элементами на корпусе 2.
Выгрузку пеналов с ОТВС из транспортного упаковочного комплекта производят по штатной технологии обращения с транспортными упаковочными комплектами, загруженными ОТВС, в следующей последовательности:
- на посту выгрузки чехлов с ОТВС из контейнера снимают крышку 3;
- вынимают из корпуса 2 демпфер 7;
- вынимают из корпуса 2 чехол верхний 6 с установленными в нем пеналами с ОТВС и переносят чехол в бассейн;
- вынимают из корпуса 2 чехол нижний 5 с установленными в нем пеналами с ОТВС и переносят чехол в бассейн;
- в бассейне выгружают из чехлов пеналы с ОТВС. Обращение с выгруженным из чехла пеналом с ОТВС производится в соответствии с принятой на предприятии штатной технологией обращения с ОТВС;
- после разгрузки чехлы извлекаются из бассейна;
- по штатной технологии производится подготовка и сборка транспортного упаковочного комплекта к транспортированию железнодорожным транспортом.
Был изготовлен опытный образец транспортного упаковочного комплекта с использованием контейнера ТК-32. Успешно произведена контрольная загрузка и выгрузка в/из него 30 пеналов с ОТВС исследовательского атомного реактора БОР-60.