УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕГРУЗКИ КЛАСТЕРОВ СТЕРЖНЕЙ ВЫГОРАЮЩЕГО ПОГЛОТИТЕЛЯ ИЛИ ПОГЛОЩАЮЩИХ СТЕРЖНЕЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ И ЗАЩИТЫ И ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ СБОРОК ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА

Заявляемое в качестве полезной модели устройство для перегрузки стержней выгорающего поглотителя (СВП) или поглощающих стержней системы управления и защиты (ПС СУЗ), и тепловыделяющих сборок (ТВС) ядерного реактора относится к оборудованию, используемому при перегрузочных работах на атомных станциях.
Пучки стержней выгорающего поглотителя (СВП) и поглощающих стержней системы управления и защиты (ПС СУЗ), объединенные посредством траверс, имеющих аналогичное конструктивное выполнение, называются кластерами. Аналогичность траверс позволяет выполнять операции сцепления - расцепления при перемещении кластеров СВП или ПС СУЗ с помощью одного и того же захватного устройства.
Известно устройство для перегрузки ТВС ядерного реактора, содержащее перемещающуюся на подвижной платформе направляющую трубу с установленной в ней телескопической штангой с захватом, перемещаемой посредством тросового привода и имеющей возможность только осевого перемещения относительно корпуса привода с барабаном (Патент РФ №2086013 по кл. G21C 19/10 на изобретение, опубликован 27.07.1997 г.).
Известно устройство для перегрузки отработавших ТВС, содержащее установленную над приемным бассейном подвижную платформу с ходовой частью, грузоподъемное устройство, размещенное на подвижной платформе, захват для отработавшей тепловыделяющей сборки, закрепленный на грузоподъемном устройстве, защитный стакан, закрепленный на подвижной платформе, имеющий открытую со стороны бассейна полость для размещения части отработавшей тепловыделяющей сборки, причем нижняя кромка защитного стакана расположена ниже уровня воды приемного бассейна, а захват установлен в полости защитного стакана с возможностью вертикального перемещения (Описание к авторскому свидетельству СССР №1572304, G21C 19/10).
Недостатком известных устройств является возможность использования захватных элементов только для перегрузки ТВС, а для перегрузки кластеров СВП и/или ПС СУЗ необходимо переоборудование штанги перегрузочного устройства.
Известно также устройство для перегрузки атомного реактора, включающее механизм перегрузки с захватным устройством, корпус которого посредством гибкой тяги размещен в направляющей колонне, перемещаемой тележкой с лебедкой, и сменные захватные элементы - головки для перегружаемых тепловыделяющих сборок или кластеров СВП или ПС СУЗ. (Описание к патенту СССР №634696, опубликовано 26.11.1078 г.). Сменные захватные элементы размещены в гнездах, установленных подвижно посредством специального привода на горизонтальных направляющих рамы, прикрепленной к нижнему концу направляющей колонны. Сменные захватные элементы снабжены стыковочными узлами с запирающими элементами в виде запорной втулки, взаимодействующей подпружиненным штоком со стыковочным наконечником размещенного в направляющей колонне корпуса захватного устройства. Стыковочный наконечник корпуса захватного устройства снабжен механизмом управления захватными элементами.
Наличие рамы с подвижными гнездами для размещения сменных захватных элементов, закрепленной в нижней части направляющей колонны, усложняет процесс наведения механизма перегрузки на зону обслуживания реактора. Другим недостатком устройства является сложная система управления стыковочными узлами, которая снижает надежность устройства и усложняет процесс замены захватных элементов в случае их повреждения.
Наиболее близким к заявляемому в качестве полезной модели устройству для перегрузки кластеров СВП или ПС СУЗ и топливных сборок ядерного реактора является размещенный на тележке манипулятор для перегрузки тепловыделяющих сборок и кластеров ПС СУЗ ядерного реактора, включающий приводной механизм для перемещения грузоподъемного механизма в виде направляющей трубы с установленной в ней телескопической штангой с двойным захватным механизмом, расположенным в корпусе с возможностью перемещения в вертикальном направлении, и средство управления и выбора захватного механизма, которое выполнено в виде управляемого тросами рычага, воздействующего на один из захватных механизмов, при этом другой захватный механизм отключен, а в среднем положении рычага отключены оба захватных механизма. (Описание к патенту СССР №677687 по кл. G21C 19/10, опубликовано 30.07.1979 г.) Двойной захватный механизм содержит захватные элементы, взаимодействующие соответственно с головками тепловыделяющих сборок или головками кластеров ПС СУЗ и характеризуется креплением захватных элементов на гибких тяговых элементах, определяющих необходимость обслуживания устройства персоналом при смене захватных элементов, осуществляемой вручную.
Недостатком устройства является необходимость использования персонала при замене захватных механизмов, получивших повреждения при возникновении нештатных ситуаций (например, в случае повреждений поверхностей контактирующих деталей из-за отложений и загрязнений в растворе борной кислоты бассейна выдержки). Осуществляемая вручную смена неисправных захватных элементов в известном перегрузочном устройстве снижает уровень безопасности процесса перегрузки для персонала. Кроме того, по существующим технологиям перегрузки захватные механизмы для перегрузки ТВС и кластеров СВП и ПС СУЗ являются сменным инструментом перегрузочного устройства и хранятся в контейнерном отсеке бассейна выдержки, поэтому все операции по замене сменных захватных элементов на известном перегрузочном устройстве потребуют понижения уровня водной среды в отсеке бассейна выдержки, в котором они располагаются, что будет являться причиной увеличения времени выполнения процессов перегрузки и приведет к снижению коэффициента использования установленной мощности (КИУМ) реакторной установки.
Задачей, решаемой при создании заявляемого устройства для перегрузки кластеров СВП или ПС СУЗ и ТВС ядерного реактора, является механизация процессов смены неисправных захватных элементов для кластеров СВП и ПС СУЗ на исправные, размещенные в контейнерном отсеке бассейна выдержки.
Техническим результатом использования заявляемого устройства является повышение безопасности процессов перегрузки ядерного реактора для персонала АЭС, сокращение времени перегрузки, и, как следствие, увеличение КИУМ реакторной установки.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для перегрузки кластеров СВП или ПС СУЗ и ТВС ядерного реактора, содержащем размещенный на тележке манипулятор с приводным механизмом и грузоподъемным устройством, включающим поворотную телескопическую штангу с расположенным в ее корпусе с возможностью перемещения в вертикальном направлении двойным захватным механизмом, наружным и внутренним, из которых наружный захватный механизм предназначен для сцепления с тепловыделяющей сборкой, а внутренний - для сцепления с кластерами СВП или ПС СУЗ, согласно полезной модели внутренний захватный механизм поворотной телескопической штанги перегрузочного устройства представлен подвижной в вертикальном направлении жесткой тягой, на нижней части которой закреплен захватный механизм для соединения с захватным элементом для кластеров СВП или ПС СУЗ, а наружный захватный механизм закреплен на торце корпуса поворотной телескопической штанги, при этом оба захватных механизма выполнены в виде наконечников с байонетным соединением, а жесткая тяга внутреннего захватного механизма кинематически подключена к приводам телескопической штанги, кроме того, оголовки сменных захватных элементов для кластеров СВП или ПС СУЗ выполнены ответными байонетному соединению наконечника жесткой тяги.
Таким образом, механизация процессов смены захватов кластеров ПС СУЗ обеспечивается посредством:
- изменения конструкции поворотной телескопической штанги за счет выполнения внутреннего захватного механизма в виде жесткой тяги с захватным механизмом для соединения с захватным элементом кластеров СВП и ПС СУЗ, выполненным в виде наконечника с байонетным соединением;
- размещения наружного захватного механизма для ТВС на торце корпуса поворотной телескопической штанги и выполнением его в виде наконечника с байонетным соединением;
- использования приводов поворотной телескопической штанги в качестве привода для внутреннего захватного механизма;
- изменения конструкции используемых при перегрузке сменных захватных элементов для кластеров СВП или ПС СУЗ за счет новой конструкции их оголовков, выполненных ответными байонетному соединению наконечника жесткой тяги.
Выполнение внутреннего захватного механизма поворотной телескопической штанги перегрузочного устройства в виде жесткой тяги с наконечником с байонетным соединением обеспечивает возможность механизации процедуры замены захватов кластеров СВП и ПС СУЗ без понижения уровня водной среды в отсеке бассейна выдержки. Механизация процесса замены захватных элементов для кластеров СВП и ПС СУЗ, обеспечиваемая выполнением внутреннего захватного механизма штанги перегрузочного устройства в виде жесткой тяги с наконечником с байонетным соединением позволяет осуществлять замену неисправного захвата кластеров СВП и ПС СУЗ без привлечения обслуживающего персонала и позволяет производить обслуживание последнего в бассейне выдержки и вне его, что сокращает время вспомогательных операций в процессе перегрузки реакторной установки. При этом снабжение выполненного в виде подвижной в вертикальном направлении жесткой тяги внутреннего захватного механизма штанги перегрузочного устройства наконечником с байонетным соединением и выполнение наружного захватного механизма для ТВС на поворотной телескопической штанге в виде наконечника с байонетным соединением обеспечивает возможность использования приводов телескопической штанги перегрузочного устройства в процедурах перегрузки ТВС и кластеров СВП или ПС СУЗ, а также при смене захватных элементов для кластеров СВП или ПС СУЗ в случае возникновения такой необходимости.
Пример выполнения предлагаемого устройства для перегрузки ТВС и кластеров СВП или ПС СУЗ ядерного реактора поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлено устройство для перегрузки тепловыделяющих стержней и кластеров СВП или ПС СУЗ ядерного реактора.
На фиг. 2 показана нижняя часть штанги перегрузочного устройства (в разрезе) в процессе смены неисправных захватных элементов кластеров СВП или ПС СУЗ.
Устройство для перегрузки тепловыделяющих стержней и кластеров ПС СУЗ или СВП ядерного реактора (на фиг. 1) включает тележку 1 с приводом перемещения 2 и механизмом перегрузки 3, расположенную над бассейном выдержки 4, в котором, в зоне доступности перегрузочного устройства, в частности, в контейнерном отсеке, на контейнере с инструментом (на чертеже не показан) помещено стендовое приспособление 5 с гнездами 6 для размещения сменных захватных элементов 7 для кластеров СВП или ПС СУЗ. Поворотная телескопическая штанга 8 механизма перегрузки (привод поворота штанги не показан) включает закрепленный в ее нижней части наконечник 9 с байонетным соединением 10 (фиг. 2), предназначенный для сцепления с головкой ТВС (на чертеже не показана), и размещенную по оси штанги 8 с возможностью перемещения по вертикали жесткую тягу 11 (соединение привода перемещения жесткой тяги с приводом перемещения и поворота штанги не показан) с закрепленным на ее конце наконечником 12 с байонетным соединением в виде пазов 13. Сменные захватные элементы 7 для кластеров СВП или ПС СУЗ, с оголовками 14, снабженными штифтами 15, выполнены ответными пазам 13 байонетного соединения наконечника 12, и помещены в гнезда 6 (на фиг. 1 и фиг. 2) стендового приспособления 5, при этом одно из гнезд стендового приспособления остается свободным.
При обслуживании реакторной установки в процессе перегрузки и при необходимости замены неисправного захватного элемента 7 для кластера СВП или ПС СУЗ перегрузочное устройство 1 приводом перемещения 2 наводится на размещенное в контейнерном отсеке бассейна выдержки 3 стендовое приспособление 5 с гнездами 6, одно из которых является свободным, а в других установлены захватные элементы 7. Штанга 8 перегрузочного устройства с наконечником 12 наводится на координаты одного из свободных гнезд 6 стендового приспособления 5 и при опускании жесткой тяги 11 производится установка и фиксация неисправного захватного элемента 7 в стендовом приспособлении 5. При повороте штанги 8 осуществляется расцепление жесткой тяги с неисправным захватным элементом 7 путем вывода штифтов 15 из пазов 13 байонетного соединения наконечника 12. Последующим перемещением перегрузочного устройства поворотная телескопическая штанга 8 наводится на координаты установленного в стендовом приспособлении исправного захватного элемента 7, наконечник 12 жесткой тяги опускается на оголовок 14 захватного элемента 7 и при повороте штанги штифты 15 вводятся в пазы 13 байонетного соединения наконечника 12 жесткой тяги. При подъеме жесткой тяги 11 захватный элемент 7 извлекается из гнезда 6 и размещается в полости штанги.
Перегрузочное устройство приводом перемещения 2 наводится на разъем корпуса реактора (на чертеже не показан), где производятся операции по извлечению ТВС, при которых используется штанга с наконечником 9 с байонетным соединением 10, или перегрузка кластера СВП или ПС СУЗ с использованием жесткой тяги 11 с наконечником 12, соединенным с захватным элементом 7.
Механизация процессов смены неисправных захватных элементов для кластеров СВП или ПС СУЗ, осуществляемая при их дистанционной замене, обеспечивает повышение безопасности процессов перегрузки для персонала АЭС, сокращение времени перегрузки и увеличение КИУМ реакторной установки.