ЧЕХОЛ ДЛЯ РАЗМЕЩЕНИЯ И ХРАНЕНИЯ ОТРАБОТАВШИХ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ СБОРОК РЕАКТОРА РБМК-1000
COVER FOR PLACING AND STORING SPENT FUEL ASSEMBLIES FOR RBMK-1000 REACTOR

Изобретение относится к ядерной технике, а именно к дистанционирующим устройствам, в которых размещаются изделия с установленными в них разделанными на пучки отработавшими топливными элементами реактора РБМК-1000 во время их транспортирования и хранения в контейнерах.
Известен чехол, входящий в состав металлобетонного контейнера для транспортирования ОЯТ реакторов РБМК («Металлобетонный контейнер для хранения и транспортирования отработавшего ядерного топлива реакторов РБМК». Зубков А.А., Фромзель В.Н. и др. Журнал «Теплоэнергетика», №11, 1996 г., с.40-44. «Актуальные вопросы разработки контейнеров для хранения отработавшего ядерного топлива». Брасас С.К. Журнал «Теплоэнергетика», №11, 1996 г., с.31-39). Чехол состоит из соединенных между собой диафрагм с отверстиями (ячейками) для установки пучков отработавших сборок ТВЭЛ и центральной трубы с хвостовиком для грузового захвата. Центры ячеек в плане расположены по контурам соответствующих правильных шестиугольников, имеющих общий центр, который геометрически совмещен с продольной осью центральной трубы. Чехол предназначен для размещения 102 пучков тепловыделяющих сборок РБМК. Для размещения пучков тепловыделяющих элементов в чехле, изготовленном из нержавеющей стали, предусмотрены 102 открытые сверху трубы, заваренные в верхней решетке чехла и не доходящие до его днища. Для обеспечения требуемого взаимного расположения чехловых труб и предотвращения их недопустимых прогибов при аварии, связанной с падением контейнера, в чехле установлено пять диафрагм, охватываемых установленной по высоте чехла цилиндрической перфорированной обечайкой.
Известный металло-бетонный контейнер имеет относительно большой полезный объем, однако количество размещаемых в контейнере пучков ТВЭЛ ограничено конструктивно наличием труб для размещения ТВЭЛ, что обуславливает увеличение шага ячеек и, соответственно, ограничивает их количество. Вместе с этим наличие цилиндрической перфорированной обечайки, установленной по высоте чехла вокруг диафрагм, с одной стороны, ухудшает условия теплоотвода от ОЯТ и приводит к повышению температуры нагрева ТВЭЛ, а с другой стороны, уменьшает площадь поперечного сечения, в пределах которого могут быть размещены ячейки, что также ограничивает количество последних.
Известен также чехол, входящий в состав металло-бетонного контейнера для хранения и транспортирования отработавшего ядерного топлива реакторов РБМК (патент RU 2324241, G21F 5/08, опубл. 10.05.2008). Чехол состоит из соединенных между собой продольными стержневыми элементами диафрагм с ячейками для установки пучков тепловыделяющих элементов и центральной трубы с хвостовиком для грузового захвата. Центры ячеек в плане (вид сверху) расположены по контурам соответствующих правильных шестиугольников, имеющих общий центр, который геометрически совмещен с продольной осью центральной трубы. При этом определенная часть ячеек (в варианте исполнения 42 ячейки из 144) содержит трубчатые элементы, которые установлены в фиксированном положении соответственно между смежными диафрагмами. Внутренний диаметр трубчатых элементов соответствует диаметру ячеек.
Каждая ячейка предназначена для установки пучка тепловыделяющих элементов, помещенного в ампулу. В варианте чехол снабжен торцевыми подпружиненными элементами, которые установлены на нижней диафрагме, каждый напротив соответствующей ячейки, с возможностью взаимодействия с ампулой, при этом ампула поджимается к крышке контейнера с целью исключения продольных перемещений относительно чехла в процессе транспортировки ОЯТ, например, железнодорожным транспортом, когда контейнер находится в горизонтальном положении. В варианте исполнения торцевой подпружиненный элемент содержит центральный шток с опорным плунжером, опирающимся через пружину в днище стакана. Стакан посредством втулки и болтов жестко соединен с нижней диафрагмой. Перемещение опорного плунжера относительно стакана ограничено торцевыми поверхностями.
Чехол имеет опорные демпфирующие элементы, выполненные каждый с возможностью пластической деформации вдоль продольной оси чехла при аварийной ситуации. Демпфирующие элементы установлены с наружной стороны нижней диафрагмы. В варианте исполнения демпфирующие элементы выполнены в виде приваренных к нижней диафрагме правильных шестиугольников с Т-образным профилем поперечного сечения.
Этот чехол принимается за прототип как наиболее близкий по технической сущности к заявляемому техническому решению.
Недостатком чехла является то, что он рассчитан на 144 ампулы, содержащими пучки отработавших тепловыделяющих элементов (ПТ). В настоящее время требуется размещение 150 ампул с ПТ. Это обусловлено тем, что при разгрузке чехла в сухом хранилище отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) реакторов РБМК-1000 ампулы с ПТ устанавливаются в пеналы вместимостью каждый по 30 ампул с ПТ. Работа по перегрузке из пеналов в чехол проводится дистанционно с помощью манипуляторов оператором, находящимся в помещении, изолированном от зала перегрузки. После полной загрузки пенала ампулами с ПТ пенал дистанционно закрывается крышкой, которая затем приваривается герметично к корпусу пенала. После чего загруженный пенал с помощью перегрузочной машины переносится в зал хранения ОЯТ. Неполная загрузка пенала в штатной ситуации не допускается, поэтому количество перевозимых ампул с ПТ в контейнере должно быть кратно 30.
Также недостатком является то, что при разгрузке приходится извлекать из чехла по одной ампуле с ПТ, которая затем устанавливается в пенал, при этом процесс перегрузки занимает значительное время.
Задачей настоящего изобретения является создание чехла для размещения и хранения отработавших тепловыделяющих сборок, обладающего повышенной вместимостью, достаточно простым регламентным обслуживанием и ремонтом при эксплуатации чехла.
Технический результат заключается в обеспечении оптимального ядернобезопасного расположения в чехле 150 ампул с ПТ, из которых большая часть должна находиться в кассетах пенала, вмещающих по 30 ампул с ПТ каждая.
Технический результат достигается тем, что в чехле, содержащем нижнюю диафрагму, торцовые подпружиненные элементы для ампул с ПТ, установленные на нижней диафрагме, демпфирующие элементы, установленные с наружной стороны нижней диафрагмы, центральную трубу, имеющую хвостовик для грузового захвата, на нижнюю диафрагму установлены устройства поджима каждой кассеты пенала, с наружной стороны нижней диафрагмы установлены съемные опоры, на нижнюю диафрагму и центральную трубу установлен и закреплен на нижней диафрагме с помощью крепежных элементов съемный блок каналов, включающий четыре трубы с направляющими планками для кассет пенала, соединенные между собой вставками, а снаружи - диафрагмами, имеющими суммарно 30 каналов, в которые установлены трубы для ампул с ПТ.
В варианте исполнения чехла блок каналов состоит из нескольких одинаковых по конструкции продольных секций, имеющих каждая вставки между труб для кассет пенала, по торцам снаружи труб - диафрагмы с каналами, в которые установлены трубы для ампул с ПТ. Секции соединены между собой с помощью крепежных элементов, установленных в имеющиеся в диафрагмах отверстия.
В варианте исполнения на нижней диафрагме торцевые подпружиненные элементы для ампул расположены следующим образом:
- в зонах труб для кассет пенала: первый ряд, состоящий из 6 каналов, размещен по окружности относительно центра трубы, второй ряд, состоящий из 12 каналов, размещен так, что центры каналов в плане расположены по контуру правильного шестиугольника, третий ряд также состоит из 12 каналов, поделенных на пары, размещенные против каждой стороны предыдущего ряда;
- в зонах диафрагм с каналами: по центру каждой трубы канала.
Выполнение чехла в виде конструкции, имеющей нижнюю диафрагму с демпфирующими элементами, установленные на нижней диафрагме съемные опоры, торцовые подпружиненные элементы для ампул с ПТ и устройства поджима кассет пенала, обеспечивает при размещении чехла с ОЯТ в контейнере поджим каждой ампулы с ПТ и каждой кассеты ампулы в продольном направлении.
Наличие в конструкции блок каналов, содержащего четыре трубы с направляющими планками для кассет пенала, соединенные между собой вставками, а снаружи - диафрагмами, имеющими суммарно 30 каналов, в которые установлены трубы для ампул с ПТ, позволяет разместить в чехле 30 ампул с ПТ в диафрагмах и четыре кассеты пенала, в каждой из которых размещается по 30 ампул с ПТ. Таким образом, конструкция чехла позволяет обеспечить оптимальное ядернобезопасное расположение в чехле 150 ампул с ПТ.
Выполнение каждого блока каналов из нескольких секций, соединяемых между собой крепежом, позволяет применить доступную известную технологию изготовления, достаточно простое регламентное обслуживание и ремонт при эксплуатации чехла.
На фиг.1 изображена конструкция чехла для размещения отработавших тепловыделяющих сборок реактора РБМК-1000; на фиг.2 - вид сверху на чехол.
Чехол выполнен из нержавеющей стали и содержит:
- нижнюю диафрагму 1 с приваренными к ней демпфирующими элементами 2 и центральной трубой 3. На центральной трубе 3 закреплен съемный хвостовик 4. На нижней диафрагме 1 установлены восемь съемных опор 5, 150 торцовых подпружиненных элементов 6 для ампул с ПТ и четыре устройства поджима 7 кассет пенала;
- секции блока каналов 8, установленные на нижней диафрагме 1 и центральной трубе 3. Секции блока каналов 8 выполнены сварными и состоят из четырех труб 9 со съемными направляющими планками 10, вставок 11 и диафрагм 12, имеющих по 8 каналов, и диафрагм 13, имеющих по 7 каналов, приваренных к трубам 9. В каналы, имеющиеся в диафрагмах 12 и 13, установлены трубы 14. Секции блока каналов 8 скреплены между собой болтами 15 и гайками 16. Нижняя секция блока каналов 8 закреплена на нижней диафрагме 1 болтами 17.
Заявляемый чехол для размещения отработавших тепловыделяющих сборок реактора РБМК-1000 эксплуатируется следующим образом.
Чехол с помощью грузоподъемного устройства, присоединяемого к хвостовику 4, устанавливается в рабочую позицию. Местом размещения чехла может быть специально оборудованная площадка с подставкой. Для установки чехла в заданное угловое положение при виде на него сверху используют пазы «а» в диафрагмах 1, 12 и 13, в которые заходят направляющая подставки или контейнера. Установка кассет пенала в чехол, а затем ампул с ПТ в кассеты пенала и каналы в диафрагмах 12 и 13 с трубами 1 производится в воздушной среде. Ампулы с ПТ загружают по одной в заданной последовательности с помощью специального грузоподъемного устройства. После загрузки чехол переносится грузоподъемным устройством в требуемое место и затем устанавливается в контейнер транспортного упаковочного комплекта по заданному технологическому регламенту. При транспортировании контейнер, как правило, переводят в горизонтальное положение. После транспортирования контейнер переводится в вертикальное положение и производится его разупаковывание по установленному технологическому регламенту. Из чехла с помощью специального перегрузочного устройства извлекают ампулы с ПТ, а также кассеты пенала с установленными в них ампулами с ПТ, которые затем размещают в соответствующих пеналах хранения.