УСТАНОВКА ВСКРЫТИЯ ПЕНАЛА ХРАНЕНИЯ ОТРАБОТАВШЕГО ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА
PLANT FOR OPENING CANISTER FOR STORAGE OF SPENT NUCLEAR FUEL

Изобретение относится к атомной энергетике, в частности к средствам для хранения отработавших ядерных топливных элементов реакторов РБМК-1000 и ВВЭР-1000, и предназначена для использования в сухом хранилище отработавшего ядерного топлива.
Отработавшее ядерное топливо (ОЯТ) реактора РБМК-1000 в виде пучков твэлов помещается на АЭС в ампулы, которые в защитном контейнере транспортируются в «сухое» хранилище. ОЯТ реактора ВВЭР-1000 в «сухое» хранилище поступает в виде отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС) из «мокрого» хранилища. Далее в камерах комплектации пеналов (ККП) ампулы и ОТВС устанавливаются в корпусы пеналов (патенты №№2435239 и 2510087 соответственно), размещенные в поворотных шахтах, и герметизируются сваркой крышек с корпусами. Там же пеналы заполняются через клапаны азотно-гелиевой смесью под избыточным давлением, после чего осуществляется контроль герметичности сварного соединения гелиевым течеискателем. При обнаружении протечек гелия на соединение накладывается второй сварной шов, и, в случае негерметичности соединения после наложения второго шва, пенал подлежит вскрытию для перегрузки ОЯТ в другой пенал. Вскрытие пенала осуществляется в этой же поворотной шахте путем разрезания сварного шва крышки с корпусом пенала с помощью установки вскрытия, крышка с корпуса пенала снимается механизмом установки и удержания крышки и осуществляется перегрузка ампул в другой пенал.
Известна установленная в ККП установка вскрытия пеналов (чертеж 1694-12-0002 разработки Центрального конструкторского бюро машиностроения, г. Санкт-Петербург), представляющая собой стационарное устройство, в которое входят поворотная шахта с приводом вращения, механизм установки и удержания крышки пенала, фрезерный станок и проходки с трансмиссиями, соединяющими приводы с исполнительными органами установки вскрытия.
Поворотная шахта, предназначенная для вращения установленного в ней пенала, содержит поворотный корпус, зажимные устройства для центрирования и фиксации пенала в нем, привод для передачи вращения поворотному корпусу, дистанционные передачи, проходящие через проходки с трансмиссией и конические редукторы.
В настоящее время механизм установки и удержания крышки пенала выполнен по патенту №2518159, в соответствии с которым зацепление крышки проводится захватом электромеханического некопирующего мостового манипулятора за втулку с внутренним буртом. Втулка в верхней части идентична по форме и размерам крышке ампулы. Для удержания крышки используется подставка.
Устройство для срезания сварного шва представляет собой фрезерный станок, выполненный по проекту 1694-31-0003 и установленный стационарно на плиту вблизи поворотной шахты. Фрезерный станок включает в себя стойку, состоящую из двух вертикальных направляющих, по которым перемещается сборный корпус со встроенными в него горизонтальными направляющими.
Внутри направляющих расположены вал, передающий вращение шпинделю фрезерной головки, и винтовые пары вертикального и горизонтального перемещений фрезерной головки.
Исполнительные механизмы станка имеют следующие движения:
- вращение шпинделя с инструментом;
- горизонтальное перемещение фрезерной головки;
- вертикальное перемещение фрезерной головки.
Для передачи движений исполнительным механизмам, находящимся в ККП, от приводов, установленных в обслуживаемой зоне, собраны кинематические цепи, состоящие из распределительных и конических редукторов, валов с шарнирными муфтами, проходящих через проходки в защитных стенах с уплотнениями. Приводы представляют собой редукторы с электромагнитными муфтами, причем выбор движения осуществляется включением соответствующих электромагнитных муфт.
Известная установка вскрытия пеналов была смонтирована в ККП. При проведении пусконаладочных работах были выявлены следующие недостатки известной установки.
Фрезерный станок установлен на пути следования электромеханического манипулятора с зацепленной ампулой. Это приводит к удлинению траектории движения манипулятора при огибании фрезерного станка и снижению скорости движения на этом участке, что увеличивает продолжительность перегрузки ампул из транспортного чехла в пеналы.
3
Так как при работе станка фреза располагается над срезаемым сварным швом, то при вскрытии срезается как основной металл, так и усиление сварного шва и околошовная зона, имеющие повышенные механические свойства. Объем срезаемого металла при этом составляет 96 мм. На практике продолжительность срезания сварного шва фрезерным станком составляет 6-8 час.
Стационарное размещение фрезерного станка вблизи поворотной шахты и размещение кинематических передач к нему в необслуживаемой в процессе эксплуатации зоне приводят к необходимости проведения дополнительных работ для организации доступа персонала в необслуживаемую зону для проведения ремонтных работ в случае выхода из строя. Кроме того, стационарное размещение фрезерного станка в ККП усложняет проведение дезактивации и техническое обслуживание оборудования в стесненных условиях.
Сложность конструкции фрезерного станка, безусловно, снижает надежность его в работе, что подтверждено неоднократными выходами из строя его различных узлов.
Так как операции перегрузки ампул в пенал и срезания сварного шва осуществляются в поворотной шахте, то во время срезания сварного шва размещение следующего пенала для загрузки в него ампул становится невозможным.
Изобретение направлено на получение технического результата, заключающегося в создании съемного устройства для срезания сварного шва, сокращении объема снимаемого металла сварного шва и сокращении продолжительности вскрытия.
Указанный технический результат, который может быть получен при использовании предлагаемой установки, достигается тем, что в предлагаемой установке вскрытия, включающей поворотную шахту с приводом вращения и зажимными устройствами, механизм установки и удержания крышки пенала и устройство для срезания сварного шва крышки с корпусом, в устройстве для срезания сварного шва в качестве режущего инструмента применена шлифовальная машина с отрезным кругом и сборником продуктов резки, установленная таким образом, чтобы отрезной круг располагался по нормали к образующей корпуса пенала на уровне корня сварного шва.
Корпус устройства для срезания выполнен в виде ступенчатого фланца с прикрепленной к нему вертикальной осью, с возможностью ее зацепления захватом электромеханического манипулятора. На ступенчатом фланце установлен механизм его фиксирования на крышке пенала.
На вертикальной оси с возможностью вращения на ней установлена втулка с закрепленными на ней с помощью кронштейна шлифовальной машиной и механизмами стопорения втулки, подведения и отведения шлифовальной машины от сварного шва и настройки на глубину врезания, управляемыми при помощи электромеханического и копирующего манипуляторов.
В частном случае исполнения механизм стопорения втулки выполнен в виде съемной стойки, входящей в подпятник, прикрепленный к полу, и в П-образный наконечник рычага, прикрепленного к втулке.
В другом частном случае исполнения механизм фиксирования ступенчатого фланца на крышке пенала выполнен в виде винтов с закрепленными на их концах подвижными губками.
В другом частном случае исполнения механизм подведения шлифовальной машины к сварному шву выполнен в виде пружины растяжения, присоединенной одним концом к кронштейну со шлифовальной машиной, а другим концом к втулке.
В другом частном случае исполнения механизмы отведения шлифовальной машины от сварного шва и настройки на глубину врезания выполнены в виде винтов, закрепленных на кронштейне и взаимодействующих с пластиной, прикрепленной к втулке.
3
Применение в устройстве для срезания в качестве режущего инструмента шлифовальной машины с отрезным кругом и сборником продуктов резки, установленной таким образом, чтобы отрезной круг располагался по нормали к образующей корпуса пенала на уровне корня сварного шва, позволяет сократить, например, при толщине отрезного круга 3 мм и глубине резания 7 мм, объем срезаемого металла до 21 мм, а также уменьшить объем срезаемого сварного шва с повышенными прочностными характеристиками и тем самым сократить продолжительность вскрытия пенала.
Выполнение корпуса устройства для срезания в виде ступенчатого фланца с прикрепленной к нему вертикальной осью, с возможностью ее зацепления захватом электромеханического манипулятора, позволяет осуществить электромеханическим манипулятором установку устройства на крышку пенала, разместив нижнюю ступень фланца в отверстии бурта крышки и оперев корпус на торец бурта, а также снятие устройства с крышки пенала и тем самым получить возможность создания съемного устройства.
Установка на ступенчатом фланце механизма фиксирования на крышке пенала позволяет жестко закрепить корпус устройства на крышке пенала. Установка на вертикальной оси с возможностью вращения на ней втулки с закрепленными на ней с помощью кронштейна шлифовальной машиной и механизмом стопорения втулки позволяет при вращении поворотного корпуса шахты с установленным в нем пеналом и зафиксированным на его крышке корпусом устройства оставить неподвижной втулку и закрепленную на ней шлифовальную машину. В результате, таким образом, осуществляется подача корпуса пенала к отрезному кругу шлифовальной машины в процессе срезания сварного шва.
Закрепление на втулке с помощью кронштейна шлифовальной машины и механизмов подведения и отведения шлифовальной машины от сварного шва и настройки на глубину врезания, управляемых дистанционно электромеханическим и копирующими манипуляторами, позволяет подвести отрезной круг к корпусу пенала, осуществить его врезание на требуемую глубину, а после окончания срезания сварного шва отвести шлифовальную машину с отрезным кругом на расстояние, достаточное для последующего снятия устройства с крышки пенала.
Управление механизмами устройства для срезания сварного шва при помощи электромеханического и копирующих манипуляторов позволяет осуществить дистанционные установку, снятие и управление работой предлагаемого устройства и тем самым обеспечить ее безопасную эксплуатацию.
Выполнение механизма стопорения втулки в виде съемной стойки, входящей в подпятник, прикрепленный к полу в П-образный наконечник рычага, прикрепленного к втулке, позволяет после извлечения съемной стойки из подпятника и предлагаемого устройства с крышки получить возможность прямолинейного перемещения электромеханического манипулятора с зацепленной ампулой по оси камеры и тем самым сократить продолжительность перегрузки ампул за счет уменьшения траектории его движения.
Выполнение механизма фиксирования ступенчатого фланца на крышке пенала в виде винтов с закрепленными на их концах подвижными губками позволяет осуществить жесткое закрепление корпуса устройства на крышке пенала вращением винтов, осуществляемым копирующим манипулятором.
Выполнение механизма подведения шлифовальной машины к сварному шву в виде пружины растяжения, присоединенной одним концом к кронштейну со шлифовальной машиной, а другим концом к втулке, позволяет осуществить за счет усилия пружины поворот кронштейна со шлифовальной машиной для врезания отрезного круга в сварной шов.
Выполнение механизма отведения шлифовальной машины от сварного шва в виде винта, закрепленного на кронштейне и взаимодействующего с пластиной, прикрепленной к втулке, позволяет осуществить его вращением поворот кронштейна с выведением отрезного круга из разреза.
Выполнение механизма настройки на глубину врезания в виде винта, закрепленного на кронштейне и взаимодействующего с пластиной, прикрепленной к втулке, позволяет ограничить поворот кронштейна со шлифовальной машиной пружиной до упора винта в пластину. При этом винт закрепляется в кронштейне таким образом, чтобы глубина врезания отрезного круга обеспечивала срезание корня шва.
Предлагаемая установка иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1 и фиг. 2.
На фиг. 1 показан общий вид установки в разрезе; на фиг. 2 - вид А с фиг. 1.
Предлагаемая установка (см. фиг. 1 и 2) содержит поворотную шахту 1 с зажимными устройствами 2, центрирующими пенал 3, механизм установки и удержания крышки пенала (на чертежах не показан) и устройство 4 для срезания сварного шва 5, соединяющего крышку 6 с корпусом 7 пенала 3. Крышка 6 имеет грузозахватный бурт 8. Устройство 4 содержит корпус 9, устанавливаемый на бурт 8 крышки 6. Корпус 9 состоит из ступенчатого фланца 10, центрируемого своим выступом 11 по внутреннему диаметру бурта 8 крышки 6 и фиксируемого на ней подвижными губками 12, установленными на винтах 13. По центральной оси фланца 10 установлена ось 14, в верхней части которой выполнена внутренняя расточка 15 под захват 16 электромеханического манипулятора. На оси 14 в подшипниках 17 и 18 скольжения установлена втулка 19, к которой присоединены проушины 20 и 21. В проушинах 20 установлена ось 22, на которой с возможностью поворота установлен кронштейн 23.
Кронштейн 23 состоит из верхнего 24 и нижнего 25 элементов, соединенных втулкой 26. В верхнем 24 и нижнем 25 элементах установлен и закреплен гайками 27 винт 28. К нижнему концу винта 28 прикреплен держатель 29, в котором установлена шлифовальная машина 30 с отрезным кругом 31 и кожухом 32 для отвода продуктов резки. Кронштейн 23 соединен пружиной 33 растяжения с проушиной 21 на втулке 19. К втулке 19 присоединена пластина 34, а на верхнем элементе 24 кронштейна 23 в резьбовых отверстиях планки 35 установлены винты 36 и 37. Винты 36 и 37, упирающиеся в пластину 34, служат для подведения и выведения отрезного круга 31 из срезаемого сварного шва 5 и регулировки и ограничения глубины врезания соответственно. Устройство 4 снабжено механизмом 38 стопорения втулки 19, состоящим из прикрепленного к ней рычага 39 с П-образным наконечником 40 и съемной стойки 41, входящей в подпятник 42, прикрепленный к полу. В верхней части съемной стойки выполнена внутренняя расточка 15 под захват 16 электромеханического манипулятора.
Предлагаемая установка снабжена дистанционным пультом управления и питающими кабелями, рукавом для отсоса продуктов резки, а также рукавом подачи сжатого воздуха при применении пневматической шлифовальной машины (на чертежах не показаны).
Предлагаемая установка работает следующим образом.
В случае если после загрузки находящегося в поворотной шахте 1 пенала 3 ампулами и приварки крышки 6 к корпусу 7 при контроле герметичности выявляется негерметичность сварного шва 5, то возникает необходимость срезания сварного шва 5 и перегрузки ампул в другой пенал. В этом случае сначала захватом 16 электромеханического манипулятора в подпятник 41 устанавливается съемная стойка 40. Затем за внутреннюю расточку 15 зацепляется устройство 4 для срезания сварного шва 5 и устанавливается на бурт 8 крышки 6 пенала, установленного в поворотную шахту 1 и отцентрированного ее зажимными устройствами 2. При этом предварительно кронштейн 23 винтом 36 и подвижные губки 12 винтами 13 установлены в положение, обеспечивающее свободное вхождение выступа 11 ступенчатого фланца 10 внутрь бурта 8 крышки 6, а шлифовальная машина винтом 28 установлена таким образом, чтобы ее отрезной круг 31 находился на уровне корня сварного шва 5. Далее при помощи копирующего манипулятора (на чертежах не показан) винтами 13 подвижные губки 12 переводятся в положение, фиксирующее ступенчатый фланец 10 корпуса 9 на крышке 6. Копирующим манипулятором осуществляется подключение шлифовальной машины 30 к рукавам подачи сжатого воздуха и отсоса продуктов резки. При вывертывании винта 37 из планки 35 пружина 33 подтягивает кронштейн 23 с прикрепленной к нему шлифовальной машиной 30 и подводит отрезной круг 31 к срезаемому сварному шву 5. Далее подают на шлифовальную машину 30 сжатый воздух и осуществляют врезание отрезного круга 31 в корпус 7 и корень сварного шва 5 на требуемую глубину до упора винта 36 в пластину 34. Включают привод вращения поворотной шахты 1, при этом вместе с пеналом 3 вращается ступенчатый фланец 10 с прикрепленной к нему осью 14, а втулка 19, зафиксированная механизмом 38 ее стопорения, остается неподвижной. Таким образом, осуществляются подача пенала 3 на вращающийся отрезной круг 31 и срезание сварного шва 5 по всему периметру пенала 3. После срезания сварного шва 5 выключают привод вращения поворотной шахты 1 и подачу сжатого воздуха на шлифовальную машину 30. При этом крышка 6 вместе с установленным на ней устройством 4 продолжает удерживаться на корпусе 7 своим замковым устройством.
Снятие устройства 4 с крышки 6 осуществляется следующим образом.
Копирующим манипулятором отсоединяют шлифовальную машину 30 от рукавов подачи сжатого воздуха и отсоса продуктов резки. Вращая винт 37 и упирая его в пластину 34, осуществляют поворот кронштейна 23, выводя отрезной круг 31 из разрезанного сварного шва 5. Вращением винтов 13 выводят подвижные губки 12 из-под бурта 8, зацепляют устройство 4 захватом 16 электромеханического манипулятора за расточку 15 на оси 14 и снимают его с крышки 6. Также захватом 16 электромеханического манипулятора за расточку 15 извлекают съемную стойку 41 из подпятника 42.
После снятия крышки 6 с корпуса 7 механизмом установки и удержания крышки пенала ампулы могут быть перегружены в другой пенал.