УСТРОЙСТВО ДЛЯ СБОРА ПРОСЫПЕЙ ТАБЛЕТОК ОТРАБОТАВШЕГО ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА
DEVICE FOR COLLECTION OF SPILT SPENT NUCLEAR FUEL PELLETS

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к средствам для обеспечения безопасности при перегрузке отработавших тепловыделяющих сборок реактора ВВЭР 1000 из транспортных чехлов в чехлы хранилища, и предназначено для использования в водонаполненных хранилищах отработавшего ядерного топлива на заводах по регенерации такого топлива или на АЭС.
Основу ядерного энергетического парка России составляют реакторы ВВЭР-1000 и РБМК. Для реакторов типа ВВЭР принята концепция замкнутого ядерного топливного цикла. Отработавшее ядерное топливо (ОЯТ) реакторов ВВЭР-1000 будет перерабатываться на заводе РТ-2 после его ввода в эксплуатацию. Согласно «Стратегии развития атомной энергетики в первой половине XXI века» создание завода РТ-2 запланировано на 2020-2025 гг. На площадке РТ-2 действует хранилище для этого топлива, где ОЯТ реакторов ВВЭР 1000 хранится в водонаполненном бассейне, так называемом «мокром» хранилище. Отработавшее ядерное топливо поступает в бассейн в загруженном в защитный контейнер транспортном чехле, из которого в отсеке перегрузки водонаполненного бассейна отработавшие тепловыделяющие сборки (ОТВС) перегружаются в чехлы хранилища, которые из отсека перегрузки устанавливаются на хранение в бассейне хранения ОТВС.
Перегрузка ОТВС из транспортных чехлов в чехлы хранилища осуществляется с помощью известного устройства - штанги типа «П», чертеж К.7050.00.000 разработки ФГУП «Горно-химический комбинат, содержащих штангу, навешиваемую на крюк грузоподъемного устройства, в нижней части которой установлен захват для сцепления штанги с ОТВС, ее подъема из транспортного чехла и перегрузки в чехол хранилища. Захват выполнен в виде цилиндрической втулки с байонетным соединением с зацепляемой ОТВС, в виде двух параллельных пазов для захода фиксирующих элементов ОТВС (шпонок или штифтов) и двух смещенных на 45° выборок с канавками для размещения фиксирующих элементов ОТВС. Внутри штанги размещен шток, в нижней части которого установлен упор, а в верхней части шток по резьбе установлен в коническую шестерню конического ручного редуктора с рукояткой. Работы по перегрузке ОТВС проводятся с подвижной платформы, установленной над заполненным водой отсеком перегрузки. Известное устройство работает следующим образом.
Оператором захват штанги размещается над головкой ОТВС, находящейся в транспортном чехле таким образом, чтобы фиксирующие элементы размещались под двумя параллельными пазами на захвате. Затем штанга опускается до размещения фиксирующих элементов в выборке захвата и поворачивается на 45°, при этом фиксирующие элементы на головке ОТВС размещаются над канавкой байонетного соединения захвата. Далее штанга приподнимается, и вращением рукоятки ручного конического редуктора шток опускается до касания упора, установленного на нижней части штока, торцевой поверхности головки ОТВС, фиксируя ОТВС в захвате, после чего ОТВС извлекается из транспортного чехла и перегружается в чехол хранилища.
Недостатком указанного устройства является то, что при перегрузке ОТВС с его использованием существует вероятность падения ОТВС и просыпания таблеток отработавшего ядерного топлива двуокиси урана на дно бассейна. Осуществить же сбор просыпи таблеток известным устройством не предоставляется возможным.
Проведенный анализ безопасности показал, что при перегрузке ОТВС существует вероятность ее падения и просыпания топлива массой около 13,2 кг диоксида урана на дно бассейна. Топливо, диоксид урана или смесь диоксида урана и трехокиси гадолиния при россыпи находятся в форме таблеток, представляющих собой цилиндры диаметром 7,53 мм и высотой 10,7 мм. Глубина нахождения просыпи таблеток на дне бассейна составляет 13,4 м от щелевого перекрытия бассейна, а сбор просыпи таблеток необходимо осуществить под слоем воды без извлечения таблеток из бассейна.
Наиболее близким устройством к заявляемому устройству по совокупности признаков является устройство для перегрузки отработавших тепловыделяющих сборок, содержащее приемный бассейн, 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 (см. авторское свидетельство СССР №1572304, G21C 19/10).
Недостатком указанного устройства является то, что при перегрузке ОТВС с его использованием также существует вероятность падения ОТВС и просыпания таблеток отработавшего ядерного топлива двуокиси урана на дно бассейна. Осуществить же сбор просыпи таблеток известным устройством также не предоставляется возможным.
Кроме того, уровень воды в существующем приемном бассейне (отсеке перегрузки хранилища) позволяет осуществлять перегрузку ОТВС из транспортного чехла в чехол хранилища без наличия на защитном стакане биологической защиты.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в дистанционном сборе просыпей таблеток отработавшего ядерного топлива со дна приемного бассейна в сборники и дистанционном отцеплении сборников с таблетками для их упорядоченного и безопасного хранения в сборниках или контейнерах в бассейне до переработки таблеток при введении в эксплуатацию завода РТ-2.
Для достижения указанного технического результата в устройстве для перегрузки отработавших тепловыделяющих сборок, содержащем приемный бассейн, установленную над приемным бассейном подвижную платформу с ходовой частью, грузоподъемное устройство, защитный стакан, имеющий открытую со стороны бассейна полость, и захват, установленный в полости защитного стакана, защитный стакан с установленным в его полости захватом присоединен к нижней части штанги, установленной на грузоподъемном устройстве, захват снабжен приводом с возвратно-поступательным движением штока, размещенным в полости защитного стакана, лапки захвата охватывают грибок сборника, сборник выполнен в форме полого параллелепипеда, на боковых гранях которого установлены на осях два скребка с пальцами, а к защитному стакану присоединен привод скребков сборника с возвратно-поступательным движением штока, соединенного со скребками шарнирными тягами посредством втулок, установленных с зазором сверху на пальцы скребков сборника.
Кроме того, защитный стакан выполнен в виде двух плоских параллельных пластин, соединенных перемычками, а захват содержит по два горизонтальных и вертикальных звена, соединенных шарнирно между собой, причем вертикальные звенья установлены в полости защитного стакана на неподвижной оси, а горизонтальные звенья установлены на подвижной оси, расположенной в пазах на пластинах защитного стакана.
Кроме того, сечение грибка сборника и лапки захвата имеют квадратное сечение, а в качестве приводов с возвратно-поступательным движением штока используются пневматические цилиндры, соединенные трубками с установленными на верхнем конце штанги ручными пневмораспределителями.
Присоединение защитного стакана с установленным в его полости захватом к нижней части штанги, установленной на грузоподъемном устройстве, снабжение захвата приводом с возвратно-поступательным движением штока, размещенным в полости защитного стакана, охват лапками захвата грибка сборника и соединение штока привода со скребками посредством втулок, установленных с зазором сверху на пальцы скребков, позволяют осуществить сцепление и расцепление захвата со сборником и отсоединение сборника после его заполнения таблетками от захвата и шарнирных тяг привода скребков сборника, обеспечив, тем самым, отцепление сборника с таблетками от предлагаемого устройства без извлечения из бассейна.
Выполнение сборника в форме полого параллелепипеда, установка на боковых гранях сборника на осях двух скребков с пальцами, присоединение к защитному стакану привода скребков сборника с возвратно-поступательным движением штока, соединенного со скребками шарнирными тягами посредством втулок, установленных с зазором сверху на пальцы скребков сборника, позволяют поворачивать скребки вокруг их осей на 90° и, при их наведении на просыпь таблеток, осуществить сгребание скребками таблеток отработавшего ядерного топлива со дна приемного бассейна в сборник.
Выполнение защитного стакана в виде двух плоских параллельных пластин, соединенных перемычками, а захвата из двух горизонтальных и двух вертикальных звеньев, соединенных шарнирно между собой, установка вертикальных звеньев в защитном стакане на неподвижной оси, а горизонтальных звеньев на подвижной оси, расположенной в пазах пластин защитного стакана, позволили обеспечить надежное сцепление и расцепление захвата со сборником.
Выполнение сечений грибка сборника и лапок захвата квадратного сечения позволяют получить фиксированное положение сборника относительно захвата и исключить его проворачивание при повороте штанги.
Использование в качестве приводов с возвратно-поступательным движением штока пневматических цилиндров, соединенных трубками с установленными на верхнем конце штанги ручными пневмораспределителями, позволяет осуществить дистанционное управление приводами захвата и сборника и, тем самым, обеспечить дистанционные сбор просыпи таблеток и отцепление сборника с таблетками, а также при необходимости и сцепление со следующим порожним сборником.
Предлагаемое устройство для сбора просыпей таблеток отработанного ядерного топлива иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1, фиг.2, фиг.3 и фиг.4.
На фиг.1 показано устройство, размещенное в бассейне, на фиг.2 - вид спереди устройства, на фиг.3 - разрез А-А на фиг.2, на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.2.
Предлагаемое устройство (см. фиг.1 и 2) размещается в приемном бассейне 1 (отсеке перегрузки ОТВС) и обслуживается с установленной над приемным бассейном 1 подвижной платформы 2 с ходовой частью. Предлагаемое устройство содержит штангу 3, навешиваемую на крюк грузоподъемного устройства (крана), в нижней части к которой присоединен защитный стакан 4, выполненный из двух плоских параллельных пластин 5, соединенных перемычкой 6. К перемычке 6 прикреплен пневмоцилиндр 7, используемый в качестве привода захвата 8, удерживающего сборник 9 со скребками 10. К одной из пластин 5 прикреплен пневматический цилиндр 11, используемый в качестве привода скребков 10 и шток которого связан шарнирными тягами 12 со скребками 10. Пневматические цилиндры 7 и 11 соединяются трубками 13 с ручными пневмораспределителями 14 и 15 соответственно, установленными на верхнем конце штанги 3 и присоединенными к источнику сжатого воздуха (на чертежах не показан). Захват 8 (см. фиг.2 и 3) содержит два вертикальных звена 16, установленных между пластинами 5 в защитном стакане 4 на неподвижной оси 17, и два горизонтальных звена 18, соединенных шарнирно между собой пальцами 19 и подвижной осью 20, установленной в пазах 21 на пластинах 5 и присоединенной вилкой 22 к штоку пневматического цилиндра 7. В нижней части вертикальные звенья 16 снабжены лапками 23, которые в сведенном положении образуют квадратное сечение, по которому они охватывают такое же квадратное сечение грибка 24 сборника 9. Сборник 9 (см. фиг.3 и 4) имеет форму параллелепипеда, на боковых гранях 25 которого на осях 26 установлены два скребка 10. К скребкам 10 присоединены пальцы 27, на которые сверху с зазором установлены втулки 28 шарнирных тяг 12, соединенных шарнирно с вилкой 29, установленной на штоке пневматического цилиндра 11. Дно 30 сборника 9 выполнено со скосом 31 к его нижней части.
Предлагаемое устройство для сбора просыпей таблеток используется в качестве аварийного инструмента и эксплуатируется следующим образом.
Устройство опускается с помощью крана на дно приемного бассейна 1 и с помощью подвижной платформы 2 размещается около просыпи таблеток. Пневмораспределителем 15 в пневматический цилиндр 11 подается сжатый воздух, выдвигая его шток с вилкой 29, в результате чего шарнирными тягами 12 со втулками 28, установленными на пальцы 27 скребков 10 с зазором, скребки поворачиваются вокруг осей 26, переходя в параллельное с боковыми гранями 25 сборника 9 положение. Устройство подводится к просыпи таблеток таким образом, чтобы таблетки или часть таблеток располагались между скребками 10. Далее пневмораспределителем 15 в пневматический цилиндр 11 подается сжатый воздух в другую его полость, втягивая его шток, в результате чего скребки 10 возвращаются в исходное (закрытое) положение, сгребая таблетки с пола бассейна по скосу 31 дна 30 в сборник 9. Далее операция сбора таблеток повторяется до полного сбора просыпи таблеток или до заполнения сборника 9 таблетками.
После заполнения сборника 9 устройство транспортируется под водой к месту безопасного хранения сборника 9, например к контейнеру (на чертежах не показан). Пневмораспределителем 14 в пневматический цилиндр 7 подается сжатый воздух, выдвигая его шток с вилкой 22, соединенной шарнирно с подвижной осью 20. Подвижная ось 20, перемещаясь по пазу 21 в пластинах 5 защитного стакана 4, поворачивает два горизонтальных звена 18 захвата 8 и два вертикальных звена 16 вокруг неподвижной оси 17, разводя лапки 23 захвата 8. При этом сборник 9 отсоединяется от защитного стакана 4, а пальцы 25 выходят из втулок 26 шарнирных тяг 10.
При необходимости к устройству присоединяется следующий сборник 8 и операция сбора просыпи таблеток отработавшего ядерного топлива повторяется.