УСТРОЙСТВО БЕЗОПАСНОСТИ ДЛЯ ПЕРЕГРУЗКИ АМПУЛ С ПУЧКАМИ ОТРАБОТАВШИХ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ

Полезная модель относится к ядерной технике, в частности, к средствам для обеспечения безопасности при перегрузке ампул с пучками отработавших тепловыделяющих элементов (твэлов) реактора РБМК-1000 в пеналы и предназначено для использования в камере комплектации пеналов (ККП) сухого хранилища или на АЭС.
В «сухое» хранилище отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) ампулы для отработавшей тепловыделяющей сборки (см. патент РФ №2353010 Кл. G21F 5/008, 2008), с размещенными в них пучками тепловыделяющих элементов (далее по тексту - ампулы с пучками твэлов) поступают в транспортном чехле, установленном внутри защитного контейнера. Транспортный чехол с загруженными ампулами извлекается из защитного контейнера и помещается в приемном гнезде ККП. В ККП осуществляется перегрузка ампул с пучками твэлов из транспортного чехла в герметичные пеналы хранения отработавшего ядерного топлива (см. патент РФ №2372678, Кл. G21F 5/008, 2008), далее по тексту - пеналы. Масса ампулы с пучком твэлов составляет 104 кг.
Ампула для отработавшей тепловыделяющей сборки (см. патент РФ №2353010, G21F 5/008), содержит цилиндрический корпус с дном, в котором помещен пучок отработавших твэлов и крышку, зафиксированную в верхней части корпуса. Корпус состоит из трубы, горловины, дна и демпфера. В горловине выполнена фаска с переходом на меньший диаметр для соединения с трубой. Фиксация крышки с корпусом осуществляется запорным устройством, выполненным в виде пружинного разрезного кольца, устанавливаемого в проточке горловины. В горловине выполнены 6 отверстий, расположенных против запорного устройства. Горловины крышки и корпуса имеют одинаковые проточки под захват. При размещении в известной ампуле верхнего пучка твэлов ОТВС ее центральный стержень опирается в дно ампулы, а цилиндрическая часть верхнего наконечника ОТВС входит за пределы корпуса во внутреннюю полость пружины на крышке. Пружина на крышке фиксирует верхний пучок твэлов в ампуле после установки крышки.
Перегрузка ампул с пучками твэлов осуществляется дистанционно электромеханическим некопирующим мостовым манипулятором грузоподъемностью 500 кг (проект 1697-20-0002 разработки ОАО «Центральное конструкторское бюро машиностроения»).
Захват электромеханического некопирующего мостового манипулятора, предназначенный для зацепления ампул с пучками твэлов за внутренние заплечики крышки ампулы, содержит установленные в корпусе на осях три лапки. Сведение лапок к минимальному диаметру осуществляется подпружиненными упорами, установленными в стаканах, присоединенных радиально к корпусу и упирающимися в наружные поверхности лапок. Разведение лапок осуществляется коническим толкателем, установленным между внутренними поверхностями лапок и взаимодействующим с роликами, установленными в пазах лапок на осях.
Для введения лапок известного захвата под внутренние заплечики крышки ампулы конический толкатель поднимается вверх, при этом подпружиненные упоры сводят лапки до минимального диаметра и они вводятся в крышку ампулы под внутренние заплечики проточки. Далее конический толкатель перемещается вниз и, взаимодействуя с роликами на лапках и сжимая пружины упоров, разводит лапки до касания ими стенки проточки в крышке. В результате лапки зацепляют ампулу за внутренние заплечики крышки.
На практике в сухом хранилище и на АЭС наблюдались случаи расцепления крышек с корпусами при транспортировке порожних ампул.
Проведенный анализ безопасности показал, что при перегрузке ампул в ККП известным захватом электромеханического некопирующего мостового манипулятора также существует вероятность расцепления крышки с корпусом ампулы, загруженной пучком твэлов, что может привести к аварийной ситуации.
Исходя из этого, актуальной задачей является повышение безопасности при перегрузке ампул.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении полезной модели, заключается в создании устройства, осуществляющего дополнительное сцепление крышки с корпусом ампулы при перегрузке ампул, загруженных пучками твэлов.
Для достижения указанного технического результата устройство безопасности для перегрузки ампул с пучками отработавших тепловыделяющих элементов выполнено из цанги, снабженной лепестками, на концах которых выполнены наружные и внутренние упоры. К цанге присоединена с возможностью вертикального перемещения и взаимодействия при ее нижнем положении с лепестками цанги втулка. В верхней части цанга и втулка снабжены внутренними заплечиками.
В частном случае исполнения присоединение втулки к цанге и вертикальное перемещение втулки по цанге осуществляется при помощи байонетного соединения, причем длина его вертикального паза равна длине лепестков цанги.
Выполнение предлагаемого устройства безопасности из цанги, снабженной лепестками, на концах которых выполнены наружные и внутренние упоры и присоединение к цанге с возможностью вертикального перемещения и взаимодействия при ее нижнем положении с лепестками втулки позволяет после установки цанги на крышку ампулы вертикальным перемещением втулки вниз поджать лепестки цанги к корпусу ампулы и осуществить сцепление корпуса ампулы с цангой, а при поднятии втулки - освободить лепестки и осуществить расцепление корпуса ампулы с цангой.
Снабжение цанги внутренними заплечиками позволяет, в случае расцепления запорного устройства крышки с корпусом ампулы, опереть крышку ампулы, удерживаемой захватом электромеханического манипулятора, во внутренние заплечики цанги, и, тем самым, обеспечить удержание корпуса ампулы, (зафиксированного внутренними заплечиками лепестков цанги) за фаску на корпусе ампулы.
Таким образом осуществляется дополнительное сцепление крышки с корпусом ампулы предлагаемым устройством, предотвращающее падение корпуса ампулы с пучком твэлов и повышающее безопасность перегрузки ампул с пучками твэлов.
Присоединение втулки к цанге и вертикальное перемещения втулки по цанге осуществляется при помощи байонетного соединения, что позволяет получить два фиксированных положения втулки относительно цанги: верхнее и нижнее. При верхнем положении втулки обеспечивается свободная постановка предлагаемого устройства на ампулу, а при нижнем положении - поджатие лепестков к корпусу ампулы втулкой.
Равенство длин вертикального паза байонетного соединения и лепестков цанги позволяет получить ход втулки по цанге между двумя ее фиксированными положениями, обеспечивающий, как поджатие лепестков к корпусу ампулы, так и их свободное положение при снятии предлагаемого устройства с ампулы.
Предлагаемое устройство иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1, фиг.2; фиг.3 и фиг.4.
На фиг.1 изображено предлагаемое устройство при перегрузке ампул;
На фиг.2 изображено предлагаемое устройство в разрезе перед постановкой на ампулу;
На фиг.3 изображено предлагаемое устройство в разрезе при зацеплении ампулы захватом электромеханического манипуляра;
На фиг.4 изображено предлагаемое устройство в разрезе при расцеплении крышки ампулы с корпусом.
Для работы с предлагаемым устройством 1 используются (см. фиг.1) мостовой некопирующий электромеханический манипулятор 2, размещенный в ККП сухого хранилища, с захватом 3, лапки 4 которого вводится под внутренние заплечики 5 крышки 6 ампулы 7, загруженной пучком твэлов 8. Корпус 9 ампулы 7 снабжен фаской 10.
Предлагаемое устройство 1 (см. фиг.2) состоит из цанги 11 с присоединенной к ней втулки 13, с возможностью вертикального перемещения и фиксацией втулки 13 в верхнем положении, при помощи байонетного соединения 12. Цанга 11 снабжена лепестками 14, на концах которых выполнены наружные 15 и внутренние 16 упоры. Цанга 11 и втулка 13 снабжены внутренними заплечиками 17 и 18 соответственно.
Байонетное соединение 12 состоит из штифта 19, прикрепленного к цанге 11, входящего в вертикальный паз 20 с отверстием 21, выполненным на втулке 13. Длина вертикального паза 20 равна длине лепестков 14 цанги 11.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
В исходном положении втулка 13 находится в верхнем фиксированном положении относительно цанги 11, при этом штифт 19, закрепленный в цанге 11 заведен в отверстие 21 втулки 13.
Предлагаемое устройство 1 устанавливается на ампулу 7, для чего используются копирующие манипуляторы (на чертежах не показаны), также установленные в ККП. При упоре внутренних заплечиков 17 цанги 11 (см. фиг.3) на крышку 6 ампулы 7 концы лепестков 14 цанги 11 размещаются под фаской 10, имеющейся на корпусе 9. Копирующим манипулятором штифт 19 выводится из отверстия 21 в вертикальный паз 20 и втулка 13 подается вниз, при этом за счет взаимодействия втулки 13 внутренними упорами втулки 15 обеспечивается поджатие внутренних упоров цанги 14 к корпусу 9, обеспечивая надежное сцепление корпуса 9 с цангой 11. Далее лапки 4 захвата 3 электромеханического манипулятора 2 заводятся внутрь расточки в крышке 6 ампулы 7, зацепляя ее за внутренние заплечики 5. Ампула 7 с пучком твэлов 8 извлекается из транспортного чехла, транспортируется к пеналу хранения и устанавливается в его ячейку. При этом в штатном режиме работы предлагаемое устройство 1 не участвует.
Снятие предлагаемого устройства с ампулы осуществляется после расцепления захвата 3 с крышкой 6. Копирующим манипулятором поднимается втулка 13 и фиксируется в верхнем положении введением штифта в отверстие 21. При этом лепестки 14 цанги 11 отходят от корпуса 9 и не препятствуют снятию устройства 1 и его переустановке на следующую перегружаемую ампулу 7.
В случае расцепления запорного устройства 24 крышки 6 с корпусом 9, предлагаемое устройство 1 включается в работу и обеспечивает удержание корпуса 9 с пучком твэлов 8 от разъединения с электромеханическим манипулятором (см. фиг.4) следующим образом.
Корпус 9 с пучком твэлов 8, вместе с цангой 11 и втулкой 13 на корпусе 9 ампулы удерживаемый внутренними заплечиками 18 цаги 11, за фаску 10 корпуса 9 ампулы 7, перемещается вниз до упора внутренних заплечиков 17 цанги 13 в крышку 6 ампулы 7, (зацепленную лапками 4 захвата 3 электромеханического манипулятора 2). Далее корпус 9 ампулы 7 и крышка 6 ампулы 7, удерживаются уже предлагаемым устройством 1, и электромеханическим манипулятором 2 также помещается в ячейку чехла хранения (на чертеже не показан).