ТЕХНИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТАКТНО-ДУГОВОЙ ВЫРЕЗКИ И ОСУШЕНИЯ ПЕНАЛОВ С ДЕФЕКТНЫМИ ОТРАБОТАВШИМИ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИМИ СБОРКАМИ
TECHNICAL DEVICE FOR CONTACT-ARC CUTTING AND DRYING OF CANISTERS WITH DEFECTIVE SPENT FUEL ASSEMBLIES

Область применения
Изобретение относится к области технологического оборудования, применяемого в атомной энергетике для обращения с дефектными отработавшими тепловыделяющими сборками (ОТВС), а именно к устройствам для промышленной реализации технологии демонтажа и осушения пеналов с дефектными ОТВС размещенных в баках хранилища отработавших технологических каналов плавучих технических баз (ПТБ).
Уровень техники
Известно устройство для вырезки кольцеобразных проточек с целью удаления пеналов или чехлов с дефектными ОТВС из баков хранилищ ПТБ как для их эксплуатации, так и последующей утилизации - станок для вырезки пеналов, выпускаемый по документации и техническим условиям П3603.030.000.00 и созданный во ФГУП ЦНИИТС (ныне ОАО «ЦТСС»). Устройство состоит из станины, на которой неподвижно установлены, приводной механизм вертикального перемещения шпинделя со сверлильной головкой и устройство, позволяющее выводить шпиндель наружу перпендикулярно основанию станины, а в сборе эти узлы в общем виде представляют вертикально-сверлильный станок. Согласно технологии вырезки кольцеобразных проточек, устройство устанавливается основанием станины на поворотную плиту бака хранилища с возможностью ввода его вращающегося шпиндельного узла в загрузочное отверстие плиты с минимальным зазором 1,5÷2 мм и соосно соответствующему пеналу, подлежащему вырезке. Устройство закрепляется к поворотной плите с помощью прижимных планок с крепежными соединениями. Недостатком устройства является то, что оно обеспечивает вырезку с помощью сверлильной головки невысоких и узких, в пределах 15÷20 мм отверстий и проточек диаметром не более 100 мм и мало пригодно для вырезки из трубной доски, при которой сверлильная головка конструктивно будет иметь большие массогабаритные размеры и высокую трудоемкость ее замены при износе, а также наличия специальных грузоподъемных средств и приспособлений. В связи с наличием сил резания происходит частая поломка режущего инструмента при попадании на стыки сварных швов соседних по ряду втулок пеналов, что требует частой смены режущего инструмента. Кроме того, технические возможности устройства не позволяют выполнить такую операцию как осушение пенала, что является необходимым условием для последующего обращения с ОТВС.
Известен станок для вырезки кессонов с дефектными облученными тепловыделяющими сборками (патент RU 2504851 С1, кл. G21F 9/34, опубл. 20.01.2014) содержащий механизмы вращения режущего инструмента и вертикальной подачи, а также подвижную платформу, отличающийся тем, что станок оборудован механизмом горизонтальной подачи и установлен на направляющих стойках, размещенных на подвижной платформе, а неподвижная опора станка, в торце которой выполнено соосно оси вращения режущего инструмента конусное углубление, в которое входит полусферический выступ центрирующей бабки, в центре которого имеется глухое отверстие, при этом бабка выполнена с конусной внутренней полостью, установлена на торец кессона с базированием по его внутреннему диаметру и подпружинена снизу. При этом режущий инструментом установленный в резцедержателе представляет собой стандартный отрезной изогнутый резец «петушкового» типа. Недостатком устройства являются его значительные массогабаритные характеристики, а наличие режущего инструмента в виде стандартного отрезного изогнутого резца не обеспечивает технологическую возможность поступательного кольцевого реза сварного шва втулки пенала и трубной доски на всю ее толщину без поломок и замены резца. Технические возможности устройства не позволяют выполнить такую операцию как осушение пенала, что является необходимым условием для последующего обращения с ОТВС.
Известно устройство для вырезки пеналов с дефектными отработавшими тепловыделяющими сборками (патент RU 2220465 С2, кл. G21C 19/33, G21F 5/008, опубл. 27.12.2003) выполненное из двух соосно расположенных частей: неподвижного основания и поворотной платформы с центральным подшипником качения и кольцевым антифрикционным подшипником между основанием и платформой. На поворотной платформе расположен вертикально-сверлильный станок, закрепленный на двух стойках, а в торцовой части она снабжена парой напольных колес, предназначенных для перемещения устройства по поворотной плите бака хранилища. Для удобства ручного перемещения имеются специальные тяги. Неподвижное основание имеет одно отверстие для центровки устройства и ввода режущего инструмента в виде сверлильной головки, а поворотная платформа имеет два радиально расположенных под углом 90° отверстия, которые могут поочередно совмещаться с отверстием в неподвижном основании, при этом одно из отверстий предназначено для центровки устройства, а другое - для ввода режущей головки. Недостатками устройства являются: необходимость проведения ряда трудоемких операций требующих значительного времени, а, следовательно, дозозатрат. К ним относятся, например, визуальная центровка инструмента с загрузочным отверстием и вырезаемым пеналом, проверка соосности загрузочного отверстия с наконечником пенала с помощью ручного калибра, закрепление устройства с помощью прижимных планок на поворотной плите, а также демонтаж его перед извлечением (выгрузкой) вырезанного пенала с дефектным ОТВС. Упомянутое устройство не обеспечивает вырезание пенала при нахождении в нем ОТВС с изогнутой подвеской, что исключает свободный доступ сверлильной головки к месту реза. В связи с наличием сил резания происходит частая поломка режущего инструмента при попадании на стыки сварных швов соседних по ряду втулок пеналов, что требует частой смены режущего инструмента, а, следовательно, увеличивает дозовые нагрузки на персонал. Кроме того, технические возможности устройства не позволяют выполнить такую операцию как осушение пенала, что является необходимым условием для последующего обращения с ОТВС.
Наиболее близким по технической сущности является устройство для контактно-дуговой резки (А.с. SU 1193906 А1, кл. В23К 11/22, опубл. 30.10.1994) содержащее корпус, закрепленный на валу электрод-инструмент, связанный с приводом вращения ременной передачей, и щеточный токоподвод. Предлагаемое техническое устройство предназначено для электрофизических и электрохимических методов обработки металлов и может быть использовано, в частности, для резки труднообрабатываемых металлов, например, нержавеющих сталей при большом объеме работ в любой отрасли народного хозяйства. Недостатком данного устройства является наличие ременной передачи ограничивающей доступ электрода-инструмента к месту реза, применение электрода-инструмента в виде диска не обеспечивает технологическую возможность поступательного кольцевого реза сварного шва втулки пенала и трубной доски на всю ее толщину, не обеспечивает осушение пенала, отсутствуют данные об источнике тока и пульте управления.
Сущность изобретения
Предлагаемое техническое решение устраняет упомянутые выше недостатки. Оно позволяет сократить количество перестановок устройства на поворотной плите, упростить фиксацию устройства на поворотной плите, повысить точность наведения электрода-инструмента на вырезаемый пенал, срезать искривленную подвеску ОТВС, осушить пенал с дефектной ОТВС, проводить демонтаж вырезанного пенала с дефектной ОТВС, без демонтажа устройства,
Задачей настоящего изобретения является создание технологичного оборудования для безопасного демонтажа и осушения пеналов с дефектными ОТВС из хранилищ ПТБ, минимизация технологического времени, затрачиваемого на демонтаж дефектных ОТВС из хранилища ПТБ, а, следовательно, снижение дозовых нагрузок персонал.
Техническим результатом при осуществлении предлагаемого изобретения является повышение технологичности процесса за счет уменьшения количества операций по переустановке технологического оборудования для демонтажа и осушения пеналов с дефектными ОТВС, выполнение технологических операций по демонтажу и осушению пеналов минимальным количеством технологического оборудования и как следствие снижение радиационных рисков воздействия на персонал и окружающую среду при обращении с дефектными ОТВС.
Решение поставленной задачи и достижение указанного технического результата обеспечивается совокупностью существенных признаков, имеющихся в независимом пункте формулы изобретения.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в предлагаемом техническом устройстве для контактно-дуговой вырезки и осушения пеналов с дефектными отработавшими тепловыделяющими сборками содержащей: корпус, электрод-инструмент, привод вращения электрода-инструмента, щеточный токоподвод, новым является то, что устройство снабжено, станиной с центральным круглым отверстием, электродом-инструментом выполненным из электропроводящего материала в виде полого профиля постоянного сечения для срезки искривленной подвеской отработавшей тепловыделяющей сборки и кольцевого реза сварного шва втулки пенала и трубной доски на всю ее толщину закрепленного  на держателе в виде полого профиля постоянного сечения, узлом прошивки отверстия в районе дна пенала для осушения пенала, состоящего из электрода-инструмента выполненного из электропроводящего материала в виде конического стержня, электрододержателя, и регулируемого реверсного электромеханического привода горизонтального перемещения электрода-инструмента узла прошивки, источником тока, стойкой управления, гибкими силовыми кабелями, грузом для фиксации устройства на поворотной плите.
На фиг. 1 показана схема общего вида хранилища. На фиг. 2 показана схема разреза хранилища по А-А. На фиг. 3 показана схема размещения технического устройства для контактно-дуговой вырезки и осушения пеналов с дефектными отработавшими тепловыделяющими сборками и оборудования на поворотной плите хранилища. На фиг. 4 показана схема прошивки отверстия в районе дна пенала. Хранилище ПТБ для ОТВС состоит из следующих основных частей (фиг. 1): бака 1, трубной доски 2, поворотной плиты 3, защитной пробки 4, загрузочного отверстия 5 в поворотной плите 3, пенала 6, в котором установлена ОТВС 7, проходной втулки 8. Фланец втулки 8 приварен к трубной доске 2 и к пеналу 6, содержащему ОТВС 7. Для установки в определенном положении поворотной плиты 2 имеется фиксатор 9. Все пеналы в трубной доске расположены по концентрическим окружностям (фиг. 2). Для каждой окружности предусмотрено по одному загрузочному отверстию 5, закрытому защитной пробкой 4.
Заявляемое техническое устройство состоит из механической и электрической частей. В механическую часть входят: корпус 10 размещенный на станине 11 с центральным круглым отверстием, электрод-инструмент 12 выполненный из токопроводящего материала в виде полого профиля постоянного сечения и размещенный на держателе 13 выполненного виде полого профиля постоянного сечения, регулируемый реверсный электромеханический привод вертикального перемещения 14 держателя электрода-инструмента 13, регулируемый электромеханический привод поворота 15 держателя электрода-инструмента 13, узел прошивки 16 состоящий из электрода-инструмента 17 выполненного из токопроводящего материала в виде конического стержня, электрододержателя 18 и регулируемого реверсного электромеханического привода горизонтального перемещения 19 держателя электрода-инструмента 18, груз 20 для фиксации устройства на поворотной плите 3. В электрическую часть входят: источник тока, стойка управления, гибкие силовые кабели (не показаны).
Заявляемое техническое устройство работает следующим образом: из загрузочных отверстий 5 поворотной плиты 3 установленной на баке 1 хранилища поочередно удаляют защитные пробки 4, в загрузочное отверстие 5 поворотной плиты 3 вместе предполагаемого реза устанавливают техническое устройство вырезки и осушения пеналов (фиг. 3). С помощью гибких силовых кабелей (не показаны), через стойку управления (не показана) электрод-инструменты 12 подключается к отрицательному полюсу источника тока (не показан), а трубная доска 2 к положительному полюсу источника тока (не показан). При включенном источнике тока (не показан) электрод-инструмент 12 размещенный на держателе 13 с помощью регулируемого реверсного электромеханического привода вертикального перемещения 14, опускается до касания со сварным швом (не показан) втулки 8 пенала 6 и трубной доской 2. При касании ЭИ 11 со сварным швом (не показан) втулки 8 и трубной доски 2, возбуждается контактно-дуговой разряд. Момент касания электрода-инструменты 12 со сварным швом (не показан) втулки 8 пенала 6 и трубной доской 2 фиксируется оператором с помощью амперметра (не показан) стойки управления (не показана). После этого электрод-инструмент 12 размещенный на держателе 13 с помощью регулируемого реверсного электромеханического привода вертикального перемещения 14 поднимается на высоту 100-150 мм от трубной доски 2. На поворотную плиту 3 устанавливают опорную металлоконструкцию 21 с центральным круглым отверстием (не показано) и штатный контейнер 22 с грузоподъемным (не показано) и грузозахватным устройством 23. Грузозахватное устройство 23 через отверстие (не показано) в опорной металлоконструкции 21 и через держатель 13 опускается до зацепления с наружной кромкой наконечника пенала 23.
С помощью грузоподъемного устройства (не показано) создается фиксированный натяг в 1,5 раза превышающий вес пенала 6 с дефектной ОТВС 7. Величина натяга определяется с помощью динамометра 24. ЭИ 11 размещенный на держателе 12 с помощью регулируемого реверсного электромеханического привода вертикального перемещения 13 опускается до касания со сварным швом втулки 8 пенала 6 и трубной доской 2, с помощью стойки управления (не показана) на регулируемый электромеханический привод поворота 15 держателя 13 подается напряжение, с помощью регулируемого электромеханического привода поворота 15 держателя 13 обеспечивается вращение ЭИ 12. Начинается процесс контактно-дуговой вырезки кольцеобразной проточки вокруг пенала 6 на всю толщину трубной доски 2. Окончание процесса вырезки пенала 6 с дефектной ОТВС определяется по показаниям динамометра 24 и амперметра (не показан) стойки управления (не показана). При наличии в пенале 6 ОТВС 7 с искривленной подвеской (не показана), последняя срезается поступательным движением ЭИ 12. Для осушения пенала 6 производится прошивка в нем отверстия районе дна 25 с помощью узла прошивки 16. Процесс прошивки отверстия в районе дна пенала (фиг. 4) для сброса воды из пенала 6 осуществляется во время извлечения вырезанного пенала 6 с дефектной ОТВС 7. Окончание процесса осушения пенала 6 определяется по показаниям динамометра 24. После осушения пенала 6 с дефектной ОТВС 7 производится его демонтаж через держатель электрода-инструмента 13 без демонтажа технического устройства вырезки и осушения пеналов из загрузочного отверстия 5 поворотной плиты 3. Управление устройством производится дистанционно с помощью стойки управления (не показана).
Таким образом, заявленное устройство позволяет проводить операции по срезке искривленной подвески дефектной отработавшей тепловыделяющей сборке, вырезке и осушению пенала с дефектной отработавшей тепловыделяющей сборкой в ряду пеналов подлежащих демонтажу одним устройством без его перестановки и демонтажа, при этом центрирование электрода-инструмента осуществляется по наконечнику пенала и не требует использования визуальной и ручной калибровки, низкая металлоемкость устройства, отсутствие механических сил резания позволяет фиксировать устройство на поворотной плите с помощью съемного груза размещенного на корпусе устройства и не требует применения и монтажа прижимных планок, управление устройством производится дистанционно и как следствие, снижает дозовые нагрузки на обслуживающий персонал.
Заявителю из доступных литературных и патентных источников не известны технические решения, приятые при создании технического устройства для контактно-дуговой вырезки и осушения пеналов с дефектными отработавшими тепловыделяющими сборками, следовательно, они отвечают критерию изобретения по новизне на мировом уровне.