УСТРОЙСТВО ПЕРЕГРУЗКИ БЛОКОВ С ОТРАБОТАВШИМИ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИМИ СБОРКАМИ
TRANSHIPMENT DEVICE OF BLOCKS WITH WASTE FUEL ASSEMBLIES

Изобретение относится к объектам использования атомной энергии, а именно к устройствам выгрузки и загрузки на хранение блоков с отработавшими тепловыделяющими сборками (ОТВС) судов с АППУ или АЭС, в основу которых положено использование реакторов малой и средней мощности, технология использования которых предполагает извлечение блока с ОТВС целиком после завершения компании.
Обычно извлечение блока с ОТВС начинается с разборки надстроек, снятия биологической защиты, крышки реактора и установки специального оборудования. Специальное оборудование, кроме контейнера, в который будет помешен перегружаемый блок реактора, включает направляющий канал, площадки обслуживания, дополнительную биологическую защиту, аппаратуру контроля радиационной безопасности (Уордсуорт А.Д. Техника работы с ядерным топливом. М., Атомиздат, 1965, с.86-92, 238-240; Судовые ядерные энергетические установки. Под ред. Кузнецова В.А. Атомиздат, 1976, с.340-343).
Подобное извлечение осложняется тем, что необходимо поднятие блока с ОТВС на высоту, падение с которой недопустимо.
Известна Перегрузочная система транспортного реактора (патент SU №1340442 G21C 19/10, опубл. 1986 г.), которая содержит опорное кольцо, которое устанавливается на период перегрузки активной зоны, и перегрузочный контейнер с собственным механизмом подъема и захватом, который устанавливается на опорное кольцо.
Недостатком данной перегрузочной системы является возможность падения блока с ОТВС в случае отказа захвата, обрыва троса, с помощью которого он поднимается, или разрушения каких-либо несущих элементов механизма подъема и опускания.
Технической задачей изобретения является разработка устройства, способного в аварийной ситуации подхватить падающий перегружаемый блок с ОТВС, уменьшить возникающие при этом ускорения и динамические нагрузки, исключить разрушение перегружаемого блока с ОТВС и тем самым обеспечить радиационную и ядерную безопасность.
Задача изобретения решается тем, что подъем перегружаемого блока с ОТВС в контейнер осуществляется внутри направляющего канала, представляющего собой трубу, внутренний диаметр которой совпадает с внутренним диаметром контейнера, на перегружаемом блоке с ОТВС закрепляется переходник, обеспечивающий улавливание блока с ОТВС в полости контейнера или направляющего канала в случае отказа захвата, обрыва каната механизма подъема контейнера или разрушения каких-либо несущих элементов механизма подъема и опускания.
Целесообразно улавливание перегружаемого блока с ОТВС осуществлять врезанием и заклиниванием двуплечих рычагов в стенки контейнера или направляющего канала.
Целесообразно направляющий канал выполнить с фланцем, опирающимся на батарею демпфирующих элементов, способную погасить часть кинетической энергии при аварийном падении блока с ОТВС.
Желательно направляющий канал установить на шарнирном подвесе, что позволяет с небольшими усилиями выставлять направляющий канал точно в то положение, в котором возможен заход перегружаемого блока с ОТВС в направляющий канал и переход блока с ОТВС из канала в контейнер, а также выравнивать нагрузку на демпфирующие элементы.
Целесообразно внутренний диаметр направляющего канала выполнить равным внутреннему диаметру полости контейнера и незначительно больше габаритного диаметра перегружаемого блока с ОТВС.
Целесообразно переходник выполнить в виде корпуса, состоящего из верхнего листа и нижнего фланца, соединенных между собой ребрами, подвижной центральной плиты и набора пружин, установленных между подвижной центральной плитой и верхним листом корпуса на соответствующих направляющих.
Целесообразно на подвижной центральной плите переходника закрепить концы тяг, идущих к двуплечим рычагам.
Целесообразно, чтобы двуплечие рычаги при поджатых весом блока с ОТВС пружинах не выходили рабочими профилированными кромками за габариты переходника.
Целесообразно, чтобы осуществлять регулирование положения осей двуплечих рычагов, установить их на ребрах корпуса переходника на поворотных эксцентриках.
Целесообразно осуществлять регулирование положения двуплечих рычагов по углу наклона и высоту крепления опор концов тяг к подвижной центральной плите переходника пакетом пластин-компенсаторов.
Целесообразно для увеличения сцепления с направляющим каналом или корпусом контейнера на рабочих профилированных кромках двуплечих рычагов нарезать зубья.
Целесообразно иметь такое сочетание параметров вышеперечисленных элементов конструкции, чтобы в аварийной ситуации, например при отказе захвата, обрыве каната в системе подъема или разрушения каких-либо несущих элементов механизма подъема и опускания, срабатывали пружины, установленные в переходнике, и перемещали центральную плиту и через закрепленные на ней тяги поворачивали двуплечие рычаги на угол вывода рабочих профилированных кромок за пределы габаритов корпуса переходника, приводя к врезанию и заклиниванию переходника в полости контейнера или канала направляющего.
Целесообразно крепление переходника к перегружаемому блоку с ОТВС выполнить болтами, установленными в узлах крепления, способных поглощать и рассеивать энергию при падении и ударе.
Целесообразно узел крепления выполнить в виде стакана с деформируемыми стенками и предустановленной деформирующей втулкой.
Целесообразно стакан, расположенный в корпусе переходника, выполнить с тарированным несущим буртиком, способным срезаться при определенной нагрузке опирающейся на него головкой болта. После срезки тарированных несущих буртиков при дальнейшем движении перегружаемого блока с ОТВС от тормозящегося переходника головки болтов вовлекут в движение деформирующие втулки, предустановленные в стаканах, которые пройдут через стаканы, деформируя стенки стаканов и тем самым рассеивая часть энергии падения.
Желательно направляющий канал выполнить составным. Желательно в каждой части направляющего канала иметь выступающие вовнутрь кольцевые бурты, ограничивающие возможное безударное скольжение переходника после срабатывания рычагов.
Желательно унифицировать регулируемые опоры плиты и чаши.
Желательно унифицировать подводимые опоры плиты и чаши.
Технический результат от использования заявляемого изобретения заключается в:
- повышении надежности, ядерной и радиационной безопасности работы устройства перегрузки блока с ОТВС;
- уменьшении ускорения и динамической нагрузки на блок с ОТВС, возникающих при его падении;
- повышении быстродействия срабатывания устройства подхвата (например, по сравнению с вариантом трения) за счет включения процессов деформации и врезания;
- расширении технологических возможностей по настройке устройства подхвата;
- выравнивании нагрузки на демпфирующие элементы.
Технический результат достигается за счет того, что в устройстве выгрузки и загрузки перегружаемого блока с ОТВС, содержащем направляющий канал, поверх которого устанавливается разгрузочный защитный контейнер, применен переходник, крепящийся к перегружаемому блоку. В случае отказа захвата, обрыва каната механизма подъема контейнера или разрушения каких-либо несущих элементов механизма подъема и опускания центральная подвижная плита переходника под действием пружин, установленных в корпусе переходника, через закрепленные на ней тяги приводит в движение профилированные двуплечие рычаги, которые выходят за габариты корпуса переходника, врезаются в стенки контейнера или стенки обечайки канала направляющего, и переходник тормозится о стенки контейнера или элементы направляющего канала - обечайку или бурты; при торможении перегружаемого блока с ОТВС в полости контейнера деформируются стенки стаканов узлов крепления в корпусе переходника; при торможении перегружаемого блока с ОТВС в полости направляющего канала фланец направляющего канала деформирует батарею демпфирующих элементов.
Это позволяет обеспечить улавливание перегружаемого блока с ОТВС, уменьшить возникающие при этом его ускорения и динамические нагрузки и исключить разрушение блока.
Заявляемое изобретение поясняется чертежами, представленными на фиг.1-6:
фиг.1 - общий вид устройства;
фиг.2 - конструкция сочленения канала направляющего с плитой;
фиг.3 - конструкция шарнирного подвеса канала;
фиг.4 - конструкция переходника;
фиг.5 - конструкция регулируемых опор;
фиг.6 - конструкция батареи демпфирующих элементов.
Предлагаемое устройство перегрузки блока с ОТВС состоит из:
- контейнера (1), в который (из которого) производится перемещение блока с ОТВС (11);
- плиты биологической зашиты (2);
- шарнирного подвеса (3);
- батареи демпфирующих элементов (4);
- канала направляющего (5);
- переходника (6), прикрепленного к перегружаемому блоку с ОТВС (11) (фиг.1).
Контейнер (1) - это толстостенная металлическая емкость, имеющая шибер (не показан), несущая собственный механизм подъема и опускания (7) и имеющая сцепные устройства для внешнего грузоподъемного оборудования (не показаны). Механизм подъема и опускания (7) состоит из лебедки, канатных блоков и захвата (8), связанных канатами.
Плита биологической защиты (2) является опорой для всего устройства и имеет три регулируемые опоры (9) и ряд подводимых опор (10). Распорные винты (17) плиты биологической защиты (2) служат для фиксации плиты в проеме палубы (сооружения) (44).
Канал направляющий (5) выполнен в виде металлической обечайки, имеющей фланец (12) для вывешивания и кольцевые бурты (13) (фиг.2). Фланец (12) опирается на батарею демпфирующих элементов (4), которая лежит на шарнирном подвесе (3). Шарнирный подвес (3) установлен в чаше (14), стоящей на трех регулируемых (9) и ряде подводимых опор (10) на выступе плиты биологической защиты (2). Четыре винтовых толкателя (15) установлены в нижней части канала направляющего (5) и крепятся к конструкции объекта.
Распорные винты (16) фланца чаши (14) и фланца (12) канала направляющего (5) служат для фиксации настроенного положения канала направляющего (5) до установки контейнера (1).
Шарнирный подвес (3) канала направляющего (5) состоит из двух колец (18)(фиг.3), опирающихся на кронштейны (19), расположенные в двух перекрещивающихся осях.
Переходник (6) состоит из корпуса (20)(фиг.4), грибка (21), центральной подвижной плиты (22), пружин (23) и ряда профилированных двуплечих рычагов (24) с тягами (25).
Ход пружин (23) ограничивается воротником (47) и стяжками (48).
Корпус (20) переходника (6) состоит из верхнего листа (26) и нижнего фланца(27), соединенных между собой ребрами (28).
Крепление корпуса (20) переходника (6) к перегружаемому блоку с ОТВС (11) выполнено болтами (34), опирающимися на тарированные буртики (32), выполненные в стаканах (29).
В каждом стакане (29) установлена деформирующая втулка (33).
Поворотные эксцентрики (30) размещены на ребрах (28). Компенсаторы (31) в виде пакетов пластин стоят между центральной подвижной плитой (22) и опорой (43) тяг (25).
Каждый стакан (29) имеет несущий фланец с тарированным буртиком (32), деформирующую втулку (33), болт (34).
Поворотные эксцентрики (30) имеют фиксацию с помощью винтов (35).
Регулируемые опоры (9) представляют собой пару плит (36) (фиг.5) с наклонными поверхностями, пару клиньев (37), винтовой талреп (38) и червячный привод (39), имеющий вертикальную приводную ось. Нижняя плита оснащена самоустанавливающейся сферической пятой (40).
Батарея демфирующих элементов (4) представляет собой набор обрезков металлических труб (41) (фиг.6), закрепленных на кольце (42).
Работает устройство перегрузки блоков с ОТВС следующим образом.
На предназначенный к перегрузке блок с ОТВС (11) (фиг.1) крепится переходник (6) болтами (34) (фиг.4). Головки болтов опираются на тарированные буртики (32). Плита биологической защиты (2) ставится в проем палубы (сооружения) (44). С помощью регулируемых опор (9) плита биологической защиты (2) выставляется на определенный уровень в горизонталь. Плита биологической защиты (2) выставляется соосно блоку с ОТВС (11) и фиксируется в проеме палубы (сооружения) (44) упорными винтами (17). Винтовые подводимые опоры (10) доводятся до несущей поверхности проема палубы (сооружения) (44) и служат для снижения нагрузки на регулируемые опоры (9) при дальнейшей работе устройства. В проем плиты биологической защиты (2) устанавливается чаша (14) на регулируемых и подводимых опорах (9, 10). По аналогии с плитой биологической защиты (2) с помощью регулируемых и подводимых опор (9, 10) чаша (14) выставляется на определенный уровень в горизонталь. В чаше установлен шарнирный подвес (3), на который монтируется батарея демпфирующих элементов (4), а на той, в свою очередь, устанавливается фланцем (12) и вывешивается направляющий канал (5). Наведение проема канала направляющего (5) на ось блока с ОТВС (11) осуществляется путем перетаскивания чаши (14) с помощью съемных талрепов (не показаны) и качания канала направляющего (5) с помощью винтовых толкателей (15). После настроек оптимального положения чаша (14) и канал направляющий (5) фиксируются сверху распорными винтами (16), снизу канал направляющий (5) фиксируется винтовыми толкателями (15). После этого на плоскость плиты биологической защиты (2) на два пальца (не показаны) устанавливается контейнер (1), закрывая собой весь проем канала направляющего (5).
На грибок (21) переходника (6) с помощью механизма подъема и опускания (7) опускается захват (8), который автоматически соединяется с переходником (6).
При подъеме-опускании перегружаемого блока с ОТВС (11) корпус (20) висит на буртике (46) грибка (21), пружины (23) поджаты между центральной подвижной плитой (22) и верхним листом (26) корпуса (20), профилированные двуплечие рычаги (24) тягами (25) повернуты так, что находятся в габаритах корпуса (20) переходника (6).
В случае отказа захвата (8), обрыва каната или разрушения каких-либо несущих элементов механизма подъема и опускания (7) падение перегружаемого блока с ОТВС (11) в сборе с переходником (6) в полости контейнера (1) или канала направляющего (5) предотвращается торможением с демпфированием и остановкой.
Достигается это следующим образом:
- пропадает сила поджатая пружин (23) между центральной подвижной плитой (22) и верхним листом (26) корпуса (20) переходника (6);
- центральная подвижная плита (22) под действием пружин (23) совершает ход вниз;
- тяги (25) поворачивают двуплечие рычаги (24) на угол вывода рабочих профилированных кромок (45) за габариты корпуса (20) переходника (6) настолько, что они приходят в контакт с заклиниванием со стенками корпуса контейнера (1) или обечайкой и/или кольцевыми буртами (13) канала направляющего (5);
- рабочие профилированные кромки (45) рычагов (24) врезаются и деформируют стенки корпуса контейнера (1) или обечайки канала направляющего (5) и/или врезаются в кольцевые бурты (13) канала направляющего (5);
- происходит заклинивание переходника (6) в корпусе контейнера (1) или в канале направляющем (5);
- если падение происходит в корпусе контейнера (1) или шиберном проеме контейнера (1) тарированные бурты (32) стаканов (29) переходника (6) разрушаются, между переходником (6) и перегружаемым блоком с ОТВС (11) появляется и увеличивается зазор; каждый болт (34) протаскивает деформирующую втулку (33) по стакану (29), деформируя его стенку, при этом энергия падения блока с ОТВС (11) тратится на совершение работы по разрушению и деформации этих элементов переходника (6);
- при падении внутри направляющего канала (5) вовлеченный блоком с ОТВС (11) через переходник (6) в совместное движение вниз канал направляющий (5) своим фланцем (12) деформирует батарею демпфирующих элементов (4), при этом энергия падения блока с ОТВС (11) тратится на совершение работы по деформированию элементов батареи демпфирующих элементов (4).
Перед началом работы для синхронности в работе двуплечих рычагов (24), чтобы при срабатывании все контактирующие поверхности рабочих профилированных кромок (45) двуплечих рычагов (24) имели одинаковый вылет, были одновременно прижаты к направляющим стенкам корпуса контейнера (1) или обечайке канала направляющего (5), и для компенсации технологических допусков изготовления деталей устройства перегрузочного осуществляется регулировка исходного положения осей двуплечих рычагов (24) с помощью поворотных эксцентриков (30) и исходного угла наклона двуплечих рычагов (24) толщиной пакетов пластин компенсаторов (31) под опорами (43) тяг (25). Поворотные эксцентрики (30) фиксируют винтами (35).
Регулировка быстродействия двуплечих рычагов достигается подбором количества пружин (23) в переходнике (6).