Чехол транспортного упаковочного контейнера для отработавших тепловыделяющих сборок
TRANSPORTATION PACKAGING CONTAINER CASE FOR SPENT FUEL ASSEMBLIES

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к чехлам транспортных упаковочных комплектов (ТУК) для транспортирования и хранения отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС) энергоблоков ВВЭР-1000/1200/1300 и может быть применено в транспортных упаковочных комплектах для размещения при транспортировании и/или хранении ОТВС.
Известен чехол ТУК для отработавшего ядерного топлива, содержащий основание, закрепленную на основании центральную стойку с расположенными на ней дистанционирующими элементами, выполненными из пластин с высокой теплопроводностью и снабженными отверстиями, образующими каналы для размещения отработавших тепловыделяющих сборок и разделительные теплопроводящие вставки, установленные на центральной стойке между дистанционирующими элементами и жестко связывающие их в осевом направлении (патент на полезную модель RU №78979, опубл. 10.12.2008 г.).
Недостатком известного чехла является ограничение по допустимым механическим нагрузкам на чехол из-за незначительных прочностных характеристик пластин, выполненных из материалов с высокой теплопроводностью, например, алюминия.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является чехол транспортно-упаковочного комплекта для отработавших тепловыделяющих сборок, содержащий основание, закрепленную на основании центральную стойку, расположенные на стойке по высоте перфорированные стальные диски и перфорированные выполненные из отдельных сегментов алюминиевые диски переменной толщины, где перфорация стальных и алюминиевых дисков в осевом направлении совпадает, а также трубы, установленные в чехле через перфорацию дисков (патент на полезную модель РФ №153580, опубл. 27.07.2015 г.).
В известном чехле алюминиевые и стальные диски расположены по высоте стойки чередующимися, сегменты алюминиевого диска скреплены между собой замковыми соединениями «выступ-паз» по внутреннему и наружному диаметрам.
Недостатком известной полезной модели является низкая механическая прочность из-за вероятности образования зазоров между пазом и выступом при стыковке, например в случае поломки выступа или неточности их стыковки, что нарушит целостность диска и отвод тепла от ОТВС. Кроме того, изготовление сегментов с пазами и выступами для их точной стыковки сопровождается дополнительными операциями.
Однако одним из основных требований, предъявляемым к чехлам ТУК, является высокая механическая прочность, обеспечивающая сохранение целостности геометрической формы в нормальных и аварийных условиях перевозки, что обеспечивает сохранение контроля над критичностью массы ядерного материала при эксплуатации.
Таким образом, технической проблемой изобретения является сохранение целостности геометрической формы чехла ТУК в нормальных и аварийных условиях перевозки, что обеспечит, в результате, сохранение контроля над критичностью массы ядерного материала при транспортировании.
Техническим результатом изобретения является повышение механической прочности чехла ТУК.
Технический результат достигается тем, что чехол транспортно-упаковочного комплекта для отработавших тепловыделяющих сборок, содержащий основание, установленную на основании центральную стойку, закрепленные на стойке по высоте перфорированные стальные диски и перфорированные выполненные из отдельных сегментов алюминиевые диски переменной толщины, где перфорация стальных и алюминиевых дисков в осевом направлении совпадает, а также трубы, установленные через перфорацию дисков, между перфорированными стальными дисками расположены не менее двух алюминиевых дисков, стыки сегментов каждого последующего алюминиевого диска смещены относительно стыков сегментов предыдущего алюминиевого диска, при этом перфорация сегментов одного диска смещена на угол смещения стыков сегментов другого диска, утолщения выполнены по внешнему диаметру сегментов диска, диски прилегают друг к другу утолщениями, чехол дополнительно снабжен стяжками, по внешнему периметру дисков выполнены отверстия, стяжки пропущены через отверстия.
Кроме того, каждый третий алюминиевый диск укладывают перевернутым.
Увеличение механической прочности чехла по сравнению с прототипом достигается за счет плотного прижатия дисков друг к другу при одновременном смещении стыков сегментов дисков, расположенных один на другом.
Смещение перфорации каждого последующего диска на угол смещения дисков обеспечивает совпадение перфорации для установки каналов под ОТВС в дисках.
Утолщение сегментов алюминиевых дисков по внешнему диаметру обеспечивает их прижатие друг к другу по высоте с внешней стороны и неподвижную в радиальном направлении стыковку сегментов для образования единого диска с сохранением, при этом, зазора для теплоотвода между центральными частями сегментов. Наличие стяжек, проходящих через диски по всей высоте, фиксирует конструкцию чехла в целом за счет вертикального усилия сжатия.
Прижатие сегментов друг к другу в радиальном направлении является альтернативой соединению «выступ-паз», тем самым упрощая изготовление сегментов и, исключая поломку выступов.
Кроме того, плотная стыковка в осевом направлении дисков по внешнему диаметру дополнительно является защитой от гамма-излучения, исходящего от ОТВС в радиальном направлении.
Каждый третий диск, установленный в перевернутом виде, позволяет более равномерно распределить нагрузки, действующие на сегменты, что дополнительно повышает механическую прочность чехла.
Таким образом, заявленная конструкция чехла обладает механической прочностью, обеспечивающей целостность геометрической формы в нормальных и аварийных условиях перевозки, что сохраняет контроль над критичностью массы ядерного материала в любой момент времени.
Конструкция чехла поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан продольный разрез чехла, на фиг. 2 - сегмент типа «А», на фиг. 3 - сегмент типа «Б», на фиг. 4 -поперечный разрез чехла через ряд сегментов типа «А», на фиг. 5 - поперечный разрез чехла через ряд сегментов типа «А».
Чехол представляет собой металлоконструкцию, состоящую из расположенных вплотную друг над другом по высоте алюминиевых дисков 1 и стальных дисков 2. Алюминиевые диски 1 состоят из сегментов типа «А» и типа «Б», которые по внешнему диаметру имеют утолщение. Диски 1 и диски 2 имеют перфорацию 3 в виде шестиугольных отверстий. Перфорация расположенных друг над другом дисков 1 и 2 совпадает. Через перфорацию дисков устанавливаются восемнадцать шестигранных труб 3. Шестигранные трубы 3 устанавливаются в опорный диск 4 и сверху фиксируются верхним диском 5, выполненным из высокопрочной коррозионностойкой стали.
Сегменты выполнены двух типов: сегмент типа «А» 8 (фиг. 4) и сегмент типа «Б» 9 (фиг. 5). Шесть сегментов одного типа, уложенных в ряд вплотную друг к другу, образуют перфорированный диск 1. Каждый последующий диск 1 (ряд сегментов) сдвинут относительно предыдущего диска 1 (ряда сегментов) так, чтобы стыки между сегментами одного диска 1 перекрывались следующим диском 1 в виде кирпичной кладки. При этом диски 1 опираются друг на друга утолщениями внешнего диаметра сегментов.
Для того чтобы перфорация расположенных друг над другом дисков 1 совпадала, перфорация сегментов смещена на угол смещения стыков.
Чередование алюминиевых дисков 1 по типам сегментов может быть следующим: диск 1 из сегментов типа «А», диск 1 из сегментов типа «Б», диск 1 из сегментов типа «А», диск 1 из перевернутых сегментов типа «Б», после чего цикл чередования дисков 1 повторяется.
Данное конструктивное условие по сдвигу стыков между сегментами позволяет обеспечить требуемые прочностные характеристика чехла в период эксплуатации и при аварийных ситуациях.
Соединение алюминиевых дисков 1 со стальными дисками 2, с верхним диском 5 и с опорным диском 4 осуществляется втулками 6.
К опорному диску 4 приварена центральная стойка 7, которая выполняет функцию несущего элемента чехла, на котором расположены все остальные его составляющие.
Стойка 7 в верхней части снабжена гнездом для захвата 8, с помощью которого пустой чехол устанавливается и вынимается из корпуса контейнера.
Скрепление сегментов на центральной стойке 7 соседних дисков 1, а также с опорным 5, с верхним 5 и со стальными промежуточными дисками 2 обеспечивают вставки 9, установленные между ними в кольцевых проточках.
Соединение всех частей чехла в единую конструкцию обеспечивается восемнадцатью стяжками 10, расположенными по периметру чехла, с помощью фиксации гайками 11 с шайбами 12. Стяжки 10 пропущены через отверстия 13, выполненные в утолщениях сегментов.
Сборка чехла и пример конкретного выполнения показаны на следующем примере.
К диску опорному 4 сверху приваривается стойка 7 с приваренным к ней в верхней части гнездом 8. По периметру диска опорного 4 в резьбовые отверстия с равным угловым шагом вкручиваются восемнадцать стяжек 10, на каждую стяжку 10 одевается втулка 6 и устанавливается в проточке диска опорного 4, на стойку 7 одевается вставка 9. Затем на втулки 6 пропустив сквозь отверстия 13 через стяжки 10 и на вставку 9 устанавливается первый диск 1, состоящий из шести сегментов типа «А» (фиг. 2). Перфорация внутренней поверхности сегментов должна совпадать с перфорацией опорного диска 4. Затем на каждую стяжку 10 снова одевается втулка 6 и устанавливается в проточке сегмента, на стойку 7 снова одевается вставка 9. Потом на втулки 6, пропустив сквозь отверстия 13 через стяжки 10 и на вставку 9, устанавливается второй диск 1, состоящий из шести сегментов типа «Б» (фиг. 3), стыки в этом диске 1 между сегментами смещены относительно стыков первого диска (кирпичная кладка), при этом перфорация внутренней поверхности сегментов второго диска должна совпасть с перфорацией сегментов первого диска 1. Затем на каждую стяжку 10 снова одевается втулка 6 и устанавливается в проточке сегмента, на стойку 7 снова одевается вставка 9. Потом на втулки 6, пропустив сквозь отверстия 13 через стяжки 10 и на вставку 9 устанавливается третий диск 1, состоящий из шести сегментов типа «А» (фиг. 2). Стыки в этом диске 1 между сегментами смещены относительно стыков второго диска 1, при этом перфорация внутренней поверхности сегментов третьего диска должна совпасть с перфорацией сегментов второго диска. Затем на каждую стяжку 10 снова одевается втулка 6 и устанавливается в проточке сегмента, на стойку 7 снова одевается вставка 9. Потом на втулки 6, пропустив сквозь отверстия 13 через стяжки 10, и на вставку 9 устанавливается четвертый диск 1, состоящий из шести «перевернутых» сегментов типа «Б» (фиг. 3). Стыки в этом диске 1 между сегментами также смещены относительно стыков третьего диска 1, при этом перфорация внутренней поверхности сегментов четвертого диска 1 должна совпасть с перфорацией сегментов третьего диска 1. Диски укладываются вплотную. Аналогично укладываются еще десять дисков 1, образуя ярус чехла.
Затем на каждую стяжку 10 снова одевается втулка 6 и устанавливается в проточке последнего диска 1, а на стойку 7 одевается вставка 9 и устанавливается промежуточный стальной диск 2 вплотную с диском 1, профиль перфорации которого должен совпадать с сегментами. Аналогично укладываются еще шесть ярусов чехла и пять промежуточных стальных диска 2.
Первый и второй ярус чехла образованы из четырнадцати дисков 1 каждый, третий ярус чехла из двенадцати дисков, четвертый, пятый, шестой ярус чехла из одиннадцати дисков каждый и седьмой ярус состоит из одного диска.
Затем в шестиугольные отверстия дисков 1 и 2 устанавливаются восемнадцать шестигранных труб, внизу они упираются в углубления диска опорного 4, а вверху упираются в углубления верхнего диска 5, установленного отверстиями на стяжки 10 и зафиксированного с помощью гаек 11 с шайбами 12.
Заявленная конструкция чехла позволяет обеспечить безопасное транспортирование отработавшего ядерного топлива ядерных реакторов типа ВВЭР-1000/1200.