БЫСТРОСЪЕМНАЯ КРЫШКА КОЛЛЕКТОРА ПАРОГАЗОВОЙ СМЕСИ КАНАЛЬНОГО ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА
QUICK-DETACHABLE COVER PLATE OF STEAM-GAS MIXTURE HEADER OF PRESSURE TUBE REACTOR

Изобретение относится к области эксплуатации канальных ядерных реакторов, касается, в частности, крышки коллектора парогазовой смеси, содержащей гелий, и может быть использована при выполнении работ по контролю и восстановлению телескопических соединений трактов технологических каналов, а также в нефтегазовой, химической и других отраслях промышленности.
В уровне техники обнаружены патенты, в которых описаны конструкции крышек. Так, это имеет место в патенте на изобретения РФ №2239897 от 30.06.2003 МПК G21F 5/12 и №1195765 от 20.06.1996 МПК F28F 9/04. Однако ни один из них не может быть взят в качестве ближайшего аналога, т.к. в состав крышек, описанных в этих патентах, не входят конструктивные элементы, которые были бы общими и существенными по отношению к конструкции крышки, предлагаемой в данной заявке. Практически в настоящее время на Ленинградской атомной станции используется крышка коллектора парогазовой смеси, содержащей гелий, в виде сферического днища, приваренного к вертикально расположенному цилиндрическому коллектору в его верхней части. Гелиевая плотность коллектора обеспечивается прочностным кольцевым сварным швом между цилиндрической отбортовкой днища и торцом коллектора. Данная конструкция крышки не может быть принята в качестве ближайшего аналога, т.к. отсутствует публикация о ней, доступная неограниченному кругу лиц. С учетом изложенного формула заявляемого изобретения не будет содержать ограничительной части.
В настоящее время для выполнения работ во внутреннем реакторном пространстве (РП) с использованием специальных средств, например самодвижущихся манипуляторов, для их запуска вскрывают крышку вертикального коллектора. Для этого стыковой сварной шов между корпусом и крышкой коллектора вскрывают вручную абразивным диском. Толщина разрезаемого металла шва в зоне стыка 9-11 мм. По окончании процедуры обследования и ремонта телескопических соединений трактов (ТСТ) технологических каналов (ТК) крышку приваривают вновь. Перечисленные работы имеют большую длительность, трудоемки, технически сложны. Работники находятся в зоне повышенной радиационной опасности. Сокращается размер по высоте ответных друг другу расточенного пояска корпуса и отбортовки крышки при повторных проникновениях внутрь реактора, так как в соответствии с нормативными документами вместе с наплавленным металлом шва удаляют также основной металл околошовной зоны указанных элементов, что с течением времени приводит к невозможности вскрытия коллектора.
Задача, решаемая заявляемым изобретением, заключается в разработке такой конструкции, которая позволяет оперативно проникать в РП, обеспечивая при этом возможность многократного вскрытия и восстановления плотного гелиевого шва, сокращения трудоемкости демонтажа и обратной сборки крышки, снижение поглощенной дозы облучения персоналом.
Сущность изобретения состоит в том, что предложена быстросъемная крышка коллектора парогазовой смеси канального ядерного реактора, включающая траверсу, кольцеобразное основание и заглушку, к вертикальным отбортовкам которых приварены тонкостенные юбки с ориентированным расположением волокон проката, соединенные между собой сварным швом по торцевым поверхностям, причем юбки выполнены в виде обратных усеченных конусов с сопрягающимися поверхностями, а траверса снабжена узлами крепления к горизонтальной отбортовке основания и заглушке.
Заявляемое изобретение решает задачу многократного и быстрого запуска самодвижущегося манипулятора в РП путем замены прочностного кольцевого шва по внешней поверхности коллектора торцовым усовым сварным соединением между юбками заглушки и корпуса, приваренного к коллектору. Техническое решение обеспечивает удобство вскрытия крышки и восстановления узла в ограниченном пространстве между технологическими каналами и каналами-отражателями, а также снижение трудоемкости за счет минимального объема срезаемого наплавленного металла усового шва. Толщина стенок усов составляет всего 3 мм, что тоньше в 3 раза, чем ответные свариваемые элементы существующей конструкции. Глубина провара усового шва 3-3,5 мм. В известном соединении глубина провара 9-11 мм. Торцовое расположение сварного усового соединения позволяет использовать механизированную технологическую оснастку для вскрытия, чем достигается сокращение времени резки и уменьшение поглощенной дозы облучения персонала при производстве работ. Разработанное техническое решение обеспечивает, кроме того, надежную герметизацию и гелиевую плотность коллектора за счет ориентированного расположения волокон проката металла в тонкостенных конических юбках усового соединения, а также увеличение срока службы узла в целом, путем периодической полной замены элементов усового соединения по мере срезания юбок после нескольких вскрытий крышки и уменьшения высоты юбок до комлевой части. Задание обратной конусности при изготовлении усов основания и заглушки исключает заклинивание юбок при выемке заглушки в процессе вскрытия коллектора после срезки наплавленного металла шва. В предлагаемой конструкции траверса обеспечивает фиксацию заглушки центральным прижимом. Срезка усового шва выполняется при снятой траверсе с центрированием и креплением механизированного устройства резки непосредственно на заглушке, используя для этого предусмотренные резьбовые отверстия. Траверсу после срезки шва фиксируют к заглушке шпильками и поднимают грузоподъемным устройством вместе с заглушкой после ее «подрыва».
Снижение трудоемкости механизированного вскрытия усового соединения обусловлено возможностью назначения минимальной толщины конических юбок усов при обеспечении условия их гелиевой плотности за счет ориентированного расположения волокон проката. Например, с учетом требования ПНАЭ Г-7-008-89 по расположению волокон проката конические юбки усового соединения для обеспечения гелиевой плотности в случае изготовлении их из листового проката должны быть выполнены толщиной не менее 8 мм. Как предлагается в данном техническом решении, усы полностью выполнены из заготовки с ориентированным расположением волокон проката по образующей цилиндра (толстостенная горячекатаная труба, раскатанное или кованое кольцо). При этом с соблюдением требования минимальной длины волокон проката от одной до второй точки их перерезывания минимальная толщина по нормали к образующей конуса зависит от угла его уклона. В предложенной конструкции применены сменные усы, приваренные комлевой частью прочностным стыковым швом каждый соответственно к отбортовке основания и отбортовке заглушки. После последнего вскрытия крышки выполняются механизированное срезание остатка комля усов и подготовка контура отбортовок основания и заглушки под последующую приварку новых усов. Конструкция предусматривает несколько замен усов до достижения минимально допустимой высоты отбортовки фланца и заглушки. Сокращается время вскрытия крышки коллектора в условиях действия опасных производственных факторов - ионизирующего излучения при мощности дозы более 1000 микрорентген в час и высокой температуры более 33 градусов по Цельсию. Сокращение времени достигается минимизацией объема удаляемого наплавленного металла усового шва и удобного доступа к нему, применением механизированной технологической оснастки для резки. Возможность замены усов заглушки и корпуса в процессе ремонтов ТСТ ТК позволяет продлить срок эксплуатации крышки с усовым соединением. Так как усовое соединение конструктивно выполнено в виде пары сопрягаемых конических юбок, это предотвращает заклинивание крышки в процессе демонтажа при плотном прилегании элементов. Таким образом, заявляемое техническое решение позволяет снизить дозовую нагрузку на персонал при производстве работ по вскрытию крышки коллектора за счет сокращения времени операции, обеспечивает многократное выполнение работ по восстановлению ТСТ ТК и продление срока эксплуатации реактора. Конструкция усового соединения разработана в соответствии с нормативным требованием ПНАЭ Г-7-008-89 по изготовлению из листов, труб, поковок или сортового проката деталей, подлежащих эксплуатации при рабочем абсолютном давлении менее 0,133 Па (вакуум), или в средах, содержащих гелий.
Предложенное техническое решение иллюстрируется графическими материалами, где на фиг.1 - крышка коллектора в сечении по вертикальной плоскости, на фиг.2 - крышка вид сверху, на фиг.3 - сечение по усовому шву крышки.
На фиг.1 показано основание 1, приваренное к корпусу коллектора 2 прочностным стыковым швом 3. Основание 1 содержит горизонтальную отбортовку 4 и вертикальную отбортовку 5. В основание 1 установлена заглушка 6, имеющая вертикальную отбортовку 7. На вертикальной отбортовке 5 основания 1 и отбортовке 7 заглушки 6 расположены конические тонкостенные юбки 8 и 9. По верхнему торцу между юбкой 8 основания 1 и ответной юбкой 9 заглушки 6 наложен герметизирующий полость коллектора 2 плотностной сварной шов 10. Траверса 11 содержит винтовой прижим 12 для разгрузки сварного шва 10 от действия силы внутреннего давления в коллекторе. Траверса базируется стойками 13 на горизонтальной отбортовке 4 основания 1 и закреплена относительно него винтами 14. Через лучи 15 траверсы 11 проходят шпильки 16, ввернутые в заглушку 6, на шпильках 16 установлены гайки 17, предназначенные для подрыва заглушки 6 при вскрытии. На фиг.2 изображена крышка коллектора на виде сверху, где 6 - заглушка, 4 - горизонтальная отбортовка основания 1, 11 - траверса, установленная на отбортовку 4, 15 - лучи траверсы. На фиг.3 изображена ситуация перед первым вскрытием заглушки 6 для доступа в полость коллектора 2. В сечении уса 8 основания 1 и уса 9 заглушки 6 вертикальной штриховкой показано направление волокон проката металла. Толстой штриховой линией в тонкостенной конической зоне усов обозначена длина L волокон от крайних точек их перерезывания при токарной обработке указанных элементов в процессе изготовления. Усы 8 и 9 приварены каждый своими комлевыми частями стыковыми швами 18 к вертикальной отбортовке 5 основания 1 и вертикальной отбортовке 7 заглушки 6. На чертеже изображена первоначальная полная высота усов основания 1 и заглушки 6. Основание 1 имеет изнутри опорный уступ для базирования заглушки 6 и группу резьбовых отверстий 19 для крепления траверсы винтами. На чертеже показана линия среза сварного шва 10 усового соединения механическим способом при помощи специального механизированного портативного станка на глубину от торца несколько большую, чем глубина провара. После ремонта ТСТ и восстановления шва, в дальнейшем, при очередном вскрытии крышки, срез будет выполнен на такую же глубину.
Изобретение планируется использовать на Ленинградской АЭС в 2013 г. при проведении плановой работы по восстановлению ТСТ ТК.