АМПУЛА ДЛЯ ОТРАБОТАВШЕЙ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩЕЙ СБОРКИ

Полезная модель относится к атомной энергетике, в частности, к обращению с отработавшим ядерным топливом, а более конкретно к ампуле, в которой размещается пучок тепловыделяющих элементов (твэлов) отработавшей тепловыделяющей сборки (ОТВС) реактора РБМК-1000. Загруженные пучками твэлов ампулы транспортируются в транспортном упаковочном комплекте железнодорожным транспортом в сухое хранилище, где перегружаются в пеналы для их долговременного хранения.
Известна ампула для отработавшей тепловыделяющей сборки, выполненная в соответствии с патентом №2353010, G21F 5/008 по проекту 1621-28-0007-01 ОАО «Центральное конструкторское бюро машиностроения» (ОАО ЦКБМ), содержащая цилиндрический корпус с дном, крышку с установленной в ней пружиной, зафиксированную в верхней части корпуса с помощью запирающего устройства, установленную в корпусе с зазором в виде лабиринтного уплотнения, препятствующего высыпанию частиц топлива из ампулы. Лабиринтное уплотнение выполнено на крышке в виде кольцевых канавок. Пружина служит для предотвращения перемещения загруженного в ампулу пучка твэлов при его транспортировке в горизонтальном положении.
Фиксация крышки осуществляется запорным устройством, выполненным в виде пружинного разрезного кольца, установленного в кольцевой канавке крышки и требующего при снятии крышки его сжатия стержнями механизма вскрытия крышки, воздействующими с наружной стороны ампулы через отверстия в корпусе. Кольцевая канавка снабжена внизу фаской, на которой размещается пружинное разрезное кольцо в свободном состоянии. При сцеплении крышки с корпусом и подъеме ампулы за крышку пружинное разрезное кольцо, находящееся на конической поверхности фаски, упирается в кромку кольцевой канавки, выполненной на корпусе. Пружинное разрезное кольцо выполнено из проволоки 12Х18Н10Т диаметром 3,01 мм.
К недостаткам известной ампулы относится то, что выполнение пружинного разрезного кольца из проволоки обеспечивает линейные контакты при взаимодействии кольца с кромкой кольцевой канавки корпуса и с конической поверхностью фаски на крышке, что, в свою очередь, приводит к повышенному удельному давлению на кольцо и его деформациям.
Расположение пружинного разрезного кольца на конической поверхности фаски может привести к его перекосам и при дистанционной постановке крышки в корпус к неравномерному воздействию кромки кольцевой канавки корпуса по длине кольца и возникновению местных скручивающих кольцо усилий, что также может привести к его деформациям.
На практике, на АЭС наблюдались десятки случаев невозможности установки крышки на корпус после загрузки в него пучка твэлов, вследствие деформаций пружинных разрезных колец.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении полезной модели, заключается в жесткой фиксации положения крышки относительно корпуса ампулы и сокращении продолжительности загрузки пучков твэлов в ампулы.
Для достижения названного технического результата в предлагаемой ампуле для отработавшей тепловыделяющей сборки, в отличие от известной, содержащей цилиндрический корпус с дном и крышку с установленной в ней пружиной, зафиксированную в верхней части корпуса с помощью запирающего устройства, включающего выполненные в верхней части корпуса и нижней части крышки кольцевые канавки, в кольцевых канавках корпуса и крышки выполнены конические проточки, в корпусе - в верхней части канавки, а в крышке - в нижней, с получением направленных навстречу друг другу радиусных конических зубьев при их разделении на корпусе продольными пазами, а на крышке выборками. Радиусные конические зубья на крышке выполнены с возможностью перемещения по продольным пазам корпуса и вхождения в коническую проточку корпуса. Радиусные конические зубья на корпусе выполнены с возможностью их размещения в выборках, выполненных на крышке, и вхождения в коническую проточку крышки. Угол наклона конических проточек не превышает угол трения «сталь по стали».
Выполнение в кольцевых канавках корпуса и крышки конических проточек, в корпусе - в верхней части канавки, а в крышке - в нижней, с получением направленных навстречу друг другу радиусных конических зубьев при их разделении на корпусе продольными пазами, а на крышке выборками, выполнение радиусных конических зубьев на крышке с возможностью перемещения по продольным пазам корпуса и вхождения в конические проточки корпуса, выполнение радиусных конических зубьев на корпусе с возможностью их размещения в выборках, выполненных на крышке, и вхождения в коническую проточку крышки, позволяют при вертикальном перемещении крышки перемещать ее зубья по пазам, выполненным в корпусе, и располагать их ниже конических канавок корпуса, а при последующем повороте и поднятии крышки вводить зубья крышки в конические проточки корпуса, а зубья корпуса в конические проточки крышки, обеспечивая жесткую фиксацию крышки относительно корпуса в вертикальном направлении. Снятие крышки с корпуса, осуществляемое ее вертикальным перемещением и поворотом в обратную сторону, также позволяет сократить общую продолжительность загрузки пучков твэлов в предлагаемую ампулу, по сравнению с известной, за счет исключения операций по установке, ориентированию и сжатию пружинного разрезного кольца стержнями механизма вскрытия крышки.
Выполнение угла наклона конических поверхностей впадин на корпусе и крышке, не превышающего угол трения «сталь по стали», позволяет с помощью пружины, установленной в крышке, получить при поджатии конических поверхностей зубьев крышки к коническим поверхностям зубьев корпуса силу трения, достаточную для фиксации крышки в корпусе от ее поворота и самопроизвольного расцепления с корпусом при транспортировке в горизонтальном положении.
Предлагаемая ампула иллюстрируется чертежами, на которых приведены:
на фиг. 1 - предлагаемая порожняя ампула в разрезе;
на фиг. 2 - предлагаемая ампула в разрезе с загруженным пучком твэлов;
на фиг. 3 - запирающее устройство ампулы в аксонометрической проекции;
Предлагаемая ампула (см. фиг. 1) содержит корпус 1, выполненный в виде трубы 2 с дном 3 и горловиной 4, и крышку 5. В донышке 6 крышки 5 выполнено отверстие 7, в котором через шарик 8 установлен валик 9 с прикрепленной к нему шайбой 10.
В крышке 5 выполнена расточка 11, в которой с возможностью вертикального перемещения установлена упорная втулка 12. Между шайбой 10 и упорной втулкой 12 установлена пружина 13 с предварительным сжатием, получающимся при упоре нижней кромки 14 упорной втулки 12 в кольцевой выступ 15 в крышке 5, который при установке крышки 5 на корпус 1 совпадает с верхним торцом 16 горловины 4.
Крышка 5 устанавливается на горловину 4 корпуса 1 и фиксируется на ней с помощью запирающего устройства 17.
Запирающее устройство 17 (см. фиг. 1 и 3) содержит выполненные в горловине 4 и нижней части крышки 5 кольцевые канавки 18 и 19 соответственно. В кольцевых канавках 18 и 19 выполнены конические проточки 20 и 21, причем коническая проточка 20 выполнена в верхней части канавки 18, а коническая проточка 21 в нижней части канавки 19. На горловине 4 выполнены продольные пазы 22 с образованием радиусных конических зубьев 24. На крышке 5 выполнены выборки 25 с образованием радиусных конических зубьев 26. При этом зубья 24 и 26 направлены навстречу друг другу. Радиусные конические зубья 26 на крышке 5 выполнены с возможностью вертикального перемещения по продольным пазам 22 на горловине 4, и вхождения в коническую проточку 20 корпуса, а радиусные конические зубья 24 на горловине 4 выполнены с возможностью их размещения в выборках 25 на крышке 5 и вхождения в коническую проточку 21 крышки 5. Углы α наклона конических проточек 20 и 21 равны и не превышают угол трения «сталь по стали». Поворот крышки относительно корпуса ограничен упорами 26, установленными в концах двух смежных конических зубьев 24.
Запирающее устройство 17 работает следующим образом.
При установке крышки 5 на горловину 4 порожнего корпуса 1 вручную или дистанционно в защитной камере захватом (на чертежах не показан) при загруженном в корпус 1 пучке твэлов, крышка 5 перемещается вертикально до размещения ее радиусных конических зубьев 26 ниже радиусных конических зубьев 24. При установке крышки 5 на порожний корпус 1 упорная втулка 12 упирается своей нижней кромкой 18 в кольцевой выступ 15 в крышке 5 или в верхний торец 16 горловины 4, а пружина 13 при этом сжимается.
Дальнейшим поворотом крышки 5 радиусные конические зубья 26 заводятся под радиусные конические зубья 24. При повороте крышки 5 сжатая между шайбой 10 и упорной втулкой 12 пружина 13 остается неподвижной, проворачиваясь на шарике 12, что практически исключает воздействие скручивающих усилий на пружину 13. После снятия осевого усилия с крышки 5, под действием усилия пружины 13 крышка 5 перемещается вверх, вводя радиусные конические зубья 26 в конические проточки 20, а радиусные конические зубья 24 в конические проточки 21. В результате обеспечивается жесткая фиксация крышки 5 относительно корпуса 1 в вертикальном направлении.
Так как углы наклона конических проточек 20 и 21 равны и не превышают угол трения «сталь - по стали», то при поджатии пружиной 13 радиусных конических зубьев 24 и 26 друг к другу, то возникающая сила трения между ними, обеспечивает фиксацию крышки в корпусе от ее поворота и самопроизвольного расцепления с корпусом.
При установке крышки 5 на корпус 1 с загруженным в него пучком твэлов (см. фиг. 2) пружина 13, упирающаяся в торец пучка твэлов, сжимается с еще большим усилием, обеспечивая большее усилие поджатая радиусных конических зубьев 24 и 26 друг к другу, и более надежную фиксацию крышки 5 в корпусе 1.
Для снятия крышки 5 с горловины 4 необходимо сначала подать крышку 5 вниз, сжимая пружину 13 и вывести радиусные конические зубья 26 из конических проточек 20, а затем повернуть крышку 5 до совмещения радиусных конических зубьев 26 с продольными пазами 22 с одновременным введением радиусных конических зубьев 24 в выборки 25 на крышке 5.
При этом запирающим устройством 17 обеспечивается жесткая фиксация крышек 5 с корпусами 1 при транспортировке их в горизонтальном положении контейнера железнодорожным транспортом.
На АЭС с помощью имеющихся захвата и копирующих манипуляторов крышки 5 снимаются с корпусов 1. В защитной камере пучки твэлов устанавливаются в корпуса 1 ампул, после чего с помощью захвата и копирующего манипулятора на корпуса 1 устанавливаются крышки 5.
Далее загруженные пучками твэлов ампулы устанавливаются в ячейки транспортного контейнера, в котором транспортируются в сухое хранилище.