СПОСОБ ТРАНСПОРТИРОВКИ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩЕЙ СБОРКИ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА
METHOD OF TRANSPORTING NUCLEAR REACTOR FUEL ASSEMBLY

Изобретение относится к атомной энергетике и может найти применение на предприятиях по изготовлению тепловыделяющих сборок (ТВС) для энергетических ядерных реакторов ВВЭР-1000.
Известен способ транспортировки ТВС, включающий ее загрузку грузоподъемными механизмами в многооборотную тару с предварительным помещением во влагонепроницаемый чехол в грузовом положении, герметизацию крышками по ее торцам, крепление тары при помощи фиксирующих элементов между собой и к транспортному средству с соблюдением необходимого дистанционирования ТВС относительно друг друга для обеспечения норм ядерной безопасности (см. а.с. СССР №1009920, 1981 г.).
Приведенный способ транспортировки обеспечивает оптимальное распределение нагрузки от веса ТВС по всем предназначенным для этого элементам ее конструкции и предусматривает использование воздушного, морского, железнодорожного и автомобильного транспорта. Тара является защитным средством от неблагоприятной среды и динамических нагрузок, сохраняет геометрические параметры ТВС при любом положении в пространстве.
Однако использование многооборотной тары экономически оправдано при транспортировке ТВС между объектами атомной энергетики: завод-изготовитель - атомная станция. В процессе изготовления ТВС возникает необходимость ее транспортировки вдоль технологического потока в горизонтальном и в вертикальном положениях, в которых осуществляются основные технологические операции. Конструкция многооборотной тары такова, что позволяет осуществлять загрузку и выгрузку ТВС только в вертикальном положении и требует применения дополнительных грузоподъемных механизмов и устройств ориентации тары в вертикальной плоскости для их реализации. Использование многооборотной тары значительно усложняет технологию производства, увеличивает трудоемкость изготовления ТВС, снижает производительность технологического процесса.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ транспортировки тепловыделяющей сборки, продольная ось которой расположена горизонтально, а два противолежащих угла гексагональных решеток находятся в вертикальной плоскости, включающий захват тепловыделяющей сборки охватом, состоящим из восьми пар захватных лап, предварительно спозиционированных узлом пространственной ориентации относительно продольного и поперечного габарита тепловыделяющей сборки, расположенной в станке для сборки, за нижние грани восьми решеток, расположенных через одну, фиксацию захватных лап в транспортном положении и доставку узлом пространственной ориентации на необходимую позицию технологического потока (см. патент RU 2113343, 1996 г. - прототип).
Известно, что ТВС ядерного реактора ВВЭР-1000 включает в себя пятнадцать дистанционирующих и одну нижнюю, расположенную с края тепловыделяющей сборки, гексагональных решетки, распределенных по длине ТВС через 250 мм друг от друга. По торцам тепловыделяющей сборки расположены головка и хвостовик. Дистанционирующие решетки осуществляют расположение тепловыделяющих элементов между собой с шагом 12,75 мм, что обеспечивает необходимое охлаждение и гидравлические характеристики активной зоны. Нижняя решетка служит для крепления тепловыделяющих элементов от продольного смещения (см. Разработка, производство и эксплуатация ТВЭЛов энергетических реакторов. Книга 1, под редакцией Ф.Г.Решетникова, М.: Энергоатомиздат, 1995 г., с.183-185).
Известно, что стержневые тепловыделяющие элементы при диаметре 9,1 мм и длине 4000 мм имеют практически нулевую жесткость, что делает невозможным их использование при транспортировке. В качестве грузовых элементов выступают грани гексагональных решеток, воспринимающих нагрузки, поперечные продольной оси тепловыделяющей сборки. Допустимая величина нагрузки на одну решетку составляет 110 кг. При действии усилий в продольном для тепловыделяющей сборки направлении грузовыми элементами служат головка и хвостовик, связанные между собой направляющими каналами.
В связи с вышеизложенным можно сделать выводы о недостатках способа-прототипа.
Способ-прототип обеспечивает транспортировку тепловыделяющей сборки с количеством решеток, равным 16, из которых 7 дистанционирующих и нижняя используются как транспортные, расположенные через одну, начиная от нижней решетки, остальные 8 дистанционирующих решеток играют роль опор для расположения в станках сборки ТВС, при этом выполняется условие обеспечения допустимой нагрузки на одну решетку: 110 кг при равномерном распределении веса ТВС по нагруженным решеткам.
Согласно требованиям, предъявляемым к ТВС, геометрические размеры строго регламентируются, деформации ограничиваются, поскольку ТВС, не отвечающая этим требованиям, зависнет в канале ядерного реактора и приведет к аварийной ситуации на атомной станции. Конструкционные материалы должны иметь низкое сечение паразитного захвата нейтронов, а их объемная доля должна быть минимальной (см. там же, с.44). Объемная же доля конструкционных материалов дистанционирующих решеток в ТВС для ядерного реактора ВВЭР-1000, транспортируемой по способу-прототипу, довольно высока и составляет 15 штук.
Способ-прототип транспортировки ТВС из-за ограничений по удельной нагрузке на одну решетку неприемлем для транспортировки ТВС с количеством дистанционирующих решеток меньше 15. Тепловыделяющая сборка нового поколения при прежнем габарите и весе имеет 12 дистанционирующих и одну нижнюю решетку (см. журнал Атомная энергия. Том 99, Вып.6. Декабрь 2005 г., с.433-434). Способ-прототип не позволяет использовать решетки, предназначенные для опоры в станках сборки ТВС, в качестве транспортных и наоборот. При транспортировке манипулятором с восемью парами захватных лап, расположенных согласованно с расстоянием между решетками ТВС нового поколения, только пять решеток могут быть задействованы в качестве опорных в станке сборки ТВС. Это приведет к превышению допустимой нагрузки в 110 кг на одну решетку и составит 141 кг на решетку.
Повышенная нагрузка на решетку вызовет ее деформацию и повреждение оболочек, находящихся в ней, что является провоцирующим фактором проявления разъедающей коррозии, появляющейся в результате истирания металла между соприкасающимися поверхностями даже при отсутствии коррозионной среды (см. Металлургия циркония. Пер. с англ. Под ред. Г.А.Меерсона и Ю.В.Гагаринского. - М., 1959 г., с.298). Забоины, вмятины, нарушение геометрии тепловыделяющей сборки при использовании способа-прототипа могут привести к локальной коррозии тепловыделяющего элемента в канале ядерного реактора и его разгерметизации. Кроме того, способ-прототип не позволяет транспортировать ТВС в вертикальном положении, что необходимо для выполнения операций мойки, сушки и загрузки ТВС в транспортный контейнер.
Технической задачей изобретения является создание способа транспортировки тепловыделяющей сборки ядерного реактора, позволяющего исключить повреждения тепловыделяющей сборки преимущественно нового поколения, изготовленной с расширенными технологическими возможностями.
Эта техническая задача решается тем, что в способе транспортировки тепловыделяющей сборки, преимущественно с количеством дистанционирующих решеток менее пятнадцати, продольная ось которой расположена горизонтально, а два противолежащих угла дистанционирующих решеток гексагональной формы находятся в вертикальной плоскости, включающем захват тепловыделяющей сборки охватом, выполненным из восьми пар захватных лап, за ее нижние грани, расположенные симметрично относительно вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось ТВС, с равномерным распределением нагрузки по длине ТВС, фиксацию захватных лап в транспортном положении, доставку узлом пространственной ориентации на необходимую позицию технологического потока, согласно изобретению ограничения удельной нагрузки на каждую решетку достигают путем применения платформы-спутника, рабочие поверхности которой покрыты мягким полимерным материалом и образуют контур, повторяющий с одной стороны конфигурацию нижних граней дистанционирующей решетки, а с другой стороны - конфигурацию захватных лап в сомкнутом положении с поперечной жесткостью, исключающей контакт платформы-спутника с тепловыделяющими элементами, при этом предварительно размещают платформу-спутник под нижними гранями каждой дистанционирующей решетки вдоль продольной оси тепловыделяющей сборки, а при переводе тепловыделяющей сборки в вертикальное положение используют захват, взаимодействующий с предусмотренными на головке тепловыделяющей сборки двумя выступами.
Другим отличием является то, что в качестве мягкого полимерного материала используют капролактам.
Применение платформы-спутника позволяет нагружать одновременно и равномерно все дистанционирующие и нижнюю решетку, что снижает удельную нагрузку на одну решетку, выполнить требование по допустимой нагрузке 110 кг для ТВС с количеством дистанционирующих решеток меньше 15.
Применение покрытия из капролактама исключит нанесение царапин, забоин и вмятин на контактируемые грани решеток.
Применение захвата для транспортировки тепловыделяющей сборки в вертикальном положении с использованием грузовых средств расширяет возможности ее изготовления в едином технологическом потоке, обеспечивая загрузку и выгрузку в камеры мойки, сушки и в транспортный контейнер, предусматривающие вертикальное положение тепловыделяющей сборки.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На чертежах представлен способ транспортировки тепловыделяющей сборки:
фиг.1 - ТВС в горизонтальном транспортном положении;
фиг.2 - ТВС в горизонтальном транспортном положении (разрез поперечный);
фиг.3 - ТВС в вертикальном транспортном положении.
ТВС ядерного реактора ВВЭР-1000 содержит от 12 до 15 дистанционирующих решеток 1, в зависимости от ее модификации, из сплава циркония с креплением их на каналах направляющих 2, с тепловыделяющими элементами 3, дистанциированными относительно друг друга во внутреннем поле решеток 1, нижнюю решетку 4 с креплением в ней концов тепловыделяющих элементов 3, каналов направляющих 2 и хвостовика 5, головки 6, закрепленной на концах каналов направляющих 2 с противоположной от хвостовика 5 стороны и имеющей два грузовых выступа 7.
Для осуществления способа транспортировки ТВС используют платформу-спутник 8 с покрытием внутренней поверхности мягким полимерным материалом 11 для установки дистанционирующих решеток 1 и нижней решетки 4 с канальными направляющими 2 и последующей транспортировки собранной ТВС, восемь пар захватных лап 9, захват 10 для стыковки с выступами 7 головки 6.
Способ транспортировки ТВС осуществляют следующим образом.
При транспортировке ТВС с количеством дистанционирующих решеток меньше пятнадцати платформу-спутник 8 при помощи схвата, состоящего из восьми пар захватных лап 9, устанавливают в ложементы (не показаны) станка для сборки ТВС с последующим размещением на ней дистанционирующих 1 и нижней 4 решеток, закрепленных в виде жесткого каркаса на каналах направляющих 2, двумя нижними гранями каждой решетки на опорные поверхности платформы-спутника, покрытые мягким полимерным материалом 11. После снаряжения тепловыделяющими элементами 3 с последующей пристыковкой головки 6 и хвостовика 5 следует ориентация захватных лап 9 узлом пространственной ориентации (не показан) относительно продольного и поперечного габарита ТВС с последующим захватом восемью парами захватных лап 9 платформы-спутника 8 с размещенной на ней ТВС, их фиксацией в транспортном положении (узел фиксации не показан) и доставкой узлом пространственной ориентации на следующую технологическую позицию. При этом благодаря конфигурации платформы-спутника 8, соответствующей профилю решетки и захватных лап, происходит равномерное распределение нагрузки по всем решеткам 1 и 4 с выполнением условия непревышения допустимой нагрузки на одну решетку, а полимерное покрытие ее рабочих поверхностей, контактирующих с гранями решеток, предохраняет их от повреждения. Для выполнения дальнейших технологических операций ТВС переводят в вертикальное положение методом кантования с использованием в качестве опорного элемента хвостовика 5, а в качестве транспортного средства захвата 10, имеющего возможность взаимодействия с предусмотренными на головке 6 двумя выступами 7 и с грузоподъемными механизмами. Нагрузка при кантовании перераспределяется с решеток 1 и 4 на хвостовик 5, а при транспортировке - на выступы 7 головки 6.
Таким образом, ТВС перемещается на операции мойки, сушки и загрузки в транспортный контейнер в едином технологическом потоке. Освободившуюся в станке сборки ТВС платформу-спутник 8 захватными лапами 9 при помощи узла пространственной ориентации возвращают на исходную позицию.