УСТРОЙСТВО РАЗДЕЛКИ ДВУХПУЧКОВОЙ ТОПЛИВНОЙ СБОРКИ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА Российский патент 1996 года по МПК G21C19/00 G21C19/34 G21C21/00 

Изобретение относится к ядерной энергетике и может быть использовано на АЭС для разделки двухпучковых топливных сборок ядерных реакторов.

Известно устройство для разделки отработавших топливных сборок ядерного реактора (US, N 4522780, кл. 376/260). Это устройство содержит кантователь, размещенный в бассейне выдержки, механизм удаления крышек кантователя и средство для обеспечения доступа к твэлам, включающее в себя устройство резки сварного шва, систему отсоса стружки и устройство для удаления винтов.

Это устройство не может быть применено для разделки двухпучковой топливной сборки ядерного реактора, что обусловлено конструктивными особенностями этой сборки.

Топливная сборка этого типа состоит из двух пучков твэлов, образованный твэлами, размещенными в дистанционирующих решетках, которые жестко соединены с каркасной трубой. Через каркасную трубу проходит несущий стержень. Нанизанные на несущий стержень пучки твэлов зафиксированы на стержне с помощью верхнего и нижнего хвостовиков. Пучки твэлов отделены друг от друга втулкой, размещенной на выступающих концах каркасной трубы. Нижний хвостовик закреплен на несущем стержне с помощью крепежного средства, выполненного в виде гайки, застопоренной на несущем стержне. К верхнему хвостовику прикреплена подвеска. Каждый пучок твэлов снабжен силовой решеткой, расположенной в той части пучка, которая примыкает к соответствующему хвостовику (И.Я.Емельянов и др. Конструирование ядерных реакторов. М. Энергоиздат, 1982, с. 189 194, рис. 7. 14).

Впервые разделка такой сборки была осуществлена в камере разделки Ленинградской АЭС. Эта камера содержит экран, шахту разделки, кантователь со съемным чехлом для разделываемой сборки, отрезной станок, зажимное устройство и манипулятор (Оборудование отделения разделки, комплекс 552. Технические условия на поставку. N 1323414, ЦКБМ, 1977).

Недостатком такой камеры является длительность процесса разделки топливной сборки, малая производительность и недостаточная надежность, обусловленные тем, что в процессе разделки имеет место многократное перемещение самой топливной сборки, чехла кантователя, и топливной сборки, загруженной в чехол, между отрезным станком, кантователем и шахтой разделки.

Известна камера разделки двухпучковой топливной сборки (авт. св. СССР N 1250081, кл. G 21 F 7/06), содержащая перемещающийся в камере кран, шахту разделки, установленный в шахте разделки с возможностью вертикального перемещения кантователь с чехлом и приводом поворота чехла, отрезной станок, зажимное устройство и манипулятор. Эта камера лишена многих недостатков присущих камере разделки на Ленинградской АЭС. Однако используемое оборудование спроектировано и смонтировано в камере разделки таким образом, что в процессе разделки топливной сборки имеются две операции, связанные с резкой; отрезка подвески топливной сборки и разрезка перемычки между пучками твэлов. В процессе этих операций особую сложность представляет операция по удалению стружки. Просыпавшаяся стружка может попасть между твэлами пучков и удалить ее оттуда очень сложно. Кроме того, при резке перемычки втулка разрезается на две части, кроме того, отрезается часть каркасной трубы, которые необходимо удалить и которые могут быть причиной различных аварийных ситуаций.

Наиболее близкой по своей технической сущности к изобретению является камера для разделки двухпучковых сборок ядерного реактора (патент РФ N 1819479, кл. G 21 F 7/06).

Эта камера содержит двухсекционный пенал, на нижнем торце которого выполнен опорный узел под нижний хвостовик топливной сборки, отрезной станок и манипулятор. Двухсекционный пенал устанавливается в чехол кантователя, а сам кантователь размещен в шахте разделки с возможностью вертикального перемещения в шахте.

Пенал выполнен из двух разъемных секций, соединяемый между собой с помощью быстроразъемного соединения. Применение пенала является положительным моментом, так как все последующие манипуляции проводит не с хрупкой отработавшей топливной сборкой, а с прочным пеналом.

Другим положительным моментом является то, что при разделке топливной сборки вторую разрезку осуществляют не перемычки, а нижнего крепежного средства. По этой причине проблема удаления стружки стоит менее остро, поскольку при отрезке нижнего крепежного средства эта стружка попасть в пучок твэлов не может.

Оборудование, которое используется для разделки топливной сборки, стало значительно сложнее, появилось дополнительное оборудование, и как следствие увеличилась продолжительность цикла разделки топливной сборки.

Технической задачей изобретения является упрощение способа разделки, повышение его безопасности и сокращение цикла разделки.

Задача изобретения разработка устройства для разделки двухпучковой топливной сборки ядерного реактора, конструктивное исполнение которого позволило бы упростить способ разделки, повысить его безопасность и сократить цикл разделки.

Эта задача решается тем, что устройство разделки двухпучковой топливной сборки ядерного реактора, содержащее вертикально установленный двухсекционный пенал с опорой под нижний хвостовик топливной сборки и средство разрушения крепежного средства нижнего хвостовика топливной сборки, согласно изобретению устройство разделки снабжено устройством, содержащим основание для закрепления верхней секции пенала, нижняя секция пенала выполнена с возможностью перемещения под действием привода вдоль верхней секции пенала, средство разрушения крепежного средства нижнего хвостовика выполнено в виде ключа, установленного на приводе поворота средства разрушения крепежного средства нижнего хвостовика топливной сборки со стороны нижнего торца пенала с возможностью поворота нижнего крепежного средства, а на нижней секции пенала коаксиально ее продольной оси смонтированы подпружиненные элементы с возможностью взаимодействия с каналами нижнего хвостовика топливной сборки.

Целесообразно ключ разместить на вращающейся части поворотного средства так, чтобы его ось вращения была бы установлена с эксцентриситетом относительно продольной оси пенала.

Желательно к ключу соосно его продольной оси присоединить емкость.

Такое конструктивное выполнение устройства разделки двухпучковой топливной сборки обеспечивает простоту и безопасность проведения операций по разделке топливной сборки, поскольку все операции осуществляются в пенале.

Кроме того, предлагаемое устройство разделки позволяет сократить цикл разделки топливной сборки в связи с отсутствием транспортных операций, а также исключить операции, связанные с образованием стружки и необходимостью ее удаления.

На фиг.1 представлена двухпучковая топливная сборка, подлежащая разделке; на
фиг.2 разрез А-А на фиг.1; на
фиг.3 разрез Б-Б на фиг.1; на
фиг.4 частичный продольный разрез устройства разделки;
на фиг.5 разрез нижней секции пенала с опорным узлом;
на фиг.6 разрез верхней секции пенала с прижимным упором;
на фиг.7 разрез верхней секции пенала с воронкой и захватом;
на фиг.7 разрез нижней части устройства разделки.

Двухпучковая топливная сборка 1 (фиг.1 3) состоит из двух пучков твэлов 2 и 3, образованных твэлами 4, размещенными в силовой 5 и дистанционирующих 6 решетках, которые жестко соединены с каркасной трубой 7. Через каркасные трубы 7 проходит несущий стержень 8. Нанизанные на несущий стержень 8 пучки твэлов 2 и 3 зафиксированы на стержне 8 с помощью верхнего 9 и нижнего 10 хвостовиков. Пучки твэлов 2 и 3 отделены друг от друга втулкой 11, размещенной на выступающих концах каркасных труб 7. Нижний хвостовик 10 закреплен на несущем стержне 8 с помощью крепежного средства 12, выполненного в виде гайки, застопоренной на несущем стержне 8. К верхнему хвостовику 9 прикреплена подвеска 13.

Предлагаемое устройство разделки 14 (фиг.4) двухпучковой топливной сборки 1 ядерного реактора согласно изобретению содержит двухсекционный пенал 15. Пенал 15 установлен на неподвижном основании 16 поворотного устройства 17, которое располагается на верхнем торце емкости 18. Пенал 15 находится практически весь внутри емкости 18, которая может быть смонтирована либо в бассейне выдержки, либо в шахте помещения разделки. Емкость 18 и пенал 15 заполнены водой.

Пенал 15 выполнен из двух секций 19 и 20 и снабжен зажимным средством, выполненным в виде опорного узла 21 под нижний хвостовик топливной сборки, расположенного в нижней секции 20 пенала, и взаимозаменяемыми расположенными в верхней секции 19 пенала прижимного упора 22 и воронки 23 с захватом 24. Захват 24 установлен с возможностью перемещения вдоль продольной оси воронки.

Выполнение зажимного средства в виде опорного узла 21 и прижимного упора 22, разнесенных на значительное расстояние друг от друга, обеспечивает простую и надежную фиксацию отработавшей топливной сборки в пенале.

Нижняя секция 20 пенала выполнена в виде трубы 25, на верхнем торце которой размещен фланец 26. На противоположном конце трубы 25 размещен опорный узел 21 (фиг.5), выполненный в виде двух неуравновешенных рычагов 27, снабженных базовыми поверхностями 28 и выступами 29, взаимодействующими с силовой решеткой топливной сборки 1. В силу своей неуравновешенности рычаги 27 стремятся развернуться вокруг осей 30 и занимают положение, при котором внутри трубы 25 частично располагаются только базовые поверхности 28 этих рычагов. Перевод рычагов 27 из свободного состояния в рабочее положение осуществляется автоматически топливной сборкой при воздействии нижнего хвостовика 10 сборки на базовые поверхности этих рычагов.

Верхняя секция 19 пенала выполнена в виде патрубка 31 и жестко связанных с ним стержней 32, проходящих через фланец 26. Ниже фланца 26 стержни 32 закреплены в диске 33, охватывающем трубу 25.

Прижимной упор 22 (фиг.6) установлен с возможностью перемещения вдоль оси патрубка 31 и снабжен средством фиксации 34.

Благодаря этому в пенале 15 надежно могут быть закреплены топливные сборки различной длины. Для обеспечения определенного азимутального положения прижимного упора 20 в патрубке 31 и упрощения его крепления в патрубке, прижимной упор 22 снабжен радиально расположенными выступами 35, патрубок 31
ответными пазами 36, а средство фиксации 34 выполнено в виде невыпадающих болтов.

Воронка 23 (фиг.7) выполнена в виде стакана 34, и расположенных внутри стакана, цилиндра 38 и стержня 39. К нижнему торцу цилиндра 38 прикреплена цанговая втулка 40 захвата 24, а к нижнему торцу стержня 39 управляющий шток 41, который в процессе своего перемещения вступает во взаимодействие с цанговой втулкой 40. На противоположном конце стержня 39 имеется винт 42 сцепленный с гайкой 43. Винт снабжен средством (не показано) исключающим его вращение, но не препятствующим его перемещению. Гайка 43 выполнена в ступице конического зубчатого колеса 44 сцепленного с другим зубчатым колесом 45. Зубчатое колесо 45 имеет рукоятку вращения 45. Оба зубчатых колеса 44, 45 размещены в корпусе 47, установленном на фланце 48 верхнего торца цилиндра 38. Корпус 47 имеет грибок 49 под захват тросовой тележки (не показана) помещения разделки.

Цилиндр 38 снабжен двумя центрирующими поясками 50, обеспечивающими направленное перемещение цилиндра внутри стакана 37. Расстояние между верхним центрирующим пояском 50 и фланцем 48 выбрано из расчета, обеспечивающим в начальный момент установку стакана 37 на выгружаемом пучке твэлов, а затем обеспечение ввода захвата 24 внутри каркасной трубы 7 топливной сборки 1. Этим достигается надежный ввод захвата внутрь каркасной трубы несмотря на ее малый диаметр порядка 12 мм и большую длину воронки 23, достигающей несколько метров, выбранной из условия обеспечения радиационной защиты оператора, обслуживающего устройство разделки.

На неподвижном основании 16 поворотного устройства 17 установлен привод 51 перемещения нижней секции 20 пенала относительно его верхней секции 19. Привод 51 может быть выполнен в виде лебедки, на барабанах 52 которой намотан канат 53, закрепленный во фланце 26 нижней секции 20 пенала 15.

На вращающейся части 54 поворотного средства 17 закреплены два расположенные вдоль продольной оси пенала 15, элемента 55, скрепленных между собой третьим элементом 56. На этом элементе 56 размещен ключ 17 совместно с емкостью 58. Ключ 57 смонтирован с возможностью взаимодействия с крепежным средством 12 нижнего хвостовика 10 топливной сборки 1. Целесообразно ключ выполнить подпружиненным и сцепить его с третьим элементом 56 с помощью скользящего шпоночного соединения. Емкость 58 целесообразно присоединить к ключу соосно его продольной оси с образованием сквозного прохода между ними (фиг. 8), а сам ключ желательно разместить на третьем элементе 56 таким образом, чтобы его ось вращения была бы эксцентрична продольной оси нижней секции 20 пенала 15. В этом случае отделение нижнего крепежного средства 12 будет осуществляться путем среза несущего стержня 8, при этом разрушение несущего стержня будет происходить в его резьбовой части (фиг.3), которая имеет наименьшее поперечное сечение, а кроме того является сосредоточением концентраторов напряжения.

Вращающаяся часть 54 поворотного средства 17 снабжена рукояткой поворота 59. На нижней секции 20 пенала 15 смонтированы подпружиненные элементы 60, установленные с возможностью взаимодействия с каналами нижнего хвостовика 10 топливной сборки 1.

Разделка отработавшей топливной сборки осуществляется в следующей последовательности. Захватом тележки бассейна выдержки (не показана) отработавшая топливная сборка, подлежащая разделке, поднимается над бассейном выдержки и переносится к устройству разделки 14. Когда тележка займет положение над устройством разделки, она будет остановлена, а отработавшая топливная сборка будет опущена в пенал 15. В процессе перемещения отработавшей топливной сборки внутри пенала 15 нижний хвостовик 10 двухпучковой топливной сборки 1 войдет в контакт с базовыми поверхностями 28 рычагов 27 и осуществит их разворот до контакта выступов 29 с наружной поверхностью силовой решетки 5 нижнего пучка твэлов. Таким образом, нижняя часть отработавшей двухпучковой топливной сборки будет зафиксирована опорным узлом 21, при этом крепежное средство 12 с частью нижнего хвостовика 10 будет расположено под рычагами 27 за пределами нижнего торца нижней секции 20 пенала 15, контактируя с ключом 57, а элементы 60 войдет в отверстия нижнего хвостовика 10 топливной сборки 1.

Все вышеперечисленные действия над отработавшей топливной сборкой осуществляются при дистанционном управлении оборудованием.

После того как отработавшая топливная сборка будет установлена в пенал 15, а ее активная часть, т.е. нижний 3 и верхний 2 пучки твэлов, будет находиться на требуемой глубине под водой, обеспечивающей необходимую биологическую защиту, все последующие операции осуществляются оператором, находящимся на неподвижном основании 16 поворотного устройства 17.

Захват тележки отцепляют от подвески 13 сборки и устанавливают в верхнюю секцию 19 пенала прижимной упор 22. Его радиально расположенные выступы 35 совмещают с ответными пазами 36 и после как прижимной упор войдет в контакт с верхним хвостовиком 9 сборки 1, осуществляют фиксацию прижимного упора с помощью средств фиксации 34 в верхней секции 19 пенала 15. Таким образом, подлежащая разделке двухпучковая топливная сборка будет надежно зафиксирована в пенале 15.

Затем приступают к операции отделения крепежного средства 12 от несущего стержня 8. Оператор за рукоятку 59 поворачивает вращающуюся часть 54 поворотного средства 17. Вместе с поворотной частью 54 поворачиваются вытянутые элементы 55, соединяющий их третий элемент 56, ключ 57 и емкость 58. При повороте ключа происходит разрушение стержней 8, при этом хвостовик 10 удерживается от проворота элементами 60. Практика показала, что самым слабым местом несущего стержня 8 является место выхода резьбы крепежного средства 12 нижнего хвостовика 10 на несущем стержне 8.

Разрушенный конец несущего стержня вместе с крепежным средством 12 проходит через отверстие ключа 57 и падает в емкость 58, чем достигается высокая безопасность операций по разделке топливной сборки.

После этого с помощью крюка тележки (не показана) удаляют оставшийся несущий стержень 8, верхний хвостовик 9 и подвеску 13. Освобождают средства фиксации 34 и осуществляют удаление прижимного упора 22, а на его место устанавливают воронку 23. Воронку за грибок 49 переносят к пеналу 15 и опускают на торец верхнего пучка твэлов 2 с помощью все той же тележки. В подвешенном состоянии воронки ее верхний центрирующий поясок 50 контактирует с нижним торцом фланца 48. Поэтому при опускании воронки первым входит в контакт с пучком твэлов стакан 37. Только после того, как стакан 37 опустился на торец верхнего пучка твэлов 2, начнут перемещаться вниз цилиндр 38 и захват 24. Это перемещение будет продолжаться до тех пор, пока фланец 48 не войдет в контакт с торцом стакана 37, при этом захват 24 окажется внутри каркасной трубы 7 пучка твэлов.

При вращении рукоятки 46 движение через пару конических зубчатых колес 44, 45 и винтовую пару, образованную гайкой 43 и винтом 42, вызовет перемещение вверх стержня 39 и управляющего штока 41. Последний, входя в контакт цанговой втулкой 40, обеспечит ее прижим к внутренней поверхности каркасной трубы 7 верхнего пучка твэлов 2.

Далее тележкой верхний пучок твэлов 2 вместе с воронкой 23 извлекается из пенала. Верхний пучок твэлов переносится к месту расположения чехлов для пучков твэлов и устанавливается в транспортный контейнер (не показан). Затем осуществляют подъем нижней секции 20 пенала 15 на высоту, при которой верхний торец нижнего пучка твэлов 3 займет то же положение, что и занимал до этого верхний пучок твэлов 2. Для этого приводом 51 наматывают трос 53 на барабан 52. Такое конструктивное выполнение пенала 15 позволяет с одной стороны сократить цикл разделки (отсутствует перенос пенала), а с другой стороны уменьшить размеры помещения, в котором размещается пенал. Кроме того, подобное решение позволяет разместить пенал с необходимыми механизмами в единой емкости, что позволяет повысить безопасность процесса разделки.

Удаление нижнего пучка твэлов 3 осуществляется аналогичным образом, что и удаление верхнего пучка твэлов 2 с использованием тех же средств.

Таким образом, предлагаемая конструкция устройства разделки позволяет упростить способ разделки, повысить его безопасность и сократить цикл разделки.

Сущность изобретения: устройство содержит две секции лекала с приводом перемещения нижней секции вдоль верхней секции. Средство разрушения крепежного элемента нижнего хвостовика топливной сборки выполнено в виде ключа, установленного под нижним торцом лекала с возможностью поворота средства разрушения в горизонтальной плоскости. Ниже ключа расположена емкость для приема нижнего хвостовика. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Устройство разделки двухпучковой топливной сборки ядерного реактора, содержащее вертикально установленный двухсекционный пенал с опорой под нижний хвостовик топливной сборки и средство разрушения крепежного средства нижнего хвостовика топливной сборки, отличающееся тем, что устройство разделки снабжено основанием для закрепления верхней секции пенала и приводов, нижняя секция пенала выполнена с возможностью перемещения посредством привода вдоль верхней секции пенала, средство разрушения крепежного средства нижнего хвостовика топливной сборки выполнено в виде ключа, установленного со стороны нижнего торца пенала с возможностью поворота средства разрушения в горизонтальной плоскости посредством привода, а на нижней секции пенала коаксиально ее продольной оси смонтированы подпружиненные элементы с возможностью взаимодействия с каналами нижнего хвостовика топливной сборки. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что ось вращения ключа установлена с эксцентриситетом относительно продольной оси пенала. 3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что к ключу соосно с его продольной осью присоединена емкость.