УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТОПЛИВНОЙ СБОРКИ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА Российский патент 1997 года по МПК G21C17/06 G21C19/02 G21C19/32 

Изобретение относится к ядерной энергетике и может быть использовано на АЭС с реактором типа РБМ-К, на котором применяются двухпучковые топливные сборки.

Известна топливная сборка, состоящая из двух пучков твэлов, нанизанных на несущем стержне и зафиксированных на стержне с помощью верхнего и нижнего хвостовиков. К верхнему хвостовику прикреплена подвеска, состоящая из стержня, на котором последовательно с промежутками между собой установлены биологическая защита, вытеснитель и уплотнительная пробка. С помощью подвески топливная сборка извлекается из реактора и переносится в бассейн выдержки, заводится в узкие щели, образованные параллельно идущими металлоконструкциями, образующими перекрытие бассейна выдержки, и подвешивается на них /1/.

Как показал опыт эксплуатации двухпучковых топливных сборок, в большинстве случаев в процессе эксплуатации происходит повреждение какого-то одного пучка твэлов, а в 90 случаев поврежденным оказывался один из наружных твэлов пучка. По этой причине в бассейнах выдержки АЭС с реакторами типа РБМ-К скопилось большое количество топливных сборок, которые могут быть возвращены в топливный цикл в случае удаления (замены) поврежденного твэла.

Ранее было предложено устройство для контроля топливной сборки ядерного реактора /2/. Устройство содержит вертикальную неподвижную стойку, с одной стороны которой смонтированы верхний и нижний узел для удержания тепловыделяющей сборки в вертикальном положении с той же стороны стойки. Нижняя каретка с приводом расположена с той же стороны стойки, что и вышеуказанные узлы, соединяется со стойкой по типу кронштейна и может перемещаться по вертикали вдоль тепловыделяющей сборки. На каретке установлен прибор для измерения огибающей тепловыделяющей сборки и при ее остановке на требуемой отметке.

Предложенное устройство имеет узкую направленность.

Известно также устройство для измерения кассет с тепловыделяющими элементами /3/. Устройство предназначено для контроля внешней геометрии кассет с топловыделяющими элементами и тепловыделяющих элементов с помощью измерения наружной поверхности по всему поперечному сечению и на всей ее длине. Устройство расположено в бассейне выдержки, содержащем борированную воду. Предусмотрено не зависящее от вибраций и не подверженное износу устройство для обмера наружной геометрии объекта. Для этого на измерительном суппорте выполнена опора, на которой находятся бесконтактные датчики линейного размера. В качестве датчиков могут использоваться, например, индуктивные датчики вихревых токов. При выполнении направляющей суппорта со стороны устройства, направленной к объекту измерений, возможно поддержание весьма малого расстояния от плоскости измерения, так что вибрации, например, вследствие постороннего влияния привода суппорта, не трансформируются в положительном направлении, искажая результаты измерений.

Это устройство по сравнению с ранее приведенным имеет определенное преимущество, которое заключается в том, что кроме контроля внешней геометрии кассеты, устройство позволяет осуществить контроль внешней геометрии тепловыделяющих элементов. Однако как и первое устройство оно имеет узкую направленность.

Наиболее близкими по своей технической сущности по отношению к заявляемому является устройство для контроля топливной сборки ядерного реактора, содержащее устанавливаемые в бассейне выдержки средство вертикального перемещения вдоль контролируемой топливной сборки каретки с приборами контроля /4/.

В известном устройстве механизм перемещения средств контроля образован первой кареткой, движущейся по настилу; колонной, жестко связанной с первой кареткой; консолью, перемещаемой по колонне, и второй кареткой, перемещаемой по консоли в поперечном направлении, причем средства контроля закрепляются на второй каретке. На этом же настиле расположено средство размещения и закрепления топливной сборки.

Это устройство имеет большие габариты, для его установки в бассейне выдержки необходимо выделить специальное место. Поэтому такое устройство не может быть применено для контроля топливных сборок реакторов типа РБМ-К с их конструкцией бассейнов выдержки. Кроме того, данное устройство предназначено для контроля квадратных в сечении топливных сборок. В процессе контроля такой сборки осуществляется контроль со стороны одной поверхности топливной сборки. Затем сборку нужно расфиксировать, приподнять с помощью захватного устройства, например, крана бассейна выдержки, повернуть на 90^o, зафиксировать и снова провести контроль со второй стороны топливной сборки. При таком способе контроля средство контроля должно совершить в процессе контроля множество перемещений, что связано с большой затратой времени. Кроме того, такое устройство имеет сложную конструкцию.

Целью изобретения является упрощение монтажа и демонтажа устройства контроля, а также упрощение его обслуживания.

В основу изобретения была положена задача разработать устройство для контроля топливных сборок ядерного реактора типа РБМ-К, которое можно разместить в существующих на этих реакторах бассейнах выдержки без проведения дополнительных работ по приспособлению бассейнов выдержки к устройствам для контроля, осуществить быстрый и простой монтаж и демонтаж устройства для контроля.

Эта задача решается тем, что в устройстве для контроля топливной сборки ядерного реактора, содержащего устанавливаемые в бассейн выдержки средство для размещения и крепления топливной сборки и средство вертикального перемещения вдоль контролируемой топливной сборки каретки с приборами контроля, согласно изобретению оба средства выполнены в виде модулей с опорными площадками, размещенными в соседних щелевых перекрытиях бассейна выдержки и устанавливаемыми опорными площадками на металлоконструкции этих щелевых перекрытий, при этом модуль средства размещения и крепления топливной сборки содержит установленные на опорной площадке узел размещения и поворота топливной сборки и отходящие вверх и вниз стойки с узлами крепления топливной сборки, причем узел размещения и поворота топливной сборки, верхний узел ее крепления и опорная площадка снабжены вертикальными сквозными пазами под стержень подвески топливной сборки, совпадающим по направлению с щелевым перекрытием бассейна выдержки, а модуль средства вертикального перемещения каретки содержит установленные на опорной площадке и отходящие вниз две направляющие каретки с приборами контроля, причем направляющие и каретка размещены в одной плоскости.

Целесообразно узел размещения и поворота топливной сборки выполнить в виде установленного с возможностью поворота вокруг своей продольной оси стакана, на верхнем торце которого выполнена коническая расточка под конус вытеснителя подвески топливной сборки.

Можно на стакане соосно его продольной оси зафиксировать червячное колесо и сцепить его с двумя червяками, кинематически связанными между собой и с приводом поворота через коническую зубчатую пару, при этом на нижнем торце стакана в этом случае необходимо разместить ролики, контактирующие с опорной площадкой, а на червячном колесе выполнить прорезь, эквивалентную прорези стакана.

Нижний узел крепления топливной сборки желательно выполнить в виде подпружиненного гнезда под нижний хвостовик топливной сборки, установленного с возможностью вращения и вертикального перемещения относительно стойки размещения.

Целесообразно верхний узел крепления топливной сборки выполнить в виде вилки, закрепленной на верхнем торце верхней стойки, и размещенного на этой же стойке средства перекрытия прорези вилки.

Желательно средство перекрытия прорези вилки выполнить в виде шарнирно установленного на верхней стойке рычага, соединенного с механизмом его разворота.

Имеет смысл механизм разворота рычага средства перекрытия вилки выполнить в виде электромагнита, подпружиненный сердечник которого шарнирно соединенного с рычагом средства перекрытия вилки.

В отличие от прототипа, в котором устройство для контроля топливных сборок выполнено в виде единого блока и для установки которого в бассейне выдержки необходимо выделить специальное место, в заявляемом изобретении устройство для контроля выполнено в виде двух модулей: модуль средства размещения и крепления топливной сборки и модуль средства контроля сборки. Оба модуля размещаются в соседних щелевых перекрытиях бассейна выдержки. Их установка в бассейне выдержки может осуществляться только в момент, когда требуется проведение контрольных испытаний. После проведения таких испытаний модули могут быть легко удалены из бассейна выдержки.

Кроме того, конструкция устройства для контроля топливной сборки такова, что для установки топливной сборки в модуле размещения и крепления обслуживающему персоналу бассейна выдержки необходимо выполнить практически те же самые действия, что и при установке отработавшей топливной сборки в бассейн выдержки при подвешивании ее на металлоконструкции щелевых перекрытий бассейна выдержки.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство, общий вид; на фиг.2 вид по стрелке А на фиг.1; на фиг.3 вид по стрелке Б на фиг.1; на фиг.4 разрез В-В на фиг.1; на фиг.5 узел 1 на фиг.1; на фиг.6 узел 2 на фиг.1; на фиг.7 разрез по Г-Г на фиг.2; на фиг.8 разрез по Д-Д на фиг.7.

Подлежащая контролю (фиг.1,2) топливная сборка 1 состоит из двух пучков твэлов 2, нанизанных на несущем стержне и зафиксированных на стержне с помощью верхнего 3 и нижнего 4 хвостовиков (фиг.6). К верхнему хвостовику прикреплена подвеска 5, состоящая из стержня 6, на котором последовательно с промежутками между собой установлены биологическая защита 7, вытеснитель 8 и уплотнительная пробка 9. С помощью подвески 5 топливная сборка извлекается из реактора, переносится для временного хранения в бассейн выдержки, заводится в узкие щели, образованные параллельно идущими металлоконструкциями, образующими перекрытие бассейна выдержки, и подвешивается на них. Ширина щелей составляет 110 мм.

Устройство для контроля 10 (фиг.1,2,3) топливной сборки 1 ядерного реактора содержит модуль 11 средства размещения и крепления топливной сборки и модуль 12 средства ее контроля. Оба модуля 11,12 содержат опорные площадки 13,14, устанавливаемые на металлоконструкции 15 соседних щелевых перекрытий 16,17 бассейна выдержки 18. Модуль 11 средства размещения и крепления топливной сборки содержит закрепленные на опорной площадке 13 отходящую вниз вертикальную стойку 21 с вилкой 22. На опорной площадке 13 размещен с возможностью поворота вокруг своей продольной оси стакан 23 (фиг.7). На верхнем торце стакана 23 выполнена коническая расточка 24 под конус вытеснителя 8 диаметром 80 мм подвески 5 топливной сборки 1. Вдоль образующей стакана выполнена прорезь 25 под стержень 6 подвески топливной сборки 1. На кронштейне 20 (фиг.6) соосно стакану 23 расположен корпус 26, в цилиндрической расточке которого с возможностью вертикального перемещения под действием пружины сжатия 27 установлена ползушка 28. На ползушке 28 на упорном подшипнике 29 установлено гнездо 30 под нижний хвостовик 4 топливной сборки 1. Гнездо 30 известным способом закреплено на ползушке таким образом, что оно может перемещаться в вертикальном направлении вместе с ползушкой 28 относительно стойки 21 и одновременно вращаться относительно стойки 21.

На вилке 22 (фиг.4) выполнена прорезь 31 шириной 45 мм под стержень 6 подвески топливной сборки. Направление прорези 31 совпадает с направлением щелевого перекрытия 16 бассейна выдержки 18 и эквивалентно прорези 25 стакана 23. На стойке 21 размещено средство перекрытия вилки 22. Средство перекрытия вилки выполнено в виде шарнирно установленного на отходящей вверх вертикальной стойке 21 рычага 32, соединенного с механизмом 33 (фиг.4,5) его разворота. Механизм 33 представляет из себя электромагнит 34, подпружиненный сердечник 35 которого шарнирно соединен с промежуточным рычагом 36, в свою очередь шарнирно соединенным с рычагом 32. Электромагнит 34 закреплен неподвижно на стойке 21.

На стакане 23 (фиг.7,8) соосно его продольной оси зафиксировано червячное колесо 37, сцепленное с двумя червяками 38, кинематически связанными между собой и с приводом поворота 39 через коническую зубчатую пару 40. На червячном колесе 37 выполнена прорезь 41, эквивалентная и совпадающая с прорезью 25 станка 23. На нижнем торце стакана 23 закреплен диск 42, в котором также выполнена прорезь 43, эквивалентная и совпадающая с прорезью 25 стакана 23. На диске 42 равномерно по окружности с шагом, превышающим ширину прорези 44 опорной площадки 13 (направление и ширина прорези 44 совпадает с прорезью 25 стакана), установлены по крайней мере четыре опоры качения 45, контактирующие с опорной площадкой 13.

Модуль 12 (фиг.1,2) средства контроля сборки содержит две направляющие 46, соединенные между собой с помощью пластины 47, расположенной на нижнем конце направляющих 46. Верхними концами направляющие 46 известным способом закреплены на опорной площадке 14. На направляющих 46 расположен стол 48, на котором любым известным способом может быть установлен и зафиксирован прибор (любые приборы 49 для контроля. Стол 48 с помощью металлической ленты 50, наматываемой на барабан привода 51, перемещается по направляющим 46. Направляющие и стол размещены в одной плоскости, что позволяет свободно завести модуль 12 в щелевое перекрытие бассейна выдержки.

Работа устройства для контроля осуществляется следующим образом.

В щелевые перекрытия 16 и 17 соответственно последовательно вводятся с помощью крана бассейна выдержки (не показан) модули 12 и 11 и устанавливаются опорными площадками 13 и 14 на соответствующие металлоконструкции 15 перекрытий бассейна выдержки 18. Модули 11,12 выверяются относительно друг друга и фиксируются на металлоконструкциях 15. Затем подлежащая контролю топливная сборка 1 с помощью крана бассейна выдержки (не показан) вводится в щелевое перекрытие 16 и в модуль 11 через прорези 25,31,41 и 44, при этом в эти прорези входят участки стержня 6 подвески 5 топливной сборки 1, диаметр который равен 45 мм. Затем топливная сборка опускается, при этом ее нижний хвостовик 4 входит в контакт с гнездом 30, которое вместе с ползушкой 28 будет перемещаться вниз до тех пор, пока конус вытеснителя 8 диаметром 80 мм не войдет в контакт с конической расточкой 24 стакана 23. Затем осуществляется отключение электромагнита 34. Сердечник 35 под действием пружины поднимается вверх и с помощью промежуточного рычага 36 поворачивает рычаг 32, перекрывая прорезь 31 вилки 22. Топливная сборка, подлежащая контролю, установлена и зафиксирована в модуле 11.

На стол 48 известным способом устанавливают и фиксируют тот прибор 49 контроля, который необходим для выполнения соответствующей контрольной операции. Включают привод 51 и путем перемещения стола 48 по направляющим 46 осуществляют выполнение контрольной операции вдоль образующей обоих пучков твэлов 2. Затем стол 48 опускают вниз, а топливную сборку поворачивают на определенный угол. Для этого включают привод 39 поворота стакана 23. Движение от привода через коническую зубчатую пару передается обоим червякам 38 и сцепленным с ними червячному колесу 37 и стакану 23. Червяки 38 большую часть поворота на один оборот червячного колеса находятся одновременно в зацеплении с ним. Когда же прорезь 41 червячного колеса подойдет к одному из червяков, то зацепление между этим червяком и червячным колесом будет нарушено, но червячное колесо будет поворачиваться за счет его сцепления со вторым червяком. Первый же червяк с той же угловой скоростью будет продолжать вращаться и плавно войдет в зацепление с червячным колесом, когда прорезь 41 повернется на определенный угол.

По крайней мере три опоры качения 45 всегда будут находиться в постоянном контакте с опорной площадкой 13 и будут воспринимать осевую нагрузку от веса топливной сборки и передавать ее через опорную площадку 13 на металлоконструкцию 15 щелевого перекрытия бассейна выдержки.

Таким образом, предложенная конструкция устройства для контроля топливной сборки ядерного реактора позволяет осуществить его установку в любом требуемом месте бассейна выдержки без приспособления этого бассейна выдержки к размещению устройства контроля. Кроме того, операторы бассейна выдержки выполняют при установке этого оборудования операции, мало чем отличающиеся при выполнении ими штатных операций при установке в бассейне выдержки топливных сборок. Таким образом, предложенная конструкция позволяет достичь цели изобретения.

Сущность: устройство состоит из размещаемых в бассейне выдержки средства для размещения и крепления топливной сборки и средства вертикального перемещения вдоль контролируемой топливной сборки каретки с приборами контроля, выполненными в виде отдельных модулей с опорными площадками, размещаемыми в соседних щелевых перекрытиях бассейна выдержки и устанавливаемыми опорными площадками на металлоконструкции этих щелевых перекрытий. Модуль средства размещения и крепления топливной сборки содержит установленные на опорной площадке узел размещения и поворота топливной сборки и отходящие вверх и вниз стойки с узлами крепления топливной сборки. Модуль средства вертикального перемещения каретки содержит установленные на опорной площадке и отходящие вниз две направляющие и каретку, расположенные в плоскости щелевого перекрытия. Узел размещения и поворота топливной сборки выполнен в виде установленного с возможностью вращения вокруг свой продольной оси стакана, на верхнем торце которого выполнена коническая расточка под конус вытеснителя подвески топливной сборки. Поворот стакана осуществляется с помощью червячного колеса, зафиксированного на стакане, сцепленного с двумя червяками, кинематически связанных между собой и с общим приводом при помощи конической зубчатой передачи. 6 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Устройство для контроля топливной сборки ядерного реактора, содержащее устанавливаемые в бассейн выдержки средство для размещения и крепления топливной сборки и средство вертикального перемещения вдоль контролируемой топливной сборки каретки с приборами контроля, отличающееся тем, что оба средства выполнены в виде модулей с опорными площадками, размещаемыми в соседних щелевых перекрытиях бассейна выдержки и устанавливаемыми опорными площадками на металлоконструкции этих щелевых перекрытий, при этом модуль средства размещения и крепления топливной сборки содержит установленные на опорной площадке узел размещения и поворота топливной сборки и отходящие вверх и вниз стойки с узлами крепления топливной сборки, причем узел размещения и поворота топливной сборки, верхний узел ее крепления и опорная площадка снабжены вертикальными сквозными пазами под стержень подвески топливной сборки, совпадающими по направлению с щелевым перекрытием бассейна выдержки, а модуль средства вертикального перемещения каретки содержит установленные на опорной площадке и отходящие вниз две направляющие для каретки с прибором контроля, причем направляющие и каретка размещены в одной плоскости. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что узел размещения и поворота топливной сборки выполнен в виде установленного с возможностью поворота от привода вокруг своей продольной оси стакана, на верхнем торце которого выполнена коническая расточка под конус вытеснителя подвески топливной сборки. 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что на стакане соосно с его продольной осью зафиксировано червячное колесо, сцепленное с двумя червяками, кинематически связанными между собой и с приводом поворота через коническую зубчатую пару, при этом на нижнем торце стакана размещены ролики, контактирующие с опорной площадкой, а на червячном колесе выполнена прорезь, эквивалентная прорези стакана. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что нижний узел крепления топливной сборки выполнен в виде подпружиненного гнезда под нижний хвостовик топливной сборки, установленного с возможностью вращения и вертикального перемещения относительно стойки размещения. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что верхний узел крепления топливной сборки выполнен в виде вилки, закрепленной на верхнем торце верхней стойки, и размещенного на этой же стойке средства перекрытия прорези вилки. 6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что средство перекрытия прорези вилки выполнено в виде шарнирно установленного на верхней стойке рычага, соединенного с механизмом его разворота. 7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что механизм разворота рычага средства перекрытия вилки выполнен в виде электромагнита, подпружиненный сердечник которого шарнирно соединен с промежуточным рычагом, шарнирно соединенным с рычагом перекрытия вилки.