ЗАЩИТНЫЙ КОНТЕЙНЕР ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ ОТРАБОТАВШИХ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ СБОРОК ЯДЕРНЫХ РЕАКТОРОВ Российский патент 1998 года по МПК G21F5/08 

Изобретение относится к передвижным защитным контейнерам и предназначено для безопасного транспортирования с хранилищ после необходимой выдержки на заводы регенерации топлива отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС) ядерных реакторов в вертикальном положении в соответствии с требованиями ядерной и радиационной безопасности.

Известен защитный контейнер ("Атомная энергия", том. 39, вып. I, июль 1975, стр. 46, рис. 2 и рис. 3), входящий в группу устройств, обеспечивающих дистанционированное размещение ОТВС в полости контейнера и исключающих возможность перегруппировки ОТВС в реактивные системы для возникновения самопроизвольной цепной ядерной реакции, в том числе и после аварийного падения контейнера в процессе его транспортирования любым видом транспорта.

Известны защитные контейнеры (см. ГОСТ 21470-76, черт. 1-3, табл. 1 и ГОСТ 21471-76, черт. 1-7, табл. 1-2), содержащие корпус, вставленную в полость корпуса выемную часть, в отверстиях верхней доски и поперечных диафрагмах которой дистанционированно размещены с совмещением диафрагм (или решеток) герметичные трубные чехлы, содержащие ОТВС.

Наиболее близким к заявляемому устройству по совокупности признаков является выбранный нами в качестве прототипа контейнер защитный для перевозки отработавших сборок реактора ("Контейнеры для транспортирования отработавших тепловыделяющих элементов АЭС", Труды ЦКТИ, выпуск 142, Ленинград, 1977, стр. 13, рис. 2), закрытый сверху уплотнительной крышкой и имеющий нажимные пружинные амортизирующие устройства над верхними торцами чехлов в зазоре под крышкой, обеспечивающие дистанционирование чехлов с ОТВС в полости контейнера также вдоль его оси.

Недостатками этих известных защитных контейнеров с вставленными в них выемными частями и чехлами является однотипность размещаемых в их полости чехлов с ОТВС и одноместность опор чехлов без совместного сочетания различных типоразмеров чехлов и сочетания альтернативных мест их опоры в полости контейнера. Это уменьшает возможность совместного размещения в полости контейнера чехлов с ОТВС различных типоразмеров.

Еще одним недостатком известных защитных контейнеров является закрепление верхних торцов чехлов специальными нажимными амортизирующими механическими устройствами в зазоре под крышкой, которые не предотвращают от заклинивания чехлов в отверстиях диафрагм выемной части из-за поломки нажимных устройств при аварийном падении контейнера на крышку и деформаций выемной части в результате поломки нажимных устройств, а также термических деформаций при пожаре.

Для предотвращения деформаций выемной части и устранения заклинивания чехлов при аварийном падении защитного контейнера на крышку чехлы должны иметь возможность свободного перемещения своими диафрагмами на диафрагмах выемной части на величину зазора до упора верхних торцов чехлов в дно крышки контейнера, при этом диафрагмы выемной части и чехлов не должны сходить друг с друга. Амортизация торцов чехлов при упоре в дно крышки должна осуществляться без механических нажимных устройств.

Задачей изобретения является увеличение числа типоразмеров чехлов с ОТВС различных длин и диаметров, размещаемых совместно в полости контейнера; обеспечение ядерной безопасности за счет предотвращения схода диафрагм чехлов с диафрагм выемной части при аварийном падении контейнера и исключения возможности перегруппировки ОТВС в реактивную систему, а также обеспечение одинаковой величины зазора под крышкой над торцами всех чехлов и обеспечение амортизации чехлов при упоре в дно крышки.

Это достигается тем, что совместно в полости контейнера чехлы различных типоразмеров или установлены своими нижними торцами на дно контейнера, или подвешены на опорных буртах в отверстиях доски выемной части вверху корпуса контейнера за верхние бурты чехлов. При этом величина зазора от середины поля допуска верхних торцов чехлов до середины поля допуска дна крышки имеет значение от полусуммы до суммы величин допусков на смещения высоты полости контейнера, высоты чехла и диафрагм чехла и выемной части; а середины полей допусков плоскостей симметрии диафрагм чехлов в контейнере в начальном и конечном положениях чехлов в контейнере сдвинуты на половину зазора относительно середин полей допусков плоскостей симметрии диафрагм выемной части. Сумма высот цилиндрических поверхностей диафрагм выемной части и чехла имеет значение, равное 2,2-3,0 величины суммы допусков на смещения высоты полости контейнера, высоты чехла и диафрагм чехла и выемной части.

Для достижения одинаковой величины зазора под крышкой над всеми чехлами и обеспечения амортизации чехлов при аварийном падении контейнера на крышку на верхние торцы чехлов до упора в торцы надеты вверх дном с необходимой толщиной дна съемные полые цилиндрические буфера, имеющие на дне полостей закрепленные резиновые прокладки.

Одинаковая величина зазора под крышкой над всеми чехлами достигается тем, что в отверстиях доски выемной части для подвешиваемых чехлов установлены сменные втулки необходимой высоты. Для обеспечения амортизации чехлов при аварийном падении контейнера на крышку на дне крышки закреплена резиновая прокладка.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 - главный вид защитного контейнера, вертикальный разрез; на фиг. 2 - узел 1 на фиг. 1, надетый вверх дном на верхний торец чехла полый цилиндрический буфер с закрепленной на дне полости резиновой прокладкой в транспортном положении; на фиг. 3 - схема совмещения диафрагм чехлов и выемной части и связи высот диафрагм с величиной зазора под крышкой и допусками на высоту полости контейнера, чехла и смещений диафрагм.

Защитный контейнер содержит корпус 1, крышку 2, выемную часть 3, состоящую из верхней доски 4, прикрепленных снизу к доске 4 вертикальных стоек 5, перегороженных поперечно прикрепленными к стойкам 5 дистанционирующими диафрагмами 6. При этом выемная часть 3 доской 4 опирается вверху на корпус 1, а стойки 5 не достают дна корпуса 1, т.е. выемная часть 3 висит. Через отверстия доски 4 и отверстия диафрагм 6 выемной части 3 установлены своими нижними торцами на дно корпуса 1 герметичные трубные чехлы 7 с совмещением дистанционирующих диафрагм 9 чехлов 7 с дистанционирующими диафрагмами 6 выемной части 3 (схема совмещения диафрагм чехлов и выемной части представлена на фиг. 3).

Совместно с установленными на дно корпуса 1 чехлами 7 в отверстиях верхней доски 4 на ее опорных буртах подвешены за свои верхние бурты герметичные трубные чехлы 8 различных типоразмеров с совмещением дистанционирующих диафрагм 6 и 9. Между верхними торцами чехлов 7 и 8 и дном крышки 2 имеется зазор. В начальном и конечном положениях чехлов 7, 8 в контейнере середины полей допусков плоскостей симметрии диафрагм 9 чехлов 7 и 8 сдвинуты на половину зазора относительно середин полей допусков плоскостей симметрии диафрагм 6 выемной части 3 (см. фиг. 3).

Для обеспечения одинаковой величины зазора под крышкой 2 над торцами чехлов 7, 8 и обеспечения амортизации чехлов 7 и 8 при аварийном падении контейнера на крышку 2 на верхние торцы чехлов 7, 8 надеты вверх дном до упора в торцы чехлов 7, 8 резиновыми этилен-пропиленовыми прокладками 13 съемные полые цилиндрические буфера 12 необходимой толщины H (см. фиг. 2).

Также в другом варианте (см. фиг. 1) для обеспечения одинаковой величины зазора под крышкой 2 над торцами чехлов 7, 8 в отверстиях доски 4 для подвешиваемых чехлов 8 установлены сменные втулки 10 необходимой высоты. Ко дну крышки 2 для амортизации чехлов 7, 8 при аварийном падении контейнера на крышку 2 прикреплена резиновая этилен-пропиленовая прокладка 11.

Перманентное совмещение диафрагм 6 выемной части 3 с диафрагмами 9 чехлов 7, 8 в начальном положении и после перемещения чехлов на величину зазора до упора в дно крышки в конечном положении (см. фиг. 3) выражается следующими обозначениями и соотношениями:
3 - величина зазора от верхних торцов чехлов до дна крышки,
Δк - величина допуска на высоту полости контейнера,
Δч - величина допуска на высоту чехла,
Δдч - величина допуска на смещение диафрагмы чехла по его высоте,
Δдв - величина допуска на смещение диафрагмы выемной части по ее высоте в полости контейнера.

Допуски других деталей по высоте контейнера являются величинами второго порядка малости и в вывод соотношений не входят.

B - высота цилиндрической поверхности диафрагм выемной части,
Ч - высота цилиндрической поверхности диафрагм чехлов,
C_А - величины начальных совмещений цилиндрических поверхностей диафрагм выемной части и чехлов,
C_Б - величины конечных совмещений цилиндрических поверхностей диафрагм выемной части и чехлов,
А - величины расстояний между горизонтальными плоскостями симметрии диафрагм чехлов и горизонтальными плоскостями симметрии диафрагм выемной части в полях их допусков в начальном (нижнем) положении чехлов в контейнере,
Б - величины расстояний между горизонтальными плоскостями симметрии диафрагм чехлов и горизонтальными плоскостями симметрии диафрагм выемной части в полях их допусков в конечном (верхнем) положении чехлов в контейнере.

В начальном (нижнем) и конечном (верхнем) положениях чехлов (см. фиг. 3) в контейнере горизонтальные плоскости симметрии диафрагм чехлов и диафрагм выемной части расположены относительно друг друга на расстояниях, равных сумме половины зазора и половин алгебраических значений полей допусков на высоту полости контейнера, высоту чехла и смещений диафрагм выемной части и чехла. Из вышепринятого следует:

Из схемы совмещений на фиг. 3 следует:

откуда

Откуда

Из соотношения (3) следует:



Величина минимального совмещения обеспечивается соотношением (4), для которого необходимо выполнение неравенства:

или
В + Ч > 3 + Δк + Δч + Δдч + Δдк = ΣΔi (8)
Обозначим сумму допусков - Δк + Δч + Δдч + Δдк = ΣΔi (9)
тогда В + Ч > 3 + ΣΔi (10)
Если сумма полей допусков ΣΔi определяется возможностями технологии изготовления, то величина зазора должна быть рационально выбрана по конструктивным соображениям. С одной стороны величина зазора должна быть более любого самого большого из указанных допусков. Так как допуски Δк и Δч имеют примерно равные величины, из-за приблизительно одинаковых порядков высот полости контейнера и чехла и по абсолютным величинам превышают значения допусков Δдч и Δдк , то условию - величина зазора более самого большого из допусков, отвечают неравенство:

С другой стороны величина зазора не должна быть чрезмерной из-за увеличения высот диафрагм и расхода материалов на их изготовление. В предлагаемом изобретении величина зазора имеет значение:

т. е. от полусуммы до суммы величин допусков на смещения высоты полости контейнера, высоты чехла и диафрагм чехла и выемной части.

Как видно из соотношения (10), сумма высот диафрагм чехла и выемной части должна быть больше суммы задаваемого зазора и всех полей допусков, т.е. учитывая (12):

при
при З = ΣΔi В + Ч > ΣΔi + ΣΔi , В + Ч > 2ΣΔi ,
из чего следует, что В + Ч > 2ΣΔi (14)
Большое значение суммы высот диафрагм выемной части и чехла нерационально по конструктивным и технологическим причинам (увеличение массы, увеличение расхода материалов, усложнение изготовления и т.п.),
Для обеспечения гарантированного перманентного совмещения диафрагм друг с другом в процессе перемещения чехлов на величину зазора из начального положения до упора в дно крышки при аварийном падении контейнера в предлагаемом контейнере сумма высот диафрагм выемной части и чехла принята равной (2,2-3,0) величины суммы допусков на смещения высоты полости контейнера, высоты чехла и диафрагм чехла и выемной части, т.е.

В + Ч = (2,2 - 3,0)•ΣΔi (15)
Работает контейнер следующим образом.

В случае аварии при падении контейнера на крышку 2 расположенные в нем чехлы 7, 8 различных типоразмеров как установленные своими нижними торцами на дне контейнера, так и подвешенные на опорных буртах в отверстиях доски 4 и выемной части 3 с использованием для выравнивания зазора под крышкой 2 или буферов 12 или сменных втулок 10, свободно перемещаются своими диафрагмами 9 на диафрагмах 6 выемной части 3 на величину зазора под крышкой 2 до упора в дно крышки 2, на котором закреплена резиновая прокладка 11. При это сход диафрагм 9 чехлов 7, 8 с диафрагм 6 выемной части 3 исключается, так как перманентное совмещение цилиндрических поверхностей диафрагм 6, 9 друг с другом обеспечивается как в начальном, так и в конечном положении при упоре верхних торцов чехлов 7, 8 и буферов 12 в дно крышки 2.

Это совмещение обеспечивается правильным выбором начального и конечного положения и высоты диафрагм 6, 9 в полости контейнера, а также величины зазора под крышкой 2. В конечном положении чехлы 7, 8 упираются в дно крышки 2 буфером 12 с резиновой прокладкой 13 или торцом чехла в дно крышки 2, на котором закреплена резиновая прокладка 11, что обеспечивает амортизацию чехлов 7, 8 при ударе в дно крышки 2 при аварийном падении контейнера.

Этим обеспечивается ядерная безопасность за счет предотвращения схода диафрагм 6, 9 друг с друга при аварийном падении контейнера на крышку 2 как в нормальных условиях, так и при пожаре. В условиях пожара за счет свободной возможности перемещения чехлов 7, 8 на диафрагмах 6, 9 исключается их заклинивание в выемной части 3 и полости контейнера из-за термических напряжений и деформаций составных частей контейнера 1, 2, 3, 7, 8. Также обеспечивается свободный выем чехлов 7, 8 после вертикальной установки контейнера в исходное положение и снятия крышки 2.

Предлагаемый защитный контейнер обеспечивает его надежную эксплуатацию в соответствии с требованиями ядерной и радиационной безопасности за счет дистанционированного размещения ОТВС в полости контейнера не только в поперечном направлении, но также и вдоль его оси при увеличении числа совместно размещаемых в нем типоразмеров чехлов с ОТВС различных длин и диаметров.

Защитный контейнер для транспортирования отработавших тепловыделяющих сборок ядерных реакторов содержит корпус, закрытый сверху уплотнительной крышкой, и вставленную в полость корпуса выемную часть, в отверстиях диафрагм которой дистанционированно размещены чехлы с ОТВС. Чехлы различных типоразмеров или установлены своими нижними торцами на дно контейнера, или подвешены на опорных буртах в отверстиях доски выемной части за верхние бурты чехлов. Величина зазора от середины поля допуска верхних торцов чехлов до середины поля допусков на смещение высоты полости контейнера, высоты чехла и диафрагм чехла и выемной части, а середины полей допусков плоскостей симметрии диафрагм чехлов в начальном и конечном положениях чехлов в контейнере сдвинуты на половину зазора относительно середин полей допусков плоскостей симметрии диафрагм выемной части. Сумма высот цилиндрических поверхностей диафрагм выемной части и чехла имеет значение, равное 2,2 - 3,0 величины суммы допусков на смещение высоты полости контейнера, высоты чехла и диафрагм чехла и выемной части. Технический результат - обеспечение безопасности при аварийном падении контейнера. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Защитный контейнер для транспортирования отработавших тепловыделяющих сборок ядерных реакторов, содержащий корпус, вставленную в полость корпуса выемную часть, в отверстиях диафрагм которой дистанционированно размещены чехлы с ОТВС, и закрытый сверху уплотнительной крышкой, отличающийся тем, что чехлы различных типоразмеров или установлены своими нижними торцами на дно контейнера, или подвешены на опорных буртах в отверстиях доски выемной части за верхние бурты чехлов, при этом величина зазора от середины поля допуска верхних торцов чехлов до середины поля допуска дна крышки имеет значение от полусуммы до суммы величин допусков на смещение высоты полости контейнера, высоты чехла и диафрагм чехла и выемной части, а середины полей допусков плоскостей симметрии диафрагм чехлов в начальном и конечном положениях чехлов в контейнере сдвинуты на половину зазора относительно середин полей допусков плоскостей симметрии диафрагм выемной части, сумма высот цилиндрических поверхностей диафрагм выемной части и чехла имеет значение, равное 2,2-3,0 величины суммы допусков на смещения высоты полости контейнера, высоты чехла и диафрагм чехла и выемной части. 2. Контейнер по п. 1, отличающийся тем, что на верхние торцы чехлов до упора в торцы надеты вверх дном с необходимой толщиной дна съемные полые цилиндрические буфера, имеющие на дне полостей закрепленные резиновые прокладки. 3. Контейнер по п.1, отличающийся тем, что в отверстиях доски выемной части для подвешиваемых чехлов установлены сменные втулки необходимой высоты. 4. Контейнер по п.1, отличающийся тем, что на дне контейнера закреплена резиновая прокладка.