УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ОТРАБОТАВШЕГО ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА Российский патент 2000 года по МПК G21C19/36 G21C19/37 

Изобретение относится к ядерной технике и может быть использовано для измельчения отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС) ядерных реакторов при регенерации отработавшего ядерного топлива (ОЯТ).

Аналогом данного изобретения является "Способ и устройство для разрезания стержневых топливных элементов твэлов ядерного реактора (патент N 5723728, G 21 C 19/36, ФРГ. Устройство состоит из механизма для последовательного выталкивания пучка топливных элементов из внешней оболочки ОТВС, прижима и вспомогательных устройств.

Недостатками этого устройства является то, что измельчению не могут быть подвергнуты ОТВС неразборной конструкции, т.к. в этом случае невозможно обеспечить гарантированное измельчение материала внешней оболочки ОТВС, что создает эатруднения при дальнейшей переработке ОЯТ.

Другим аналогом заявляемого устройства является "Установка для переработки облученного ядерного топлива", патент N 1314803, G 21 C 19/34, Великобритания. Установка состоит из устройства перемещения сборок, системы прижимов, механизма ножа (пилы) и вспомогательных устройств.

Недостатками этого устройства являются сложность конструкции и плохая степень измельчения внешней оболочки ОТВС.

Прототипом изобретения является "Агрегат резки промышленный" проект АРП1-00-00-000 разработки СКВ ГИТ СО РАН, 1996 г., состоящий из камеры загрузки, камеры подачи, блока ножей (силового блока), камеры сортировки кусков, специальной прессовой установки (система гидроприводов) и устройства подачи ОТВС. Блок ножей данного агрегата имеет корпус, две неподвижные опоры с режущими вставками (два неподвижных ножа), два подвижных прижима и нож с двумя несъемными режущими вставками.

Недостатком данного агрегата является то, что измельчение наружных оболочек ОТВС достигается использованием блока ножей сложной конструкции, обеспечивающей двойное разрезание кусков ОТВС. Второй недостаток - данная конструкция блока ножей не дает возможности придать режущим элементам требуемую геометрию для обеспечения оптимальных условий резания. Третий недостаток - высокая энергоемкость агрегата, а также высокая стоимость сменного инструмента - блока ножей.

Технической задачей является создание устройства для измельчения отработавшего ядерного топлива, обеспечивающее надежное измельчение (разделение) внешней оболочки ОТВС, качественное резание (гарантирующее высокую степень вскрытия топлива), относительно низкую стоимость режущего инструмента, уменьшение энергопотребления, повышение радиационной безопасности процесса.

Поставленная задача решается с помощью заявляемого устройства, состоящего из камеры загрузки и камеры подачи ОТВС, устройства подачи ОТВС, двух гидроприводов, блока ножей, имеющего прижим, неподвижную опору и вилообразный нож. При этом разделение внешней оболочки на фрагменты производится двумя дополнительными режущими кромками ножа, вынесенными вперед по ходу движения ножа относительно основных режущих кромок, а также основными режущими кромками ножа.

Общий вид предлагаемого устройства представлен на фиг. 1, где 1 - измельчаемая ОТВС; 2 - камера подачи ОТВС; 3 - блок ножей; 4 - устройство подачи ОТВС; 5 - прижим с рабочей частью, повторяющей форму ОТВС в деформированном состоянии; 6 - вилообразный нож, имеющий в плане клинообразную форму, с центральной частью в виде клина с углом при вершине 90 ± 30^o с выступающими вперед по направлению движения краями; 7 - неподвижная опора с рабочей частью, повторяющей форму ОТВС в деформированном состоянии; 8 - гидропривод прижима; 9 - гидропривод ножа, 10 - канал выгрузки измельченного ядерного топлива. На фиг. 2 изображен вид на поперечное сечение ОТВС со стороны пивного ножа, где 11 - форма поперечного сечения ОТВС до деформации прижимом; 12 - форма поперечного сечения ОТВС после деформации прижимом, 13 - точки разделения внешней оболочки ОТВС вспомогательными режущими кромками ножа на входе; 14 - точки разделения внешней оболочки ОТВС вспомогательными режущими кромками ножа на выходе; 15 - точка разделения внешней оболочки ОТВС основной режущей кромкой ножа на входе; 16 - точка разделения внешней оболочки ОТВС основной режущей кромкой ножа на выходе. На фиг. 3 изображен разрез по А-В.

Устройство для измельчения отработавшего ядерного топлива работает следующим образом.

Измельчаемая ОТВС 1 помещается в камеру подачи 2 и с помощью устройства подачи 4 с определенным шагом подается в зону измельчения ее в силовом блоке 3. Край сборки, попадая под прижим 5, деформируется между прижимом 5 и неподвижной опорой 7 при поступательном перемещении прижима вниз. Деформация ОТВС прижимом 5 преследует три цели:
- уплотнение пучка твэлов в рамках внешней оболочки ОТВС с целью достижения более полного вскрытия ядерного топлива при резании ОТВС ножом 6;
- придание внешней оболочке ОТВС формы, способствующей внедрению режущих кромок ножа в нее (идеальный случай - когда направление подачи ножа перпендикулярно поверхности, в которую происходит внедрение), что отражается на стойкости ножа;
- закрепление ОТВС в процессе резания ее ножом 6.

После деформации и закрепления ОТВС 1 прижимом 5, производится срезание части ОТВС, выступающей из-под прижима, вилообразным ножом 6, имеющим клиновидную форму в средней части с углом при вершине 90 ± 30^o и выступающие вперед по направлению движения ножа края. При поступательном перемещении ножа сначала происходит разделение внешней оболочки ОТВС в точках 13 и 14 вспомогательными режущими кромками ножа 6 в процессе прорезания краев деформированной ОТВС выступающими краями ножа 6. А затем внедрение клиновидной части ножа в ОТВС в точке 15 и срезание основной части ОТВС, выступающей из-под прижима 5. В момент выхода центральной части ножа из ОТВС в точке 16 происходит дополнительное разделение внешней оболочки ОТВС. При приближении режущих кромок ножа к неподвижной опоре 7 вступает в действие ответная режущая кромка неподвижной опоры 17. После чего происходит дорезание оставшейся части поперечного сечения ОТВС между режущими кромками ножа и ответной режущей кромкой 17. После полного срезания части ОТВС, выступающей из под прижима, нож 6, поднимаясь, возвращается в исходное положение, прижим 5 поднимается, устройство подачи 4 продвигает измельчаемую ОТВС на заданную величину шага резания, и цикл отрезки повторяется. Таким образом, разделение внешней оболочки ОТВС производится в шести местах - в четырех местах (точки 13 и 14 с двух сторон) с помощью вспомогательных режущих кромок ножа 6 и в двух (точки 15 и 16) с помощью центральной клиновидной части ножа 6. Продукты резания представляют собой цилиндрические (стержневые) обрезки твэлов (слегка приплюснутые с одной стороны) длиной, определяемой настроенным шагом резания, и полоски внешней оболочки шириной, равной шагу резания, и длиной, равной одной шестой части периметра поперечного сечения сборки (при условии правильно подобранного расстояния между вспомогательными режущими кромками ножа и величины деформации ОТВС прижимом 5). Помимо этого, могут быть измельчены встречающиеся дистанционирующие решетки твэлов ОТВС. Прижим 5 и нож 6 приводятся в поступательное движение с помощью гидроприводов 9 и 10 соответственно. Продукты измельчения ОТВС самостоятельно удаляются из устройства через канал выгрузки отработавшего ядерного топлива 11 под действием силы тяжести. Необходимо отметить, что для гарантированной дефрагментации наружной оболочки толщина главного ножа должна превышать величину шага резания ОТВС, смотри фиг. 3. Прижим 5 имеет геометрию рабочей поверхности, повторяющую форму ОТВС в деформированном до необходимой степени состоянии, смотри фиг. 2. В поперечном сечении рабочая поверхность прижима имеет ступенчатую форму, что предотвращает проскальзывание ОТВС при ее деформации прижимом, смотри фиг. 3. Конструкция ножа 6 позволяет использовать практически любую геометрию режущей части (с широкими пределами изменения значений передних и задних углов резания), за исключением взаимного положения режущих кромок. Это дает возможность найти оптимальную геометрию режущей части, позволяющую хорошо сочетать высокую стойкость инструмента и высокое качество резания (определяющее высокую степень вскрытия топлива).

Предлагаемое устройство позволяет измельчать ОТВС, конструктивно имеющие внешнюю оболочку (чехловую трубу) как шестигранного, так и круглого сечения при соответствующей форме неподвижной опоры и прижима.

Использование предлагаемого устройства позволит обеспечить надежное измельчение (разделение) внешней оболочки ОТВС, качественное резание, гарантирующее высокую степень вскрытия топлива, относительно низкую стоимость режущего инструмента благодаря использованию сменного ножа, снижение энергопотребления за счет уменьшения величины усилий резания, повышение радиационной безопасности процесса за счет уменьшения числа подвижных уплотнений в устройстве.

Использование: в радиохимической промышленности при регенерации отработавшего ядерного топлива для надежного измельчения внешней оболочки отработавшей тепловыделяющей сборки (ОТВС), качественного резания, гарантирующих высокую степень вскрытия топлива, снижения стоимости режущего инструмента, уменьшения энергопотребления, повышения радиационной безопасности процесса за счет уменьшения числа подвижных уплотнений в устройстве. Сущность изобретения: устройство включает камеры загрузки и подачи отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС), устройство подачи ОТВС, два гидропривода, блок ножей, имеющий неподвижную опору, прижим и нож, причем нож, имеющий толщину, превышающую величину шага резки, выполнен вилообразным с центральной клиновидной частью и двумя вспомогательными режущими кромками с выступающими вперед по направлению движения ножа краями. 3 ил.

Устройство для измельчения отработавшего ядерного топлива, включающее камеры загрузки и подачи отработавших тепловыделяющих сборок, устройство подачи отработавших тепловыделяющих сборок, два гидропривода, блок ножей, имеющий неподвижную опору, прижим и нож, отличающееся тем, что нож, имеющий толщину, превышающую величину шага резки, выполнен вилообразным с центральной клиновидной частью и двумя вспомогательными режущими кромками с выступающими вперед по направлению движения ножа краями.