УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕГРУЗКИ ТОПЛИВА РЕАКТОРОВ АТОМНОЙ СТАНЦИИ Российский патент 2002 года по МПК G21C19/10 

Изобретение относится к устройствам для перегрузки топлива ядерных реакторов. Область применения - атомные станции (АС) с двумя и более энергоблоками.

В качестве аналога к изобретению рассмотрим описанное в /1/ устройство для перегрузки топлива реакторов типа ВВЭР АС "Гессен", Швейцария. На каждом из энергоблоков АС оно содержит комплекс средств для выполнения необходимых транспортно-технологических операций с тепловыделяющими сборками (ТВС) и иными элементами активной зоны реактора в пределах энергоблока: водозаполненные бассейны выдержки (БВ) со стеллажами для временного хранения свежих и отработавших ТВС; собственно перегрузочную машину, представляющую собой манипулятор, действующий непосредственно над реактором; транспортную трубу с герметизируемой камерой и приемопередаточными шлюзами, проходящую через защитную оболочку реактора; два кантователя контейнеров с ТВС; приемопередаточный узел, один оконечный участок которого сопряжен с одним из кантователей, а другой - с транспортными средствами для поставки на энергоблок свежих и удаления с энергоблока отработавших ТВС и иных элементов активной зоны.

Ввиду отсутствия взаимосвязи между комплексами средств для выполнения транспортно-технологических операций на каждом из энергоблоков АС, работу устройства в целом можно рассмотреть на примере работы в пределах одного энергоблока. Движение свежих ТВС, например, осуществляется следующим образом. Одна из таких ТВС при помощи мостового крана приемопередаточного узла снимается со стеллажа зала БВ, устанавливается в контейнер и передается на первый кантователь, расположенный в БВ во внешнем по отношению к защитной оболочке реактора пространстве. Далее контейнер со свежей ТВС переводится первым кантователем из вертикального положения в горизонтальное и передается в транспортную трубу, снабженную средствами перемещения изделий через приемопередаточные шлюзы и герметизируемую камеру в БВ под защитной оболочкой реактора. На другом конце транспортного трубопровода контейнер со свежей ТВС принимается вторым кантователем, переводится из горизонтального положения в вертикальное и передается перегрузочной машине. Последняя излекает свежую ТВС из контейнера и устанавливает по заданным координатам в активную зону реактора взамен отработавшей ТВС. Обратное движение отработавшей ТВС осуществляется аналогично. Как правило, эти ТВС извлекаются из активной зоны и устанавливаются для временного хранения в БВ под защитной оболочкой реактора еще до начала загрузки активной зоны свежими ТВС. При необходимости отработавшая ТВС устанавливается перегрузочной машиной в транспортный контейнер и передается ко второму кантователю, где этот контейнер переводится из вертикального положения в горизонтальное. Далее контейнер с отработавшей ТВС через приемопередаточные шлюзы, герметизируемую камеру и транспортный трубопровод перемещается к первому кантователю. Здесь контейнер с отработавшей ТВС переводится вновь в вертикальное положение и при помощи мостового крана приемопередаточного узла устанавливается на стеллаж БВ для временного хранения вне защитной оболочки реактора до удаления с территории энергоблока или станции в целом.

Недостатком устройства-аналога является отсутствие технических средств, которые могли бы обеспечить эффективное использование на АС делящихся материалов в ТВС на этапе снятия какого-либо реактора с эксплуатации. Дело в том, что поскольку замена отработавших ТВС на свежие в реакторе типа ВВЭР осуществляется кампаниями в объемах, составляющих каждый раз около трети от общего количества ТВС в активной зоне, к моменту останова реактора на консервацию и демонтаж в конце одной из очередных кампаний примерно треть от общего количества делящихся материалов в активной зоне оказывается недовыгоревшей. Отсюда - дополнительные экономические потери к тем, что связаны с самим фактом прекращения выработки тепла и электроэнергии на том или ином энергоблоке АС при останове реактора для снятия с эксплуатации.

В качестве прототипа к изобретению рассмотрим описанное в /2/ устройство для перегрузки топлива реакторов типа РБМК Ленинградской АС, Россия. На каждом из энергоблоков оно содержит разгрузочно-загрузочную машину (РЗМ), осуществляющую захват в специальный защитный скафандр свежей ТВС, герметичное подсоединение этого скафандра к заданному технологическому каналу, замену в нем отработавшей ТВС на свежую, герметизацию технологического канала со свежей ТВС и выгрузку отработавшей ТВС в промежуточный транспортный контейнер (пенал), а также водозаполненные БВ, тележку для перемещения под водой пеналов с ТВС между БВ и РЗМ, стеллажи для временного хранения отработавших и свежих ТВС и приемопередаточный узел, один оконечный участок которого сопряжен с манипуляторами для выполнения транспортно-технологических операций в пределах энергоблока, а другой - с транспортными средствами для поставки на энергоблок свежих и удаления с энергоблока отработавших ТВС и иных элементов активной зоны.

Ввиду отсутствия взаимосвязи между комплексами технических средств для выполнения транспортно-технологических операций на каждом из энергоблоков АС работу устройства-прототипа в целом, как и устройства-аналога, можно рассмотреть на примере работы в пределах одного энергоблока. Движение свежих ТВС, например, осуществляется по пути: стеллаж зала БВ - мостовой кран приемопередаточного узла - пенал БВ под ТВС - тележка для перемещения пенала с ТВС к РЗМ - РЗМ. Далее при помощи РЗМ осуществляется замена в заданном технологическом канале реактора отработавшей ТВС на свежую. Движение отработавшей ТВС после извлечения из реактора осуществляется по пути: РЗМ - пенал БВ под ТВС, установленный на тележке для перемещения пеналов с ТВС между БВ и РЗМ, - мостовой кран приемопередаточного узла - стеллаж БВ для временного хранения отработавших ТВС.

Недостатком устройства-прототипа, как и устройства-аналога, является отсутствие технических средств, которые могли бы обеспечить эффективное использование на АС делящихся материалов в ТВС на этапе снятия какого-либо реактора с эксплуатации. При этом, поскольку энерговыработка ТВС действующего реактора типа РБМК приблизительно равномерно распределена в диапазоне от близкой к нулю до близкой к номинальной, к моменту останова реактора на консервацию и демонтаж примерно половина делящегося материала в активной зоне оказывается недовыгоревшей.

Задачей изобретения является снижение экономических потерь, связанных со снятием отдельных реакторов АС с эксплуатации.

Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, заключается в обеспечении возможности "дожига" ТВС реактора, снимаемого с эксплуатации, в реакторе действующего энергоблока АС; использования исправных компонентов активной зоны (стержней СУЗ, датчиков контроля энерговыделения и т. д.) реактора, снимаемого с эксплуатации, в реакторе действующего энергоблока АС; снижения общего объема радиоактивных изделий на АС, подлежащих утилизации или захоронению.

Указанный технический результат достигается тем, что вторые оконечные участки по меньшей мере двух приемопередаточных узлов известного устройства соединены звеном для транспортировки извлеченных из реактора радиоактивных изделий. При этом звено, обеспечивающее взаимосвязь приемопередаточных узлов, может быть выполнено в виде транспортного трубопровода или подвижной платформы с транспортным контейнером, которые снабжены оболочками биологической защиты.

Наличие в устройстве звена для транспортировки радиоактивных изделий от приемопередаточного звена энергоблока с реактором, снимаемым с эксплуатации, к приемопередаточному звену энергоблока с действующим реактором позволяет передавать с первого на второй энергоблок для эффективного использования как ТВС с неполной энерговыработкой, так и невыработавшие свой ресурс стержни СУЗ, датчики контроля энерговыделения и иные элементы активной зоны. Общий объем радиоактивных изделий на АС, подлежащих утилизации или захоронению, уменьшается.

Изобретение поясним по представленному на чертеже эскизу устройства для перегрузки топлива реакторов АС, соответствующему первому из двух указанных выше вариантов исполнения звена, обеспечивающего взаимосвязь приемопередаточных узлов разных энергоблоков. На чертеже обозначено: 1 - комплекс средств для перегрузки топлива реактора первого энергоблока АС (показана лишь часть этого комплекса, необходимая для пояснения изобретения); 2 - комплекс средств для перегрузки топлива реактора второго энергоблока АС; 3 - транспортный коридор или трубопровод, соединяющий комплексы 1 и 2; 4 - приемопередаточный шлюз транспортного трубопровода 3 со стороны комплекса 1; 5 - приемопередаточный шлюз транспортного трубопровода 3 со стороны комплекса 2 (шлюзы 4 и 5 являются оконечными участками соответствующих приемопередаточных узлов, на чертеже в полном составе непоказанных); 6 - тележка для перемещения контейнеров с ТВС по транспортному трубопроводу; 7 - рельсы, по которым может перемещаться тележка 6; 8 - гибкая стальная лента привода тележки, образованного направляющими роликами 9, 10 и ведущими барабанами 11, 12 с синхронно-управляемыми электродвигателями 13, 14; 15 - контейнер с ТВС; 16 - несущий шток контейнера 15, имеющий возможность поворота относительно оси контейнера на угол +/-90^o с фиксацией этого угла в свободном состоянии; 17 - головка штока 16; 18 - дистанционно-управляемый замок захвата изделий для транспортировки мостовым краном, на чертеже не показан; 19 - рычаги захвата изделий как исполнительные органы замка 18; 20 - тросовая подвеска замка 18; 21 и 22 - несущие металлоконструкции водозаполненных БВ со стеллажами и посадочными гнездами для размещения контейнеров с ТВС в комплексах 1 и 2 соответственно; 23 и 24 - наружные стены энергоблоков, которыми ограничены места размещения комплексов 1 и 2.

Названные элементы обеспечивают возможность транспортировки контейнеров с извлеченными из реактора ТВС как от комплекса 1 к комплексу 2, так и в обратном направлении.

Транспортный трубопровод 3 между приемопередаточными узлами комплексов 1, 2 (стенами 23, 24 энергоблоков) и шлюзы 4, 5 могут быть изготовлены из любых материалов, обеспечивающих необходимую прочность, водонепроницаемость и эффективную биологическую защиту персонала от ионизирующих излучений. Источником таких излучений служит контейнер с извлеченной из реактора ТВС. Внутренняя полость элементов 3, 4, 5 для охлаждения транспортируемой ТВС и в целях создания дополнительной защиты персонала от ионизирующих излучений заполнена водой: эта вода при необходимости может быть слита и вновь залита при помощи арматуры, на чертеже не показана. Применительно к АС с реакторами типа РБМК ориентировочная длина транспортного трубопровода при поперечном сечении в пределах квадрата со сторонами до 2 м составит несколько сот метров, что подразумевает наличие соответствующей системы несущих конструкций, на чертеже не показаны, а каждого шлюза - в пределах до 17 м.

Транспортный контейнер 15 изготовлен с таким расчетом, что установленная в нем ТВС с подвеской не может быть изогнута и повреждена при переводе этого контейнера из вертикального положения в горизонтальное и наоборот с опорой только в двух крайних точках по длине. В этом смысле контейнер 15 отличается от используемых на АС с реакторами типа РБМК пеналов под ТВС, обладающих относительно большой гибкостью. Помимо повышенной жесткости конструкция контейнера обеспечивает возможность охлаждения ТВС водой как при извлечении этого контейнерра из БВ или шлюзов 4, 5, так и после установки его в тележку 6. Применительно к АС с реакторами типа РБМК ориентировочная длина контейнера для размещения ТВС с подвеской составит 16 м; размеры контейнера в поперечном сечении - в пределах квадрата со стороной 0,3 м.

Предполагается, что дистанционное управление замком 18 с рычагами 19 захвата транспортируемых изделий осуществляется при помощи установленного в замке 18 гидропривода, действующего при изменении давления воды в подводящем шланге, на чертеже не показан: при нулевом давлении воды в шланге рычаги 19 находятся в закрытом (сжатом) состоянии, расход воды отсутствует; при относительно низком давлении воды в шланге рычаги 19 находятся в том же (закрытом, сжатом) состоянии, однако сама эта вода, изливаясь наружу, может быть использована для охлаждения транспортируемого изделия; при относительно высоком давлении воды в шланге рычаги 19 раскрыты, а канал истечения воды из шланга перекрыт (транспортировка изделий невозможна, охлаждение не требуется).

Перемещение ТВС (точнее, контейнера с ТВС) от комплекса 1 к комплексу 2 осуществляется в следующей последовательности:
- давление воды в подводящем шланге замка 18 повышается до уровня, при котором рычаги 19 раскрываются;
- мостовым краном приемопередаточного узла подвеска 20 замка 18 переводится до координаты позиции А, совпадающей с осью контейнера 15 с ТВС; сам контейнер находится в гнезде стеллажа 21 БВ;
- путем удлинения подвески 20 замок 18 опускается до совпадения центра внутренней полости рычагов 19 с центром головки 17 штока 16 контейнера с ТВС;
- давление воды в подводящем шланге замка 18 снижается до промежуточного уровня, при котором рычаги 19 закрываются, захватив головку 17 штока 16 контейнера с ТВС; при этом истекающая из шланга вода направляется на контейнер с ТВС, обеспечивая их охлаждение при перестановке на тележку 6;
- при помощи подвески 20 контейнер с ТВС снимается с гнезда стеллажа 21 БВ и поднимается до уровня, при котором нижний его торец оказывается выше уровня верхнего края шлюза 4, где находится тележка 6;
- при помощи подвески 20 контейнер с ТВС переводится до координаты, соответствующей (в плане) одному из концов ложемента тележки 6, и опускается до касания с этим ложементом;
- путем удлинения подвески 20 и перемещения ее вдоль оси шлюза 4 и тележки 6 контейнер 15 с ТВС сначала наклоняется с опорой на одну точку (позиция В подвески 20), а затем переводится в горизонтальное положение с размещением в тележке 6;
- давление воды в подводящем шланге замка 18 повышается до уровня, при котором рычаги 19 раскрываются, освобождая головку 17 штока 16 контейнера с ТВС;
- замок 18 подвеской 20 поднимается (позиция С), контейнер с ТВС при вертикальном положении штока 16 остается в тележке 6;
- включаются синхронно-управляемые двигатели 13, 14 привода тележки; при этом лента 8 привода, проходящая через направляющий ролик 9, с барабана 11 сматывается, а такая же лента, проходящая через направляющий ролик 10, на барабан 12 наматывается: тележка 6 с контейнером 15 начинает движение от шлюза 4 через транспортный трубопровод 3 к шлюзу 5, где и останавливается; двигатели 13, 14 привода отключаются;
- к головке 17 штока 16 контейнера с ТВС, находящегося в тележке 6, подводится замок 18 захвата, соединенный с подвеской 20 мостового крана приемопередаточного узла комплекса 2; после захвата головки 17 рычагами 19 контейнер 15 с ТВС подвеской 20 переводится сначала из горизонтального положения в вертикальное, а затем приподнимается над уровнем верхнего края шлюза 5 и перемещается до установки в гнездо стеллажа 22 БВ комплекса 2; далее рычаги 19 раскрываются и замок 18 подвеской 20 переводится в произвольное положение, освобождая контейнер с ТВС для использования в комплексе 2.

На этом цикл транспортно-технологических операций по перемещению ТВС от комплекса 1 к комплексу 2 заканчивается. Перемещение названных или иных изделий от комплекса 2 к комплексу 1 аналогично описанному.

Второй из предложенных выше вариантов исполнения звена, которым могут быть соединены приемопередаточные узлы комплексов 1 и 2 устройства для перегрузки топлива реакторов АС, особых пояснений ввиду простоты не требует. Как уже было сказано, это - подвижная платформа с контейнером, снабженным оболочкой биологической защиты; требования к такой конструкции - устойчивость, необходимая степень подавления мощности дозы ионизирующих излучений от транспортируемых изделий, возможность временного перевода контейнера из горизонтального положения в вертикальное и обратно при непревышении допустимого прогиба по длине, а также возможность водоохлаждения и герметизации внутренней полости, куда транспортируемые изделия устанавливаются и откуда они извлекаются после перевода контейнера из горизонтального положения в вертикальное, - исполнимы на базе известных технических решений.

ЛИТЕРАТУРА
1. Киселев В.В. и др. Системы перегрузки топлива водоводяных реакторов. - Атомная техника за рубежом, 1983, стр. 3-6.

2. Доллежаль Н.А., Емельянов И.Я. Канальный ядерный энергетический реактор. - М.: Атомиздат, 1980, стр. 182-189.

Изобретение относится к устройствам для перегрузки топлива ядерных реакторов атомных станций с двумя и более энергоблоками. Устройство для перегрузки топлива реакторов атомной станции (АС) содержит на каждом из энергоблоков приемопередаточный узел, первый оконечный участок которого сопряжен с манипуляторами для перемещения тепловыделяющих сборок (ТВС) и иных элементов активной зоны в пределах энергоблока. Вторые оконечные участки, по меньшей мере, двух приемопередаточных узлов соединены звеном для транспортировки извлеченных из реактора радиоактивных изделий. Технический результат - снижение экономических потерь, связанных со снятием реактора АС с эксплуатации, за счет "дожига" ТВС и использования исправных компонентов активной зоны реактора, снимаемого с эксплуатации, в реакторе действующего энергоблока, при этом общий объем радиоактивных изделий на АС, подлежащих утилизации или захоронению, снижается. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для перегрузки топлива реакторов атомной станции, содержащее на каждом из энергоблоков приемопередаточный узел, первый оконечный участок которого сопряжен с манипуляторами для перемещения тепловыделяющих сборок и иных элементов активной зоны в пределах энергоблока, отличающееся тем, что вторые оконечные участки, по меньшей мере, двух приемопередаточных узлов соединены звеном для транспортировки из энергоблока, снимаемого с эксплуатации, в энергоблок с действующим реактором радиоактивных изделий, не выработавших свой ресурс. 2. Устройство для перегрузки топлива по п. 1, отличающееся тем, что звено, обеспечивающее взаимосвязь приемопередаточных узлов, выполнено в виде транспортного трубопровода, снабженного оболочкой биологической защиты. 3. Устройство для перегрузки топлива по п. 1, отличающееся тем, что звено, обеспечивающее взаимосвязь приемопередаточных узлов, выполнено в виде подвижной платформы с транспортным контейнером, снабженным оболочкой биологической защиты.