СПОСОБ ЗАГРУЗКИ ОТРАБОТАВШЕЙ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩЕЙ СБОРКИ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА В АМПУЛУ ДЛЯ ПОСЛЕДУЮЩЕГО ЕЕ ХРАНЕНИЯ И АМПУЛА ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА Российский патент 2008 года по МПК G21F7/00 

Данное изобретение относится к атомной энергетике, в частности к способу разделки отработавшей двухпучковой топливной сборки ядерного реактора, а именно к загрузке пучка твэлов в ампулу для последующего размещения в контейнере, для транспортирования и долговременного хранения отработавшего ядерного топлива (ОЯТ). Кроме того, данное изобретение касается конструкции ампулы, в которую осуществляется загрузка пучка твэлов.

Топливная сборка этого типа состоит из двух пучков, образованных топливными стержнями, закрепленными в силовых решетках и связанными между собой дистанционирующими решетками. Пучки твэлов размещены на проходящем через каркасные трубы несущем стержне, жестко соединенном с верхним и нижним наконечниками. К верхнему наконечнику прикреплена подвеска, а между пучками твэлов имеется перемычка.

Известно, что перед постановкой на сухое хранение отработавшие тепловыделяющие сборки (ОТВС) подлежат разделению: на два пучка тепловыделяющих элементов (твэлов) и часть несущего стержня. При этом пучки твэлов (ПТ) подлежат установке в ампулы. Разделение отработавших ТВС на пучки твэлов выполняют в защитной камере отделения разделки на АЭС. Ампулы с пучками твэлов устанавливают в чехол, который загружают в упаковочный комплект хранения (УКХ) или в транспортный контейнер. В стационарном хранилище пучки твэлов размещают в металлических герметичных пеналах и при загрузке в пенал их из ампул не извлекают. Особенность указанного способа хранения отработавшей тепловыделяющей сборки в ампуле состоит в том, что ампульное хранение (конструкция ампулы) обеспечивает локализацию частиц топливной композиции и элементов конструкции пучков твэлов в случае их разрушения при транспортировании и хранении ОЯТ.

Известен "Способ разделки двухпучковой топливной сборки ядерного реактора для последующего ее хранения и камера разделки для осуществления способа" (патент RU №2219605, G21F 7/00, опубл. 2003 г.), согласно которому отрезку подвески и разделение сборки на два пучка твэлов осуществляют после размещения нижнего пучка твэлов сборки в ампуле, установленной в кантователе шахты разделки. Вторую ампулу устанавливают в малой шахте. После отделения верхнего пучка твэлов от сборки его устанавливают в ампулу малой шахты. Затем на ампулы, находящиеся в малой шахте и в кантователе шахты разделки, надевают и фиксируют крышки, после чего кантователь поворачивают в вертикальной плоскости на 180°, затем перемещают к чехлу транспортного контейнера для пучков твэлов, устанавливают в гнезда чехла, а по заполнении гнезд чехла осуществляют его установку в транспортный контейнер.

Известен "Способ разделки двухпучковой топливной сборки ядерного реактора для последующего ее хранения и камера разделки для осуществления способа" (патент RU №2226011, G21F 7/00, опубл. 2004 г.), согласно которому камера разделки снабжена второй малой шахтой. Отрезку подвески и разделение сборки на два пучка твэлов осуществляют при размещении нижнего пучка твэлов сборки в чехле кантователя. Оба пучка твэлов размещают в ампулах, предварительно установленных в малых шахтах. При этом перед удалением из чехла кантователя нижнего пучка твэлов и его установкой в ампулу осуществляют поворот чехла в вертикальной плоскости на 180°. Затем на ампулы малых шахт устанавливают и фиксируют крышки, после чего ампулы, с размещенными в них пучками, перемещают к чехлу транспортного контейнера для пучков твэлов, устанавливают в гнезда чехла, а по заполнении гнезд чехла осуществляют установку чехла в транспортный контейнер для пучков твэлов.

Особенностью указанных способов является оснащение грузовых подвесок одного из консольных кранов захватными средствами под крышки ампул. Конструкция крышки ампулы такова, что необходимо оснащение грузовых подвесок другого консольного крана захватными средствами под силовую решетку пучка твэлов и подвеску топливной сборки. Поэтому указанный процесс установки пучков твэлов в ампулу ведет к увеличению количества манипуляций с топливной сборкой и ее частями и продолжительности времени их установки.

Известен "Контейнер для транспортирования тепловыделяющей сборки" (патент JP №3516978, G21F 5/008, опубл. 1994 г.), который содержит цилиндрическую часть корпуса многоугольного сечения с дном, в котором размещают тепловыделяющую сборку, имеющую верхнюю и нижнюю концевые решетки, между которыми расположены дистанционирующие решетки, причем верхний торец цилиндрической части корпуса, где сформирована направляющая для размещения сборки в контейнер, закрывают крышкой.

Недостатком конструкции контейнера (ампулы) является то, что при установке в него ПТ опирается на дно контейнера (ампулы) заглушками твэлов, и в случае хранения, транспортирования или падения контейнера (ампулы) на один из его торцов возможно разрушение заглушек, что может привести к разгерметизации твэлов и просыпям ОЯТ и, как следствие, к снижению надежности и радиационной безопасности.

Известен "Контейнер для хранения и транспортировки тепловыделяющей сборки" (патент JP №3516990, G21F 5/008, опубл. 1994 г.), который содержит основной корпус с дном и боковой стенкой, в котором размещен пучок твэлов между верхней и нижней концевыми решетками, причем на дно установлен амортизатор, примыкающий к стенке. Амортизатор пластически деформируется, когда нагрузка превышает заданное значение.

Недостатком конструкции данного контейнера (ампулы) является размещение амортизатора на дне контейнера (ампулы), который воздействием на заглушки твэлов может привести к разгерметизации твэлов при транспортировании и хранении, а также сложность его в изготовлении.

Технической задачей изобретения является разработка способа загрузки пучков твэлов отработавшей тепловыделяющей сборки и конструкции ампулы для хранения отработавших пучков твэлов, которые приводят к расширению технологических возможностей крышки ампулы, сокращению времени загрузки (выгрузки) отработавших пучков твэлов, обеспечению надежности и радиационной безопасности.

Указанная задача решается тем, что в способе загрузки пучка твэлов отработавшей двухпучковой топливной сборки ядерного реактора для последующего хранения, включающий установку пучка твэлов в ампулы и фиксацию крышки на корпусе ампулы, согласно изобретению установку пучков твэлов в ампулы осуществляют одновременно с их закрытием крышкой-захватом, в захватном устройстве которой предварительно размещен пучок твэлов, удерживаемый в крышке за силовую решетку.

Эта задача решается также тем, что ампула для осуществления способа содержит цилиндрический корпус с дном, в котором размещен пучок твэлов отработавшей тепловыделяющей сборки, и крышку, зафиксированную в верхней части корпуса ампулы, согласно изобретению крышка ампулы, выполненная в виде крышки-захвата, снабжена захватным устройством в виде цанги с несущими элементами, удерживающими пучок твэлов за силовую решетку, в которой выполнена проточка для установки фиксирующей втулки с возможностью предотвращения раскрытия цанги и снабжена запирающим устройством в виде пружинного разрезного кольца, установленного в кольцевой канавке.

Целесообразно кольцевую канавку выполнить в крышке-захвате с возможностью фиксации крышки в корпусе ампулы.

Предпочтительно кольцевую канавку выполнить с конусной поверхностью.

Желательно в горловине корпуса ампулы выполнить конусную поверхность для сборки крышки-захвата в корпусе.

Целесообразно в горловине корпуса ампулы выполнить выточку с возможностью запирания крышки-захвата в корпусе.

Предпочтительно верхнюю часть крышки-захвата выполнить в виде демпфера (шок-адсорбера) с возможностью поглощения энергии при падении ампулы на верхний торец.

Желательно к торцу дна ампулы прикрепить вертикальный трубчатый демпфер (шок-адсорбер) с возможностью поглощения энергии при падении ампулы на нижний торец.

При использовании предлагаемого изобретения могут проявиться, в частности, следующие технические результаты:

- сокращение количества манипуляций с топливной сборкой и ее частями;

- сохранение конструктивной целостности пучков твэлов;

- обеспечение мониторинга пучков твэлов в период длительного хранения.

Технический результат достигается тем, что в конструкции ампулы для осуществления вышеуказанного способа использована крышка-захват, оснащенная захватными средствами под силовую решетку отработавшего пучка твэлов и надежно его удерживающая при загрузке (выгрузке), что приводит к расширению технологических возможностей крышки ампулы, сокращению количества манипуляций с топливной сборкой и ее частями и сокращению времени на загрузку (выгрузку) ПТ.

Конструкция крышки-захвата, обладающая более жесткими несущими элементами, лучше приспособлена для извлечения из ампулы пучка твэлов, например застрявшего по каким-либо причинам при установке в корпус ампулы.

Использование в конструкции ампулы демпфера снижает вероятность разрушения ампулы при возможных ее падениях и, следовательно, исключает возможность просыпей топлива, обеспечивая надежность и радиационную безопасность, кроме того, он прост в изготовлении.

Заявляемое изобретение поясняется чертежами, представленными на фиг.1-6:

фиг.1 - двухпучковая топливная сборка ядерного реактора, подлежащая разделке;

фиг.2 - разрез по А-А (фиг.1);

фиг.3 - ампула для размещения пучка твэлов;

фиг.4 - крышка-захват;

фиг.5 - запирающее устройство в исходном положении (фиг.3);

фиг.6 - запирающее устройство при подъеме крышки-захвата (фиг.3).

Подлежащая разделке отработавшая двухпучковая топливная сборка 1 (фиг.1, 2) состоит: из верхнего пучка твэлов 2 и нижнего пучка твэлов 3, образованных твэлами 4, размещенных в силовых решетках 5 и в дистанционирующих решетках 6. Через каркасную трубу 7 проходит несущий стержень 8. Пучки твэлов 2 и 3 закреплены в силовых решетках 5 и зафиксированы на стержне 8 с помощью верхнего 9 и нижнего 10 хвостовиков. Силовые решетки 5 расположены около соответствующих хвостовиков. Пучки твэлов 2 и 3 отделены друг от друга перемычкой 11. К верхнему концу стержня 8 прикреплена подвеска 12.

Патентуемая ампула 13 (фиг.3, 4) содержит корпус 14, выполненный в виде трубы с дном 15, в который размещают отработавшие пучки твэлов 2 или 3, крышку-захват 16, закрывающую верхнюю часть горловины 17 корпуса 14 ампулы и демпфер 18, смонтированный с возможностью установки его соосно корпусу 14 ампулы к наружному торцу дна 15 корпуса 14 ампулы.

Демпфер 18 прикреплен к наружному торцу дна 15 корпуса 14 ампулы 13 способом приваривания. Конструкция демпфера 18 выполнена в виде вертикальной трубчатой формы (шок-адсорбер) с возможностью поглощения энергии при падении ампулы 13 на нижний ее торец.

В верхней части корпуса 14 ампулы 13 (фиг.3) выполнены отверстия 19 (например, в количестве шести), предназначенные для раскрытия запирающего устройства 25 при снятии крышки-захвата 16 с ампулы 13.

В основу конструкции крышки-захвата 16 ампулы 13 использован принцип цангового захвата с несущими элементами, смыкающимися под выступами силовой решетки ПТ.

В крышке-захвате 16 (фиг.4) выполнено захватное устройство 20 в виде цанги, несущие элементы 21 (например, в количестве восемнадцати штук) которой удерживают отработавшие пучки твэлов 2 или 3 за выступы 22 силовой решетки 5.

В захватном устройстве 20 крышки-захвата 16 ампулы 13, удерживающем отработавшие пучки твэлов 2 или 3, выполнена проточка 23, в которую установлена фиксирующая втулка 24, предназначенная для предохранения раскрытия цанги. Перемещением вверх (или вниз) втулки 24 происходит раскрытие (или закрытие) захватного устройства 20 (цанги).

На крышке-захвате 16 выполнена кольцевая канавка 26 с возможностью размещения пружинного разрезного кольца 27. Кольцевая канавка 26 выполнена с конусной поверхностью 28.

В крышке-захвате 16 ампулы 13 выполнено запирающее устройство 25, состоящее из кольцевой канавки 26 с конусной поверхностью 28 и пружинного разрезного кольца 27, с возможностью фиксации крышки-захвата 16 в корпусе 14 ампулы 13.

В горловине 17 корпуса 14 ампулы выполнена выточка 29 с возможностью фиксации крышки-захвата 16 в корпусе 14 ампулы, а также конусная поверхность 30 для сборки крышки-захвата 16 в корпусе 14.

Верхняя часть крышки-захвата 16 выполнена в виде демпфера 31 (шок-адсорбера) с возможностью поглощения энергии при падении ампулы на верхний торец.

В исходном состоянии крышка-захват 16 расположена в корпусе 14 ампулы (фиг.5). При этом пружинное разрезное кольцо 27 висит на конусной поверхности 28 кольцевой канавки 26.

В случае подъема ампулы 13 за крышку-захват 16 (фиг.6) происходит утыкание пружинного разрезного кольца 27, висящего на конусной поверхности 28 кольцевой канавки 26, в верхнюю стенку кольцевой выточки 29 и заклинивание пружинного разрезного кольца 27 между вышеуказанной поверхностью 28 и верхней стенкой кольцевой выточки 29.

При установке крышки-захвата 16 в корпус 14 ампулы происходит сжатие пружинного разрезного кольца 27 конусной поверхностью 30 горловины 17 ампулы. При этом пружинное разрезное кольцо 27 размещается в кольцевой канавке 26 и позволяет опуститься крышке-захвату 16 в исходное положение.

При подъеме крышки-захвата 16, то есть открытии ампулы 13, необходимо через отверстия 19 сжать пружинное разрезное кольцо 27 и затем вынуть крышку-захват 16 из корпуса 14 ампулы.

Способ осуществляется следующим образом

Камера разделки (на фиг. не показано) оснащена комплектом оборудования, который, в частности, выполнен в виде шахты разделки с кантователем, двух малых идентичных шахт. Камера разделки снабжена (на фиг. не показано) чехлом транспортного контейнера с гнездами под пустые ампулы и чехлом контейнера для твердых радиоактивных отходов (ТРО) с гнездами под подвески топливных сборок. Кроме того, камера разделки снабжена двумя консольными кранами (на фиг. не показано). Каждый консольный кран оснащен двумя захватными средствами.

Пустые ампулы 13, закрытые крышками-захватами 16, (на фиг. не показано) поступают в отделение камеры разделки ОТВС в чехле транспортного контейнера. Из чехла транспортного контейнера ампулы 13 устанавливают в малые шахты отделения камеры разделки. Крышки-захваты 16 снимают с ампул 13 и удерживают в подвешенном положении захватными средствами этого же консольного крана.

Затем ОТВС из приемного гнезда с помощью захватных средств другого консольного крана переносят в отделение камеры разделки, устанавливают в кантователь, отрезают подвески ОТВС. Отрезанные подвески ОТВС, удерживаемые этим консольным краном, перемещают в чехол контейнера для ТРО с гнездами под подвески.

Потом отрезают верхний пучок твэлов 2 и устанавливают в ампулу. Нижний пучок твэлов 3 поворачивают кантователем на 180° силовой решеткой вверх для обеспечения установки на него крышки-захвата 16.

Установка ПТ в ампулы осуществляется следующим образом.

Консольный кран, с подвешенными крышками-захватами 16, наводят на верхний пучок твэлов 2 или нижний пучок твэлов 3 и захватывают указанные пучки твэлов 2 или 3 за выступы 22 силовой решетки 5. Захватным устройством (цангой) 20 в крышках-захватах 16 удерживают вышеупомянутые пучки твэлов 2 или 3 за выступы 22 силовых решеток 5 и переносят пучки твэлов 2 и 3 в ампулы 13, обеспечивая при этом исключение контакта пучков твэлов с дном ампул 13. Верхнюю часть горловины 17 корпуса 14 ампулы (фиг.3) закрывают крышкой-захватом 16 и фиксируют крышку-захват 16 в корпусе 14 ампулы пружинным разрезным кольцом 27 запирающего устройства 25. Потом захватное средство несколько поднимают вверх, проверяя надежность фиксации крышки-захвата 16 с корпусом 14 ампулы (ампулы в это время зажаты кулачками зажимных устройств (на фиг. не показано)).

Закрытые крышками-захватами 16 ампулы, с размещенными в них отработавшими пучками твэлов, переносят и устанавливают в чехол контейнера.

Консольный кран перемещают в исходное положение на приемное гнездо.

Загрузка отработавших пучков твэлов в ампулы для последующего размещения в транспортном контейнере и долговременного хранения закончена.

После заполнения всех гнезд чехла ампулами с отработавшими пучками твэлов, его краном перенесут и установят в соответствующий контейнер. На этом процесс загрузки отработавших пучков твэлов закончен.

Данное изобретение относится к атомной энергетике, в частности к способу разделки отработавшей двухпучковой топливной сборки ядерного реактора, а именно к загрузке пучка твэлов в ампулу для последующего размещения в контейнере при транспортировке и долговременном хранении отработавшего ядерного топлива. Установку пучков твэлов в ампулы осуществляют одновременно с их закрытием крышкой-захватом. В захватном устройстве предварительно размещают пучок твэлов, удерживаемых в крышке за силовую решетку. Для осуществления способа загрузки ампулу снабжают крышкой-захватом. Захватное устройство выполнено в виде цанги, с несущими элементами, удерживающими пучок твэлов за силовую решетку, в которой выполнена проточка для установки фиксирующей втулки с возможностью предотвращения раскрытия цанги. Крышка-захват снабжена запирающим устройством в виде пружинного разрезного кольца, установленного в кольцевой канавке, для фиксации крышки в корпусе ампулы. К торцу дна ампулы прикреплен вертикальный трубчатый демпфер с возможностью поглощения энергии при падении ампулы на нижний торец. Расширяются технологические возможности крышки ампулы, сокращается время загрузки и выгрузки отработавших пучков твэлов, повышается надежность и радиационная безопасность. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ загрузки пучка твэлов отработавшей двухпучковой топливной сборки ядерного реактора для последующего хранения, включающий установку пучка твэлов в ампулы и фиксацию крышки на корпусе ампулы, отличающийся тем, что установку пучков твэлов в ампулы осуществляют одновременно с их закрытием крышкой-захватом, в захватном устройстве которой предварительно размещен пучок твэлов, удерживаемый в крышке за силовую решетку.2. Ампула для осуществления способа по п.1, содержащая цилиндрический корпус с дном, в котором размещен пучок твэлов отработавшей тепловыделяющей сборки, и крышку, зафиксированную в верхней части корпуса ампулы, отличающаяся тем, что крышка ампулы, выполненная в виде крышки-захвата, снабжена захватным устройством в виде цанги с несущими элементами, удерживающими пучок твэлов за силовую решетку, в которой выполнена проточка для установки фиксирующей втулки, предотвращающей раскрытие цанги, и снабжена запирающим устройством в виде пружинного разрезного кольца, установленного в кольцевой канавке.3. Ампула по п.2, отличающаяся тем, что кольцевая канавка выполнена в крышке-захвате с возможностью фиксации крышки в корпусе ампулы.4. Ампула по п.2, отличающаяся тем, что кольцевая канавка выполнена с конусной поверхностью.5. Ампула по п.2, отличающаяся тем, что в горловине корпуса ампулы выполнена конусная поверхность для сборки крышки-захвата в корпусе.6. Ампула по п.2, отличающаяся тем, что в горловине корпуса ампулы выполнена выточка с возможностью фиксации крышки-захвата в корпусе ампулы.7. Ампула по п.2, отличающаяся тем, что верхняя часть крышки-захвата выполнена в виде демпфера (шок-адсорбера) с возможностью поглощения энергии при падении ампулы на верхний торец.8. Ампула по п.2, отличающаяся тем, что к торцу дна ампулы прикреплен вертикальный трубчатый демпфер (шок-адсорбер) с возможностью поглощения энергии при падении ампулы на нижний торец.