УСТРОЙСТВО ЗАГРУЗОЧНОЕ Российский патент 2009 года по МПК G21C19/10 

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к устройствам для объектов использования атомной энергии (ОИАЭ), и может быть применено преимущественно для загрузки "свежего" выемного блока (ВБ) реактора взамен аварийного, неисправного или выработавшего ресурс на судах с атомной паропроизводящей установкой (АППУ).

Опыт эксплуатации реакторов на судах с ядерной энергетической установкой (ЯЭУ), в частности ледоколов, показал возможность наличия в реакторе аварийных отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС), которые не могут быть выгружены из реактора при штатной поканальной перезарядке, и неисправностей, связанных, например, с увеличенным усилием хода плит компенсирующих групп (КГ), а также ограниченного ресурса выемных блоков (ВБ), при этом все вышеперечисленные ситуации требуют замены выемного блока на "свежий".

Известно устройство для захвата и транспортировки внутрикорпусных узлов ядерного реактора (а.с. SU №1089892 В66С 1/66, опубл. 1981 г.), содержащее защитный цилиндр (корпус), на внутренней поверхности которого выполнены опорные бурты с чередующимися выступами и впадинами, и захватные элементы.

Недостатком известного устройства для захвата и транспортировки является то, что при выполнении захвата груза, в частности, на судах с АППУ и загрузки груза круглого сечения в отверстие корпуса реактора требуются большие затраты на обеспечение центрирования груза относительно оси корпуса реактора, например, при возможных отклонениях от вертикального положения (при крене, дифференте судна), установке груза с ориентацией координат относительно корпуса реактора и контроле его установки в крайнем нижнем штатном положении в радиационных условиях, в том числе наведенной активности корпуса реактора при загрузке, влияющих на персонал, обслуживающий оборудование.

Известна перегрузочная система ядерного реактора (Уордсуорт А.Д. Техника работы с ядерным топливом. - М.: Атомиздат, 1965, с.238-240), содержащая перегрузочную зону с фильтрующими элементами в ее нижней части, опорное кольцо, устанавливаемое на период перегрузки на корпус реактора, имеющего посадочный буртик для зоны, перегрузочный контейнер с захватом, состыкованный с опорным кольцом.

Недостатком аналога является невысокая надежность процесса перегрузки при наклонном положении ядерного реактора, связанная с возможным повреждением фильтрующего элемента перегружаемой зоны при проходе через посадочный буртик корпуса реактора и зависанием зоны на этом же посадочном буртике.

Известна перегрузочная система транспортного ядерного реактора (а.с. SU №1340442, G21C 19/10, опубл. 1986 г.), содержащая перегружаемую зону с фильтрующим элементом в ее нижней части, опорное кольцо, устанавливаемое на период перегрузки на корпусе реактора, имеющего посадочный буртик для зоны, перегрузочный контейнер с захватом, состыкованный с опорным кольцом, причем внутрь опорного кольца установлен стакан с расположенными по его периферии качающими рычагами с размещенными на их концах направляющими поверхностями, взаимодействующими с базовыми поясками, выполненными на зоне, направляющие поверхности рычагов превосходят длину фильтрующего элемента.

Недостатком вышеупомянутого изобретения является то, что качающие рычаги не обеспечивают выставления ВБ по углу и по оси реактора, что не очень важно при извлечении ВБ, но может оказаться критическим при установке ВБ с фильтрующим элементом. Кроме того, при использовании указанной перегрузочной системы отсутствует контроль установки ВБ в крайнем нижнем штатном положении.

Задачей, решаемой изобретением, является разработка конструкции устройства загрузочного для транспортирования ВБ с обеспечением его защиты от механических повреждений с места хранения на реактор, загрузки ВБ с обеспечением соосности и ориентации по углу относительно корпуса реактора, контроля установки ВБ в крайнем нижнем штатном положении, а также исключение возможности перемещения плит КГ при транспортировании и загрузке и автоматического подхвата при транспортировании.

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

- исключение внешних механических повреждений выемного блока при транспортировании его с места хранения;

- исключение возможности перемещения подвижной плиты компенсирующей группы при транспортировании ВБ с места хранения, в том числе удержание плит компенсирующих групп в крайнем нижнем положении;

- обеспечение центрирования выемного блока относительно оси корпуса реактора, в том числе при возможных отклонениях от вертикального положения (например, при крене, дифференте судна) при установке выемного блока в корпус реактора;

- обеспечение ориентации выемного блока по координатам относительно корпуса реактора при установке ВБ в корпус реактора;

- контроль установки ВБ в крайнем нижнем положении;

- повышение жесткости корпуса устройства;

- снижение дозовых нагрузок на обслуживающий оборудование персонал;

- сокращение времени загрузки.

Для решения указанной задачи предлагается устройство загрузочное, которое содержит корпус с направляющими, выполненными на внутренней его поверхности, устанавливаемый на опорное кольцо, захват с захватными элементами, согласно изобретению его корпус выполнен составным из обечаек с буртиками, обеспечивающими его жесткость, установлен по совмещению рисок "К", нанесенных на корпусе реактора, опорном кольце и устройстве загрузочном, на штифты, расположенные в опорном кольце, и закреплен на опорном кольце болтами, направляющие на внутренних поверхностях обечаек выполнены в виде сквозного шпоночного паза и обеспечивают ориентацию захвата по углу, захват выполнен в виде стакана, установленного в корпусе, с возможностью сохранения ориентации осей и ориентации по углу за счет выполненного на внутренней поверхности корпуса продольного шпоночного паза с перемещающейся в нем при загрузке выемного блока шпонкой, установленной в боковой стенке захвата и контактирующей с ползуном измерителя при перемещении захвата, закрепленного к выемному блоку с возможностью обеспечения соосности его перемещения в корпусе устройства:

- с рым-болтами, установленными в дне захвата для транспортирования,

- со стопорами плит компенсирующих групп для удержания плит компенсирующих групп в крайнем нижнем положении,

- с фиксаторами, взаимодействующими с отверстиями в захвате, для удержания захвата неподвижно в крайнем верхнем положении и для автоматического подхвата после загрузки,

измеритель выполнен в виде стержня со шкалой и закрепленным на нем ползуном, приводимым в движение шпонкой, установленной в захвате с возможностью контроля установки выемного блока в крайнем нижнем штатном положении.

Желательно фиксатор выполнить в виде подпружиненного стержня с хвостовиком и закрепленной на нем рукояткой.

Предпочтительно торец стержня фиксатора выполнить сферическим.

Целесообразно на корпусе в бобышках выполнить пазы разной глубины с возможностью фиксации подпружиненного стержня в выдвинутом или задвинутом положении.

Предпочтительно отверстия для захода стержня фиксатора выполнить в захвате сквозными и диаметрально противоположными.

Желательно на верхней части захвата снять фаску для взаимодействия со стержнями фиксаторов.

Целесообразно продольный шпоночный паз на внутренней поверхности корпуса выполнить переменного сечения.

Желательно стержень со шкалой измерителя выполнить подпружиненным.

Предпочтительно буртики обечайки корпуса выполнить со сквозным отверстием для прохода и свободного перемещения подпружиненного стержня со шкалой измерителя.

Желательно захват закрепить к выемному блоку шпильками с гайками.

Технический результат достигается тем, что для обеспечения защиты выемного блока от внешних механических повреждений и повышения жесткости корпуса устройства загрузочного корпус выполнен из составных, в частности двух, обечаек с буртиками, при этом буртики, наружный диаметр которых выполнен концентричным относительно оси внутреннего диаметра обечайки, обеспечивают центрирование относительно корпуса реактора и опорного кольца, в том числе при возможных отклонениях от вертикального положения (например, при крене, дифференте судна) при загрузке. Обеспечение защиты выемного блока от механических повреждений с места хранения на реактор достигается за счет окружающих его стенок корпуса устройства загрузочного, которые полностью закрывают выемной блок.

Установленные и закрепленные на захвате стопоры компенсирующих групп, свободно проходящие через отверстия верхней плиты выемного блока и упирающиеся в плиты КГ, обеспечивают удержание плит КГ в крайнем нижнем положении и исключают возможность перемещения подвижной плиты КГ при транспортировании ВБ с места хранения и загрузке.

Продольный шпоночный паз на внутренней поверхности корпуса устройства загрузочного, установленная на захвате шпонка, а также совмещенные риски "К", нанесенные на корпусе реактора, опорном кольце и устройстве загрузочном, захват, закрепленный к выемному блоку, обеспечивают соосность и ориентацию ВБ по углу в корпусе реактора и сокращают время на выполнение операции.

Ползун измерителя, размещенный в сквозном пазу, выполненном в нижней части корпуса по оси шпоночного паза, и закрепленный на подпружиненном стержне со шкалой, приводимый в движение при контакте с нижним торцом шпонки, установленной на захвате, обеспечивает контроль установки ВБ в крайнем нижнем штатном положении.

В верхней части корпуса устройства загрузочного установлены фиксаторы, которые при взаимодействии со сквозными отверстиями, выполненными в захвате, обеспечивают удержание захвата неподвижно в крайнем верхнем положении при установке устройства на опорное кольцо перед загрузкой ВБ в реактор.

После загрузки ВБ в реактор и освобождения захвата от ВБ происходит автоматический подхват корпуса устройства захватом и транспортирование устройства на место хранения, что сокращает время выполнения операций.

Захват, установленный в корпусе устройства загрузочного и закрепленный к выемному блоку, обеспечивает выполнение функции биологической защиты от наведенной активности корпуса реактора при выполнении работ по загрузке и снижает дозовые нагрузки на обслуживающий оборудование персонал.

Стенки стакана захвата, выполненные высокими, установлены с минимальным зазором в корпус устройства, при этом корпус устройства жестко установлен на штифты опорного кольца, что обеспечивает соосность и позволяет работать в любых условиях, например при крене и деференте судна.

Шпонка, установленная в отверстие (под шпонку) захвата и контактирующая с ползуном измерителя при перемещении захвата, обеспечивает ориентацию выемного блока по углу относительно корпуса реактора при установке ВБ в корпус реактора.

Заявляемое изобретение поясняется чертежами, представленными на фиг.1-5:

фиг.1 - устройство загрузочное;

фиг.2 - устройство загрузочное, продольный разрез по А-А (при загрузке);

фиг.3 - устройство загрузочное, вид Б (фиг.2);

фиг.4 - вертикальный шпоночный паз корпуса для шпонки захвата и паз для ползуна измерителя положения захвата в нижнем положении, вид В (фиг.2);

фиг.5 - ползун измерителя, разрез по Г-Г (фиг.2).

Устройство загрузочное содержит (фиг.1, 3) корпус 1, в центральной части которого выполнен захват 2, фиксаторы 3, измеритель 4.

Корпус 1 (фиг.1) выполнен из составных обечаек, например из двух, 5 и 6, соединенных между собой болтами (не показано).

В верхней части обечайки 5 корпуса 1 (фиг.1, 3) выполнены, в частности, две диаметрально противоположные бобышки 7 с отверстиями для размещения механизма фиксатора 3 и буртик 8 для придания жесткости обечайке 5. В нижней части обечайки 5 (фиг.1, 2) выполнен буртик 9 для придания жесткости этой обечайке, для крепления к обечайке 6 болтами и крепления к опорному кольцу 10, выполненный со штифтами 12, болтами 11. В буртике 9 выполнено сквозное отверстие 13 для прохода и свободного движения стержня 14 со шкалой измерителя 4, предназначенного для контроля установки ВБ в крайнем нижнем штатном положении.

На внутренней поверхности обечайки 5 выполнена направляющая в виде сквозного (продольного) шпоночного паза 15 (фиг.4), предназначенного для обеспечения ориентации ВБ по координатам относительно корпуса 34 реактора и по углу в корпусе реактора.

На бобышках 7 обечайки 5 корпуса 1 (фиг.2, 3) выполнены пазы 16 и 17 разной глубины, предназначенные для размещения подпружиненного стержня 42.

Обечайка 6 корпуса 1 выполнена с двумя буртиками, 18 верхним и 19 нижним, предназначенными для придания ей жесткости. Наружный диаметр буртиков выполнен концентричным относительно оси внутреннего диаметра обечайки 6 для центрирования по опорному кольцу 10 и для центрирования относительно оси корпуса реактора корпуса 1 устройства загрузочного. Одновременно корпус 1 с буртиками 8, 9, 18, 19 выполняет функцию защиты ВБ 25 от механических повреждений при транспортировании.

В буртике 18 верхнем выполнено сквозное отверстие 20 для прохода и свободного перемещения стержня 14 со шкалой измерителя 4. На внутренней поверхности обечайки 6 корпуса 1 (фиг.3) выполнена направляющая в виде сквозного шпоночного паза 21 переменного сечения, предназначенного для обеспечения ориентации ВБ 25 по координатам относительно корпуса 34 реактора и по углу в корпусе реактора, то есть шириной, несколько меньшей ширины сквозного (продольного) шпоночного паза 15, и сняты заходные фаски 22 для плавного перехода со сквозного (продольного) шпоночного паза 15 на сквозной шпоночный паз 21. В стенке обечайки 6 симметрично оси сквозного шпоночного паза 21 выполнен сквозной паз 23 шириной, несколько меньшей ширины сквозного шпоночного паза 21, и длиной "Ду".

Захват 2 (фиг.1) изготовлен в виде стакана с возможностью осевого смещения относительно корпуса. Высота стенок стакана захвата позволяет установить его с минимальным зазором в корпус устройства, что обеспечивает совмещение их осей и выполнение работ в любых условиях, например при крене и деференте судна.

В дне захвата выполнены сквозные отверстия для крепления его к верхней плите 24 ВБ 25, выполненного с фильтрующим элементом 53, шпильками 26 с гайками 27, кроме того, для установки стопоров 28 (плит КГ 31), упирающихся в плиты КГ 31 и обеспечивающих удержание плит КГ 31 в крайнем нижнем положении, исключая их перемещение при транспортировании ВБ с места хранения и загрузке, и крепления стопоров 28 к дну захвата 2 планками 29 и болтами 30 для стопорения плит КГ 31.

В захвате 2 выполнены сквозные отверстия 32 (фиг.2), закрытые заглушками 33, предназначенные для доступа к креплению ВБ 25 к корпусу 34 реактора. Рым-болты 35 (фиг.3) расположены в дне захвата 2 и предназначены для транспортирования как самого устройства загрузочного, так и устройства загрузочного вместе с ВБ 25.

В боковых стенках захвата 2 (фиг.1, 2) выполнены диаметрально противоположно сквозные отверстия 36, например два, для взаимодействия с установленными в верхней части корпуса 1 устройства загрузочного фиксаторами 3, удерживающими захват неподвижным в крайнем верхнем положении и в транспортном положении, и отверстие 37 под шпонку (фиг.1, 2) с установленной в нем шпонкой 38, закрепленной болтами 39, для обеспечения ориентации ВБ 25 по координатам относительно корпуса 34 реактора и по углу в корпусе реактора, на верхней части захвата 2 снята фаска 40 для взаимодействия с фиксатором 3.

Фиксатор 3 (фиг.2, 3) представляет собой подпружиненный пружиной 41 стержень 42 с хвостовиком 43 и закрепленной на нем рукояткой 44. Торец подпружиненного стержня 42 выполнен сферическим. За счет разности глубин пазов 16 и 17 на бобышках 7 подпружиненный стержень 42 может быть зафиксирован в выдвинутом или задвинутом положении.

Измеритель 4 (фиг.2, 5) включает ползун 45, неподвижно закрепленный на стержне 14 со шкалой, расположенный в опорах 46 и 47, закрепленных на обечайке 6, и опоре 48, закрепленной в пружину 49, опирающуюся одним концом в кольцо 50, а вторым концом через шайбу 51 в буртик 9 обечайки 5. Стержень 14 со шкалой, приводимый в движение при контакте ползуна 45 (фиг.5) с нижним торцом шпонки 38, установленной в захвате 2, свободно проходит через отверстия 13 и 20 (фиг.2) в буртике 9 обечайки 5 и в буртике 18 верхнем обечайки 6 и обеспечивает контроль установки выемного блока в крайнем нижнем штатном положении.

На корпусе реактора 34, опорном кольце 10 и корпусе 1 устройства загрузочного нанесены риски "К".

Устройство загрузочное работает следующим образом.

В исходном положении захват 2 находится в корпусе 1 устройства загрузочного в крайнем верхнем положении, подпружиненные стержни 42 фиксаторов 3, удерживающих захват (с ВБ 25) неподвижным, находятся в сквозных отверстиях 36 захвата 2, шпонка 38, обеспечивающая ориентацию ВБ 25 по координатам относительно корпуса 34 реактора и по углу в корпусе реактора, находится в сквозном (продольном) шпоночном пазу 15, ползун 45 измерителя 4 находится в крайнем верхнем положении под действием пружины 49.

Краном через траверсу (не показано) поднимают за рым-болты 35 устройство загрузочное и одевают на выемной блок 25, устанавливают стопоры 28 плит КГ 31 и крепят болтами 30 с планками 29 к дну захвата 2. При этом между нижним торцом стопора 28 плит КГ 31 и плитой КГ 31 имеется небольшой зазор.

Захват 2 крепят к выемному блоку 25 шпильками 26 и гайками 27.

Затем краном переносят устройство загрузочное с ВБ 25 в реакторное помещение, выставляют по совмещению рисок "К", нанесенных на корпусе реактора, опорном кольце и устройстве загрузочном, обеспечивая соосность и ориентацию ВБ 25 по углу в корпусе 34 реактора, устанавливают на штифты 12 опорного кольца 10, обеспечивая жесткость установки и возможность выполнения работы в любых условиях, например при крене и деференте судна, и крепят ВБ болтами 11 к опорному кольцу 10.

Краном опускают захват 2 с ВБ 25, предварительно освободив его от стержней 42 фиксаторов 3 сжатием пружины 41 за рукоятку 44 и выведением ее из паза 16 с установкой в паз 17. При опускании захвата 2 шпонка 38 размещена сначала в сквозном (продольном) шпоночном пазу 15, затем переходит в сквозной шпоночный паз 21. Далее шпонка 38 нижним торцом наезжает на поверхность 52 ползуна 45, выступающую в сквозной шпоночный паз 21, но не выступающую за внутренний диаметр корпуса 1.

При установке захвата 2 с ВБ 25 в крайнее нижнее штатное положение ползун 45 также опустится вниз, пружина 49 сожмется, стержень 14 также опустится вниз, и при совмещении с верхним торцом опоры 48 на шкале стержня 14 будет значение "0".

При выполнении этих операций захват 2 служит биологической защитой от наведенной активности корпуса реактора, от дозовых нагрузок на обслуживающий оборудование персонал, обеспечивая радиационную безопасность.

Затем снимают заглушки 33 со сквозных отверстий 32 и ВБ 25 крепят к корпусу 34 реактора, заглушки 33 устанавливают в сквозные отверстия 32.

Демонтируют стопоры 28 плит КГ 31, шпильки 26 с гайками 27. Выводят стержни 42 фиксатора 3 в положение при котором рукоятка 44 выйдет из паза 17 и войдет в паз 16.

Демонтируют крепление корпуса 1 устройства загрузочного к опорному кольцу 10. Поднимают захват 2 вверх, при этом в верхнем положении стержни 42 скользят сначала по фаске 40 захвата 2, потом по наружной поверхности захвата 2 и автоматически входят в сквозные отверстия 36 захвата 2, обеспечивая при этом сокращение времени на выполнение операции.

Затем производится подъем захвата 2 совместно со всем устройством загрузочным и передача его на хранение.

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к устройствам для объектов использования атомной энергии, и может быть применено преимущественно для загрузки "свежего" выемного блока реактора взамен аварийного, неисправного или выработавшего ресурс на судах с атомной паропроизводящей установкой. Устройство загрузочное содержит корпус с направляющими и захват с захватными элементами. Корпус выполнен составным из обечаек с буртиками, установлен по совмещению рисок на штифты и закреплен болтами. Направляющие выполнены в виде сквозного шпоночного паза. Захват выполнен в виде стакана и установлен в корпусе с возможностью сохранения ориентации за счет продольного шпоночного паза. Захват оснащен стопорами плит для удержания плит компенсирующих групп в крайнем нижнем положении, фиксаторами для удержания захвата неподвижно в крайнем верхнем положении и для автоматического подхвата после загрузки. Измеритель захвата выполнен в виде стержня со шкалой и закрепленным на нем ползуном для контроля установки выемного блока в крайнем нижнем штатном положении. Изобретение позволяет защитить выемной блок от механических повреждений, загрузить его с обеспечением соосности и ориентации по углу относительно корпуса реактора, контролировать установку в крайнем нижнем штатном положении, а также исключить возможность перемещения плит компенсирующих групп при транспортировании и загрузке. 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Устройство загрузочное, содержащее корпус с направляющими, выполненными на внутренней его поверхности, устанавливаемый на опорное кольцо, захват с захватными элементами, отличающееся тем, что его корпус выполнен составным из обечаек с буртиками, обеспечивающими его жесткость, установлен по совмещению рисок "К", нанесенных на корпусе реактора, опорном кольце и устройстве загрузочном, на штифты, расположенные в опорном кольце, и закреплен на опорном кольце болтами, направляющие на внутренних поверхностях обечаек выполнены в виде сквозного шпоночного паза, обеспечивающие ориентацию захвата по углу, захват выполнен в виде стакана, установленного в корпусе с возможностью сохранения ориентации осей и ориентации по углу за счет выполненного на внутренней поверхности корпуса продольного шпоночного паза, перемещающейся в нем при загрузке выемного блока шпонке, установленной в боковой стенке захвата и контактирующей с ползуном измерителя при перемещении захвата, закрепленного к выемному блоку с возможностью обеспечения соосности его перемещения в корпусе устройства, с рым-болтами, установленными в дне захвата для транспортирования, со стопорами плит компенсирующих групп для удержания плит компенсирующих групп в крайнем нижнем положении, с фиксаторами, взаимодействующими с отверстиями в захвате, для удержания захвата неподвижно в крайнем верхнем положении и для автоматического подхвата после загрузки, измеритель выполнен в виде стержня со шкалой и закрепленным на нем ползуном, приводимым в движение шпонкой, установленной в захвате с возможностью контроля установки выемного блока в крайнем нижнем штатном положении.

2. Устройство загрузочное по п.1, отличающееся тем, что фиксатор выполнен в виде подпружиненного стержня с хвостовиком и закрепленной на нем рукояткой.

3. Устройство загрузочное по п.2, отличающееся тем, что торец фиксатора выполнен сферическим.

4. Устройство загрузочное по п.1, отличающееся тем, что на корпусе в бобышках выполнены пазы разной глубины с возможностью размещения подпружиненного стержня в выдвинутом или задвинутом положении.

5. Устройство загрузочное по п.1, отличающееся тем, что отверстия для захода стержня фиксатора выполнены в захвате сквозными и диаметрально противоположными.

6. Устройство загрузочное по п.1, отличающееся тем, что на верхней части захвата снята фаска для взаимодействия со стержнями фиксаторов.

7. Устройство загрузочное по п.1, отличающееся тем, что шпоночный паз на внутренней поверхности корпуса выполнен переменного сечения.

8. Устройство загрузочное по п.1, отличающееся тем, что стержень со шкалой измерителя выполнен подпружиненным.

9. Устройство загрузочное по п.1, отличающееся тем, что буртики обечайки корпуса выполнены со сквозным отверстием для прохода и свободного перемещения подпружиненного стержня со шкалой измерителя.

10. Устройство загрузочное по п.1, отличающееся тем, что захват закреплен к выемному блоку шпильками с гайками.