КОНТЕЙНЕР С ЗАПРЕССОВАННОЙ КРЫШКОЙ ДЛЯ УПАКОВКИ ЯДЕРНЫХ ОТХОДОВ Российский патент 2013 года по МПК G21F5/12 

Изобретение относится к упаковочному контейнеру для хранения или захоронения продуктов, а также к способу изоляции продуктов в контейнере с запрессованной крышкой.

В данном случае имеется в виду контейнер, предназначенный для временного или долгосрочного хранения, в особенности, опасных отходов. В частности, изобретение касается твердых ядерных отходов, для которых оно разработано в первую очередь, однако оно не ограничивается этой областью применения и может применяться для отходов или других упаковываемых продуктов, которые обычно не представляю угрозы для окружающей среды. Предпочтительно использование изобретения представляет наибольший интерес для любых опасных продуктов, таких как радиоактивные взрывоопасные, токсичные и т.д.

В области ядерной энергетики известны два основных способа хранения отходов. В первом из них отходы помещают в металлические бочки, в случае необходимости уплотняют, затем перемещают в цилиндрический металлический контейнер с матрицей на основе цемента, который обеспечивает радиационную изоляцию. Герметичность контейнера обеспечивают путем установки крышки с уплотнительной прокладкой, которую крепят болтами. Во втором способе отходы, тоже упакованные в бочки, помещают в цилиндрические контейнеры из фибробетона, затем жидкий фибробетон заливают под давлением в контейнер, чтобы заблокировать бочки без использования крышки. Металлическая плита препятствует подъему отходов во время заливки.

В области ядерной энергетики известны также контейнеры, крышки которых крепят либо при помощи бандажа с гладкой опорной поверхностью (EP 0061400), либо за счет захождения друг в друга элементов рельефной формы (EP 0101362). Соединение осуществляют путем бесконтактной горячей посадки. Эти способы соединения невозможно применять в ситуациях, когда, кроме надежного закрывания, необходимо производить уплотнение содержимого. Они требуют также наличия дополнительного оборудования для нагрева или охлаждения одной из деталей.

Постоянно делаются попытки уменьшить объем, необходимый для складирования и захоронения этих отходов. Для этого осуществляют их предварительное уплотнение, но недостатком этого является то, что уплотненные отходы стремятся опять расшириться и создают значительные напряжения, действующие на контейнер и на матрицу. Это расширение усугубляется выделением газов в результате радиолиза, что создает дополнительное давление в контейнере. Некоторые из этих газов являются также агрессивными и могут привести к разрушению, что снижает безопасность долгосрочного хранения. В результате, исходя из возможностей, обеспечиваемых уплотнением и сжатием, трудно получить оптимальные результаты, и в контейнерах приходится оставлять пустые объемы для снижения внутренних напряжений.

Задача изобретения состоит в создании упаковочного контейнера, выполненного с возможностью противостоять значительным усилиям расширения содержащихся в нем продуктов после их уплотнения и который одновременно обеспечивает легкий способ упаковки. В этом контейнере устранена также проблема, связанная с выделением газов.

Поставленная задача решена в цилиндрическом контейнере для стабилизации и изоляции продуктов, таких как радиоактивные отходы, содержащем боковую стенку, нижний и верхний концы которой снабжены закрывающими элементами, при этом по меньшей мере один из указанных двух закрывающих элементов является вставным и выполнен с возможностью закрывания отверстия, ограниченного соответствующим концом боковой стенки, при этом указанный вставной закрывающий элемент содержит две стороны, внутреннюю и наружную, соединенные наружным контуром, форма которого ответна внутреннему контуру соответствующего конца боковой стенки, по меньшей мере, на части их соответствующей высоты так, что указанный вставной закрывающий элемент заходит, по меньшей мере, на часть своей высоты в пространство, охватываемое указанным концом боковой стенки, и опирается на указанный конец.

Согласно изобретению, наружный контур вставного закрывающего элемента оборудован по окружности по меньшей мере одним выступом, который в сечении по существу имеет форму треугольника, образованного наклонной поверхностью, направленной к внутренней стороне и удаляющейся от оси в направлении от внутренней стороны к наружной стороне под углом от 20° до 40° по отношению к указанной оси, и плоской поверхностью, направленной к наружной стороне, а внутренний контур конца боковой стенки содержит по меньшей мере одно гнездо, выполненное по его окружности с возможностью захождения в него указанного выступа для обеспечения стопорения закрывающего элемента на боковой стенке, при этом указанное гнездо в сечении содержит наклонную поверхность с наклоном наружу контейнера, так что указанная наклонная поверхность выступает от центральной оси указанной боковой стенки в направлении наружу контейнера под углом от 20° до 40° по отношению к указанной оси, и поверхность, образующую заплечик и обращенную внутрь контейнера.

Таким образом, закрывание контейнера осуществляется за счет взаимодействия и захождения друг в друга форм главной части контейнера и его закрывающего элемента (крышки).

Основной особенностью изобретения является особый профиль заходящих друг в друга выступов и гнезд, который позволяет одновременно противостоять высокому внутреннему давлению, когда контейнер закрыт, и легко, то есть с усилием, соответствующим намного меньшему давлению, вводить крышку в отверстие боковой стенки контейнера. При этом становится возможным без труда производить одновременно закрывание крышки и уплотнение отходов при помощи только одной операции запрессовки. Например, в реально возможном варианте применения можно применять усилие запрессовки в 180 тонн, из которых 150 тонн приходятся на уплотнение отходов и 30 тонн - на закрывание крышки. После закрывания контейнер в данном случае может выдерживать усилие выталкивания крышки, равное 300 тоннам, что соответствует двойному первоначальному внутреннему давлению отходов. Большая разница между усилиями, необходимыми для закрывания контейнера, за счет захождения форм друг в друга и для открывания крышки выталкиванием, позволяет максимально уплотнять отходы при одновременном сохранении высокой степени безопасности.

Это преимущество связано с особым профилем выступов и гнезд, заходящих друг в друга и, в частности, с их большой конусностью (угол составляет от 20° до 40°). Эта большая конусность позволяет получить большие поверхности упора (плоские поверхности и заплечики) между боковой стенкой и крышкой, противостоящие усилию выталкивания последней, с одновременным сохранением способности к упругой деформации в момент запрессовки крышки. Следует отметить, что описанное в документе EP 0101362 устройство, которое можно рассматривать как ближайший аналог изобретения, имеет углы от 1° до 2°, которые не обеспечивают такие свойства. Необходимо также подчеркнуть, что соединение между крышкой и главной частью контейнера в этом известном устройстве осуществляется за счет горячей посадки, то есть за счет расширения боковой стенки (или, что эквивалентно, за счет охлаждения крышки) для установки крышки без какого-либо плотного контакта. Учитывая отсутствие какого-либо усилия, этот способ на первый взгляд нельзя совместить с созданием усилия для уплотнения отходов. Хотя в описании к указанному патенту и уточнено, что контейнер обладает достаточным сопротивлением выталкиванию крышки, это сопротивление не эквивалентно сопротивлению контейнера в соответствии с настоящим изобретением, при этом в нем не указана возможность закрывания путем запрессовки.

Запрессовку можно легко осуществлять при помощи простого устройства в камере с защитными перчатками. Эта запрессовка обеспечивает высокое сопротивление выталкиванию. Сечение контейнеров может быть любым, но оно является аналогичным сечению бочек для отходов, которые сжимают в контейнерах.

Таким образом, единственной функцией контейнера является обеспечение сопротивления механическим напряжениям. Он не обязательно должен быть герметичным, тем более что чрезмерные выделения газов повышают риск выталкивания крышки, несмотря на предыдущие замечания. Ниже будет указано, каким образом можно предупреждать последствия выделений газов за пределы контейнера. Вместе с тем, контейнер может поглощать агрессивные выделения, в частности, содержащие хлор, если его выполнять из простой стали (черного листового железа), поскольку он подвержен коррозии, следовательно, удерживает эти опасные продукты ценой минимального снижения своей прочности.

Предпочтительно выступы и шипы ограничены двумя асимметричными поверхностями, при этом образующая выступ плоская поверхность вставного закрывающего элемента расположена перпендикулярно к оси этого закрывающего элемента, а образующая заплечик поверхность соответствующего гнезда на конце боковой стенки расположена в плоскости, перпендикулярной к оси боковой стенки. В этом случае упор, противодействующий выталкиванию крышки, является исключительно эффективным.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения контейнер содержит множество указанных выступов и множество указанных гнезд, при этом выступы и гнезда расположены друг над другом в направлении оси закрывающего элемента или оси боковой стенки. Такое расположение позволяет повысить сопротивление выталкиванию без существенного увеличения сопротивления запрессовке, с одной стороны, благодаря увеличению числа поверхностей упора, а, с другой стороны, благодаря сохранению небольшого размера рельефов, которые могут деформироваться, не создавая чрезмерных усилий.

Легкость запрессовки увеличивается, если ответные контуры вставного закрывающего элемента и боковой стенки имеют общие взаимодополняющие формы в виде усеченного конуса на по меньшей мере части их соответствующих высот, причем указанная часть усеченного конуса закрывающего элемента расходится в направлении от внутренней стороны к наружной стороне, а указанная часть усеченного конуса боковой стенки расходится в направлении изнутри наружу контейнера, при этом выступы имеют наружные кромки с разными радиусами, увеличивающимися от внутренней стороны к наружной стороне, а гнезда разделены внутренними контурами тоже разных радиусов, увеличивающихся изнутри наружу контейнера.

Легкость запрессовки еще больше увеличивается, если радиусы некоторых из внутренних контуров больше, чем радиусы некоторых из кромок выступов, а радиусы внутренних контуров и радиусы наружных кромок последовательно увеличиваются из расчета от 20% до 50% ширины плоских поверхностей, образующих выступы, или заплечиков, соответственно.

Такое выполнение позволяет получать постепенное соединение выступов и гнезд за счет постепенного увеличения глубины взаимного проникновения, что позволяет постепенно прикладывать усилие запрессовки, лучше направлять крышку в отверстии главной стенки и уменьшить риски преждевременного заклинивания крышки.

Запрессовка облегчается также, если выступы являются смежными друг к другу, а также если внутренние контуры, разделяющие гнезда в главной стенке, являются узкими, поскольку в этом случае рельефные элементы являются менее массивными и могут легче деформироваться при запрессовке.

Другой возможностью способствовать запрессовке является изготовление наклонной поверхности выступа более высокой твердости, чем поверхность гнезда, что позволяет ему легче проскальзывать с меньшей деформацией.

Поставленная задача решена также в способе для стабилизации и изоляции продуктов, таких как твердые радиоактивные отходы (в частности, в виде наложенных друг на друга уплотненных дисков), в описанном выше контейнере. Этот способ включает следующие операции:

- заполняют контейнер через его загрузочное отверстие указанными продуктами,

- располагают соответствующий закрывающий элемент напротив указанного загрузочного отверстия,

- прикладывают к указанным продуктам сжимающее усилие, оказывая силовое воздействие на вставной закрывающий элемент, расположенный соосно боковой стенке, в направлении другого закрывающего элемента до тех пор, пока ответные контуры вставного закрывающего элемента и боковой стенки не придут в положение опоры друг на друга таким образом, чтобы уплотнить указанные продукты и обеспечить стопорение вставного закрывающего элемента на боковой стенке за счет захождения выступа в гнездо.

Таким образом, данный способ обеспечивает удобное уплотнение содержащихся продуктов одновременно с закрыванием крышки путем создания большого усилия уплотнения. Контейнеры имеют достаточные размеры, чтобы воспринимать большие усилия уплотнения без риска повреждения от последствий расширения содержащихся в них продуктов.

К вставному закрывающему элементу прикладывают силу таким образом, чтобы обеспечить взаимодействие выступа или выступов с гнездом или гнездами во время запрессовки, при этом во время позиционирования указанного закрывающего элемента конец боковой стенки деформируется.

Предпочтительно перед установкой на место вставной закрывающий элемент имеет общую форму сферического сегмента, причем его выпуклость направлена к его внутренней стороне, так что после установки закрывающий элемент распрямляется, деформируясь и принимая плоскую форму под действием усилия выталкивания, создаваемого упакованными продуктами, что приводит к увеличению диаметра его наружного контура и к улучшению захождения выступа в гнездо.

Как было указано выше, для удаления газов из контейнера можно использовать недостаточную герметичность между крышкой и боковой стенкой. Вместе с тем, предпочтительно сделать удаление газов контролируемым, для чего закрывающий элемент герметизируют в месте соединения с боковой стенкой, при этом в закрывающем элементе устанавливают газопроницаемую заглушку. В этом случае отвод газов происходит через эту заглушку, имеющую известные характеристики.

После этого контейнер или группу таких контейнеров помещают в наружный контейнер для улучшения радиологической изоляции. Наружный контейнер не подвергается воздействию усилий, создаваемых отходами; усилия расширения отходов действуют на внутренний контейнер, но не приводят к его деформации. Размеры наружного контейнера выбирают так, чтобы он противостоял напряжениям, связанным с штабелированием и с перепадами нагрузки. Внутренние контейнеры помещают в наружном контейнере с незначительным зазором, что позволяет уменьшить объемы, необходимые для складирования. Чтобы избежать высоких давлений, связанных с возможным выделением газов, наружный контейнер должен быть газопроницаемым.

Изобретение будет более понятно из дальнейшего описания возможных вариантов его осуществления, представленных в качестве неограничивающих примеров со ссылками на чертежи.

На фиг.1 показан контейнер согласно изобретению, в котором верхнее отверстие закрыто вставным закрывающим элементом, образующим крышку, вид в продольном разрезе;

на фиг.2 - верхний свободный конец боковой стенки контейнера, изображенного на фиг.1, вид в разрезе в увеличенном масштабе;

на фиг.3 - наружный контур закрывающего элемента контейнера, изображенного на фиг.1, вид в разрезе в увеличенном масштабе;

на фиг.4 - основные этапы возможного перемещения элементов при установке закрывающего элемента на верхнее отверстие заполненного контейнера;

на фиг.5 - вариант выполнения соединения закрывающего элемента с верхним концом боковой стенки контейнера, вид в разрезе в увеличенном масштабе;

на фиг.6 показано газопроницаемое устройство;

на фиг.7 показан пример использования наружного контейнера.

Показанный на фиг.1 контейнер 1 предназначен преимущественно для отходов, которые имеют тенденцию изменять или восстанавливать объем с течением времени. В частности, контейнер 1 предназначен для упаковки наложенных друг на друга дисков уплотненных радиоактивных отходов. Контейнер 1 имеет общую форму цилиндрической бочки. Он содержит цилиндрическую боковую стенку 2, каждый из двух концов которой, нижний 3 и верхний 4, оборудован круглым закрывающим элементом 5 и 6, при этом нижний элемент образует дно, а верхний элемент - крышку. В данном случае закрывающий элемент 5 дна неразъемно закреплен на боковой стенке 2, например, посредством сварки или путем обжатия. Закрывающий элемент 6, образующий крышку, является вставным. Внутренняя 6a и наружная 6b стороны закрывающего элемента 6 соединены по внешнему контуру 6c. Крышка 6 закрывает верхнее отверстие 7 контейнера 1 (фиг.2, 4), ограниченное верхним концом 4 боковой стенки. Как будет показано ниже, заполнение контейнера 1 отходами, предназначенными для упаковки и хранения, производят через это верхнее отверстие 7 до установки на место крышки 6. Различные части контейнера 1 выполнены из металлического материала, например, из стали, однако в альтернативном варианте их можно выполнять из любого другого материала, выбираемого в зависимости от условий окружающей среды или применения. Специалист может выбирать соответствующие размеры и толщину этих частей контейнера 1.

В данном случае имеются специальные конструктивные средства соединения вставной крышки 6 с верхним концом 4 боковой стенки 2. Эти средства особенно приспособлены для упаковки радиоактивных отходов. Они обеспечивают закрывание отверстия 7 контейнера 1 крышкой 6, причем соединение этих двух элементов 1 и 6 поддерживается очень надежной системой соединения, противостоящей выталкивающему усилию до нескольких десятков тонн (когда диски уплотненных отходов ведут себя наподобие пружины), причем с высокой степенью безопасности. Для этого, как показано на фиг.2 и 3, общий наружный контур 6c вставного закрывающего элемента 6 и общий внутренний контур 4а верхнего конца 4 боковой стенки 2 имеют ответные формы в виде усеченного конуса. Как показано на фиг.1 и 4, вставной закрывающий элемент 6 устанавливают (в данном случае по всей его высоте) в пространство, ограниченное внутренним контуром 4a верхнего конца 4 (ограничивающего, как было указано выше, загрузочное отверстие 7), и он опирается на этот внутренний контур 4a. Кроме того, наружный контур 6c вставного закрывающего элемента 6 и внутренний контур 4a верхнего конца 4 боковой стенки 2 имеют набор выступающих зубьев и ответных гнезд, выполненных на их соответствующих окружностях. Число пар зуб-гнездо определяют, в частности, в зависимости от усилий удержания. Эти взаимодополняющие зубья и гнезда, образующие собственно конструктивные средства соединения, выполнены с возможностью захождения друг в друга для принудительного и пассивного стопорения закрывающего элемента 6, впрессованного в боковую стенку 2. В частности, как показано на фиг.2, внутренний контур 4a верхнего конца 4 боковой стенки 2 оборудован по его высоте набором последовательно расположенных параллельных кольцевых гнезд 10, в данном случае в количестве десяти, образующих в сечении зубчатый профиль с несимметричными зубьями. Каждое кольцевое гнездо 10 проходит по всей окружности внутреннего контура 4a в плоскости, перпендикулярной к оси 2' боковой стенки 2. Каждое из этих кольцевых гнезд 10 имеет сечение общей треугольной формы, открытое в направлении оси 2', и содержит наклонную кольцевую поверхность 10a, за которой следует кольцевая поверхность 10b, образующая заплечик. Эти две поверхности 10a и 10b сопрягаются в данном случае через кольцевую соединительную поверхность 10c закругленного сечения. Наклонная кольцевая поверхность 10a направлена вверх (то есть наружу контейнера) и удаляется от оси 2' боковой стенки снизу вверх (то есть изнутри наружу). Кольцевой заплечик 10b направлен к внутреннему бортику 3 боковой стенки 2 (то есть внутрь контейнера) и проходит в плоскости, перпендикулярной к оси 2' боковой стенки 2. Два последовательных кольцевых гнезда 10 верхнего конца 4 разделены в данном случае кольцевым участком 4a1 внутреннего контура 4a. Каждый из этих кольцевых участков 4a1 проходит перпендикулярно к оси 1' боковой стенки 2. Гнезда 10 и последовательные кольцевые участки 4а1 снизу вверх имеют смещение в сторону периферии относительно оси 2', как показано на фиг.2 (то есть тоже изнутри наружу контейнера). Кольцевые участки 4a1 образуют вместе собственно общей внутренний контур 4a в форме усеченного конуса, расходящегося снизу вверх. Что касается гнезд 10, то наклонная поверхность 10a проходит под углом от 20° до 40° относительно оси 2' боковой стенки 2. Ширина поверхности 10b заплечика составляет от 5 мм до 10 мм. Кольцевые участки 4a1 имеют высоту в пределах от 5 мм до 10 мм. Радиус этих участков 4a1 увеличивается последовательно и равномерно в направлении снизу вверх; образованный таким образом внутренний контур 4а ограничивает усеченный конус. Как показано на фиг.2, свободный верхний конец 4a2 внутреннего контура 4a имеет форму усеченного конуса, расходящегося снизу вверх. Гнездо 10, расположенное на уровне нижнего конца 4a3, содержит наклонную кольцевую поверхность 10a', высота которой больше высоты других гнезд 10, чтобы соединиться с внутренним диаметром боковой стенки 2. Как показано на фиг.3, внешний контур 6 с вставного закрывающего элемента 6 содержит по своей высоте последовательность кольцевых выступов 11, параллельных между собой, в данном случае в количестве одиннадцати. Каждый из кольцевых выступов 11 проходит по всей окружности внешнего контура закрывающего элемента в плоскости, перпендикулярной к его оси 6'. Кольцевые выступы 11 образуют кольцевые зубья, смещенные друг относительно друга по высоте наружного контура 6c. Вместе они образуют общую поверхность в форме усеченного конуса, а в сечении имеют форму зубчатой рейки или так называемого профиля с «артиллерийским шагом». Форма выступов 11 является ответной форме гнезд 10, описанных выше со ссылкой на фиг.2. Для этого каждый из этих выступов имеет по существу форму треугольника, образованного наклонной поверхностью 11a, которая направлена к внутренней стороне 6a и удаляется от оси 6' в направлении от внутренней стороны 6a к наружной стороне 6b, и плоской поверхностью 11b, направленной к наружной стороне 6b и расположенной перпендикулярно к оси 6' закрывающего элемента 6. Каждый из выступов 11 содержит также периферическую кромку 11c (соединяющую вышеуказанные поверхности 11a и 11b) в данном случае общей кольцевой формы, проходящую параллельно оси 6' закрывающего элемента 6. Два последовательных выступа 11 соединены также кольцевой поверхностью 11d, в данном случае имеющей сечение в виде полукруга или закругления. Эти кольцевые выступы 11 образуют и ограничивают собственно наружный контур 6c закрывающего элемента 6. Выступы 11 последовательно смещены в сторону периферии снизу вверх, и их кольцевые кромки 11c определяют общую форму в виде усеченного конуса, расходящегося от внутренней стороны 6a к наружной стороне 6b. Выступы 11 с учетом зазора имеют форму и размеры, соответствующие формам и размерам гнезд 10, описанных выше со ссылкой на фиг.2. Наклонная поверхность 11a выполнена под углом (таким же, что и наклонная поверхность 10 с учетом зазора) от 20° до 40° по отношению к оси 6' закрывающего элемента 6, плоская поверхность 11b имеет ширину от 5 до 10 мм, а радиус каждой кромки 11c постепенно увеличивается снизу вверх от 1 до 3 мм. Как и гнезда 10, выступы 11 имеют выступающие части (периферические кромки 11c или внутренние контуры 4a), радиусы которых последовательно увеличиваются от 20% до 50% ширины плоских поверхностей 11b или заплечиков 10b.

Таким образом, кромки 11c последовательных выступов 11 совместно определяют общую форму в виде усеченного конуса, расходящегося от внутренней стороны 6а к наружной стороне 6b. Кроме того, выступ 11, находящийся со стороны внутреннего конца 6c2 наружного контура 6c, содержит наклонную поверхность 11a', более длинную, чем наклонная поверхность других выступов 11, что облегчает запрессовку закрывающего элемента 6 на боковой стенке 2. Этот процесс будет подробнее описан ниже со ссылками на фиг.4. Точно так же, кольцевая кромка 11c этого выступа 11, расположенная со стороны внутренней стороны 6a, имеет радиус, меньший радиуса верхнего конца 4a2 внутреннего контура 4a боковой стенки 2, в частности, чтобы ограничить контакты между выступами 11 и внутренним контуром 4a боковой стенки 2 во время операции установки, которая будет описана ниже. В данном случае во время операции установки выступы 11 закрывающего элемента 6 могут входить в контакт не более чем с двумя-четырьмя кольцевыми участками 4a1 внутреннего контура 4a до их позиционирования в конечном приемном гнезде 10. Перед установкой эту крышку можно подвергнуть поверхностной обработке, например, путем закалки, чтобы получить поверхностную твердость выше, чем у верхнего конца 4 боковой стенки 2, и избежать тем самым заклинивания во время операции запрессовки.

Установку закрывающего элемента 6 на уровне верхнего конца 4 боковой стенки 2 производят путем запрессовки или осевой посадки при помощи пресса 15, предпочтительно с осуществлением этапов перемещения (A, B, C), показанных на фиг.4. Монтажный пресс 15 в данном случае содержит основание 16, на котором располагают контейнер 1, сжимающую обойму 17 для удержания на месте этого устанавливаемого контейнера 1 и силовой цилиндр (не показан), конец штока 18 которого оборудован средствами 19 для удержания закрывающего элемента 6. Пресс 15 дополнительно оборудован набором средств (не показаны) для манипулирования и управления силовым цилиндром. На практике, как показано на фиг.4A, контейнер 1 устанавливают на основание 16, при этом его загрузочное отверстие 7 направлено вверх, а сжимающую обойму 17 располагают вокруг боковой стенки 2 этого контейнера 1. Контейнер 1 заполняют радиоактивными отходами либо до его позиционирования внутри пресса 15, либо сразу после его установки в этом прессе. Параллельно располагают закрывающий элемент 6 на уровне средств 19 удержания силового цилиндра, т.е. напротив отверстия 7 контейнера 1 соосно ему (фиг.4A).

На чертеже показаны предназначенные для сжатия и уплотнения отходы, например, диски 20, полученные в результате предварительного уплотнения и уплощения металлических бочек, в которые отходы были загружены навалом. Сжимающая обойма 17 имеет достаточную высоту, чтобы охватывать вершину штабеля дисков 20 за пределами боковой стенки 2 контейнера. После этого шток силового цилиндра 18 перемещают в осевом направлении в сторону элемента 5 дна контейнера 1 таким образом, чтобы закрывающий элемент 6 зашел во внутреннее пространство, ограниченное верхним концом 4 контейнера 1 (как показано на фиг.4B).

Одновременно силовой цилиндр 18 сжимает штабель дисков 20 и полностью заталкивает его в контейнер 1, обеспечивая превосходное его заполнение.

Закрывающий элемент 6 перемещают до конечного положения, которое предпочтительно определено механическим упором, соответствующим положению опоры силового цилиндра на верхнюю часть контейнера. На практике это конечное положение соответствует с одной стороны опоре между контурами 4a и 6c боковой стенки 2 и закрывающего элемента 6, а с другой стороны - взаимодействию набора «гнезда 10-выступы 11». Специальная форма набора «гнезда 10-выступы 11» способствует оптимизации позиционирования при запрессовке крышки 6 на контейнере 1. Во время осевого поступательного перемещения закрывающий элемент 6 при необходимости можно использовать для прессования и уплотнения продуктов, загруженных в контейнер 1. В рамках так называемой «холодной посадки» или «запрессовки» во время позиционирования крышки 6 верхний конец 4 боковой стенки 2 подвергается упругой деформации, которая в конечном счете обеспечивает захождение выступов 11 в гнезда 10 боковой стенки 2. В этом случае трение и заклинивание выступов 11 на верхнем конце 4 боковой стенки 2 ограничены наклонными поверхностями 11a этих выступов 11. После посадки закрывающего элемента 6 (как показано на фиг.4B) средства 19 удержания можно отсоединить от закрывающего элемента 6, и удалить сжимающую обойму 17, высвобождая закрытый контейнер 1, в котором упакованные продукты находятся в уплотненном состоянии. Вставной закрывающий элемент 6 удерживается на месте на уровне верхнего конца 4 боковой стенки 2 за счет контакта плоских поверхностей 11b выступов 11 с заплечиками 10b гнезд 10. На фиг.5 показан вариант выполнения находящихся друг против друга контуров 4a и 6c боковой стенки 2 и закрывающего элемента 6. Эти контуры 4a, 6c очень похожи на контуры, показанные на фиг.1-3, и отличаются только тем, что имеют общие ответные цилиндрические формы (вместо взаимодополняющих усеченных конусов в варианте, показанном на фиг.1-3). Эта форма средств соединения боковой стенкой 2 с закрывающим элементом 6 обеспечивает, в частности, центровку закрывающего элемента 6 на контейнере 1 в случае, когда средство направления монтажного пресса является относительно широким. В альтернативном варианте наружный контур 6c закрывающего элемента 6 общей цилиндрической или конической формы оборудуют по его высоте выступом общей спиральной формы, наружная кромка которого тоже находится внутри пространства общей цилиндрической или конической формы. В данном случае этот спиральный выступ взаимодействует с соответствующим гнездом тоже спиральной формы, выполненным на уровне верхнего конца 4 боковой стенки 2. Этот тип крышки 6 со спиральным выступом устанавливают осевым поступательным движением, как было описано со ссылками на фиг.4, так, чтобы действовать на загруженные продукты с оптимальным усилием сжатия. В этом же случае предпочтительно закрывающий элемент 6 и боковую стенку 2 оборудуют метками для обеспечения правильного углового позиционирования между ними и, следовательно, правильного углового позиционирования спирального выступа в его приемном гнезде. Как правило, во всех случаях число и размеры гнезд и выступов определяют в зависимости от напряжений, которым будет подвергаться закрывающий элемент 6 и, в частности, от значений выталкивающих сил, создаваемых упакованными продуктами. В целом элемент 5 дна может иметь конструкцию, идентичную или сходную с конструкцией, описанной выше со ссылками на фиг.3. При этом нижний конец 3 боковой стенки 2 будет сходным или идентичным с верхним концом 4, описанным выше со ссылками на фиг.2. Если содержимое является агрессивным или жидким нижний конец 6c2 наружного контура закрывающего элемента 6 можно дополнительно оборудовать резиновой кольцевой уплотняющей прокладкой для обеспечения герметичности контейнера и для защиты набора «выступы-гнезда». Закрывающий элемент 6 может иметь перед своей установкой общую форму сферического или выпуклого колпака, причем эту выпуклость направляют к внутренней стороне 6a. После установки на контейнере 1 этот закрывающий элемент 6 под действием выталкивающего усилия, создаваемого упакованными продуктами, распрямляется и деформируется, принимая плоскую форму, что приводит к увеличению диаметра его наружного контура 6c и к оптимизации взаимодействия выступа (выступов) 11 и гнезда (гнезд) 10. На фиг.6 показан другой вариант осуществления изобретения.

Закрывающий элемент 6 можно закрепить сваркой на боковой стороне 2 посредством создания сварного шва 21 по линии их соединения. Кроме того, закрывающий элемент 6 (или боковую сторону 2) оборудуют проницаемой заглушкой 22, которая может представлять собой пористый материал, проходящий насквозь через закрывающий элемент. Этот вариант может найти свое применение, если необходимо производить измерение или исследование газов, выделяющихся вследствие радиолиза в контейнере 1, так как эти газы оказываются сконцентрированными в месте нахождения заглушки 22, то есть их можно легко контролировать.

Далее со ссылками на фиг.7 описан еще один вариант осуществления изобретения. Заполненный дисками 20 закрытый контейнер 1 можно расположить внутри наружного контейнера 23, такого как контейнер временного или окончательного хранения. Наружный контейнер 23 может быть выполнен из металлического кожуха 27 с бетонным слоем 28 радиологической изоляции и, например, содержать главную полую часть 24 и крышку 25. Он не является герметичным, а, наоборот, обеспечивает отвод газов, выделяющихся из дисков 20 и проходящих через контейнер 1. Газы могут проходить через участки 26, специально выполненные в главной части 24 или в крышке 25 или выполненные тоже в виде проницаемых заглушек или пористых участков, или, например, в виде зигзагообразных отверстий. Контейнер 1 можно разместить в полости наружного контейнера 23 с небольшим зазором, чтобы оставить немного пустого объема, поскольку его размеры хорошо известны и не меняются. Крышку 25 крепят сваркой на главной части 24 по линии 29 их соединения после установки на место контейнера 1.

Изобретение относится к контейнеру для хранения ядерных отходов. Контейнер содержит боковую стенку (2), концы (3, 4) которой оборудованы закрывающими элементами (5, 6), по меньшей мере один из которых присоединяют для закрывания отверстия. Наружный контур (6с) вставного закрывающего элемента (6) и внутренний контур (4а) соответствующего конца (4) боковой стенки (2) имеют взаимодополняющие общие формы на по меньшей мере части их соответствующей высоты так, что вставной закрывающий элемент (6) заходит по меньшей мере частью своей высоты во внутреннее пространство, ограниченное концом (4) боковой стенки (2), и опирается на указанный конец (4) за счет захождения выступов (11) в гнезда (10) соответствующей формы. Наклонные посадочные плоскости образуют с осью контейнера угол от 20 до 40°. Изобретение позволяет противостоять значительным усилиям расширения содержащихся в нем продуктов. 2 н. и 31 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Цилиндрический контейнер для стабилизации и изоляции твердых отходов, содержащий боковую стенку (2), нижний и верхний концы (3, 4) которой снабжены закрывающими элементами (5, 6), при этом по меньшей мере один из указанных двух закрывающих элементов (6) является вставным и выполнен с возможностью закрывания отверстия (7), ограниченного соответствующим концом (4) боковой стенки, при этом указанный вставной закрывающий элемент (6) содержит две стороны, внутреннюю (6а) и наружную (6b), соединенные наружным контуром (6с), форма которого ответна внутреннему контуру (4а) соответствующего конца (4) боковой стенки (2), по меньшей мере, на части их соответствующей высоты так, что указанный вставной закрывающий элемент (6) заходит по меньшей мере на часть своей высоты в пространство, охватываемое указанным концом (4) боковой стенки (2), и опирается на указанный конец (4), отличающийся тем, что наружный контур (6с) вставного закрывающего элемента (6) оборудован по окружности по меньшей мере одним выступом (11), который в сечении, по существу, имеет форму треугольника, образованного наклонной поверхностью (11а), направленной к внутренней стороне (6а) и удаляющейся от оси (6') в направлении от внутренней стороны (6а) к наружной стороне (6b) под углом от 20° до 40° по отношению к указанной оси (6'), и плоской поверхностью (11b), направленной к наружной стороне (6b), а внутренний контур (4а) конца (4) боковой стенки (2) содержит по меньшей мере одно гнездо (10), выполненное по его окружности с возможностью захождения в него указанного выступа (11) для обеспечения стопорения закрывающего элемента (6) на боковой стенке (2), при этом указанное гнездо (10) в сечении содержит наклонную поверхность (10а) с наклоном наружу контейнера, так что указанная наклонная поверхность (10а) выступает от центральной оси (2') указанной боковой стенки (2) в направлении наружу контейнера под углом от 20° до 40° по отношению к указанной оси (2'), и поверхность (10b), образующую заплечик и обращенную внутрь контейнера.

2. Контейнер по п.1, отличающийся тем, что плоская поверхность (11b), образующая выступ (11) вставного закрывающего элемента (6), лежит в плоскости, перпендикулярной к оси (6') указанного закрывающего элемента (6), а образующая заплечик поверхность (10b) ответного гнезда (10) конца (4) боковой стенки (2) лежит в плоскости, перпендикулярной к оси (2') боковой стенки (2).

3. Контейнер по любому из пп.1 или 2, отличающийся тем, что содержит множество указанных выступов (11) и множество указанных гнезд (10), при этом выступы (11) и гнезда (10) расположены друг над другом в направлении оси (6') закрывающего элемента (6) или оси (2') боковой стенки (2).

4. Контейнер по п.3, отличающийся тем, что все выступы и гнезда являются кольцевыми и параллельными.

5. Контейнер по п.3, отличающийся тем, что выступы (11) являются последовательными витками спирального выступа, а гнезда (10) являются последовательными витками спирального гнезда.

6. Контейнер по п.3, отличающийся тем, что ответные контуры (6с, 4а) вставного закрывающего элемента (6) и боковой стенки (2) имеют общие взаимодополняющие формы в виде усеченного конуса на по меньшей мере части их соответствующих высот, причем указанная часть усеченного конуса (6с) закрывающего элемента расходится в направлении от внутренней стороны (6а) к наружной стороне (6b), а указанная часть усеченного конуса (4а) боковой стенки (2) расходится в направлении изнутри наружу контейнера, при этом выступы (11) имеют наружные кромки (11с) с разными радиусами, увеличивающимися от внутренней стороны к наружной стороне, а гнезда (10) разделены внутренними контурами (4а) тоже разных радиусов, увеличивающихся изнутри наружу контейнера.

7. Контейнер по любому из пп.4 или 5, отличающийся тем, что ответные контуры (6с, 4а) вставного закрывающего элемента (6) и боковой стенки (2) имеют общие взаимодополняющие формы в виде усеченного конуса на по меньшей мере части их соответствующих высот, причем указанная часть усеченного конуса (6с) закрывающего элемента расходится в направлении от внутренней стороны (6а) к наружной стороне (6b), a указанная часть усеченного конуса (4а) боковой стенки (2) расходится в направлении изнутри наружу контейнера, при этом выступы (11) имеют наружные кромки (11с) с разными радиусами, увеличивающимися от внутренней стороны к наружной стороне, а гнезда (10) разделены внутренними контурами (4а) тоже разных радиусов, увеличивающихся изнутри наружу контейнера.

8. Контейнер по п.6, отличающийся тем, что радиусы некоторых из внутренних контуров (4а) больше, чем радиусы некоторых из кромок (11с) выступов (11).

9. Контейнер по п.7, отличающийся тем, что радиусы некоторых из внутренних контуров (4а) больше, чем радиусы некоторых из кромок (11с) выступов (11).

10. Контейнер по любому из пп.6, 8 или 9, отличающийся тем, что радиусы внутренних контуров (4а) и радиусы наружных кромок (11с) последовательно увеличиваются из расчета от 20% до 50% ширины плоских поверхностей, образующих выступы, или заплечиков, соответственно.

11. Контейнер по п.7, отличающийся тем, что радиусы внутренних контуров (4а) и радиусы наружных кромок (11с) последовательно увеличиваются из расчета от 20% до 50% ширины плоских поверхностей, образующих выступы, или заплечиков, соответственно.

12. Контейнер по п.3, отличающийся тем, что выступы являются смежными друг к другу, при этом плоские поверхности (11b), образующие выступы, чередуются с наклонными поверхностями (11a).

13. Контейнер по любому из пп.1, 2, 4-6, 8, 9, 11, 12, отличающийся тем, что наклонная поверхность выступа является более твердой, чем наклонная поверхность гнезда.

14. Контейнер по п.3, отличающийся тем, что наклонная поверхность выступа является более твердой, чем наклонная поверхность гнезда.

15. Контейнер по п.7, отличающийся тем, что наклонная поверхность выступа является более твердой, чем наклонная поверхность гнезда.

16. Контейнер по п.10, отличающийся тем, что наклонная поверхность выступа является более твердой, чем наклонная поверхность гнезда.

17. Способ стабилизации и изоляции продуктов, таких как твердые радиоактивные отходы, в контейнере (1) по любому из пп.1-16, характеризующийся тем, что:
заполняют контейнер (1) через его загрузочное отверстие (7) указанными продуктами,
располагают соответствующий закрывающий элемент (6) напротив указанного загрузочного отверстия (7),
прикладывают к указанным продуктам сжимающее усилие, оказывая силовое воздействие на вставной закрывающий элемент (6), расположенный соосно боковой стенке (2), в направлении другого закрывающего элемента (5) до тех пор, пока ответные контуры (6с, 4а) вставного закрывающего элемента (6) и боковой стенки (2) не придут в положение опоры друг на друга таким образом, чтобы уплотнить указанные продукты и обеспечить стопорение вставного закрывающего элемента (6) на боковой стенке (2) за счет захождения выступа в гнездо.

18. Способ по п.17, характеризующийся тем, что перед установкой на место вставной закрывающий элемент (6) имеет общую форму сферического сегмента, причем его выпуклость направлена к его внутренней стороне (6а), так что после установки закрывающий элемент (6) распрямляется, деформируясь и принимая плоскую форму под действием усилия выталкивания, создаваемого упакованными продуктами, что приводит к увеличению диаметра его наружного контура (6с) и к улучшению захождения выступа в гнездо.

19. Способ по любому из пп.17 или 18, характеризующийся тем, что включает этап крепления закрывающего элемента на боковой стенке посредством сварки, при этом в контейнере выполнена сквозная газопроницаемая заглушка (22).

20. Способ по любому из пп.17 или 18, характеризующийся тем, что включает этап закрывания контейнера, выполненного из металла, в наружном контейнере, содержащем кожух радиологической изоляции.

21. Способ по п.19, характеризующийся тем, что включает этап закрывания контейнера, выполненного из металла, в наружном контейнере, содержащем кожух радиологической изоляции.

22. Способ по п.20, характеризующийся тем, что наружный контейнер содержит главную часть и крышку, а также проницаемый участок, при этом крышку (25) крепят сваркой (29) на главной части (24).

23. Способ по п.21, характеризующийся тем, что наружный контейнер содержит главную часть и крышку, а также проницаемый участок, при этом крышку (25) крепят сваркой (29) на главной части (24).