СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЙ ИНСТРУМЕНТ ДЛЯ ПОИСКА И ИЗВЛЕЧЕНИЯ ПОСТОРОННИХ ПРЕДМЕТОВ, ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО МУСОРА И ТВЕРДЫХ РАДИОАКТИВНЫХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ ТОПЛИВНОГО КАНАЛА И ДРУГИХ ВНУТРЕННИХ ПОЛОСТЕЙ ВОДОГРАФИТОВЫХ ЯДЕРНЫХ РЕАКТОРОВ АТОМНЫХ СТАНЦИЙ БЕЗ НАРУШЕНИЯ ЦЕЛОСТНОСТИ ТРУБОПРОВОДОВ Российский патент 2016 года по МПК G21F9/34 G21C19/26 

Известно устройство (авт. свид. СССР №1231126, МПК⁴, E02B 15/10, 1986), с помощью которого можно удалять отходы с днища ядерного реактора или со дна бассейнов хранения отработавшего топлива ядерных реакторов. Устройство содержит захватывающее устройство, выполненное в виде воронки, поставленной основанием вниз, гибкий шланг для отвода отходов, механизм для опускания и подъема воронки, вакуум-насос, ресивер, соединенный с вакуум-насосом через запорную арматуру. Устройство работает следующим образом. С помощью механизма для опускания, захватывающее устройство опускают на дно резервуара, включают вакуум-насос, который создает вакуум в ресивере, куда устремляется поток воды по гибкому шлангу через захватывающее устройство. Это описанное известное устройство не обеспечивает удаления твердых отходов и/или посторонних предметов со дна резервуара, их поиск затруднен по причине отсутствия системы пространственной навигации, телевизионного поиска и наведения.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является устройство в виде капсулы для сбора, хранения и транспортирования просыпи твердых радиационно-опасных и ядерно-опасных материалов на объектах атомной энергетики (патент RU 2430436), состоящей из емкости для сбора просыпи твердых радиоактивных отходов, корпус которой выполнен в виде полого цилиндра с герметичным дном и расположенными в верхней части корпуса всасывающим и отводящим патрубками, запорного устройства и установленного в емкости капсулы запирающего фильтра для задержки и накопления частиц просыпи, запирающий фильтр выполнен из высокопористого коррозионностойкого материала и установлен внутри корпуса перед отводящим патрубком, а всасывающий патрубок соединен с всасывающим каналом, выполненным, например, в форме трубы длиной, соответствующей длине запирающего фильтра.

Данная капсула служит для сбора отходов ядерного топлива (ОЯТ) в помещениях и на оборудовании АЭС вне активной зоны реактора. Просыпь ОЯТ, для сбора которой предназначена капсула, может образовываться как вследствие штатного технологического процесса разделки тепловыделяющих сборок (ТВС) для промежуточного хранения и/или транспортирования, так и вследствие возникновения нештатных ситуаций, связанных с повреждением ТВС при загрузке/выгрузке и попаданием ОЯТ внутрь полости реактора. Сбор просыпи ОЯТ из внутренних полостей реактора при помощи капсулы не представляется возможным по следующим причинам:

- из-за наличия чрезвычайной удаленности всасывающей насадки от самой капсулы;

- невозможности захвата через всасывающий вакуумный патрубок технологического мусора и посторонних предметов продолговатой, острой или сложной геометрической формы;

- отсутствие соответствующего профиля всасывающего устройства, необходимого для доступа к нижним водяным коммуникациям реактора, и отсутствие системы пространственной навигации, телевизионного поиска и наведения непосредственно на конце самой всасывающей насадки.

Проведенный сопоставительный анализ заявляемого инструмента с прототипом позволил выявить отличительные признаки, что доказывает соответствие заявляемой совокупности признаков изобретения "новизна". При поиске аналогов не обнаружены технические решения, сходные с отличительными признаками заявляемого захвата, что доказывает соответствие заявляемой совокупности признаков критерию изобретения "Изобретательский уровень".

Одним из примеров применения захвата является его использование во время

проведения планово-предупредительных ремонтов (ППР) на реакторах типа РБМК (Реакторы Большой Мощности Канальные) в случае возникновения ситуаций, связанных с попаданием технологического мусора, посторонних предметов, фрагментов ТВС или тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) внутрь топливных каналов реактора. Под действием силы тяжести вышеназванные объекты падают вниз, в так называемые «калачи» (крутоизогнутые U-образные колена из трубы диаметром 60×5,5 мм) нижних водяных коммуникаций (НВК) реактора. Процесс извлечения вышеописанных объектов обычно представляет собой отрезание U-образного колена, содержащего посторонний объект, с последующей установкой нового U-образного колена на место вырезанного. Установка нового U-образного колена сопряжена с контролем качества сварного соединения радиографическим методом и последующей опрессовкой данного трубопровода. Вышеназванные действия требуют длительного присутствия персонала станции в подреакторном помещении НВК, которое является зоной повышенного радиационного фона. В целях снижения радиационных дозовых нагрузок на персонал необходимо исключить или, по возможности, минимизировать время нахождения работников станции в подобных помещениях. Изобретение позволит оператору произвести дистанционный визуальный поиск и извлечение посторонних предметов из НВК, находясь в зоне над верхней биологической защитой, непосредственно в реакторном зале, где радиационный фон является существенно более низким. Помимо снижения дозовой радиационной нагрузки на персонал станции снижается суммарное время, а также трудовые и материальные затраты на ППР реактора АЭС, что в целом оказывает положительный суммарный экономический эффект от применения вышеописанного захвата.

Устройство может применяться на любых других типах реакторов при проведении ППР и использоваться для извлечения посторонних предметов и технологического мусора из скрытых полостей контуров теплоносителя и различных вспомогательных систем. Также возможны следующие модификации заявляемого устройства:

- Захват может быть дополнительно оснащен устройством для обнаружения радиоактивности, что позволяет дистанционно дифференцировать принадлежность извлекаемого предмета (если недостаточно понятно по его внешнему виду) к ядерному, сильно радиационно-активному материалу, или технологическому мусору. От этого зависит оценка предварительной угрозы радиационного заражения местности, величины дополнительной радиационной дозовой нагрузки на персонал АЗС, способа утилизации извлекаемого образца.

- Захват может быть дополнительно оснащен датчиком температуры, что предотвращает перегрев зонда и выход его из строя, т.к. информация, получаемая с датчика, может использоваться не только для оценки оператором температуры в зоне контроля, но и для осуществления обратной связи с процессором в блоке управления и последующим автоматическим выключением питания зонда при достижении пороговых значений.

- Захват может быть дополнительно оснащен указателем горизонта на базе трехосевого акселерометра, что дает однозначное представление о его пространственной ориентации. В случае затрудненной локализации дефекта/постороннего предмета, по предоставляемой информации об угле наклона к горизонту, ориентации в вертикальной плоскости и глубине ввода рабочей части, можно однозначно локализовать снаружи расположение объекта или дефекта.

- В случаях если трубопроводы имеют малые диаметры проходного сечения и поставлена задача по извлечению посторонних предметов с заведомо известными магнитными свойствами, конструкция заявляемого инструмента может быть упрощена до использования электромагнитного привода в качестве постоянного магнита. Посторонний предмет извлекается посредством примагничивания к сердечнику соленоида.

- В заявляемом инструменте вместо захвата чашечного типа может быть использован захват цангового типа, что обусловлено постановкой задачи по извлечению из трубопроводов малого диаметра плоских и относительно больших объектов, например: шайбы, гайки, различный крепеж, линейный размер которого не позволяет захватить вышеописанные объекты заявляемым инструментом в чашечном исполнении.

- В заявляемом инструменте вместо захвата чашечного типа может быть использована модификация захвата, основанная на свойствах клейких материалов. Это обусловлено случаями необходимости извлечения частиц вещества или посторонних предметов малого размера.

- Захват может быть дополнительно оснащен устройством для проведения капиллярной дефектоскопии с дополнительной ультрафиолетовой подсветкой, если необходима оценка качества сварного соединения трубопровода изнутри после его монтажа или длительной эксплуатации. Его использование способствует раннему выявлению трещин различного размера и разного рода концентраторов напряжений, развивающихся наружу из внутренней стенки трубы в трубопроводах. Своевременное обнаружение данных дефектов позволит снизить или исключить аварии, связанные с прорывом трубопроводов высокого давления на объектах атомной энергетики и промышленности.

- Также в захвате вместо электромагнитного привода может быть использован серво-электромоторный привод. Подобная модификация обусловлена необходимостью развития большего тянущего усилия при извлечении постороннего предмета и постоянного усилия сжатия чашек захвата при малом проходном сечении трубы.

- Захват может быть дополнительно оснащен термоэлектрическим преобразователем, что дает возможность термостатирования его внутренних электронных элементов и работы в расширенном диапазоне плюсовых температур.

- Вариант изделия с прямыми кронштейнами дает возможность решения широкого круга задач по извлечению посторонних предметов из скрытых полостей различного оборудования на объектах атомной энергетики и промышленности, в том числе и на атомных станциях. Подвижный и неподвижный кронштейны захвата могут иметь специальный профиль под конкретный радиус кривизны трубопровода, что решает определенный круг узкоспециальных задач.

Чертеж, приведенный на фиг. 1, иллюстрирует принципиальную схему захвата в раскрытом виде внутри U-образного колена НВК реактора типа РБМК с подробным перечислением конструктивных элементов самого захвата. На фиг. 2 изображен топливный канал реактора типа РБМК и схематично изображен захват (перечислены лишь основные элементы конструкции захвата) с целью описания процесса доступа в зону U-образного колена НВК реактора.

Возможность осуществления данного изобретения раскрывается посредством приведенного ниже описания: на фиг. 1 показана принципиальная схема предлагаемого захвата, состоящего из: подвижной чашки 1.1; неподвижной чашки 1.2; колена в виде Г-образного рычага 2.1; неподвижного кронштейна 2.2; возвратной пружины 3, смотрящей в створ чашек телевизионной видеокамеры 4; системы подсветки зоны контроля 5; электромагнитного привода 6; многозвенного карданного подвеса 7; разделительной муфты 8; рабочей части 9; блока управления и отображения информации 10 (фиг. 2).

Принцип действия: на торце захвата при помощи неподвижного кронштейна 2.2 жестко закреплена неподвижная чашка 1.2, к которой прилегает подвижная чашка 1.1, закрепленная на подвижном рычаге 2.1. Захват имеет нормально раскрытое положение, которое обеспечивается за счет упругости возвратной пружины 3. Створ раскрытых чашек подсвечивается системой подсветки 5. Процесс визуального поиска и захвата посторонних предметов осуществляется при помощи герметичной радиационностойкой телевизионной камеры 4, смотрящей в створ чашек 1.1 и 1.2. Подвижный рычаг 2.1 и жестко закрепленная на нем подвижная чашка 1.1 приводятся в действие электромагнитным приводом 6, выполненным в виде соленоида. Захват имеет многозвенный карданный подвес 7, механически сочленяющий его с разделительной муфтой 8. Разделительная муфта 8 служит для пространственного разделения механических и электрических коммуникаций, проходящих внутри рабочей части 9. Рабочая часть 9 имеет достаточную длину для того, чтобы оператор, находящийся в реакторном зале, смог при помощи данного зонда достичь «калача» НВК реактора. Блок управления 10 осуществляет дистанционное визуальное отображение информации из зоны контроля и передает через электрические коммуникации рабочей части 9 в захват команды оператора по включению или выключению захвата. Захват находится в зоне действия сильного ионизирующего излучения. Для продления срока службы находящихся внутри электронных компонентов и полупроводников он имеет интегрированные элементы радиационной защиты в виде свинцовых и стальных пластин 11, обеспечивающих дополнительное радиационное ослабление. На базе вышеописанного принципа действия создан рабочий образец.

Процесс поиска посторонних предметов (фиг. 2) производится оператором и его ассистентом. Ассистент оператора опускает в топливный канал реактора рабочую часть 9 с захватом на конце. Рабочая часть и захват опускаются вертикально вниз под действием силы тяжести. Оператор контролирует скорость и глубину ввода инструмента по видеоизображению на блоке управления и отображения информации 10. По достижении НВК захват ориентируется оператором таким образом, чтобы чашки 1.1 и 1.2 легли на ребро внутри «калача» НВК в раскрытом виде. Этому способствует специальный профиль изгиба подвижного рычага 2.1 и неподвижного кронштейна 2.2. После обнаружения постороннего предмета производится его захват посредством нажатия оператором соответствующей кнопки на блоке управления. Для удержания чашек в закрытом состоянии и, соответственно, постороннего предмета внутри чашек параллельно кнопке захвата в блоке управления имеется выключатель. Осуществив захват предмета, с его последующим удержанием в чашках, ассистент оператора производит извлечение зонда из топливного канала реактора.

Литература

1) Н.А. Доллежаль, И.Я. Емельянов «Канальный ядерный энергетический реактор», г. Москва, Атомиздат, 1980 г., стр. 48-59; 95-97.

2) Д.Ф. Гуревич, В.В. Ширяев, И.Х. Пайкин «Арматура атомных электростанций», справочное пособие, г. Москва, Энергоиздат, 1982 г., стр. 6-10; 236-255.

Изобретение относится к средствам эксплуатации атомных электростанций. Инструмент предназначен для дистанционного визуального поиска, извлечения посторонних предметов, технологического мусора и твердых радиоактивных материалов из внутренних полостей топливных каналов реактора и контуров теплоносителя. Устройство состоит из блока управления и зонда, который имеет на рабочем конце захват, оснащенный радиационно-стойкой телекамерой с возможностью видеодокументирования и системой подсветки. Инструмент может иметь следующие модификации: оснащен устройством для проведения капиллярной дефектоскопии, оснащен устройством для обнаружения радиоактивности, имеет датчик температуры, указатель горизонта, термоэлектрический преобразователь. Технический результат - снижение временных затрат при проведении планово-предупредительных ремонтов на реакторе. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Инструмент для дистанционного визуального поиска и извлечения посторонних предметов, технологического мусора и твердых радиоактивных материалов из внутренних полостей реакторов АЭС канального типа и контуров теплоносителя всех типов АЭС без нарушения их целостности, с доступом через технологические отверстия, действующий путем захвата мелких частиц при помощи клейких материалов или захвата ферромагнитных частиц при помощи электромагнита или сбора частиц при помощи электромеханического захвата чашечного или цангового типа с серво-электромоторным или электромагнитным приводом, состоящий из: блока управления и отображения информации, гибкой рабочей части, съемного захвата, установленного на кронштейне и соединенного с рабочей частью через многозвенный карданный подвес, радиационно-стойкой и герметичной ТВ-камеры с системой подсветки.

2. Инструмент по п. 1, отличающийся тем, что оснащен встроенным в захват устройством для обнаружения радиоактивности.

3. Инструмент по п. 1, отличающийся тем, что оснащен встроенным в захват датчиком температуры.

4. Инструмент по п. 1, отличающийся тем, что оснащен встроенным в захват указателем горизонта.

5. Инструмент по п. 1, отличающийся тем, что оснащен встроенным в захват устройством для проведения капиллярной дефектоскопии с дополнительной ультрафиолетовой подсветкой.

6. Инструмент по п. 1, отличающийся тем, что оснащен термоэлектрическим преобразователем.