ЗАЩИТНАЯ ПРОБКА ГНЕЗДА ХРАНЕНИЯ ОТРАБОТАВШЕГО ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА И ТЕРМОДАТЧИК Российский патент 2018 года по МПК G21C17/00 

Изобретения относится к ядерной технике, в частности к обращению с отработавшим ядерным топливом, а более конкретно к измерению температуры стенок пенала хранения отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) и гнезда хранения сухого хранилища.

Гнезда хранения, установленные между верхним и нижним перекрытиями камеры, состоят из оголовка, трубы и днища. Гнезда снабжены защитными пробками, устанавливаемыми в гнезда на сварке после загрузки двух пеналов. Загрузка пеналов и установка пробки производится перегрузочной машиной пеналов. В гнездо хранения загружаются два пенала, один на другой, при этом между пеналами и гнездом сохраняется кольцевой зазор, расчетное значение которого составляет 25 мм. При этом кольцевой зазор при виде сверху наполовину перекрыт защитной пробкой. После сварки стыков пробки и гнезда полость внутри гнезда заполняется азотом давлением 0,06-0,07 МПа с целью контроля герметичности гнезда и размещенных в нем пеналов в процессе хранения.

Известна защитная пробка, выполненная по чертежу Л.65.699.03.000 разработки ФГУП «Головной институт «Всероссийский проектный и научно-исследовательский институт комплексной энергетической технологии (ВНИПИЭТ)» г. Санкт-Петербург, содержащая корпус, состоящий из верхнего и нижнего дисков и обечайки, заполненный бетоном. На верхней части пробки располагаются сильфонный клапан, связывающий внутреннюю полость гнезда со штуцером отбор проб, и грибок, предназначенный для перемещения пробки. Для измерения температуры во внутренней полости гнезда в заполненном бетоном корпусе пробки размещена изогнутая по дуге трубка, заглушенный конец которой входит внутрь гнезда. Измерение температуры гнезда осуществляется выпускаемым промышленностью контактным термометром ТК-5.04, гибкий зонд которого, содержащий термопару, вставляется в трубку.

К недостаткам известной пробки относится то, что в данном случае измеряется температура газовой среды, не дающая представления о действительных значениях температур стенок пенала и гнезда, необходимых для проведения тепловых расчетов и определения ресурса работы.

Известная пробка выбрана заявителем в качестве прототипа.

Известно устройство для измерения температуры внутренней цилиндрической поверхности (патент №2114403, МПК⁶ G01K 1/14), содержащее штангу с присоединенным к ней корпусом. К корпусу присоединен теплоприемник, с которым соединена термопара и упругие элементы для прижатия теплоприемника к внутренней поверхности контролируемого объекта (трубы).

Устройство вводится внутрь трубы, при этом упругие элементы прижимают к ней теплоприемник, обеспечивая тепловой контакт с внутренней поверхностью трубы.

Известное устройство принято заявителем в качестве прототипа.

Задачей, на решение которой направлены предлагаемые изобретения, является создание возможности измерения температуры наружной стенки пенала, размещенного в гнезде хранения сухого хранилища, и внутренней стенки трубы гнезда в месте расположения активной зоны пучков твэлов в пенале.

Технический результат, который может быть получен при использовании предлагаемой защитной пробки, заключается в возможности установки в ее проходку термодатчика.

Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемой защитной пробке, в отличие от известной, в корпусе пробки установлена ступенчатая проходка, примыкающая к обечайке своей нижней частью и присоединенная на сварке к верхнему и нижнему дискам, снабженная резьбовым штуцером с накидной гайкой, в проходке размещен с возможностью извлечения из нее ступенчатый защитный стержень, между ступенями которых установлено уплотнительное кольцо.

Установка в защитной пробке ступенчатой проходки, примыкающей к обечайке своей нижней частью, позволяет максимально возможно приблизить по горизонтали ее ось к кольцевому зазору между пеналом и гнездом, что создает возможность введения в кольцевой зазор нижней части термодатчика.

Присоединение ступенчатой проходки на сварке к верхнему и нижнему дискам позволяет осуществить герметизацию проходки по ее наружной поверхности и обеспечить поддержание разрежения в гнезде при его эксплуатации.

Снабжение проходки резьбовым штуцером с накидной гайкой, размещение в проходке ступенчатого защитного стержня и установка между ступенями уплотнительного кольца позволяет с помощью накидной гайки, упирающейся в ступенчатый защитный стержень, обжать уплотнительное кольцо, расположенное между ступенями проходки и стержня, и, тем самым, осуществить герметизацию проходки по ее внутренней поверхности и обеспечить поддержание разрежения в гнезде при его эксплуатации.

Технический результат, который может быть получен при использовании предлагаемого термодатчика, заключается в возможности измерения температуры стенок пенала и гнезда в сухом хранилище.

Указанный технический результат достигается тем, что в термодатчике, включающем термоэлектрические преобразователи (термопары) с керамической изоляцией термоэлектродов, заключенные в трубки с теплоприемниками, установленными в нижней части трубок, и упругие элементы для прижатия теплоприемников к поверхностям контролируемых объектов, верхние части трубок размещены в ступенчатом защитном кожухе, выполненном по внешнему контуру идентичным ступенчатому защитному стержню.

Нижние части трубок смещены относительно верхней части трубок на величину половины кольцевого зазора между стенками пенала и гнезда и снабжены упругими элементами. Расстояние между теплоприемниками при свободном положении нижних частей трубок превышает ширину кольцевого зазора.

В частном случае исполнения верхние части трубок размещены в ступенчатом защитном кожухе с их перекрещиванием, а ступенчатый защитный кожух заполнен дробью.

В другом частном случае исполнения теплоприемники расположены на уровне активной зоны размещенных в пенале пучков твэлов верхнего пенала.

В другом частном случае исполнения упругие элементы выполнены соответствующими по форме нижней части трубок и присоединены к ним.

Размещение верхних частей трубок термодатчика в ступенчатом защитном кожухе, выполненном по внешнему контуру идентичным ступенчатому защитному стержню, создает возможность замены ступенчатого защитного стержня на термодатчик с сохранением герметичности проходки по ее внутренней поверхности, обеспечив сохранение разрежения в гнезде при его эксплуатации.

Смещение нижних частей трубок относительно их верхних частей на величину половины кольцевого зазора между стенками пенала и гнезда позволяет при установке термодатчика в проходку расположить нижние части трубок параллельно кольцевому зазору и, опуская термодатчик, ввести их в кольцевой зазор в этом положении.

Превышение расстоянием между теплоприемниками ширины кольцевого зазора при свободном положении нижних частей трубок позволяет после введения нижних частей трубок в кольцевой зазор поворотом термодатчика осуществить взаимодействие и поджатие теплоприемников к стенкам пенала и гнезда за счет упругости трубок и обеспечить тепловой контакт одного из теплоприемников с наружной стенкой пенала, а второго - с внутренней стенкой гнезда и, тем самым, получить возможность измерения температуры стенок пенала и гнезда в сухом хранилище.

Снабжение нижних частей трубок упругими элементами позволяет увеличить величину поджатия теплоприемников к стенкам и обеспечить более надежный тепловой контакт между ними.

Размещение верхних частей трубок в ступенчатом защитном кожухе с их перекрещиванием и заполнение ступенчатого защитного кожуха дробью позволяет избежать прямых «прострелов» гамма-излучения по трубкам.

Расположение теплоприемников на уровне активной зоны размещенных в верхнем пенале пучков твэлов позволяет измерить температуру стенки пенала в наиболее нагреваемом месте.

Выполнение упругих элементов по форме трубок и их присоединение к трубкам позволяет осуществить введение их в проходку, а после ее прохождения способствует принятию трубками первоначальной формы.

Предлагаемые изобретения иллюстрируются чертежами, на которых изображены:

на фиг. 1 - предлагаемая защитная пробка в разрезе;

на фиг. 2 - предлагаемый термодатчик в разрезе;

на фиг. 3 - защитная пробка с установленным в ней термодатчиком;

на фиг. 4 - положение после поворота термодатчика.

Предлагаемая защитная пробка 1 (см. фиг. 1) содержит корпус 2, состоящий из верхнего 3 и нижнего 4 дисков, кольца 5 и обечайки 6. Корпус 2 заполнен бетоном 7. В корпусе 2 установлена ступенчатая проходка 8, состоящая из стакана 9, присоединенного к верхнему диску 3 на сварке, и трубки 10, примыкающей к обечайке 6 и присоединенной на сварке к нижнему диску 4. Стакан 9 снабжен резьбовым штуцером 11. В ступенчатую проходку 8 установлены уплотнительное кольцо 12 и ступенчатый стержень 13, фиксируемый в ступенчатой проходке 8 накидной гайкой 14.

Защитная пробка 1 установлена в гнезде 15, включающем оголовок 16 и трубу 17.

После установки в гнездо 15 пеналов 18 гнездо 15 герметизируется сваркой верхних кромок пробки 1 и оголовка 16. При установке пеналов 18 в гнездо 15 между стенками пеналов 18 и трубы 17 остается кольцевой зазор 19. При этом пробка 1 наполовину перекрывает кольцевой зазор 19.

Предлагаемый термодатчик 20 (см. фиг. 2) содержит ступенчатый защитный кожух 21, выполненный с возможностью его установки в ступенчатую проходку 8 вместо ступенчатого стержня 13. Кожух 21 состоит из металлического цилиндра 22 и присоединенной к нему на сварке трубы 23 с донышком 24. В корпусе 22 установлены верхние части 25 трубок 26, проходящих через отверстия в цилиндре 22 и донышке 24 и выступающих из корпуса 21 своей нижней частью 27 на высоту, достаточную для достижения их концами уровня активной зоны размещенных в пенале 18 пучков твэлов после установки кожуха 21 в проходку 8. Трубки 26 присоединены к донышку 24 на сварке. Верхние части 25 трубок 26 установлены в трубе 23 в перекрещивающемся положении, что позволяет при заполнении трубы 23 дробью 28 избежать прямых «прострелов» гамма-излучения. На концах нижней части 27 трубок 26 герметично установлены, например, по посадке с натягом, теплоприемники 29, изготовленные из материала с высоким коэффициентом теплопроводности. На теплоприемниках 29 выполнены лыски 30, увеличивающие площадь теплового контакта между теплоприемниками и стенками пенала и гнезда. В трубках 26 установлены термоэлектрические преобразователи (термопары) 31, например ТП-0188/2-1, с термэлектродами 32, заключенными в керамические бусы 33. Термоэлектрические преобразователи (термопары) 31 присоединены к теплоприемникам 29. В верхней части на цилиндре 22 установлены разъемы 34, к которым присоединены термоэлектроды 32.

Нижние части 27 трубок 25 изогнуты таким образом, чтобы при постановке термодатчика 20 в проходку 8 (см. фиг. 3 и 4) они размещались в кольцевом зазоре 19, а при последующем повороте термодатчика 20 обеспечивали тепловой контакт одного теплоприемника 29 со стенкой пенала 18, а второго - с трубой 17 гнезда 15. К нижним частям 27 трубок 26 присоединены упругие элементы 35.

Предлагаемые защитная пробка 1 и термодатчик 20 используются следующим образом.

После установки перегрузочной машиной в гнездо 15 пеналов 18 и защитной пробки 1 из ступенчатой проходки 8 извлекается ступенчатый защитный стержень 13 и вместо него устанавливается (см. фиг. 3) термодатчик 20. При установке термодатчика 20 он располагается относительно проходки 8 так, чтобы нижние части 27 трубок 26 располагались параллельно кольцевому зазору 19, а для возможности их введения в трубу 10 были поджаты друг к другу вручную. После прохождения проходки 8 нижние части 27 за счет упругости трубок 25 и прикрепления к ним упругих элементов 35 восстанавливают свое первоначальное положение. После опускания в проходку 8 термодатчика 20, последний поворачивают вокруг оси (см. фиг. 4) до получения теплового контакта лысок 30 одного из теплоприемников 29 со стенкой пенала 18, а второго - с трубой 17 гнезда 15. Угол поворота термодатчика 20 определяется опытным путем при стендовых испытаниях термодатчика 20. Далее осуществляется герметизация термодатчика 20 в проходке 8 за счет обжатия уплотнительного кольца 12 с помощью накидной гайки 14. Затем осуществляются штатные процедуры по герметизации гнезда 15, замене воздушной среды в нем на азот с давлением 0,06-0,07 МПа. Измерение температуры стенок осуществляется через разъемы 34 присоединением к переносному или стационарному измерительному прибору.

Группа изобретений относится к ядерной технике, в частности к обращению с отработавшим ядерным топливом (ОЯТ). Защитная пробка гнезда хранения пеналов с ОЯТ включает корпус, образованный верхним и нижним дисками и обечайкой, заполненный бетоном. В корпусе пробки установлена ступенчатая проходка, примыкающая к обечайке своей нижней частью, снабженная резьбовым штуцером с накидной гайкой. В ступенчатой проходке размещен с возможностью извлечения из нее ступенчатый защитный стержень, между ступенями которых установлено уплотнительное кольцо. Также имеется термодатчик. Термодатчик содержит термоэлектрические преобразователи с керамической изоляцией проводников, заключенные в трубки с теплоприемниками, установленными в их нижней части. Верхние части трубок размещены в ступенчатом защитном кожухе, выполненном с возможностью его установки в проходку защитной пробки вместо ступенчатого защитного стержня. Нижние части трубок смещены относительно верхних на величину половины кольцевого зазора между стенками пенала и корпуса гнезда. Расстояние между теплоприемниками в свободном состоянии трубок превышает ширину кольцевого зазора. Группа изобретений позволяет измерить температуру наружной стенки пенала и гнезда в сухом хранилище. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Защитная пробка гнезда хранения пеналов с отработавшим ядерным топливом, включающая корпус, образованный верхним и нижним дисками и обечайкой, заполненный бетоном, отличающаяся тем, что в корпусе пробки установлена ступенчатая проходка, примыкающая к обечайке своей нижней частью и присоединенная на сварке к верхнему и нижнему дискам, снабженная резьбовым штуцером с накидной гайкой, в ступенчатой проходке размещен с возможностью извлечения из нее ступенчатый защитный стержень, между ступенями которых установлено уплотнительное кольцо.

2. Термодатчик, включающий термоэлектрические преобразователи (термопары) с керамической изоляцией термоэлектродов, заключенные в трубки с теплоприемниками, установленными в нижней части трубок, и упругие элементы, отличающийся тем, что верхние части трубок размещены в ступенчатом защитном кожухе, выполненном по внешнему контуру идентичным ступенчатому защитному стержню, нижние части трубок смещены относительно их верхних частей на величину половины кольцевого зазора между стенками пенала и гнезда и снабжены упругими элементами, причем расстояние между теплоприемниками в свободном состоянии трубок превышает ширину кольцевого зазора.

3. Термодатчик по п. 2, отличающийся тем, что верхние части трубок размещены в ступенчатом защитном кожухе с их перекрещиванием, а ступенчатый защитный кожух заполнен дробью.

4. Термодатчик по п. 2, отличающийся тем, что теплоприемники расположены на уровне активной зоны размещенных в пенале пучков твэлов верхнего пенала.

5. Термодатчик по п. 2, отличающийся тем, что упругие элементы выполнены аналогичными по форме трубок и присоединены к ним.