УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ СБОРОК С ЯДЕРНЫМ ТОПЛИВОМ Российский патент 2020 года по МПК G21C17/06 G21C19/10 G21C19/18 

Область техники

Устройство для контроля тепловыделяющих сборок с ядерным топливом согласно настоящему изобретению применяется в ходе инспекционного контроля тепловыделяющих сборок ядерного реактора, а именно для проведения измерений размеров и проведения визуального контроля отдельных тепловыделяющих сборок, во время планово-предупредительного ремонта реактора. Особо предпочтительно применение устройства согласно настоящему изобретению в атомных электростанциях, располагающих бассейном для контроля тепловыделяющих сборок, расположенным в реакторном зале, речь идет об АЭС типа ВВЭР-1000, МИР-1200.

Уровень техники

До сих пор применяемое инспекционное устройство, предназначенное для проведения измерений и осмотра тепловыделяющих сборок, по сути, представляет собой устройство для визуального контроля тепловыделяющих сборок и устройство, выполняющее контроль кручения и прогиба тепловыделяющей сборки.

Устройство для визуального контроля тепловыделяющих сборок выполняет контроль тепловыделяющей сборки с помощью специального водонепроницаемых и радиационно-стойких видеокамер. Пример такого устройства приведен в документе WO 2007111554(А1). В документе описывается система, которая использует четыре или пять видеокамер для контроля всех четырех сторон тепловыделяющей сборки одновременно. Система может быть установлена в специальном здании для работы с топливом или в транспортном коридоре между данным зданием и контейнментом. Данная система применяется, например, на шведской электростанции Ringhals с реакторами типа PWR, а также на других электростанциях в Корее или в США.

Устройство, выполняющее контроль кручения и прогиба тепловыделяющей сборки, возникающих в результате деформации тепловыделяющей сборки, применяет несколько технологий и методов. Контроль деформации тепловыделяющей сборки может проводиться, например, с помощью видеокамеры в ходе визуального контроля. Однако данный метод не является очень точным и требует больших затрат времени. В настоящее время применяются измерения с помощью ультразвука или LVDT датчиков. Пример такого устройства описан в документе US 4759897. Устройство оснащено 73 ультразвуковыми зондами. Зонды установлены на стальной конструкции, которая расположена в бассейне выдержки, в котором проводятся измерения. В документе US 4728483 описано, что измерение длины тепловыделяющей сборки проводится с помощью двух датчиков. Один датчик расположен в верхней части, а второй в нижней части и наклонен под углом 45°. Это позволяет провести измерение длины всех типов тепловыделяющих сборок. С помощью верхнего датчика определяется общая длина тепловыделяющей сборки. Недостатком данного устройства является то, что отдельные устройства в состоянии выполнять лишь один из требуемых контролей тепловыделяющей сборки, причем в большинстве случаев вне бассейна выдержки. В зависимости от выбранной концепции такие решения могут быть технологически сложными, могут требовать больших затрат времени на монтаж, нуждаться в достаточном месте для проведения монтажа, или проведение требуемого объема работ может занимать достаточно много времени.

Раскрытие изобретения

Устройство для контроля тепловыделяющих сборок с ядерным топливом согласно настоящему изобретению разработано как устройство, предназначенное для проведения контроля размеров и/или визуального контроля тепловыделяющих сборок, расположенных в бассейне с тепловыделяющими сборками. Под бассейном топлива для целей данной заявки подразумевается бассейн для временного хранения тепловыделяющих сборок, содержащих ядерное топливо, который наполнен теплоносителем, чаще всего водой с борной кислотой. Бассейном топлива может быть, например, бассейн выдержки отработанного топлива, который расположен в реакторном зале, причем контроль тепловыделяющих сборок чаще всего проводится в ходе планово-предупредительного ремонта реактора. Устройство для контроля тепловыделяющих сборок согласно настоящему изобретению является по сути автономным и особо пригодно для проведения контроля тепловыделяющих сборок без применения перегрузочной машины ядерного топлива, так как не блокирует ее использование в ходе планово-предупредительного ремонта. Под перегрузочной машиной подразумевается устройство, установленное в реакторном зале и служащее для загрузки или выгрузки тепловыделяющих сборок в/из бассейна выдержки из/в ядерный реактор. Большим преимуществом устройства для контроля тепловыделяющих сборок согласно настоящему изобретению является то, что устройство позволяет проводить контроль размеров и/или визуальный контроль тепловыделяющей сборки в ходе планово-предупредительного ремонта (ППР) реактора с минимальным ограничением остальных работ, проводимых в рамках ППР.

Устройство для контроля тепловыделяющих сборок с ядерным топливом согласно настоящему изобретению определено в главной формуле изобретения. Выгодные исполнения приведены в зависимых формулах изобретения. Способ проведения контроля тепловыделяющей сборки, наряду с его выгодными вариантами описан в соответствующих патентных формулах.

Преимущества устройства для контроля тепловыделяющих сборок согласно изобретению следующие:

• Устройство позволяет контролировать тепловыделяющие сборки, расположенные в ячейках стеллажа для хранения топлива, расположенного в бассейне топлива.

• Устройство согласно изобретению позволяет простое и быстрое проведение как минимум некоторых из ниже перечисленных контролей выбранной тепловыделяющей сборки, в оптимальном случае всех:

• визуальный контроль тепловыделяющей сборки

• контроль длины тепловыделяющей сборки

• контроль кручения и прогиба тепловыделяющей сборки

• Благодаря изобретенному способу проведения контроля согласно данному изобретению практически во время одного рабочего цикла контроля можно провести все вышеуказанные контроли без увеличения времени, необходимого для проведения данного контроля, так устройство предпочтительно использует для проведения контроля необходимые движения тепловыделяющей сборки. Измерение длины тепловыделяющей сборки предпочтительно проводится измерительным зондом, расположенным на контрольном блоке контрольной стойки в следующем порядке: после спуска к стеллажу хранения топлива и контакта контрольного блока со стеллажом хранения топлива измерительный зонд измеряет высоту тепловыделяющей сборки, выступающей над стеллажом хранения топлива, причем известна длина тепловыделяющей сборки к верхней поверхности стеллажа хранения топлива в данном месте. Измерение кручения и прогиба тепловыделяющей сборки особо предпочтительно проводить измерительными зондами, расположенными вне тепловыделяющей сборки, причем на нескольких уровнях по высоте тепловыделяющей сборки измеряется расстояние поверхности тепловыделяющей сборки от измерительного зонда всегда в одной плоскости, перпендикулярно продольной оси тепловыделяющей сборки, что позволяет определить прогиб или кручение тепловыделяющей сборки. Подъем тепловыделяющей сборки со стеллажа хранения топлива в контрольный блок предпочтительно применятся для проведения визуального контроля тепловыделяющей сборки, когда видеокамерами контрольного блока проводится визуальный контроль данной тепловыделяющей сборки. Видеокамеры предпочтительно расположены в нижней части контрольного блока, причем их количество предпочтительно соответствует половине количества наружных стен тепловыделяющей сборки, причем в данном случае предпочтительно применяется движение тепловыделяющей сборки при его затягивании в контрольный блок в положении, в котором проводится измерение кручения и прогиба, для проведения визуального контроля половины количества наружных стен тепловыделяющей сборки. Если применены видеокамеры в количестве, соответствующем половине стен тепловыделяющей сборки, при конечном спуске тепловыделяющей сборки в стеллаж хранения топлива видеокамеры поворачиваются на соответствующий угол, проводится съемка второй половины стен. Такая компоновка позволяет снизить необходимое количество видеокамер, а также сократить время, затрачиваемое на контроль, так как для съемки поверхности стен тепловыделяющей сборки применяется время, необходимое для подъема/спуска тепловыделяющей сборки из/в стеллаж хранения топлива.

• Устройство ограничивает возможное повреждение тепловыделяющей сборки благодаря тому, что при проведении контроля данной тепловыделяющей сборки устройство для проведения контроля размещается над тепловыделяющей сборкой, и во время проведения контроля тепловыделяющей сборки нет необходимости перемещать устройство вне области над ячейкой в стеллаже хранения топлива. Все контрольные операции проводятся над ячейкой стеллажа хранения топлива, в которой контролируемая тепловыделяющая сборка расположена, таким образом, не происходит перемещение контролируемой тепловыделяющей сборки над остальными тепловыделяющими сборками, т.е. отсутствует риск повреждения неправильным обращением или падением контролируемой тепловыделяющей сборки.

• Благодаря автономной концепции устройства для контроля топлива согласно изобретению, которое содержит как средства для перемещения, так и средства для обращения, необходимые для проведения контроля тепловыделяющей сборки и тому, что деятельность проводится предпочтительно в месте расположения тепловыделяющей сборки в бассейне топлива, где в ходе ППР не проводятся иные работы, не блокируется перегрузочная машина.

• Устройство для контроля топлива согласно изобретению разработано для размещения между уровнем теплоносителя в бассейне топлива и нижней гранью перегрузочной машины, что позволяет одновременную работу перегрузочной машины.

• Перемещение устройства для контроля топлива вдоль бассейна топлива предпочтительно обеспечено с помощью рельсов, которые расположены в верхней части бассейна топлива, что ускоряет монтаж и демонтаж устройства. Выгодным является, если рельсы размещены стационарно, однако они могут быть и съемными.

• Простой монтаж устройства, по сути состоящего лишь из двух отдельных монтажных блоков, т.е. позиционируемого механизма перемещения и контрольной стойки, которые относительно легко устанавливается на рельсовый путь, причем выгодным является стационарно расположенный рельсовый путь, без необходимости сложной установки, позволит сократить монтаж и демонтаж устройства, что сокращает продолжительность ППР.

• Простая транспортируемость устройства - после проведения контроля тепловыделяющих сборок устройство для проведения контроля полностью демонтируется из бассейна топлива и может быть расположено вне реакторного зала.

• Возможность надежной и простой фиксации положения над заданными ячейками стеллажа хранения топлива, определяющими положение тепловыделяющих сборок, когда нижеописанным способом надежно фиксируется рабочее положение устройства согласно изобретению над контролируемой ячейкой с тепловыделяющей сборкой, без необходимости сложной установки устройства. Данная фиксация одновременно является элементом безопасности в случае сейсмического события.

• Применение средств захвата тепловыделяющей сборки для спуска или подъема всего контрольного блока, причем применение лишь двух положений захвата (открыто/закрыто) позволяет обращаться с тепловыделяющей сборкой или с контрольным блоком с применением одного подъемника захвата.

• Устройство для проведения контроля тепловыделяющей сборки использует контрольный блок, находящийся на стеллаже хранения топлива, для направления тепловыделяющей сборки после ее выдвижения из ячейки стеллажа хранения топлива, что предпочтительно обеспечивает защиту тепловыделяющей сборки и не позволяет падение тепловыделяющей сборки вне ячейки после выдвижения из ячейки.

• Устройство согласно изобретению разработано предпочтительно таким образом, что не позволяет поднять тепловыделяющую сборку выше критической высоты, таким образом, даже в случае ошибки оператора или системы невозможен подъем тепловыделяющей сборки выше заранее определенной безопасной высоты, что позволяет обеспечить, что тепловыделяющая сборка постоянно будет погружена в теплоноситель.

• Эксплуатация тепловыделяющей сборки предпочтительно проводится в соответствии с методикой работы с перегрузочной машиной, таким образом не ужесточаются требования, предъявляемые к существующим разрешенным операциям с тепловыделяющей сборкой (места захвата и силы, действующие на тепловыделяющую сборку).

• Устройство согласно изобретению благодаря своей конструкции обеспечивает безопасность обслуживающего персонала в ходе проведения контроля и в ходе монтажа и демонтажа устройства.

Краткое описание чертежей

Примерное исполнение устройства для контроля тепловыделяющих сборок согласно настоящему изобретения будет описано ниже, со ссылками на чертежи, на которых:

Фиг. 1 В фронтальной проекции показано предпочтительное исполнение устройства для контроля тепловыделяющей сборки, расположенное в бассейне для контроля топлива.

Фиг. 2 Показан вид сверху предпочтительного исполнения устройства для контроля тепловыделяющих сборок с фиг. 1.

Фиг. 3 Представлен вид спереди неподвижной части контрольной стойки устройства для контроля тепловыделяющих сборок с фиг. 1

Фиг. 4 Представлен вид спереди контрольного блока контрольной стойки устройства для контроля тепловыделяющих сборок с фиг. 1.

Фиг. 5 Представлен вид спереди захватывающего устройства тепловыделяющей сборки, которое является составной частью контрольной стойки устройства для контроля тепловыделяющих сборок с фиг. 1.

Фиг. 6 Представлен вид сверху позиционируемого механизма перемещения, который является составной частью устройства для контроля тепловыделяющих сборок, с фиг. 1.

Фиг. 7 Представлен вид спереди позиционируемого механизма перемещения, который является составной частью устройства для контроля тепловыделяющих сборок с фиг. 1.

Примеры применения изобретения

Для лучшего понимания устройства 10 для контроля тепловыделяющих сборок 30 согласно настоящему изобретению далее будут описаны примеры возможного исполнения. Данные примеры служат лишь для понимания и иллюстрации изобретения, и не должны восприниматься как возможное ограничение изобретения лишь на данные описанные примеры. На фиг. 1 и 2 показан один из возможных примеров исполнения устройства 10 для контроля тепловыделяющих сборок 30 согласно настоящему изобретению, которое расположено преимущественно в бассейне 20 топлива атомной электростанции. Пример исполнения устройства 10 для контроля тепловыделяющих сборок 30 согласно настоящему изобретению, показанный на фиг. 1 и 2, содержит позиционируемый механизм перемещения 1 и контрольную стойку 2 с захватом 2.3 для закрепления тепловыделяющей сборки 30, причем также оснащено как минимум электрической оснасткой 3, необходимой для проведения требуемых задач, однако электрическая оснастка здесь для упрощения не описывается. Позиционируемый механизм перемещения 1 подвижно расположен в бассейне 20 топлива и создан для обеспечения связи с контрольной стойкой 2, причем данный позиционируемый механизм перемещения 1 предназначен и сконфигурирован для перемещения в рамках бассейна 20 топлива с тепловыделяющими сборками 30 и обеспечивает установку контрольной стойки 2 в положение над тепловыделяющей сборкой 30, которую необходимо проверить. На контрольную стойку 2 присоединен захват 2.3, который предназначен для закрепления тепловыделяющей сборки 30 и обращения с ней в ходе проведения измерений в ходе выполняемого контроля.

Пример выполнения устройства 10 для контроля ядерного топлива согласно настоящему изобретению содержит позиционируемый механизм перемещения 1, созданный для установки контрольной стойки 2 в положение над контролируемой тепловыделяющей сборкой 30. Согласно исполнению на фиг. 6 и 7 позиционируемый механизм перемещения 1 предназначен для обеспечения перемещения контрольной стойки 2 внутри бассейна 20 топлива, однако предполагается обеспечение двжения позиционируемого механизма перемещения 1 вокруг круглого бассейна 20 топлива по круговому пути. Позиционируемый механизм перемещения 1 в показанном примере исполнения расположен на рельсах 4 продольного пути, которые расположены вдоль противоположных сторон бассейна 20 топлива.

В примере исполнения позиционируемый механизм перемещения 1 предпочтительно выполнен как основная ходовая рама 1.1, образованная, например, из двух I-профилей 1.1.1, которые между собой соединены подвижными сцепками 1.1.2 и образовавшаяся таким образом основная ходовая рама 1.1 снабжена колесами ходовой части 1.1.3, приспособленными для перемещения по рельсу 4 продольного пути, причем в данном примере исполнения основная ходовая рама 1.1 снабжена четырьмя колесами ходовой части 1.1.3, но может содержать и иное количество, которое позволит надежное перемещение основной ходовой рамы 1.1 по рельсам. Рельсы 4 продольного пути установлены на бортик перекрытия бассейна 20 топлива, предпочтительно над уровнем воды в бассейне 20 топлива, и предпочтительной является стационарная установка рельсов, то есть при демонтаже устройства для контроля тепловыделяющих сборок 30 их нет необходимости снимать. На верхней стороне основной ходовой рамы 1.1 связанные с ней рельсы 1.1.4 поперечного пути приспособлены для обеспечения возможности поперечного перемещения зажима стойки 1.2. Основная ходовая рама 1.1 снабжена приводом 1.1.6 для обеспечения перемещения по рельсам 4 продольного пути с помощью колес ходовой части 1.1.3.

На рельсах 1.1.4 поперечного пути позиционируемого механизма перемещения 1 расположен подвижный зажим стойки 1.2, который позволяет контрольной стойке 2 перемещаться в направлении, перпендикулярном направлению перемещения позиционируемого механизма перемещения 1 по рельсам 4 продольного пути. Перпендикулярным направлением перемещения контрольной стойки 2 в зажиме стойки 1.2 для целей данной заявки понимается перемещение зажима стойки 1.2 с контрольной стойкой 2 в таком направлении, которое позволит в сочетании с движением основной ходовой рамы 1.1 позиционируемого механизма перемещения 1 по рельсам 4 продольного пути расположить контрольную стойку 2 на выбранную позицию тепловыделяющей сборки 30 в бассейне 20 топлива. Зажим стойки 1.2 может быть выполнен, например, как вспомогательная ходовая рама 1.2.1. снабженная колесами ходовой части 1.2.2, приспособленными для перемещения по рельсам 1.1.4 поперечного пути. Зажим стойки 1.2 снабжен приводом 1.2.3. связанным с ходовыми колесами 1.2.3 для обеспечения перемещения зажима стойки 1.2. Зажим стойки 1.2 согласно представленному примеру исполнения снабжен подъемным устройством для управления захватом 2.3 контрольной стойки 2 для закрепления тепловыделяющей сборки 30, предназначенной для проведения контроля устройством согласно настоящему изобретению. Данное подъемное устройство предпочтительно состоит из лебедки 1.2.4 с по меньшей мере одним тросом или цепью или подобным элементом, позволяющим подъем или спуск захвата 2.3 путем намотки данного троса или цепи, что позволяет обеспечить возможность работы с захватом 2.3 в относительно ограниченном по высоте пространстве над поверхностью теплоносителя в бассейне 20 топлива. Это особенно предпочтительно в случае, когда над бассейном расположена перегрузочная машина, таким образом, возможна одновременная работа перегрузочной машины и устройства согласно изобретению. Подъемное устройство в примере исполнения предпочтительно содержит тросовую лебедку 1.2.4 с несущим тросом 1.2.5 для подъема тепловыделяющей сборки 30 и управляющий трос 1.2.6, приспособленным для управления процессом закрытия/открытия захвата 2.3 во время захватывания тепловыделяющей сборки 30 для безопасного обращения с тепловыделяющей сборкой во время контроля и для последующего освобождения тепловыделяющей сборки 30 из захвата 2.3 после размещения тепловыделяющей сборки в стеллаже хранения топлива 40 в бассейне 20 топлива.

Согласно особо предпочтительному варианту, возможно зафиксировать позиционируемый механизм перемещения 1 в точно определенных позициях на продольном и поперечном пути на рельсах 4 и 1.1.4, например, при помощи замков простого действия 1.1.5 и 1.2.7, управление которыми обеспечивает пневматический или электромагнитный механизм, причем данная фиксация предпочтительно выполнена в виде фиксаторов, выдвигающихся из замков 1.1.5 и 1.2.7 в подходящие отверстия, выполненные, например, в рельсах 4 и 1.1.4 или вблизи них. Данные отверстия особо педпочтительно располагать с учетом шага тепловыделяющих сборок 30 расположенных в стеллажах для хранения топлива 40 так, чтобы контрольная стойка 2 в бассейне 20 топлива была зафиксирована в точном положении над выбранной тепловыделяющей сборкой 30, контроль которой должен быть проведен.

Контрольная стойка 2 согласно настоящему изобретению создана для проведения контроля тепловыделяющей сборки 30, в частности содержит средства визуального контроля и контроля размеров тепловыделяющей сборки 30. Для проведения контроля тепловыделяющая сборка 30 вводится в контрольную стойку 2, которая ее, по сути, окружает. Под визуальным контролем подразумевается, в частности, визуальный контроль поверхности тепловыделяющей сборки 30 и присутствие инородных предметов в тепловыделяющей сборке 30, в то время как под контролем размеров подразумевается измерение по меньшей мере одного из ниже перечисленных параметров тепловыделяющей сборки 30: его длины, кручения и прогиба. Контрольная стойка 2 устройства 10 для контроля тепловыделяющих сборок 30 согласно настоящему изобретению в примерном исполнении, показанном на фиг. содержит неподвижную часть 2.1, подвижный контрольный блок 2.2 и расположенный в нем подвижный захват 2.3. Неподвижная часть 2.1 контрольной стойки 2 предназначена для закрепления контрольной стойки 2 в зажим стойки 1.2 позиционируемого механизма перемещения 1 и предпочтительно обеспечивает направление контрольного блока 2.2 во время его спуска на тепловыделяющую сборку 30. Контрольный блок 2.2 служит в качестве носителя средств для проведения контроля тепловыделяющей сборки 30, в частности, указанных средств для проведения визуального контроля и контроля размеров тепловыделяющей сборки 30 и предпочтительно обеспечивает направление захвата 2.3 во время его движения. Захват 2.3 служит для захватывания тепловыделяющей сборки 30 устройством согласно изобретению для безопасного обращения с тепловыделяющей сборкой 30 в ходе ее контроля, проводимого в контрольной стойке 2 устройства согласно изобретению и для последующего освобождения тепловыделяющей сборки 30 из устройства согласно изобретению после размещения в стеллаже хранения топлива 40 в бассейне 20 топлива. Более подробное описание захвата 2.3 приведено ниже.

Как было отмечено, неподвижная часть 2.1 контрольной стойки 2 в примерном исполнении служит для закрепления контрольной стойки 2 к позиционируемому механизму перемещения 1, причем ее верхняя часть закреплена к зажиму стойки 1.2 позиционируемого механизма перемещения 1 для обеспечения обращения с контрольной стойкой 2 во время проведения контроля тепловыделяющих сборок 30. Неподвижная часть 2.1 контрольной стойки 2 в данном примерном исполнении содержит фланец 2.1.1, обеспечивающий соединение с зажимом стойки 1.2, вертикальную часть 2.1.2 и скользящие элементы 2.1.3, обеспечивающие направление контрольного блока 2.2 во время спуска по неподвижной части 2.1 контрольной стойки 2. Как уже было сказано, неподвижная часть 2.1 предпочтительно выполнена как полая, и по ее центру в примерном исполнении проходят оба троса 1.2.5 и 1.2.6, предназначенные для обращения с захватом 2.3. На неподвижной части 2.1 подвижно расположен контрольный блок 2.2 контрольной стойки 2, который по отношению к неподвижной части 2.1 подвижен в вертикальном направлении, т.е. в направлении подъема/спуска тепловыделяющей сборки 30 захватом 2.3, причем проходит через элементы скольжения 2.3.2. Оба троса 1.2.5 и 1.2.6 в примерном исполнении проходят через внутреннюю часть контрольного блока 2.2.

Контрольным блоком 2.2 называется часть устройства согласно изобретению, которая содержит все контрольно-измерительное оборудование, необходимое для проведения контроля тепловыделяющей сборки 30. Под контрольно-измерительным устройством для целей данной заявки подразумеваются, в частности, датчики, предназначенные для проведения контроля тепловыделяющей сборки 30 и видеокамеры, предназначенные для визуального осмотра поверхности тепловыделяющей сборки 30. Как уже было ранее сказано, примерное исполнение устройства согласно изобретению разработано для контроля шестигранной тепловыделяющей сборки 30, а контрольный блок 2.2 в данном исполнении предпочтительно разработан в виде самонесущего каркаса, образованного тремя вертикальными профильными элементами, образующими одновременно внутренние пути скольжения 2.2.1, причем данные вертикальные профильные элементы соединены с помощью поперечных перегородок 2.2.2. Контрольный блок 2.2 в показанном примерном исполнении снабжен внутренними путями скольжения 2.2.1 для направления захвата 23 по отношению к контрольному блоку 2.2, причем внутренние пути скольжения 2.2.1 также предпочтительно служат для направления контрольного блока по отношению к неподвижной части 2.1. В показанном примере исполнения применены три внутренних пути скольжения 2.2.1, повернутых на 120° друг к другу. Контрольный блок 2.2 в показанном примере исполнения также снабжен внутренними путями скольжения 2.2.3 для направления подвижной обечайки 2.2.4, служащей в качестве носителя датчиков, см. ниже. Контрольный блок 2.2 в нижней части снабжен камерным блоком 2.2.5, который в показанном примере исполнения неподвижно соединен с вертикальными профильными элементами. Камерный блок 2.2.5 является составной частью контрольного блока 2.2 и разработан так, чтобы было можно его надеть на контролируемую тепловыделяющую сборку 30 и обеспечить надежный контакт со стеллажом хранения топлива 40, причем в данном примере исполнения камерный блок снабжен расширенной частью с видеокамерами 2.2.6, которая позволяет обеспечить достаточное расстояние между камерами 2.2.6 и снимаемой поверхностью тепловыделяющей сборки 30, причем данная расширенная часть в примерном исполнении предпочтительно расположена над вершиной тепловыделяющих сборок 30, т.е. на расстоянии от стеллажа хранения топлива 40 так, чтобы при контакте контрольного блока 2.2 не происходило нежелательное столкновение расширенной части камерного блока 2.2.5 с окружающими тепловыделяющими сборками 30. Группа видеокамер 2.2.6 для визуального контроля тепловыделяющей сборки 30 скомпонована внутри камерного блока 2.2.5 в поворотном исполнении, причем камерный блок 2.2.5 снабжен приводом 2.2.7, позволяющим поворачивать видеокамеры 2.2.6 по отношению к контролируемой тепловыделяющей сборке 30 так, чтобы было можно постепенно снимать все стороны данной тепловыделяющей сборки 30. С учетом того, что в показанном примере исполнения устройство создано для контроля шестигранных тепловыделяющих сборок 30, предпочтительно, когда группа видеокамер 2.2.6 содержит три камеры, приспособленных для видеосъемки трех стен тепловыделяющей сборки 30. Поворот видеокамер 2.2.6 позволяет при втягивании тепловыделяющей сборки 30 в контрольную стойку 2 провести видеосъемку одной половины стен тепловыделяющей сборки 30, в то время как при спуске тепловыделяющей сборки 30 обратно в стеллаж хранения топлива 40 в бассейн 20 топлива путем поворота видеокамер 2.2.6 на соответствующий угол проводится съемка второй половины стен тепловыделяющей сборки 30. Естественно, возможно и иное количество видеокамер 2.2.6, например, одна или две. Возможно, чтобы количество видеокамер 2.2.6 соответствовало количеству стен, причем в таком случае не было бы необходимости видеокамеры 2.2.6 поворачивать, таким образом, камерный блок 2.2.5 не содержал бы привод 2.2.7 видеокамер, а также видеокамеры 2.2.6 не обязательно должны быть в поворотном исполнении. Снижение количества видеокамер 2.2.6 предпочтительно снижает затраты на их замену, так как срок службы видеокамер 2.2.6 в радиоактивной среде предпочтительно ограничен, а видеокамеры 2.2.6 относятся к дорогостоящему оборудованию. Показанное примерное исполнение позволяет рационально использовать оба необходимых движения в ходе втягивания контролируемой тепловыделяющей сборки 30 в контрольную стойку 2 и в ходе возвращения тепловыделяющей сборки обратно в стеллаж хранения топлива 40 для съемки всех стен тепловыделяющей сборки 30, причем, с другой стороны, уменьшает количество видеокамер 2.2.6 на необходимый минимум, который, однако, не требует лишних перемещений тепловыделяющей сборки 30. Камерный блок 2.2.5 в своей нижней части приспособлен к насаживанию на выбранную тепловыделяющую сборку 30 так, что, тепловыделяющая сборка 30 может через внутреннюю часть камерного блока 2.2.5 втянута внутрь контрольного блока 2.2 для проведения контроля, причем далее разработан так, что обеспечит, чтобы весь контрольный блок 2.2 опирался о стеллаж хранения топлива 40 в бассейне 20 топлива, точнее, о верхнюю часть стеллажа, из которого выступают тепловыделяющие сборки 30.

Под стеллажом хранения топлива 40 для целей данной заявки понимается устройство, расположенное в бассейне 20 топлива, которое служит для безопасного расположения тепловыделяющих сборок 30 в бассейне 20 топлива.

Контрольный блок 2.2 в примерном исполнении снабжен по меньшей мере одним контактным датчиком, предпочтительно устроенным так, чтобы после насаживания камерного блока 2.2.5 контрольной стойки 2 на контролируемую тепловыделяющую сборку 30 и после контакта камерного блока 2.2.5 со стеллажом хранения топлива 40 опирался о вершину соседней тепловыделяющей сборки 30, у которой измеряется ее длина. Т.е. длина тепловыделяющей сборки в данном примере исполнения измеряется у иной тепловыделяющей сборки, а не у той, которая втягивается в контрольную стойку 2 для проведения визуального контроля и контроля кручения и прогиба. Согласно другому примеру исполнения контрольный блок 2.2 можно снабдить несколькими контактными датчиками, т.е. можно одновременно измерять длину нескольких тепловыделяющих сборок 30, смежных с тепловыделяющей сборкой 30, которая втягивается в контрольную стойку 2. Контактным датчиком измеряется длина части тепловыделяющей сборки, выступающая над стеллажом хранения топлива 40, как будет описано ниже.

Контрольный блок 2.2 снабжен по меньшей мере одним измерительным зондом, приспособленным для измерения кручения и прогиба тепловыделяющей сборки, причем данное измерение проводится так, что в одной плоскости, перпендикулярной к продольной оси тепловыделяющей сборки измеряется расстояние измерительного зонда от поверхности тепловыделяющей сборки, причем данное измерение проводится в нескольких высотных уровнях тепловыделяющей сборки, что позволяет определить кручение или прогиб тепловыделяющей сборки. Измерительный зонд может быть контактным или бесконтактным, примеры измерительных зондов описаны ниже.

В примерном исполнении контрольный блок 2.2 снабжен тремя измерительными зондами, расположенными в одной плоскости, для проведения контроля кручения и прогиба тепловыделяющей сборки 30, причем измеряется удаленность поверхности тепловыделяющей сборки 30 от данного зонда. Данные три зонда в примерном исполнении закреплены приблизительно по 120° на подвижной обечайке 2.2.4, которая в ходе измерений перемещается вертикально вдоль контролируемой тепловыделяющей сборки 30 на наружных путях скольжения 2.2.3 так, чтобы можно было провести контроль в нескольких уровнях по высоте тепловыделяющей сборки 30. Данный текущий метод измерения кручения или прогиба тепловыделяющей сборки, когда подвижная обечайка 2.2.4 с зондами двигается вдоль тепловыделяющей сборки 30, позволяет существенно снизить количество измерительных зондов при получении текущих результатов измерений по всей длине контролируемой тепловыделяющей сборки 30. Движение обечайки 2.2.4 в данном примерном исполнении обеспечивается с выгодой с помощью втулочно-роликовой цепи 2.2.8, которая ведена между цепными колесами 2.2.9 в нижней и верхней части контрольного блока 2.2. Собственное перемещение 2.2.4 по наружным путям скольжения 2.2.3 обеспечивается приводом 2.2.10, управляющим движением втулочно-роликовой цепи 2.2.8. Однако возможным является также исполнение с иным количеством зондов, например, четыре и больше зондов, причем количество зондов в первую очередь определяется требованиями, предъявляемыми к проводимым измерениям тепловыделяющей сборки 30. Размещение измерительных зондов на подвижной обечайке 2.2.4 позволяет простое измерение кручения или прогиба тепловыделяющей сборки 30 по всей ее высоте, причем нет необходимости в ходе измерений проводить какие-либо манипуляции с тепловыделяющей сборкой 30.

Для спуска и подъема контрольного блока 2.2 по неподвижной части 2.1 контрольной стойки 2 контрольный блок 2.2 снабжен усиленными перегородками 2.2.11, предназначенными для захвата шипа 2.3.5 захвата 2.3 при подъеме или спуске контрольного блока 2.2 к тепловыделяющей сборке 30, контроль которой должен быть проведен.

Захват 2.3 предназначен для надежного закрепления тепловыделяющей сборки 30, а в данном примере исполнения предпочтительно выполнен в виде полого цилиндрического корпуса 2.3.1, который создан для перемещения в контрольном блоке 2.2, причем данное перемещение может обеспечиваться, например, с помощью элементов скольжения 2.3.2, которыми снабжен захват 2.3, во внутренних путях скольжения 2.2.1 контрольного блока 2.2. Однако возможным является и другое исполнение, позволяющее требуемое перемещение захвата 2.3 по отношению к контрольному блоку 2.2, причем обеспечивается, чтобы не происходило нежелательное поворачивание и соблюдалась соосность захвата 2.3 по отношению к контрольному блоку 2.2 для безопасного и надежного наведения захвата 2.3 на тепловыделяющую сборку 30, с которой захват должен соединиться. Полый корпус 2.3.1 снабжен подвижно расположенной запирающей обечайкой 2.3.3, соединенной с управляющим тросом 1.2.6 и в верхней части присоединенной к несущей штанге 2.3.4. Несущая штанга 2.3.4 в своей верхней части создана для соединения с несущим тросом 1.2.5 подъемника, чем несущий трос 1.2.5 соединен с захватом 2.3. Параллельно с несущей штангой 2.3.4 проходит управляющий трос 1.2.6. Управляющий трос 1.2.6 соединен с запирающей обечайкой 2.3.3 замка захвата 2.3 для фиксации или освобождения контролируемой тепловыделяющей сборки 30 после его захватывания захватом 2.3 и для втягивания тепловыделяющей сборки 30 в контрольный блок 2.2. Ход управляющего троса 1.2.6 приводит к повороту запирающей обечайки 2.3.3, а таким образом, и запиранию тепловыделяющей сборки 30, на которую до этого был спущен захват 2.3. На корпусе запирающей обечайки 2.3.3 неподвижно расположен шип 2.3.5. Данный шип 2.3.5 при замкнутом захвате 2.3, т.е. когда удерживается тепловыделяющая сборка 30, свободно проходит через весь контрольный блок 2.2. При разомкнутом захвате 2.3 шип 2.3.5 при подъеме захвата 2.3 опирается об усиленную перегородку 2.2.11 контрольного блока 2.2 и поднимает весь контрольный блок 2.2. Описанная конструкция захвата 2.3 и способ его подъема служит лишь как пример его предпочтительного исполнения, таким образом, возможны и другие исполнения захвата 2.3 включая фиксацию тепловыделяющей сборки 30, а также иной способ подъема захвата 2.3 и тепловыделяющей сборки 30, наряду с выше описанным способом.

Способ контроля тепловыделяющей сборки

Визуальный контроль:

Визуальный контроль проводится в помощью видеокамер 2.2.6, расположенных в камерном блоке 2.2.5 так, что путем поворота на 60° проводится визуальный контроль всех шести стен тепловыделяющей сборки 30, при вставлении тепловыделяющей сборки 30 в контрольный блок 2.2 и его втягивании обратно в стеллаж хранения топлива 40 (экономия количества камер 2.2.6, подверженных радиоактивному излучению).

• Измерение длины тепловыделяющей сборки 30 предпочтительно проводится контактным датчиком, расположенным на камерном блоке 2.2.5 так, что при контакте контрольного блока 2.3 со стеллажом хранения топлива 40 данный контактный датчик опирается о вершину тепловыделяющей сборки 30 и измеряется высота тепловыделяющей сборки 30 от верхней грани стеллажа хранения топлива 40, причем известна высота данной грани стеллажа хранения топлива 40 от контактной поверхности тепловыделяющей сборки 30 в данном месте, причем суммированием данных значений получаем общую длину тепловыделяющей сборки 30.

• Контроль кручения и прогиба тепловыделяющей сборки 30 на оборудовании согласно изобретению возможно предпочтительно проводить двумя способами:

1. Ультразвуковыми зондами, когда измерение проводится, например, с помощью по меньшей мере трех зондов, расположенных по отношению друг к другу с шагом 120°, когда каждый из зондов отправляет сигнал, и после отражения сигнала от стены тепловыделяющей сборки 30 его снова принимает. Это позволяет определить расстояние зонда от стены тепловыделяющей сборки 30, причем при известном сечении тепловыделяющей сборки 30, в данном случае шестигранном, можно на основании измеренных данных определить положение тепловыделяющей сборки 30 по отношению к зондам на обечайке 2.2.4. Перемещением подвижной обечайки 2.2.4 с зондами вдоль тепловыделяющей сборки 30 получаем данные значения для нескольких положений обечайки 2.2.4 с зондами по отношению к тепловыделяющей сборке 30, когда данные измерения проводятся на различной высоте тепловыделяющей сборки 30. Сравнением измеренных зондами значений можно определить прогиб и кручение тепловыделяющей сборки 30. Если подвижная обечайка 2.2.4. расположена в верхнем положении, между отдельными измерениями можно проводить калибровку зондов.

2. С помощью LVDT зондов, которые представляют собой трансформаторы, применяемые для измерения линейного перемещения (linear variable differencial transformer), когда измерение также проводится по меньшей мере тремя зондами, расположенными, например, по отношению друг к другу с шагом по 120°, причем измерение проводится на уровне каждой решетки тепловыделяющей сборки 30. В ходе измерений зонды к решеткам придавливаются с помощью пневматических цилиндров.

Возможны и другие способы измерения кручения и прогиба тепловыделяющей сборки, с использованием иного количества или иной компоновки измерительных зондов, что позволит измерить требуемые параметры, на основании которых оценивается кручение или прогиб тепловыделяющей сборки.

Порядок монтажа устройства согласно изобретению и контроля тепловыделяющей сборки и описание способа проведения измерений

Перед началом непосредственного контроля тепловыделяющей сборки 30 с помощью устройства согласно изобретению необходимо провести монтаж устройства в пространстве бассейна 20 топлива. На первом этапе отдельные монтажные элементы распаковываются из транспортных контейнеров, проводится наладка электронного устройства. Далее с помощью крана позиционируемый механизм перемещения 1 устанавливается на рельсы 4 продольного пути вдоль бассейна 20 топлива. После подключения и активации элементов управления позиционируемый механизм перемещения 1 перемещается в заданное монтажное положение контрольной стойки 2, проводится его фиксация на рельсах 4 продольного пути для защиты от смещения во время монтажа. После этого контрольная стойка 2 вставляется в подготовленный зажим стойки 1.2, который установлен в монтажное положение. Контрольная стойка 2 по отношению к позиционируемому механизму перемещения 1 зафиксируется, например, с помощью байонентного замка и прижимных винтов. Далее проводится соединение несущей штанги 2.3.4 подвески 23 и троса подъемника 1.2.5 а 1.2.6. После снятия фиксации несущих штанг 2.3.4 возможно начать процесс контроля тепловыделяющей сборки 30.

После установки и фиксации над требуемой тепловыделяющей сборкой 30 контрольный блок 2.2 спускается на верхнюю плиту стеллажа хранения топлива 40, на которую опирается. После этого в контрольный блок 2.2 втягивается с помощью захвата 23 из ячейки стеллажа хранения топлива 40 контролируемая тепловыделяющая сборка 30. Обе данные операции проводятся с помощью тросовой лебедки 1.2.4, которая является составной частью позиционируемого механизма перемещения 1. Тепловыделяющая сборка 30 в захвате 2.3 при подъеме и спуске зафиксирована от ослабления и неконтролируемого падения. В ходе и после втягивания тепловыделяющей сборки 30 в контрольный блок 2.2 проводятся контроли, описанные выше.

Конструкция стойки 2 позволяет существенное снижение общей длины для транспортировки вне бассейна 20 топлива.

Все вышеуказанные примеры исполнения и в них описанное устройство или элементы конструкции описывают лишь предпочтительное исполнение изобретения и служат лишь для объяснения изобретения, ни в коем случае не задуманы в качестве ограничения данного изобретения, если четко не указано иное. Далее предполагается, что устройство согласно изобретению, как определено в приведенных патентных формулах, в частности, его контрольный блок, можно снабдить дополнительными контрольными модулями или модулями для выполнения дополнительных контролей, например, для обнаружения нарушений герметичности тепловыделяющих элементов, и другими. При этом такое устройство по-прежнему будет относиться к объему изобретения, который определен патентными формулами. Выражение «содержать» в тексте применяется в смысле того, что специфицирует присутствие указанных функций, целых чисел, шагов, операций, элементов и/или компонентов, но не исключает присутствие или добавление одной или нескольких дополнительных функций, целых чисел, шагов, операций, элементов, компонентов и/или их групп.

Промышленная применимость

Практическое применение предлагаемого решения предполагается, в частности, для контроля тепловыделяющих сборок, применяемых у ядерных реакторов.

Список обозначений

10 Устройство для контроля

20 Бассейн топлива

30 Тепловыделяющая сборка

40 Стеллаж хранения топлива

1. Позиционируемый механизм перемещения

1.1. Основная ходовая рама

1.1.1. 1-профиль

1.1.2. Подвижная сцепка

1.1.3. Колесо ходовой части

1.1.4. Рельс поперечного пути

1.1.5. Простой замок

1.1.6. Привод

1.2. Зажим стойки

1.2.1. Вспомогательная ходовая рама

1.2.2. Колесо ходовой части

1.2.3. Привод

1.2.4. Тросовая лебедка

1.2.5. Несущий трос

1.2.6. Управляющий трос

1.2.7. Простой замок

2. Контрольная стойка

2.1. Неподвижная часть

2.1.1. Фланец

2.1.2. Вертикальная часть

2.1.3. Элементы скольжения

2.2. Контрольный блок

2.2.1. Внутренний путь скольжения

2.2.2. Перегородка

2.2.3. Наружный путь скольжения

2.2.4. Подвижная обечайка

2.2.5. Камерный блок

2.2.6. Видеокамера

2.2.7. Привод

2.2.8. Втулочно-роликовая цепь

2.2.9. Цепное колесо

2.2.10. Привод

2.2.11. Усиленная перегородка

2.3. Захват

2.3.1. Корпус

2.3.2. Элемент скольжения

2.3.3. Запирающая обечайка

2.3.4. Несущая штанга

2.3.5. Шип

3. Электрическое оснащение

4. Рельс продольного пути

Группа изобретений относится к области инспекционного контроля тепловыделяющих сборок (ТВС). Оборудование для контроля ТВС с ядерным топливом содержит контрольное оборудование с по меньшей мере одной видеокамерой. Оборудование содержит: контрольную стойку, разработанную для проведения выдвижного движения в бассейн топлива, которая на одном конце снабжена соединительным средством, позиционируемый механизм перемещения, разработанный для соединения с указанным соединительным средством контрольной стойки. Позиционируемый механизм перемещения создан для изменения положения контрольной стойки в бассейне топлива. Контрольная стойка снабжена подвижным захватом, предназначенным для захватывания ТВС, когда данный захват расположен подвижно в контрольной стойке и предназначен для подъема ТВС со стеллажа хранения топлива бассейна топлива и для втягивания данной ТВС в контрольную стойку. Контрольная стойка оснащена одной видеокамерой для контроля поверхности ТВС, одним измерительным зондом. Также описан способ проведения контроля тепловыделяющих сборок, расположенных в стеллаже хранения топлива в бассейне топлива. Группа изобретений позволяет контролировать ТВС, расположенные в ячейках стеллажа для хранения топлива, расположенного в бассейне топлива. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Оборудование (10) для контроля тепловыделяющих сборок (30) с ядерным топливом, размещенных в стеллаже хранения топлива (40) бассейна (20) топлива, где указанное оборудование (10) для контроля тепловыделяющих сборок (30) содержит контрольное оборудование с по меньшей мере одной видеокамерой (2.2.6) для поверхности тепловыделяющей сборки (30), отличающееся тем, что далее содержит по меньшей мере:

- контрольную стойку (2), разработанную для проведения выдвижного движения в бассейн (20) топлива, которая на одном конце снабжена соединительным средством,

- позиционируемый механизм перемещения (1), разработанный для соединения с указанным соединительным средством контрольной стойки (2), где данный позиционируемый механизм перемещения (1) создан для изменения положения контрольной стойки (2) в бассейне (20) топлива над стеллажом хранения топлива (40) с ядерным топливом (30), причем контрольная стойка (2) снабжена подвижным захватом (2.3), предназначенным для захватывания тепловыделяющей сборки (30), когда данный захват (2.3) расположен подвижно в контрольной стойке (2) и предназначен для подъема тепловыделяющей сборки (30) со стеллажа хранения топлива (40) бассейна (20) топлива и для втягивания данной тепловыделяющей сборки (30) в контрольную стойку (2), и данная контрольная стойка (2) оснащена по меньшей мере одной видеокамерой (2.2.6) для контроля поверхности тепловыделяющей сборки и по меньшей мере одним измерительным зондом, предназначенным для измерения кручения и прогиба тепловыделяющей сборки на различной высоте.

2. Оборудование (10) для контроля тепловыделяющих сборок по п.1, отличающееся тем, что контрольная стойка (2) содержит неподвижную часть (2.1), соединимую с позиционируемым механизмом перемещения (1), и контрольный блок (2.2), расположенный подвижно по отношению к неподвижной части (2.1), где данный контрольный блок (2.2) обеспечивает по меньшей мере частичное окружение контролируемой тепловыделяющей сборки (30), причем захват (2.3) тепловыделяющей сборки (30) расположен концентрично в контрольном блоке (2.2) для независимого перемещения по отношению к нему.

3. Оборудование по п. 2, отличающееся тем, что контрольный блок (2.2) в нижней части снабжен камерным блоком (2.2.5) с по меньшей мере одной видеокамерой (2.2.6) для контроля поверхности тепловыделяющей сборки (30).

4. Оборудование по п.3, отличающееся тем, что по меньшей мере одна видеокамера (2.2.6) в камерном блоке (2.2.5) расположена так, что имеется возможность поворота видеокамеры, и видеокамера оснащена приводом (2.2.7), обеспечивающим поворот по меньшей мере одной камеры.

5. Оборудование по п.4, отличающееся тем, что количество видеокамер (2.2.6) в камерном блоке (2.2.5) соответствует половине количества стен тепловыделяющей сборки (30), причем данные видеокамеры (2.2.6) расположены с возможностью поворота между двумя положениями так, что в первом положении ведется съемка первой половины тепловыделяющей сборки, в во втором положении ведется съемка второй половины данной тепловыделяющей сборки.

6. Оборудование по любому из пп. 2-5, отличающееся тем, что контрольный блок (2.2) снабжен тремя путями скольжения (2.2.1), в сечении повернутыми на 120° и взаимно соединенными с помощью перегородок (2.2.2), причем данные пути скольжения (2.2.1) в нижней части снабжены подвижной обечайкой (2.2.4) с измерительными зондами.

7. Оборудование по п.6, отличающееся тем, что на подвижной обечайке расположены три измерительных зонда, расположенных с шагом 120° в одной плоскости, для измерения кручения и прогиба тепловыделяющей сборки.

8. Способ проведения контроля тепловыделяющих сборок (30), расположенных в стеллаже хранения топлива (40) в бассейне (20) топлива, при котором проверяется состояние тепловыделяющих сборок (30), после чего контрольное средство устанавливается в заранее выбранную позицию тепловыделяющей сборки (30) и в данной позиции выдвигается к стеллажу хранения топлива (40) и захватывается тепловыделяющая сборка (30), которая поднимается со стеллажа хранения топлива (40) по меньшей мере на высоту, необходимую для проведения контроля, далее тепловыделяющая сборка (30) фиксируется для стабилизации положения с целью проведения измерений геометрических параметров тепловыделяющей сборки (30), после чего в данном стабилизированном положении тепловыделяющей сборки (30) измеряются по меньшей мере требуемые геометрические параметры тепловыделяющей сборки (30), и после завершения измерений тепловыделяющая сборка (30) вставляется обратно в стеллаж хранения топлива (40), отличающийся тем, что при подъеме тепловыделяющей сборки из стеллажа хранения топлива (40) проводится визуальный контроль одной половины поверхности контролируемой тепловыделяющей сборки (30), в то время как при спуске проводится контроль второй половины поверхности контролируемой тепловыделяющей сборки (30).