СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ВЫПРЯМЛЕНИЯ И ЗАЧЕХЛОВКИ ДЕФОРМИРОВАННЫХ ПО ДЛИНЕ ОТРАБОТАВШИХ ДЕФЕКТНЫХ СТЕРЖНЕЙ УПРАВЛЕНИЯ И ЗАЩИТЫ Российский патент 2020 года по МПК G21F5/00 G21C13/32 

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности, к методам обращения с длинномерными твердыми радиоактивными отходами высокой степени активности (ВАО ТРО) и может быть использовано при перегрузке деформированных по длине отработавших дефектных стержней управления и защиты (СУЗ), уложенных нештатно в ячейках хранилищ СУЗ, которые размещены на береговых технических базах (БТБ).

При транспортировании и перегрузке стержней СУЗ возможны их падения, которые приводят к нарушениям геометрии стержней по длине с отклонениями от оси до 30°.

В результате проведения работ по утилизации и реабилитации атомных объектов с 1995 года по настоящее время образовалось большое количество стержней СУЗ, выгруженных из ядерных энергетических установок (ЯЭУ) I и II поколений объектов атомного кораблестроения, в том числе и деформированных (искривленных) по длине.

Решением руководства Госкорпорации «Росатом» определено временное хранение стержней СУЗ, как ВАО ТРО, в освободившихся хранилищах в чехлах для отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС). Стержни СУЗ изготовлены из труб диаметром около 24 мм, длиной около 3,0 м с толщиной стенки до 2,4 мм. Стержни СУЗ превышают ОТВС по длине более чем на 0,5 м, а по наружному диаметру меньше ОТВС в 2,5 раза, и по массе - в 8-10 раз. Материал стержней СУЗ - сталь 08Х18Н10Т, обладающая хорошей пластичностью.

Для укладки стержней СУЗ в ячейки чехлов для ОТВС необходимо произвести отрезку верхней низкоактивной части стержней СУЗ, которая идет в дальнейшее обращение как твердые радиоактивные отходы низкого уровня активности (НАО ТРО), а оставшуюся часть СУЗ-ВАО ТРО загрузить в чехлы для ОТВС. В каждую ячейку чехла загружают по одному выпрямленному ВАО ТРО стержня СУЗ. Нарушение геометрии стержней СУЗ по длине, отсутствие штатной головки, заусенцы от операции отрезания делают невозможным загрузку (зачехловку) некоторых стержней СУЗ в чехлы для ОТВС с использованием штатных захватов различных типов. В то же время зачехловка стержней СУЗ в кондиционные чехлы для ОТВС дает возможность обеспечить их надежное и безопасное хранение, транспортировку и дальнейшую переработку СУЗ на перерабатывающем комбинате.

Известен способ замены чехла (перечехловки), в котором хранятся ОТВС, в случае обнаружения в процессе хранения дефектов чехла (коррозия, не герметичность, необходимость удаления воды из внутренней полости чехла, механические повреждения и т.д.). Согласно этому способу перечехловку производят вытягиванием каждой ОТВС штатным канальным контейнером из дефектного чехла и последующую загрузку ее через наводящее устройство, установленное на горизонтально расположенную защитную плиту, в штатный или кондиционный чехол, размещаемый в любой пустой ячейке хранилища (Технологический регламент по обращению с транспортным радиационно-защитным упаковочным комплектом ТУК-18 на ПТБ «Лотта» и РТП «Атомфлот», ГИ ВНИПИЭТ, 1994 г.).

Из этого же источника известно устройство для перечехловки, содержащее штатный канальный контейнер, оборудованный наводящим устройством, установленным на горизонтально расположенной защитной плите, а также штатный чехольный контейнер. Эти контейнеры оборудованы подъемным устройством и имеют захваты для вытягивания и перемещения чехлов и ОТВС.

Однако с помощью этого способа и устройства невозможна загрузка изогнутых стержней СУЗ в чехлы для ОТВС.

Известно несколько видов трубоправильных машин, в которых используется вальцовый способ холодного деформирования материала труб, в том числе:

- валковые машины;

- машины с валковыми обоймами;

- роликовые машины.

Правка труб в них обеспечивается установкой необходимой формы валков или роликов. К достоинствам таких трубоправильных машин следует отнести возможность правки труб в широком диапазоне их диаметров, толщин стенок и длины. Однако габариты таких машин не позволяют использовать их в хранилищах СУЗ на БТБ.

Из а.с. №504585 известно устройство для правки труб, преимущественно диаметром 1,0-5,0 мм, содержащее смонтированный на станине ротор и установленную вдоль его оси вращения гибкую направляющую трубку, а также нажимной и уравновешивающий ползуны, смонтированные последовательно в поперечных расточках ротора и снабжено дополнительным нажимным ползуном, установленным симметрично нажимному ползуну по другую сторону относительно уравновешивающего, причем масса уравновешивающего ползуна равна удвоенной массе нажимного, а центр тяжести его смещен от оси вращения ротора в направлении, противоположном смещению центров тяжести нажимных ползунов, на одинаковое расстояние. Однако это устройство не приспособлено к работе в условиях высокой стесненности и радиоактивности хранилищ СУЗ на БТБ.

Известна машина для правки тонкостенных труб по а.с. №504581, содержащая смонтированные на станине попарно валки, расположенные в вертикальной плоскости вдоль оси правки и под углом к ней, а входная и выходная пары валков установлены в отдельных рамах, каждая из которых в средней части снабжена цапфами, входящими в выполненные в станине расточки, расположенные перпендикулярно оси правки; и каждая рама снабжена закрепленным в ее нижней части нажимным винтовым механизмом, винт которого своим хвостовиком шарнирно укреплен на станине. Однако габариты этого устройства не позволяют использовать его для работы в условиях высокой стесненности и радиоактивности хранилищ СУЗ на БТБ.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу и устройству выпрямления стержней СУЗ является «Способ и устройство перечехловки и дефектации облученных тепловыделяющих сборок, находящихся в дефектных чехлах», по патенту РФ №2373588, взятые за прототип.

Изобретение может быть использовано при замене дефектных чехлов облученных (отработавших) тепловыделяющих сборок, хранящихся в наземных сухих хранилищах отработавшего ядерного топлива (ОЯТ). Однако прямое использование этого способа и устройства для загрузки изогнутых стержней СУЗ в чехлы для ОТВС невозможно, во-первых, из-за разных длин стержней СУЗ и ОТВС, а во-вторых, из-за невозможности загрузки изогнутых стержней СУЗ в чехлы для ОТВС без предварительного выпрямления.

Исходя из вышесказанного, задачей настоящего изобретения является создание способа для обрезки, выпрямления и зачехловки деформированных по длине отработавших стержней СУЗ в кондиционные чехлы для ОТВС в условиях хранилищ БТБ, а также устройства для его осуществления.

Реализация настоящего изобретения позволит получить технический результат в виде снижения поверхностного загрязнения хранилища радионуклидами, минимизации выбросов радионуклидов в окружающую среду, а также снижения поглощенной дозы гамма-излучения обслуживающим персоналом за счет уменьшения времени нахождения стержня СУЗ вне чехла для ОТВС, а также устранения просыпей замедлителя нейтронов при выпрямлении и зачехловке деформированных по длине стержней СУЗ.

Технический результат достигается за счет использования в заявленном способе выпрямляющего устройства, реализованного в виде радиационно-защитного агрегата, которое устанавливают над ячейкой хранилища СУЗ. Этот агрегат состоит из загрузочной камеры с регулируемыми шарнирными опорами, корпус которой выполнен в виде цилиндра с операционным отсеком, имеющим биологическую защиту, внутри которого расположен зажимной механизм, а также выпрямляющего узла, выполненного в виде вертикально и последовательно расположенных соосных конусного и цилиндрического удлиненных отверстий (полостей), над которыми соосно им установлена центрирующая воронка для установки штатного канального контейнера. При этом раструб конусного отверстия и центрирующей воронки направлены в противоположные стороны, а диаметр цилиндрического отверстия и минимальный диаметр конусного отверстия превышают диаметр стержня на 45%, наибольший диаметр конусного отверстия превышает диаметр цилиндрического отверстия в 5 раз, при высоте конусной части равной наибольшему диаметру конусного отверстия. Такой радиационно-защищенный агрегат можно скомпоновать в габаритах, позволяющих его установку в рабочей зоне хранилища с учетом его стесненности.

Кроме того, указанный технический результат обеспечивается при установке над ячейкой хранилища с помощью регулируемых шарнирных опор соосно с ячейкой загрузочной камеры. Через проем зажимного механизма загрузочной камеры в ячейку хранилища заводят петлевой захват, зацепляют один стержень за его низкоактивную часть и поднимают стержень из ячейки хранилища на высоту более 1 м от торца низкоактивной части выше зажимного механизма. Здесь стержень зажимают, отрезают его верхнюю низкоактивную часть и удаляют ее из камеры. Затем в торец оставшейся части стержня с помощью, например, воротка, вращая его за съемную головку, врезают до упора саморез, оборудованный буртом, после чего производят отвинчивание и удаление съемной головки самореза. Далее на загрузочную камеру соосно с ней устанавливают выпрямляющее устройство и в центрирующую воронку, в которой размещают штатный канальный контейнер, из которого через отверстия центрирующей воронки и выпрямляющего устройства заводят в операционный отсек с помощью лебедки и троса захват грейферного типа и автоматически сцепляют его за бурт самореза. Затем расцепляют зажимной механизм, после чего с помощью лебедки, троса и захвата грейферного типа протягивают оставшуюся часть стержня через удлиненные полости выпрямляющего устройства и перемещают в полость штатного канального контейнера для последующего размещения в ячейке чехла для ОТВС.

Выпрямление деформированных по длине стержней СУЗ методом протягивания через выпрямляющее устройство, выполняющее практически функции рихтовки и калибровки оставшейся части стержня, позволяет создать сравнительно простую, надежную, технологичную и сравнительно недорогую конструкцию агрегата, который будет достаточно компактным для размещения в рабочей зоне хранилища СУЗ и обеспечит нормальную эргономику и надежную радиационную защиту при выполнении операций по обрезке, выпрямлению и перемещению стержней СУЗ в чехлы для ОТВС.

Установка самореза с буртом во внутреннюю полость стержня СУЗ методом вкручивания позволяет получить надежное сцепление самореза с внутренней полостью гильзы СУЗ даже неправильной геометрической формы и/или при наличии сравнительно больших заусенцев, так как толщина стенок трубы не более 2,4 мм, а материал - сталь 08Х18Н10Т ГОСТ 8632. Эта сталь обладает хорошей пластичностью, что обеспечит прочное свинчивание самореза со стержнем СУЗ и его надежное крепление, а также выпрямление по длине стержня СУЗ и его укладку по одному стержню СУЗ в ячейку чехла для ОТВС.

Операция по зачехловке (загрузке) стержня СУЗ в штатный канальный контейнер будет осуществляться в ячейки кондиционных чехлов для ОТВС с использованием типового оборудования, имеющегося на предприятиях Госкорпорации Росатом - петлевого захвата, трубореза и штатного канального контейнера, оборудованного лебедкой и грейферным захватом с принудительным расцеплением, координатно-наводящего устройства и комплекта кондиционных чехлов для ОТВС.

Сущность изобретения поясняется следующими графическими фигурами:

Фиг. 1 - Установка загрузочной камеры с зажимным механизмом над ячейкой хранилища стержней СУЗ с необходимым технологическим оборудованием для проведения выпрямления деформированных по длине стержней СУЗ.

Фиг. 2 - Сечение А-А. Расположение зажимного механизма в операционном отсеке загрузочной камеры.

Фиг. 3 - Пост загрузки выпрямленных стержней СУЗ в ячейки чехлов для ОТВС с необходимым технологическим оборудованием.

Фиг. 4 - Пост загрузки чехлов для ОТВС с необходимым технологическим оборудованием.

Фиг. 5 - Захват грейферного типа с принудительным расцеплением.

Фиг. 6 - Саморез с буртом и съемной головкой.

Предлагаемый способ выпрямления и зачехловки деформированных по длине стержней СУЗ 1, находящихся в ячейках сухого хранилища осуществляется следующим образом.

Над выбранной ячейкой 2 хранилища устанавливают соосно с помощью регулируемых шарнирных опор 3 загрузочную камеру 4, корпус которой выполнен в виде цилиндра с операционным отсеком 6, имеющим биологическую защиту и зажимной механизм 5 (Фиг. 1). Через проем 7 зажимного механизма 5 (Фиг. 2) с использованием телекамер, устройств подсвечивания и мониторов (на фигуре не показаны) заводят в ячейку хранилища 2 петлевой захват (на фигуре не показан), зацепляют петлей за низкоактивную часть стержня СУЗ 1 и производят подъем из ячейки 2 хранилища на высоту более 1 м от торца низкоактивной части выше зажимного механизма 5. Здесь производят зажим стержня СУЗ 1 и отрезание, например, труборезом (на Фиг. не показан) низкоактивной части стержня СУЗ, которую удаляют из рабочей зоны как ТРО низкой степени активности.

На зажатую часть стержня СУЗ 1 с помощью слесарного инструмента (воротка) (на фигуре не показан) устанавливают саморез 8 с буртом 9 и съемной головкой 10, вращая которую, воротком осуществляют врезание самореза 8 в полость стержня СУЗ 1 до упора (Фиг. 6). Затем производят отвинчивание и удаление съемной головки 10.

На загрузочную камеру 4 устанавливают выпрямляющее устройство 11, центрирующую воронку 12 для размещения штатного канального контейнера 13, из которого с помощью лебедки и троса (оборудование контейнера) выводят захват грейферного типа 14 с механизмом принудительного расцепления 15 и через внутренние отверстия центрирующей воронки 12 и выпрямляющего устройства 11 (отверстия 16,17) автоматически соединяют с буртом 9 самореза 8 (Фиг. 1, Фиг. 5).

Расцепляют зажимной механизм 5 и с помощью лебедки и троса штатного канального контейнера 13 грейферным захватом 14 протягивают оставшуюся часть стержня СУЗ 1 за бурт 9 самореза 8 через конусную 17 и цилиндрическую 16 части выпрямляющего устройства 11 в полость канального контейнера 13 (Фиг. 1).

Зачехловку выпрямленного стержня СУЗ 1 производят на посту загрузки (Фиг. 3), имеющемся на каждой БТБ, для канальной и чехольной загрузки-выгрузки ОТВС. В ячейку поста загрузки устанавливают штатный защитный контейнер 18 для транспортировки и хранения чехлов для ОТВС, в который устанавливают чехол 19. На контейнер 18 устанавливают постамент 20 и типовое канальное координатно-наводящее устройство 21 (КНУ) на которое устанавливают штатный контейнер 13 с выпрямленным стержнем СУЗ. По технологии Госкорпорации Росатом производят поканальную загрузку выпрямленных стержней СУЗ в каждую ячейку чехла 19 по одной штуке. После полной загрузки чехла 19, с постамента 20 снимают КНУ 21 и штатный контейнер 13 (Фиг. 4), устанавливают воронку 22 на постамент 20. На воронку 22 устанавливают штатный чехольный контейнер 23, в который загружают чехол 19 и отправляют на горно-химический комбинат для переработки.

Устройство для осуществления способа выпрямления стержней СУЗ 1 скомпоновано на ячейке хранилища СУЗ 2 в одном радиационно-защитном агрегате, состоящем из загрузочной камеры 4 с зажимным механизмом 5, операционным отсеком 6, выпрямляющего устройства 11 и центрирующей воронки 12.

Регулируемые шарнирные опоры 3 - шесть штук, равномерно смонтированы на боковой поверхности загрузочной камеры 4. Каждая опора 3 имеет механизм «винт - гайка», который обеспечивает регулировку по высоте за счет вращения винта 24 в гайке 25и упора шарнира винта в пятку 26 опоры 3, а также выдвижной кронштейн 27 (Фиг. 1, Фиг. 2).

Зажимной механизм 5 смонтирован в операционном отсеке 6 загрузочной камеры 4. Он состоит из двух раздвижных губок 28. Вращая ходовые винты 29, можно раздвигать губки 28 на необходимую величину зазора от зажатия стержня СУЗ 1 до ввода через раздвинутые губки 28 петлевого захвата (Фиг. 2).

Операционный отсек 6 смонтирован на загрузочной камере 4. На операционном отсеке 6 также устанавливается выпрямляющее устройство 11. Операционный отсек 6 образует операционную зону, в которой производится отрезание труборезом и удаление низкоактивной части СУЗ 1, соединение бурта 9 самореза 8 с высокоактивной частью стержня СУЗ 1, зажатой в зажимном механизме 5, и, одновременно, несет функцию биологической защиты. Все указанные операции производятся с использованием боковых заглушек 30 (Фиг. 1).

На выпрямляющее устройство 11, размещенное на операционном отсеке 6, устанавливается центрирующая воронка 12 для центровки канального контейнера 13. Выпрямляющее устройство 11 имеет внутреннее отверстие, состоящее из двух частей: конусной - рихтующей части 17 и цилиндрической - калибрующей части 16. Эксперименты показали, что предлагаемый в изобретении метод выпрямления стержня СУЗ 1 с использованием предлагаемой конструкции устройства, при усилии протягивания до 1500 Н позволяет получить выпрямленную геометрию стержня СУЗ 1, которая гарантированно обеспечивает загрузку по одному стержню СУЗ 1 в каждую ячейку чехла для ОТВС.

Наблюдение над всем процессом выпрямления и зачехловки деформированных по длине стержней СУЗ производится с применением мониторов, телекамер и устройств подсвечивания. Подъемно-транспортные операции осуществляются подъемными кранами соответствующей грузоподъемности, имеющимися на БТБ.

Таким образом, в описанном способе решается проблема радиационно-безопасного выпрямления и зачехловки деформированных по длине дефектных стержней СУЗ в кондиционные чехлы для ОТВС.

Изобретение относится к средству для обрезки, выпрямления и зачехловки деформированных по длине отработавших стержней СУЗ в кондиционные чехлы для ОТВС в условиях хранилищ БТБ, а также устройства для его осуществления. В заявленном способе используют выпрямляющее устройство, реализованное в виде радиационно-защитного агрегата, которое устанавливают над ячейкой хранилища СУЗ. Такой радиационно-защищенный агрегат можно скомпоновать в габаритах, позволяющих его установку в рабочей зоне хранилища с учетом его стесненности. Также предусмотрена установка радиационно-защищенного агрегата над ячейкой хранилища с помощью регулируемых шарнирных опор соосно с ячейкой загрузочной камеры. Далее на загрузочную камеру соосно с ней устанавливают выпрямляющее устройство и в центрирующую воронку, в которой размещают штатный канальный контейнер, из которого через отверстия центрирующей воронки и выпрямляющего устройства заводят в операционный отсек с помощью лебедки и троса захват грейферного типа и автоматически сцепляют его за бурт самореза. Затем расцепляют зажимной механизм, после чего с помощью лебедки, троса и захвата грейферного типа протягивают оставшуюся часть стержня через удлиненные полости выпрямляющего устройства и перемещают в полость штатного канального контейнера для последующего размещения в ячейке чехла для ОТВС. Техническим результатом является снижение поверхностного загрязнения хранилища радионуклидами, минимизация выбросов радионуклидов в окружающую среду, а также снижение поглощенной дозы гамма-излучения обслуживающим персоналом за счет уменьшения времени нахождения стержня СУЗ вне чехла для ОТВС и устранение просыпей замедлителя нейтронов при выпрямлении и зачехловке деформированных по длине стержней СУЗ. 2 н.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ выпрямления и зачехловки некондиционных стержней управления и защиты, размещенных в ячейках сухого хранилища, при котором поочередно вытягивают находящиеся в ячейке стержни и перегружают их в полость штатного канального контейнера для последующего размещения в чехле для отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС), отличающийся тем, что над ячейкой хранилища и соосно с ней устанавливают с помощью регулируемых шарнирных опор загрузочную камеру, корпус которой выполнен в виде цилиндра с операционным отсеком, имеющим биологическую защиту и зажимной механизм, через проем зажимного механизма в ячейку хранилища заводят петлевой захват, зацепляют один стержень за его низкоактивную часть и поднимают из ячейки хранилища на высоту более 1 м от торца низкоактивной части выше зажимного механизма, стержень зажимают, отрезают его верхнюю низкоактивную часть и удаляют из камеры; затем в торец оставшейся части стержня с помощью воротка, вращая его за съемную головку, врезают до упора саморез с буртом, после чего съемную головку отвинчивают и удаляют; далее на загрузочную камеру соосно с ней устанавливают выпрямляющее устройство и центрирующую воронку, на которой размещают штатный канальный контейнер, из которого через отверстия центрирующей воронки и выпрямляющего устройства заводят в операционный отсек с помощью лебедки и троса захват грейферного типа и автоматически сцепляют его за бурт самореза; расцепляют зажимной механизм, после чего с помощью лебедки, троса и захвата грейферного типа протягивают оставшуюся часть стержня через полости выпрямляющего устройства и перемещают в полость штатного канального контейнера для последующего размещения в ячейке чехла для ОТВС.

2. Выпрямляющее устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее выпрямляющий узел, отличающееся тем, что выпрямляющий узел выполнен в виде расположенных в корпусе устройства последовательно и соосно конусного и цилиндрического удлиненных отверстий (полостей), над которыми соосно им расположена центрирующая воронка для установки штатного канального контейнера, при этом раструб конусного отверстия и центрирующей воронки направлены в противоположные стороны, а диаметр цилиндрического отверстия и минимальный диаметр конусного отверстия превышают диаметр стержня на 45%, наибольший диаметр конусного отверстия превышает диаметр цилиндрического отверстия в 5 раз, при высоте конусной части равной наибольшему диаметру конусного отверстия.