Способ обращения с отработавшими стержнями управления и защиты корабельных атомных энергетических установок с использованием комплекса для обращения с отработавшими стержнями управления и защиты Российский патент 2023 года по МПК G21C19/36 

Заявленная группа изобретений: способ обращения с отработавшими стержнями управления и защиты (СУЗ) корабельных атомных энергетических установок (АЭУ) с использованием комплекса для обращения с отработавшими СУЗ относятся к ядерной энерготехнологии, а именно, к обслуживанию, обращению, фрагментации, длительному хранению стержней СУЗ в хранилищах ОТВС, перевозке и переработке на специализированных предприятиях.

Отработавшие стержни СУЗ выгружают из реактора вместе с гильзами. При перегрузке и транспортировании гильз со стержнями СУЗ возможно нарушение геометрии стержней и гильз по длине, а также выпадение стержней из гильз, что способствует возникновению просыпей замедлителя нейтронов.

Прочностные характеристики гильз со стержнями СУЗ определяются двумя критериями:

- геометрической формой и размерами;

- механическими свойствами материала, из которого они сделаны.

Конструкция гильз имеет трубчатую форму, а конструкции стержней СУЗ скомпонованы из отдельных блочков цилиндрической формы, скреплённых между собой специальными шарнирными соединениями.

Отношение длины к наружному среднему диаметру гильз и стержней СУЗ колеблется в пределах 100-200. Учитывая указанное отношение длины к наружному диаметру, а также с учётом компоновки стержней СУЗ в виде отдельных блочков, можно констатировать, что продольная остойчивость в конструкциях гильз и стержней СУЗ практически отсутствует. В поперечном направлении блочки и гильзы имеют прочностные характеристики, близкие к прочностным характеристикам труб толщиной 2 мм соответствующих размеров, изготовленных из идентичных материалов.

Несущие конструкции гильз и стержней СУЗ изготовлены из жаропрочных и коррозионностойких сталей 06Х18Н10Т и 08Х18Н10Т по ГОСТ 5632-72, которые и определяют их прочностные характеристики. Данные стали имеют близкие механические свойства и отличаются только жаропрочностью, что не оказывает значимого влияния на процесс механической разделки конструкций.

При температуре +20°С эти стали имеют обрабатываемость резанием в термообработанном состоянии при HB = 169 и σ_в = 610 МПа - К_{v тв. спл} = 0,85 К_{v б. ст} = 0,35, где К_{v тв. спл} - коэффициент обработки твердосплавными резцами, К_{v б. ст} = 0,35 - коэффициент обработки быстрорежущими резцами.

Анализ механических свойств сталей 06Х18Н10Т и 08Х18Н10Т показывает, что фрагментирование длинномерных высокоактивных твердых радиоактивных отходов (ВАО ТРО) таких как гильзы со стержнями СУЗ можно произвести методами поперечной холодной резки металла (рубка, точение, фрезерование).

В соответствии с Федеральной целевой программой по утилизации и реабилитации атомных объектов в 1995-2017 гг. были проведены основные работы по выводу из эксплуатации, утилизации и временному хранению атомных подводных лодок (АПЛ) и надводных кораблей, реабилитации береговых и плавучих технических баз (БТБ) с хранилищами ОТВС и стержнями СУЗ.

В результате проведения этих работ образовалось большое количество гильз со стержнями СУЗ, выгруженных из ядерных энергетических установок 1 и 2 поколений. В настоящее время штатные хранилища гильз с отработавшими стержнями СУЗ полностью заполнены, и проблема хранения вновь выгружаемых гильз со стержнями СУЗ стала актуальной, так как специализированные предприятия не принимают гильзы с отработавшими стержнями СУЗ на переработку в связи с тем, что технология переработки замедлителя нейтронов ещё не освоена.

Решением руководства ГК «Росатом» и ВМФ РФ определено временное хранение гильз с отработавшими стержнями СУЗ, как высокоактивных твердых радиоактивных отходов (ВАО ТРО), в освободившихся хранилищах и в чехлах для ОТВС.

Гильзы со стержнями СУЗ отличаются от ОТВС по массогабаритным характеристикам. Гильзы со стержнями СУЗ превышают ОТВС по длине более чем на 0,5 м, но меньше по массе примерно в 8-10 раз и наружному диаметру примерно в 2,5 раза. Указанные массогабаритные характеристики позволяют использовать чехлы для ОТВС при хранении в хранилищах ОТВС гильз со стержнями СУЗ, с отрезкой верхней низкоактивной (НАО) части гильзы со стержнем СУЗ, которая идёт в дальнейшее обращение как низкоактивные твёрдые радиоактивные отходы (НАО ТРО), а оставшиеся высокоактивные (ВАО) части стержней СУЗ загружают в чехлы для ОТВС.

При отрезании НАО частей гильз со стержнями СУЗ возникают заусенцы и нарушения геометрической формы, что делает невозможным перегрузку ВАО частей гильз со стержнями СУЗ в кондиционные чехлы для ОТВС с применением штатных цанговых, шариковых и клещевых захватов. Отсутствие штатной головки стержня СУЗ (после отрезания НАО части), не может обеспечить выгрузку стержней СУЗ штатными захватами, а это приводит к значительному увеличению трудоемкости работ и, следовательно, к дополнительному облучению персонала и окружающей среды.

Известен способ выгрузки гильз с отработавшими со стержнями СУЗ из плавучих технических баз (ПТБ) и загрузки их в реактор утилизированной АПЛ, изложенный в отчете АО «НИКИЭТ» №111.41.42 «Транспортно-технологическая схема на загрузку гильз СУЗ в реакторы утилизируемых АПЛ для филиала «СРЗ «Нерпа» ОАО «ЦС «Звездочка», ОАО «ЦС «Звездочка», ОАО «ДВЗ «Звезда», Москва, 2012 г», при котором в качестве контейнера для долговременной выдержки ВАО частей гильз со стержнями СУЗ используют реакторы утилизируемых объектов атомного кораблестроения после выгрузки из них активных зон.

Технология реализации этого способа выгрузки гильз с отработавшими стержнями СУЗ из хранилищ ПТБ или штатных систем СУЗ реакторов и последующей загрузки их в места выгруженных активных зон реакторов сводится к обрезанию гильз со стержнями СУЗ в размер экранной сборки с тем, чтобы они впоследствии не мешали уплотнению крышки реактора, для чего производится:

- подъем гильзы со стержнем СУЗ над крышкой реактора на необходимую высоту (значительное увеличение уровня излучения при этом исключается, т.к. верхняя часть гильзы со стержнем СУЗ находится в крышке реактора и слабо активируется в процессе работы);

- фиксация в специальном приспособлении;

- отрезка верхней части до требуемого размера опускаемой части гильзы со стержнем СУЗ в реактор;

- установка наконечника в нижнюю часть гильзы со стержнем СУЗ в месте реза и приваривание его к гильзе для обеспечения последующего соединения с захватом сб. 26-1 контейнера ОК-300ПБ;

- опускание гильзы с ВАО частями стержня СУЗ до упора вниз.

Недостатки способа:

- при приваривании наконечников возникают дополнительные трудоёмкости и дозовые нагрузки на персонал. Операция приварки наконечника в зоне повышенной активности провоцирует выброс в окружающую среду радиоактивных аэрозолей;

- обеспечивается только временное хранение ВАО частей гильз со стержнями СУЗ в реакторных отсеках утилизированных АПЛ, что противоречит ФЗ№190-ФЗ от 11.07.2011 г. «Об обращении с радиоактивными отходами и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации», в соответствии с которым необходимо осуществлять захоронение ВАО ТРО.

Известен способ выгрузки и фрагментации гильз со стержнями СУЗ из реакторов атомных ледоколов на ФГУП «Атомфлот» в г. Мурманск.

Технология реализации этого способа выгрузки и фрагментации гильз со стержнями СУЗ из реакторов атомных ледоколов и последующей их загрузки в места выгруженных активных зон реакторов сводится к выгрузке гильз со стержнями СУЗ с использованием через центрирующую воронку защитного одноканального контейнера 1314-07-0004 (разработчик АО «ЦКБМ», г. Санкт-Петербург). Этот контейнер имеет цанговый захват, адаптированный под головную часть гильзы со стержнем СУЗ, а также ручные приводы поворота шибера и подъема-опускания захватов. Из-за большой мощности гамма-излучения гильз со стержнями СУЗ операцию по отрезке ВАО части производят переносным гильотинным гидравлическим режущим устройством типа WHC фирмы «ENERPAC» в специально организованной зоне. При этом, мощность дозы гамма-излучения может достигать 100÷200 Зв/час.

Отрезанную ВАО часть гильзы со стержнем СУЗ загружают в контейнер для хранения ВАО ТРО и транспортируют на отведенное место хранения ВАО ТРО, а НАО часть гильзы со стержнем СУЗ загружают в контейнер хранения НАО ТРО и транспортируют на площадку хранения ТРО.

Недостатки способа:

- при отрезке ВАО части гильзы со стержнем СУЗ в специально организованной зоне персонал получает большие дозовые нагрузки;

- обеспечивается только длительное хранение ВАО ТРО в отведенных местах, что противоречит ФЗ №190-ФЗ от 11.07.2011 г. «Об обращении с радиоактивными отходами и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации», в соответствии с которым необходимо осуществлять захоронение ВАО ТРО.

В известной конструкции устройства для отрезки хвостовиков ОТВС АЭУ атомных станций (Патент 2153713, G21G, 19/34, 05.11.1998) отрезка хвостовиков производится методом скручивания сечения оболочки ОТВС ножевыми вставками, снабженными режущими плоскостями, по форме и размерам соответствующими внешней шестигранной форме оболочки ОТВС.

Недостатки устройства:

- данная схема резки при испытании специально изготовленного устройства показала, что при попытке резки шестигранных оболочек с реальной толщиной стенки 2 мм из нержавеющей стали резки не происходит, т.к. плоскости сечения смещаются, сечение теряет правильную геометрическую форму, происходит холостое прокручивание поворотного ножа;

- направляющие для поворотного ножа расположены снаружи перерезаемой детали и работают в условиях сухого трения скольжения, поэтому крутящий момент от приложенной на рычаг поворота несимметричной нагрузки имеет значительную величину, возможны закусывания скользящих поверхностей, что приводит к быстрому износу направляющих поверхностей;

- для использования схемы резки и подобного устройства при фрагментации гильз с отработавшими стержнями СУЗ в условиях хранилищ ОТВС и стержней СУЗ необходим специальный кран-манипулятор для выполнения операций кантования и укладки гильз со стержнями СУЗ;

- торец плоскости сечения после резки гильзы со стержнем СУЗ имеет неправильную геометрическую форму.

Известно устройство для отрезки концевых деталей ОТВС атомных реакторов (патент RU 212 79 18 C1) содержащее основание, прижимы и верхний нож, который выполнен плоским и имеет скос в нижней части, угол которого α = 45°, при этом, устройство имеет по крайней мере одно средство для ограничения хода ножа вниз в заданном положении, а также верхний нож дополнительно имеет уклон вдоль своей плоскости.

Недостатки устройства:

- отрезаемые чехол и трубы каналов ОТВС сжимаются к концевой детали (фиг. 4б) т.е. плоскости сечения сминаются;

- для использования схемы резки и подобного устройства при фрагментации гильз с отработавшими стержнями СУЗ в условиях хранилищ ОТВС и стержней СУЗ необходим специальный кран-манипулятор для выполнения операций кантования и укладки гильз со стержнями СУЗ.

Наиболее близкими по технической сути к заявленному способу обращения с отработавшими СУЗ корабельных АЭУ с использованием комплекса для обращения с отработавшими СУЗ является способ выгрузки и фрагментации гильз со стержнями СУЗ из реакторов атомных ледоколов на ФГУП «Атомфлот».

Задачей настоящего изобретения является создание способа обращения с отработавшими стержнями СУЗ корабельных АЭУ с использованием комплекса для обращения с отработавшими СУЗ в условиях хранилищ ОТВС и гамма-излучения высокой интенсивности (100÷200 Зв/час), содержащего устройство фрагментации и защитный базовый одноканальный контейнер с общей измерительной системой для замеров линейного перемещения гильзы со стержнем СУЗ, построенной на базе преобразователя угловых перемещений; излучателя и приемника оптического бесконтактного выключателя; устройства цифровой индикации и электромагнитной муфты, размещенных на стенде перегрузочном, снабженном наводящим устройством для чехлов ОТВС.

Реализация настоящего изобретения позволяет получить технический результат в виде возможности выполнять работы по обращению и фрагментации гильз со стержнями СУЗ с использованием комплекса для обращения с отработавшими СУЗ в условиях хранилищ ОТВС и гамма-излучения высокой интенсивности, а также увеличения точности измерения линейного перемещения гильз со стержнями СУЗ, при снижении поглощенной дозы гамма-излучения обслуживающего персонала, капитальных и эксплуатационных затрат.

Технический результат достигается в применении способа обращения с отработавшими стержнями СУЗ корабельных АЭУ с использованием комплекса для обращения с отработавшими СУЗ, содержащего стенд перегрузочный, защитный одноканальный контейнер, состоящий из корпуса, основания, крышки, шибера, лебёдки с ручным приводом, троса с захватом и канатоведущим шкивом, центрирующую воронку и механизм отрезки, при котором на дно загрузочного пространства стенда перегрузочного размещают наводящее устройство, на которое через центрирующую воронку устанавливают защитный транспортный контейнер с дополнительной биологической защитой, а на верхнюю поверхность стенда перегрузочного устанавливают устройство фрагментации c центровкой по внутренним цилиндрическим поверхностям относительно защитного транспортного контейнера при этом, центровку проверяют по калибру, а на съемную крышку устройства фрагментации надевают наводящую воронку и устанавливают базовый контейнер, загруженный порожним чехлом для ОТВС, который затем опускают в защитный транспортный контейнер снимают штатную пробку с чехла, а базовый контейнер и наводящую воронку убирают из рабочей зоны стенда перегрузочного; защитный одноканальный контейнер, загруженный гильзой со стержнем СУЗ, устанавливают в центрирующую воронку, смонтированную на съёмной крышке устройства фрагментации; открывают шибер защитного одноканального контейнера и с помощью ручного привода опускают гильзу со стержнем СУЗ до касания с верхней дистанционирующей кромкой трубной части чехла для ОТВС, при этом проводят наведение свободной ячейки трубной части чехла на гильзу со стержнем СУЗ при помощи приводов наводящего устройства; гильзу со стержнем СУЗ поднимают выше каналов бесконтактного конечного выключателя устройства фрагментации, включают разъёмы электросхемы управления устройства фрагментации и защитного одноканального контейнера; на устройстве цифровой индикации устанавливают необходимую величину линейного перемещения троса и ручным приводом защитного одноканального контейнера опускают гильзу со стержнем СУЗ до заданной величины перемещения и блокировки привода тормозной однодисковой электромагнитной муфтой; в зоне резки гильзу со стержнем СУЗ закрепляют верхним и нижним узлами крепления и производят операцию отрезки ВАО части механизмом отрезки стержней СУЗ; разблокируют привод тормозной однодисковой электромагнитной муфты ручным обнулением значения перемещения стержня СУЗ с помощью кнопок на панели цифровой индикации; раскрепляют верхний узел крепления, а оставшуюся НАО часть в полости защитного одноканального контейнера с закрытым шибером транспортируют на место загрузки в контейнер для хранения НАО ТРО на площадке хранения ТРО; с устройства фрагментации снимают наводящую воронку и съёмную крышку, подводят вороток с установленным в него специальным саморезом, имеющим головку, идентичную головке ОТВС и наводят на центр полости стержня СУЗ, а затем, вращая вороток, осуществляют врезание самореза в стержень СУЗ до упора; раскрепляют нижний узел крепления стержня СУЗ и под действием гравитации опускают в свободную ячейку трубной части чехла и устанавливают идентично ОТВС; операции со стержнями СУЗ повторяют до полного заполнения всех ячеек чехла; одевают на чехол штатную пробку, на корпус устройства фрагментации устанавливают съёмную крышку и наводящую воронку, устанавливают базовый контейнер, с помощью которого загруженный чехол выгружают из устройства фрагментации и загружают в транспортный упаковочный контейнер для отправки на переработку или на место захоронения ВАО ТРО.

Комплекс для обращения с гильзами со стержнями СУЗ включает стенд перегрузочный, оснащён наводящим устройством для чехлов ОТВС, расположенным на дне загрузочного пространства стенда перегрузочного и состоящим из внутренней плиты, основания, плиты поворотной, двух червячных редукторов с приводом, фиксатора. Также комплекс снабжён устройством фрагментации со съёмной крышкой, смонтированным на верхней поверхности стенда перегрузочного и отцентрованным по внутренним цилиндрическим поверхностям относительно защитного транспортного контейнера с биологической защитой. При этом корпус и крышка устройства фрагментации снабжены сквозным отверстием для свободного подъёма и опускания чехла для ОТВС, а ниже линии разъёма съёмной крышки с корпусом устройства фрагментации перпендикулярно оси подъёма-опускания стержней СУЗ расположены сквозные соосные каналы с установленными излучателем и приёмником оптического бесконтактного конечного выключателя, ниже которого расположена зона отрезки гильз со стержнями СУЗ с механизмом отрезки стержней СУЗ с верхним и нижним узлами крепления стержней СУЗ в виде винтовых упоров, расположенных на корпусе устройства фрагментации ниже и выше линии реза напротив друг друга, состоящим из электродвигателя, углового редуктора и отрезной головки с дисковой отрезной фрезой, смонтированных на подвижной пиноли с ручной подачей и стружкосборником, соединённым через каналы и шланги с промышленным пылесосом. В зависимости от выполняемой операции комплекс оснащён установленными на съёмной крышке устройства фрагментации базовым контейнером через наводящую воронку или защитным одноканальным контейнером через центрирующую воронку, при этом на оси канатоведущего шкива защитного одноканального контейнера через муфту смонтирован преобразователь угловых перемещений, а на валу лебёдки с ручным приводом установлена тормозная однодисковая электромагнитная муфта.

В частном случае, технический результат обеспечивается при оснащении комплекса для обращения с гильзами со стержнями СУЗ наводящим устройством для чехлов ОТВС имеющим два червячных редуктора оснащённых микроэлектроприводами, при этом фиксатор отсутствует.

Опускание гильз со стержнями СУЗ при загрузке устройства фрагментации до касания с верхней дистанционирующей кромкой трубной части чехла для ОТВС позволяет сократить время и увеличить точность наведения соответствующей ячейки чехла на загружаемые гильзы со стержнями СУЗ, с помощью наводящего устройства с микроэлектроприводами.

После наведения ячейки чехла на загружаемую гильзу со стержнем СУЗ производят поднятие гильзы со стержнем СУЗ выше каналов оптического бесконтактного конечного выключателя, поскольку включенная электросхема управления ограничения перемещения троса контейнера начинает функционировать в рабочем режиме только после пересечения гильзой со стержнем СУЗ луча от излучателя на приемник оптического конечного выключателя.

Гильзы со стержнями СУЗ в зоне резки закрепляют выше и ниже реза узлами крепления в виде двух пар винтовых упоров, которые расположены перпендикулярно оси гильзы со стержнем СУЗ и взаимно перпендикулярно направлениям крепления гильзы со стержнем СУЗ. Каждая пара винтовых упоров смонтирована соосно, а их упорные поверхности - напротив друг друга. Такая система закрепления гильз со стержнями СУЗ обеспечивает жесткое крепление при холодной резке ВАО частей дисковой отрезной фрезой, что обеспечивает качественную торцовую поверхность ВАО частей.

С устройства фрагментации снимают наводящую воронку и съемную крышку, обеспечивая доступ к поверхности срезанной части гильзы со стержнем СУЗ, после чего, подводят вороток, с установленным в нем специальным саморезом, имеющим головку, идентичную головке ОТВС, и наводят на центр торцевой части гильзы со стержнем СУЗ, а затем, вращая вороток с приложением осевого усилия, осуществляют врезание самореза в гильзу со стержнем СУЗ до упора.

Специальный саморез с конусной резьбой, аналогичный саморезным винтам, надёжно врежется при вращении во внутреннюю поверхность гильзы со стержнем СУЗ даже неправильной геометрической формы так как толщина трубы не более 1,0-2,0 мм, а материал - сталь 08Х18Н10Т ГОСТ 5632. Эта марка стали обладает хорошей пластичностью, что обеспечит прочное свинчивание самореза с гильзой со стержнем СУЗ и соответствующее усилие сцепления при вытаскивании из ячейки чехла захвата с гильзой (надежность сцепления).

Головка специального самореза, идентичная головке ОТВС, позволяет установить гильзы со стержнями СУЗ в трубную часть чехла для ОТВС и обеспечить надежную чехольную транспортировку и хранение. Такая головка специального самореза даёт возможность использования штатных захватов хранилищ ОТВС на всех последующих операциях обращения с отрезанными ВАО частями гильз со стержнями СУЗ.

На ось канатоведущего шкива защитного одноканального контейнера смонтирован через муфту, например, ЛИР-801, преобразователь угловых перемещений - инкрементный угловой энкодер, например, ЛИР-158А, а на вал лебедки с ручным приводом установлена тормозная однодисковая электромагнитная муфта. Угловой энкодер использован в качестве датчика перемещения троса одноканального контейнера, а тормозная однодисковая электромагнитная муфта, например, типа FFM TELCOMEC, блокирует работу ручного привода при опускании троса вниз от сигнала устройства цифровой индикации, например, ЛИР-512-00 СКБ ИС.

Для осуществления операции отрезки ВАО части гильзы со стержнем СУЗ, защитный одноканальный контейнер, загруженный гильзой со стержнем СУЗ, устанавливают через центрирующую воронку на устройство фрагментации и подключают через разъем в единую электрическую систему устройства фрагментации и защитного одноканального контейнера, обеспечивающую ограничение движения гильзы со стержнем СУЗ на позицию резки. Единая электрическая часть устройства фрагментации и защитного одноканального контейнера состоит из пульта управления с кабелем электропитания напряжением 220В, устройства цифровой индикации, преобразователя угловых перемещений (смонтирован на защитном одноканальном контейнере), излучателя и приемника оптического конечного выключателя, электромагнитной муфты (смонтирована на лебедке защитного одноканального контейнера).

Таким образом, защитный одноканальный контейнер не имеет своего пульта управления и кабеля электропитания, что обеспечивает удобство работы с защитным одноканальным контейнером на всех технологических операциях и уменьшает общее наружное загрязнение радионуклидами.

Оба червячных редуктора наводящего устройства оснащены микроэлектроприводами, что позволяет осуществлять точное дистанционное наведение соответствующего гнезда чехла для ОТВС относительно загружаемой гильзы со стержнем СУЗ, при этом, необходимость в фиксаторе положения отпадает и уменьшается дозовая нагрузка на персонал.

Сущность изобретений поясняется следующими графическими фигурами:

Фиг. 1 - Стенд перегрузочный для перегрузки и фрагментации гильз со стержнями СУЗ из защитного одноканального контейнера в чехол для ОТВС.

Фиг. 2 - Электрическая структурная схема системы управления, устройства фрагментации и защитного одноканального контейнера.

Фиг. 3 - Кинематическая схема защитного одноканального контейнера.

Фиг. 4 - Сечение А-А. Расположение узлов крепления в корпусе устройства фрагментации.

Фиг. 5 - Вид Б. Кинематическая схема механизма отрезки ВАО частей гильз со стержнями СУЗ.

Фиг. 6 - Калибр центрующий.

Фиг. 7 - Сечение В-В. Закрепление специального самореза на торце ВАО части гильзы со стержнем СУЗ.

Предлагаемый способ обращения с отработавшими стержнями СУЗ с использованием комплекса для обращения с гильзами со стержнями СУЗ осуществляется следующим образом.

На дно загрузочного пространства стенда перегрузочного 1 в хранилище ОТВС размещают наводящее устройство 2 для чехлов ОТВС, на которое через центрирующую воронку 3 устанавливают защитный транспортный контейнер 4 с дополнительной биологической защитой 5 и 6. На верхнюю поверхность 7 стенда перегрузочного 1 устанавливают и центрируют по внутренним цилиндрическим поверхностям 8 и 9 относительно защитного транспортного контейнера 4 устройство фрагментации 10. Центровку внутренних цилиндрических поверхностей 8 и 9 (Фиг. 1) проверяют по калибру 11 (Фиг. 6).

На съёмную крышку 12 устройства фрагментации 10 устанавливают наводящую воронку 13 и устанавливают базовый контейнер 14, загруженный порожним чехлом 15 для ОТВС, который опускают в защитный транспортный контейнер 4, снимают штатную пробку 16 с чехла 15. Базовый контейнер 14 и наводящую воронку 13 убирают из рабочей зоны стенда перегрузочного 1. Затем защитный одноканальный контейнер 17 с загруженной гильзой со стержнем СУЗ 18 устанавливают в центрирующую воронку 19, которую смонтировали на съемной крышке 12 устройства фрагментации 10 (Фиг. 1).

Далее открывают шибер 20 защитного одноканального контейнера 17 и с помощью ручного привода 21 опускают гильзу со стержнем СУЗ 18 до касания с верхней дистанционирующей кромкой трубной части чехла 15 для ОТВС (Фиг. 1, Фиг. 3). Наведение соответствующей ячейки трубной части чехла 15 на гильзу со стержнем СУЗ 18 проводят с помощью двух микроэлектроприводов 22 и 23, установленных на червячных редукторах наводящего устройства 2.

Затем гильзу со стержнем СУЗ 18 поднимают выше каналов 24 бесконтактного конечного выключателя 25 устройства фрагментации 10 (Фиг. 1). Подключают разъёмы электросхемы 26 и 27 (Фиг. 2) управления устройства фрагментации 10 защитного одноканального контейнера 17 и наводящего устройства 2 (Фиг. 1). На устройстве цифровой индикации 28 (Фиг. 2) устанавливают необходимую величину перемещения троса и ручным приводом 21 защитного одноканального контейнера 17 опускают гильзу со стержнем СУЗ 18 до заданной величины перемещения, при этом, ручной привод 29 защитного одноканального контейнера 17 блокируется электромагнитной муфтой 30 (Фиг. 1, Фиг. 3).

Затем в зоне резки гильзу со стержнем СУЗ 18 закрепляют верхним и нижним узлами крепления 31 и 32 (Фиг. 1), производят операцию отрезки ВАО части гильзы со стержнем СУЗ методом поперечной холодной резки дисковой отрезной фрезой 33 (Фиг. 5). Разблокируют ручной привод 29, отключив электромагнитную муфту 30 (Фиг. 3) ручным обнулением значения перемещения гильзы со стержнем СУЗ 18 (Фиг. 1) с помощью кнопок на панели устройства цифровой индикации 28 (Фиг. 2). Раскрепляют верхний узел крепления 31, и оставшуюся НАО часть гильзы со стержнем СУЗ 18 в полости защитного одноканального контейнера 17 (Фиг. 1) с закрытым шибером 20 (Фиг. 2) транспортируют на место загрузки в контейнер для хранения НАО ТРО на площадке хранения ТРО. С устройства фрагментации 10 снимают центрирующую воронку 19 и крышку 12, обеспечивая доступ к поверхности срезанной ВАО части гильзы со стержнем СУЗ 18 (Фиг. 1), после чего подводят вороток 34 с установленным в него специальным саморезом 35, имеющим головку, идентичную головке ОТВС и наводят на центр полости гильзы со стержнем СУЗ 18, а затем, вращая вороток 34, осуществляют врезание самореза 35 в гильзу со стержнем СУЗ до упора (Фиг. 1, Фиг. 7). Раскрепляют нижний узел крепления 32 гильзы со стержнем СУЗ 18, и под действием гравитации опускают в ячейку трубной части чехла 15 и устанавливают идентично ОТВС (Фиг. 1).

Изложенные операции с гильзами со стержнями СУЗ повторяют до полного заполнения всех ячеек чехла 15. Одевают на чехол штатную пробку 16. Далее на корпус 36 установки фрагментации 10 устанавливают съемную крышку 12 и наводящую воронку 13, устанавливают базовый контейнер 14, с помощью которого заполненный чехол 15 выгружают через устройство фрагментации 10 и загружают в транспортный упаковочный контейнер 14 (Фиг. 1) для отправки на переработку на специализированное предприятие или на место захоронения ВАО ТРО.

Работы по обращению с гильзами с отработавшими стержнями СУЗ в соответствии с заявляемым способом проводятся с использованием штатного стенда перегрузочного 1 хранилища ОТВС (Фиг. 1).

Стенд перегрузочный 1 должен быть укомплектован следующим штатным перегрузочным оборудованием и оснасткой (Фиг. 1):

- защитным одноканальным контейнером 17 с цанговым захватом для гильз со стержнями СУЗ 18, траверсой, центрирующей воронкой 19;

- базовым контейнером 14 с захватом для головок чехлов для ОТВС, траверсой и наводящей воронкой 13;

- наводящим устройством 2 для наведения соответствующей ячейки чехла 15 на загружаемую гильзу со стержнем СУЗ 18;

- калибром 11 (Фиг. 6) для проверки центровки устройства фрагментации 10 относительно защитного транспортного контейнера 4;

- комплектом оснастки для съёма или сцепления штатной пробки 16 с чехлом для ОТВС 15;

- комплектом порожних кондиционных чехлов 15 для ОТВС;

- комплектом телекамер 37 и средств освещения 38;

- защитным транспортным контейнером 4 с дополнительной биологической защитой 5 и 6;

- промышленным пылесосом 39.

Стенд перегрузочный 1 должен находиться в зоне обслуживания мостового или портального крана 40 (Фиг. 1).

Для осуществления предлагаемого способа обращения с гильзами со стержнями СУЗ 18 используют:

- защитный одноканальный контейнер 17 (Фиг. 1), с установленным через муфту на ось канатоведущего шкива 41 преобразователем угловых перемещений 42 - инкрементным оптико-электронным энкодером (Фиг. 3). На вал лебёдки 43 с ручным приводом 29 защитного одноканального контейнера 17 устанавливают тормозную однодисковую электромагнитную муфту 30 (Фиг. 1, Фиг. 3);

- наводящее устройство 2, оба червячных редуктора которого оснащены микроэлектроприводами 22 и 23, а фиксатор положения демонтирован (Фиг. 1).

Устройство фрагментации 10 имеет корпус 36, на котором установлена съёмная крышка 12, при этом, корпус 36 и съёмная крышка 12 имеют сквозные отверстия для свободного подъема и опускания чехла 15 для ОТВС.

Ниже линии разъёма крышки 12 с корпусом 42 перпендикулярно оси подъема-опускания гильз со стержнями СУЗ 18 имеются сквозные соосные каналы 24 с установленными излучателем и приёмником оптического бесконтактного конечного выключателя 25, под которым расположена зона отрезки гильз со стержнями СУЗ 18 (Фиг. 1), оснащенная механизмом отрезки ВАО частей гильз со стержнями СУЗ 44 (Фиг. 4). Зона отрезки гильз со стержнями СУЗ 18 имеет верхний и нижний узлы крепления 31 и 32 гильз в виде винтовых упоров, расположенных в корпусе 36 ниже и выше линии реза напротив друг друга (Фиг. 1).

Механизм отрезки гильз со стержнями СУЗ 44 (Фиг. 4) состоит из электродвигателя 45, углового редуктора 46 и отрезной головки 47 с дисковой отрезной фрезой 33 (Фиг. 5), смонтированных на подвижной пиноли 48 (Фиг. 4) с ручной подачей и стружкосборником 49, соединенным через каналы 50 и шланг 51 (Фиг. 5) с промышленным пылесосом 39 (Фиг. 1).

Электрическая структурная схема системы управления устройством фрагментации 10 и защитного одноканального контейнера 17 приведена на Фиг. 2. В состав электрической структурной схемы входят: пульт управления 52; телекамеры 37 и средства освещения 38; пылесос промышленный 39; излучатель 53 и приемник 54 оптического конечного выключателя 25; микроэлектроприводы 22 и 23 наводящего устройства 2; электродвигатель 45 (Фиг. 2) механизма отрезки ВАО частей гильз со стержнями СУЗ 44 (Фиг. 4); преобразователь угловых перемещений 42 - инкрементный оптико-электронный энкодер и тормозная однодисковая электромагнитная муфта 30 защитного одноканального контейнера 17 (Фиг. 2).

В состав пульта управления 52 входит: дисплей 55; устройство цифровой индикации 28; коммутационные устройства, устройства электроавтоматики, элементы управления и индикации 56. Дисплей 55 выводит изображение с подключенных к нему телекамер 37 (Фиг. 2) для контроля процессов наведения гильзы со стержнем СУЗ 18 на ячейку чехла 15 для ОТВС и отрезки ВАО части гильзы со стержнем СУЗ 18 (Фиг. 1).

К пульту управления 52 подключены микроэлектроприводы 22 и 23 для перемещения устройством наведения 2 по траектории двух обкатываемых в одной плоскости окружностей разных диаметров, расположенных с эксцентриситетом 129 мм относительно центров вращения и касающихся в одной точке; электродвигатель отрезного устройства 44; промышленный пылесос 39. На лицевой панели пульта управления 52 помимо дисплея 55 и устройства цифровой индикации 28 расположены элементы управления и индикации (кнопки и лампы). Внутри пульта управления 52 находятся элементы электроавтоматики, обеспечивающие включение и выключение электродвигателей 22, 23, 44, пылесоса промышленного 39 и электромагнитной муфты 30 (Фиг. 2).

Устройство цифровой индикации 28 установлено в пульте управления 52. На индикаторе устройства 28 (Фиг. 2) отображается относительное линейное перемещение гильзы со стержнем СУЗ 18 (Фиг. 1). С помощью кнопок на лицевой панели устройства цифровой индикации 28 можно настроить требуемую величину перемещения гильзы со стержнем СУЗ 18. Обнуление показаний происходит по сигналу от приемника оптического конечного выключателя 25, который срабатывает в момент пересечения гильзой со стержнем СУЗ 18 оптической оси между излучателем 53 и приемником 54 (Фиг. 1, Фиг. 2).

Отсчет величины перемещения гильзы со стержнем СУЗ 18 производится с помощью преобразователя угловых перемещений 42, установленного на оси канатоведущего шкива 41 защитного одноканального контейнера 17 (Фиг. 1, Фиг. 2). Преобразователь угловых перемещений 42 является инкрементным энкодером и подключается через разъем 26 к устройству цифровой индикации 28. Устройство цифровой индикации 28 выполняет пересчет импульсов преобразователя угловых перемещений 42 в линейное перемещение и выдает сигнал при достижении заданной величины перемещения. Этот сигнал поступает на силовые коммутационные устройства 56 (реле, контактор) в пульте управления 52, которые через разъем 27 (Фиг. 2) включают питание, установленной в защитном одноканальном контейнере 17, электромагнитной муфты 30 (Фиг. 1, Фиг. 2). Электромагнитная муфта 30 во включенном состоянии блокирует дальнейшую возможность перемещения гильзы со стержнем СУЗ 18. Разблокировать перемещение гильзы со стержнем СУЗ 18 после обрезки можно переключателем на пульте управления, либо ручным обнулением значения перемещения гильзы со стержнем СУЗ 18 с помощью кнопок на лицевой панели устройства цифровой индикации 28 (Фиг. 1, Фиг. 2).

Реализация предлагаемого изобретения позволит решить проблему радиационно-безопасного обращения со стержнями СУЗ с использованием оборудования и инфраструктуры хранилищ ОТВС в условиях гамма-излучения высокой интенсивности при значительном сокращении поглощенной дозы обслуживающего персонала и окружающей среды, за счет использования оборудования и устройств с биологической защитой на всех этапах обращения со стержнями СУЗ, а также сократит капитальные затраты.

Группа изобретений относится к ядерной энерготехнологии, а именно, к обслуживанию, обращению, фрагментации, длительному хранению стержней СУЗ в хранилищах ОТВС. Способ обращения с отработавшими стержнями СУЗ корабельных АЭУ с использованием комплекса для обращения с отработавшими СУЗ содержит стенд перегрузочный, защитный одноканальный контейнер, состоящий из корпуса, основания, крышки, шибера, лебёдки с ручным приводом, троса с захватом и канатоведущим шкивом, центрирующую воронку и механизм отрезки. Комплекс для обращения с гильзами со стержнями СУЗ включает стенд перегрузочный, оснащён наводящим устройством для чехлов ОТВС, расположенным на дне загрузочного пространства стенда перегрузочного и состоящим из внутренней плиты, основания, плиты поворотной, двух червячных редукторов с приводом, фиксатора. Комплекс снабжён устройством фрагментации со съёмной крышкой, смонтированным на верхней поверхности стенда перегрузочного и отцентрованным по внутренним цилиндрическим поверхностям относительно защитного транспортного контейнера с биологической защитой. Изобретение позволяет снизить поглощённую дозу гамма-излучения обслуживающего персонала. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ обращения с отработавшими стержнями управления и защиты (СУЗ) корабельных атомных энергетических установок с использованием комплекса для обращения с отработавшими стержнями управления и защиты, содержащего защитный одноканальный контейнер, состоящий из корпуса, основания, крышки, шибера, лебёдки с ручным приводом, троса с захватом и канатоведущим шкивом, центрирующую воронку и механизм отрезки, при котором из реактора с помощью защитного одноканального контейнера, установленного на центрирующей воронке, выгружают гильзу со стержнем СУЗ цанговым захватом за головную часть, производят отрезку высокоактивной части гильзы со стержнем СУЗ в специально организованной зоне, при этом производят линейное перемещение из защитного одноканального контейнера гильзы со стержнем СУЗ с помощью ручного привода подъёма-опускания, предварительно открыв запорный шибер защитного одноканального контейнера, визуально контролируя величину линейного перемещения высокоактивной части гильзы со стержнем СУЗ по отметкам, сделанным на тросе защитного одноканального контейнера, производят загрузку высокоактивной части гильзы со стержнем СУЗ в контейнер для хранения высокоактивных твёрдых радиоактивных отходов и транспортировку на отведённое место хранения высокоактивных твёрдых радиоактивных отходов, а оставшуюся низкоактивную часть гильзы со стержнем СУЗ выгружают из защитного одноканального контейнера в контейнер для хранения низкоактивных твёрдых радиоактивных отходов и хранения на площадке твёрдых радиоактивных отходов, отличающийся тем, что на дно загрузочного пространства стенда перегрузочного размещают наводящее устройство, на которое через центрирующую воронку устанавливают защитный транспортный контейнер с дополнительной биологической защитой, а на верхнюю поверхность стенда перегрузочного устанавливают устройство фрагментации c центровкой по внутренним цилиндрическим поверхностям относительно защитного транспортного контейнера, при этом центровку проверяют по калибру, а на крышку устройства фрагментации надевают наводящую воронку и устанавливают базовый контейнер, загруженный порожним чехлом для ОТВС, который затем опускают в защитный транспортный контейнер; снимают штатную пробку с чехла, а базовый контейнер и наводящую воронку убирают из рабочей зоны стенда перегрузочного; защитный одноканальный контейнер, загруженный гильзой со стержнем СУЗ, устанавливают в центрирующую воронку, смонтированную на съёмной крышке устройства фрагментации; открывают шибер защитного одноканального контейнера и с помощью ручного привода опускают гильзу со стержнем СУЗ до касания с верхней дистанционирующей кромкой трубной части чехла для ОТВС, при этом проводят наведение свободной ячейки трубной части чехла на гильзу со стержнем СУЗ при помощи приводов наводящего устройства; гильзу со стержнем СУЗ поднимают выше каналов бесконтактного конечного выключателя устройства фрагментации, включают разъёмы электросхемы управления устройства фрагментации и защитного одноканального контейнера; на устройстве цифровой индикации устанавливают необходимую величину линейного перемещения троса и ручным приводом защитного одноканального контейнера опускают гильзу со стержнем СУЗ до заданной величины перемещения и блокировки привода тормозной однодисковой электромагнитной муфтой; в зоне резки гильзу со стержнем СУЗ закрепляют верхним и нижним узлами крепления и производят операцию отрезки высокоактивной части механизмом отрезки стержней СУЗ; разблокируют привод тормозной однодисковой электромагнитной муфты ручным обнулением значения перемещения стержня СУЗ с помощью кнопок на панели цифровой индикации; раскрепляют верхний узел крепления, а оставшуюся низкоактивную часть в полости защитного одноканального контейнера с закрытым шибером транспортируют на место загрузки в контейнер для хранения низкоактивных твёрдых радиоактивных отходов на площадке твёрдых радиоактивных отходов; с устройства фрагментации снимают наводящую воронку и съёмную крышку, подводят вороток с установленным в него специальным саморезом, имеющим головку, идентичную головке ОТВС и наводят на центр полости стержня СУЗ, а затем, вращая вороток, осуществляют врезание самореза в стержень СУЗ до упора; раскрепляют нижний узел крепления стержня СУЗ и под действием гравитации опускают в свободную ячейку трубной части чехла и устанавливают идентично ОТВС; операции со стержнями СУЗ повторяют до полного заполнения всех ячеек чехла; одевают на чехол штатную пробку, на корпус устройства фрагментации устанавливают съёмную крышку и наводящую воронку, устанавливают базовый контейнер, с помощью которого загруженный чехол выгружают из устройства фрагментации и загружают в транспортный упаковочный контейнер для отправки на переработку или на место захоронения высокоактивных твердых радиоактивных отходов.

2. Комплекс для обращения с гильзами со стержнями СУЗ для осуществления способа по п. 1, содержащий защитный одноканальный контейнер, состоящий из корпуса, основания, крышки, шибера, лебёдки с ручным приводом, троса с захватом и канатоведущим шкивом, центрирующую воронку и механизм отрезки, отличающийся тем, что включает стенд перегрузочный, оснащён наводящим устройством для чехлов ОТВС, расположенным на дне загрузочного пространства стенда перегрузочного и состоящим из внутренней плиты, основания, плиты поворотной, двух червячных редукторов с приводом, фиксатора; оснащён устройством фрагментации со съёмной крышкой, смонтированным на верхней поверхности стенда перегрузочного и отцентрованным по внутренним цилиндрическим поверхностям относительно защитного транспортного контейнера с биологической защитой, при этом корпус и крышка устройства фрагментации снабжены сквозным отверстием для свободного подъёма и опускания чехла для ОТВС, а ниже линии разъёма съёмной крышки с корпусом устройства фрагментации перпендикулярно оси подъёма-опускания стержней СУЗ расположены сквозные соосные каналы с установленными излучателем и приёмником оптического бесконтактного конечного выключателя, ниже которого расположена зона отрезки гильз со стержнями СУЗ с механизмом отрезки стержней СУЗ с верхним и нижним узлами крепления стержней СУЗ в виде винтовых упоров, расположенных на корпусе устройства фрагментации ниже и выше линии реза напротив друг друга, состоящим из электродвигателя, углового редуктора и отрезной головки с дисковой отрезной фрезой, смонтированных на подвижной пиноли с ручной подачей и стружкосборником, соединённым через каналы и шланги с промышленным пылесосом; в зависимости от выполняемой операции базовый контейнер, через наводящую воронку или защитный одноканальный контейнер через центрирующую воронку установлены на съёмной крышке устройства фрагментации, при этом на оси канатоведущего шкива защитного одноканального контейнера через муфту смонтирован преобразователь угловых перемещений, а на валу лебёдки с ручным приводом установлена тормозная однодисковая электромагнитная муфта.

3. Комплекс для обращения с гильзами со стержнями СУЗ по п. 2, отличающийся тем, что червячные редукторы наводящего устройства оснащены микроэлектроприводами, при этом фиксатор отсутствует.