УСТАНОВКА ДЛЯ РАЗДЕЛКИ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ СБОРОК ЯДЕРНЫХ РЕАКТОРОВ Советский патент 1995 года по МПК G21C19/36 

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для переработки облученных, т. е. отработавших определенный срок в ядерном реакторе, и бракованных тепловыделяющих сборок (ТВС) на стадии подготовки их в вскрытию, и вскрытия. Оно может быть использовано в радиохимической промышленности.

В настоящее время имеет и разрабатывается большое количество разновидностей установок для разделки ТВС. В установках используются различные методы вскрытия ТВС. Отделение материала кожухов и оболочек от топливного материала производится при вскрытии ТВС или на последующих стадиях их переработки.

Все известные процессы вскрытия ТВС достаточно трудоемки. Для сокращения времени их проведения, как правило, на вскрытие подают ТВС без концевиков. Последние отделяют перед загрузкой ТВС в рабочую камеру вскрытия. Известна, например, установка для разделки ТВС, включающая устройство для транспортирования ТВС, устройство для отделения их концевиков, снабженное пилами или абразивными дисками. Вскрытие ТВС производится в рабочей камере. Установка снабжена также механизмом для подачи ТВС в рабочую камеру.

Эта установка громоздка и требует для своего размещения значительные производственные площади. Необходимость последовательной перегрузки ТВС с одного устройства на другое снижает ее производительность. Кроме того, образование при отделении концевиков ТВС отходов в виде опилок, пыли материала конструктивных элементов ТВС загрязняет камеру, в которой размещена установка.

ТВС обычно транспортируют в вертикальном положении. Для этого их снабжают специальными головками. Разделку ТВС часто проводят при ее горизонтальном положении. Поэтому установки, предназначенные для разделки ТВС, обычно снабжаются специальными устройствами для поворота ТВС из вертикального положения в горизонтальное.

Наиболее близкой к описываемой по технической сущности является установка для разделки тепловыделяющих сборок (ТВС) ядерных реакторов, содержащая устройство для поворота ТВС и устройство для отделения концевиков ТВС, каретку с зажимом и направляющие для перемещения каретки.

ТВС краном или манипулятором загружают в устройство для поворота, при помощи которого переводят в горизонтальное положение. Далее ТВС укладывают в каретку и закрепляют зажимом, которым снабжена каретка. Последняя перемещается по направляющим на позицию, где производится перегрузка ТВС в устройство для отделения концевиков. Отделяют концевики пилами или абразивными кругами.

При этом образуются отходы в виде частиц (опилок, пыли) материала разрезаемых конструктивных элементов ТВС. Затем ТВС уже без концевиков передают на позицию, где установлен механизм для подачи ТВС в рабочую камеру. В рабочей камере производится вскрытие ТВС и отделение материала ее кожухов и оболочек от топливного материала.

Описанная выше установка имеет следующие недостатки. Она включает несколько отдельных устройств: устройство для поворота ТВС, каретку, устройство для отделения концевиков, механизм для подачи ТВС в рабочую камеру. Вследствие этого, установка громоздка и требует для своего размещения значительные производственные площади.

При работе установки ТВС последовательно перегружают с одного устройства на другое. Необходимость выполнения этих вспомогательных операций снижает производительность установки.

Другим существенным недостатком описываемой установки является образование при отделении концевиков ТВС отходов в виде опилок, пыли материала конструктивных элементов ТВС. Эти отходы, в случае переработки облученных ТВС, обладают большой радиоактивностью. Они загрязняют камеру, в котором размещена установка.

Целью изобретения является повышение производительности установки путем сокращения вспомогательных операций и снижение капительных затрат путем уменьшения требуемых производственных площадей.

Поставленная цель достигается тем, что в известной установке для разделки ТВС ядерных реакторов, содержащей устройство для поворота ТВС и устройство для отделения концевиков ТВС, каретку с зажимом и направляющие для перемещения каретки, последние жестко соединены с устройством для поворота ТВС.

Устройство для поворота ТВС снабжено герметичным корпусом, имеющим отверстие для загрузки ТВС, причем каретка установлена внутри герметичного корпуса.

Устройство для отделения концевиков снабжено кольцевым нагревателем с установленным с одной стороны нагревателя соосно ему дополнительным зажимом, причем нагреватель и дополнительный зажим установлены с возможностью расположения зажима каретки соосно дополнительному зажиму с другой стороны нагревателя.

Каретка снабжена шарнирно соединенным с ней выталкивателем для отделения концевиков ТВС.

Заявляемое техническое решение поясняется чертежом. На фиг.1 изображен вид установки сбоку; на фиг.2 разрез по А-А; на фиг.3 представлен местный вид 1 изображения на фиг.2; на фиг.4 представлен вариант установки, где устройство для поворота ТВС снабжено герметичным корпусом; на фиг.5 поперечный разрез Б-Б пружинного зажима и устройства для разведения его губок; на фиг.6 изображен вид В-В.

Описываемая установка (фиг.1 и 2) включает основание 1, к которому прикреплено устройство 2 для поворота.

В основании 1 имеется окно 3. С устройством 2 жестко соединены направляющие 4 для перемещения каретки 5. Последняя снабжена зажимом 6, выполненным в виде двух губок 7, соединенных с приводами 8 (пневматическими, гидравлическими или пружинными). Кроме того, каретка 5 кинематически связана с приводами 9 (пневматическими или гидравлическими), соединенными с устройством 2 для поворота.

Крепление устройства 2 к основанию 1 осуществлено посредством цапф 10. Устройство 2 связано с приводом 11 поворота через рычаг 12.

С кареткой 5 шарнирно соединен выталкиватель 13, цапфа 14 каретки 5 входит в отверстие выталкивателя 13.

Установка снабжена также двумя кольцевыми нагревателями 15 и 16, выполненными в виде индукторов, и двумя дополнительными зажимами 17 и 18, каждый из которых содержит по две зажимные губки 19, присоединенные к приводам 20. Зажимы 17 и 18 установлены соосно нагревателям 15 и 16. Для установки ТВС 21 в требуемом положении предназначена опора 22, жестко присоединенная к основанию 1; для установки ТВС 21 в крайних положениях при ее перемещениях вместе с кареткой 5 служат упоры 23 и 24. Кольцевые нагреватели 15 и 16 могут быть круглыми или, повторяя форму ТВС шестигранными, квадратными и т.д.

Вариант установки, где устройство для поворота ТВС снабжено герметичным корпусом, изображен на фиг.4.

Установка включает устройство 2 для поворота ТВС, которое имеет герметичный корпус 25, направляющие 4, жестко закрепленные внутри герметичного корпуса 25, каретку 5 с зажимом 6, кольцевой нагреватель 15 и дополнительный зажим 17, установленный соосно нагревателю 15. Герметичный корпус 25 имеет выполненное в его торце отверстие 26 для загрузки ТВС 21 и для сообщения с рабочей камерой 27. На этом же торце закреплена герметизирующая прокладка 28. Рабочая камера 27 предназначена для вскрытия ТВС 21.

Для перемещения каретки 5 предназначен механизм (на чертеже не показан), установленный внутри корпуса 25. Этот же механизм используется для подачи ТВС 21 в рабочую камеру 27. Он может быть выполнен винтовым, цепным, реечно храповым и т.д. В данном случае предполагается механизм для преобразования возвратно-поступательного движения в пульсирующее. На фиг.4 изображен привод 9 этого механизма и приводы 29 реверса.

В данном варианте установки каретки 5 с зажимом 6 перемещается на значительную величину (до 3-5 м). Чтобы обеспечить надежное зажатие ТВС 21 зажимом 6 и избежать использование в нем пневматических или гидравлических приводов, требующих применения гибких трубопроводов или шлангов, привод зажима 6 каретки 5 выполнен в виде пакетов тарельчатых пружин 30. Для разведения губок 7 зажима 6 предназначено разжимное устройство 31, установленное в данном случае стационарно. Установка снабжена тремя такими устройствами.

Одно из них находится на позиции загрузки ТВС 21, второе на позиции сброса концевиков ТВС, третье (на чертежах не показано) внутри рабочей камеры 27.

При других исполнениях описываемой установки разжимное устройство 31 может устанавливаться с возможностью небольших перемещений (до 500 мм) вместе с зажимом 6 каретки 5, чтобы, например, передвинуть зажим 6 с разведенными губками 7 по длине ТВС 21. Зажим 6 (фиг.5 и 6) содержит губки 7, соединенные между собой посредством двух пакетов тарельчатых пружин 30, стержней 32, втулок 33 и 34. Втулки 33 имеют окна (на чертеже не показанные), через которые проходят вилки 35, жестко соединенные со втулками 34. Торцы стержней 32 и вилок 35 имеют выемки, ограниченные сферическими поверхностями. Разжимное устройство 31 зажима 6 состоит из двух коромысел 36, соединенных с приводами 37 (пнематическими или гидравлическими). Коромысла 36 имеют выступы 38, ограниченные сферическими поверхностями, предназначенные для взаимодействия с вилками 35.

Описываемая установка, изображенная на фиг.1 и 2, работает следующим образом.

В исходном положении устройство 2 для поворота установлено вертикально. (Его контур на фиг.1 изображен тонкими линиями). При этом каретка 5 находится в таком положении относительно устройства 2, что цапфа 14 соосна цапфам 10. Выталкиватель 13 всегда располагается горизонтально, что упрощает его конструкцию и облегчает компоновку установки.

В каретку 5, на опору 22 устанавливают ТВС 21 и закрепляют ее зажимом 6. Устройство 2 вместе с кареткой 5 и закрепленной зажимом 6 ТВС 21 переводят в горизонтальное положение. При этом зажим 6 и ТВС 21 располагаются соосно дополнительным зажимам 17 и 18. Приводом 9 каретку 5 вместе с ТВС 21 перемещают влево, до упора 23. Вместе с кареткой 5 влево перемещается и выталкиватель 13. Приводят в действие зажим 17. После осуществления зажима ТВС 21 включают приводы 9. Их усилия направлены на перемещение ТВС 21 вправо и создают растягивающие напряжения на участке ТВС между зажимом 17 и зажимом 6. В нагреватель 15 подают электрический ток. Кольцевой участок ТВС 21 внутри нагревателя 15 разогревается. По мере повышения температуры на этом участке ТВС 21 прочность ее конструктивных элементов снижается. Происходит отрыв левого концевика ТВС 21. Нагреватель 15 и зажим 17 отключают. Приводом 9 каретку 5 вместе с ТВС 21 перемещают вправо, до упора 24. Вместе с кареткой 5 вправо перемещается выталкиватель 13, увлекая за собой оторванный левый концевик ТВС 21. Последний падает в окно 3 и попадает в приемный лоток (на чертежах не показан).

Отделение правого концевика ТВС 21 производят так же, как был оторван ее левый концевик. В этом случае концевик зажимают зажимом 18, для нагрева используют нагреватель 16, для создания растягивающего усилия те же приводы 9, а для сбрасывания оторванного концевика выталкиватель 13.

Каретку 5 перемещают влево, до совпадения оси цапфы 14 с осью цапф 10. Для точной установки каретки 5 в этом положении используют выдвижной упор, на чертежах не показанный. Вместе с кареткой 5 влево перемещается выталкиватель 13, сбрасывая правый концевик ТВС 21 через окно 3 в приемный лоток (на чертежах не показанный).

ТВС 21 освобождают от губок 7 зажима 6 и передают на позицию, где установлен механизм для подачи ТВС 21 в рабочую камеру 27.

Устройство 2 для поворота ТВС 21 переводят в вертикальное положение. Загружают очередную ТВС 21 и рабочий цикл установки повторяют.

Описываемая установка, выполненная по варианту, где устройство для поворота ТВС снабжено герметичным корпусом (фиг.4), работает следующим образом.

В исходном положении герметичный корпус 25 находится на позиции загрузки ТВС 21. Каретка 5 установлена в крайнем верхнем положении. Ее верхняя часть с зажимом 6 выведена из герметичного корпуса 25. Зажимы 6 и 17 и нагреватель 15 при этом соосны. Губки 7 и 19 разведены. Сверху устанавливают ТВС 21 и зажимают зажимами 6 и 17 и следующим образом. Приводы 37 разводят коромысла 36, в результате чего разжимное устройство 31 перестает воздействовать на зажим 6. Тарельчатые пружины 30 перемещают стержни 32 и связанную с ним через втулку 33 левую губку 7 вправо (см. фиг.5), а втулки 34 и связанную с ними правую губку 7 влево. Таким образом, губки 7 сводятся и зажимают ТВС 21.

Механизмом для перемещения каретки 5 создают растягивающее усилие на участке ТВС 21 между зажимами 6 и 17.

В нагреватель 15 подают электрический ток. Нижний концевик ТВС отрывается. Каретку 5 с оторванным концевиком перемещают вниз. Герметичный корпус 25 поворачивают против часовой стрелки (фиг.4) на позицию сброса концевиков (на фиг.4 герметичный корпус 25 на этой позиции изображен тонкими линиями). Каретку 5 вновь выдвигают из герметичного корпуса 25. Устройством, на чертеже не показанным, концевик захватывают и после разжима губок 7 разжимным устройством 31 поднимают вверх. Каретку 5 вводят внутрь герметичного корпуса 25, который возвращают в исходное положение, после чего концевик сбрасывают в приемный лоток (на чертеже не показан). ТВС 21 вводят между губок 7 зажима 6. Каретку 5 вместе с ТВС 21 перемещают вниз, внутрь корпуса 25 до совпадения места отрыва верхнего концевика с зоной нагрева нагревателя 15. Приводят в действие зажим 17. Механизм для перемещения каретки 5 (на чертеже не показан) создает растягивающее усилие на ТВС 21. Включают нагреватель 15 и отрывают верхний концевик ТВС 21. Каретку 5 с ТВС 21 перемещают в крайнее нижнее положение.

Корпус 25 поворачивают в горизонтальное положение, до совпадения его продольной оси с осью загрузочного отверстия рабочей камеры 26. Оторванный верхний концевик сбрасывают в приемный лоток (на чертеже не показан).

Приводом (на чертеже не показанным) корпус 25, в котором находится ТВС 21 без концевиков, через герметизирующую прокладку 28 прижимают к уплотняющей поверхности рабочей камеры 27. Открывают шибер (на чертеже не показан) рабочей камеры 27. Механизмом для перемещения каретки (на чертеже не показан) ТВС 21 перемещают в рабочую камеру 27 на переработку. В конце этого перемещения зажим 6 разжимают, каретку 5 передвигают влево, внутрь корпуса 25. Шибер рабочей камеры 27 закрывают. Корпус 25 возвращают в вертикальное положение. Каретку 5 с зажимом 6 перемещают в верхнее положение, где губки 7 зажима 6 разводятся устройством 31. Это производится следующим образом. Приводы 37 перемещают коромысла 36 навстречу друг другу. Выступы 38 коромысел воздействуют на вилки 35 и стержни 32 и, преодолевая действие пружин 30, разводят губки 7. Устанавливают очередную ТВС 21 и цикл работы установки повторяют.

Корпус 25 при загрузке в него ТВС 21 и отделении ее концевиков может находиться и в другом положении, например, в горизонтальном, под углом к горизонту или вертикальном, но отверстием 26 для загрузки ТВС 21 вниз.

Одним из существенных преимуществ описываемой установки является отсутствие радиоактивных отходов в виде опилок, пыли облученного материала конструктивных элементов ТВС при отделении ее коцневиков. Камера, в которой размещается установка, вследствие этого, при проведении работ внутри нее не требует предварительной отмывки. Это сокращает потери времени и сохраняет оборудование, которое при отмывке может выйти из строя. Другим преимуществом заявляемой установки является то, что одними и теми же приводами могут выполняться три операции: перемещение ТВС, создание усилий, отрывающих ее концевики, и выталкивание оторванных концевиков. Это значительно упрощает установку и делает ее более компактной, что приводит к снижению капитальных затрат. При снабжении поворотного устройства герметичным корпусом к этим операциям добавляется еще одна: подача ТВС в рабочую камеру.

Использование установки позволяет устранить такие трудоемкие операции, как перегрузка ТВС из устройства для поворота в каретку и из каретки в устройство для отделения концевиков. При снабжении устройства для поворота герметичным корпусом устраняется также операция по перегрузке ТВС из устройства для отделения концевиков на позицию загрузки в рабочую камеру.

Появляется возможность значительно снизить капитальные затраты на сооружение зданий за счет создания оборудования, занимающего меньшие производственные площади.

1. УСТАНОВКА ДЛЯ РАЗДЕЛКИ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ СБОРОК ЯДЕРНЫХ РЕАКТОРОВ, содержащая устройство для поворота сборки и устройство для отделения концевиков, сборок, каретку с зажимом и направляющие для перемещения каретки, отличающаяся тем, что, с целью повышения производительности установки путем сокращения вспомогательных операций и снижения капитальных затрат путем уменьшения производственных площадей, направляющие для перемещения каретки с зажимом жестко соединены с устройством для поворота тепловыделяющей сборки. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что устройство для поворота сборки снабжено герметичным корпусом, имеющим отверстие для загрузки сборок, причем каретка установлена внутри герметичного корпуса. 3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что устройство для отделения концевиков снабжено кольцевым нагревателем с установленным с одном стороны нагревателя соосно ему дополнительным зажимом, причем нагреватель и дополнительный зажим установлены с возможностью расположения зажима каретки соосно дополнительному зажиму с другой стороны нагревателя. 4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что каретка снабжена шарнирно соединенным с ней выталкивателем для отделенных концевиков тепловыделяющих сборок.