камера разделки двухпучковой топливной сборки ядерного реактора

Формула изобретения

1. КАМЕРА РАЗДЕЛКИ ДВУХПУЧКОВОЙ ТОПЛИВНОЙ СБОРКИ ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА, содержащая перемещающийся в камере кран, шахту разделки, средство для кантования топливной сборки в виде чехла с приводом его поворота, отрезной станок, зажимное устройство, смонтированное с возможностью его установки соосно с шахтной разделки, и манипулятор, отличающаяся тем, что камера разделки снабжена пеналом, состоящим из двух секций, из которых верхняя установлена с возможностью перемещения по нижней секции пенала, дополнительной шахтой и стаканом, при этом чехол с приводом его поворота размещены в нижней секции пеналов, в дополнительной шахте размещена опора под нижний торец чехла, а в стакане выполнено гнездо, соответствующее по конфигурации торцу нижней секции пенала.

2. Камера по п.1, отличающаяся тем, что верхняя секция пенала выполнена в виде трубы, на нижнем торце которой смонтирована каретка, охватывающая нижнюю секцию пенала, выполненную в виде двух параллельно расположенных щек, соединенных в верхней и нижней частях стяжками, при этом в щеках выполнены два расположенные напротив друг друга паза с размещенными в них ползунами, причем в верхних частях обоих ползунов размещены цапфы чехла, а на одном из ползунов смонтирован привод чехла, сцепленный с одной из цапф.

3. Камера по п.2, отличающаяся тем, что привод поворота чехла выполнен в виде самотормозящегося винтового механизма, причем его гайка жестко соединена с зубчатой рейкой, сцепленной с шестерней, установленной на цапфе, а винт соединен с коническим колесом под внешний движитель.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к ядерной энергетике и может быть использовано на АЭС, имеющих камеры разделки, для восстановления частично поврежденных двухпучковых топливных сборок ядерных реакторов.

Существуют два способа разделки топливных сборок: разделка под слоем воды, так называемый "мокрый способ разделки", который осуществляется в бассейнах выдержки; разделка в воздушной атмосфере, так называемый "сухой способ разделки", который осуществляется в камерах разделки.

Первый способ разделки применяется для однопучковых топливных сборок, состоящих из верхнего и нижнего хвостовиков, соединенных между собой с помощью трубчатых тяг, твэлов и дистанционирующих решеток. По этому способу отработавшая топливная сборка из секции хранилища, размещенного в бассейне выдержки, переносится и устанавливается в кантователь, находящийся в бассейне выдержки. Кантователь закрывается крышкой, затем его поворачивают на 180^о, удаляют последовательно крышку кантователя и нижний хвостовик, а затем производят необходимые манипуляции с твэлами. Кроме перечисленного выше оборудования для разделки топливной сборки применяется механизм удаления крышек кантователя и средств для обеспечения доступа к твэлам, включающий в себя устройство резки сварного шва, систему отсоса стружки, устройство для отвинчивания винтов.

Размещение устройства для кантования в бассейне выдержки приводит к непроизводительному использованию его объема. Устройство для кантования имеет сложную конструкцию, а с учетом того, что оно постоянно находится в воде, требование надежности приводит к дополнительному усложнению его конструкции.

Второй способ разделки применяется для двухпучковых топливных сборок. Топливная сборка этого типа, выполненная из двух пучков твэлов, образована топливными стержнями, закрепленными в силовых решетках и связанными между собой дистанционирующими решетками. Пучки твэлов размещены на проходящем через них несущем стержне, жестко соединенным с верхним и нижним хвостовиками. К верхнему хвостику прикреплена подвеска, а между пучками твэлов размещена втулка, исключающая соприкосновение торцов пучков при их расширении [1].

Впервые разделка двухпучковой топливной сборки проведена в камере разделки Ленинградской АЭС. Эта камера содержит кран, шахту разделки, кантователь со съемным чехлом для топливной сборки, отрезкой станок, зажимное устройство, смонтированное с возможностью установки его соосно шахте разделки, и манипулятор [2].

Недостатками такой камеры являются длительность процесса разделки топливной сборки, вытекающая отсюда малая производительность, а также недостаточная надежность, которая обусловлена тем, что в процессе разделки имеет место многократное перемещение самой топливной сборки, чехла кантователя и топливной сборки с чехлом между отрезным станком, кантователем и шахтой разделки.

Была предложена еще одна камера разделки двухпучковой топливной сборки, содержащая перемещающийся в камере кран, шахту разделки, установленный в шахте разделки с возможностью вертикального перемещения кантователь с чехлом и приводом поворота чехла, отрезной станок, зажимное устройство, смонтированные с возможностью их установки соосно шахте разделки, и манипулятор.

Эта камера разделки лишена недостатков, присущих камере разделки на Ленинградской АЭС. Однако в этой камере невозможно проводить работы по восстановлению частично поврежденных двухпучковых топливных сборок, которые после восстановления могли бы вновь загружаться в реактор для достижения плановых выгораний ядерного топлива.

Решаемой задачей является снижение энергозатрат при повороте чехла кантователя на 180^о, упрощение процесса разделки двухпучковой топливной сборки за счет создания такой конструкции пенала, которая обеспечивала бы поворот чехла внутри пенала, и упрощение привода поворота чехла.

В основу изобретения положена задача разработать такую конструкцию камеры разделки, которая обеспечивала бы снижение энергозатрат при разделке двухпучковой топливной сборки.

Эта задача решается тем, что в камере разделки двухпучковой топливной сборки ядерного реактора, содержащей перемещающийся в камере кран, шахту разделки, пенал, состоящий из двух секций, чехол с приводом его поворота, отрезной станок, зажимное устройство, смонтированное с возможностью его установки соосно шахте разделки, и манипулятор, согласно изобретению верхняя секция пенала установлена с возможностью перемещения по нижней секции пенала, чехол установлен на цапфах внутри ни жней секции пенала с возможностью перемещения вдоль секции, а камера снабжена дополнительной шахтой, в которой размещена опора под нижний торец чехла, и стаканом с гнездом, соответствующим конфигурации торца нижней секции пенала.

Указанная задача решается также тем, что верхняя секция пенала выполнена в виде трубы, на нижнем торце которой смонтирована каретка, охватывающая нижнюю секцию пенала, выполненную в виде двух параллельно расположенных щек, соединенных в верхней и в нижней частях стяжками, при этом в щеках выполнены два расположенные напротив друг друга паза с размещенными в них ползунами, причем в верхних частях обоих ползунов размещены цапфы чехла, а на одном из ползунов смонтирован привод поворота чехла, сцепленный с одной из цапф.

Целесообразно привод поворота чехла выполнить в виде самотормозящегося винтового механизма, причем гайка механизма жестко соединена с зубчатой рейкой, сцепленной с шестерней, установленной на цапфе, а винт механизма жестко соединен с коническим колесом под внешний движитель.

Такое конструктивное выполнение камеры разделки позволяет для поворота частей топливной сборки использовать только один чехол, который имеет диаметральный размер, незначительно отличающийся от диаметра топливной сборки, а следовательно, в этом случае вращаемая масса значительно снижена, что требует меньших энергозатрат.

На фиг. 1 и 2 изображена двухпучковая топливная сборка, подлежащая разделке; на фиг. 3 - дан разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 - представлена камера разделки, в плане; на фиг. 5 дан разрез Б-Б на фиг. 4; на фиг. 6 - пенал, общий вид; на фиг. 7 - разрез В-В на фиг. 6; на фиг. 8 - вид Г на фиг. 6; на фиг. 9 - разрез Д-Д на фиг. 6; на фиг. 10 - разрез Е-Е на фи г. 7; на фиг. 11 - разрез Ж-Ж на фиг. 6; на фиг. 12 - разрез З-З на фиг. 11; на фиг. 13 - разрез И-И на фиг. 11; на фиг. 14, 15 и 16 показана маршрутная схема разделки двухпучковой топливной сборки; на фиг. 14а пенал находится в шахте разделки, на фиг. 15 пенал находится в дополнительной шахте в сложенном состоянии с надетой на чехол крышкой, на фиг. 16 пенал находится в стакане, в котором осуществляется поворот чехла на 180^о.

Двухпучковая топливная сборка 1 (фиг. 1, 2 и 3) состоит из двух пучков 2 и 3 твэлов, образованных твэлами 4, размещенными в силовой 5 и дистанционирующих 6 решетках, которые жестко соединены с каркасной трубой 7. Через каркасную трубу проходит несущий стержень 8. Нанизанные на несущий стержень 8 пучки 2 и 3 твэлов зафиксированы на стержне 8 с помощью верхнего 9 и нижнего 10 хвостовиков. Пучки 2 и 3 твэлов отделены друг от друга втулкой 11, размещенной на выступающих концах каркасной трубы 7. Нижний хвостовик 10 закреплен на несущем стержне 8 с помощью нижнего крепежного средства 12, выполненного в виде гайки, застопоренной на несущем стержне 8. К верхнему хвостовику 9 прикреплена подвеска 13.

Камера 14 разделки (фиг. 4) двухпучковой топливной сборки 1 содержит приемное гнездо 15, в котором размещены подлежащие разделке и восстановлению топливные сборки. Кроме того, в камере находятся кран 16 (фиг. 5), отрезной станок 17, зажимное устройство 18, смонтированное с возможностью его установки соосно шахте 19 разделки, манипулятор 20, станок 21 рубки, установленный над шахтой 22 с размещенным в ней чехлом для разделанных несущих стержней 8 топливной сборки 1, транспортный контейнер 23 для установки в нем пучков твэлов, не подлежащих ремонту. В камере 14 также находится пенал 24, внутри которого установлен чехол 25, закрывающийся с обоих торцов съемными крышками 26. Дополнительно камера 14 разделки снабжена шахтой 27 и стаканом 28, причем в шахте 27 установлена опора 29, а в стакане 28 выполнено гнездо 30, соответствующее по конфигурации торцу нижней секции пенала.

Пенал 24 (фиг. 6 и 7) состоит из двух секций: верхней 31 и нижней 32, причем верхняя секция установлена с возможностью перемещения по нижней секции. Для этого верхняя секция 31 выполнена в виде трубы 33, на нижнем торце которой смонтирована каретка 34, охватывающая нижнюю секцию 32 пенала. На верхнем торце верхней секции 31 смонтированы два диаметрально расположенные зажимные устройства 35. Призмы 36 (фиг. 8) этих устройств от привода типа "винт-гайка" (не показан) могут радиально перемещаться относительно трубы 33 при вращении хвостовиков 37. Кроме того, на торце верхней секции 31 пенала смонтирована откидная грузовая скоба 38. Для сокращения веса пенала на трубе 33 выполнены окна 39 (фиг. 6).

Нижняя секция 32 пенала выполнена в виде двух параллельно расположенных щек 40 (фиг. 9), соединенных между собой в верхней и в нижней частях стяжками 41. В щеках 40 выполнены два параллельных друг другу паза 42 (фиг. 7), в которых установлены ползуны 43, причем в верхней части обоих ползунов размещены цапфы 44, жестко соединенные с чехлом 25. На одном из ползунов 43 смонтирован привод 45 поворота чехла, сцепленный с одной из цапф 44. На щеках 40 с наружной стороны установлены накладки 46.

Привод 45 (фиг. 11 и 12) поворота чехла 25 выполнен в виде самотормозящего винтового механизма, гайка 49 которого жестко соединена с зубчатой рейкой 50. Рейка 50 сцеплена с шестерней 51, жестко установленной на одной из цапф 44. Винт 52 винтового механизма жестко соединен с коническим колесом 53 под внешний движитель (не показан). Для фиксации чехла 25 внутри пенала 24 на одном из ползунов 43 установлен механизм 54 фиксации (фиг. 13).

Для обеспечения доступа режущего инструмента (не показан), установленного в отрезном станке 17, к нижнему крепежному средству 12 топливной сборки 1 на нижнем торце нижней секции 32 пенала 24 выполнен вырез, в результате чего образовался уступ 55 (фиг. 6). Этот уступ используется для азимутальной ориентации пенала 24 в камере 14 разделки при повороте чехла 25 на 180^о. С этой целью в стакане 30 выполнено гнездо 31, по конфигурации совпадающее с уступом 55.

Работа по восстановлению частично поврежденной топливной сборки осуществляется в следующей последовательности: топливную сборку разбирают на два пучка твэлов, поврежденный пучок твэлов удаляют, заменяют его новым, а затем осуществляют монтаж новой топливной сборки, которую устанавливают в реактор.

Разделка топливной сборки.

В исходном положении пенал 24 установлен в шахте 19 разделки в раздвинутом состоянии. Нижний конец чехла 25 закрыт крышкой 26, с верхнего конца чехла крышка удалена. Призмы 36 зажимных устройств 35 отведены в крайние положения, т. е. освобожден проход в верхней секции 31 пенала 24 для установки топливной сборки, подлежащей разделке.

Подлежащую разборке (фиг. 14) двухпучковую топливную сборку 1 извлекают из приемного гнезда 15 и краном 16 вводят через верхнюю секцию 31 пенала 24 в чехол 25. При этом нижний хвостовик 10 контактирует с коническим отверстием, расположенным в крышке 26 (не показано), и частично выходит из этого отверстия на величину, при которой нижнее крепежное средство оказывается расположенным в зоне выреза, выполненного на нижнем торце секции 32 пенала 24. Силовая решетка 5 верхнего пучка 2 твэлов при этом расположена на уровне призм 36 зажимного устройства 35.

Зажимным устройством 35 осуществляют фиксацию топливной сборки 1 в пенале 24. Для этого манипулятором 20 вращают хвостовики 37. Призмы 36 вдвигаются радиально внутрь трубы 33 и входят в контакт с силовой решеткой 5. Кран 16 сцепляют с пеналом 24 (известным способом) за грузовую скобу 38, и топливную сборку совместно с пеналом поднимают из шахты 19 разделки до уровня, при котором крепежное средство 12 топливной сборки оказывается в зоне резки станка 17. Зажимным устройством 18 пенал фиксируется, хобот отрезного станка 17 с режущим инструментом подводят известным способом к крепежному средству 12 и крепежное средство срезают. После этого манипулятором 20 отрезанная часть нижнего хвостовика 10 переносится в чехол для отходов.

После этого зажимное устройство 18 и хобот отрезного станка 17 отводят, а пенал 24 совместно с топливной сборкой 1 опускают в шахту 19 разделки. Затем краном 16 одновременно удаляют подвеску 13, верхний хвостовик 9. несущий стержень 8 и переносят их в станок 21 рубки, где осуществляют разделку удаленных частей на мерные заготовки, которые складируют в чехол, находящийся в шахте 22. Далее отводят призмы 36. Краном 16 с установленным на нем новым захватным органом (захватные органы заменяются дистанционно известным способом) за силовую решетку 5 удаляют верхний пучок 2 твэлов. Теперь пенал 24 за грузовую скобу 38 захватом крана 16 извлекают из шахты 19 разделки, переносят к шахте 27 и опускают в эту шахту на опору 29 (фиг. 15). При этом верхняя секция 31 пенала 24 при прослаблении троса крана 16 перемещается вниз по нижней секции 32 пенала, ролики 47 перекатываются по боковым поверхностям щек 4 0, а ролики 48 перекатываются по накладкам 46. Такая конструкция каретки 34 обеспечивает плавное перемещение верхней секции 31 относительно нижней секции 32. Перемещение секции 31 происходит до тех пор, пока она своими упорами (не показаны), расположенными в районе верхнего торца трубы 33, не войдет в контакт с верхним торцом нижней секции 32.

Одновременно с перемещением верхней секции пенала относительно нижней секции происходит перемещение вверх чехла 25 относительно нижней секции 32. Чехол цапфами 44 вызывает перемещение вверх ползунов 43 вдоль пазов 42. Одновременно с перемещением ползунов 43 происходит перемещение привода 45 поворота чехла 25 и механизма 54 фиксации. Поскольку перемещение чехла 25, привода 45 поворота и механизма 54 фиксации происходит одновременно и с одной скоростью, равной скорости перемещения ползунов 43 относительно нижней секции 32 пенала, то при этом обеспечивается надежная фиксация чехла и не происходит никаких рассогласований в кинематической цепи привода поворота. Длина пазов 42 выбрана из условия, чтобы верхний торец чехла 25 в конечном положении возвышался над сложенным пеналом 24. Тем самым создаются условия для простого удаления с помощью манипулятора втулки 11 и надевания крышки 26 на верхний торец чехла 25.

После того, как удалена втулка 11 и на верхний торец чехла надета крышка 26, краном 16 при сцеплении его захвата с грузовой скобой 38 осуществляется удаление пенала из шахты 27. При этом первоначально поднимается верхняя секция 31 пенала и только после того, как она займет свое верхнее положение, начнется движение вверх нижней секции 32 пенала относительно неподвижного чехла 25, лежащего на опоре 29. Пазы 42 и ползуны 43 выполнены таким образом, что сила сопротивления при перемещении ползунов относительно пазов и пазов относительно ползунов всегда намного ниже веса чехла. После того, как оконечности пазов 42 войдут в контакт с ползунами 43, начинается подъем чехла 25. В этом состоянии чехол находится в своем нижнем положении и его верхняя крышка 26 расположена ниже верхней стяжки 41, а нижняя крышка 26 расположена выше нижней стяжки 41, т.е. чехол можно повернуть на 180^о.

После того, как пенал 24 (фиг. 16) удален из шахты 27, он переносится краном 16 к стакану 28 и устанавливается в этот стакан. Стакан 28 и его гнездо 30 соориентированы относительно оборудования камеры 14 разделки таким образом, чтобы обеспечить безопасный поворот на 180^о чехла 25. При установке пенала 24 в стакан 28 его азимутальная ориентация для совпадения уступа 55 с гнездом 30 осуществляется с помощью манипулятора 20.

Ведущий элемент внешнего движителя (не показан) известным способом вводится в контакт с коническим колесом 53. Вращение от этого колеса передается винту 52 винтового механизма, который вызывает поступательное перемещение гайки 49 и связанной с ней зубчатой рейки 50. Перемещаясь поступательно, зубчатая рейка 50, вызывает поворот шестерни 51 и связанного с ней через цапфу 44 чехла 25. Усилие, развиваемое приводом 45 поворота, больше сил сопротивления механизма 54 фиксации. После поворота чехла 25 на 180^о привод отключается, а чехол фиксируется механизмом 54 фиксации. В чехле 25 оставшаяся часть нижнего хвостовика 10 и силовая решетка 5 нижнего пучка 3 твэлов находятся в верхнем положении. Теперь пенал 24 краном 16 переносится из стакана 28 вновь в шахту 27, и, как было описано ранее, происходит его складывание, а крышка 26 занимает положение над верхним торцом нижней секции 32 пенала 24, манипулятором 20 с чехла снимаются его крышка 26, а затем оставшаяся часть нижнего хвостовика 10. Захватом крана 16 за силовую решетку 5 осуществляется удаление нижнего пучка 3 твэлов, если он поврежден. Если нижний пучок твэлов не поврежден, то его из чехла не извлекают, а приступают к восстановлению двухпучковой топливной сборки.

Монтаж топливной сборки.

Исходное положение пенал 24 в сложенном состоянии находится в шахте 27, нижний конец чехла 25 с надетой на него крышкой 26 лежит на опоре 29, поэтому чехол занимает верхнее положение относительно нижней секции 32 пенала. Краном 16 в чехол 25 устанавливают нижний пучок 3 твэлов, затем манипулятором 20 в этот пучок твэлов устанавливают нижний хвостовик 10. После этого на чехол 25 надевают крышку 26. Затем пенал 24 переносят краном 16 к стакану 28 и устанавливают в этот стакан. Осуществляют, как было описано ранее, поворот чехла на 180^о. Снова краном 16 пенал 24 переносят и устанавливают в шахту 27. В этой шахте пенал складывается, и чехол 25 поднимается в верхнее положение относительно нижней секции 32 пенала. Удаляют крышку 26 с верхнего торца чехла и устанавливают на выступающий конец каркасной трубы 7 нижнего пучка 3 твэлов втулку 11. Переносят пенал 24 краном 16 из шахты 27 в шахту 19 разделки, и если в шахте 27 пенал находился в сложенном состоянии, то в шахте разделки пенал находится в раздвинутом состоянии. Краном 16 устанавливают верхний пучок 2 твэлов таким образом, чтобы выступающий конец каркасной трубы 7 этого пучка вошел во втулку 11. После завершения этой операции через каркасные трубы 7 обоих пучков 2 и 3 и нижний хвостовик 10 краном 16 вводится несущий стержень 8 с верхним хвостовиком 9 и подвеской 13. После этого осуществляют выставление по продольной оси чехла и пенала пучков 2 и 3 твэлов путем радиального выдвижения призм 36, которые входят в контакт с силовой решеткой 5 верхнего пучка 2 твэлов. Краном 16 за грузовую скобу 38 пенал 24 со всеми частями топливной сборки поднимают до положения, при котором нижний хвостовик 10, выступающий за пределы чехла 25 с надетой на него крышкой 26 и находящийся в зоне выреза, выполненного на нижнем торце нижней секции 32 пенала 24, оказывается в зоне манипулятора 20.

Манипулятором 20 на несущий стержень 8 устанавливают крепежное средство 12 (показанное в виде гайки) и все части топливной сборки фиксируют на несущем стержне. Затем пенал и собранную сборку опускают в шахту разделки, а затем этим же краном удаляется восстановленная топливная сборка, которая может теперь устанавливаться в реактор.

Таким образом, камера разделки согласно изобретению, предназначенная для разделки двухпучковой топливной сборки на два пучка, удаления поврежденного пучка твэлов, замены его на неповрежденный пучок твэлов и монтажа новой топливной сборки, позволяет при выполнении этих работ значительно снизить энергозатраты. Кроме того, камера разделки согласно изобретению позволяет уменьшить металлоемкость оборудования, предназначенного для операций по кантованию.

Следует отметить, что камера разделки на Ленинградской АЭС, модернизируемая согласно изобретению, значительно расширяет свои технологические возможности путем возврата в топливный цикл топливных сборок, не достигших плановых выгораний.

Могут быть использованы другие различные варианты в отношении формы, размеров и расположения отдельных элементов.