способ разделки двухпучковой топливной сборки ядерного реактора и устройство разделки для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ разделки топливной сборки ядерного реактора, включающий установку и фиксацию топливной сборки в устройстве для разделки, удаление нижнего крепежного средства и извлечение под слоем воды твэлов, отличающийся тем, что топливную сборку устанавливают и фиксируют в складываемом двухсекционном пенале, пенал устанавливают в чехол и фиксируют его верхнюю секцию в чехле, отделение нижнего крепежного средства осуществляют путем его скручивания, а затем осуществляют последовательное извлечение несущего стержня верхнего и нижнего пучков твэлов, при этом перед извлечением нижнего пучка твэлов осуществляют его подъем путем вертикального перемещения нижней секции пенала относительно его верхней секции.

2. Устройство разделки топливной сборки ядерного реактора, содержащее вертикально установленный пенал со средством фиксации для топливной сборки и средство разрушения крепежного средства нижнего хвостовика топливной сборки, отличающееся тем, что устройство разделки снабжено чехлом, пенал размещен в чехле и выполнен из двух секций, нижняя секция которого выполнена с возможностью перемещения под действием привода вдоль верхней секции пенала, а верхняя секция пенала закреплена на верхнем торце чехла, средство разрушения крепежного средства нижнего хвостовика выполнено в виде размещенного в приводной коробке, установленной на нижнем торце чехла, ключа, смонтированного с возможностью поворота нижнего крепежного средства, причем в приводной коробке над ключом коаксиально продольной оси пенала смонтированы подпружиненные элементы с возможностью взаимодействия с каналами нижнего хвостовика топливной сборки.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что ось вращения ключа установлена соосно продольной оси пенала.

4. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что ось вращения ключа установлена с эксцентриситетом относительно продольной оси пенала.

5. Устройство по п. 3 или 4, отличающееся тем, что соосно ключу к нижнему торцу приводной коробки присоединена емкость для размещения разрушенного крепежного средства.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что емкость для размещения разрушенного крепежного средства выполнена съемной.

Описание изобретения к патенту

Данное изобретение относится к способам разделки двухпучковой топливной сборки ядерного реактора и может быть использовано для ее разделки.

Кроме того, данное изобретение касается устройства разделки, которое служит для осуществления вышеупомянутого способа разделки двухпучковой топливной сборки ядерного реактора

Известен способ разделки, применяемый для однопучковой топливной сборки, состоящий из верхнего и нижнего хвостовиков, соединенных между собой с помощью трубчатых тяг, твэлов и дистанционирующих решеток. (И.Я.Емельянов и др. Конструирование ядерных реакторов. М. Энергоиздат, 1982, с.79, рис.3.10в). По этому способу после остановки реактора и удаления его крышки топливную сборку перемещают внутри бака реактора, устанавливают в транспортный конвейер, переводят транспортный контейнер из вертикального положения в горизонтальное, перемещают этот контейнер в горизонтальном положении из бака реактора в бассейн-хранилище, примыкающий к баку реактора. Затем транспортный контейнер переводят из горизонтального положения в вертикальное. Извлекают топливную сборку из контейнера, поворачивают ее на 180^o и располагают нижним концом вверх, извлекают нижний наконечник сборки для доступа к концам твэлов, выборочно заменяют в сборке, устанавливают на место нижний наконечник и транспортируют сборку в бак реактора на ее новое место. Для выполнения этих операций в бассейне-хранилище располагают кантователь для поворота сборок, устройство для демонтажа нижнего наконечника, приспособление для транспортировки отработавших, поврежденных, а также новых твэлов (патент FR N 2460027, кл. G 21 C 19/18).

Рассмотреннный способ характеризуется большой сложностью и длительностью. Многоразовое кантование топливной сборки может быть причиной возможных повреждений топливной сборки в силу значительных динамических нагрузок при ее повороте. В процессе разделки топливной сборки применяется значительное количество оборудования.

Наиболее близким по своей технической сущности по отношению к заявленному изобретениям являются способ разделки однопучковой топливной сборки ядерного реактора и устройство для его осуществления (патент US N 4522780, кл. 376/260). По этому способу отработавшую топливную сборку из секции хранилища, размещенного в бассейне выдержки, переносят и устанавливают в кантователь, находящийся в этом же бассейне. Кантователь закрывают крышкой, затем его поворачивают на 180^o, последовательно удаляют крышку кантователя, нижний хвостовик, а затем производят необходимые манипуляции с твэлами. Кроме перечисленного выше оборудования для разделки топливной сборки применяют механизм удаления крышек кантователя, устройство для резки сварного шва, систему отсоса стружки и устройство для отвинчивания винтов.

Необходимость осуществлять резку сварного шва значительно усложняет способ разделки топливной сборки, так как создает большие трудности, обусловленные необходимостью удаления радиоактивной стружки, образующейся в процессе разделки топливной сборки.

В связи с тем, что все работы проводятся под слоем воды, то увеличивается как сложность проведения работ, так и ужесточаются требования предъявляемые к используемому оборудованию.

Необходимо также отметить, что рассмотренный способ не позволяет осуществить разделку двухпучковой топливной сборки. Как известно (И.Я.Емельянов и др. Конструирование ядерных реакторов, М. Энергоиздат, 1982, с. 189-197, рис.7.14) такая топливная сборка состоит из двух пучков твэлов, образованных твэлами, размещенными в дистанционирующих решетках, которые жестко соединены с каркасной трубой. Через каркасную трубу проходит несущий стержень. Нанизанные на несущий стержень пучки твэлов зафиксированы на стержне с помощью верхнего и нижнего хвостовика. Пучки твэлов отделены друг от друга втулкой размещенной на выступающих сопряженных между собой Г-образных концах каркасных труб. Нижний хвостовик закреплен на несущем стержне с помощью крепежного средства, выполненного в виде гайки, зафиксированной на несущем стержне. К верхнему хвостовику прикреплена подвеска.

При разделке такой топливной сборки необходимо осуществить отрезку крепежного средства нижнего хвостовика топливной сборки, т.е. возникают те же нежелательные последствия, что и в прототипе заявляемого изобретения.

Целью настоящего изобретения является разработка способа разделки двухпучковой топливной сборки ядерного реактора.

Целью настоящего изобретения также является создание устройства разделки, которое обеспечивало бы упрощение способа разделки.

В основу настоящего изобретения была положена задача разработать способ разделки двухпучковой топливной сборки ядерного реактора, по которому переходы способа разделки на каждом этапе осуществлялись с наибольшей простотой и с наибольшей безопасностью, и создать устройство разделки для реализации указанного способа, конструктивное выполнение которого позволило бы сократить цикл разделки топливной сборки.

Эта задача решается тем, что в способе разделки двухпучковой топливной сборки ядерного реактора, включающем установку и фиксацию топливной сборки в устройстве для разделки, удаление нижнего крепежного средства и извлечение под слоем воды твэлов, согласно изобретению топливную сборку устанавливают и фиксируют в складываемом двухсекционном пенале, пенал устанавливают в чехол и фиксируют его верхнюю секцию в чехле, отделение нижнего крепежного средства осуществляют путем его скручивания, а затем осуществляют последовательное извлечение несущего стержня, верхнего и нижнего пучков твэлов осуществляют его подъем путем вертикального перемещения нижней секции пенала относительно его верхней секции.

Указанная задача решается также тем, что в устройстве разделки для осуществления вышеуказанного способа, содержащего вертикально установленный пенал со средствами фиксации для топливной сборки и средство разрушения крепежного средства нижнего хвостовика топливной сборки, согласно изобретению устройство разделки снабжено чехлом, пеналы размещен в чехле и выполнен из двух секций, нижняя секция которого выполнена с возможностью перемещения под действием привода вдоль верхней секции пенала, а верхняя секция пенала закреплена на верхнем торце чехла, средство разрушения крепежного средства нижнего хвостовика выполнено в виде размещенного в приводной коробке, установленной на нижнем торце чехла, ключа, смонтированного с возможностью поворота нижнего крепежного средства, причем в приводной коробке под ключом коаксиально продольной оси пенала смонтированы подпружиненные элементы с возможностью взаимодействия с каналами нижнего хвостовика топливной сборки.

Ось вращения ключа может быть установлена соосно продольной оси пенала.

Ось вращения ключа может быть установлена с эксцентриситетом относительно продольной оси пенала.

Целесообразно в устройстве разделки соосно ключу к нижнему торцу приводной коробке присоединить емкость для размещения разрушаемого крепежного средства.

Разумно емкость для размещения разрушаемого крепежного средства выполнить съемной.

Такое конструктивное выполнение устройства разделки двухпучковой топливной сборки ядерного реактора, осуществляющего способ разделки.

На фиг.1 изображена двухпучковая топливная сборка, подлежащая разделке; фиг. 2 разрез по А-А (фиг.1); фиг.3 разрез по Б-Б (фиг.1); фиг.4 - частичный продольный разрез устройства разделки; фиг.5 разрез нижней секции пенала с опорным узлом; фиг.6 разрез верхней секции пенала с прижимным упором; фиг.7 разрез верхней секции пенала с воронкой и захватом; фиг.8 - вариант I-разрез нижней части устройства разделки; фиг.9 вариант II-разрез нижней части устройства разделки; фиг. 10 маршрутная схема разделки отработанной топливной сборки: а) отделение нижнего крепежного средства, б)удаление несущего стержня сборки, в) извлечение верхнего пучка твэлов, г) складирование пенала, д) извлечение нижнего пучка твэлов.

Двухпучковая топливная сборка 1 (фиг.1-3) 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 каркасные трубы проходит 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 то друга втулкой 11, размещенной на выступающих концах каркасных труб 7. Нижний хвостовик 10 закреплен на несущем стержне 8 с помощью крепежного средства 12, выполненного в виде гайки, застопоренной на несущем стержне 8. К верхнему хвостовику прикреплена подвеска 13.

Устройство 14 разделки (фиг.4) двухпучковой топливной сборки 1, реализующее способ разделки такой сборки, согласно изобретению содержит пенал 15, установленный на опорной плите 16 чехла 17, размещенного в герметичной емкости 18. Емкость 18 может быть смонтирована либо в бассейне выдержки, либо в шахте помещения разделки. Емкость 18, чехол 17 и пенал 15 заполнены водой. Пенал 15 выполнен из двух взаимосвязанных и перемещающихся относительно друг друга секций 19 и 20 и снабжен зажимным устройством, выполненным в виде опорного узла 21, расположенного в секции 20 прижимного упора 22, размещенного в секции 19, и воронки 23 с захватом 24, расположенным вдоль продольной оси воронки. Прижимной упор 22 и воронка 23 выполнены взаимосменными, а захват 24 установлен с возможностью перемещения вдоль продольной оси воронки. Выполнение зажимного средства в виде опорного узла 21 и прижимного упора 22, разнесенных на значительное расстояние друг от друга, обеспечивают простую и надежную фиксацию отработанной топливной сборки в пенале. Нижняя секция 20 пенала выполнена в виде трубы 25, на верхнем торце который размещен фланец 26. На противоположном конце трубы 25 размещен опорный узел 21 (фиг. 5), выполненный в виде двух неуравновешенных рычагов 27, снабженных базовыми поверхностями 28 и выступами 29, взаимодействующими с силовой решеткой топливной сборки 1. В силу своей неуровновешенности рычаги 27 стремятся развернуться вокруг осей 30 и занимают положение, при котором внутри трубы 25 частично располагаются только базовые поверхности 28 этих рычагов. Перевод рычагов 27 из свободного состояния в рабочее осуществляется автоматически топливной сборкой при воздействии нижнего хвостовика 10 сборки на базовой поверхности этих рычагов. Верхняя секция 19 пенала выполнена в виде патрубка 31 и жестоко связанных с ним стержней 32, проходящих через фланец 26. Ниже фланца 26 стержни 32 закреплены в диске 33, охватывающем трубу 25. Прижимной упор 22 (фиг.6) установлен с возможностью перемещения вдоль продольной оси патрубка 31 и снабжен средством фиксации 34. Благодаря этому, в пенале 15 надежно могут быть закреплены топливные сборки различной длины. Для обеспечения определенного азимутального положения прижимного упора 22 в патрубке 31 и упрощения его крепления в патрубке, прижимной упор 22 снабжен радиально расположенными выступами 35, патрубок 31 ответными пазами 36, а средство фиксации 34 выполнено в виде невыпадающих болтов. Воронка 23 (фиг. 7) выполнена в виде стакана 37 и расположенных внутри стакана цилиндра 38 и стержня 39. К нижнему торцу цилиндра 38 прикреплена цанговая втулка 40 захвата 24, а к нижнему торцу стержня 39 управляющий шток 41, который в процессе своего перемещения выступает во взаимодействие с цанговой втулкой 40. На противоположном конце стержня 39 имеется винт 42 сцепленный с гайкой 43. Винт снабжен средством (не показано) исключающим его вращение, но не препятствующим его перемещению. Гайка 43 выполнена в ступице конического зубчатого колеса 44, сцепленного с другим зубчатым колесом 45. Зубчатое колесо 45 имеет рукоятку 46 вращения. Оба зубчатых колеса 44, 45 размещены в корпусе 47, установленным на фланце 48 верхнего торца цилиндра 38. Корпус 47 имеет грибок 49 под захват тросовой тележки (не показана) помещения разделки. Цилиндр 38 снабжен двумя центрирующими поясками 50, обеспечивающими направленное перемещение цилиндра внутри стакана 37. Расстояние между верхним центрирующим пояском 50 и фланцем 48 выбрано из расчета, обеспечивающим в начальный момент установку стакана 37 на выгружаемом пучке твэлов, а затем обеспечение ввода захвата 24 внутрь каркасной трубы 7 топливной сборки 1. Этим достигается надежный ввод захвата внутрь каркасной трубы, несмотря на ее малый диаметр порядка 12 мм и большую длину воронки 23, достигающей несколько метров, выбранной из условия обеспечения радиационной защиты оператора, обслуживающего устройство разделки. На опорной плите 16 чехла 17 установлен привод 51, например, в виде лебедки, на барабанах 52 который намотан канат 53, закрепленный во фланце 26 нижней секции 20 панели 15. На нижнем торце чехла 17 закреплена приводная коробка 54, в которую частично входит нижний хвостовик 10 с крепежным средством 12. С крепежным средством 12 сцеплен подпружиненный ключ 55, который с помощью скользящей шпонки сцеплен с зубчатым колесом 56. Колесо 56 находится в зацеплении с другими зубчатыми колесами 57, насажанными на вал 58. Вал 58 выведен на опорную плиту 16 и заканчивается штурвалом 59. Соосно ключу 55 (фиг.8,9) к приводной коробке 54 присоединена съемная емкость 60 для размещения разрушенного крепежного средства 12 и установлены с возможностью взаимодействия с каналами нижнего хвостовика 10 топливной сборки подпружиненные элементы 61. Ключ 55 может быть установлен двояким образом: либо его ось вращения совпадает с продольной осью крепежного средства (фиг.8), либо его ось вращения эксцентрична продольной оси крепежного средства (фиг.9). В первом случае отделение крепежного средства осуществляется путем скручивания несущего стержня 8, во втором случае его среза. Однако, в обеих случаях несущий стержень разрушается в резьбовой части, которая имеет наименьшее поперечное сечение и является сосредоточением концентратов напряжения.

Разделка отработанной топливной сборки осуществляется в следующей последовательности. Захватом тележки бассейна выдержки (не показано) отработанная топливная сборка, подлежащая разделке, поднимается над бассейном выдержки и переносится к устройству 14 разделки. Когда тележка займет положение над устройством разделки, она будет остановлена, а отработанная топливная сборка в пенал 15. В процессе перемещения отработанной топливной сборки внутри пенала 15 нижний хвостовик 10 двухпучковый топливной сборки 1 войдет в контакт с базовыми поверхностями 28 рычагов 27 и осуществит их разворот до контакта выступов 29 с наружной поверхностью силовой решетки 5 нижнего пучка твэлов. Таким образом, нижняя часть отработанной двухпучковой топливной сборки будет зафиксирована опорным узлом 21, при этом, крепежное средство 12 с частью нижнего хвостовика 10 будет расположено под рычагом 27 за пределами нижнего торца нижней секции 20 пенала 15 и частично войдет в приводную коробку 54, контактируя с ключом 55. Все вышеперечисленные действия над отработанной топливной сборкой осуществляется при дистанционном управлении оборудованием. После того как отработанная топливная сборка будет установлена в пенал 15, а ее активная часть, т.е. нижний 3 и верхний 2 пучки твэлов, будет находится на требуемой глубине под водой, обеспечивающей необходимую биологическую защиту, все последующие операции осуществляются оператором, находящимся на опорной плите 16. Захват тележки отцепляют от подвески 13 сборки и устанавливают в верхнюю секцию 19 пенала прижимной упор 22. Его радиально расположенные выступы 35 совмещают с ответными пазами 36 и после того, как прижимной упор войдет в контакт с верхним хвостовиком 9 сборки 1, осуществляют фиксацию прижимного упора с помощью средств фиксации 34 в верхней секции 19 пенала 15. Таким образом, подлежащая разделке двухпучковая топливная сборка будет надежно зафиксирована в пенале 15. Затем, приступают к операции отделения крепежного средства 12 от несущего стержня 8 (фиг.10а). Оператор вращает штурвал 59, вращение через вал 58 и пару зубчатых колес 56 и 57 передается ключу 55. При вращении ключа 55 происходит разрушение несущего стержня 8. Практика показала, что самым слабым местом несущего стержня является место окончания резьбы крепежного средства 12 нижнего хвостовика 10 на несущем стержне 8. Разрушенный конец несущего стержня вместе с крепежным средством падает в емкость 60, чем достигается высокая безопасность операций по разделке топливной сборки. После этого, с помощью крюка тележки (не показана) удаляет оставшийся несущий стержень 8 (фиг.10б), верхний хвостовик 9 и подвеску 13. Освобождают средства фиксации 34 и осуществляют удаление прижимного упора 22, а на его место устанавливают воронку 23. Воронку за грибок 49 переносят к пеналу 15 и опускают на торец верхнего пучка 2 твэлов с помощью все той же тележки. В подвешенном состоянии воронки ее верхний центрирующий поясок 50 контактирует с нижним торцем фланца 48. Поэтому при опускании воронки первым входит в контакт с пучком твэлов стакан 37. После того, как стакан 37 опустится на торец верхнего пучка 2 твэлов, начнут перемещаться вниз цилиндр 38 и захват 24. Перемещение вниз будет продолжаться до тех пор, пока фланец 48 не войдет в контакт с торцем стакана 37, при этом захват 24 войдет в каркасную трубу 7 пучка твэлов. При вращении рукоятки 46 движение через пару конических зубчатых колес 44, 45 и винтовую пару, образованную гайкой 43 и винтом 42, вызовет перемещение вверх стержня 39 и управляющего штока 41. Последний, входя в контакт с цанговой втулкой 40, обеспечит ее прижим к внутренней поверхности каркасной трубы 7 верхнего пучка 2 твэлов. Далее, тележкой верхний пучок 2 твэлов вместе с воронкой 23 извлекается из пенала (фиг.10в). Верхний пучок твэлов переносится к месту расположения чехлов для пучков твэлов и устанавливается в транспортный контейнер (не показан). Затем, осуществляют подъем нижней секции 20 пенала 15 на высоту (фиг. 10г), при этом верхний торец нижнего пучка 3 твэлов займет то же положение, что и занимал до этого верхний пучок 2 твэлов. Для этого, приводом 51 наматывают трос 53 на барабан 52. Такое конструктивное выполнение пенала 15 позволяет с одной стороны сократить цикл разделки (отсутствует перенос пенала), а с другой стороны уменьшить размеры помещения, в котором размещается пенал. Кроме того, подобное решение позволяет разместить пенал с необходимыми механизмами в единой емкости, что позволяет повысить безопасность процесса разделки. Удаление нижнего пучка 3 твэлов (фиг.10д) осуществляется аналогичным образом, что и удаление верхнего пучка 2 твэлов с использованием тех же средств.

Данный способ разделки позволяет упростить разделку и повысить ее безопасность, сократить цикл разделки.

Конструкция устройства разделки позволяет реализовать способ разделки, а также позволяет при разделке исключить такую неприятную операцию, как удаление стружки и исключить выход осколков разделки за пределы устройства.

Следует иметь в виду, что форма выполнения изобретения, показана на чертежах и описанная выше, представляет собой только возможный предпочтительный вариант его осуществления. Однако, могут быть использованы и другие различные варианты в отношении формы, размеров и расположения отдельных элементов.