способ и установка для разделки отработавшей топливной сборки ядерного реактора

Формула изобретения

1. Способ разделки отработавшей топливной сборки ядерного реактора, включающий установку и фиксацию топливной сборки в установке для разделки, последовательное отделение штанги с частью центрального стержня, верхнего пучка твэлов и центрального стержня, извлечение путем вертикального перемещения ампул из направляющих шахт и установка их в чехол контейнера, осуществляющиеся в воде, при этом все процессы осуществляются дистанционно, отличающийся тем, что процесс разделки производят "сухим" способом в кессоне со снижающимся уровнем воды ниже отметки реза, при этом отделение штанги с частью центрального стержня осуществляют по нижней части наконечника ниже резьбового соединения и штифтов, фиксирующих наконечник на центральном стержне, удаляя затем верхний пучок твэлов путем снятия его с центрального стержня и устанавливая его в ампулу, последовательно осуществляют отделение и удаление части центрального стержня, оставляя нижний пучок твэлов в ампуле, при этом оператор находится в защитной камере, осуществляя наблюдение с помощью телевизионной установки, закрепленной на хоботе станка.

2. Установка для разделки отработавшей топливной сборки ядерного реактора, находящаяся в бассейне и содержащая узел разделки отработавшей топливной сборки, защитную плиту с гнездами загрузки, с установленными в них воронками, вертикально установленные в направляющих шахтах ампулы, имеющие на крышках приспособления в виде грибка для транспортировки, средства фиксации и зажима топливных сборок, отличающаяся тем, что в ней над бассейном установлена защитная камера для оператора, узел разделки установлен в кессоне, с изменяющимся уровнем воды и обеспечивающим разделение по воде внутреннего объема кессона и бассейна, на хоботе узла разделки установлена телевизионная камера, гнезда загрузки защитной плиты, установленной над кессоном, с установленными в них воронками соединены щелями для перемещения штанги-захвата, причем прорези воронок сориентированы с этими щелями, а ампулы снабжены демпфирующими пружинами для предотвращения повреждения пучков твэлов и съемными крышками, крепящимися с помощью разрезного пружинного кольца, при этом ампула для нижнего пучка твэлов снабжена нижней съемной крышкой для последующего извлечения его после кантования на объектах последующей разделки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области ядерных технологий, в частности к способам разделки отработавших топливных сборок ядерных реакторов и установкам для его осуществления, и может быть использовано на атомных станциях и спецкомбинатах для утилизации отработанных длинномерных элементов ядерного реактора.

Известен способ и устройство для резки высокоактивных твердых отходов. В способе регулирующий стержень подвешивается за верхний конец с помощью грузозахватного органа, а его нижняя часть удерживается в направляющем механизме с возможностью вертикального перемещения. Операция резки производится в горизонтальной плоскости газовым резаком в условиях вращения и горизонтального перемещения направляющего механизма и в вертикальной плоскости в условиях подъема стержня с помощью подъемного механизма (патент JP 6090311, G 21 F 9/30, опубл. 14.11.1994).

Недостатком этого способа является то, что в процессе разделки применяется значительное количество оборудования и не обеспечивается достаточная безопасность.

Известен также способ разделки длинномерных элементов ядерного реактора путем разномерной поперечной резки пакета из этих элементов, причем длинномерные элементы размещаются внутри контейнера, в качестве которого используют среднюю часть отработанного реакторного канала, при разделке стержни помещают в контейнер с помощью воронки, снабженной фиксирующим захватом и устанавливаемой на реакторный канал, до момента резки контейнеры накапливают в водном бассейне (патент России 2125308, G 21 С 19/36, опубл. 20.01.2000).

Этот способ не обеспечивает достаточной безопасности в процессе работы.

Известен способ разделки однопучковой топливной сборки ядерного реактора и устройство для его осуществления (патент US 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, 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 резки сварного шва значительно усложняет способ разделки топливной сборки, так как возникает необходимость удаления радиоактивной стружки, образующейся в процессе разделки топливной сборки. Все работы проводятся под водой, что ужесточает требования, предъявляемые к оборудованию.

Наиболее близким по своей технической сущности является способ разделки двухпучковой топливной сборки ядерного реактора и устройство разделки для его осуществления, который включает установку и фиксацию сборки в складываемом двухсекционном пенале, отделение нижнего крепежного средства осуществляют путем скручивания, последовательное извлечение верхнего и нижнего пучков твэлов. Пенал устанавливается в чехол с фиксацией его верхней секции в чехле, а нижняя секция пенала выполнена с возможностью перемещения под действием привода вдоль верхней секции пенала. Устройство разделки содержит вертикально установленный двухсекционный пенал со средством фиксации топливной сборки в пенале и средство разрушения крепежного средства нижнего хвостовика топливной сборки, которое выполнено в виде размещенного в приводной коробке, установленной на нижнем торце чехла, ключа, смонтированного с возможностью поворота нижнего крепежного средства. В приводной коробке над ключом коаксиально продольной оси пенала смонтированы подпружиненные элементы с возможностью взаимодействия с каналами нижнего хвостовика топливной сборки (патент RU 2080665, G 21 С 19/00, опубл. 27.05.1997).

Недостатком способа является то, что установка имеет большие габариты, требуется дополнительная емкость для размещения разрушаемого элемента.

Целью настоящего изобретения является создание установки для разделки, позволяющей упростить способ разделки и снизить затраты на его осуществление, сократить время разделки отработавшей тепловыделяющей сборки ядерного реактора, обеспечить достаточную защиту оператора.

Сущность данного изобретения заключается в том, что процесс разделки производят сухим способом в кессоне со снижающимся уровнем воды ниже отметки реза, при этом отрезание штанги с частью центрального стержня осуществляют по нижней части наконечника ниже резьбового соединения и штифтов, фиксирующих наконечник на центральном стержне, удаляя затем верхний пучок твэлов путем снятия его с центрального стержня и устанавливая его в ампулу, последовательно осуществляют отделение и удаление части центрального стержня, оставляя нижний пучок твэлов в ампуле, при этом оператор находится в защитной камере, осуществляя наблюдение с помощью телевизионной установки, закрепленной на хоботе станка.

При этом установка для разделки отработавшей топливной сборки ядерного реактора содержит защитную камеру для оператора, узел разделки, установленный в кессоне, с изменяющимcя уровнем воды и обеспечивающим разделение по воде внутреннего объема кессона и бассейна, на хоботе узла разделки установлена телевизионная камера, гнезда загрузки защитной плиты, установленной над кессоном, с установленными в них воронками соединены щелями для перемещения штанги-захвата, причем прорези воронок сориентированы с этими щелями, а ампулы снабжены демпфирующими пружинами для предотвращения повреждения пучков твэлов и съемными крышками, крепящимися с помощью разрезного пружинного кольца, при этом ампула для нижнего пучка твэлов снабжена нижней съемной крышкой для последующего извлечения его после кантования на объектах последующей разделки.

Изобретение поясняется чертежами:

Фиг. 1 - общий вид установки для разделки отработавшей топливной сборки ядерного реактора.

Фиг.2 - двухпучковая топливная сборка.

Фиг.3 - ампула для верхнего пучка твэлов.

Фиг.4 - ампула для нижнего пучка твэлов.

Фиг.5 - вид сверху на защитную плиту кессона.

Фиг.6 - установка ОТВС в устройство разделки.

Фиг.7 - отделение подвески.

Фиг.8 - установка верхнего пучка твэлов в ампулу.

Фиг.9 - отделение несущего стержня.

Установка для разделки отработавшей топливной сборки (ОТВС), реализующая способ разделки, содержит кессон 1, заполненный водой, расположенный в бассейне 2 для хранения чехлов хранилища отработавшего ядерного топлива (ХОЯТ). Кессон 1 представляет собой стальную емкость, обеспечивающую разделение по воде внутреннего объема кессона и бассейна 2.

Над бассейном 2 смонтирована защитная камера 3, обеспечивающая безопасность оператора во время процесса разделки, осуществляющегося дистанционно с помощью пультов управления оборудованием (не показаны). В защитной камере 3 находятся также манипулятор 4, системы освещения, наблюдения.

В кессоне 1 установлен чехол 5 контейнера с защитной плитой 6, в которой имеются гнезда 7, и расположена шахта 8 для размещения узла разделки 9 ОТВС 10, установленная на подставке 11, регулирующей высоту установки шахты 8 в кессоне 1 и являющейся дном шахты 8.

ОТВС 10 состоит из двух пучков тепловыделяющих элементов (твэлов): нижнего пучка твэлов 12 и верхнего пучка твэлов 13, размещенных в концевых 14 и дистанцирующих 15 решетках, которые соединены с каркасными трубами 16. Через каркасные трубы 16 проходит центральный стержень 17, нижний пучок твэлов 12 зафиксирован на центральном стержне 17 с помощью хвостовика 18, верхний пучок твэлов 13 - с помощью наконечника 19, соединенного с центральным стержнем 17 резьбовым соединением и зафиксированного на нем с помощью штифта 20. Пучки твэлов отделены друг от друга втулкой 21. К наконечнику 19 прикреплена штанга 22.

В шахте 8 расположены направляющая шахта 23 для установки ампулы 24 верхнего пучка твэлов 13 и направляющая шахта 25 для установки ампулы 26 нижнего пучка твэлов 12. Направляющие шахты 23 и 25 выполнены в виде полых труб и предназначены для ориентации ампул 24 и 26 при несанкционированном обрыве троса и падении.

Ампула 24 представляет собой цилиндрический корпус 27 из нержавеющей стали со съемной крышкой 28, крепящейся с помощью разрезного пружинного кольца 29. На крышке 28 прикреплен грибок 30, являющийся приспособлением для транспортировки ампулы. Для предотвращения повреждения верхнего пучка твэлов 13 при транспортировке имеется демпфирующая пружина 31.

Ампула 26 представляет собой цилиндрический корпус 32 из нержавеющей стали с двумя съемными крышками - нижней крышки 33 и верхней крышки 34, крепящихся с помощью разрезного пружинного кольца 29. К верхней крышке 34 прикреплен грибок 30 для транспортировки ампулы 26. Для предотвращения повреждения пучков твэлов при транспортировке в ампуле 26 установлена демпфирующая пружина 35. Нижняя крышка 33 необходима для извлечения нижнего пучка твэлов 12 после кантования ампулы 26 на объектах последующей разделки.

До упора в корпус ампулы 26 крепится направляющий пенал 36.

К корпусу шахты 8 крепятся тиски 37 для зажима и центрирования ампулы 24 и тиски 38 для зажима и центрирования пенала 36 и ампулы 26, тиски 39, которые предназначены для обжима концевой решетки 14 и дистанцирующей решетки 15.

Узел разделки 9 включает в себя фрезерно-отрезной станок 40, на колонне 41 которого, имеющей нижнюю опору 42, размещен хобот 43, имеющий возможность вертикального перемещения вдоль колонны 41 и поворота вокруг колонны. На хоботе 43 закреплена головка с режущим инструментом 44 (фрезой) и установлена телевизионная установка 45 для наблюдения и контроля процесса разделки ОТВС 10.

Сверху на кессон 1 устанавливается защитная плита 46, имеющая два гнезда загрузки 47, расположенные соосно с направляющими шахтами 23 и 25 на оси пути тросовой тележки ХОЯТ (не показана). В защитной плите 46 прорезаны щели 48, имеющие сложную конфигурацию. Один участок соединяет гнезда загрузки 47, в которые установлены воронки 50 в виде стакана с прорезями 51, сориентированными со щелями 48. Второй участок щели 48 позволяет осуществить транспортировку по воде ампул 24 и 26 при загрузке их в чехол 5 контейнера. В воронки 50 устанавливаются заглушки 52, в щели 48 устанавливаются защитные вкладыши 53.

Все необходимые манипуляции с ампулами 24 и 26, направляющим пеналом 36, нижним пучком твэлов 12 и верхним пучком твэлов 13 осуществляются с помощью штанги-захвата 54, которая снабжена сменным комплектом головок.

Разделка отработавшей тепловыделяющей сборки осуществляется в следующей последовательности.

Оператор находится в защитной камере 3. Процесс разделки осуществляется дистанционно, все операции проводятся с помощью пультов управления, вспомогательные операции осуществляются с помощью манипулятора 4.

Хобот 43 с режущим инструментом (фрезой) 44 находится в исходном положении - поднят в крайнее верхнее положение - выше номинального уровня воды. В гнезда загрузки 47 в защитной плите 46 установлены воронки 50, сориентированные своими боковыми прорезями 51 со щелями 48. В направляющую шахту 23 установлена ампула 24 для верхнего пучка твэлов 13 без крышки 28, ось ампулы совпадает с осью направляющей шахты, ампула зажата в тиски 37. В воронку 50 над направляющей шахтой 23 установлена заглушка 52. Щели 48 закрыты защитными вкладышами 53.

В направляющую шахту 25 установлена ампула 26 для нижнего пучка твэлов 12 с пристыкованным ранее направляющим пеналом 36 до упора нижнего торца ампулы к подставке 11, являющейся дном шахты. Направляющий пенал 36 зажат в тисках 38. Оси ампулы, пенала и направляющей шахты совпадают между собой.

Уровень воды в кессоне 1 снижается с номинального до рабочего - ниже отметки реза.

При помощи тросовой тележки (не показана), на которую предварительно установлена штанга-захват 54, ОТВС 10 перемещается на координату оси направляющей шахты 25 и опускается до упора. При этом нижний пучок твэлов 12 располагается в ампуле 26, а верхний пучок твэлов 13 - в направляющем пенале 36. Наконечник 19 и верхняя концевая решетка 14 при этом находится выше верхнего торца направляющего пенала 36.

Тиски 39 обжимают верхний пучок твэлов 13 по верхней концевой решетке 14, затем включается фрезерно-отрезной станок 40, по колонне станка 41 опускается хобот 43 с закрепленной на нем телевизионной установкой 45 и головкой с фрезой 44 в зону резки, отрезается штанга 22 ОТВС 10 с частью центрального стержня 17 по нижней части наконечника 19 ниже резьбового соединения и штифтов 20. При этом за процессом резки ведется наблюдение с помощью телевизионной камеры 45.

Затем хобот 43 по колонне 41 поднимается в исходное крайнее верхнее положение. Штанга-захват 54 вместе с штангой 22 поднимается и удаляется из кессона 1.

Уровень воды в кессоне 1 поднимается с рабочего до номинального. Нижний пучок твэлов 12 и верхний пучок твэлов 13 находятся на требуемой глубине под водой, обеспечивающей необходимую биологическую защиту.

Штанга-захват 54 стыкуется с остатками наконечника 19, разжимаются тиски 39, верхний пучок твэлов 13 поднимается, снимаясь с центрального стержня 17 ОТВС 10.

Временно удаляются защитные вкладыши 53, находящиеся в щели 48 защитной плиты 46. По щели 48 защитной плиты 46 штанга-захват 54 с верхним пучком твэлов 13 перемещается по воде на координату оси направляющей шахты 23 и верхний пучок твэлов 13 опускается в ампулу 24 до упора. Защитные вкладыши 53 устанавливаются на свои места.

От наконечника 19 отсоединяется штанга-захват 54 и удаляется из кессона 1.

Через воронку 50 над направляющей шахтой 23 опускается крышка 28 с грибком 30 ампулы 24, которая крепится с помощью разрезного пружинного кольца 29 автоматически. Демпфирующая пружина 31 прижимает верхний пучок твэлов 13, защищая его при транспортировке.

Временно удаляются защитные вкладыши 53 из щелей 48 в защитной плите 46 кессона 1. По щелям 48 штанга-захват 54 с ампулой 24 с верхним пучком твэлов 13 перемещается на координату одного из гнезд 7 защитной плиты 6 чехла 5 контейнера, ампула 24 с верхним пучком твэлов 13 опускается в гнездо 7 защитной крышки 6 чехла 5. При этом крышка 28 ампулы 24 полностью перекрывает гнездо 7.

Защитные вкладыши 53 устанавливаются на свои места в щели 48 защитной плиты 46 кессона 1.

Через воронку 50 над направляющей шахтой 25 опускается штанга-захват 54 и стыкуется с верхним торцом направляющего пенала 36, тиски 38 разжимаются, при этом освобождается направляющийся пенал 36.

Направляющий пенал 36 с пристыкованной к нему ампулой 26, в которой находятся остатки ОТВС 10, поднимается и тиски 38 зажимают корпус ампулы 26. Направляющий пенал 36 отсоединяется от ампулы 26 и удаляется из кессона 1.

Уровень воды в кессоне понижается до рабочего.

Включается фрезерно-отрезной станок 40, хобот 43 с телевизионной камерой 45 и фрезой 44 по колонне 41 опускается в зону резки, отрезаются остатки центрального стержня 17 над нижним пучком твэлов 12. Затем хобот 43 поднимается в исходное крайнее верхнее положение.

Уровень воды в кессоне 1 поднимается с рабочего уровня до номинального. Через воронку 50 над направляющей шахтой 25 опускается крышка 34 с грибком 29 ампулы 26 и крепится с помощью разрезного пружинного кольца 29 автоматически.

Демпфирующая пружина 35, предварительно установленная вместе с крышкой 33, защищает нижний пучок 12 твэлов при транспортировке. Тиски 38 разжимаются и освобождают ампулу 26. Временно удаляются защитные вкладыши 53 из щелей 48 в защитной плите 46 кессона 1 и ампула 26 с нижним пучком твэлов 12 по щели 48 с помощью штанги-захвата 54 перемещается на координату следующего гнезда 7 защитной плиты 6 чехла 5 контейнера ХОЯТ, ампула 26 опускается в чехол. Крышка 34 перекрывает гнездо 7.

Уровень воды поднимается до номинального.

Защитные вкладыши 53 устанавливаются на свои места в щели 48.

После установки ампул 24 и 26 в чехлы 5 контейнера ХОЯТ крышки 28 и 34 являются защитой при транспортировке.

Операции по подаче в кессон ампул, крышек ампул, ОТВС и по разделке ОТВС повторяются с необходимым числом ОТВС.