CN105378852B - 包括减震箱导轨的用于乏燃料的存储容器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种封装体(100)，所述封装体包括存储容器(1)以及用于乏燃料的密封箱，所述容器包括围绕所述容器的纵向轴线(12)延伸的侧部主体(2)，所述侧部主体包括界定腔体的内表面(22)，所述腔体用于容纳所述箱(3)，所述容器还包括用于在腔体内引导所述箱的形成导轨的至少一个组件(15)，所述组件安装于所述侧部主体(2)，并且至少部分突出于所述容纳腔体(4)内。根据本发明，形成导轨的组件(15)包括减震元件(28)，所述减震元件被设计成通过塑性变形来抑制位于容器(1)和密封箱(3)之间的侧向冲击。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于乏燃料的存储的封装体领域，包括容器，以及箱，所述箱提供乏燃料的密封并容纳在由所述容器所定义的腔体内。
背景技术
乏燃料存储容器的封装体在存储期间通常趋向于竖直放置。然而，在存储之前，密封箱装载至容器的腔体中可以在腔体水平放置的情况下实现。
为了便于所述箱的引入，容器可内部装备有用于引导所述箱的轨道，当所述箱滑动到腔体中时，所述箱在所述轨道上停靠。
一旦这个操作已经执行，所述箱的容纳腔体由所述容器的盖(或移动端)封闭，然后所述封装体被90°倾斜，以适应其竖直存储位置。
为了能够满足监管存储要求，所述封装体必须，尤其的，满足所谓的“飞机坠毁”试验的要求。这种测试可以通过在容器侧部主体的外部发生较高强度的冲击进行模拟。然后，必须证明提供乏燃料密封的所述箱在这样的冲击后保持密封。
已经表明，导轨的存在是所述箱的无泄漏模拟实验的重要风险源，特别是当冲击位于所述容器的由导轨承载的部分。为了解决这个问题，所述容器可以进一步加强和/或所述容器可以通过在所述容器的侧部主体外部周围附加的减震装置进行保护。
然而，这些措施可以证明不足以满足飞机碰撞试验的要求，并进一步导致非常高的整体质量和体积，而整体质量和体积过高不符合操作限制。
应当注意，就导轨的问题而言，也可以在地震期间遇到，在此期间反复的冲击可导致对密封箱产生损坏，直到导致密封性破裂。此外，这个问题不仅单独与水平引导所述容器的腔体的导轨相关，可能还与提供的任何用于垂直引导所述箱进入该相同腔体的形成的导轨的组件相关。
发明内容
因此，本发明的目的在于对比现有技术的实施例，至少部分地提供针对上述缺点的方案。
为了做到这点，本发明的物体是一个封装体，所述封装体包括存储容器以及用于乏燃料的密封箱，所述容器包括围绕所述容器的纵向轴线延伸的侧部主体，所述侧部主体包括界定容纳腔体的内表面，所述箱放置在所述容纳腔体中，所述容器还包括至少一个用于腔体内的所述箱的形成导轨的组件，所述组件安装于所述侧部主体上，并且至少部分从所述侧部主体的内表面突出到所述容纳腔体中。
根据本发明，所述形成导轨的组件包括冲击减震元件，所述冲击减震元件被设计成通过塑性变形来吸收位于容器和密封箱之间的侧向冲击的震动。
因此，尽管所述形成导轨的组件在腔体内具有突出位置，密封箱的损坏风险由减震元件所限制，所述减震元件构成了所述形成导轨的组件的全部或部分。实际上，在地震的情况下，后续对侧部主体的外部冲击会使所述减震元件移动和/或变形，传输到所述箱上的力通过位于所述箱和所述侧部主体之间的减震元件的塑性粉碎而被部分吸收/过滤。因此，本发明针对满足飞机碰撞测试的要求的问题提供了一个尤为智能的解决方案，并符合有关乏燃料密封的监管标准。
在其他方面，所述冲击减震元件设计为形成一区域，在所述形成导轨的组件抵抗所述箱的冲击时，该区域在所述箱之前优先经受塑性变形。
形成导轨的组件应被理解为在腔体内突出的任何组件，所述组件允许所述箱在引入至腔体时被引导，不论这种引入是在该容器位于竖直或水平位置进行。在这最后一种情况中有关的组件不仅是那些在所述箱引入期间停靠的组件，而且所述组件在此操作期间仅与所述箱接触。在竖直装载的情况下，它意指所有突出于腔体内的组件在竖直引入期间用于引导/集中所述箱。应当注意的是，不论所述容器的装载方向如何，在竖直位置存储期间所述箱和形成导轨的所述装置之间实际上具有产生/保留的间隙，而不需要任何接触。应当强调的是，所述间隙的存在通过容器的壁和/或通过形成导轨的组件增强了传递至所述箱的力。因此，在侧部主体受到外部冲击的情况下，前述的间隙越大，随之产生的力将传递地更多。
优选地，所述形成导轨的组件沿纵向轴线的方向延伸越过一长度，该长度相当于所述容纳腔体在沿相同方向上的高度的至少70％，然而更优选地，该组件的长度基本上等于前述腔体的高度。
优选地，所述形成导轨的组件平行于所述纵向轴线。
优选地，所述封装体包括多个形成导轨的组件，所述多个形成导轨的组件在所述容器主体的内表面上彼此周向间隔开。
优选地，所述冲击减震元件由铝或一种铝合金制成。
优选地，所述形成导轨的组件部分设置于在所述侧部主体内形成的容置部中。优选地，在所述形成导轨的组件的横截面中，所述组件的位于所述容置部内的部分的表面面积与所述容置部的表面面积的比率小于0.9。
替代性地，所述组件可以固定以使得所述组件从所述主体上整体突出，不需要部分位于容置部或侧部主体的类似体中。
优选地，相对于所述侧部主体，所述减震元件设置成可沿形成导轨的组件的纵向方向自由平移。替代性地，为了相对于没有压力的主体能够经受热膨胀，所述减震元件可固定至所述主体的一端。然而，如上所述，所述减震元件优选不固定在所述侧部主体上。
优选地，形成导轨的组件包括形成轨道的径向内部部件，以及设置在所述轨道和容器侧部主体之间的减震元件。特别是在所述箱的引入期间所述轨道保护所述减震元件，尤其抵抗了材料撕裂的风险。此外，通过提供足够的刚性，所述轨道可以通过与轨道接触的减震元件的较大表面面积以分散力。因此，所述组件提供的减震功能的效果得到增强。
优选地，所述轨道设置有低摩擦涂层。
优选地，所述轨道和所述冲击减震元件通过由互补形状部件构成的连接件互相连接。例如，它可以是鸠尾形连接件，正方形或矩形截面的连接件，或还可以是简单的平板支承面。不论该连接件使用的形状，它优选为具有可以被限制的振幅以使得轨道和减震元件之间产生相对的纵向移动，但连接件尤其允许这两种元件之间的任何不同热膨胀。当热膨胀系数基本不相同时这自然是有利的。
最后，所述轨道的一个端部优选牢固地固定至所述侧部主体，并且同一轨道设置成相对于所述减震元件沿轨道的纵向方向自由平移，直至轨道的另一端部。优选地，牢固固定在所述轨道的所述端部位于接近所述腔体的开口，所述箱在引入时穿过所述开口。
作为示例，在一个优选实施例中，有关所述腔体的开口位于所述容器的下端，所述容器装备有移动端，所述移动端被设计以释放腔体的开口。
这不仅允许对这两个元件之间的任何不均匀膨胀进行管理的问题，还在所述箱引入阶段限制了轨道弯曲的风险。实际上，在引入期间，所述轨道可以沿着其纵向方向在所述轨道另一端部的方向上自由变形，相对于支撑轨道的减震元件，不存在弯曲的风险。
优选地，所述箱装有乏燃料棒，所述乏燃料棒优选与一个或多个核燃料组件组合在一起。
优选地，在穿过所述容器以及所述箱的任何横截面中，由所述箱的外表面界定的所述箱的表面面积与由所述腔体的内表面界定的所述腔体的表面面积的比率大于0.8。
本发明的其它优点和特征将出现在下文的详细的非限制性说明中。
附图说明
将参考附图来给出描述，其中：
-图1示出了根据本发明的优选实施方案中的位于竖直存储位置的封装体的透视图；
-图2示出了在前图所示的封装体的容器的透视图，所述容器处于所述箱的装载的水平位置；
-图3示出了前图所示的具有腔体的容器的横截面，所述容器接纳所述箱；
-图4示出了所述容器的部分透视图，示出了特定于本发明的形成导轨的组件中的一个组件；
-图5为沿图3的线V-V的剖视图；
-图6为沿图5的线VI-VI的剖视图；
-图6a为沿图5的箭头F1的视图，其中去除了所述箱的定心间隔件；
-图6b为沿图5中的箭头F2的视图；
-图7为图6a的相似视图，示出了所述箱的定心间隔件；
-图8示出了在容器的侧部主体的外部受到冲击的情况下，形成导轨的组件的运行示意图；
-图8a示意性地示出了形成导轨的组件和容置部的侧壁之间的横向间隙；
-图9为图6a的类似视图，示出了根据本发明的另一设想的实施例的形成导轨的组件；
-图10为图5的类似视图，示出了根据本发明的另一设想的实施例的形成导轨的组件；
-图11为沿图10的线XI-XI的剖视图；以及
-图12是图10的俯视图。
具体实施方式
首先参考图1和图2，用于存储放射性物质的封装体100以本发明的一个优选实施例的形式示出。所述封装体趋向于保持乏燃料。所述封装体包括容纳密封箱3的容器1，所述密封箱包含核燃料。优选地涉及到乏燃料棒，所述乏燃料棒优选与一个或多个核燃料组件组合在一起。
容器1包括整体为圆柱形的中空侧部主体2并且所述侧部主体定义了用于接纳箱3的腔体4，可拆卸顶盖6以及容器基部8，所述可拆卸顶盖在所述主体2的上端部2a处关闭所述腔体4，所述容器基部8在侧部主体2的另一端部(称为下端部2b)关闭腔体4。所述基部可以与所述侧部主体一体成型。
以本领域技术人员所公知的方式，所述箱3填充了所述腔体4的较大部分。一般通过以下事实表述，在穿过所述容器1以及所述箱3的任何横截面中，如图3所示，由所述箱3的外表面界定的所述箱的表面面积与由所述腔体4的内表面22界定的所述腔体的表面面积的比率大于0.8。
本领域技术人员已知地，这种用于存储(优选长期存储)的容器中，所述腔体并不构成一个用于放射性物质的密封外壳，这种外壳将由所述箱自身有效地定义。然而，这种容器的设计提供了通常的中子保护，伽马辐射防护以及机械强度的功能。为了实现这一点，可以特别的设想是中空侧部主体2的厚度至少为200mm，并且所述中空侧部主体可以由钢制成。
所述侧部主体2围绕所述容器的纵向轴线12延伸，所述容器上的位于所述基部8的相对侧的所述腔体的开口位于中心。
所述容器1还包括多个处理装置14，也称为起重耳轴，处理装置趋向于为使容器能够移动/倾斜而安装在起重梁(未示出)上。优选为四个或更多这样的装置，分布在所述侧部主体2的上端部和下端部的附近，并从所述侧部主体上径向地向外突出。
另外，容器1包括通风装置，当所述容器处于竖直位置，所述通风装置允许空气在所述腔体4和所述容器的外部之间对流循环。这些提供空气流动的具体装置能够收集容纳在容器内的放射性材料释放的部分热量并耗散掉，所述装置可以由本领域技术人员通过任何已知的方法生产。作为参考，贯通通道17可以在容器的上端部和下端部制成，以使所述容器的外部连接到腔体4。这些贯通通道17可以，例如，在所述主体2的顶端2a和底端2b形成，如图1和图2所示。因此，如在相同视图中的箭头所示意的，外部空气通过底端2b的贯通通路17穿过容器主体2，然后进入位于所述箱3以及所述腔体4的内壁之间的环形自由空间，随后通过主体2的顶端提供的类似通道17被引出。
图4为了清楚的目的已拆除盖6，图4示出了侧部主体2的界定了腔体4的内表面22，，所述内表面装备有当箱将要装载至腔体4时帮助所述箱相对于侧部主体2滑动的装置。作为参考，应当注意的是，不超出本发明的范围，可替代地，所述箱的引入可以从容器的可移动的基部进行。
针对于本发明的用于帮助箱滑动的装置15将参照下列附图具体阐述。
首先更具体的参照图3至图6，示出了容器，所述容器包括两个用于所述箱的形成导轨的组件15，以便将箱引入腔体4。这两个组件15彼此周向间隔开，例如以轴线12为中心以5°和30°之间的角度间隔开。具有伸长形状的这些组件与所述轴线12平行地延伸。每一个组件部分容纳在所述侧部主体的凹部20内，并从侧部主体突出至腔体4的内部，也就是说，所述组件向内部径向延伸越过侧部主体2的界定了腔体4的表面22。所述凹部20是平行于轴线12延伸越过腔体的几乎整个长度的大致平行六面体形的容置部。
当容器1水平停靠时，在用于装载箱3的位置中，有关的两个组件15在那些组件中位于最下面的位置。这两个组件优选地相对于包括轴线12的竖直中间平面对称地设置。
优选的实施方案示出，每个组件15包括由钢制成的形成轨道的径向内部部分24。低摩擦涂层26可应用于所述径向内部部分，例如该低摩擦涂层由硬质不锈钢制成。这种涂层的自然目的是当所述箱引入到腔体中时促进箱在组件15上的滑动，优选地被实施为所述容器水平地滑动，如在图2和图3中示意性的示出。
每个组件还包括减震元件28，优选地由铝或一种铝合金制成。所述元件28至少部分的容纳在所述凹部20中，设置于所述侧部主体2和所述轨道24之间，如图5中能够更好地看到。冲击减震元件28设计成通过塑性变形吸收在主体2和密封箱3之间的侧向冲击。因此，尽管所述组件15突出至腔体4内，以满足组件的箱引入到容器中期间引导所述箱的第一功能，但是损坏风险由可经受塑性变形的冲击减震元件28所限制。
冲击减震元件28以连续条的形式在所述凹部20的内部延伸越过组件15的整个长度。可替代地，可以有多个长度的减震器沿所述轨道24的纵向方向设置成首尾相连，所述冲击减震元件优选沿轨道的整个长度是连续地，即越过组件15的整个长度。在这方面，应当注意的是，每个组件延伸越过所述容器的较大部分。如图5中可以看出，每一个组件15沿纵向轴线12的方向延伸越过一长度“L”，该长度“L”相当于腔体4的高度“H”的至少70％，虽然详细说明了百分比，但是可以设想为高达90％或更多的百分比。
每个组件15使用两个支撑间隔件30装配到所述侧部主体2上，两个支撑间隔件分别位于所述凹部20的端部。所述间隔件30优选焊接至所述侧部主体2，如图6a和图6b中所示的U形焊缝34。此外，轨道24的端部与间隔件30通过使用互补形状部件46的连接件两两连接，所述连接件在这里是鸠尾形连接件。
如图5所示，减震元件28设置成具有位于顶部间隔件30和底部间隔件30之间的轴向间隙，以便能够在所述组件15的纵向方向相对于主体2和轨道24自由地膨胀。其他方面，减震元件28简单地轴向楔入，具有间隙，并且在所述凹部20的基部和轨道24之间径向保持扣紧。
参考图6，示出了轨道24和冲击减震元件28通过使用互补形状部件37的连接件互相连接，所述连接件在这里是鸠尾形连接件。所述连接件37定位成稍微朝向所述腔体4的限制表面22的内部。因此，减震元件28的较大部分位于凹部20内，并且更精确地说，除了减震元件的雄性或雌性鸠尾形式的内端部以外，几乎所有的部分均位于所述凹部内。利用该连接件37，在轨道24和减震元件28之间可以发生相对的纵向运动，其幅度虽然是有限的，但其允许这两个元件24，28之间的不同膨胀的现象。
返回至图6a，应当注意的是，轨道24牢固地固定至位于所述箱被引入侧的支撑间隔件30。因此，在被描述的实施例中这是位于顶盖侧的间隔件。沿着鸠尾接口通过例如焊缝38来实现固定。另一方面，从轨道的靠近容器顶盖的一端越过轨道24的整个剩余长度，轨道设置成可相对于所述减震元件28沿纵向方向自由平移。所述箱还具有另一间隔件30，可以在图6b中看出，图6b示出了连接件36，所述连接件提供了在轨道24和所述间隔件30之间的平移自由度。
因此，轨道24可自由地相对减震器28平移移动直至轨道的另一端，此外这使得这两个元件之间不同的热膨胀的问题得到了管理，限制了轨道24在所述箱的装载操作过程中的弯曲风险。实际上，这种引入期间，轨道相对于减震元件28可在基部方向自由延伸至位于所述腔体的另一端的间隔件30处，所述腔体用于引入所述箱。
图5和图7示出了附接至轨道24顶端的前面的定心间隔件40，所述定心间隔件叠置在支撑间隔件30上，定心间隔件优选通过焊缝42组装，所述焊缝位于支撑间隔件30、定心间隔件40之间的前交界面处。另一个焊缝也设想在位于轨道24的顶端和定心间隔件40之间的交界面处，由于定心间隔件的倾斜面，使得在装载所述箱的初始阶段，允许所述箱3自定心。所述间隔件40优先完全位于所述腔体4内，即，相对表面22朝着内部径向偏置。
图8示出了在所述容器的侧部主体2上发生冲击的情况下所述组件15的运行状况示意图，模拟例如飞机撞击到所述容器上。类似的行为也可能在造成重复高强度冲击的地震中发生。
以下在侧部主体2上的外部冲击50使所述侧部主体移动和/或变形，传递到所述箱上的力部分通过位于所述箱3和侧部主体2的凹部20的基部之间的减震元件28的塑性形变所吸收/过滤。在其他方面，在外部撞击的强度大于一个确定值的情况下，减震元件28形成一个区域，该区域优先在所述箱3和主体2之间发生塑性形变。为了有利于形成导轨的组件15上的压破，所述组件以具有侧向间隙的方式安装至容置部20中。这种侧向间隙31示意性地表示在图8a的横截面中。实际上，其允许位于容置部20中的组件15的部件15a被可接受地压破，而不被容置部的侧壁阻碍。在坠落期间，所述部件15a优先完全由所述减震元件28制成，部件15a的压破导致组件15的侧向膨胀，并且因此导致侧向间隙31被占据。
作为示例，这些间隙的总和可以大于1毫米或2毫米。可替代地，在不超越本发明的范围时，可提供单一的间隙，而不是两个。
无论哪种情况，可以设想在组件15的横截面的平面中，如图8a所示，位于所述容置部20内的部分15a的表面面积与该容置部的表面面积的比率小于0.9。
这个比率是在所述轨道15的长度的至少70％上观察到，但显然不是在完全填充在所述容置部20的间隔件30上实现的。
参照图9示出了所述组件15的另一种可能的实施例。首先所述组件为一体成型。因此，所述组件整体上形成减震元件以执行轨道的功能，然而所述低摩擦涂层26可以保留在所述组件的内部端。此外，所述组件15从限定所述腔体4的所述内表面22完全突出，并且不再部分地插入至所述容器的侧部主体2的凹部内。
现参考图10至图12，示出了形成导轨的组件15的另一种可能的实施例。这是除了图3和图4示出的两个底部组件15以及上述的组件之外的优选用于组件的设计。设置在所述腔体4周围的这些其他组件在所述图3和图4中具有标记15'。在下文中所述组件将仍然可以根据图10至图12中描述的标记15阐述。
每个组件15也是一体成型，所述组件整体形成减震元件。所述组件相对于所述主体2沿所述轨道的纵向方向自由平移。所述组件也放置在所述主体2的容置部20中，并通过两个固定带30a在所述组件的端部简单地支撑在所述主体上。为了这一点，所述带30a分别优选焊接至所述主体2，并且所述带具有支撑脚51以保持所述组件15抵靠所述容置部20的基部。对于所述组件15的热膨胀，所述组件和所述带30a之间具有轴向间隙，所述带30a还设置在容器主体2的容置部20内。
固定带30a的脚51应用于所述组件15的两个纵向外部突出部件52之间，这些突出部件52各自沿所述轨道的纵向方向引导。
本领域的技术人员可对本发明做出各种自然地修改，刚被描述的内容仅为非限制性的示例。
Claims (13)
1.封装体(100)，所述封装体包括存储容器(1)以及用于乏燃料的密封箱(3)，所述容器包括围绕所述容器的纵向轴线(12)延伸的侧部主体(2)，所述侧部主体包括界定容纳腔体(4)的内表面(22)，所述箱(3)放置在所述容纳腔体中，所述容器还包括至少一个用于所述腔体内的所述箱的形成导轨的组件(15)，所述组件(15)安装于所述侧部主体(2)上，并且至少部分从所述侧部主体(2)的所述内表面(22)突出到所述容纳腔体(4)中，
其特征在于，所述形成导轨的组件(15)包括冲击减震元件(28)，所述冲击减震元件被设计成通过塑性变形来吸收位于容器(1)和密封箱(3)之间的侧向冲击的震动，在穿过所述容器(1)并穿过所述箱(3)的任何横截面中，由所述箱(3)的外表面界定的所述箱的表面面积与由所述腔体(4)的内表面(22)界定的所述腔体的表面面积的比率大于0.8。
2.根据权利要求1所述的封装体，其特征在于，所述形成导轨的组件(15)沿纵向轴线(12)的方向延伸越过一长度(L)，该长度(L)相当于所述容纳腔体(4)在沿相同方向上的高度(H)的至少70％。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的封装体，其特征在于，所述形成导轨的组件(15)平行于所述纵向轴线(12)。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的封装体，其特征在于，所述封装体包括多个形成导轨的组件(15)，所述多个形成导轨的组件在所述侧部主体(2)的内表面(22)上彼此周向间隔开。
5.根据权利要求1或权利要求2所述的封装体，其特征在于，所述冲击减震元件(28)由铝或一种铝合金制成。
6.根据权利要求1或权利要求2所述的封装体，其特征在于，所述形成导轨的组件(15)部分设置于在所述侧部主体(2)内形成的容置部(20)中。
7.根据权利要求6所述的封装体，其特征在于，在所述形成导轨的组件(15)的横截面中，所述组件的位于所述容置部(20)内的部件(15a)的表面面积与所述容置部的表面面积的比率小于0.9。
8.根据权利要求1或权利要求2所述的封装体，其特征在于，所述形成导轨的组件(15)包括形成轨道(24)的径向内部部件，以及设置在所述轨道和所述侧部主体之间的冲击减震元件(28)。
9.根据权利要求8所述的封装体，其特征在于，所述轨道提供有低摩擦涂层(26)。
10.根据权利要求8所述的封装体，其特征在于，所述轨道(24)由钢制成。
11.根据权利要求8所述的封装体，其特征在于，所述轨道(24)和所述冲击减震元件(28)通过使用互补形状部件(36)的连接件互相连接。
12.根据权利要求8所述的封装体，其特征在于，所述轨道(24)的一个端部牢固地附接至所述侧部主体(2)，并且同一轨道(24)设置成相对于所述冲击减震元件(28)沿轨道的纵向方向自由平移，直至轨道的另一端部。
13.根据权利要求1或权利要求2所述的封装体，其特征在于，所述箱(3)容纳有乏燃料棒，所述乏燃料棒与一个或多个核燃料组件组合在一起。
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