RU2134918C1

RU2134918C1 - Reinforced-concrete container

Info

Publication number: RU2134918C1
Application number: RU98120865A
Authority: RU
Inventors: В.Ю. Васильев; Б.К. Данилин; А.А. Зубков
Original assignee: Васильев Вадим Юрьевич; Данилин Борис Константинович; Зубков Анатолий Андреевич
Priority date: 1998-11-13
Filing date: 1998-11-13
Publication date: 1999-08-20

Abstract

FIELD: storage and transportation of nuclear wastes. SUBSTANCE: reinforced-concrete body of container has internal and external shells with bottoms joined on top of body with forged steel ring and lids wherein ring is provided with lintel. Space between sealed lids forms check cavity communicating with alarm system; concrete filler is reinforced with bent vertical rods uniformly arranged vertically over inner surface circumference of external steel shell. Rods are secured in top of body on forged ring and at bottom they are attached to steel disk placed between bottoms. Vertical rods are joined through height and uniformly over circumference through external rings, heat-transfer rods, and internal rings in row-by-row manner with internal shell only to form three-dimensional reinforcing lattice over entire concrete filler; it is placed in a spaced relation to inner surface of external shell. Container accommodates can for fuel assemblies provided with hexahedral, rectangular, or round tubes; tube-to-tube clearances are filled through height with rows of zigzag-shaped or straight spacing sheets welded to can; spacer rows are uniformly distributed over circumference and through can height. EFFECT: improved transfer of residual heat from fuel assemblies through structural members of can and container walls. 7 dwg

Description

Изобретение относится к области ядерной энергетики, к оборудованию для хранения и транспортирования отходов ядерного производства и отработавшего ядерного топлива энергетических ядерных реакторов. The invention relates to the field of nuclear energy, to equipment for storage and transportation of nuclear waste and spent nuclear fuel from nuclear power reactors.

Известна конструкция контейнера для ядерного топлива, в которой демпфер, устанавливаемый на крышке контейнера, образует полость, внутри которой создается повышенное или пониженное давление, чтобы исключить проникновение в нее веществ, содержащихся в контейнере (патент США N 4620106, МПК G 21 F 5/00). A known construction of a container for nuclear fuel, in which the damper mounted on the lid of the container, forms a cavity inside which an increased or reduced pressure is created to prevent the penetration of substances contained in the container (US Patent No. 4620106, IPC G 21 F 5/00 )

Известная конструкция не обеспечивает постоянной регистрации и контроля герметичности. The known design does not provide continuous registration and control of tightness.

Известна конструкция контейнера для хранения и транспортирования ТВЭЛ, состоящего из внутренней и наружной стальных оболочек. Между ними находится слой из армированного тяжелого бетона, предназначенного для защиты от облучения. В слое бетона установлены перегородки из теплопроводящего материала, которые соединяют внутреннюю и наружную оболочки и отводят остаточное тепловыделение ТВЭЛ из внутренней полости контейнера (патент ФРГ N 2817193, МПК G 21 F 5/00). A known design of the container for storage and transportation of fuel elements, consisting of internal and external steel shells. Between them is a layer of reinforced heavy concrete, designed to protect against radiation. Particles of heat-conducting material are installed in the concrete layer, which connect the inner and outer shells and remove the residual heat of the fuel elements from the inner cavity of the container (German patent N 2817193, IPC G 21 F 5/00).

Недостатком известной конструкции является отсутствие постоянного контроля за герметичностью. A disadvantage of the known design is the lack of constant monitoring of tightness.

Известна конструкция железобетонного контейнера с наружной и внутренней стальными оболочками корпуса, пространство между которыми заполнено жаростойким бетоном с армированием. Арматура бетонного заполнения выполнена из стальных прутков-тепловодов с изгибами, развернутыми в разные стороны на концах. Одним изгибом прутки-тепловоды закреплены по всей поверхности внутренней стальной оболочки рядами по высоте и равномерно по окружности, а другим изгибом поочередно связаны с изгибами соответствующего прутка-тепловода из соседних верхнего и нижнего рядов, образуя трапециевидные скобы (патент РФ N 2082232, МПК G 21 F 5/008, прототип). A known construction of a reinforced concrete container with outer and inner steel shell casings, the space between which is filled with heat-resistant concrete with reinforcement. The reinforcement of concrete filling is made of steel rods-heat pipes with bends deployed in opposite directions at the ends. With one bend, the heat transfer rods are fixed along the entire surface of the inner steel shell in rows in height and evenly around the circumference, and with the other bend they are alternately connected with the bends of the corresponding heat rod from the neighboring upper and lower rows, forming trapezoidal brackets (RF patent N 2082232, IPC G 21 F 5/008, prototype).

Недостатком известной конструкции являются недостаточное армирование бетонного заполнения, что может вызвать разрушение бетонного заполнения при падении контейнера, и ограниченные возможности по отводу остаточного тепловыделения через стенку контейнера вследствие малой насыщенности бетонного заполнения металлической арматурой. A disadvantage of the known construction is the insufficient reinforcement of the concrete filling, which can cause destruction of the concrete filling when the container falls, and the limited ability to remove residual heat through the container wall due to the low saturation of the concrete filling with metal reinforcement.

Предлагаемая конструкция контейнера обеспечивает надежный отвод остаточного тепловыделения от сорок ТВЭЛ через конструктивные элементы чехла и стенки контейнера и равномерную растечку тепла по поверхности корпуса в нормальных условиях эксплуатации и автоматически дросселирует обратный аварийный тепловой поток в очаге пожара, так как резкое повышение температуры наружной стальной оболочки корпуса вызывает ее отслоение от бетона с образованием зазора, являющегося дополнительным термическим сопротивлением, что ограничивает аварийный тепловой поток и препятствует росту температуры внутри контейнера. The proposed container design provides reliable removal of residual heat from forty fuel elements through the structural elements of the case and the container wall and uniform heat spreading over the housing surface under normal operating conditions and automatically throttles the reverse emergency heat flow in the fire source, since a sharp increase in the temperature of the outer steel shell of the housing causes its detachment from concrete with the formation of a gap, which is an additional thermal resistance, which limits accidents first heat flow and prevents temperature rise within the container.

Предложен контейнер железобетонный для хранения и транспортирования отработавших сборок ТВЭЛ ядерного реактора, включающий чехол для сборок ТВЭЛ, металлобетонный корпус, состоящий из внутренней и наружной стальных оболочек, имеющих днища и в верхней части корпуса соединенных с кованым стальным кольцом с крышками, при этом кованое кольцо выполнено с перемычкой, а пространство между герметичными крышками образует контрольную полость, подключенную к системе сигнализации, армирование бетонного заполнения включает равномерно расположенные по окружности внутренней поверхности наружной стальной оболочки корпуса вертикальные стержни с изгибом, в верхней части корпуса закрепленные на кованом кольце, а в нижней части прикрепленные к стальному диску, расположенному между днищами, при этом вертикальные стержни по высоте и равномерно по окружности через наружные кольца, стержни-тепловоды и внутренние кольца рядами связаны только с внутренней оболочкой корпуса, образуя объемную арматурную решетку по всему бетонному заполнению, установленную с зазором к внутренней поверхности наружной оболочки, а внутри контейнера установлен чехол для сборок ТВЭЛ, например, с шестигранными, прямоугольными или круглыми чехловыми трубами, зазоры между которыми рядами по высоте заполнены зигзагообразными или прямыми дистанционирующими листовыми проставками, приваренными а оболочке чехла, при этом ряды проставок равномерно развернуты по окружности и по высоте оболочки чехла. A reinforced concrete container is proposed for storage and transportation of spent fuel assemblies of a nuclear reactor, including a cover for fuel assemblies, a metal concrete housing consisting of inner and outer steel shells having bottoms and in the upper part of the housing connected to a forged steel ring with covers, while the forged ring is made with a jumper, and the space between the sealed covers forms a control cavity connected to the alarm system, the reinforcement of concrete filling includes a uniformly located vertical rods with a bend around the inner surface of the outer steel shell of the casing, fixed on the forged ring in the upper part of the casing, and attached to the steel disk located between the bottoms in the lower part, while the vertical cores in height and uniformly in circumference through the outer rings, thermal rods and inner rings in rows are connected only with the inner shell of the housing, forming a volume reinforcing grille throughout the concrete filling, installed with a gap to the inner surface the outer shell, and inside the container there is a cover for TVEL assemblies, for example, with hexagonal, rectangular or round sleeve pipes, the gaps between which are filled in rows with zigzag or straight spacing sheet spacers welded to the cover shell, while the rows of spacers are evenly spaced circumference and height of the shell cover.

Конструкция контейнера изображена на фиг. 1, 2 и 6. На фиг. 3 изображено армирование бетонного заполнения по стрелке Г. На фиг. 2, 4 и 5 изображено расположение по рядам дистанционирующих проставок между чехловыми трубами со сборками ТВЭЛ. На фиг. 7 изображен узел уплотнения крышек. The construction of the container is shown in FIG. 1, 2 and 6. In FIG. 3 shows the reinforcement of concrete filling in the direction of arrow G. FIG. 2, 4 and 5 show the arrangement along the rows of spacer spacers between the sleeve pipes with the fuel assemblies. In FIG. 7 shows a cover seal assembly.

Контейнер железобетонный для хранения и транспортирования отработавших сборок ТВЭЛ ядерного реактора включает чехол для сборок ТВЭЛ, металлобетонный корпус, состоящий из внутренней 1 и наружной 2 стальных оболочек, имеющих днища 3 и 4 и в верхней части корпуса соединенных с кованым стальным кольцом 5 с крышками 6 и 7. Кованое кольцо выполнено с перемычкой 8, при этом пространство между герметичными крышками 6 и 7 образует контрольную полость 9, подключенную к системе сигнализации, а армирование с бетонным заполнением 10 включает равномерно расположенные по окружности внутренней поверхности наружной стальной оболочки 2 корпуса вертикальные стержни 11 с изгибом, в верхней части корпуса закрепленные на кованом кольце 5, а в нижней части корпуса прикрепленные к стальному диску 12, расположенному между днищами 3 и 4, при этом вертикальные стержни 11 по высоте и равномерно по окружности через наружные кольца 13, стержни-тепловоды 14 и внутренние кольца 15 рядами связаны только с внутренней оболочкой 1 корпуса, образуя объемную арматурную решетку по всему бетонному заполнению 10, установленную с зазором к внутренней поверхности наружной оболочки 2. Внутри контейнера установлен чехол 18 для сборок ТВЭЛ, например, с шестигранными, прямоугольными или круглыми чехловыми трубами 16, зазоры между которыми рядами по высоте заполнены зигзагообразными или прямыми дистанционирующими листовыми поставками 17, приваренными к оболочке чехла 18, при этом ряды поставок равномерно развернуты по окружности и по высоте оболочки чехла 18. A reinforced concrete container for storing and transporting spent fuel assemblies of a nuclear reactor includes a cover for assemblies of fuel elements, a metal concrete housing consisting of inner 1 and outer 2 steel shells having bottoms 3 and 4 and in the upper part of the housing connected to the forged steel ring 5 with covers 6 and 7. The forged ring is made with a jumper 8, while the space between the sealed covers 6 and 7 forms a control cavity 9 connected to the alarm system, and the reinforcement with concrete filling 10 includes uniformly vertical rods 11 bent around the inner surface of the outer steel shell 2 of the housing, bent in the upper part of the body mounted on a forged ring 5, and in the lower part of the body attached to a steel disk 12 located between the bottoms 3 and 4, while the vertical rods 11 height and evenly around the circumference through the outer rings 13, the heating rods 14 and the inner rings 15 in rows are connected only with the inner shell 1 of the housing, forming a three-dimensional reinforcing grill throughout the concrete filling 10, installed with a gap to the inner surface of the outer shell 2. Inside the container, there is a cover 18 for assemblies of fuel elements, for example, with hexagonal, rectangular or round shell pipes 16, the gaps between which are filled in rows with zigzag or straight spacer sheet deliveries 17, welded to the shell shell 18, while the rows of deliveries are uniformly deployed around the circumference and height of the shell cover 18.

Контейнер железобетонный работает следующим образом. The reinforced concrete container works as follows.

При нормальных условиях эксплуатации неравномерный тепловой поток от сборок ТВЭЛ, установленных внутри чехловых труб 16, передается через стенки чехловых труб и дистанционирующие проставки 17 на оболочку чехла 18, растекаясь по которой обеспечивает равномерную тепловую нагрузку на стенку корпуса контейнера. Under normal operating conditions, the uneven heat flux from the fuel rod assemblies installed inside the sheath tubes 16 is transmitted through the walls of the sheath tubes and the distance spacers 17 to the sheath of the sheath 18, spreading over which provides a uniform heat load on the wall of the container body.

От оболочки чехла 18 через минимальный конструктивный зазор между чехлом и внутренней оболочкой 1 корпуса, через стержни-тепловоды 14, кольца 13, вертикальные стержни 11 и бетонное заполнение 10 тепловой поток равномерно распределяется по всей поверхности наружной оболочки 2 корпуса и далее отводится в окружающую среду. From the sheath of the sheath 18 through the minimum structural gap between the sheath and the inner sheath 1 of the body, through the heating rods 14, rings 13, vertical rods 11 and concrete filling 10, the heat flux is evenly distributed over the entire surface of the outer sheath 2 of the body and then discharged into the environment.

В условиях нормальной эксплуатации внутри контейнера устанавливается более высокая, чем на наружной поверхности корпуса температура, тем самым за счет разности линейных расширений обеспечивается прилегание бетонного заполнения к наружной оболочке, что способствует хорошему отводу тепла из контейнера. Under normal operating conditions, a temperature is set inside the container that is higher than on the outer surface of the casing, thereby due to the difference in linear extensions, the concrete filling adheres to the outer shell, which contributes to good heat removal from the container.

При попадании контейнера в очаг пожара вследствие более быстрого разогрева наружной оболочки 2 корпуса происходит ее отслоение от бетонного заполнения 10 с образованием зазора между ними, который значительно увеличивает термическое сопротивление стенки контейнера и автоматически дросселирует обратный тепловой поток внутрь контейнера, что препятствует росту температуры внутри контейнера. When the container enters the fire due to faster heating of the outer shell 2 of the case, it detaches from the concrete filling 10 with the formation of a gap between them, which significantly increases the thermal resistance of the container wall and automatically throttles the return heat flow into the container, which prevents the temperature inside the container from rising.

Такое конструктивное решение резко увеличивает пожаростойкость контейнера, а объемное армирование бетонного заполнения обеспечивает требуемые прочностные и радиационно-защитные свойства контейнера. При этом применение дешевых общепринятых конструктивных материалов повышает технологичность и значительно снижает стоимость конструкции по сравнению с металлическими конструкциями. Such a constructive solution dramatically increases the fire resistance of the container, and volume reinforcement of concrete filling provides the required strength and radiation-protective properties of the container. At the same time, the use of cheap generally accepted structural materials increases manufacturability and significantly reduces the cost of the structure compared to metal structures.

Claims

Reinforced concrete container for storage and transportation of spent fuel assemblies of a nuclear reactor, including a cover for fuel assemblies installed inside the container, a metal-concrete case, consisting of inner and outer steel shells having bottoms and in the upper part of the body connected to a forged steel ring with covers, characterized in that the forged ring is made with a jumper, while the space between the sealed covers forms a control cavity connected to the alarm system, and the reinforcement is concrete about filling includes vertical rods with a bend evenly spaced around the inner surface of the outer steel shell of the case, fixed on the forged ring in the upper part of the body, and attached to the steel disk located between the bottoms in the lower part, while the vertical rods in height and evenly around the circumference through the outer rings, thermal rods and inner rings in rows are connected only with the inner shell of the body, forming a volume reinforcing grill throughout the concrete filling, tucked with a gap to the inner surface of the outer shell, the cover for the TVEL assemblies is made with hexagonal, rectangular or round shell pipes, the gaps between which are filled with rows in height in zigzag or straight spacing sheet spacers welded to the shell shell, while the rows of spacers are evenly spaced around the circumference and height of the cover shell.