RU2381578C2 - Способ транспортировки тепловыделяющей сборки ядерного реактора - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к атомной энергетике и может найти применение на предприятиях по изготовлению тепловыделяющих сборок (ТВС) для энергетических ядерных реакторов ВВЭР-1000. Сущность изобретения: в способе транспортировки ТВС применяют платформу-спутник, рабочие поверхности которой покрыты мягким полимерным материалом и образуют контур, повторяющий с одной стороны конфигурацию нижних граней решетки, с другой - конфигурацию захватных лап в сомкнутом положении с поперечной жесткостью, исключающей контакт платформы-спутника с тепловыделяющими элементами (ТВЭЛ), с предварительным ее размещением под нижними гранями каждой гексагональной решетки вдоль продольной оси ТВС. Для транспортировки ТВС в вертикальном положении используют захват с возможностью взаимодействия с двумя выступами на головке. В качестве мягкого полимерного материала используют капролактам. Техническим результатом изобретения является способ транспортировки тепловыделяющей сборки ядерного реактора, который позволяет исключить повреждение тепловыделяющей сборки преимущественно нового поколения с расширенными технологическими возможностями. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Description

Изобретение относится к атомной энергетике и может найти применение на предприятиях по изготовлению тепловыделяющих сборок (ТВС) для энергетических ядерных реакторов ВВЭР-1000.

Известен способ транспортировки ТВС, включающий ее загрузку грузоподъемными механизмами в многооборотную тару с предварительным помещением во влагонепроницаемый чехол в грузовом положении, герметизацию крышками по ее торцам, крепление тары при помощи фиксирующих элементов между собой и к транспортному средству с соблюдением необходимого дистанционирования ТВС относительно друг друга для обеспечения норм ядерной безопасности (см. а.с. СССР №1009920, 1981 г.).

Приведенный способ транспортировки обеспечивает оптимальное распределение нагрузки от веса ТВС по всем предназначенным для этого элементам ее конструкции и предусматривает использование воздушного, морского, железнодорожного и автомобильного транспорта. Тара является защитным средством от неблагоприятной среды и динамических нагрузок, сохраняет геометрические параметры ТВС при любом положении в пространстве.

Однако использование многооборотной тары экономически оправдано при транспортировке ТВС между объектами атомной энергетики: завод-изготовитель - атомная станция. В процессе изготовления ТВС возникает необходимость ее транспортировки вдоль технологического потока в горизонтальном и в вертикальном положениях, в которых осуществляются основные технологические операции. Конструкция многооборотной тары такова, что позволяет осуществлять загрузку и выгрузку ТВС только в вертикальном положении и требует применения дополнительных грузоподъемных механизмов и устройств ориентации тары в вертикальной плоскости для их реализации. Использование многооборотной тары значительно усложняет технологию производства, увеличивает трудоемкость изготовления ТВС, снижает производительность технологического процесса.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ транспортировки тепловыделяющей сборки, продольная ось которой расположена горизонтально, а два противолежащих угла гексагональных решеток находятся в вертикальной плоскости, включающий захват тепловыделяющей сборки охватом, состоящим из восьми пар захватных лап, предварительно спозиционированных узлом пространственной ориентации относительно продольного и поперечного габарита тепловыделяющей сборки, расположенной в станке для сборки, за нижние грани восьми решеток, расположенных через одну, фиксацию захватных лап в транспортном положении и доставку узлом пространственной ориентации на необходимую позицию технологического потока (см. патент RU 2113343, 1996 г. - прототип).

Известно, что ТВС ядерного реактора ВВЭР-1000 включает в себя пятнадцать дистанционирующих и одну нижнюю, расположенную с края тепловыделяющей сборки, гексагональных решетки, распределенных по длине ТВС через 250 мм друг от друга. По торцам тепловыделяющей сборки расположены головка и хвостовик. Дистанционирующие решетки осуществляют расположение тепловыделяющих элементов между собой с шагом 12,75 мм, что обеспечивает необходимое охлаждение и гидравлические характеристики активной зоны. Нижняя решетка служит для крепления тепловыделяющих элементов от продольного смещения (см. Разработка, производство и эксплуатация ТВЭЛов энергетических реакторов. Книга 1, под редакцией Ф.Г.Решетникова, М.: Энергоатомиздат, 1995 г., с.183-185).

Известно, что стержневые тепловыделяющие элементы при диаметре 9,1 мм и длине 4000 мм имеют практически нулевую жесткость, что делает невозможным их использование при транспортировке. В качестве грузовых элементов выступают грани гексагональных решеток, воспринимающих нагрузки, поперечные продольной оси тепловыделяющей сборки. Допустимая величина нагрузки на одну решетку составляет 110 кг. При действии усилий в продольном для тепловыделяющей сборки направлении грузовыми элементами служат головка и хвостовик, связанные между собой направляющими каналами.

В связи с вышеизложенным можно сделать выводы о недостатках способа-прототипа.

Способ-прототип обеспечивает транспортировку тепловыделяющей сборки с количеством решеток, равным 16, из которых 7 дистанционирующих и нижняя используются как транспортные, расположенные через одну, начиная от нижней решетки, остальные 8 дистанционирующих решеток играют роль опор для расположения в станках сборки ТВС, при этом выполняется условие обеспечения допустимой нагрузки на одну решетку: 110 кг при равномерном распределении веса ТВС по нагруженным решеткам.

Согласно требованиям, предъявляемым к ТВС, геометрические размеры строго регламентируются, деформации ограничиваются, поскольку ТВС, не отвечающая этим требованиям, зависнет в канале ядерного реактора и приведет к аварийной ситуации на атомной станции. Конструкционные материалы должны иметь низкое сечение паразитного захвата нейтронов, а их объемная доля должна быть минимальной (см. там же, с.44). Объемная же доля конструкционных материалов дистанционирующих решеток в ТВС для ядерного реактора ВВЭР-1000, транспортируемой по способу-прототипу, довольно высока и составляет 15 штук.

Способ-прототип транспортировки ТВС из-за ограничений по удельной нагрузке на одну решетку неприемлем для транспортировки ТВС с количеством дистанционирующих решеток меньше 15. Тепловыделяющая сборка нового поколения при прежнем габарите и весе имеет 12 дистанционирующих и одну нижнюю решетку (см. журнал Атомная энергия. Том 99, Вып.6. Декабрь 2005 г., с.433-434). Способ-прототип не позволяет использовать решетки, предназначенные для опоры в станках сборки ТВС, в качестве транспортных и наоборот. При транспортировке манипулятором с восемью парами захватных лап, расположенных согласованно с расстоянием между решетками ТВС нового поколения, только пять решеток могут быть задействованы в качестве опорных в станке сборки ТВС. Это приведет к превышению допустимой нагрузки в 110 кг на одну решетку и составит 141 кг на решетку.

Повышенная нагрузка на решетку вызовет ее деформацию и повреждение оболочек, находящихся в ней, что является провоцирующим фактором проявления разъедающей коррозии, появляющейся в результате истирания металла между соприкасающимися поверхностями даже при отсутствии коррозионной среды (см. Металлургия циркония. Пер. с англ. Под ред. Г.А.Меерсона и Ю.В.Гагаринского. - М., 1959 г., с.298). Забоины, вмятины, нарушение геометрии тепловыделяющей сборки при использовании способа-прототипа могут привести к локальной коррозии тепловыделяющего элемента в канале ядерного реактора и его разгерметизации. Кроме того, способ-прототип не позволяет транспортировать ТВС в вертикальном положении, что необходимо для выполнения операций мойки, сушки и загрузки ТВС в транспортный контейнер.

Технической задачей изобретения является создание способа транспортировки тепловыделяющей сборки ядерного реактора, позволяющего исключить повреждения тепловыделяющей сборки преимущественно нового поколения, изготовленной с расширенными технологическими возможностями.

Эта техническая задача решается тем, что в способе транспортировки тепловыделяющей сборки, преимущественно с количеством дистанционирующих решеток менее пятнадцати, продольная ось которой расположена горизонтально, а два противолежащих угла дистанционирующих решеток гексагональной формы находятся в вертикальной плоскости, включающем захват тепловыделяющей сборки охватом, выполненным из восьми пар захватных лап, за ее нижние грани, расположенные симметрично относительно вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось ТВС, с равномерным распределением нагрузки по длине ТВС, фиксацию захватных лап в транспортном положении, доставку узлом пространственной ориентации на необходимую позицию технологического потока, согласно изобретению ограничения удельной нагрузки на каждую решетку достигают путем применения платформы-спутника, рабочие поверхности которой покрыты мягким полимерным материалом и образуют контур, повторяющий с одной стороны конфигурацию нижних граней дистанционирующей решетки, а с другой стороны - конфигурацию захватных лап в сомкнутом положении с поперечной жесткостью, исключающей контакт платформы-спутника с тепловыделяющими элементами, при этом предварительно размещают платформу-спутник под нижними гранями каждой дистанционирующей решетки вдоль продольной оси тепловыделяющей сборки, а при переводе тепловыделяющей сборки в вертикальное положение используют захват, взаимодействующий с предусмотренными на головке тепловыделяющей сборки двумя выступами.

Другим отличием является то, что в качестве мягкого полимерного материала используют капролактам.

Применение платформы-спутника позволяет нагружать одновременно и равномерно все дистанционирующие и нижнюю решетку, что снижает удельную нагрузку на одну решетку, выполнить требование по допустимой нагрузке 110 кг для ТВС с количеством дистанционирующих решеток меньше 15.

Применение покрытия из капролактама исключит нанесение царапин, забоин и вмятин на контактируемые грани решеток.

Применение захвата для транспортировки тепловыделяющей сборки в вертикальном положении с использованием грузовых средств расширяет возможности ее изготовления в едином технологическом потоке, обеспечивая загрузку и выгрузку в камеры мойки, сушки и в транспортный контейнер, предусматривающие вертикальное положение тепловыделяющей сборки.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На чертежах представлен способ транспортировки тепловыделяющей сборки:

фиг.1 - ТВС в горизонтальном транспортном положении;

фиг.2 - ТВС в горизонтальном транспортном положении (разрез поперечный);

фиг.3 - ТВС в вертикальном транспортном положении.

ТВС ядерного реактора ВВЭР-1000 содержит от 12 до 15 дистанционирующих решеток 1, в зависимости от ее модификации, из сплава циркония с креплением их на каналах направляющих 2, с тепловыделяющими элементами 3, дистанциированными относительно друг друга во внутреннем поле решеток 1, нижнюю решетку 4 с креплением в ней концов тепловыделяющих элементов 3, каналов направляющих 2 и хвостовика 5, головки 6, закрепленной на концах каналов направляющих 2 с противоположной от хвостовика 5 стороны и имеющей два грузовых выступа 7.

Для осуществления способа транспортировки ТВС используют платформу-спутник 8 с покрытием внутренней поверхности мягким полимерным материалом 11 для установки дистанционирующих решеток 1 и нижней решетки 4 с канальными направляющими 2 и последующей транспортировки собранной ТВС, восемь пар захватных лап 9, захват 10 для стыковки с выступами 7 головки 6.

Способ транспортировки ТВС осуществляют следующим образом.

При транспортировке ТВС с количеством дистанционирующих решеток меньше пятнадцати платформу-спутник 8 при помощи схвата, состоящего из восьми пар захватных лап 9, устанавливают в ложементы (не показаны) станка для сборки ТВС с последующим размещением на ней дистанционирующих 1 и нижней 4 решеток, закрепленных в виде жесткого каркаса на каналах направляющих 2, двумя нижними гранями каждой решетки на опорные поверхности платформы-спутника, покрытые мягким полимерным материалом 11. После снаряжения тепловыделяющими элементами 3 с последующей пристыковкой головки 6 и хвостовика 5 следует ориентация захватных лап 9 узлом пространственной ориентации (не показан) относительно продольного и поперечного габарита ТВС с последующим захватом восемью парами захватных лап 9 платформы-спутника 8 с размещенной на ней ТВС, их фиксацией в транспортном положении (узел фиксации не показан) и доставкой узлом пространственной ориентации на следующую технологическую позицию. При этом благодаря конфигурации платформы-спутника 8, соответствующей профилю решетки и захватных лап, происходит равномерное распределение нагрузки по всем решеткам 1 и 4 с выполнением условия непревышения допустимой нагрузки на одну решетку, а полимерное покрытие ее рабочих поверхностей, контактирующих с гранями решеток, предохраняет их от повреждения. Для выполнения дальнейших технологических операций ТВС переводят в вертикальное положение методом кантования с использованием в качестве опорного элемента хвостовика 5, а в качестве транспортного средства захвата 10, имеющего возможность взаимодействия с предусмотренными на головке 6 двумя выступами 7 и с грузоподъемными механизмами. Нагрузка при кантовании перераспределяется с решеток 1 и 4 на хвостовик 5, а при транспортировке - на выступы 7 головки 6.

Таким образом, ТВС перемещается на операции мойки, сушки и загрузки в транспортный контейнер в едином технологическом потоке. Освободившуюся в станке сборки ТВС платформу-спутник 8 захватными лапами 9 при помощи узла пространственной ориентации возвращают на исходную позицию.

Claims (2)

1. Способ транспортировки тепловыделяющей сборки ядерного реактора, преимущественно имеющей менее пятнадцати дистанционирующих решеток гексагональной формы, продольная ось которой расположена горизонтально, а два противолежащих угла дистанционирующих решеток находятся в вертикальной плоскости, включающий захват тепловыделяющей сборки охватом, состоящим из восьми пар захватных лап, за нижние грани, расположенные симметрично относительно вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось тепловыделяющей сборки, фиксацию захватных лап в транспортном положении, доставку узлом пространственной ориентации на необходимую позицию технологического потока, отличающийся тем, что применяют платформу-спутник, рабочие поверхности которой покрыты мягким полимерным материалом и образуют контур, повторяющий с одной стороны конфигурацию нижних граней дистанционирующей решетки, а с другой стороны - конфигурацию захватных лап схвата в сомкнутом положении с поперечной жесткостью, исключающей контакт платформы-спутника с тепловыделяющими элементами, при этом платформу-спутник предварительно размещают под нижними гранями каждой дистанционирующей решетки вдоль продольной оси тепловыделяющей сборки, а при переводе тепловыделяющей сборки в вертикальное положение используют захват, выполненный с возможностью взаимодействия с выступами, расположенными на головке тепловыделяющей сборки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве мягкого полимерного материала используют капролактам.

Images