RU2474892C1

RU2474892C1 - Device for lifting and transfer of used fuel rod arrays

Info

Publication number: RU2474892C1
Application number: RU2012104674/07A
Authority: RU
Inventors: Пётр Михайлович Гаврилов; Вадим Альбертович Кравченко; Юрий Георгиевич Федосов; Юрий Вячеславович Гамза; Борис Николаевич Бараков; Андрей Викторович Воробьёв; Юрий Сергеевич Ильиных; Игорь Андреевич Рыбалкин
Original assignee: Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат"
Priority date: 2012-02-09
Filing date: 2012-02-09
Publication date: 2013-02-10

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to safety measures in transfer of used fuel rod arrays from transport shells into those of storage and may be used in water-filled used nuclear fuel storages at nuclear fuel recovery plants, or at nuclear power stations as emergency tools. Proposed device comprises receiving pool, moving platform with running arranged thereunder, lifting device, protective barrel with chamber open on pool side, grip arranged inside said barrel and jointed to bar lower part, bar being mounted on lifting devices, and rod reciprocation drive arranged inside said barrel. Said grip is furnished with fixed and moving jaws, fixed jaws are secured to protective barrel while moving jaws are articulated with cross-arm and fitted in inclined grooves of guide ribs connected to aforesaid barrel. Mating bearing surfaces of jaws are composed of corrugated inclined surfaces with equal angle of inclination.

EFFECT: higher reliability and safety.

3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к средствам для обеспечения безопасности при перегрузке отработавших тепловыделяющих сборок реактора ВВЭР 1000 из транспортных чехлов в чехлы хранилища, и предназначено для использования в водонаполненных хранилищах отработавшего ядерного топлива на заводах по регенерации такого топлива или на АЭС в качестве аварийного инструмента.The invention relates to nuclear technology, in particular to means for ensuring safety when reloading spent fuel assemblies of the VVER 1000 reactor from transport covers to storage covers, and is intended for use in water-filled spent nuclear fuel storage facilities at such fuel recovery plants or at nuclear power plants as emergency tool.

Основу ядерно-энергетического парка России составляют реакторы ВВЭР-1000 и РБМК. Для реакторов типа ВВЭР принята концепция замкнутого ядерного топливного цикла. Отработавшее ядерное топливо (ОЯТ) реакторов ВВЭР-1000 будет перерабатываться на заводе РТ-2 после его ввода в эксплуатацию. Согласно «Стратегии развития атомной энергетики в первой половине XXI века» создание завода РТ-2 запланировано на 2020-2025 гг. На площадке РТ-2 действует хранилище для этого топлива, где ОЯТ реакторов ВВЭР 1000 хранится в водонаполненном бассейне, так называемом мокром хранилище. Отработавшее ядерное топливо поступает в бассейн в загруженном в защитный контейнер транспортном чехле. Из транспортного чехла в отсеке перегрузки водонаполненного бассейна отработавшие тепловыделяющие сборки (ОТВС) перегружаются в чехлы хранилища, которые из отсека перегрузки устанавливаются на хранение в бассейне хранения ОТВС.The core of Russia's nuclear power park is the VVER-1000 and RBMK reactors. For VVER-type reactors, the concept of a closed nuclear fuel cycle has been adopted. Spent nuclear fuel (SNF) of the VVER-1000 reactors will be reprocessed at the RT-2 plant after its commissioning. According to the “Strategy for the Development of Nuclear Energy in the First Half of the 21st Century," the creation of the RT-2 plant is planned for 2020-2025. There is a storage facility for this fuel at the RT-2 site, where the spent fuel of the VVER 1000 reactors is stored in a water-filled pool, the so-called wet storage facility. Spent nuclear fuel enters the pool in a transport case loaded into a protective container. From the transport cover in the overload compartment of the water-filled pool, the spent fuel assemblies (SFAs) are reloaded into storage covers, which are stored in the SFA storage pool from the overload compartment.

Исходя из опыта эксплуатации, незначительная часть ОТВС может поступать в транспортном чехле с искривленными головками вследствие изгиба направляющих каналов, соединяющих головку ОТВС с тепловыделяющей частью. Тонкостенные направляющие каналы имеют диаметр 12 мм и толщину стенки 0,8 мм, поэтому существует вероятность отрыва искривленной головки по сечению этих направляющих каналов при извлечении ОТВС из транспортного чехла.Based on the operating experience, a small part of the SFA can come in a transport case with curved heads due to the bending of the guide channels connecting the head of the SFA with the fuel part. Thin-walled guide channels have a diameter of 12 mm and a wall thickness of 0.8 mm; therefore, there is a possibility of tearing off the curved head along the cross-section of these guide channels when removing the SFA from the transport case.

Известно устройство для подъема и перемещения отработавших тепловыделяющих сборок перегрузки отработавших тепловыделяющих сборок, содержащее приемный бассейн, установленную над приемным бассейном подвижную платформу с ходовой частью, грузоподъемное устройство, размещенное на подвижной платформе, захват для отработавшей тепловыделяющей сборки, закрепленный на грузоподъемном устройстве, защитный стакан, закрепленный на подвижной платформе, имеющий открытую со стороны бассейна полость для размещения части отработавшей тепловыделяющей сборки, причем нижняя кромка защитного стакана расположена ниже уровня воды приемного бассейна, а захват установлен в полости защитного стакана с возможностью вертикального перемещения (см. авторское свидетельство СССР №1572304, G21С 19/10).A device is known for lifting and moving spent fuel assemblies overloading spent fuel assemblies, comprising a receiving basin, a movable platform with a running gear mounted above the receiving basin, a lifting device located on the moving platform, a gripper for the spent fuel assembly mounted on the lifting device, a protective cup, fixed on a movable platform having a cavity open from the side of the pool to accommodate part of the spent fuel conductive assembly, the lower edge of the protective glass located below the water receiving basin and grip mounted in the cavity of the protective glass with the possibility of vertical movement (see. USSR Inventor's Certificate №1572304, G21S 19/10).

Недостатком указанного известного устройства является то, что осуществить перегрузку ОТВС с искривленными головками известным устройством не представляется возможным.The disadvantage of this known device is that it is not possible to overload SFAs with curved heads by a known device.

Кроме того, уровень воды в существующем приемном бассейне (отсеке перегрузки хранилища) позволяет осуществлять перегрузку ОТВС из транспортного чехла в чехол хранилища без наличия на защитном стакане биологической защиты.In addition, the water level in the existing receiving pool (storage overload compartment) allows the SFA to be reloaded from the transport cover to the storage cover without the presence of biological protection on the protective glass.

Наиболее близким устройством к заявляемому устройству по совокупности признаков является устройство для подъема и перемещения отработавших тепловыделяющих сборок, включающее защитный стакан с установленным в его полости захватом, присоединенный к нижней части штанги, установленной на грузоподъемном устройстве, захват, снабженный приводом с возвратно-поступательным движением штока, размещенном в полости защитного стакана, лапки захвата, установленные на подпружиненных поворотных осях и при втянутом положении штока привода образующие по внутреннему диаметру сечение, равное сечению головки отработавшей тепловыделяющей сборки.The closest device to the claimed device for a combination of features is a device for lifting and moving spent fuel assemblies, including a protective cup with a grip installed in its cavity, attached to the lower part of the rod mounted on a lifting device, a grip equipped with a reciprocating rod drive located in the cavity of the protective glass, the grip tabs mounted on the spring-loaded rotary axes and when the actuator rod is retracted form a cross section along the inner diameter equal to that of the head of the spent fuel assembly.

Защитный стакан выполнен в виде двух плоских параллельных пластин, соединенных перемычками. Захват содержит по два горизонтальных и два вертикальных звена, соединенных шарнирно между собой, причем горизонтальные звенья установлены на подвижной оси, расположенной в пазах на пластинах защитного стакана, вертикальные звенья установлены в полости защитного стакана на неподвижной оси, а лапки захвата установлены в вертикальные звенья на осях, зафиксированных в вертикальных звеньях гайками.The protective cup is made in the form of two flat parallel plates connected by jumpers. The gripper contains two horizontal and two vertical links articulated to each other, and the horizontal links are mounted on a movable axis located in the grooves on the plates of the protective glass, the vertical links are installed in the cavity of the protective glass on the fixed axis, and the gripping tabs are installed in the vertical links on axes fixed in vertical links with nuts.

Между гайками и вертикальными звеньями установлены тарельчатые пружины. В качестве привода захвата используется пневматический цилиндр, соединенный трубками с ручным пневмораспределителем, установленным на верхнем конце штанги.Belt springs are installed between the nuts and the vertical links. As a capture drive, a pneumatic cylinder is used, connected by tubes to a manual pneumatic distributor installed on the upper end of the rod.

Известное устройство позволяет извлекать из транспортного чехла ОТВС с искривленными головками, а также поднимать со дна бассейна упавшие ОТВС.The known device allows you to remove from the transport cover SFA with curved heads, as well as to lift from the bottom of the pool fallen SFA.

В то же время анализ безопасности показал, что существует вероятность отрыва искривленной головки при извлечении ОТВС из транспортного чехла известным устройством вследствие излома направляющих каналов в месте изгиба. Извлечение из транспортного чехла ОТВС без головки, за которую зацепляются захваты известных устройств, невозможно.At the same time, a safety analysis showed that there is a possibility of a torn head tearing off when a SFA is removed from a transport case by a known device due to a break in the guide channels at the bend. Removing from a transport case SFA without a head, for which the grips of known devices are engaged, is impossible.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в возможности извлечении из транспортных чехлов ОТВС при отрыве ее головки зацеплением за ее направляющие каналы и последующей установки в чехол хранилища, предназначенный для хранения дефектных ОТВС.The technical result that can be obtained by carrying out the invention consists in the possibility of removing the SFA from the transport covers when its head is torn off by engagement with its guide channels and subsequent installation in a storage case intended for storing defective SFAs.

Для достижения указанного технического результата в устройстве для подъема и перемещения отработавших тепловыделяющих сборок, содержащем приемный бассейн, установленную над приемным бассейном подвижную платформу с ходовой частью, грузоподъемное устройство, защитный стакан, имеющий открытую со стороны бассейна полость, захват, установленный в полости защитного стакана и присоединенный к нижней части штанги, установленной на грузоподъемном устройстве, привод с возвратно-поступательным движением штока, размещенный в полости защитного стакана, особенностью является то, что захват снабжен неподвижными и подвижными лапками, неподвижные лапки присоединены к защитному стакану, подвижные лапки соединены шарнирными тягами с траверсой, установленной на шток привода, и установлены в наклонных пазах направляющих ребер, присоединенных к защитному стакану и направленных по нормали к неподвижным лапкам.To achieve the specified technical result in a device for lifting and moving spent fuel assemblies containing a receiving basin, a movable platform with a running gear installed above the receiving basin, a lifting device, a protective cup having a cavity open from the side of the pool, a gripper installed in the cavity of the protective cup and attached to the lower part of the rod mounted on the lifting device, the actuator with reciprocating movement of the rod, placed in the cavity of the protective cups, a feature is that the grip is equipped with fixed and movable legs, the fixed legs are attached to the protective cup, the movable legs are connected by articulated rods mounted on the actuator stem and installed in the inclined grooves of the guide ribs attached to the protective cup and directed normal to motionless paws.

Кроме того, сопрягающиеся опорные поверхности подвижных и неподвижных лапок выполнены в виде наклонных плоскостей с одинаковым углом наклона, на которые нанесено рифление. В качестве привода с возвратно-поступательным движением штока используется пневматический цилиндр, в присоединительные порты которого установлены пневматические дроссели с обратными клапанами.In addition, the mating bearing surfaces of the movable and fixed legs are made in the form of inclined planes with the same angle of inclination, on which the corrugation is applied. A pneumatic cylinder is used as a reciprocating rod actuator, pneumatic throttles with non-return valves are installed in its connecting ports.

Снабжение захвата неподвижными и подвижными лапками и присоединение неподвижных лапок к защитному стакану позволило при установке захвата на ОТВС без головки разместить неподвижные лапки и находящиеся в верхнем положении подвижные лапки по разные стороны крайних рядов направляющих каналов ОТВС.Providing the gripper with fixed and movable legs and attaching the fixed legs to the protective cup, when installing the gripper on the SFA without a head, it was possible to place the fixed legs and in the upper position the movable legs on opposite sides of the extreme rows of the SFA guide channels.

Соединение подвижных лапок шарнирными тягами с траверсой, соединенной со штоком привода, установка подвижных лапок в наклонных пазах направляющих ребер, присоединенных к защитному стакану, и направленных по нормали к неподвижным лапкам, позволили при выдвижении штока привода перемещать подвижные лапки по наклонным пазам, приближая их по нормали к неподвижным лапкам. При перемещении подвижные лапки сначала изгибают направляющие каналы ОТВС, расположенные между подвижными и неподвижными лапками, а затем, сплющивая их, зажимают между неподвижными и подвижными лапками, обеспечивая тем самым зацепление ОТВС за направляющие каналы.The connection of the movable legs with articulated rods with a traverse connected to the actuator stem, the installation of the movable legs in the inclined grooves of the guide ribs attached to the protective cup, and directed along the normal to the stationary legs, allowed the movable legs to move the movable legs along the inclined grooves when extending the actuator stem, bringing them closer along normal to motionless paws. When moving, the movable paws first bend the SFA guide channels located between the movable and fixed paws, and then, flattening them, squeeze between the fixed and movable paws, thereby ensuring that the SFA is engaged in the guide channels.

Выполнение сопрягающихся опорных поверхностей подвижных и неподвижных лапок в виде наклонных плоскостей с одинаковым углом наклона позволяет получить после сплющивания направляющих каналов протяженный по площади контакт между подвижными и неподвижными лапками и зажатыми между ними сплющенными направляющими каналами, обеспечивая надежное зацепление ОТВС.The implementation of the mating supporting surfaces of the movable and fixed legs in the form of inclined planes with the same angle of inclination makes it possible to obtain, after flattening the guide channels, an area-wide contact between the movable and fixed legs and the tapered guide channels clamped between them, ensuring reliable engagement of the SFA.

Нанесение на наклонных плоскостях лапок рифления позволяет обеспечить повышенное трение между сплющенными направляющими каналами и лапками захвата и тем самым повысить надежность зацепления ОТВС.Application on the inclined planes of the corrugation tabs allows for increased friction between the flattened guide channels and the gripping tabs, thereby improving the reliability of the SFA engagement.

Использование в качестве привода с возвратно-поступательным движением штока пневмоцилиндра, в присоединительные порты которого установлены пневмодроссели с обратными клапанами, позволяет осуществить дистанционное сведение и разведение лапок захвата и тем самым обеспечить дистанционное зацепление ОТВС захватом устройства и отцепление захвата от ОТВС после установки ОТВС в чехол хранения дефектных сборок. Установка в присоединительные порты пневмоцилиндра пневмодросселей с обратными клапанами позволяет осуществлять подачу сжатого воздуха через обратные клапаны в соответствующие полости пневмоцилиндра в полном объеме, а за счет дросселирования вытесняемого воздуха из другой полости обеспечить равномерное движение поршня с требуемой скоростью, в том числе на малых скоростях и при переменной нагрузке. При движении подвижных лапок, которые сначала изгибают направляющие каналы, а затем сплющивают их, нагрузка будет изменяться, а скорость движения поршня останется равномерной, что предотвращает ударные нагрузки на направляющие каналы и возможное трещинообразование в них.The use of a pneumatic cylinder rod as a drive with reciprocating movement, with pneumatic throttles with check valves installed in its connecting ports, allows for remote mixing and spreading of the gripping legs, thereby ensuring remote SFA engagement with the device gripper and uncoupling of the SFA after installing the SFA in the storage case defective assemblies. Installation of pneumatic throttles with check valves in the connecting ports of the pneumatic cylinder allows the supply of compressed air through the check valves to the corresponding cavities of the pneumatic cylinder in full, and by throttling the displaced air from another cavity to ensure uniform piston movement at the required speed, including at low speeds and at variable load. When moving the movable legs, which first bend the guide channels, and then flatten them, the load will change, and the speed of the piston will remain uniform, which prevents shock loads on the guide channels and possible cracking in them.

Предлагаемое устройство для подъема и перемещения отработавших тепловыделяющих сборок иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1, фиг.2 и фиг.3.The proposed device for lifting and moving spent fuel assemblies is illustrated by the drawings presented in figure 1, figure 2 and figure 3.

На фиг.1 показано устройство, зацепляющее ОТВС без головки, размещенное в одной из шестигранных труб транспортного чехла, на фиг.2 - захват с зацепленной ОТВС за направляющие каналы, на фиг.3 - разрез А-А на фиг.2.In Fig.1 shows a device that engages a SFA without a head, placed in one of the hexagonal pipes of the transport cover, Fig.2 - capture with a hooked SFA for the guide channels, Fig.3 - section aa in Fig.2.

Предлагаемое устройство (см. фиг.1) размещается в приемном бассейне 1 (отсеке перегрузки ОТВС) и обслуживается с установленной над приемным бассейном 1 подвижной платформы 2 с ходовой частью. Предлагаемое устройство содержит штангу 3, навешиваемую на крюк грузоподъемного устройства (крана), в нижней части к которой присоединен защитный стакан 4, выполненный в виде двух параллельных пластин 5, соединенных перемычкой 6. К перемычке 6 прикреплен пневмоцилиндр 7, используемый в качестве привода захвата 8. Для управления пневмоцилиндром 7 в верхней части штанги 3 установлен пневмораспределитель 9, соединенный с ним трубками 10. На присоединительные порты пневмоцилиндра 7 (см. фиг.2) установлены стандартные пневмодроссели 11 с встроенными в них обратными клапанами.The proposed device (see Fig. 1) is located in the receiving pool 1 (SFA overload compartment) and is serviced with a movable platform 2 with a running gear installed above the receiving pool 1. The proposed device contains a rod 3, hung on the hook of a lifting device (crane), in the lower part of which is attached a protective cup 4, made in the form of two parallel plates 5 connected by a jumper 6. An air cylinder 7 is attached to the jumper 6, used as a capture drive 8 To control the pneumatic cylinder 7, a pneumatic distributor 9 is installed in the upper part of the rod 3, connected to it by tubes 10. Standard pneumatic throttles 11 with integrated valves are installed on the connecting ports of the pneumatic cylinder 7 (see FIG. 2) these check valves.

Захват 8 (см. фиг.2 и фиг.3) содержит вертикальные стойки 12, закрепленные на перемычке 6 с обеих сторон. Между вертикальными стойками 12 в нижней части закреплены неподвижные лапки 13 с наклонными плоскостями 14.The capture 8 (see figure 2 and figure 3) contains a vertical rack 12, mounted on the jumper 6 on both sides. Between the uprights 12 in the lower part fixed legs 13 with inclined planes 14 are fixed.

Неподвижные лапки 13 соединены между собой по торцам ребрами 15. К каждой из пластин 5 прикреплены ребра 16 с наклонными пазами 17, в которых установлены подвижные лапки 18. На подвижных лапках 18 по их концам выполнены цапфы круглого 19 и квадратного 20 сечения. Цапфы 20 квадратного сечения установлены в наклонных пазах 17, а цапфы 19 круглого сечения - в шарнирных тягах 21. Шарнирные тяги 21 также шарнирно установлены на осях 22, присоединенных к траверсе 23, установленной на штоке пневмоцилиндра 7.The fixed legs 13 are interconnected at the ends by ribs 15. To each of the plates 5 are attached ribs 16 with inclined grooves 17 in which the movable legs 18 are mounted. On the movable legs 18, trunnions of round 19 and square 20 sections are made at their ends. The trunnion pins 20 are mounted in inclined slots 17, and the trunnion pins 19 are mounted in articulated rods 21. The articulated rods 21 are also pivotally mounted on axles 22 attached to the traverse 23 mounted on the rod of the pneumatic cylinder 7.

Предлагаемое устройство для подъема и перемещения отработавших тепловыделяющих сборок работает следующим образом.The proposed device for lifting and moving spent fuel assemblies works as follows.

Устройство опускается с помощью крана в приемный бассейн 1 и с помощью подвижной платформы 2 размещается над ячейкой транспортного чехла, в которой находится дефектная ОТВС без головки. Захват 8 вводится в шестигранную трубу транспортного чехла до соприкосновения неподвижными лапками 13 с верхней дистанционирующей решеткой ОТВС, при этом параллельными пластинами 5 оно центрируется по граням шестигранной трубы. В результате такого центрирования неподвижные лапки 13 и подвижные лапки 18, находящиеся в верхнем положении, размещаются по разные стороны крайних рядов направляющих каналов ОТВС. Пневмораспределителем 9 по одной из трубок 10 подается сжатый воздух на пневматический цилиндр 7, выдвигая его шток с траверсой 23, соединенной шарнирными тягами 21 с подвижными лапками 18. Под действием усилия пневмоцилиндра 7 подвижные лапки 18 перемещаются своими цапфами 20 квадратного сечения по наклонным пазам 17, по нормали к наклонным плоскостям 14 неподвижных лапок 13, изгибая и сплющивая направляющие каналы, а в результате зажимают сплющенные направляющие каналы между подвижными 18 и неподвижными 13 лапками.The device is lowered by a crane into the receiving pool 1 and using a movable platform 2 is placed above the cell transport cover, in which there is a defective SFA without a head. The gripper 8 is inserted into the hexagonal tube of the transport cover until the fixed legs 13 come in contact with the upper spacer grids of the SFA, while in parallel plates 5 it is centered on the faces of the hexagonal tube. As a result of this centering, the fixed legs 13 and the movable legs 18, which are in the upper position, are placed on opposite sides of the extreme rows of the SFA guide channels. The pneumatic distributor 9 through one of the tubes 10 supplies compressed air to the pneumatic cylinder 7, extending its rod with a traverse 23, connected by articulated rods 21 with movable legs 18. Under the action of the pneumatic cylinder 7, the movable legs 18 are moved by their axles 20 of square cross section along inclined grooves 17, normal to the inclined planes 14 of the fixed legs 13, bending and flattening the guide channels, and as a result, the flattened guide channels are clamped between the movable 18 and the fixed 13 legs.

При испытаниях устройства скорость перемещения штока пневмоцилиндра 7 и связанных с ним кинематически подвижных лапок 18 настраивается пневмодросселями 11, регулирующими расходы воздуха, вытесняемого из полостей пневмоцилиндра 7.When testing the device, the speed of movement of the rod of the pneumatic cylinder 7 and associated kinematically movable legs 18 is adjusted by pneumatic throttles 11, regulating the flow of air displaced from the cavities of the pneumatic cylinder 7.

После зацепления ОТВС извлекается из шестигранной трубы транспортного чехла и опускается в специальный чехол, предназначенный для хранения дефектных ОТВС, после чего пневмораспределителем 9 подается воздух в другую полость пневмоцилиндра 7, при втягивании штока которого подвижные лапки 18 поднимаются, в результате чего захват 8 расцепляется с ОТВС, установленной в чехол.After engagement, the SFA is removed from the hexagonal tube of the transport cover and lowered into a special cover designed to store the defective SFA, after which the air distributor 9 feeds air into the other cavity of the pneumatic cylinder 7, when the rod is retracted, the movable legs 18 rise, as a result of which the gripper 8 is disengaged from the SFA installed in the case.

Claims

1. A device for lifting and moving spent fuel assemblies, comprising a receiving basin, a movable platform with a running gear installed above the receiving basin, a lifting device, a protective cup having a cavity open from the side of the pool, a grip mounted in a cavity of the protective cup attached to the bottom rod mounted on the lifting device, the actuator with reciprocating movement of the rod located in the cavity of the protective glass, characterized in that the grip is provided with Vision and movable tabs, fixed legs attached to the protective glass, the movable legs connected by hinge rods to traverse mounted on the drive rod, and are mounted in inclined slots of the guide ribs attached to the protective glass and directed along the normal to the fixed tabs.

2. The device according to claim 1, characterized in that the supporting surfaces of the movable and fixed legs are made in the form of inclined planes with the same angle of inclination, and corrugation is applied to the inclined planes.

3. The device according to claim 1, characterized in that a pneumatic cylinder is used as a actuator with a reciprocating motion of the rod, pneumatic throttles with check valves are installed in the connecting ports thereof.