RU2505871C1

RU2505871C1 - Cartridge for spent fuel assembly

Info

Publication number: RU2505871C1
Application number: RU2012152125/07A
Authority: RU
Inventors: Пётр Михайлович Гаврилов; Борис Николаевич Бараков; Юрий Вячеславович Гамза; Юрий Сергеевич Ильиных; Александр Владимирович Кочергин; Наталия Павловна Шафрова
Original assignee: Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат"
Priority date: 2012-12-04
Filing date: 2012-12-04
Publication date: 2014-01-27

Abstract

FIELD: power industry.

SUBSTANCE: bundles of fuel elements of a spent fuel assembly of reactor RBMK-1000 are arranged in a cartridge for further arrangement and transportation in a transport packing set to a dry storage place for transshipment to sealed metal holders and for long-term storage. The cartridge includes a cylindrical housing with a bottom and a cover plate. At the housing bottom and the cartridge cover there are cylindrical blind holes, in which compression springs are installed, some end faces of which are attached to end faces of cylindrical blind holes, and support plates are installed on the other end faces. A bundle of spent fuel assemblies is arranged between springs with support plates.

EFFECT: possibility of installing into cartridges without any change of their length both an upper bundle and a lower unmoved bundle of fuel elements and avoiding impact loads on bundles of fuel elements at their transportation in a transport packing set in a horizontal position.

2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к атомной энергетике, в частности к обращению с отработавшим ядерным топливом, а более конкретно к ампуле, в которой размещается пучок тепловыделяющих элементов (твэлов) отработавшей тепловыделяющей сборки (ОТВС) реактора РБМК-1000. Загруженные пучками твэлов ампулы транспортируются в транспортном упаковочном комплекте железнодорожным транспортом в сухое хранилище, где перегружаются в пеналы для их долговременного хранения.The invention relates to nuclear energy, in particular to the management of spent nuclear fuel, and more particularly to an ampoule in which a beam of fuel elements (fuel elements) of an spent fuel assembly (SFA) of an RBMK-1000 reactor is located. Ampoules loaded with bundles of fuel rods are transported in a transport packaging set by rail to a dry storage, where they are loaded into canisters for their long-term storage.

ОТВС реактора РБМК-1000 состоит из двух пучков твэлов, соединенных между собой центральным стержнем и подвески. Известны способы обращения с отработавшим ядерным топливом реактора РБМК-1000, включающие в себя разделку двухпучковой топливной сборки ядерного реактора на пучки твэлов, установку пучков твэлов в ампулы с фиксацией на них крышек, загрузку ампул с пучками твэлов в гнезда предназначенных для этого транспортных чехлов и установку их после заполнения всех гнезд в соответствующие транспортные контейнеры (см. патенты РФ №2226011 и №2326046). Оба известных способа разделки ОТВС включают в себя отрезку подвески ОТВС, а затем верхнего пучка твэлов и установку его в ампулу. Нижний же пучок твэлов поворачивают кантователем на 180 градусов силовой решеткой вверх для обеспечения установки на него крышки-захвата.The SFA of the RBMK-1000 reactor consists of two bundles of fuel elements connected to each other by a central rod and a suspension. Known methods for handling spent nuclear fuel of the RBMK-1000 reactor include cutting two-beam fuel assemblies of a nuclear reactor into fuel rods, installing fuel rods into ampoules with fixing the covers on them, loading ampoules with fuel rods into the nests of the transport covers intended for this purpose and installing them after filling all the nests in the appropriate transport containers (see RF patents No. 2226011 and No. 2326046). Both known methods for cutting SFAs include cutting off the SFA suspension, and then the upper bundle of fuel rods and installing it in an ampoule. The lower bundle of fuel rods is rotated by a tilter 180 degrees with the power grid up to ensure that a gripper cover is installed on it.

Известна ампула для отработавшей тепловыделяющей сборки (см. патент РФ №2353010, G21F 5/008), содержащая цилиндрический корпус с дном, выполненный высотой, позволяющей захвату иметь доступ к силовой решетке пучка твэлов, устанавливаемого с опиранием каркасной трубой на дно ампулы, в котором помещен пучок отработавших твэлов, крышку, зафиксированную в верхней части корпуса с помощью запирающего устройства, в виде пружинного разрезного кольца, снабженную пружиной, обеспечивающей фиксацию в ампуле пучка твэлов разной длины и установленную в корпусе с зазором в виде лабиринтного уплотнения, препятствующего высыпанию частиц топлива из ампулы и обеспечивающего возможность проведения осушки пучка твэлов, загруженного в ампулу. Фиксация крышки осуществляется запорным устройством, выполненным в виде пружинного разрезного кольца, требующего при снятии крышки его сжатия стержнями механизма вскрытия крышки, воздействующими с наружной стороны ампулы. При размещении в известной ампуле верхнего пучка твэлов ОТВС ее центральный стержень опирается в дно ампулы, а цилиндрическая часть верхнего наконечника ОТВС входит во внутреннюю полость пружины на крышке. Пружина на крышке фиксирует верхний пучок твэлов в ампуле после установки крышки. Нижний пучок твэлов размещается в известной ампуле аналогичным образом после его кантования на 180 градусов. При установке крышки на корпус ампулы, в который установлен перекантованный на 180° нижний пучок твэлов, центральный стержень, выходящий из нижнего наконечника также входит во внутреннюю полость пружины крышки, а пружина опирается на нижний наконечник.A known ampoule for a spent fuel assembly (see RF patent No. 2353010, G21F 5/008), comprising a cylindrical body with a bottom, made high, allowing the grip to have access to the power grid of the fuel rod bundle, mounted with the frame tube resting on the bottom of the ampoule, in which a bundle of spent fuel rods is placed, a cover fixed in the upper part of the housing with a locking device, in the form of a spring split ring, equipped with a spring that secures a bunch of fuel rods of different lengths in the ampoule and is installed in the housing e with a gap in the form of a labyrinth seal, preventing fuel from flowing out the particles from the vial and providing the possibility of drying fuel bundle loaded in the vial. The lid is fixed by means of a locking device made in the form of a spring split ring, which, when the lid is removed, requires compression by the rods of the lid opening mechanism acting on the outside of the ampoule. When placing the upper bundle of fuel assemblies in a known ampoule, its central rod rests on the bottom of the ampoule, and the cylindrical part of the upper tip of the fuel assemblies enters the internal cavity of the spring on the cover. The spring on the cover fixes the upper bundle of fuel rods in the ampoule after installing the cover. The lower bundle of fuel rods is placed in a known ampoule in a similar manner after it is tilted 180 degrees. When the cover is mounted on the ampoule body, into which the lower fuel rod bundle is mounted 180 °, the central rod emerging from the lower tip also enters the internal cavity of the cover spring, and the spring rests on the lower tip.

Недостатком известной ампулы является необходимость кантования нижнего пучка твэлов на 180 градусов перед его установкой в известную ампулу, для чего в защитной камере установлен дистанционно управляемый кантователь нижнего пучка твэлов. Установка в известную ампулу нижнего пучка твэлов без его кантования на 180 градусов потребует увеличения длины корпуса ампулы вследствие того, что пружина крышки уже будет опираться на поверхности заглушек твэлов, а не облегать снаружи центральный стержень нижнего наконечника ОТВС. В результате этого, даже сжатая до соприкосновения витков пружина не может обеспечить размещение неперекантованного нижнего пучка твэлов в известной ампуле. Увеличение же длины ампул потребует изменения размеров транспортного упаковочного комплекта, в котором перевозятся ампулы с пучками твэлов. Кроме того, в этом случае в известной ампуле пружина будет опираться на заглушки твэлов неперекантованного пучка твэлов, что недопустимо, так как твэлы не являются несущими элементами ОТВС.A disadvantage of the known ampoule is the need to tilt the lower bundle of fuel rods 180 degrees before it is installed in the known ampoule, for which a remotely controlled tilter of the lower bundle of fuel rods is installed in the protective chamber. Installing a lower bundle of fuel rods into a known ampoule without tilting by 180 degrees will require an increase in the length of the ampoule body due to the fact that the cover spring will already rest on the surface of the fuel rod plugs, rather than encircling the central rod of the SFA bottom tip from the outside. As a result of this, even a spring compressed to the contact of the coils cannot ensure the placement of the non-repackaged lower bundle of fuel elements in a known ampoule. An increase in the length of the ampoules will require a change in the size of the transport packaging in which the ampoules with bundles of fuel rods are transported. In addition, in this case, in a known ampoule, the spring will rely on the plugs of the fuel rods of the non-replicated bundle of fuel rods, which is unacceptable, since the fuel rods are not supporting elements of the SFA.

Также, при транспортировке железнодорожным транспортом известной ампулы в транспортном защитном контейнере, расположенном в горизонтальном положении, наличие пружины только на крышке ампулы приводит к тому, что при торможениях состава пучок твэлов, перемещаясь в ампуле по инерции, сжимает пружину на крышке, которая затем его возвращает обратно, в результате чего центральный стержень пучка твэлов может ударяться в дно ампулы. Так как топливная сборка после извлечения из реактора хранилась продолжительное время в бассейне выдержки АЭС, то многократные соударения центрального стержня о дно ампулы при транспортировке могут привести к разгерметизации топливных трубок пучка твэлов.Also, when a known ampoule is transported by rail in a transport protective container located in a horizontal position, the presence of a spring only on the ampoule lid causes the fuel rod bundle to move by inertia and compress the spring on the lid, which then returns it vice versa, as a result of which the central rod of the fuel rod bundle can hit the bottom of the ampoule. Since the fuel assembly, after being removed from the reactor, was stored for a long time in the exposure pool of the nuclear power plant, repeated collisions of the central rod against the bottom of the ampoule during transportation can lead to depressurization of the fuel tubes of the fuel rod bundle.

Технологическая операция кантования нижнего пучка твэлов не только увеличивает продолжительность загрузки пучков твэлов в ампулы, но и требует обслуживания кантователя, размещенного в защитной камере.The technological operation of tilting the lower bundle of fuel rods not only increases the duration of loading of bundles of fuel rods into ampoules, but also requires maintenance of the tilter located in the protective chamber.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении изобретения, заключается в размещении в предлагаемых ампулах без изменения их длины как верхнего, так и нижнего пучка твэлов без кантования последнего на 180 градусов и исключении ударов центрального стержня пучка твэлов о дно ампулы при транспортировке ампулы в транспортном упаковочном комплекте в горизонтальном положении.The technical result that can be obtained by carrying out the invention consists in placing in the ampoules of the invention without changing the length of both the upper and lower bundles of fuel rods without tilting the latter by 180 degrees and excluding impacts of the central rod of the bundle of fuel rods against the bottom of the ampoule when transporting the ampoule in a transport vehicle packaging set in horizontal position.

Для достижения названного технического результата в предлагаемой ампуле, в отличие от известной, в дне и крышке ампулы выполнены цилиндрические глухие отверстия, в которых установлены пружины сжатия, одни торцы которых прикреплены к торцовым поверхностям цилиндрических глухих отверстий, а на других торцах установлены опорные пластины.To achieve the named technical result, in the proposed ampoule, in contrast to the known one, cylindrical blind holes are made in the bottom and cover of the ampoule, in which compression springs are installed, one ends of which are attached to the end surfaces of the cylindrical blind holes, and support plates are installed on the other ends.

Кроме того, опорные пластины опираются в дно и крышку ампулы ранее соприкосновения витков пружин.In addition, the support plates rest on the bottom and on the ampoule cover before touching the coil spring.

Выполнение в дне предлагаемой ампулы цилиндрического глухого отверстия, установка в нем пружины сжатия с прикреплением одного ее торца к торцовой поверхности цилиндрического глухого отверстия и установка опорной пластины на другом ее торце позволяют при установке верхнего или нижнего пучков твэлов в корпуса ампул опирать их центральный стержень на опорную пластину и сжимать пружину в цилиндрическом глухом отверстии под действием веса пучка твэлов до касания опорной пластиной дна корпуса ампулы, что, в свою очередь, позволяет разместить в корпусах ампул без изменения их размеров как верхний, так и нижний неперекантованный пучок твэлов.Performing a cylindrical blind hole in the bottom of the proposed ampoule, installing a compression spring in it with attaching one of its end faces to the end surface of the cylindrical blind hole and installing a support plate on its other end allows the central rod to be supported on the support rod when installing the upper or lower bundles of fuel rods in the ampoule body plate and compress the spring in a cylindrical blind hole under the action of the weight of the fuel rod bundle until the base plate touches the bottom of the ampoule body, which, in turn, allows the in the ampoule bodies, without changing their size, both the upper and lower unmanned bundle of fuel rods.

Выполнение в крышке предлагаемой ампулы цилиндрического глухого отверстия, установка в нем пружины сжатия с прикреплением одного ее торца к торцовой поверхности цилиндрического глухого отверстия и установка опорной пластины на другом ее торце позволяют при установке крышки на загруженный пучком твэлов корпус сжимать пружину в цилиндрическом глухом отверстии при взаимодействии опорной пластины крышки с центральным стержнем, выступающим над заглушками твэлов, нижнего неперекантованного пучка твэлов, или с торцом цилиндрической части наконечника верхнего пучка твэлов, что, в свою очередь, позволяет зафиксировать крышку в верхней части корпуса с помощью запирающего устройства.The implementation in the cover of the proposed ampoule of a cylindrical blind hole, the installation of a compression spring in it with the attachment of one end to the end surface of the cylindrical blind hole and the installation of the support plate on its other end allow compressing the spring in the cylindrical blind hole when the cover is mounted on a fuel rod bundle during interaction the base plate of the cover with a central rod protruding above the plugs of the fuel rods, the lower unmounted bundle of fuel rods, or with the end face of the cylindrical part an upper fuel bundle tip, which in turn allows to fix the cover on top of the housing via a locking device.

В результате размещения в корпусах ампул без изменения их размеров как верхнего, так и нижнего неперекантованного пучка твэлов и зафиксирования крышки в верхней части корпуса с помощью запирающего устройства исключается технологическая операция кантования нижнего пучка твэлов и сокращается продолжительность загрузки пучков твэлов в ампулы.As a result of the placement of ampoules in the casings without changing the size of both the upper and lower non-peeled bundle of fuel rods and fixing the lid in the upper part of the housing using a locking device, the technological operation of tilting the lower bundle of fuel rods is excluded and the loading time of bundles of fuel rods into ampoules is reduced.

Размещение пучков твэлов между пружинами в дне и крышке ампулы позволяет компенсировать за счет различного сжатия пружин возможные отклонения по длине верхнего и нижнего пучков твэлов, полученные при разрезании двухпучковой ОТВС.Placing the bundles of fuel rods between the springs in the bottom and the lid of the ampoule makes it possible to compensate, due to different compression of the springs, for possible deviations along the length of the upper and lower bundles of fuel rods obtained by cutting a two-beam SFA.

Установка пружины в дне предлагаемой ампулы также позволяет при транспортировке ампулы железнодорожным транспортом в транспортном защитном контейнере, расположенном в горизонтальном положении, избежать ударов центрального стержня пучка твэлов в дно ампулы. В данном случае, при торможениях пучок твэлов под действием силы инерции будет сжимать пружину на крышке, а затем пучок твэлов, перемещаясь в ампуле в обратном направлении под действием сжатой пружины на крышке, будет сжимать пружину, расположенную на дне ампулы до упора опорной пластины в дно ампулы.The installation of a spring at the bottom of the proposed ampoule also allows for the transportation of the ampoule by rail in a transport protective container located in a horizontal position to avoid impacts of the central rod of the fuel rod bundle into the bottom of the ampoule. In this case, during braking, the fuel rod bundle will compress the spring on the cover under the action of inertia, and then the fuel rod moving in the ampoule in the opposite direction under the action of the compressed spring on the cover will compress the spring located on the bottom of the ampoule until the base plate abuts the bottom ampoules.

Опирание опорных пластин в дно и крышку ампулы ранее соприкосновения витков пружин позволяет избежать перегрузки и деформации пружин.Leaning the support plates into the bottom and the cover of the ampoule earlier than the contact of the coil of springs avoids overload and deformation of the springs.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами, на которых изображены:The invention is illustrated by drawings, which depict:

на фиг.1 - двухпучковая тепловыделяющая сборка реактора РБМК-1000;figure 1 - two-beam fuel assembly of the RBMK-1000 reactor;

на фиг.2 - предлагаемая ампула для размещения пучков твэлов;figure 2 - the proposed ampoule for placing bundles of fuel rods;

на фиг.3 - предлагаемая ампула с размещенным в ней верхним пучком твэлов;figure 3 - the proposed ampoule placed in it the upper bundle of fuel rods;

на фиг.4 - предлагаемая ампула с размещенным в ней нижним пучком твэлов.figure 4 - the proposed ampoule placed in it with the lower bundle of fuel rods.

Двухпучковая тепловыделяющая сборка 1 состоит (см. фиг.1) из верхнего 2 и нижнего 3 пучков твэлов, образованных твэлами 4. Верхний и нижний пучки твэлов 2 и 3 размещены в силовых 5 и дистанционирующих 6 решетках. Силовые решетки 5 жестко соединены с каркасной трубой 7, внутри которой расположен центральный стержень 8. Пучки твэлов закреплены в силовых решетках 5 и зафиксированы на стержне 8 с помощью верхнего 9 и нижнего 10 хвостовиков. Верхний 2 и нижний 3 пучки твэлов разделены перемычкой 11 центрального стержня 8. К верхнему концу стержня 8 прикреплена подвеска 12.The two-beam fuel assembly 1 consists (see FIG. 1) of the upper 2 and lower 3 bundles of fuel rods formed by the fuel rods 4. The upper and lower bundles of fuel rods 2 and 3 are placed in the power 5 and distance 6 grids. The power grids 5 are rigidly connected to the frame pipe 7, inside which the central rod 8 is located. The fuel rod bundles are fixed in the power grids 5 and fixed to the rod 8 using the upper 9 and lower 10 shanks. The upper 2 and lower 3 bundles of fuel rods are separated by a jumper 11 of the Central rod 8. To the upper end of the rod 8 is attached to the suspension 12.

Предлагаемая ампула 13 (см. фиг.2) содержит корпус 14, выполненный в виде трубы с дном 15, крышку 16 и демпфер 17 на наружном торце дна 15.The proposed ampoule 13 (see figure 2) contains a housing 14 made in the form of a pipe with a bottom 15, a cover 16 and a damper 17 at the outer end of the bottom 15.

В крышке 16 выполнено цилиндрическое глухое отверстие 18, к торцу которого с помощью скобы 19 прикреплена пружина сжатия 20, на торец которой также при помощи скобы 19 установлена опорная пластина 21. В дне 15 также выполнено цилиндрическое глухое отверстие 22, в котором на скобах 19 установлена пружина сжатия 23 с опорной пластиной 24.A cylindrical blind hole 18 is made in the lid 16, to the end of which a compression spring 20 is attached using the bracket 19, on the end of which a support plate 21 is also installed using the bracket 19. A cylindrical blind hole 22 is also made in the bottom 15, in which the brackets 19 are mounted a compression spring 23 with a support plate 24.

Работа с предлагаемой ампулой осуществляется следующим образом.Work with the proposed ampoule is as follows.

В камере разделки после отрезки подвески 12, двухпучковая ОТВС зацепляется за верхний хвостовик 9 и устанавливается в корпус 14 ампулы 13. Под действием веса ОТВС пружина сжатия 23 сжимается до касания опорной пластиной 24 плоской поверхности дна 15. При размещении нижнего пучка 3 твэлов в корпусе 14 перемычка 11 центрального стержня 8 выступает из корпуса 14 с возможностью ее разрезания. Далее разрезают перемычку 11 центрального стержня 8 и верхний пучок 2 твэлов устанавливают во второй корпус 14 (см. фиг.3), а нижний пучок 3 твэлов остается в первом корпусе 14. При этом во втором корпусе 14 разрезанный нижний конец стержня 8 верхнего пучка 2 твэлов упирается в опорную пластину 24, под действием веса которого пружина сжатия 23 сжимается до касания опорной пластиной 24 плоской поверхности дна 15. При касании опорными пластинами 24 плоской поверхности дна 15 под действием веса верхнего 2 и нижнего 3 пучков твэлов получается практически одинаковое выступание пучков твэлов 2 и 3 из обеих корпусов 14.In the cutting chamber, after the suspension sections 12, the two-beam SFA is hooked to the upper shank 9 and installed in the housing 14 of the ampoule 13. Under the influence of the weight of the SFA, the compression spring 23 is compressed until the supporting plate 24 touches the flat bottom surface 15. When placing the lower bundle of 3 fuel elements in the housing 14 the jumper 11 of the Central rod 8 protrudes from the housing 14 with the possibility of cutting. Then, the jumper 11 of the central rod 8 is cut and the upper bundle 2 of fuel rods is installed in the second housing 14 (see FIG. 3), and the lower bundle 3 of fuel rods remains in the first housing 14. In the second housing 14, the cut lower end of the rod 8 of the upper bundle 2 is cut fuel rods abuts against the support plate 24, under the influence of the weight of which the compression spring 23 is compressed until the support plate 24 touches the flat surface of the bottom 15. When the support plates 24 touch the flat surface of the bottom 15 under the action of the weight of the upper 2 and lower 3 bundles of fuel rods kovoe protrusion fuel bundles 2 and 3 of the two blocks 14.

Далее на оба корпуса 14 устанавливают крышки 16, при этом в первом корпусе 14, в котором размещен (см. фиг.3) нижний 3 пучок твэлов, опорная пластина 21 упирается в разрезанную перемычку 11, а во втором корпусе 14, в котором размещен (см. фиг.4) верхний пучок 2 твэлов, - в его верхний наконечник 9. В обеих ампулах 13 пружины 20 и 24 могут находятся в различной степени сжатия, что компенсирует за счет различного их сжатия возможные отклонения по длине верхнего 2 и нижнего 3 пучков твэлов, полученные при разрезании перемычки 11.Then, covers 16 are installed on both cases 14, while in the first case 14, in which the lower 3 bundle of fuel rods is located (see FIG. 3), the support plate 21 abuts against a cut jumper 11, and in the second case 14, in which ( see Fig. 4) the upper bundle of 2 fuel rods, in its upper tip 9. In both ampoules 13, the springs 20 and 24 can be in different compression ratios, which compensates for their possible compression of the deviations along the length of the upper 2 and lower 3 bundles the fuel rods obtained by cutting the jumper 11.

При транспортировании железнодорожным транспортом ампул 13 с пучками твэлов 2 и 3 в транспортном защитном контейнере, расположенном в горизонтальном положении, при торможениях состава под действием сил инерции пучка твэлов пружины 20 будет сжиматься. Затем под действием сжатых пружин 20 пучки твэлов 2 и 3, перемещаясь в ампуле 13 в обратном направлении, будут сжимать пружины 24, работающие в этом случае как демпфер, что позволяет избежать ударных нагрузок на пучки твэлов 2 и 3.When the ampoules 13 are transported by rail with bundles of fuel rods 2 and 3 in a transport protective container located in a horizontal position, when the composition is braked by the inertia forces of the bundle of fuel rods, the springs 20 will be compressed. Then, under the action of the compressed springs 20, the bundles of fuel rods 2 and 3, moving in the ampoule 13 in the opposite direction, will compress the springs 24, which in this case act as a damper, which avoids shock loads on the bundles of fuel rods 2 and 3.

Claims

1. An ampoule for an spent fuel assembly, comprising a cylindrical body with a bottom, made high, allowing the grip to have access to the power grid of the bundle of fuel rods mounted with the frame tube resting on the bottom of the ampoule in which the bundle of spent fuel rods is placed, a cover fixed in the upper part of the housing using a locking device equipped with a spring, which ensures the fixation in the ampoule of a bundle of fuel rods of different lengths and installed in the housing with a gap in the form of a labyrinth seal that prevents rash particles of fuel from the ampoule and providing the possibility of drying the fuel rod bundle loaded into the ampoule, characterized in that the bottom and the cover of the ampoule are made of cylindrical blind holes, in which compression springs are installed, one end of which is attached to the end surfaces of the cylindrical blind holes, and on the other ends installed base plates.

2. The ampoule for the spent fuel assembly according to claim 1, characterized in that the support plates are supported in the bottom of the ampoule and the lid earlier than the contact of the coil of springs.