Чехол транспортного упаковочного комплекта для облученных тепловыделяющих сборок

Изобретение относится к ядерной энергетике, к устройствам для обращения с отработавшим ядерным топливом (ОЯТ) атомных электростанций (АЭС) в виде облученных тепловыделяющих сборок (ОТВС) и может быть использовано для их размещения в контейнере при транспортировании и/или хранении. Чехол для транспортного упаковочного комплекта с облученными тепловыделяющими сборками содержит основание, центральную трубу, секционные диски с отверстиями, в которые устанавливаются целиковые шестигранные трубы в два кольцевых ряда относительно оси чехла для размещения ОТВС. Составная центральная труба чехла выполнена из теплоотводящих вставок. Между двумя соседними секционными дисками размещены теплоотводящие диски, образующие вкупе секции. Дополнительные отверстия в секциях образуют каналы. Шестигранные трубы чехла выполнены трехслойными, внутренний слой представляет ячеистую структуру, составленную из дистанционирующих рамок, в которых располагаются плитки нейтронопоглощающего материала, при этом торцы шестигранных труб загерметизированы. Изобретение обеспечивает оптимальное ядерно-безопасное расположение 18 ОТВС в габаритах чехла. 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к ядерной энергетике, к устройствам для обращения с отработавшим ядерным топливом (ОЯТ) атомных электростанций (АЭС) с реакторными установками ВВЭР-1000/1200/1300/ТОИ в виде облученных тепловыделяющих сборок (ОТВС) и может быть использовано для их размещения в контейнере при транспортировании и/или хранении.

Известен чехол контейнера для транспортирования и хранения отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) (п.РФ №2642853, опубл. 29.01.2018), содержащий центральную несущую трубу из коррозионно-стойкой стали, на которой установлены скрепленные между собой секции, каждая из которых выполнена из двух дистанционирующих решеток из нержавеющей стали, между ними размещены шестигранные трубы для размещения тепловыделяющих сборок, имеющие нейтронную защиту и установленные относительно оси центральной трубы в два кольцевых ряда. Секции установлены на основание, состоящее из дистанционирующей опоры с отверстиями. Между дистанционирующими решетками параллельно им установлены теплоотводящие диски, а параллельно шестигранным трубам установлены стальные стойки. Нейтронная защита установлена внутри каждой грани трубы в виде пластины из борсодержащего композита.

Недостатком данного чехла является:

- выполнение в виде составной конструкции из секций, что при эксплуатации контейнера может приводить к ступенчатости на внутренней поверхности шестигранных труб чехла в местах стыка между секциями;

- несущие элементы конструкции чехла выполнены из материала (алюминиевый сплав), имеющего низкие прочностные характеристики при динамических аварийных воздействиях в верхнем диапазоне температур (до +350°С);

- неравномерное распределение нейтронопоглощающего материала по высоте чехла;

- отсутствие на верхнем диске раструбов для направления ОТВС при их загрузке в чехол;

- несущие элементы конструкции чехла из алюминиевого сплава не обеспечивают коррозионную стойкость к агрессивным средам.

В качестве прототипа выбран чехол для размещения и хранения отработавших тепловыделяющих сборок реактора ВВЭР-1000 (п.РФ №2453007, опубл. 10.06.2012), содержащий центральную трубу, дистанционирующие решетки с двадцатью трубами, в которых размещаются отработавшие тепловыделяющие сборки. Трубы выполнены в виде шестигранника и установлены они в два кольцевых ряда относительно оси центральной трубы, разделенных промежуточной трубой. Трубы в ряду сопрягаются друг с другом ребрами, а часть граней с наружной стороны облицована накладками радиационной защиты.

Недостатком данного чехла является:

- несущие элементы конструкции чехла выполнены из материала (алюминиевый сплав), имеющего низкие прочностные характеристики при динамических аварийных воздействиях в верхнем диапазоне температур (до +350°С);

- неравномерное распределение нейтронопоглощающего материала по граням шестигранной трубы;

- отсутствие на верхнем диске раструбов для направления ОТВС при их загрузке в чехол;

- несущие элементы конструкции чехла из алюминиевого сплава не обеспечивают коррозионную стойкость к агрессивным средам;

- накладки радиационной защиты изготавливаются из дорогостоящего материала на основе аморфного бора.

Технический результат заключается в обеспечении оптимального ядернобезопасного расположения 18 ОТВС в габаритах чехла, эффективного теплоотвода из зоны установки ОТВС за счет создания тепловых мостов в теплоотводящих дисках и вставках центральной трубы, теплопроводящих контактов между чехлом и внутренней цилиндрической поверхностью корпуса контейнера, повышенной прочности конструкции чехла для дистанционирования ОТВС при аварийных динамических воздействиях за счет применения стали в составе всех несущих элементов чехла.

Технический результат достигается тем, что чехол для транспортного упаковочного комплекта с облученными тепловыделяющими сборками, содержит центральную трубу, основание (каркас), с расположенными на нем секционными дисками с отверстиями, в которые устанавливаются целиковые шестигранные трубы в два кольцевых ряда относительно оси чехла для размещения ОТВС. Составная центральная труба чехла выполнена из теплоотводящих вставок. Между двумя соседними секционными дисками размещены теплоотводящие диски, образующие вкупе секции, скрепленные между собой крепежными элементами. Дополнительные отверстия в секциях образуют каналы, обеспечивающие равномерное заполнение внутренних свободных объемов контейнера замедлителем в аварийных условиях эксплуатации. Шестигранные трубы чехла выполнены трехслойными, внутренний слой представляет ячеистую структуру, составленную из дистанционирующих рамок, в которых располагаются плитки нейтронопоглощающего материала, при этом торцы шестигранных труб загерметизированы.

Шестигранные трубы, секционные диски, поджимные устройства, крепежные элементы выполнены из коррозионностойкой стали, теплоотводящие диски и вставки центральной трубы - из алюминиевого сплава, обеспечивающие теплоотвод из зоны установки ОТВС (шестигранные трубы) к наружной цилиндрической поверхности чехла. В основании чехла под шестигранными трубами установлены устройства поджима, обеспечивающие поджатие пустого и загруженного чехла во внутренней полости контейнера при горизонтальной и вертикальной ориентации. На верхнем диске чехла предусмотрен съемный переходник для грузозахватного устройства. Каждая шестигранная труба снабжена раструбом для направления ОТВС при их загрузке в чехол. Чехол имеет пазы для исключения его вращения относительно контейнера.

Трехслойная конструкция шестигранных труб чехла позволяет разместить необходимое количество нейтронопоглощающего материала, обеспечивает его равномерное распределение в объеме шестигранной трубы и исключает его выход из герметизированного объема в нормальных и аварийных условиях эксплуатации.

Геометрия и перфорация секционных и теплоотводящих дисков с образованием каналов обеспечивает равномерное заполнение внутренних свободных объемов контейнера замедлителем (вода, лед, снег, пар) в аварийных условиях эксплуатации.

Наличие контактирующих поверхностей между теплоотводящими вставками центральной трубы и теплоотводящих дисков чехла позволяет обеспечить эффективный теплоотвод из зоны установки ОТВС к внутренней цилиндрической поверхности корпуса контейнера.

Особенность исполнения шестигранных труб чехла в виде цельной бесстыковой конструкции и наличие раструбов повысили эксплуатационные характеристики чехла. Стальная конструкция шестигранных труб чехла позволила установить оптимальное количество теплоотводящих дисков при сохранении жесткости чехла в целом.

На фиг. 1 изображена конструкция чехла транспортного упаковочного комплекта для облученных тепловыделяющих сборок; на фиг. 2 - вид сверху фиг. 1; на фиг. 3 - конструкция шестигранной трубы; на фиг. 4 - конструкция теплоотводящего диска; на фиг. 5 - конструкция поджимного устройства; на фиг. 6 - конструкция чехла в объемном изображении.

Чехол представляет собой металлическую конструкцию, состоящую из восемнадцати шестигранных труб 1, девяти наборных секций из секционных дисков 2 и теплоотводящих дисков 3, составной центральной трубы из теплоотводящих вставок 4, верхнего 5 и нижнего 6 дисков, заходного кольца 7, плиты 8, восемнадцати поджимных устройств 9, раструбов 10 над каждой шестигранной трубой 1 и захвата 11.

Материал шестигранных труб, дисков, поджимных устройств - коррозионностойкая сталь 12Х18Н10Т, теплоотводящих дисков и вставок - алюминиевый сплав АМг3.

Каждая грань шестигранной трубы чехла (фиг. 3) представляет собой трехслойную конструкцию. Внутренний слой 12 состоит из двух трехгранных профилей, образующих шестигранник с размером «под ключ» 243 мм. Внешний слой 13 состоит из двух трехгранных профилей, образующих шестигранник с размером «под ключ» 279 мм. Между внутренним и внешним слоями трубы размещается слой нейтронопоглощающего материала на основе карбида бора. Конструктивно данный слой представляет ячеистую структуру, составленную из дистанционирующих рамок 14, в которых располагаются плитки 15 из борсодержащего композита. Герметизация данного объема обеспечивается ввариванием торцевых заглушек 16 и продольной сваркой внешнего и внутреннего слоев шестигранной трубы чехла.

Каждая из девяти наборных секций чехла состоит из четырех дисков сложной формы: два секционных и два теплоотводящих диска (фиг. 4). Диски секции скреплены между собой крепежными элементами из коррозионностойкой стали (на фиг. не показаны). Секции установлены на определенном расстоянии друг над другом. Конструктивные элементы чехла из алюминиевого сплава осуществляют теплоотвод от зоны установки ОТВС к внутренней цилиндрической поверхности контейнера. Секционные диски 2 обеспечивают оптимальное расположение ОТВС во внутренней полости контейнера. Верхний 5 и нижний 6 диски обеспечивают дополнительную жесткость конструкции чехла в горизонтальном и вертикальном положении. На верхнем диске 5 предусмотрен съемный захват 11 для грузозахватного устройства (на фиг. не показан).

Чехол имеет пазы 17 (фиг. 2), необходимые для исключения его вращения относительно оси контейнера.

Раструб 10 представляет собой металлоконструкцию, выполненную из шести лепестков, сваренных между собой. Раструб служит для направления ОТВС при их загрузке в чехол.

Устройство поджимное (фиг. 5) обеспечивает поджатие пустого и загруженного чехла во внутренней полости контейнера при его горизонтальной и вертикальной ориентации. Поджимное устройство состоит из стакана 18, оси 19, центральной пружины 20, набора пружин 21, подвижного диска 22, обоймы 23. В обойме 23 выполнены шесть пазов 24 для обеспечения возможности установки ОТВС в шести вариантах ориентации с углом 60°.

Заявляемый чехол транспортного упаковочного комплекта для облученных тепловыделяющих сборок эксплуатируется следующим образом:

- чехол с помощью грузозахватного устройства (на фиг. 1 не показан), закрепленного на захвате 11, устанавливают вертикально во внутреннею полость контейнера, предназначенного для транспортирования и хранения облученных тепловыделяющих сборок реакторной установки ВВЭР-1000/1200/1300/ТОИ. Чехол устанавливается в определенное угловое положение с использованием пазов 17, в которые заходят направляющие контейнера; заходное кольцо 7 упрощает установку чехла;

- установка ОТВС в чехол осуществляется под водой в заданной последовательности при помощи специального грузозахватного приспособления. Для направления ОТВС при загрузке используются раструбы 10, установленные на верхнем диске 5 чехла. ОТВС устанавливаются в шестигранные трубы 1 чехла на поджимные устройства 9.

Транспортирование чехла осуществляется в горизонтальном положении.

Извлечение чехла из полости контейнера осуществляется с целью проведения регламентных работ.

Совокупность указанных конструкторских решений обеспечивает ядернобезопасное размещение в чехле 18 ОТВС реакторной установки ВВЭР-1000/1200/1300/ТОИ с начальным обогащением до 5% по ²³⁵U как с учетом его выгорания в реакторе, так в консервативном предположении перевозки необлученного топлива в соответствии с требованиями МАГАТЭ SSR-6 и НП-053-16.

1. Чехол транспортного упаковочного комплекта для облученных тепловыделяющих сборок (ОТВС), содержащий центральную трубу, основание (каркас) с расположенными на нем секционными дисками с отверстиями, в которые устанавливаются целиковые шестигранные трубы в два кольцевых ряда относительно оси чехла для размещения облученных тепловыделяющих сборок, отличающийся тем, что центральная труба выполнена составной и имеет теплоотводящие вставки, между двумя соседними секционными дисками размещены теплоотводящие диски, образующие вкупе секции, скрепленные между собой крепежными элементами, теплоотводящие и секционные диски имеют каналы, шестигранные трубы выполнены трехслойными, внутренний слой представляет ячеистую структуру, составленную из дистанционирующих рамок, в которых располагаются плитки нейтронопоглощающего материала, при этом торцы шестигранных труб загерметизированы.

2. Чехол по п. 1, отличающийся тем, что в основании чехла под шестигранными трубами установлены устройства поджима, обеспечивающие поджатие пустого и загруженного чехлов во внутренней полости контейнера при горизонтальной и вертикальной ориентациях.

3. Чехол по п. 1, отличающийся тем, что шестигранные трубы, верхний диск, нижний диск, секционные диски, поджимные устройства, крепежные элементы выполнены из коррозионностойкой стали, теплоотводящие диски и вставки центральной трубы - из алюминиевого сплава, обеспечивающие теплоотвод из зоны установки ОТВС (шестигранные трубы) к наружной поверхности чехла.

4. Чехол по п. 1, отличающийся тем, что на верхнем диске предусмотрен съемный захват для грузозахватного устройства.

5. Чехол по п. 1, отличающийся тем, что на верхнем диске имеется раструб для направления ОТВС при их загрузке в чехол.

6. Чехол по п. 1, отличающийся тем, что имеет пазы для исключения его вращения относительно контейнера.

7. Чехол по п. 1, отличающийся тем, что плитки нейтронопоглощающего материала выполнены на основе карбида природного (естественного) бора.