Контейнер для транспортировки радиоактивного материала

 

1. КОНТЕЙНЕР ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ РАДИОАКТИВНОГО МАТЕРИАЛА, содержащий по крайней мере один съемный противоударный демпфер, установленный на одном из торцов контейнера , отличающийся тем, что, с целью повьппения надежности транспортировки за счет улучшения амортизации при ударе, противоударньй демпфер выполнен из двух выпуклых наружу чашек, являющихся стенками герметически закрытой полости. 2.Контейнер по п.1, отличающийся тем, что в полости противоударного демпфера помещена в качестве поглощающего энергию материала бальзовая древесина, волокна которой расположены параллельно оси i контейнера. 3.Контейнер по п.1, отли (/) чающийся тем, что боковая поверхность противоударного демпфера имеет тороидальную форму.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„.SU, 114 632

l(SD G 21 F 5 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ПАТЕНТУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTIO (21) 3276844/24-25 (86) РСТ/СН80/0093 (01.08.80) (22) 20.04.81 (31) ?593/79-0 (32) 20.08.79 (33) Швейцария (46) 07.03.85. Бюл. У 9 (72) Пал Дорослай и Ферручо Феррони (Швейцария) (71) Электроватт Инженерунтернемунг

АГ (Швейцария) (53) 621.039.74(088.8) (56) 1. Уордсуорт А.Д. Техника работы с ядерным топливом. М., Атомиздат, 1965, с. 84, рис. 16.4.

2. Патент Великобритании

Ф 1496846, кл. G 21 F 5/00, онублик.

1978 (прототип). (54)(57) 1. КОНТЕЙНЕР ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ РАДИОАКТИВНОГО МАТЕРИАЛА, содержащий по крайней мере один съемный противоударный демпфер, установленный на одном иэ торцов контейнера, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности транспортировки за счет улучшения амортизации при ударе, противоударный демпфер выполнен из двух выпуклых наружу чашек, являющихся стенками герметически закрытой полости.

2. Контейнер по п.1, о т л ич а ю шийся тем, что в полости противоударного демпфера помещена в качестве поглощающего энергию материала бальзовая древесина, волокна которой расположены параллельно. оси контейнера.

3. Контейнер по п. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что боковая поверхность противоударного демпфера имеет тороидальную форму.

1 1144

Изобретение относится к защитным контейнерам для транспортировки ради активного материала и предназначено для транспортировки облученных топливных элементов для ядерного реактора.

Известен контейнер для транспортировки радиоактивного материала, содержащий массивный металлический цилиндр, герметически закрытый

10 внизу и вверху (1).

Недостатком данного контейнера является отсутствие противоударных демпферов, что при его падении может привести к повреждению корпуса и невозможности дальнейшего использования.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является контейнер для транспортировки радиоактивного материала, содержащий по крайней мере один съемный противоударный демпфер, установленный на одном из торцов контейнера 52).

Известный контейнер изготовлен из массивного кованого стального цилиндра, герметически закрытого внизу и вверху, чтобы он выдержал аварии без повреждения Массивный стальной корпус не пропускает гаммаизлучения. Для экранирования против нейтронного излучения контейнер снабжен наружным кожухом, заполненным водой. Боковые ребра охлаждения служат, с одной стороны, для отдачи тепла, а с другой — для поглощения энергии в момент бокового удара контейнера. На концах контейнера могут быть предусмотрены противоударные демпферы, которые находят применение как в качестве экрана для защиты от 40 нейтронов, так и в качестве поглотителя энергии. Однако способность поглощать энергию в момент удара v контейнеров являются недостаточной. В зависимости от угла падения и положения контейнера в момент удара можно получать неравномерные величины замедления и местами очень высокие пики замедления, что может повлечь за собой опасное повреждение контейнеров.

Цель изобретения — повышение надежности транспортировки эа счет улучшения амортизации при ударе.

Поставленная цель достигается тем, что в контейнере для транспортировки радиоактивного материала, содержащем по крайней мере один

632 1 съемный противоударный демпфер, установлениый на одном из торцов контейнера, противоударный демпфер выполнен из двух выпуклых наружу чашек, являющихся стенками герметически закрытой полости.

В полости противоударного демпфера помещена в качестве поглощающего энергию материала бальзовая древесина, волокна которой расположены параллельно оси контейнера.

Боковая поверхность противоударного демпфера имеет тороидальную форму.

На фиг. 1 изображен йорожний транспортный контейнер (разрез А-А на фиг. 2); на фиг. 2 — то же, для семи облученных топливных элементов (поперечный разрез); на фиг. 3 то же, для семнадцати облученных топливных элементов, поперечный разрез; на фиг. 4 — топливные элементы, транспортируемые в контейнере; на фиг. 5 — разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 6 — разрез В-В на фиг. 1.

Транспортный контейнер состоит из цилиндрического корпуса 1 (фиг.1} коробки 2, для переноски топливных элементов, внутренней запорной крышки 3, наружной крышки 4 контейнера и двух установленных на концах контейнера противоударных демпферов

5 и 6. Для подъема контейнера предусмотрено шесть опорных цапф 7, четыре из которых установлены на верхнем конце, а две — на нижнем конце.

Цилиндрический корпус 1 имеет дно 8, кроме того, на нем установд лена внутренняя запорная крьппка 3.

Цилиндрический корпус 1, дно 8 и внутренняя запорная крьппка 3 выполнены из углеродистой стали и обеспечивают защиту от гамма-излучения.

Полость контейнера и наружные части покрыты нержавеющим стальным листом.

Цилиндрическая часть контейнера окружена водяной оболочкой 9. Последняя распространяется в осевом направлении между нижними и верхними опорными цапфами 7 для экранирования активной зоны топливных элементов.

Вода служит в качестве экрана для защиты от быстрых нейтронов. Наружный кожух 10 водяной оболочки снабжен выполненными по периметру кольцеобразными ребрами 11 охлаждения из стали, предназначенными для передачи тепла.

На верхнем конце наружного кожуха

10 находится кольцеобраэная камера

11446

30 !

12 расширения, отделенная от воды.

В этой камере 12 расширения, заполненной газом, расположены два концентрически установленных сильфона

13 иэ нержавеющей стали. При расширении воды газ в камере 12 расшире ния сжимается между сильфонами 13 и последние расширяются. Нормальное рабочее давление воды составляет приблизительно 2 бар. Для защиты 1О наружного кожуха. 10 от воздействия слишком высокого давления воды он снабжен несколькими небольшими шай-бами с заданным местом излома. Для впуска и выпуска воды предусмотрены клапаны, установленные на противоположных сторонах на нижнем конце наружного кожуха 1О. Другой клапан входит в камеру 12 расширения и служит для заполнения этой камеры газом 20 и для ее опорожнения.

Наружный кожух 10 закрыт на нижнем и верхнем концах выполненнычи по периметру толстыми боковыми ребрами 14, служащими для амортизации 25 ударов.

Для контроля температуры контей нера предусмотрены температурные датчики, входящие в контейнер до раз" ной глубины. Температурные датчики расположены в самой горячей области цилиндрического корпуса 1 контейнера непосредственно перед ребрами охлаждения. Температурные датчики размещены в трубе, причем таким образом, что рассеянные гамма-лучи не имеют свободного выхода наружу. Общая длина цилиндрического корпуса 1 контейнера составляет 5,29 м. Глубина контейнера, измеренная от поверх- 0 ности фланца 15 до дна контейнера, составляет 5,12 м. В случае насаживания внутренней запорной крышки 3 и отсутствия распорных шайб максимальная глубина составляет 4,675 м.

Стальные ребра 11 охлаждения покрыты защитным слоем эпоксидной смолы. который можно обезэараживать от радиоактивных веществ. Все другие незащищенные части контейнера, эа исключением массивных нержавеющих стальных ребер 14 на концах наружного кожуха, выполнены иэ нержавею щей стали или покрыты по меньшей мере слоем нержавеющего стального листа, толщина которого составляет

3 мм. Внутренние вогнутые поверхности контейнера также покрыты нержаве32 4 ющей сталью..Для обеспечения безопасности транспортный контейнер имеет две крьппки. Для закрывания контейнера служат внутренняя запорная крышка 3 с кольцевым фланцем 15 и крепежными болтами 16, наружная крышка 4 контейнера с крепежными болтами 17, три металлических кольца круглого сечения (не показаны) и фланец 18 с отверстиями для крепежных болтов 19 противоударных демп@еров 5 и 6.

На внутренней запорной крышке 3 можно закреплять различные ограничительные распорные шайбы, чтобы размеры полости контейнера можно было приспосабливать к длине различных 1 транспортируемых топливных стержней.

Внутренняя запорная крышка 3 и закрепленные на ней болтами ограничительные распорные шайбы образуют цельную транспортную единицу. Так как внутренняя запорная крышка 3 йзготовлена из стали, она обеспечивает достаточное экранирование против гамма-излучения. Оба противоударных демпфера 5 и 6, заполненные бальэовой древесиной 20, обеспечивают экранирование нейтронного излучения.

Двадцать четыре равномерно распределенных болта 16 фиксируют внутреннюю запорную крышку 3 при помощи кольцевого фланца 15 на корпусе 1 контейнера. Верхнюю крышку 4 контейнера фиксируют двенадцать дополнительных, также равномерно распределенных болтов 17. Для закрепления противоудариых демпферов 5 и 6 служат кольцевой фланец 18 и восемь других равномерно распределенных болтов !9.

Болты 16-19, кольцевые фланцы 15 и

18 и верхняя крышка 4 контейнера выполнены из нержавеющей стали. Внутреняя запорная крышка 3, в свою очередь, покрыта нержавеющим стальным листом.

Коробки 2 и 21 можно вставлять в транспортный контейнер. Коробка 2 (фиг. 2) служит для размещения s ней семи топливных элементов, а ко-. робка 21 (фиг. 3) — для размещения в ней семнадцати топливных элементов.

Коробки 2 и 21 обладают высокой внутренней прочностью и обеспечивают экранирование против нейтронов для безопасной транспортировки топлив32

S 11446

Ю

< ных элементов. При этом коробки выполнены цротивоударными..

В нормальном случае транспортировка топливных элементов осуществляется в сухом состоянии. Предусмотрен- 5 ные для этого коробки 2 и 21 состоят из насаженных одна на другую толстых отлитых алюминиевых шайб 22, соединенных нержавекицими болтами 23 (фиг. 1). Между внутренней стенкой контейнера и алюминиевыми шайбами

22 предусмотрен, принимая по внима- ние термическое расширение, зазор.

Внутри коробок 2 и 21 предусмотрены продолговатые каналы 24 для топливных элементов, выполненные из нержавеющей бористой стали, с добавкой

1 вес.Ж нейтрального бора. для поглощения нейтронов. Коробки 2 и 21 снабжены также нижними ограничительными 20 распорными пластинками 25 (фиг. 4) для топливных элементов. Между каналами 24 для топливных элементов предусмотрены цилиндрические отверстия 26, в которых имеется смесь графита и карбида бора, причем последняя помещена в нержавеющие стальные трубы. Эта смесь является также составной частью экрана для защиты от нейтронов.

Топливные элементы 27-29 можно транспортировать с защитной оболочкой 30 или беэ нее. Если транспортировка осуществляется без дополнительной защитной оболочки, то необходимо приварить к нижним ограничи тельным распорнья пластинкам 25 дополнительные каналы, выполненные из нержавеющей стали, которые вдавливаются снизу в каналы 24 (фиг. 1). щ

Один или несколько каналов 24, выполненных из нержавеющей бористой стали, можно смонтировать в коробке

2 с возможностью их удаления. П ъсле удаления этих каналов 24 можно вдвинуть 45 в свободную полость специальные защитные контейнеры для поврежденных топливных элементов. Остальные, не.удаляемые, каналы 24 приварены к верхней нержавеющей стальной плите

31 (фиг. 4) коробки 2 (фиг. 1). Таким образом обеспечивается терми1 ческое расширение вниз.

В случае транспортировки топливных элементов в мокром состоянии в каналы 24 вдвинуты тонкостенные ! трубы из бористой стали, для предотвращения изгиба которых предусмотре-. ны раэжимные кольца 32, расположенные на определенном расстоянии одно от другого. В этих разжимных кольцах 32 выполнены отверстия, чтобы вода могла свободно циркулировать. В горизонтальном транспортном положении разжимные кольца

32 воспринимают вес топливных элементов.

Для того, чтобы коробку 2 или 21 можно бьшо вдвинуть в транспортный контейнер прямолинейно без возможности ее поворачивания или перемещения во время транспортировки, на наружной поверхности коробки выполнен продольный паз в который входит соответствующий выступ, выполненный на внутренней стенке контейнера.

Опорные цапфы 7 служат, с одной стороны для подъема контейнера для транспортировки, а с другой — для его закрепления на транспортной подложке. В качестве транспортной подложки можно использовать, например, седельное устройство, приваренное к транспортной каретке. Опорные цапфы 7 ввинчены в корпус 1 контейнера с возможностью их удаления. Они являются, за исключением их внутренних участков, деформируемыми.

Две нижние опорные цапфы 7 установлены эксцентрично по отношению к оси 33 (фиг.1) контейнера в целях обеспечения опрокидывания транспортного контейнера в онрепеленную сторону при его опускании на седельное устройство. Опорные цапфы и болты выполнены из нержавеющей стали.

Противоударные демпферы 5 и 6 состоят в основном из толстостенной наружной чашки 34, тонкостенной внутренней чашки 35, набивки из бальзовой древесины 20, кольцевого фланца 36 и. нескольких труб 37.

Обе чашки 34 и 35 приварены снаружи к коЛьцевому фланцу 36, который служит для центрирования противоударного демпфера при его насаживании.

Он закреплен на цилиндрическом корпусе 1 контейнера болтами 19. Проходящие через демпфер 5 толстостенные трубы 37 приварены к наружной чашке 34 и к кольцевому фланцу 36.

Через трубы 37 можно вдвинуть болты 19.

В случае падения транспортного контейнера в осевом направлении

11446

32 8

35 вниз кинетическую энергию в момент удара поглощают следующие детали: круглая в горизонтальной проекции выпуклая наружу наружная чашка 34, которая является в осевом направле- 5 нии относительно мягкой и податливой; набивка из бальзовой древесины

20, волркна которой направлены параллельно qo отношению к оси 33 контейнера (бальзовая древесина может поглощать значительную часть кинетической энергии); жесткие трубы

37, поглощающие приблизительно

50Х энергии при деформации.

В случае удара боковой стенки транспортного контейнера кинетическую энергию поглощает выполненная в виде тора часть 38 наружной чаш- " ки 34, а также массивные концевые ребра 14. Они деформируются прибли- 20 эительно одновременно и поглощают примерно одинаковое количество энергии. Поглощение кинетической энергии удара бальзовой древесиной в этом случае отсутствует ввиду ориентации ее волокон.

В случае удара кромки транспортного контейнера имеет место комби-, нация обоих указанных выше случаев поглощения энергии, причем бальзо- 30 вая древесина поглощает в зависимос-; ти от угла удара большее или меньшее количество энергии.

Предлагаемое выполнение транспортного контейнера допускает равномерное замедление и поглощение энергии во всех направлениях без отрицательных пиков замедления, которые можно наблюдать при использовании известных контейнеров, в которых только 40 ребра являются деформируемыми. Преимуществом является также равномерное распределение работы деформации по наружной поверхности предлагаемого транспортного контейнера. 45

Опорные цапфы 7 являются деформируемыми и также могут поглощать кинетическую энергию в случае, если они упри падении контейнера набок ударяются торцовой стороной. Наружные чашки 34 и все трубы 37 выполнены иэ нержавеющей стали. Полость между наружной и внутренней чашками герметически закрыта, чтобы набивка из бальзовой древесины не могла погло55 щать влагу., Для транспортировки контейнер устанавливается горизонтально на седельном устройстве с кареткой.При этом седельное устройство поддерживает опорные цапфы. Для железнодо рожного транспорта каретка устанав ливается на вагоне-платформе или на специальном грузовом вагоне с платформой. В первом случае вся установка, состоящая из каретки, контейнера и крышки, имеет размеры стандартного контейнера, так что эту установку можно транспортировать дальше и на судне. В случае транспортировки на грузовом вагоне с платформой, центр тяжести находится ниже, так что можно достигнуть более высоких скоростей при транспортировке.

Полость контейнера доступна через внутреннюю запорную крышку 3, прижатую кольцевым фланцем 15, через два клапана 39 (фиг. 5-6) и через небольшие закрываемые отверстия для отбора проб, выполненные во внутренней запорной крышке 3. Герметичность полости обеспечена обоими клапанами 39, а также металлическими кольцами круглого сечения, расположенными между кольцевым фланцем 18 и внутренней запорной крышкой 3 и между фланцем 18 и соответствующей уплотняющей поверхностью корпуса 1 контейнера.

Отверстие для отбора проб и контроля атмосферы в полости выполнено в опорной цапфе 40 внутренней запорной крьппки 3.

Наружное пространство контейнера закрыто наружной крьппкой 4 контейнера и крышками клапанов. Иежду наружной крышкой 4 контейнера и корпусом

1 контейнера размещены пластмассовые

-кольца круглого сечения, в то время ,как крьппки клапанов уплотнены по отношению к клапанам металлическими кольцами круглого сечения. В наружной крьппке 4 контейнера и в крьппках клапанов предусмотрены отверстия для отбора проб и контроля. Они служат также для контроля герметичности полости. Преимущество двух полостей состоит в том, что клапан между ними можно непрерывно контролировать относительно утечки радиоактивного материала.

Все удаляемые части полости контейнера, за исключением отлитых алюминиевых шайб в коробке, выполиены из нержавеющей стали кпи покрыты слоем нержавеющего стального листа, толщиной 3 мм. Нержавеющая

9 1 сталь является устойчивой к действию следующих жидкостей для очистки и обеззараживания: деминералиэованной воды, азотной кислоты, раствора едкого натра и раствора нитрофтора с

5Х фтора.

Нижнюю часть полости контейнера можно очищать через нижние клапаны.

Все наружные поверхности контей-, нера, включая.жицкостный насос, также покрыты нержавеющим стальным листом, за исключением участка с ребрами охлаждения, При вь1грузке транспортного контейнера в мокром состоянии, когда он погружается в выгрузочный бассейн, участок с ребрами охлаждения покрывается специальным щитом. Последний состоит из цилиндрического кожуха из нержавеющей стали, снабженного надуваемьми резиновыми прокладками.

Перед погружением транспортного контейнера в выгрузочный бассейн он доводится до вертикальногo положения и закрепляется при помощи нижних опорньм цапф 7 на основании. Затем прикрепляется кожух из нержавеющей стали, который уплотняется при помощи надуваемых резиновых прокладок. На нижнем конце кожуха, напротив клапана контейнера, предусмотрена съемная крьппка в целях соединения трубопроводов с клапаном контейнера и после прикрепления кожуха.- Во время этой операции кЛапан между верхней и нижней прокладками можно уже опорожнять, в то время, 144632 10 как участок с ребрами охлаждения еще окружен водой.

Если транспортный контейнер погружен, то давление воды между обеими надуваемьми резиновыми прокладками на обоих концах выше, чем снаружи, так что вода выгрузочного бассейна не может попасть s полость ребер. На ребрах нанесена эпоксид1р ная краска, допускающая в случае радиоактивного заражения легкую очистку и обеззараживание.

После прикрепления кожуха необходимо отвести выделяющееся тепло путем охлаждения участка с ребрами охлаждения. Для этого надо предусмотреть на кожухе присоединения для охлаждающей воды.

Отвод тепла из контейнера осуществляется путем конвекции и излучения тепла, прежде всего через ребра охлаждения, так как оба противоударных демпфера представляют собой теплоизоляцию. Неболыпое количество тепла отводится через опорные цапфы и неснабженную ребрами поверхность кожуха.

В момент удара контейнера после свободного падения или при пожаре принимаются в расчет потери воды в кожухе 10. Порожний кожух 10 служит затем в качестве изолирующего слоя, а тепло отдают только расположенные во внутренней части ребра охлаждения.

Различные аварийные случаи можно имитировать и исследовать с помощью вычислительных устройств.

1144632 |144632

1144632

Фиг. 7

В-В

Фиг. 6

Составитель И, Павленко

Техред О.Неце Корректор О. Тигор

Редактор В. Петраш

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 968/47 Тираж 408 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб.,д. 4/5