RU2138863C1

RU2138863C1 - Device for grinding waste nuclear fuel

Info

Publication number: RU2138863C1
Application number: RU98106784A
Authority: RU
Inventors: Е.Г. Дзекун; С.А. Бочкарев; Д.Н. Колупаев; Ю.Г. Кузнецов; А.Г. Лутовинин; Б.Ф. Петренко
Original assignee: Производственное объединение "МАЯК"
Priority date: 1998-03-30
Filing date: 1998-03-30
Publication date: 1999-09-27

Abstract

FIELD: radiochemical industry; regeneration of waste nuclear fuel. SUBSTANCE: grinding of waste fuel assemblies is effected by means of knife of optimal geometry performing translational motion; separation of external envelope (case tube) of waste fuel assemblies is effected both by wedge-shaped knife proper in the course of cutting and two auxiliary knives of fixed support at deformation of waste fuel assembly being ground between movable hold-down having form of cross section of waste fuel assembly in deformed state and fixed support. EFFECT: enhanced reliability of separation of external envelope; improved quality of cutting; low cost of cutting tools; reduced requirements; high radiation safety of process due to reduced number of movable seats. 3 dwg

Description

Изобретение относится к ядерной технике и может быть использовано для измельчения отработавших тепловыделяющих сборок (ОТВС) ядерных реакторов при регенерации отработавшего ядерного топлива (ОЯТ). The invention relates to nuclear engineering and can be used to grind spent fuel assemblies (SFA) of nuclear reactors during the regeneration of spent nuclear fuel (SNF).

Аналогом данного изобретения является устройство для разрезания стержневых топливных элементов (твэлов) ядерного реактора (патент N3723728, G 21 C 19/36, ФРГ). Устройство состоит из механизма для последовательного выталкивания пучка твэлов из внешней оболочки ОТВС, прижима, ножа и вспомогательных устройств. An analogue of this invention is a device for cutting rod fuel elements (fuel elements) of a nuclear reactor (patent N3723728, G 21 C 19/36, Germany). The device consists of a mechanism for sequentially pushing the beam of fuel rods from the outer shell of the SFA, clamp, knife and auxiliary devices.

Недостатком этого устройства является то, что измельчению не могут быть подвергнуты ОТВС неразборной конструкции, т. к. в этом случае невозможно обеспечить гарантированное измельчение материала внешней оболочки ОТВС, что создает затруднения при дальнейшей переработке ОЯТ. The disadvantage of this device is that SFAs of a non-separable construction cannot be subjected to grinding, since in this case it is impossible to ensure guaranteed grinding of the material of the external shell of the SFA, which creates difficulties in the further processing of spent fuel.

Прототипом заявляемого устройства является "Установка для переработки облученного ядерного топлива", патент N1314803, G 21 C 19/34, Великобритания. Установка состоит из устройства перемещения сборок, системы прижимов, механизма ножа (пилы) и вспомогательных устройств. The prototype of the claimed device is "Installation for the processing of irradiated nuclear fuel", patent N1314803, G 21 C 19/34, United Kingdom. The installation consists of a device for moving assemblies, a clamping system, a knife (saw) mechanism, and auxiliary devices.

Недостатками этого устройства являются сложность конструкции и плохая степень измельчения внешней оболочки ОТВС. The disadvantages of this device are the complexity of the design and the poor degree of grinding of the outer shell of the SFA.

Технической задачей является создание устройства для измельчения отработавшего ядерного топлива, обеспечивающее: надежное измельчение (разделение) внешней оболочки ОТВС, качественное резание (гарантирующее высокую степень вскрытия топлива), относительно низкую стоимость режущего инструмента, уменьшение энергопотребления, повышение радиационной безопасности процесса. The technical task is to create a device for grinding spent nuclear fuel, which provides: reliable grinding (separation) of the outer shell of the SFA, high-quality cutting (guaranteeing a high degree of opening of the fuel), relatively low cost of the cutting tool, reducing energy consumption, increasing the radiation safety of the process.

Поставленная задача решается с помощью заявляемого устройства, состоящего из камеры загрузки ОТВС, камеры подачи, устройства подачи ОТВС, двух гидроприводов, блока ножей, имеющего прижим, неподвижную опору с двумя вспомогательными ножами и верхний нож. При этом разрезание внешней оболочки ножами неподвижной опоры производится при деформации ОТВС прижимом, а дополнительное разделение режущей кромкой верхнего ножа - в процессе основного цикла отрезки фрагмента ОТВС. The problem is solved using the inventive device, consisting of a SFA loading chamber, a supply chamber, a SFA supply device, two hydraulic drives, a knife block having a clamp, a fixed support with two auxiliary knives and an upper knife. In this case, the outer shell is cut by the knives of the fixed support when the SFA is deformed by pressing, and the cutting edge of the SFA fragment is additionally divided by the cutting edge of the upper knife during the main cycle.

Общий вид предлагаемого устройства для измельчения ОЯТ представлен на фиг. 1, где 1 - измельчаемая ОТВС; 2 - камера подачи ОТВС; 3 - блок ножей; 4 - устройство подачи ОТВС; 5 - прижим с рабочей частью, повторяющей форму ОТВС в деформированном состоянии; 6 - верхний нож клиновидной формы; 7 - неподвижная опора, повторяющая форму ОТВС в деформированном состоянии; 8 - вспомогательные ножи; 9 - гидропривод прижима; 10 - гидропривод верхнего ножа; 11 - канал выгрузки измельченного ядерного топлива. На фиг. 2 изображен вид на поперечное сечение ОТВС со стороны главного ножа, где 12 - направляющие прижима; 13 - форма поперечного сечения ОТВС до деформации прижимом; 14 - форма поперечного сечения ОТВС после деформации прижимом; 15 - зона разделения (разрезания) внешней оболочки ОТВС неподвижным ножом; 16 - зона разделения чехловой трубы верхним ножом на входе в ОТВС; 17 - зона разделения чехловой трубы верхним ножом на выходе; 18 - ответная режущая кромка неподвижной опоры. На фиг. 3 изображен разрез по АВ в повернутом виде. A general view of the proposed SNF grinding device is shown in FIG. 1, where 1 - ground SFA; 2 - SFA feed chamber; 3 - block of knives; 4 - SFA supply device; 5 - clip with a working part repeating the shape of the SFA in a deformed state; 6 - upper wedge-shaped knife; 7 - fixed support repeating the shape of the SFA in a deformed state; 8 - auxiliary knives; 9 - hydraulic drive clamp; 10 - hydraulic drive of the upper knife; 11 - channel discharge of crushed nuclear fuel. In FIG. 2 shows a view of the cross section of the SFA from the side of the main knife, where 12 are the clamp guides; 13 is a cross-sectional shape of a SFA before deformation by pressure; 14 is a cross-sectional shape of a SFA after deformation by pressure; 15 - zone of separation (cutting) of the outer shell of the SFA with a fixed knife; 16 - zone of separation of the cover pipe by the upper knife at the entrance to the SFA; 17 - zone separation of the pipe cover with the upper knife at the exit; 18 - mating cutting edge of a fixed support. In FIG. 3 shows a section along AB in a rotated form.

Устройство для измельчения ОЯТ работает следующим образом. A device for grinding spent fuel is as follows.

Измельчаемая ОТВС 1 помещается в камеру подачи 2 и с помощью устройства подачи 4 с определенным шагом подается в зону измельчения ее в блоке ножей 3. Край сборки, попадая под прижим 5, деформируется между прижимом 5 и неподвижной опорой 7 при поступательном перемещении прижима вниз. При этом два вспомогательных ножа 8, закрепленные в неподвижной опоре, внедряются в грани чехловой трубы ОТВС в зоне 15, надрезая (разделяя) последнюю. Таким образом, деформация ОТВС прижимом 5 преследует три цели:
- уплотнение пучка твэлов в рамках внешней оболочки ОТВС с целью достижения более полного вскрытия ядерного топлива при резании ОТВС верхним ножом 6;
- разделение внешней оболочки ОТВС в двух местах с помощью вспомогательных ножей 8, закрепленных в неподвижной опоре 7;
- закрепление ОТВС в процессе резания ее верхним ножом 6.The chopped SFA 1 is placed in the feed chamber 2 and, with the help of the feed device 4, is fed with a certain step into the grinding zone in the knife block 3. The edge of the assembly, falling under clamp 5, is deformed between clamp 5 and the fixed support 7 when the clamp is moved downward. At the same time, two auxiliary knives 8, mounted in a fixed support, are embedded in the verge of the sheath tube of the SFA in zone 15, notching (separating) the latter. Thus, the deformation of a SFA with a clamp 5 pursues three goals:
- compaction of the bundle of fuel rods within the outer shell of the SFA in order to achieve a more complete opening of nuclear fuel when cutting the SFA with the upper knife 6;
- separation of the outer shell of the SFA in two places with the help of auxiliary knives 8, mounted in a fixed support 7;
- fixing the SFA in the process of cutting it with the upper knife 6.

После деформации и закрепления ОТВС 1 прижимом 5 производится срезание фрагмента ОТВС, выступающего из-под прижима, верхним ножом 6, имеющим клиновидную форму, при поступательном перемещении последнего вниз. При этом происходит разделение чехловой трубы ОТВС режущей кромкой верхнего ножа 6 в зоне 16 в момент касания верхней грани ОТВС главным ножом и в зоне 17 в момент выхода верхнего ножа из нижней грани. Если в начале рабочего хода верхнего ножа 6 резание производится в основном только самим ножом 6, то после достижения им зоны 17 при дальнейшем его ходе вниз, вступает в работу ответная режущая кромка неподвижной опоры 18. Между режущей кромкой 18 и главным ножом 6 происходит дорезание оставшейся части поперечного сечения ОТВС. После полного срезания фрагмента ОТВС, выступающего из-под прижима, верхний нож, поднимаясь, возвращается в исходное положение, прижим 5 поднимается, устройство подачи 4 продвигает измельчаемую ОТВС на заданную величину шага резания, и цикл отрезки повторяется. Из вышесказанного следует, что разделение чехловой трубы по периметру поперечного сечения производится в четырех местах (зонах) - в двух местах с помощью вспомогательных ножей 8 и в двух с помощью верхнего ножа 6. Продукты процесса резания представляют собой цилиндрические обрезки твэлов (слегка приплюснутые с одной стороны) длиной, определяемой настроенным шагом резания, и полоски внешней оболочки шириной, равной шагу резания, и длиной, равной одной четвертой части периметра поперечного сечения внешней оболочки ОТВС. Помимо этого, могут быть измельчены встречающиеся дистанционирующие решетки твэлов ОТВС. С целью снижения сил резания при измельчении дистанционирующих решеток твэлов плоскость перемещения главного ножа 6 может составлять отличный от 90 угол с осью ОТВС (в пределах от 75 до 90^o). Прижим 5 и верхний нож 6 приводятся в поступательное движение с помощью гидроприводов 9 и 10 соответственно. Продукты измельчения ОТВС удаляются из устройства через канал выгрузки отработавшего ядерного топлива 11 под действием сил тяжести. Необходимо отметить, что для гарантированного разделения наружной оболочки толщина верхнего ножа и длина вспомогательных ножей должны превышать величину шага резания ОТВС (см. фиг. 3). Прижим 5 имеет геометрию рабочей поверхности, повторяющую форму ОТВС в деформированном до необходимой степени состоянии (см. фиг. 2). В поперечном сечении рабочая поверхность прижима имеет ступенчатую форму, что предотвращает проскальзывание ОТВС при ее деформации прижимом.After deformation and fixing of the SFA 1 with the clamp 5, the fragment of the SFA protruding from under the clamp is cut off with the upper knife 6, which has a wedge-shaped shape, with the translational movement of the latter down. When this happens, the sheath of the SFA pipe is divided by the cutting edge of the upper knife 6 in zone 16 at the moment the upper edge of the SFA touches the main knife and in zone 17 when the upper knife leaves the lower edge. If at the beginning of the working stroke of the upper knife 6, the cutting is carried out mainly only by the knife 6 itself, then after reaching the zone 17 with its further downward movement, the mating cutting edge of the fixed support 18 comes into operation. Between the cutting edge 18 and the main knife 6, the remaining parts of the cross section of the SFA. After complete cutting of the SFA fragment protruding from under the clamp, the upper knife, rising, returns to its original position, the clamp 5 rises, the feeder 4 advances the chopped SFA by the specified value of the cutting step, and the cutting cycle is repeated. From the above it follows that the separation of the sheath tube along the perimeter of the cross section is carried out in four places (zones) - in two places using auxiliary knives 8 and in two using the upper knife 6. The products of the cutting process are cylindrical cuttings of fuel rods (slightly flattened with one side) the length determined by the adjusted cutting step, and the strips of the outer shell with a width equal to the cutting step, and a length equal to one fourth of the perimeter of the cross section of the outer shell of the SFA. In addition, the encountered spacing grids of the fuel assemblies can be ground. In order to reduce the cutting forces when grinding the spacer grids of the fuel rods, the plane of movement of the main knife 6 can be an angle other than 90 with the axis of the SFA (in the range from 75 to 90 ^o ). The clamp 5 and the upper knife 6 are driven into translational motion using hydraulic drives 9 and 10, respectively. SFA grinding products are removed from the device through the discharge channel of spent nuclear fuel 11 under the action of gravity. It should be noted that for guaranteed separation of the outer sheath, the thickness of the upper knife and the length of the auxiliary knives must exceed the cutting pitch of the SFA (see Fig. 3). The clamp 5 has the geometry of the working surface, repeating the shape of the SFA in the state deformed to the necessary degree (see Fig. 2). In the cross section, the working surface of the clamp has a stepped shape, which prevents the SFA from slipping when it is deformed by the clamp.

Предлагаемая конструкция верхнего ножа позволяет использовать практически любую геометрию режущей части ножа (с широкими пределами изменения значений передних и задних углов резания), это дает возможность найти оптимальную геометрию режущей части, позволяющую хорошо сочетать высокую стойкость инструмента и хорошее качество резания (определяющее высокую степень вскрытия топлива). The proposed design of the upper knife allows you to use almost any geometry of the cutting part of the knife (with wide limits on the values of the front and rear cutting angles), this makes it possible to find the optimal geometry of the cutting part, which allows you to combine the high tool life and good cutting quality (which determines a high degree of opening of fuel )

Предлагаемое устройство позволяет измельчать ОТВС, конструктивно имеющие внешнюю оболочку (чехловую трубу) как шестигранного, так и круглого сечения. The proposed device allows you to grind the SFA, structurally having an outer shell (jacket pipe) as a hexagonal and circular cross-section.

Технический результат изобретения заключается в обеспечении надежного измельчения (разделения) внешней оболочки ОТВС, качественного резания, гарантирующего высокую степень вскрытия топлива, относительно низкой стоимости режущего инструмента благодаря использованию сменных ножей простой формы, а также в снижении энергопотребления за счет уменьшения величины усилий резания, в повышении радиационной безопасности процесса за счет уменьшения числа подвижных уплотнений в устройстве. The technical result of the invention is to ensure reliable grinding (separation) of the outer shell of the SFA, high-quality cutting, which guarantees a high degree of opening of the fuel, the relatively low cost of the cutting tool due to the use of replaceable knives of a simple form, and also to reduce energy consumption by reducing the amount of cutting force, in increasing radiation safety of the process by reducing the number of movable seals in the device.

Claims

A device for grinding spent nuclear fuel, including a chamber for loading spent fuel assemblies, a chamber for supplying spent fuel assemblies, a device for feeding spent fuel assemblies, two hydraulic drives, a knife block having a clamp, a fixed support and an upper knife, characterized in that the fixed support is provided with two auxiliary knives and has a mating cutting edge, and the upper wedge-shaped knife has a thickness exceeding the value of the cutting step.