RU2724968C1 - Protective damping system for air transportation - Google Patents

Abstract

FIELD: protective devices.SUBSTANCE: invention relates to protective devices against radioactive contamination. Protective damping system of transport packing container for transportation of spent nuclear fuel consists of a set of rings interconnected by concentric cylinders and disks. Protective-damping system is equipped with metal casing. Several layers of damping elements are arranged inside the end part of the casing and separated by discs. Several layers of damping elements are arranged inside the cylindrical part of the casing and separated by cylinders. Inside conical part of casing there are several layers of damping elements, which are separated by conical shells. Each damping element is made up of two pipes inserted one into another. Outer pipe is made from steel, and inner pipe is made from carbon-fiber reinforced plastic.EFFECT: invention allows simplifying welding mode, using material with reduced specific weight for damping elements.1 cl, 7 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Данное техническое решение относится к защитным устройствам от радиоактивного заражения. Область применения - обеспечение безопасности при транспортировании контейнеров, в том числе, предназначенных для транспортирования отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) атомных электростанций всеми видами транспорта, включая воздушный.This technical solution relates to protective devices against radioactive contamination. Scope - ensuring safety during transportation of containers, including those intended for transportation of spent nuclear fuel (SNF) of nuclear power plants by all types of transport, including air.

Предшествующий уровень техникиState of the art

Принцип работы защитно-демпфирующей системы (ЗДС), предназначенной для гашения однократных ударных нагрузок, действующих на транспортный упаковочный комплект (ТУК) в аварийных условиях, как правило, основан на потере устойчивости конструкции за пределами упругости. К таким демпферам относятся оболочечные или балочные конструкции с различными профилями из металлов. Сотовые конструкции, пенометаллические материалы, древесина, пенополистирол и т.д. работают на том же принципе - при ударе происходит последовательная потеря устойчивости (складывание) сот. Они находят широкое применение, в частности, в конструкциях упаковок для опасных грузов сравнительно небольших габаритов и масс. Для массивных длинномерных конструкций ТУК эти варианты не подходят, так как имеют малые жесткость и предельную нагрузку и не обеспечивают необходимый рабочий ход демпфера, что требует недопустимого увеличения габаритов и массы конструкции ЗДС и ТУК вцелом. Это подтверждается в работах: «Пеноалюминий и сотовые конструкции как альтернатива древесине в транспортных контейнерах для отработавшего ядерного топлива», авторы: Комаров С.В., Ивашкин А.И., журнал Русский инженер №2(33), 2012; «Обоснование возможности транспортирования облученных тепло-выделяющих сборок исследовательских реакторов воздушным транспортом: Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук», автор Комарове. C.В., 2014.The principle of operation of the protective damping system (ZDS), designed to absorb single shock loads acting on the transport packaging set (TUK) in emergency conditions, is usually based on the loss of structural stability outside elasticity. Such dampers include shell or beam structures with various metal profiles. Cellular constructions, foam materials, wood, polystyrene foam, etc. work on the same principle - upon impact there is a sequential loss of stability (folding) of cells. They are widely used, in particular, in the construction of packages for dangerous goods of relatively small dimensions and masses. These options are not suitable for massive long-length TUK designs, since they have low stiffness and ultimate load and do not provide the necessary working stroke of the damper, which requires an unacceptable increase in the overall dimensions and weight of the ZDS and TUK design. This is confirmed in the works: “Foam aluminum and honeycomb structures as an alternative to wood in transport containers for spent nuclear fuel”, authors: Komarov SV, Ivashkin AI, Russian Engineer Journal No. 2 (33), 2012; “Justification of the possibility of transporting irradiated heat-generating assemblies of research reactors by air: The dissertation for the degree of candidate of technical sciences”, author Komarove. C.V., 2014.

Известно устройство, на которое получен патент РФ на полезную модель №114739 «Демпферное устройство контейнера для транспортировки и хранения отработавшего ядерного топлива» МПК: F16F 7/00, G21F 5/00, B65D 81/02; приоритет: 03.10.2011; опубликовано: 10.04.2012; авторы: Васильев А.С., Романов А.В., Шегельман И.Р., Гуськов В.Д. (RU); патентообладатель: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Петрозаводский государственный университет» (RU).A device is known for which a patent of the Russian Federation for utility model No. 114739 “Damper device of a container for transporting and storing spent nuclear fuel” was received IPC: F16F 7/00, G21F 5/00, B65D 81/02; priority: 10/03/2011; published: 04/10/2012; Authors: Vasiliev A.S., Romanov A.V., Shegelman I.R., Guskov V.D. (RU); patent holder: Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Professional Education "Petrozavodsk State University" (RU).

Демпферное устройство контейнера для транспортировки и хранения отработавшего ядерного топлива, включающее металлическую оболочку со слоями из деревянных демпфирующих элементов, отличающееся тем, что между слоями из деревянных демпфирующих элементов расположен, по меньшей мере, один дополнительный демпфирующий слой, выполненный из металлических элементов, при этом каждый из них имеет трубчатое сечение.A damper device of a container for transporting and storing spent nuclear fuel, comprising a metal shell with layers of wooden damping elements, characterized in that at least one additional damping layer made of metal elements is located between the layers of wooden damping elements, each one of them has a tubular section.

Признаками, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения, являются: металлическая оболочка со слоями, между слоями демпфирующих элементов расположен дополнительный демпфирующий слой, выполненный из металлических элементов трубчатого сечения.Signs that coincide with the essential features of the claimed invention are: a metal shell with layers, between the layers of damping elements there is an additional damping layer made of metal elements of tubular section.

Недостатком данного демпферного устройства контейнера является то, что оно не обеспечивает снижение динамических ударных нагрузок при авиационной аварии до уровня, позволяющего сохранить герметичность ТУК, согласно требованиям Правил безопасности при транспортировании радиоактивных материалов НП-053-16, предъявляемым к ТУК для перевозки ОЯТ воздушным транспортом.The disadvantage of this container damper device is that it does not provide a reduction in dynamic shock loads during an aircraft accident to a level that allows the TUK to remain airtight, in accordance with the requirements of the Safety Rules for the transportation of radioactive materials NP-053-16, presented to the TUK for transportation of spent nuclear fuel by air.

В качестве прототипа выбран патент на изобретение РФ №2581648 «Транспортно-упаковочный комплект для транспортирования и хранения отработавшего ядерного топлива» МПК: G21F 5/00; приоритет: 12.01.2015; опубликовано: 20.04.2016; авторы: Бондарев А.В., Долбищев С.Ф., Кожаев Л.Н., Куканов С.С., Маслов Е.Е., Романов В.И (RU); патентообладатель: Федеральное Государственное унитарное предприятие «Российский Федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики - ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ» (RU).As a prototype, the patent for the invention of the Russian Federation No. 2581648 “Transport and packaging set for transportation and storage of spent nuclear fuel” was selected IPC: G21F 5/00; priority: 01/12/2015; published: 04/20/2016; Authors: Bondarev A.V., Dolbischev S.F., Kozhaev L.N., Kukanov S.S., Maslov E.E., Romanov V.I (RU); patent holder: Federal State Unitary Enterprise “Russian Federal Nuclear Center - All-Russian Research Institute of Experimental Physics - FSUE RFNC-VNIIEF” (RU).

Транспортно-упаковочный комплект для транспортирования и хранения отработавшего ядерного топлива, включающий контейнер, на торцах которого установлены съемные противоударные демпферы, каждый выполнен в виде набора, состоящего по меньшей мере из двух колец, установленных перед торцом контейнера, отличающийся тем, что кольца соединены между собой концентричными цилиндрами, контейнер представляет собой двухкорпусную конструкцию, в которой каждый из корпусов выполнен в виде стакана с герметично установленной крышкой, при этом крышка внутреннего корпуса обращена к днищу внешнего корпуса, имеющего торцовые кольца, на которых установлен боковой демпфер, представляющий собой цилиндр с продольными ребрами, на торцах которых симметрично закреплены цилиндрические обечайки, выходящие за их пределы, частично охватывающие боковую поверхность торцевых съемных противоударных демпферов и снабженные дисками, соединенными между собой продольными ребрами, на каждом боковом демпфере закреплен второй торцовый съемный противоударный демпфер, охватывающий первый и представляющий собой коаксиально расположенные цилиндры, демпфер выполнен в виде цилиндра.A transport and packaging kit for transporting and storing spent nuclear fuel, including a container, at the ends of which removable shockproof dampers are installed, each made in the form of a set consisting of at least two rings installed in front of the container end, characterized in that the rings are interconnected concentric cylinders, the container is a two-body structure in which each of the cases is made in the form of a glass with a hermetically sealed lid, while the lid of the inner case faces the bottom of the outer case having end rings on which a side damper is installed, which is a cylinder with longitudinal ribs , on the ends of which cylindrical shells are symmetrically fixed, extending beyond them, partially covering the side surface of the end removable shockproof dampers and equipped with disks interconnected by longitudinal ribs, a second end face is fixed on each side damper the second removable shockproof damper, covering the first and representing a coaxially arranged cylinders, the damper is made in the form of a cylinder.

Признаками, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения, являются: съемные противоударные демпферы в виде набора, по меньшей мере, из двух колец, кольца соединены между собой концентричными цилиндрами, демпфер выполнен в виде цилиндра, противоударные демпферы и снабжены дисками, соединенными между собой.Signs that coincide with the essential features of the claimed invention are: removable shockproof dampers in the form of a set of at least two rings, the rings are interconnected by concentric cylinders, the damper is made in the form of a cylinder, shockproof dampers and are equipped with disks interconnected.

К недостаткам прототипа можно отнести то, что все съемные противоударные демпферы выполнены целиком из титанового сплава, что сильно удорожает конструкцию, так как стоимость титанового сплава в два раза выше стоимости нержавеющей стали. А так же недостатком конструкции данного демпфера является технологическая сложность сварки титанового сплава.The disadvantages of the prototype include the fact that all removable shockproof dampers are made entirely of titanium alloy, which greatly increases the cost of construction, since the cost of a titanium alloy is two times higher than the cost of stainless steel. As well as the design drawback of this damper is the technological complexity of welding a titanium alloy.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание более экономичной, технологичной, с уменьшенной массой защитно-демпфирующей системы для транспортных контейнеров с сохранением прочностных свойств.The problem to which the invention is directed, is to create a more economical, technological, with a reduced mass of protective damping system for transport containers while maintaining strength properties.

Технический результат заключается в уменьшении стоимости материала для каркаса и демпфирующих элементов, упрощении режима сварки, использование материала с уменьшенным удельным весом для демпфирующих элементов, использование расчетного количества и конструкции демпфирующих элементов и их ориентация в объеме демпфера.The technical result consists in reducing the cost of material for the frame and damping elements, simplifying the welding mode, using material with a reduced specific gravity for damping elements, using the estimated number and design of damping elements and their orientation in the volume of the damper.

Для снижения веса любой конструкции одним из приемов является применение материала с меньшим удельным весом. Однако это может привести к уменьшению прочностных характеристик и увеличению габаритов конструкции. Что бы этого избежать требуется разработать многослойную ячеистую конструкцию.To reduce the weight of any design, one of the methods is to use a material with a lower specific gravity. However, this can lead to a decrease in strength characteristics and an increase in the dimensions of the structure. To avoid this, it is required to develop a multilayer cellular structure.

Технический результат достигается тем, что защитно-демпфирующая система транспортного упаковочного контейнера для транспортирования отработавшего ядерного топлива состоящая из набора колец, соединенных между собой концентричными цилиндрами, дисками, согласно изобретению система снабжена металлическим кожухом. Внутри торцевой части кожуха плотно расположены несколько слоев демпфирующих элементов, разделенных между собой дисками. Внутри цилиндрической части кожуха плотно расположены несколько слоев демпфирующих элементов, разделенных между собой цилиндрами. Внутри конической части кожуха плотно расположены несколько слоев демпфирующих элементов, разделенных между собой коническими обечайками. Каждый демпфирующий элемент составлен из двух труб, вставленных друг в друга. При этом наружная труба изготовлена из стали, а внутренняя труба изготовлена из углепластика.The technical result is achieved by the fact that the protective-damping system of the transport packaging container for transporting spent nuclear fuel consisting of a set of rings interconnected by concentric cylinders, disks, according to the invention, the system is equipped with a metal casing. Inside the end part of the casing are several layers of damping elements densely separated by disks. Inside the cylindrical part of the casing are several layers of damping elements densely separated by cylinders. Inside the conical part of the casing several layers of damping elements are densely located, separated by conical shells. Each damping element is composed of two pipes inserted into each other. In this case, the outer pipe is made of steel, and the inner pipe is made of carbon fiber.

Совокупность существенных признаков обеспечивает получение технического результата - в уменьшение стоимости материала для каркаса и демпфирующих элементов, упрощение режима сварки, выбор материала с уменьшенным удельным весом для демпфирующих элементов, использование расчетного количества и конструкции демпфирующих элементов и их ориентация в объеме демпфера. Это позволяет решить задачу создания более экономичной, технологичной, с уменьшенной массой защитно-демпфирующей системы для транспортных контейнеров с сохранением прочностных свойств.The set of essential features provides a technical result - to reduce the cost of material for the frame and damping elements, simplify the welding mode, select a material with a reduced specific gravity for damping elements, use the estimated number and design of damping elements and their orientation in the volume of the damper. This allows us to solve the problem of creating a more economical, technological, with a reduced mass of protective-damping system for transport containers with preserving the strength properties.

Достигаемый результат обеспечивается не только наличием известных отличительных признаков, но и зависит от взаимодействия их с другими существенными признаками заявляемого устройства. Это позволяет устройству расширить свои функциональные возможности и обеспечить решение задачи уменьшения массы ЗДС, его стоимости, с сохранением прочностных характеристик.The achieved result is ensured not only by the presence of known distinctive features, but also depends on their interaction with other essential features of the claimed device. This allows the device to expand its functionality and provide a solution to the problem of reducing the mass of the ZDS, its cost, while maintaining the strength characteristics.

Расширенная функция, обеспечиваемая известными отличительными признаками, и получение неожиданного результата от использования этих признаков в совокупности с другими признаками, свидетельствует о соответствии предлагаемого технического решения критерию «изобретательский уровень».The expanded function provided by the well-known distinguishing features, and obtaining an unexpected result from the use of these features in conjunction with other features, indicates that the proposed technical solution meets the criterion of "inventive step".

Краткое описание фигур чертежаBrief Description of the Drawings

На фиг. 1 показан внешний вид ЗДС.In FIG. 1 shows the appearance of the ZDS.

На фиг. 2 показан фронтальный разрез ЗДС.In FIG. 2 shows a frontal section of an ZDS.

На фиг. 3 показан вид сверху без кожуха на торцевую часть ЗДС.In FIG. 3 shows a top view without a casing on the end part of the ZDS.

На фиг. 4 показан вид снизу без кольца на ЗДС.In FIG. 4 shows a bottom view without a ring on the ZDS.

На фиг. 5 показан демпфирующий элемент (ДЭ).In FIG. 5 shows a damping element (DE).

На фиг. 6 показана силовая характеристика ДЭ.In FIG. 6 shows the power characteristic of DE.

На фиг. 7 показана силовая характеристика ДЭ в относительном виде.In FIG. 7 shows the power characteristic of DE in relative form.

Варианты осуществления изобретенияEmbodiments of the invention

Защитно-демпфирующую систему закрепляют на ТУК для транспортирования отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) всеми видами транспорта, в том числе воздушным транспортом.The protective-damping system is fixed to the TUK for transportation of spent nuclear fuel (SNF) by all means of transport, including air transport.

Как показано на фиг. 1, ЗДС имеет внутреннюю цилиндрическую обечайку 1, на которой закреплены торцевая часть 2, цилиндрическая часть 3 и коническая часть 4, покрытые сверху стальным кожухом 5.As shown in FIG. 1, the ZDS has an inner cylindrical shell 1, on which the end part 2, the cylindrical part 3 and the conical part 4 are coated, coated on top with a steel casing 5.

Как показано на фиг. 2, торцевая часть 2 ЗДС состоит из семи дисков 6. Внутри торцевой части 2 кожуха 5 в семи слоях 7 плотно и вертикально расположены ДЭ 8, оси симметрии которых параллельны продольной оси ЗДС. Каждый слой 7 отделен от соседнего слоя диском 6. Расположение ДЭ 8 в одном слое 7 показано на фиг. 3.As shown in FIG. 2, the end part 2 of the ZDS consists of seven disks 6. Inside the end part 2 of the casing 5 in seven layers 7, DE 8 are densely and vertically located, the axis of symmetry of which are parallel to the longitudinal axis of the ZDS. Each layer 7 is separated from the adjacent layer by a disk 6. The arrangement of DE 8 in one layer 7 is shown in FIG. 3.

Как показано на фиг. 2, цилиндрическая часть 3 ЗДС состоит из двух колец 9, неразъемно соединенных между собой шестью концентричными цилиндрами 10. Внутри цилиндрической части 3 кожуха 5 в семи слоях 11 плотно и радиально расположены ДЭ 12. Каждый слой 11 отделен от соседнего слоя цилиндром 10. Расположение ДЭ 12 в цилиндрической части 3 показано на фиг. 4.As shown in FIG. 2, the cylindrical part 3 of the ZDS consists of two rings 9, one-piece connected by six concentric cylinders 10. Inside the cylindrical part 3 of the casing 5, DE 12 are densely and radially arranged in each layer 11. Each layer 11 is separated from the adjacent layer by a cylinder 10. Location of DE 12 in the cylindrical portion 3 is shown in FIG. 4.

Как показано на фиг. 2, коническая часть 4 ЗДС состоит из четырех конических обечаек 13. Внутри конической части 4 кожуха 5 в пяти слоях 14 плотно и под углом 45° к оси ЗДС закреплены ДЭ 15. Каждый слой 14 отделен от соседнего слоя конической обечайкой 13.As shown in FIG. 2, the conical part 4 of the ZDS consists of four conical shells 13. Inside the conical part 4 of the casing 5 in five layers 14, DE 15 is fixed tightly and at an angle of 45 ° to the axis of the ZDS. Each layer 14 is separated from the adjacent layer by the conical shell 13.

В конструкции ЗДС цилиндрическая обечайка 1, кольца 9, цилиндры 10, диски 6, конические обечайки 13 и стальной кожух 5 (фиг. 2) сварены в единый многослойный каркас, в котором уложены и закреплены слои ДЭ 8, 12, 15. ДЭ внутри каркаса ЗДС ориентированы таким образом, чтобы их торцевая часть была направлена в сторону предполагаемого удара, и они работали на продольное сжатие. Это позволяет повысить прочностные свойства ЗДС.In the design of the ZDS, a cylindrical shell 1, rings 9, cylinders 10, disks 6, conical shells 13 and a steel casing 5 (Fig. 2) are welded into a single multilayer frame, in which layers of DE 8, 12, 15. are laid and secured DE inside the frame ZDS are oriented in such a way that their end part was directed towards the expected impact, and they worked for longitudinal compression. This allows you to increase the strength properties of the ZDS.

По сравнению с прототипом, где вся конструкция сварена из титанового сплава, в предлагаемом решении каркас ЗДС выполнен из сваренных между собой стальных элементов. Это позволяет получить технический результат - уменьшение стоимости материала для каркаса и ДЭ, упрощение режима сварки. Многослойная ячеистая конструкция, образующая каркас конструкции ЗДС, выполнена целиком из стали, как наиболее свариваемого материала, что обеспечивает ее технологичность. Это дает решение задачи - создание более экономичной, технологичной защитно-демпфирующей системы.Compared with the prototype, where the entire structure is welded from a titanium alloy, in the proposed solution, the ZDS frame is made of steel elements welded together. This allows you to get a technical result - reducing the cost of material for the frame and DE, simplifying the welding mode. The multilayer cellular structure forming the frame of the ZDS structure is made entirely of steel, as the most weldable material, which ensures its manufacturability. This gives a solution to the problem - the creation of a more economical, technologically advanced protective and damping system.

Как показано на фиг. 5, каждый ДЭ 8, 12, 15 составлен из двух труб 16 и 17 с разными диаметрами. ДЭ 8, 12, 15 выполнены с использованием труб, как более жестких по сравнению с другими профильными элементами (соты, уголки и др.). Труба с меньшим диаметром 16 вставлена в трубу с большим диаметром 17. Труба 16 выполнена из углепластика. Труба 17 выполнена из стали.As shown in FIG. 5, each DE 8, 12, 15 is composed of two pipes 16 and 17 with different diameters. DE 8, 12, 15 are made using pipes, as more rigid in comparison with other profile elements (honeycombs, corners, etc.). A pipe with a smaller diameter 16 is inserted into the pipe with a large diameter 17. The pipe 16 is made of carbon fiber. The pipe 17 is made of steel.

Применение углепластика в конструкции ДЭ обосновано, в первую очередь, тем, что он обладает высокими прочностными показателями: его механические характеристики выше, чем у стали. В то же время углепластик является легким: его плотность в 5 раз меньше, чем у стали. Недостатком углепластика является хрупкость. Поэтому для изготовления ДЭ используют наружную трубу 17 из стали, которая в момент столкновения при разрушении трубы 16 из углепластика сможет удержать ее в рамках конструкции, благодаря чему разрушенные части трубы 16 из углепластика будут продолжать амортизировать нагрузку.The use of carbon fiber in the construction of DE is justified, first of all, by the fact that it has high strength characteristics: its mechanical characteristics are higher than that of steel. At the same time, carbon fiber is lightweight: its density is 5 times less than that of steel. The disadvantage of carbon fiber is fragility. Therefore, for the manufacture of DE, an outer pipe 17 of steel is used, which at the moment of collision during the destruction of the carbon fiber pipe 16 can hold it within the framework of the structure, due to which the destroyed parts of the carbon fiber pipe 16 will continue to absorb the load.

Это позволяет получить технический результат - выбор материала с уменьшенным удельным весом для демпфирующих элементов. Это дает решение задачи - создание ЗДС с уменьшенной массой. Применение углепластика в составе ДЭ уменьшает массу ЗДС с сохранением прочностных характеристик.This allows you to get a technical result - the choice of material with a reduced specific gravity for damping elements. This gives a solution to the problem - the creation of ZDS with reduced mass. The use of carbon fiber in the composition of DE reduces the weight of the ZDS while maintaining the strength characteristics.

Геометрические параметры ДЭ 8, 12, 15 выбирают из условия потери устойчивости ДЭ при сжатии за пределами упругости, согласно теории устойчивости оболочек средней длины.The geometric parameters of DE 8, 12, 15 are selected from the condition of loss of stability of DE under compression outside elasticity, according to the theory of stability of shells of medium length.

Количество слоев 7,11, 14 демпфирующих элементов 8, 12, 15 и толщины стенок и радиусы труб 16, 17 рассчитывают из условия снижения действующих интенсивных механических нагрузок на ОЯТ до безопасных уровней для ТУК типа «С». Согласно требованиям Правил безопасности при транспортировании радиоактивных материалов НП-053-16, предъявляемым к ТУК для перевозки ОЯТ воздушным транспортом, ТУК должен выдерживать соударение с преградой с сохранением герметичности на скорости V=90 м/с.The number of layers 7,11, 14 of the damping elements 8, 12, 15 and the wall thicknesses and radii of the pipes 16, 17 are calculated from the condition of reducing the existing intensive mechanical loads on SNF to safe levels for TU type “C”. According to the requirements of the Safety Rules for the transportation of radioactive materials NP-053-16, presented to the TUK for transportation of spent nuclear fuel by air, the TUK must withstand impact with obstruction while maintaining tightness at a speed of V = 90 m / s.

По результатам эмпирических исследований была получена кривая Р(Δ), представленная на фиг. 6. График показывает, что силовая характеристика ДЭ близка к характеристике идеального демпфера, то есть обеспечивает максимальное снижение перегрузки при минимальном смещении. Изменение наклона кривой Р(Δ), соответствующее достижению предельной силы Р_ДЭ, определяют преимущественно потерей устойчивости за пределами упругого поведения материала трубы из углепластика.Based on the results of empirical studies, the curve P (Δ) shown in FIG. 6. The graph shows that the power characteristic of the DE is close to the characteristic of an ideal damper, that is, it provides the maximum reduction in overload with a minimum displacement. The change in the slope of the curve P (Δ), corresponding to the achievement of the ultimate force P _DE , is determined mainly by the loss of stability outside the elastic behavior of the carbon fiber pipe material.

Работа (А_ДЭ) по деформированию одного ДЭ определяют как интеграл его силовой характеристики (фиг. 6), которую вычисляют как площадь под кривой Р(Δ), где Р - сила, действующая на ДЭ, Δ - изменение высоты ДЭ при воздействии силы Р (продольное смещение ДЭ).The work (A _DE ) on the deformation of one DE is defined as the integral of its power characteristic (Fig. 6), which is calculated as the area under the curve P (Δ), where P is the force acting on the DE, Δ is the change in the height of the DE when exposed to the force P (longitudinal displacement DE).

Кривая Р(Δ), представленная на фиг. 6, получена эмпирическим путем для ДЭ с параметрами:The curve P (Δ) shown in FIG. 6, obtained empirically for DE with parameters:

Н=100 мм (высота ДЭ);N = 100 mm (DE height);

h=2 мм (толщина трубы из стали);h = 2 mm (steel pipe thickness);

R_ср=49 мм (радиус срединной поверхности трубы из стали);R _cf = 49 mm (radius of the median surface of a steel pipe);

h=8 мм (толщина трубы из углепластика),h = 8 mm (carbon fiber pipe thickness),

R_ср=43 мм (радиус срединной поверхности трубы из углепластика).R _cf = 43 mm (radius of the median surface of a carbon fiber pipe).

Количество (z) ДЭ 8 в одном слое 7 определяют конструктивно исходя из условия плотного заполнения торцевой поверхности ТУК, соответствующей диску 6.The number (z) of DE 8 in one layer 7 is determined constructively based on the condition of tight filling of the end surface of the TUK corresponding to the disk 6.

Количество слоев (n) торцевой части 2 ЗДС определяют по формуле:The number of layers (n) of the end part 2 of the ZDS is determined by the formula:

где А_ЗДС - работа деформирования ЗДС;where A _ZDS - the work of deformation of the ZDS;

А_ДЭ - работа деформирования одного ДЭ.And _DE is the work of deforming one DE.

Величина А_ЗДС определяется из энергетического условия:The value of A _ZDS is determined from the energy condition:

А_ЗДС=ΔКA _ZDS = ΔK

где ΔК - часть кинетической энергии ТУК, которую требуется погасить.where ΔК is the part of the kinetic energy of the TUK that needs to be repaid.

Величина ΔК оценивается по формуле:The value of ΔK is estimated by the formula:

где m_ТУК - масса ТУК;where m _TUK - mass TUK;

V - скорость подлета ТУК к преграде, согласно требованиям Правил безопасности при транспортировании радиоактивных материалов НП-053-16, предъявляемым к ТУК для перевозки ОЯТ воздушным транспортом;V is the speed of approaching the TUK to the barrier, in accordance with the requirements of the Safety Rules for the transportation of radioactive materials NP-053-16, presented to the TUK for transportation of spent nuclear fuel by air;

V₀ - скорость подлета ТУК к преграде, при которой ее герметичность сохраняется, которая является характеристикой конкретного ТУК.V ₀ is the speed of approaching the TUK to the barrier at which its tightness is maintained, which is a characteristic of a specific TUK.

ДЭ 8, 12, 15 ориентированы внутри каркаса 5 ЗДС таким образом, чтобы они работали преимущественно на продольное сжатие. Это позволяет повысить прочностные свойства ЗДС.DE 8, 12, 15 are oriented inside the frame 5 of the ZDS in such a way that they work mainly for longitudinal compression. This allows you to increase the strength properties of the ZDS.

Аналогично рассчитывают параметры цилиндрической части 3 и конической части 4 ЗДС. В них возможно использование ДЭ с другими параметрами, которые можно определить по приведенным выше формулам и графику силовой характеристики ДЭ в относительном виде, представленном на фиг. 7.Similarly calculate the parameters of the cylindrical part 3 and the conical part 4 of the ZDS. They can use DE with other parameters that can be determined by the above formulas and a graph of the power characteristics of DE in the relative form shown in FIG. 7.

Для расчета силовой характеристики по демпфированию одного ДЭ с другими параметрами используют теорию устойчивости оболочек средней длины. Используя формулу P=2πR_cphσ_т получают график (фиг. 7) действующей силы по демпфированию одного ДЭ в относительном виде, где:To calculate the power characteristic by damping one DE with other parameters, the theory of stability of medium-length shells is used. Using the formula P = 2πR _cp hσ _t, we obtain a graph (Fig. 7) of the effective force by damping one DE in relative form, where:

Р - действующая сила;P is the acting force;

R_ср - радиус срединной поверхности трубы из углепластика;R _cf is the radius of the middle surface of the carbon fiber pipe;

h - толщина трубы из углепластика;h is the thickness of the carbon fiber pipe;

σ_т - предел текучести углепластика.σ _t - yield strength of carbon fiber.

Результаты приведены на фиг. 7.The results are shown in FIG. 7.

Изменение высоты ДЭ (Δ) по отношению к его исходной высоте (Н) - по оси абсцисс графика. По оси ординат - отношение действующей силы (Р) к произведению радиуса срединной поверхности трубы (R_cp), толщины трубы (h), и предела текучести используемого материала углепластика (σ_т).The change in the height of the DE (Δ) with respect to its initial height (N) is along the abscissa of the graph. The ordinate axis is the ratio of the acting force (P) to the product of the radius of the middle surface of the pipe (R _cp ), the thickness of the pipe (h), and the yield strength of the carbon fiber material used (σ _t ).

При проведении анализа уровня техники, включающего поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, и выявлении источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, не были обнаружены аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественной всем существенным признакам данного изобретения. Это подтверждает, что заявленное изобретение соответствует требованию «новизна».When conducting analysis of the prior art, including a search by patent and scientific and technical sources of information, and identifying sources containing information about analogues of the claimed invention, no analogues were found that are characterized by a combination of features that are identical to all the essential features of this invention. This confirms that the claimed invention meets the requirement of "novelty."

Промышленная применимостьIndustrial applicability

Данное изобретение может быть использовано для обеспечения безопасности при транспортировании контейнеров, в том числе, предназначенных для транспортирования ОЯТ атомных электростанций всеми видами транспорта, включая воздушный. Были проведены расчеты предложенной защитно-демпфирующей системы и экспериментальные исследования механических свойств углепластика при статическом и динамическом сжатии. Это доказывает его работоспособность и подтверждает промышленную применимость.This invention can be used to ensure safety during transportation of containers, including those intended for transportation of spent nuclear fuel from nuclear power plants by all means of transport, including air. The calculations of the proposed protective-damping system and experimental studies of the mechanical properties of carbon fiber under static and dynamic compression were carried out. This proves its performance and confirms industrial applicability.

Claims (2)

1. Защитно-демпфирующая система транспортного упаковочного контейнера для транспортирования отработавшего ядерного топлива, состоящая из набора колец, соединенных между собой концентричными цилиндрами, дисками, отличающаяся тем, что защитно-демпфирующая система снабжена металлическим кожухом, при этом внутри торцевой части кожуха плотно расположены несколько слоев демпфирующих элементов, разделенных между собой дисками, внутри цилиндрической части кожуха плотно расположены несколько слоев демпфирующих элементов, разделенных между собой цилиндрами, внутри конической части кожуха плотно расположены несколько слоев демпфирующих элементов, разделенных между собой коническими обечайками, каждый демпфирующий элемент составлен из двух труб, вставленных друг в друга, причем наружная труба изготовлена из стали, а внутренняя труба изготовлена из углепластика.1. The protective-damping system of the transport packaging container for transporting spent nuclear fuel, consisting of a set of rings interconnected by concentric cylinders, disks, characterized in that the protective-damping system is equipped with a metal casing, while several layers are densely located inside the end part of the casing several layers of damping elements separated by disks are densely located inside the cylindrical part of the casing, several layers of damping elements are separated by cylinders, several layers of damping elements are densely separated by conical shells inside each conical part, each damping element is made up of two pipes inserted each other, with the outer pipe made of steel, and the inner pipe made of carbon fiber. 2. Защитно-демпфирующая система по п. 1, отличающаяся тем, что количество слоев демпфирующих элементов и толщины стенок и радиусы труб рассчитаны из условия снижения действующих интенсивных механических нагрузок на ОЯТ до безопасных уровней для ТУК типа «С».2. The protective-damping system according to claim 1, characterized in that the number of layers of damping elements and wall thicknesses and pipe radii are calculated from the condition that the existing intensive mechanical loads on SNF are reduced to safe levels for TU type “C”.

Images