Pohon regulačního orgánu PRO-M – detail
Počátek samostatné historie společnosti ŠKODA JS a.s. (dále „ŠKODA JS“) spadá do poloviny minulého století, má tedy velkou výhodu v podobně dlouholetých zkušeností a kontinuálního vývoje a výroby v jaderné energetice. Po celou dobu své existence jsme aktivní nejen v oblasti výroby pro nově stavěné jaderné elektrárny, ale zajišťujeme zároveň i jejich servis, zabýváme se inženýringem a aktivně pracujeme také v oblasti skladování jaderného paliva či decommissioningu. Naší snahou je získávat nejen komplexní projekty na dodávky nových technologií a uzlů, myslíme i na provozovatele stávajících jaderných elektráren, kterým se snažíme nabízet další modernizace a vylepšení již využívaných zařízení. Snahou je přitom respektovat požadavky zvyšování bezpečnosti elektráren, potřeby provozovatelů ve smyslu zkracování časů odstávky, zvýšení kvality prováděných operací, snížení vlivu chyby lidského faktoru a v neposlední řadě i snížení kolektivních dávek pro obsluhující personál. Tento článek je tak cílen převáženě na přehled nejnovějších produktů naší společnosti z této kategorie.
Mezi úspěšné produkty naší společnosti se právem řadí zařízení určená na likvidaci vnitroreaktorových čidel pro měření rozložení neutronového toku i teploty v aktivní zóně reaktoru. Tato zařízení společnost vyvinula jak pro reaktory VVER-440, tak i pro VVER-1000 a VVER-1200. Všechna zařízení poskytují provozovatelům elektráren úsporu časů v průběhu odstávky bloku, moderní způsob dálkového ovládání s monitoringem činností pomocí radiačně odolných kamer a s výrazně sníženou radiační dávkou v blízkosti zařízení. Na reaktorech VVER-440 je koncepce likvidace čidel specifická s ohledem na jejich trvalé uložení do skladovací šachty suchých odpadů, která se nachází přímo v prostoru na reaktorovém sále. Použitá čidla jsou tak po jednotlivých kusech vytažena pomocí transportního modulu z horních vnitřních částí reaktoru, následně jsou přemístěna nad skladovací šachtu a po usazení transportního modulu na střihací modul jsou rozdělena na fragmenty, které volně zapadnou do prostoru šachty.
Pro reaktorová zařízení elektráren typu VVER-1000 a VVER-1200 je navrženo podobné zařízení na střihacím principu, které se skládá ze stínícího tělesa, jehož součástí je mechanismus na vtahování čidla a střihací hlava. Hlavní odlišnost tohoto zařízení spočívá ve způsobu ukládání stříhaných částí čidel přímo do pouzdra, které je uloženo uvnitř stínicího tělesa zařízení. Operátor nejprve zavede likvidované čidlo jeho neaktivním koncem do vtahovacího mechanismu, který ho navede do střihací hlavy, odkud čidla dělená na jednotlivé segmenty volně padají do ukládacího pouzdra. Velkou výhodou je, že do stejného vnitřního objemu pouzdra se vejde až 4x víc nastříhaných čidel, oproti počtu čidel navinutých do svitků u předchozí varianty navíjecího zařízení. Výrazně tak odpadá potřeba transportů a využívání polárního mostového jeřábu, který je z hlediska časů činností na kritické cestě odstávky elektrárny jedním z nejdůležitějších zařízení. Po naplnění kapacity pouzdra je zařízení přesunuto nad transportní kontejner, do kterého je pouzdro spuštěno a který jej následně transportuje do úložiště v budově aktivních pomocných provozů. Likvidace dalších čidel je možná po vložení prázdného pouzdra. Zařízení lze ovládat přenosným ovladačem, vnitřní prostor likvidace čidla je opět sledován pomocí kamer. Informace o stavu zařízení se zobrazují na displeji, umístěném na hlavním rozvaděči zařízení. Nové zařízení pracující na střihacím principu v porovnání s předchozím navíjecím zařízením dokáže díky optimalizaci manipulací zkrátit dobu likvidace 12 ks čidel až o 6,5 hodiny, radiační situace je díky modernímu provedení snížena o jeden řád i při 4násobně vyšší kapacitě čidel uložených v pouzdru. Zařízení je od roku 2014 v provozu na JE Temelín.
Mezi další úspěšné produkty firmy patří elektronicky řízené utahovací jednotky označované EZ, které značně snižují pracnost a náročnost utahování přírub horního bloku reaktoru.
Vlastní řešení těchto utahovacích jednotek je k dispozici jak pro elektrárny typu VVER-440, tak i VVER-1000 a VVER-1200. Utahování přírub s těsněním probíhá tak, aby se od první fáze působení předpětí na přírubový spoj průběžně kontrolovala rovnoměrnost zatížení a správné zformování těsnění. Standardním prvkem procesu je kontrola stavu závitových částí, která má prokázat funkčnost závitu i stav jeho přípravy ještě před zahájením procesu utahování. Správně utažený spoj je pak dokladován dosažením hodnoty utahovacího momentu v přísné toleranci na každé dotahované matici, současně se kontroluje i průběh finálního pohybu všech matic a v závislosti na požadavku projektu reaktorového zařízení lze kontrolovat i další důležité parametry. Mezi ně patří buď kontrola prodloužení svorníků pomocí středové měřicí tyčky s přesností v řádu setiny mm nebo kontrola polohy (náklonu) dotahované příruby, obě v reálném čase během utahování. Součástí utahovacích jednotek EZ může být i systém automatického načítání pozice obsluhované příruby pomocí 2D kódu, který vylučuje riziko lidské chyby v podobě vynechání některého ze spojů. Údaje o utažení spojů lze zpracovat automaticky do protokolu o utažení, v případě potřeby jsou ke kontrole i podrobné záznamy z průběhů každého utahování. Automatizovaný způsob kontroly a řízení procesu utahování každé příruby tak přináší výrazně vyšší kvalitu provedené činnosti, vylučuje namáhavou práci operátorů, výrazně zkracuje dobu utažení spojů, což má opět příznivý vliv na zkrácení délky odstávky a čerpání kolektivní dávky provozního personálu. Jednotky EZ se dodávají v transportně skladovacích boxech, které současně slouží i k jejich kalibraci s využitím dodávané kalibrační sady. Kalibraci tak lze provést ve skladovacích prostorech v době, kdy je elektrárna v běžném provozu. Celkem jsme dodali 11 kompletů utahovacích jednotek pro elektrárny VVER-440, další 4 komplety byly dodány na elektrárny VVER-1000 a jeden komplet pro stejný typ reaktoru se nyní finalizuje v našich dílnách.
Klíčovými a dlouhodobě stabilními produkty naší společnosti jsou pohony regulačních orgánů reaktorů různých typů, jejichž výroba je soustředěná do výrobního závodu v Plzni Bolevci. Máme vlastní řady výrobků od školních a výzkumných reaktorů až po ty energetické, které jsou samozřejmě hlavní. V oblasti jejich návrhu a vývoje máme dlouholeté zkušenosti a disponujeme také unikátním provozem na imitaci jejich provozních podmínek v reaktoru i potřebným zázemím pro jejich funkční i kvalifikační zkoušky. Pro reaktory typu VVER-440 nabízí ŠKODA JS modernizované řešení pohonů s označením PRO-M. Konstrukce těchto pohonů je navržena na principu zapouzdřeného elektromotoru spojeného s redukční převodovkou s výstupem na ozubenou pracovní tyč pohonu, která je spojena s regulační kazetou. Základní projektová životnost těchto pohonů byla ověřena kvalifikačními zkouškami na 25 let. Tato životnost je docílena vylepšením klíčových částí pohonu, především zvýšením odolnosti mechanických částí proti opotřebení, použitím izolačních systémů vodičů s vyšší třídou teplotní odolnosti a také díky speciálně navrženým konektorům zajišťujícím vysokou provozní těsnost. Důležitou součástí těchto pohonů s vlivem na životnost jsou i valivá ložiska, která musí spolehlivě pracovat v podmínkách vody primárního okruhu reaktoru. Vývoj ložisek proběhl v režii naší společnosti, provedeny byly i všechny nezbytné kvalifikační zkoušky realizované jak na zkušebních pracovištích v ÚJV Řež, tak i na naší zkušební smyčce pohonů. Díky tomuto kroku máme dnes spolehlivá ložiska s odpovídající kvalitou nejen pro námi vyráběné pohony PRO-M, ale nabízíme je i provozovaným elektrárnám jako náhradní díly.
Na reaktorech typu VVER-1000 se používají regulační pohony odlišné koncepce, jde o magneticky poháněné lineární krokové pohony. Základ jejich funkce spočívá ve střídavém ovládání proudu do příslušných elektromagnetů, které přes pohyblivou kotvu ovládají pohyb západek. Západky pak ve vazbě na ozubenou tyč spojenou s řídicí tyčí palivového souboru zajišťují přímočarý lineární pohyb, a tím lze regulovat výkon aktivní zóny reaktoru nastavením regulačních tyčí do potřebné polohy. Pohon je hlavní částí řídicího a zabezpečovacího systému reaktoru, kde plní roli výkonného ústrojí systému řízení a ochrany reaktoru. První komplet pohonů LKP-M první generace byl vyroben počátkem 90. let a od té doby probíhají jeho postupné modernizace. Díky nim se provedla řada dílčích vylepšení, která výrazně posouvají parametry i funkčnost řešení pohonu. Poslední generace pohonu s typovým označením LKPM/4 má zcela zásadním způsobem inovovanou funkci čidla ukazatele polohy, která je patentově chráněná. Čidlo nabízí řadu vylepšení pro provozovatele bloku, těmi hlavními jsou možnost indikace dolní bezpečnostní polohy řídicí tyče dvěma nezávislými způsoby a zachování funkčnosti čidla i v případě výskytu jednoduché poruchy v jeho vinutí. Životnost pohonu se podařilo prodloužit z původních 8 let až na aktuálních 40 let a výrazně se zvýšila i odolnost vůči mechanickému opotřebení. Od roku 1993 jsme dodali na řadu bloků elektráren typu VVER-1000 v ČR a Ukrajině téměř 1200 pohonů generací LKP-M/1 až LKP-M/3, nejnovější generace LKP-M/4 je připravena k nasazení jak pro výměny aktuálně provozovaných pohonů po dosažení jejich životnosti, tak do projektů výstavby nových bloků s reaktory VVER-1000 a VVER-1200.
Klíčovým segmentem vývoje a výroby ŠKODA JS je dlouhodobě také oblast skladování vyhořelého jaderného paliva. V současné době se zaměřujeme zejména na výrobu a dodávku kontejnerů ŠKODA 1000/19 a ŠKODA 440/84 vlastního designu pro JE Temelín a JE Dukovany. Více se o našem kontejnerovém programu, jeho historii i současnosti dočtete v samostatném článku v tomto čísle časopisu.
Aktuální novinkou z naší společnosti je patentem chráněné zařízení pro inspekci palivových souborů (SI-PS), vyvinuté ve spolupráci s ČEZ, a. s., které je projektováno plně v souladu s projektem VVER-1000 a slouží k provádění programu kontrol palivových souborů v rozsahu vizuální a geometrické inspekce, a to všech typů palivových souborů použitých na elektrárně Temelín. SI-PS je v případě projektu VVER-1000/V-320 provozováno v prostoru sekce pro havarijní vyvezení jaderného paliva ve skladovacím bazénu na reaktorovém sále. Výhodou této koncepce je možnost provádět inspekce palivových souborů při současném provozu zavážecího stroje v ostatních částech bazénu skladování bez dopadu do harmonogramu odstávky bloku. Zařízení je vybaveno i antikolizním systémem, který umožňuje zajetí zavážecího stroje do prostoru sekce pro havarijní vyvezení jaderného paliva a tím je zajištěna možnost průběžné výměny inspektovaných souborů. Celková kapacita kontrolovaných souborů tak není omezena kapacitou mříže havarijního vyvezení, ale pouze časem v rámci odstávky bloku vymezeným pro tyto inspekce. Zařízení SI-PS umožňuje provádět vizuální inspekci vnějších povrchů palivových souborů pomocí high-rad kamer a současně i jejich geometrickou inspekci v rozsahu kontroly zkrutu, průhybu a délky. Pro tento účel zařízení zajišťuje i potřebnou manipulaci s palivovým souborem určeným k inspekci v prostoru nad absorpční trubkou kompaktní mříže. Zařízení SI-PS disponuje také možností měření teplotního pole podél inspektovaného palivového souboru. Zařízení přispívá ke zvýšení bezpečnosti obsluhy a oproti předchozímu typu inspekčního stendu, který byl na elektrárně v provozu od jejího spuštění, nabízí mnoho výhod i z hlediska jeho obsluhy a ovládání. Mezi ty hlavní patří minimalizace radiačních dávek pro obslužný personál, eliminace vzniku lidské chyby, minimalizace nároků na transport a činnosti montáže a demontáže zařízení, a v neposlední řadě i zvýšení rychlosti, efektivity a kvantity inspekcí palivových souborů. Díky přesnosti použité bezkontaktní metody měření geometrie na bázi ultrazvuku je zajištěna také zvýšená přesnost získaných výsledků. Pomocí zařízení SI-PS je s uvedenými výhodami možné provádět inspekci palivových souborů na všech blocích VVER-1000/V-320, použité principy lze upravit a implementovat i na bloky jiného designu. Zařízení je v současné době dodáno na JE Temelín, kde bylo během pravidelné odstávky prvního bloku již otestováno sérií zkoušek s maketou palivových souborů a následně bylo prověřeno v rámci inspekcí prvních ozářených palivových souborů. Získané výsledky z provedených kontrol budou do budoucna poskytovat provozovateli jaderného bloku cenné informace o provozním stavu palivových souborů. V návrhu zařízení je současně uvažována možnost jeho budoucího modulárního rozšíření o další funkce, které by rozsah inspekcí mohli rozšířit i o kontroly stavu palivových proutků.
Ing. Miloslav Ruchař,
vedoucí Konstrukce ŠKODA JS a.s.
