kapselin siirto-ja asennusajoneuvon suunnitelmatyöraportti 2003-71 kapselin siirto-ja...
TRANSCRIPT
Työraportti 2003-71
Kapselin siirto- ja asennusajoneuvon suunnitelma
Lauri Pietikäinen
Toukokuu 2004
l_ -------------
Työraportti 2003-71
Kapselin siirto- ja asennusajoneuvon suunnitelma
POSIVA OY
FIN-27160 OLKILUOTO, FINLAND
Tel. +358-2-8372 31
Fax +358-2-8372 3709
Lauri Pietikäinen
Toukokuu 2004
ll:l c Fortum Nuclear Services 1 ENM 1 Lauri Pietikäinen
Jakelu:
Korvaa
Avainsanat
20.3.2004
Tarkastaja, pvm
Hyväksyjä, pvm
KAPSELIN SllRTO- JA ASENNUSAJONEUVON SUUNNITELMA
TIIVISTELMÄ
NUCL-2378
Tässä raportissa kuvataan polttoainekapselin siirto- ja asennusajoneuvon suunnitelma.
1 (1)
Raportissa esitetään laitteen suunnitteluperusteet, tarkastelut vaihtoehtoisista rakenneratkaisuista sekä tämän päivän tekniikkaan perustuva melko yksityiskohtainen periaatesuunnitelma myöhempää jatkokehittelyä ja detaljisuunnittelua varten.
Raportissa esitetään myös, miten oletetuista vikaantumistilanteista selviydytään. Lopussa esitetään kokemusperäinen karkea kustannusarvio ajoneuvosta nykyhintatasossa.
Fortum Nuclear Services Oy Ly 1655971-4 krnro 808.606 Kotipaikka Espoo
Työraportti 2003-71
Kapselin siirto- ja asennusajoneuvon suunnitelma
Lauri Pietikäinen
Fortum Nuclear Services
Toukokuu 2004
Pesivan työraporteissa käsitellään käynnissä olevaa
tai keskeneräistä työtä. Esitetyt tulokset ovat alustavia.
Raportissa esitetyt johtopäätökset ja näkökannat
ovat kirjoittajien omia, eivätkä välttämättä
vastaa Posiva Oy:n kantaa.
KAPSELIN SIIRTO- JA ASENNUSAJONEUVON SUUNNITELMA
TIIVISTEL MÄ
Tässä raportissa kuvataan polttoainekapselin siirto- ja asennusajoneuvon suunnitelma.
Raportissa esitetään laitteen suunnitteluperusteet, tarkastelut vaihtoehtoisista rakenneratkaisuista sekä tämän päivän tekniikkaan perustuva melko yksityiskohtainen periaatesuunnitelma myöhempää jatkokehittelyä ja detaljisuunnittelua varten.
Raportissa esitetään myös, miten oletetuista vikaantumistilanteista selviydytään. Lopussa esitetään kokemusperäinen karkea kustannusarvio ajoneuvosta nykyhintatasossa.
Avainsanat: Käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoitus, loppusijoitustila ja loppusijoituskapseli.
TRANSFER AND INSTALLATION VEHICLE FOR A SPENT FUEL CANISTER
ABSTRACT
This report describes the design of transfer and installation vehicle for a spent fuel canister.
The report describes the design basis for the equipment including review of possible altemative constructions as well as a quite detailed basic design based on today' s technology for further development and detail design.
The report also describes how to cope with design basic failures. A rough cost estimate is shown at the end the report. The cost estimate is based on practical experiences of similar machines. The cost level is corresponding today' s price level.
Keywords: spent nuclear fuel disposal, final repository, and final disposal canister.
SISÄLLYSLUETTELO
TIIVISTELMÄ ABSTRACT
1
SISÄLLYSLUETTELO ................................................................................................... 1
1 JOHDANTO ......................................................................................................... 2
2 SUUNNITTELUPERUSTEET ............................................................................... 4 2.1 Turvallisuusluokitus ja viranomaisvaatimukset ............................................ 4 2.2 Siirto- ja asennusajoneuvon tehtävä ........................................................... 4 2.3 Yleiset tekniset tiedot .................................................................................. 4
2.3.1 Polttoainekapselin mitat ................................................................... 4 2.3.2 Siirto- ja asennusajoneuvon ajoreitti ................................................ 4 2.3.3 Siirto- ja asennusajoneuvon yleiset suunnitteluvaatimukset ............. 5
3 VAIHTOEHTOISET RAKENNERATKAISUT ........................................................ 6 3.1 Yleistä ......................................................................................................... 6 3.2 Alustan rakenne .......................................................................................... 6 3.3 Käyttöenergia .............................................................................................. 6 3.4 Voimansiirtojärjestelmä ............................................................................... 7 3.5 Suojasylinteri. .............................................................................................. 7 3.6 Suojasylinterin ulkopään säteilysuoja .......................................................... 8 3.7 Kapselin nostokoneisto ja tarrain ................................................................. 8 3.8 Suojasylinterin kääntö ja pitkittäissiirto ........................................................ 9
4 EHDOTUS RAKENTEESTAJATKOKEHITTELYÄ VARTEN ............................. 1 0 4.1 Ajoneuvon yleisrakenne ............................................................................ 1 0 4.2 Ajoneuvon alusta ....................................................................................... 10 4.3 Käyttöenergia ja voimalaite ....................................................................... 11 4.4 Voimansiirto .............................................................................................. 12 4.5 Suojasylinterin rakenne ............................................................................. 12 4.6 Suojasylinterin ulkopään säteilysuojan rakenne ........................................ 13 4. 7 Kapselin nostokoneiston rakenne .............................................................. 13 4.8 Automaatio ja kauko-ohjausjärjestelmä ..................................................... 15
5 TOIMINNAN KUVAUS ....................................................................................... 16 5.1 Kapselin nosto suojasylinterin sisälle ja kääntö kuljetusasentoon .............. 16 5.2 Kuljetus loppusijoitusreiän kohdalle ........................................................... 16 5.3 Kapselin lasku loppusijoitusreikään ........................................................... 16
6 VIKAANTUMIS- JA ONNETTOMUUSTILANTEET ............................................. 17 6.1 Vikaantumistilanteet .................................................................................. 17 6.2 Onnettomuustilanteet ................................................................................ 17
6.2.1 Tulipalot ......................................................................................... 17 6.2.2 Loppusijoituskapselin putoaminen ................................................. 17
7 KUSTANNUSARVI0 .......................................................................................... 19
8 VIITTEET ........................................................................................................... 20
9 LIITEKUVAT ...................................................................................................... 21
2
1 JOHDANTO
Polttoainekapseli siirretään kapselihissillä kapselointilaitoksesta loppusijoitustilaan. Loppusijoitustilassa käytettävän siirto- ja asennusajoneuvon lähtökohtana on ollut Afore Oy:ssä SISU RH-KK-TTT-10x4 alustalle suunniteltu ajoneuvo (Henttonen ja Suikki 1997), jossa polttoainekapselin säteilysuojaa liikutellaan ajoneuvoon kiinteästi kytketyn apurungon varassa.
Kapselointilaitoksen ja loppusijoitustilan suunnittelun yhteydessä on tullut esiin uusia näkökohtia, joiden pohjalta vanhaa siirto- ja asennusajoneuvon suunnitelmaa on ollut syytä tarkastella kriittisesti paremman siirto- ja asennusajoneuvovaihtoehdon löytämiseksi.
Suunnitelma perustuu dieselkäyttöiseen tela-alustaiseen hydraulisella voimansiirrolla varustettuun ajoneuvoon, jonka kokonaispituus on noin 7,2 m.
Ajoneuvo kääntyy käytännössä paikallaan, joten keskustunnelin ja loppusijoitustunneleiden risteyskohtia ei ole tarpeen laajentaa ajoneuvon suuren kääntösäteen takia.
Ajoneuvon palokuorma on oleellisesti pienempi kuin aiemmin suunnitellussa ajoneuvossa, joka oli kumipyörillä varustettu.
Ajoneuvon kaikki voimaa vaativat toiminnot perustuvat hydrauliikkaan. Tela-alustan kantopyörien tuenta on hydropneumaattinen raskaiden panssarivaunujen tapaan. Kapselin säteilysuojasylinteri käännetään ja siirretään pitkittäin hydraulisylintereillä. Kapseli nostetaan ja lasketaan hydraulisilla köysivinsseillä.
Kapselin säteilysuojana on 150 mm paksuinen pallografiittivaluraudasta valmistettu sylinteri. Sylinteri vuorataan sisäpuolelta 50 mm paksuisella polyeteenikerroksella.
Suojasylinteri on vaaka-asennossa, kun polttoainekapselia siirretään loppusijoitustilassa. Suojasylinteri käännetään pystyasentoon, kun polttoainekapseli lastataan säteilysuojan sisään ja kun polttoainekapseli lasketaan loppusij oitusreikään.
Ajoneuvon runkoon tuettu säteilysuoja vaimentaa suojasylinterin avoimesta päästä tulevan polttoainekapselin säteilyn, kun polttoainekapselia siirretään loppusijoitustilassa. Kun polttoainekapseli lasketaan loppusijoitusreikään, niin suojasylinteri käännetään pystyasentoon. Suojasylinterin päädyn säteilysuoja seuraa sylinteriä käännettäessä sylinterin mukana loppusijoitustunnelin lattiapintaan asti ja jää paikalleen, kunnes suojasylinteri on pystyasennossa. Polttoainekapseli lasketaan loppusijoitusreikään.
Polttoainekapseli voidaan mahdollisesti kuljettaa kapselointilaitokselta loppusijoitustilaan ajotunnelia myöten ilman mitään kiinteitä kisko- tai johdinrakenteita ja mahdollisesti myös asentaa loppusijoitusreikään samalla ajoneuvolla hallitusti ja turvallisesti. Hydraulinen voimansiirto tekee mahdolliseksi portaatloman voimansiirron ja tehokkaan jarrutuksen ajotunnelia alas ajettaessa ilman jarrujen kulumista. Jarrutusenergia siirretään ilmaan hydrauliikkaöljyn lauhduttimen ja/tai moottorijarrutuksen avulla. Hitaasti
3
kulkevan ajoneuvon liike-energia on ajoneuvon suuresta massasta huolimatta vähäinen, joten sen pysäyttämiseen ja paikallaan pitämiseen tarvittavan seisontajarrun tehon ei tarvitse olla kovin suuri. Tässä raportissa ei kuitenkaan käsitellä tarkemmin kapselin kuljettamista ajotunnelissa.
Kapselin siirto- ja asennusajoneuvo on esitetty sivulta katsottuna kuvassa 1.
noo
Kuva 1. Kapselin siirto- ja asennusajoneuvo sivulta.
4
2 SUUNNITTELUPERUSTEET
2.1 Turvallisuusluokitus ja viranomaisvaatimukset
Kapselin siirto- ja asennusajoneuvo kuuluu alustavasti turvallisuusluokkaan 3.
2.2 Siirto- ja asennusajoneuvon tehtävä
Polttoainekapselin siirto- ja asennusajoneuvon tehtävänä on kuormata polttoainekapseli kapselihissin ala-asemassa siirto- ja asennusajoneuvon säteilysuojan sisään ja siirtää polttoainekapseli loppusijoitustunneliin ja laskea polttoainekapseli loppusijoitusreikään.
Ajoneuvon toissijainen tehtävä on kyetä kuljettamaan polttoainekapseli ajotunnelia pitkin loppusijoitustilaan. Ajotunnelia pitkin kuljetettaessa polttoainekapselin suojasylinterin tulee kestää samansuuruiset palokuormitukset, jotka ovat B(U)-tyyppisen käytetyn ydinpolttoaineen kuljetussäiliön suunnittelupemsteena, mekaanisesti sen tulee kestää mahdolliset törmäyskuormat siten, että suoja säilyttää säteilysuojaominaisuutensa, mutta kaasutiiveyttä ei säteilysuojasylinterillä alun perinkään ole.
2.3 Yleiset tekniset tiedot
2.3.1 Polttoainekapselin mitat
Polttoainekapselin mitta- ja painotiedot on esitetty taulukossa 1.
Taulukko 1. Polttoainekapselin mitta- ja painotiedot.
OL 1-2 Lo 1-2 BWR VVER
Kapselin halkaisija 1050 1050 mm Kapselin korkeus 4800 3600 mm Kapselin paino 24,5 18,7 tonnia
2.3.2 Siirto- ja asennusajoneuvon ajoreitti
Kulkuteiden pinta on hierrettyä betonia. Kulkuväylät ja lattiat mitoitetaan 20 t/m2 kuormalle. Ajorampin kaltevuus on 1:10. Tunnelien leveys- ja korkeusmitat mitat on esitetty taulukossa 2 (Kirkkomäki 2003).
Taulukko 2. Tunneteitten mitat.
1. Keskustunneli 2. Loppusijoitustunneli 3. Ajotunneli
6,0 x 6,0 m 3,5 x 4,4 m 5,5 x 6,5 m
5
2.3.3 Siirto- ja asennusajoneuvon yleiset suunnitteluvaatimukset
Siirto- ja asennusajoneuvon yleiset suunnitteluvaatimukset ovat seuraavat:
1. Ajoneuvon suunnitteluikä on 30 vuotta.
2. Ajoneuvon rakenteellinen maksiminopeus tasaisella kuorman kanssa on 10 km/h. Ajoneuvon on pysyttävä tyhjänä samaan nopeuteen 10 % vastamäessä. Täydellä kuormalla alas ajettaessa nopeus ei saa nousta yli rakenteellisen maksiminopeuden. Poikkeustilanteessa ajoneuvon on kyettävä myös nousemaan täyden kuorman kanssa 10% nousua, mutta tällöin ajonopeus voi olla huomattavasti pienempi.
3. Ajoneuvon ydinturvallisuudelle tärkeitten laitteiden ja toimintojen on täytettävä yksittäisvikakriteeri. Ajoneuvon liike ja kapselin käsittely on voitava pysäyttää kaikissa tilanteissa turvallisesti kunnes voidaan tukeutua varajärjestelmiin tai suunniteltuihin varotoimenpiteisiin.
4. Ajoneuvon tulee pystyä liikkumaan tasaisesti ajotunnelissa, keskustunnelissa ja loppusijoitustunneleissa ilman että ajoneuvo rikkoo tai merkittävästi kuluttaa loppusijoitustilan rakenteita. Suuret pintapaineet on tasoitettava.
5. Ajoneuvoa ajetaan manuaalisesti kuten normaalia raskasta työkonetta. Varaudutaan kuitenkin siihen, että kaikki liikkeet ja aktiiviset toiminnot hoidetaan kauko-ohjauksena. Ajoneuvo varustetaan paikannusjärjestelmällä, jolla se asemoidaan riittävällä tarkkuudella kapselihissin ala-aseman lastauskohtaan ja loppusijoitusreiän kohdalle.
6. Ajoneuvo varustetaan anturoinnilla ja TV-järjestelmällä, joiden avulla kaikki toiminnot voidaan hoitaa ajoneuvon ohjaamosta käsin sekä tarvittaessa myös muualla olevasta ohjauspaikasta käsin.
7. Ajoneuvon palokuorman tulee olla mahdollisimman pieni. Polttoaineen, hydrauliikkaöljyjen ja voiteluaineiden määrä minimoidaan. Palamattomia ja huonosti syttyviä materiaaleja ja hydrauliikkaöljyjä käytetään, jos se on teknisesti mahdollista ja tai muuten turvallista.
8. Ajoneuvon polttoainesäiliö, öljysäiliöt ja putkistot suojataan ulkoiselta palalta. Ajoneuvon moottoritila suojataan automaattisella sammutusj ärj estelmällä.
9. Polttoaineen, voiteluaineiden ja hydrauliikkaöljyjen vuodot minimoidaan putkistojenja venttiilien avulla. Vuodot kerätään talteen, jos mahdollista.
10. Säteilyannosnopeus suojasylinterin pinnalla on enintään 2 mSvlh, kun säteilyannosnopeus kapselin pinnalla ja päädyissä on 250 mSv/h.
11. Huollon ja varaosien tarve minimoidaan.
6
3 VAIHTOEHTOISET RAKENNERATKAISUT
3.1 Yleistä
Seuraavassa tarkastellaan vaihtoehtoisia ratkaisuja, jotka koskevat ajoneuvon alustan rakennetta, käyttöenergiaa, voimansiirtojärjestelmää, säteilysuojasylinterin rakennetta, säteilysuojan päädyn rakennetta, kapselin nostokoneistoa ja tarrainta, suojasylinterin liikuttelua sekä automaatio- ja ohjausjärjestelmiä.
3.2 Alustan rakenne
60 tonnin hyötykuormaa kantavan ajoneuvon vaihtoehtoiset alustatyypit ovat: • kiskoajoneuvo • pyöräajoneuvo • tela-alustainen ajoneuvo
Keskustunnelin ja loppusijoitustunneleiden risteyskohdat tuottavat ongelmia, kiskot on vedettävä joka tunneliin.
Pyörillä kulkeva ajoneuvo voi tulla kysymykseen. Raskaan kuorman takia ajoneuvon on oltava moniakselinen, jolloin siitä tulee kooltaan suuri. Kumipyörien palokuorma on suuri ja moniakselisen ajoneuvon kääntyvyys on huono.
Tela-alustan kantavuus on rakenteen ulkomittoihin nähden suuri. Tela-alustalla on hyvät kulkuominaisuudet epätasaisilla, pehmeillä ja myös kovilla alustoilla, kun tukipyörät ovat jousitetut.
3.3 Käyttöenergia
Noin 60 tonnin painoinen ajoneuvo, joka nousee 10 % mäkeä ylös, voi ottaa käyttöenergiansa joko polttomoottorista tai vaihtosähköverkosta laahausjohtimien kautta.
Luontainen valinta raskaan työkoneen polttomoottoriksi on turboahdettu dieselmoottori sen luotettavuuden ja taloudellisuuden takia. Tyhjänä 35 t painoisen ajoneuvon nettotehontarve 10 % mäkeä ylös aj ettaessa on noin 100 k W. Voimansiirtojärjestelmän häviöt huomioiden huipputehon tarve on noin 150 kW. Esimerkiksi Sisu Dieselin turboahdettu teollisuusmoottori 66 ETA antaa tämän tehon pyörimisnopeudella 2200 1/min. Tämän moottorin polttoaineen minimikulutus on 198 glkWh, joten 5 km matkalla ylämäessä tyhjänä ajettaessa polttoaineen kulutus on 18 litraa. Tasaisella ja alamäessä kulutus on paljon pienempi.
Laahausjohtimista virtansa ottavana vaihtosähköllä kulkevalla laitteella on se etu, että palavaa polttoainetta ei tarvita. Myös voiteluöljymäärät ovat vähäiset. Tällainen laite voi kulkea niin kiskoilla kuin teloillakin. Jälkimmäisessä tapauksessa virroittimet olisi sijoitettava ajoneuvon päälle kuten johdinautossa. Jarrutustehoa voidaan periaatteessa syöttää takaisin verkkoon, jolloin ajokoneisto ei tarvitse kovin tehokasta jäähdytystä.
7
3.4 Voimansiirtojärjestelmä
Voimansiirtojärjestelmän valinta on riippuvainen valittavasta käyttöenergian lähteestä. Jos käyttöenergia otetaan dieselmoottorista, perusvaihtoehtoina ovatjoko moniportainen mekaaninen vaihteisto kytkimineen tai hydraulinen voimansiirto. Jos tarvittava käyttöenergia otetaan vaihtosähkönä laahausjohtimista, on mekaaninen voimansiirto luontainen valinta.
Ajoneuvon ohjaustapa vaikuttaa myös voimansiirtojärjestelmän valintaan. Kiskoilla kulkeva ajoneuvo ei tarvitse ohjausta eikä tasauspyörästöä kääntymiseen. Voimansiirto voi olla niin mekaaninen kuin hydraulinenkin. Pyörillä kulkeva mekaanisella voimansiirrolla varustettu ajoneuvo vaatii ohjauksen lisäksi tasauspyörästön kääntyäkseen. Hydraulisella pyöräkohtaisella voimansiirrolla varustettu ajoneuvo ei tarvitse tasauspyörästöä.
Tela-alustainen ajoneuvo voidaan varustaa joko mekaanisella tai hydraulisella voimansiirrolla. Jos voimansiirto on mekaaninen, juoheva kääntyminen pyörillä kulkevan ajoneuvon tapaan rattiohjauksena vaatii tasauspyörästön yhteyteen jonkinlaisen differentiaalivaihteen, jolla voidaan hienosäätää telaketjuille kaartosädettä vastaava nopeusero. Mekanismista tulee väistämättä melko monimutkainen. Hydraulinen voimansiirto on huomattavasti yksinkertaisempi ja joustavampi ratkaisu, joten se on nykyään yleisesti käytössä hitaasti kulkevissa tela-alustaisissa työkoneissa. Nykyisin molemmilla teloilla on oma pumpun ja moottorin käsittävä suljettujätjestelmä. Telojen nopeusero säädetään elektronisesti. Perinteinen yksinkertainen tasauspyörästöön ja toisen telaketjun jarruttamiseen perustuva kääntöliike on sinänsä mahdollinen, mutta vanhanaikainen.
Jos tarvittava käyttöenergia otetaan laahausvirroittimilla sähköverkosta, on luontevaa varustaa ajoneuvo mekaanisella voimansiirrolla ja taajuusmuuttajakäytöllä. Hydraulisella voimansiirrolla ei saavuteta tässä tapauksessa merkittäviä etuja. Sähkökäyttö sopii hyvin kiskoilla kulkevaan ajoneuvoon, mutta huonommin pyörillä kulkevaan tai telaalustaiseen ajoneuvoon. Tela-alustaisen ajoneuvon ohjaus vaatii jonkinlaisen differentiaalivaihteen tasauspyörästön yhteyteen, ellei käytetä kahta erillistä ajokoneistoa, joiden nopeuseroa säädetään elektronisesti.
3.5 Suojasylinteri
Suojasylinterin tehtävänä on suojata ympäristö polttoainekapselin säteilyltä. Gamma- ja betasäteilyn vaimentamiseksi hyväksyttävälle tasolle tarvitaan 150 mm teräsvuoraus polttoainekapselin ympärille. Tämän lisäksi neutronisäteilyä vastaan tarvitaan noin 50 mm paksuinen polyeteenimuovinen neutronisuoja. Paino-optimaalisesti neutronisuojan tulisi olla terässylinterin ulkopuolelle, mutta rakenteen yksinkertaisuuden ja paloturvallisuuden kannalta on kuitenkin parempi sijoittaa neutronisuoja terässylinterin sisäpuolelle. Terässylinteriin on myös helpompi kiinnittää korvakkeita, kun välissä ei ole muovikerrosta. Säteilyn vaimentamiseen tarvittavat ainepaksuudet ovat moninkertaiset lujuusvaatimuksiin nähden.
8
Massiivinen terässuojasylinteri voidaan valmistaa eri tavoilla. Yksinkertaisin ja halvin valmistusmenetelmä on valmistaa sylinteri valamalla se pystyasennossa paperikoneissa käytettävien sylinterien tapaan. Valumateriaalina voi olla joko teräs, harmaa valurauta tai pallografiittivalurauta. Harmaa valurauta on valmistusteknisesti edullisin ja myös halvin vaihtoehto. Pallografiittivalurauta on hieman vaikeammin valettava, mutta sillä on sitkeämpänä materiaalina selvästi paremmat lujuusominaisuudet iskumaisia kuormia ja lämpöjännityksiä vastaan. Suojasylinterin pääty voitaisiin valaa yhdessä sylinterin kanssa, mutta sylinterin sisäpuolisen koneistuksen kannalta on parempi tehdä pääty erillisenä kappaleena, joka kiinnitetään sylinteriin pulteilla.
3.6 Suojasylinterin ulkopään säteilysuoja
Suojasylinterin ulkopään säteilysuojan tehtävänä on peittää suojasylinterin avoin pää polttoainekapselin kuljetuksen aikana ja suojata henkilöstöä polttoainekapselin säteilyltä.
Eräässä aiemmassa suunnitelmavaihtoehdossa ulkopään säteilysuoja koostui neljästä suojasylinterin päätyyn nivelöidystä sektoriluukusta. Luukut avattiin kapselia asennettaessa loppusijoitusreikään vasta kun suojasylinteri oli jo pystyasennossa upotettuna loppusijoitusreikään. Ratkaisulla saavutetaan hyvät säteilysuojausominaisuudet. Rakenne vaati joko mekaanisen tai hydraulisen voimansiirron kullekin luukulle. Tämä sinänsä toimiva rakenne on kohtalaisen monimutkainen.
Toinen vaihtoehto on tehdä säteilysuojasta oma erillinen rakenne, joka kääntyy suojasylinterin mukana kääntöliikkeen alkumatkan, kunnes suoja ottaa kiinni loppusijoitustunnelin lattiaan. Erillinen ulkopään säteilysuoja seuraa suojasylinteriä 18° kääntökulman verran. Säteilysuoja peittää näin ajoneuvon takapäästä tunneliin suuntautuvan säteilykeilan. Suojasylinteri voi jatkaa vapaasti kääntymistään pystyasentoon asti. Suojan kääntöliike on toteutettavissa joko liittämällä suoja tukivarsilla suojasylinterin nivelpisteisiin tai rullaohjauksella kaarevaa rataa pitkin.
3.7 Kapselin nostokoneisto ja tarrain
Kapselinostetaan suojasylinterin sisälle ja lasketaan loppusijoitusreikään suojasylinterin ollessa tarkalleen pystyasennossa. Kapselia voidaan nostaa hydraulisylintereillä, nostoruuveilla, ketju- tai köysivinssillä 6 m. Koska nostoliike on pidempi kuin suojasylinterin pituus, hydraulisylintereihin tai nostoruuveihin perustuva konstruktio on käytännössä hyvin hankala toteuttaa suuren tilantarpeen ja mutkikkaan rakenteen takia. Köysinostin selvästi yksinkertaisempi ja kevyempi rakenteeltaan kuin ketjunostin, koska köyden paino on vain n. 116 - 118 vastaavan ketjun painosta. Köysi vie huomattavasti vähemmän tilaa, koska se on kelattavissa telalle. Köysinostin on käytännössä hyvä ratkaisu.
Köysinostin voidaan toteuttaa monella eri tavalla. Köysien lukumäärää lisäämällä voidaan pienentää köysipyörien halkaisijamittoja, jotka määräytyvät nosturinormien mukaan. Tarvittava turvallisuusmarginaali ja varmennus saavutetaan valitsemalla köysien ripustustapa sellaiseksi, että yhden tai kahdenkaan köyden katkeaminen ei aiheuta taakan putoamista. Näistä lähtökohdista on päädytty ratkaisuun, jossa käytetään kahta nostotelaa ja neljää köyttä, jotka viedään suojasylinterin päädyn ripustuspisteestä nostotar-
9
raimen ja suojasylinterin päädyn taittopyörien kautta pareittain teloille. Kuorma jakautuu näin kahdeksalle nostoköydelle.
Kun ajoneuvon voimansiirto on hydraulinen, on luontevaa valita myös nostokoneiston vinssien käyttölaitteeksi standardimallinen hydraulinen koneisto, joka muodostuu hydraulimoottorista, p laneettavaihteistosta ja j arrusta.
Nostotarrain perustuu aiemmin tehtyyn suunnitelmaan (Seppälä 2003).
3.8 Suojasylinterin kääntö ja pitkittäissiirto
Suojasylinterin pituus on suurempi kuin loppusijoitustunnelin korkeus. Tästä syystä suojasylinterin on liikuttava myös aksiaalisesti ja pystysuuntaan, jotta se mahtuisi kääntymään pystyasentoon loppusijoitusreikään.
Suojasylinterin 90° kääntöliike voidaan toteuttaa esimerkiksi joko suojasylinterin akselitappiin kytketyllä suuren välityssuhteen omaavalla alennusvaihteella, hammaspyörä- tai ketjuvälityksellä, jota käytetään hydraulimoottorilla, tai vipumekanismilla, jota käytetään hydraulisylinterillä. Näistä viimeinen lienee yksinkertaisin, halvin ja luotettavin konstruktio.
Raskaan suojasylinterin noin 1000 mm pituisen aksiaalisen liikkeen toteuttamiseen on luontevinta valita hydraulisylinterit. Myös ruuvikäyttö olisi mahdollinen, mutta se on monimutkaisempi ja kalliimpi vaihtoehto.
10
4 EHDOTUS RAKENTEESTAJATKOKEHITTELYÄ VARTEN
4.1 Ajoneuvon yleisrakenne
Suunnitelma perustuu dieselkäyttöiseen tela-alustaiseen ajoneuvoon, jonka voimansiirto on hydraulinen. Ajoneuvon kokonaispituus ohjaamaineen on 7,2 m ja tyhjäpaino noin 35 tonnia. Kuormattuna ajoneuvon kokonaispaino nousee noin 60 tonniin. Ajoneuvo kääntyy käytännössä paikallaan, joten tunnelin risteyskohtia ei ole tarpeen laajentaa ajoneuvon pienen kääntösäteen takia.
Hydraulinen voimansiirto tekee mahdolliseksi portaattoman voimansiirron ja tehokkaan jarrutuksen ilman jarrujen kulumista. Jarrutusenergia täytyy siirtää ilmaan hydrauliikkaöljyn lauhduttimen ja/tai moottorijarrutuksen avulla. Hitaasti kulkevan ajoneuvon liikeenergia on suuresta massasta huolimatta vähäinen, joten sen pysäyttämiseen ja paikallaan pitämiseen tarvittavan seisontajarrun tehon ei tarvitse olla kovin suuri.
Ajoneuvon kaikki voimaa vaativat toiminnot perustuvat hydrauliikkaan. Tela-alustan kantopyörien tuen ta on hydropneumaattinen raskaiden panssarivaunujen tapaan. Kapselin säteilysuojasylinterin kääntöliike tapahtuu hydraulisylintereillä kuten myös pitkittäisliike. Polttoainekapseli nostetaan hydraulisilla köysivinsseillä.
Säteilysuojasylinteri tehdään 150 mm paksuisesta pallografiittivaluraudasta. Sylinteri vuorataan sisäpuolelta 50 mm paksuisella polyeteenikerroksella. Suojasylinteri kääntyy alustalla 90°. Suojasylinterin avoin pää on suojattu kuljetuksen aikana ajoneuvon runkoon tuetulla säteilysuojalla, joka kääntyy suojasylinterin mukana loppusijoitustunnelin lattiapintaan asti, kun suojasylinteri jatkaa kääntöliikettä pystyasentoon polttoainekapselia loppusijoitusreikään asennettaessa.
Tela-alustaisen erikoisajoneuvon palokuormaa voidaan pienentää jopa neljäsosaan aiempaan suunnitelmaan nähden. Pyöräalustaisen ajoneuvon palokuorma oli 156 GJ (Lautkaski et al. 2003). Merkittävin palokuormaa pienentävä tekijä on renkaiden 72 GJ palokuorman pois jääminen. Sijoittamalla neutronisuoja säteilysuojan sisäpuolelle neutronisuojan paino pienentyy noin 600 kg, joka vähentää palokuormaa 38 GJ. Minimoimalla polttoainemäärä ja käyttämällä palamattomia hydrauliikanesteitä palokuormaa voidaan vähentää vielä ainakin 10 GJ, joten palokuorman vähennys voi olla luokkaa 120 GJ. Neutronisuojan siirto massiivisen valusylinterin sisälle hidastaa oleellisesti muovisen neutronisuojan lämpenemistä ja viivyttää sulamisen alkamista, minkä jälkeen ulos valuva muovi vasta alkaa palaa ajoneuvon alla.
4.2 Ajoneuvon alusta
Ajoneuvon alustan rakenteeksi on valittu tela-alusta, koska se mahdollistaa erittäin suuren kantavuuden ulkomittoihin nähden, pienentää ajoneuvon kokoa, parantaa kääntyvyyttä ja vähentää merkittävästi palokuormaa pyörillä varustettuun ajoneuvoon nähden.
Tela-alustan kulkuominaisuudet ovat hyvät epätasaisella ja pehmeällä sekä myös kovalla alustalla, kun tukipyörät ovat jousitetut. Kapselin siirto- ja asennusajoneuvoa käyte-
11
tään pääosin kovilla alustoilla toisin kuin maansiirtoon tarkoitettuja työkoneita. Maansiirtokoneiden pehmeille alustoille tarkoitettu jäykkä telirakenne ei toimi hyvin, kun ajoreitillä on kallistuksia ja taipeita, joissa jäykkä alusta voi jäädä pahimmillaan periaatteessa kahden tukipisteen varaan. Alustalta ei toisaalta vaadita läheskään samaa joustaliikettä ja dynaamisia ominaisuuksia kuin vaihtelevassa maastossa nopeasti liikkuvalta raskaalta panssarivaunulta. Tässä selvityksessä on päädytty eräänlaiseen kompromissiin, jossa tela-alusta muistuttaa osittain tyypillisten maansiirtokoneiden telirakennetta ja osittain panssarivaunujen telirakennetta.
Alustan runkona toimii taivutus- ja vääntöjäykkä kotelomainen hitsattu teräslevyrakenne. Telaketjun vetopyörät ovat alustan etupäässä ja kiristyspyörät takapäässä. Ratkaisu perustuu siihen, että kuorman kanssa 10% alamäkeen ajettaessa telaketjun alustaa vasten oleva pinta pysyy helpommin kireällä, eikä äkkijarrutuskaan löysää telaketjua. Eteenpäin vastamäkeen ajettaessa jousitetun kiristyspyörän kiristysvoiman on oltava suurempi kuin mäen nousuun tarvittava ketjuvoima kerrottuna kahdella, jotta ketju pysyisi kireällä. Kantopyöräpareja on 6 kpl teliä kohti. Kantopyörien keinuvipuvarret on laakeroitu kantavaan runkoon akselitapeilla, jotka antavat kantopyörille hyvän sivuttaisvoimien kantokyvyn. Keinuvivut on jousitettu kantopyörän akselin sivulle korvakkeisiin tuetuilla iskunvaimentimien tapaisilla hydropneumaattisilla jousilla, joiden yläpään on kiinnitetty rungon korvakkeisiin. Tarvittavat kokonaisjoustovarat ovat alle 100 mm. Hydropneumaattinen jousitus antaa mahdollisuuden jousivoimien ja jousivakioiden säätöön ajon aikana vaihtelevissa kuormitustilanteissa. Pitkälle kehitetyllä alustan jousitusja säätäjärjestelmällä voidaan myös vakauttaa ajoneuvo tarkasti vaakatasoon epätasaisellakin alustalla kapselia loppusijoitusreikään laskettaessa.
Tässä selvityksessä ei ole mahdollista syventyä yksityiskohtaisesti jousitusjärjestelmän suunniteluun. Yksinkertainen modulaarinen perusrakenne antaa mahdollisuuden teettää yksityiskohtainen suunnittelu ja valmistus jollakin kokeneella asiantuntijana, kuten esimerkiksi Horstman Defence System Ltd:llä, jonka alustajärjestelmiä käytetään myös panssarivaunuissa. Jousitusjärjestelmän kehitystyötä ja suunnittelua voidaan hyvin teettää myös korkeakouluilla harjoitustöinä.
4.3 Käyttöenergia ja voimalaite
Siirto- ja asennusajoneuvon voimalaitteeksi on tässä vaiheessa valittu Sisu Dieselin turboahdettu 6 sylinterinen 6,6 litran teollisuusmoottori 66 ETA, joka antaa maksimitehon 150 kW pyörimisnopeudella 2200 1/minja 850 Nm vääntömomentin kierroslukualueella 1200- 1500 1/min. Dieselmoottorin polttoaineen ominaiskulutus on 198 g/kWh.
Tyhjänä 35 tonnin painoinen ajoneuvo vaatii vetopyörille noin 100 kW ulostulotehon, kun ajetaan 10% mäkeä ylös. Voimansiirtojärjestelmän häviöt (11 = 75 %) huomioiden moottorin huipputehon tarve on 133 kW. Tällöin 5 km pitkään 10% nousuun tarvittava polttoainemäärä moottorin toimiessa likimain parhaan hyötysuhteen alueella on luokkaa 15 kg eli 18 litraa. Tasaisella ja alamäessä kulutus on paljon pienempi. Edestakaiseen ajo kapselointilaitokselta loppusijoitustilaan ei vaadi suurta polttoainetankin kokoa. Noin 50 litran tankki lienee sopivan suuri.
12
Moottori voidaan asentaa ajoneuvoon joko pitkittäin runkopalkkien väliin osittain ohjaamon alle tai poikittain kokonaan ohjaamon istuinosan alle. Ensimmäinen vaihtoehto on tilankäytön kannalta parempi, joten suunnitelma perustuu tähän ratkaisuun. Hydraulipumppuja tarvitaan kaksi ja ne kytketään moottorin voiman ulosottoakselin laippaan. Moottorilla ja hydrauliikkaöljyllä on erilliset jäähdyttimet, joiden puhaltimet toimivat hydraulimoottoreilla. Tämä antaa vapauden sijoittaa jäähdyttimet sopivaan paikkaan.
Moottorissa on pitkälle kehitetty ohjauselektroniikka, jolla moottorin vääntökäyrät voidaan sovittaa sopiviksi. Moottorin ohjaustiedot välitetään CAN-väylällä, jolta tulevat impulssit (esim. hydrauliikan ohjaukselta) säätävät mm. moottorin kierroslukua sekä polttoaineensyöttöä hydrauliikkaenergian tarpeen mukaan.
4.4 Voimansiirto
Voimansiirto on hydraulinen. Hydraulisia voimansiirtojätjestelmiä toimittaa esimerkiksi Rexroth. Seuraavassa suunnitteluvaiheessa hydrauliikkatoimittajalta pyydetään tatjous j ätj estelmästä.
4.5 Suojasylinterin rakenne
Polyeteenimuovinen 50 mm paksu neutronisuoja sijoitettaan 150 mm paksun EN-GJL-350 pallografiittivalurautaisen gammasäteilysuojan sisäpuolelle. Suljettu pääty valmistetaan teräslevystä. N eutronisuoj a kiinnitetään päätylevyn sisäpintaan.
Suojasylinterin muoviosan sisähalkaisija on 1060 mm ja valurautaisen suojasylinterin ulkohalkaisija 1460 mm. Rakenteen kokonaispituus on 5080 mm suljetun päädyn kannesta avoimen päädyn uloimpaan mittaan.
Metallinen putkimainen sylinteriosa valmistetaan pystyasennossa valamalla, kuten raskaat paperikoneiden telat. Lieriön sisä- ja ulkopinnat koneistetaan, jotta saataisiin tarvittava mittatarkkuus. Sylinterin ulkopinnalle kiinnitettävät liukujohteet ja hydraulisylinterien korvakkeet kiinnitetään sylinteriosan koneistettuihin upotuksiin pulteilla. Myös vinssikoneisto kiinnitetään pulteilla. Muoviosa kiinnitetään valuun liimaamalla.
Suljetun päädyn 150 mm paksuinen teräslevystä kansi kiinnitetään valurautasylinteriin pulteilla. Kanteen hitsataan kiinnityskorvakkeet nostokoneiston taittopyörille ja nostoköysien ripustuspalkille. Nostokoneiston osat suojataan teräslevystä valmistettavalla suojakannella, joka kiinnitetään sylinterin kanteen ruuviliitoksella.
Suojasylinteri on esitetty kuvassa 2.
13
Kuva 2. Suojasylinterin kokoonpano.
4.6 Suojasylinterin ulkopään säteilysuojan rakenne
Suojasylinterin ulkopään 150 mm paksuinen säteilysuoja tehdään pallografiittiraudasta valamalla. Säteilysuojan sisäpuolelle liimataan 50 mm paksuinen polyeteenikerros neutronisuojaksi.
Ulkopään säteilysuoja seuraa suojasylinteriä 18° kääntökulman verran. Säteilysuojan kääntöliike toteutetaan liittämällä suoja tukivarsilla suojasylinterin nivelpisteisiin.
4.7 Kapselin nostokoneiston rakenne
Kapselinostetaan suojasylinterin sisälle ja lasketaan loppusijoitusreikään suojasylinterin ollessa tarkalleen pystyasennossa. Tarvittava nostoliike on 6,7 m. Nostimeksi on valittu hydraulinen köysivinssi, jossa varmennusvaatimuksen ja telojen köysikulmien minimoimisen takia on kaksi köysitelaa. Köysiteloilla on oikean ja vasenkätiset köysiurat kahdelle köydelle. Neljä erillistä nostoköyttä on ripustettu suojasylinterin päädyn palkkiin. Köydet kulkevat tarraimen taittopyörien ja suojasylinterin kannen kiinteiden kiinnityspisteiden kautta teloille, jolloin kuorma jakautuu kahdeksalle nostoköydelle. Yhden köyden köysivoimaksi tulee tällöin S = 250 kN 1 8 = 31,25 kN.
Nostokoneiston koneistoryhmästandardin SFS 4300 mukaan käyttöaikaluokan ja kuormasuhteen mukaan määriteltynä on lsm eli kevein. Ydinpolttoaineen nosto on kuitenkin rinnastettava vaarallisiin nostoihin, jolloin on valittava vähintään astetta korkeampi koneistoryhmä eli 1Am· Nostoköysien alustava valinta on tehty standardin SFS-ISO 4308/1
14
mukaan. Kun on kysymyksessä vaarallinen nosto, on sovellettava standardin kohdan 8 määräystä, jonka mukaan koneistoryhmän on oltava vähintään MS ja nostoköydelle on käytettävä 25 % korotettua varmuuslukua. Tällöin koneistoryhmän MS mukainen varmuusluku Zp= 1,25 x 4,5 = 5,625.
Nostokoneiston vinssien käyttölaitteeksi on valittu standardimallinen hydraulinen koneisto, joka muodostuu hydraulimoottorista, planeettavaihteistosta ja jarrusta. Nostotarrain perustuu aiemmin tehtyyn suunnitelmaan (Seppälä 2003), kuva 3.
= rn
~
\ \,
..,, ..... ,
-.... .........
_./ .... -
PNEU MATIIK K !'\ .S YL SMC CO D.ZB B 0-4 tl D 080, ISKU 4-0mm
0310
Kuva 3. Kapselitarrain.
f ,,·· ·"
/ ./
G - G 12:11
J
TANKONIVEL
KOHTA C 2:1
15
4.8 Automaatio ja kauko-ohjausjärjestelmä
Polttoainekapselin siirto- ja asennusajoneuvo on varustettu kahden istuttavalla ohjaamalla. Kaikki ajoon, kapselin käsittelyyn ja tarkkaan kohdistukseen tarvittavat ohjausliikkeet, valvonta ja tarkistukset voidaan tehdä ohjaamosta käsin. Ajoneuvon kaikki ohjaustoiminnot ovat nykytekniikalla toteutettavissa sähköisin ohjauskäskyin, joten ajoneuvo on mahdollista varustaa myös kauko-ohjauksena. Tämä edellyttää kuljetusreitille jonkinlaista ohjausjärjestelmää, joka pakottaa ajoneuvon seuraamaan tarkasti suunniteltua kulkurei ttiä.
Automaattiohjaus voidaan toteuttaa nykytekniikalla esimerkiksi kulkureitille upotetun induktiokaapelin avulla, automaattisella optisella ajoradan keskiviivan seurannalla, liikkeen ja suunnanmuutokset mittaavilla antureilla, radiosuuntimilla, tutkalla ja tutkaheijastimilla yms. sekä erilaisten järjestelmien yhdistelmillä, joilla varmistetaan laiteviasta riippumaton paikannus. Kapselia loppusijoitusreikään paikannettaessa voidaan käyttää esimerkiksi lasertekniikkaa, televisiokuvaa ja maalattua mitta-asteikkoa, kohdistusmerkkej ä ja niin edelleen.
Tässä esisuunnitteluvaiheessa ei ole tarkoituksenmukaista ryhtyä tekemään kovin yksityiskohtaista automaatiosuunnitelmaa, koska tekniikka kehittyy nopeasti. On tarkoituksenmukaista suunnitella perinteiseen konerakennustekniikkaan perustuva mekaaninen perusrakenne siten, että siihen voidaan helposti liittää kaikki telemetriikkaan ja koneautomaatioon tarvittavat laitteet ja järjestelmät.
Siirto- ja asennusajoneuvon avoimen päädyn säteilysuoja on parempi kuin aiemmassa suunnitelmassa (Henttonen ja Suikki 1997). Tästä huolimatta saattaa olla tarpeen vahvistaa ajoneuvon ohjaamon säteilysuojausta.
16
5 TOIMINNAN KUVAUS
5.1 Kapselin nosto suojasylinterin sisälle ja kääntö kuljetusasentoon
Polttoainekapseli tuodaan loppusijoitustilaan kapselihissillä. Polttoainekapseli ajetaan kapselihissistä ulos kapselin vihivaunulla kauko-ohjatusti.
Kapselin siirto- ja asennusajoneuvo nostaa polttoainekapselin ajoneuvon säteilysuojan sisään kapselin lastausasemassa. Säteil ysuoj asylinteri käännetään vaaka-asentoon.
5.2 Kuljetus loppusijoitusreiän kohdalle
Loppusijoittaminen aloitetaan kunkin sijoitustunnelin perältä. Loppusijoitusreiän suojakansi poistetaan ja loppusijoitusreiän reunalle asennetaan suojakaide. Loppusijoitusreikä pestään painepesurilla ja pumpataan vedestä tyhjäksi uppopumpulla. Loppusijoitusreikä kuivataan kuumailmapuhaltimella.
Ennen hentoniittilohkojen asennusta suojakaide poistetaan loppusijoitusreiän reunalta nostamalla se tunnelin perän suuntaan. Pohja- ja reunahentoniittilohkot asennetaan telaalustalla liikkuvan asennusajoneuvon avulla. Ensin asennetaan pohjalohkot ja sitten reunalohkot, jotka ylettyvät tasan loppusijoituskapselin kannen tasolle.
Kapselin siirto- ja asennusajoneuvo ajaa keskustunnelin kautta loppusijoitustunneliin, jonne ajoneuvo ajetaan perä edellä.
Ennen polttoainekapselin asennusta hentoniittilohkojen suojamuovi poistetaan, jos sellainen on jouduttu asentamaan loppusijoitusreikään, jotteivät lohkot alkaisi kostua ennen aikojaan.
Kapselin siirto- ja asennusajoneuvo asemoidaan loppusijoitusreiän kohdalle.
5.3 Kapselin lasku loppusijoitusreikään
Kapselin siirto- ja asennusajoneuvon säteilysuoja käännetään pystyasentoon ja polttoainekapseli lasketaan ajoneuvon vaijerivinssillä loppusijoitusreikään.
Hentoniittilohkojen asennusajoneuvo on ajettu loppusijoitustunnelin perälle ennen polttoainekapselin siirto- ja asennusajoneuvoa, jotta päällyshentoniittilohkot voitaisiin asentaa välittömästi sen jälkeen kun polttoainekapseli on asennettu. Aikaviive kapselin ja päällyshentoniittilohkojen asennuksen välillä on noin neljännestunti.
17
6 VIKAANTUMIS- JA ONNETTOMUUSTILANTEET
Kapselin siirto- ja asennusajoneuvon vikaantumistilanteet on määritelty aiemmin (Kukkola 2003).
6.1 Vikaantumistilanteet
Kapselin siirto- ja asennusajoneuvon vikaantumistilanteet eivät muodosta ongelmaa, koska säteilevä polttoainekapseli on säteilysuojan sisässä. Ajoneuvoa voidaan mennä tarvittaessa paikan päälle korjaamaan.
Ongelmallisin on kapselitarraimen vikaantuminen, esimerkiksi tarraimen juuttuminen kiinni polttoainekapselin kanteen. Tarrain on kuitenkin suunniteltu yksittäisvikakriteerin täyttäväksi, jokaisella toiminnolla on varmentava toimilaite (Seppälä 2003), joten tarrain toimii kaikissa tilanteissa luotettavasti.
6.2 Onnettomuustilanteet
6.2.1 Tulipalot
Kapselin siirto- ja asennusajoneuvon palo loppusijoitustilassa saattaa olla seurauksiltaan vakava. Siirtoajoneuvossa on riittävästi palokuormaa nostamaan tulipalossa loppusijoituskapselin lämpötilan vaarallisen korkealle. Ajoneuvopalossa loppusijoituskapseli pysyy kuitenkin suurella todennäköisyydellä tiiviinä ja kapselin sisällä oleva polttoaine vaurioitumatta (Lautkaski et al. 2003), vaikka kyseessä olisi kumipyöräinen ajoneuvo. Kapselin siirto- ja asennusajoneuvon paloturvallisuuteen kiinnitetään erityistä huomiota. Siirtoajoneuvo varustetaan automaattisella ja varmennetulla sammutusj ärj estelmällä. Tela-alustaisesta kapselin siirto- ja asennusajoneuvon palokuorma on vain murto-osa kumipyöräiseen ajoneuvoon verrattuna.
6.2.2 Loppusijoituskapselin putoaminen
Loppusijoitustilan hissin alatasanteella loppusijoituskapseli ajetaan vihivaunulla hissistä ulos telakointiasemaan, josta kapselin siirtoajoneuvo kerrosta ylempänä nostaa loppusijoituskapselin siirtoajoneuvon säteilysuojan sisään. Nostokorkeus on suurimmillaan noin 6 metriä. Jos kapseli putoaa vihivaunun päälle, niin vihivaunu absorboi pudonneen kapselin liike-energian ja pitää kapselin ehjänä.
Loppusijoituskapseli voi irrota kapselin siirtoajoneuvon säteilysuojan sisältä säteilysuojaa asennusvaiheessa kallistettaessa. Kapseli iskeytyy kulma edellä loppusijoitusreiän bentoniitilla vuoraamattomaan osaan, kallioon. Tämä estetään lukitsemalla loppusijoituskapseli säteilysuojan sisään kallistuksen ajaksi mekaanisilla rajoittimilla. Kapselin voi irrottaa säteilysuojasta vain, kun säteilysuoja on pystyasennossa.
Loppusijoituskapseli voi pudota loppusijoitusreikään kapselin siirtoajoneuvon säteilysuojan sisältä. Putoamiskorkeus on suurimmillaan noin 7 metriä. Loppusijoituskapseli putoaa puristettujen hentoniittilohkojen päälle. Hentoniittilohkot rikkoutuvat, loppusi-
18
joituskapselin kuparivaippa deformoituu, mutta kapseli todennäköisesti säilyy tiiviinä (Knuutila 2001). Polttoaineniput kapselin sisällä saattavat vaurioitua.
Kapselinostetaan ylös ja viedään takaisin kapselointilaitokseen tarkastettavaksi. Kapselin kunto tarkastetaan. Jos kapseli todetaan ehjäksi tai kapseli voidaan korjata, niin kapseli loppusijoitetaan uudelleen vuorattuun loppusijoitusreikään. Muussa tapauksessa kapseli palautetaan takaisin kapselointilinjalle polttoaineen purkua ja uudelleen kapselointia varten.
19
7 KUSTANNUSARVIO
Tammikuun 2004 hintatasossa suunnittelukustannukset ja valmistuskustannukset kapselin siirto- ja asennusajoneuvolle ovat noin 1,2 miljoonaa Euroa. Kustannusarvio perustuu konepajavalmistuksen, hydraulijärjestelmän ja dieselvoimakoneen osalta pääosin saatuihin budjettitrujouksiin. Yksityiskohtaisen suunnittelutyön ja automaation osuus perustuu kokemusperäiseen arvioon. Kustannusarvion tarkkuus on noin ± 20 %.
20
8 VIITTEET
Henttonen, V and Suikki, M. 1997. Equipment for deployment of canisters with spent nuclear fuel and bentonite buffer in vertical holes. Working Report 97-29e. Posiva Oy, Helsinki.
Seppälä, P. 2003. Käytetyn ydinpolttoaineen loppusijoituskapselin nostotarraimen suunnittelu. Opinnäytetyö Hämeen Ammattikorkeakoululle.
Kirkkomäki, T. 2003. Olkiluodon loppusijoitustilojen suunnitelmaselostus. Työraportti 2003-66. Posiva Oy, Olkiluoto.
Knuutila, A. 2001. Canister overpack integrity assessment in handling accidents. Working report 2001-29, Posiva Oy, Helsinki.
Kukkola, T. 2003. Olkiluodon loppusijoituslaitoksen normaalikäytön, käyttöhäiriöiden ja onnettomuustilanteiden määritys päästö- ja annoslaskentaa varten. Työraportti 2003-39. Posiva Oy, Olkiluoto.
Lautkaski, R., Ikonen, K. ja Hostikka, S. 2003. Kapselin siirtoajoneuvon palon seuraukset loppusijoitustilassa tai ajotunnelissa. Työraportti 2003-35. Posiva Oy, Olkiluoto.
21
9 LIITEKUVAT
1 .. -----------------------+-----------------------
- --------- -- 0 0
i i
i i
POSTfvAN !
Siirto- ja asennusajoneuvo edestä
0 0 ----------- -
22
2700
i \ i ._L.
i i
r ~ 7 ~ ~0 ~ ~1 : \~
~-~; -·-·-·-·-·-·-·-·-·+·-·-·-·-·-·-·-·-·-~~ ~-t----i---1----r
......... - ____,...~--.--rlm ~ ~rr-r-~~f--
400 1800
Siirto- ja asennusajoneuvo takaa
Siirto- ja asennusajoneuvo ylhäältä
·--
400
/
0 0 '-0
23
Kapselin lasku loppusijoitusreikään
24
Havainnekuva kapselin siirto- ja asennusajoneuvosta (P-E Rönnqvist!FNS).