Progettazione della macchina di movimentazione del combustibile del reattore ALFRED

Abstract

Il presente lavoro di tesi riguarda la progettazione della macchina di movimentazione del combustibile (Fuel Handling Machine – FHM) prevista per il reattore ALFRED, dimostratore di IV generazione raffreddato a piombo appartenente alla categoria degli Small Modular Reactors (SMR). La FHM è la macchina deputata alla movimentazione degli elementi di combustibile durante le operazioni di refueling e manutenzione del reattore. Il lavoro ripercorre le principali fasi del processo di progettazione della macchina, sviluppato in conformità ai criteri della KTA 3902, dall'analisi dei requisiti fino al dimensionamento di alcuni componenti. In un primo momento sono state definite le specifiche e sviluppata la progettazione concettuale e definitiva del sistema, con l'individuazione dei principali sottoassiemi e delle soluzioni tecniche adottate. Successivamente il lavoro si è concentrato sulla progettazione esecutiva del ponte. A partire dalle specifiche funzionali e dai riferimenti normativi applicabili alle macchine di sollevamento, sono stati definiti i principali casi di carico secondo la normativa UNI EN 13001 ed è stato analizzato il percorso delle azioni dalla struttura del ponte fino al gruppo ruota. Sulla base di tali condizioni di carico è stato quindi eseguito il dimensionamento della trave del ponte e dei principali componenti del sistema di traslazione, tra cui testata, flange, ruote, albero e cuscinetti, verificandone la conformità ai requisiti di resistenza e rigidezza. Infine, sono stati descritti i principali processi di fabbricazione e le relative prescrizioni di esecuzione per i componenti strutturali dimensionati.

This thesis work concerns the design of the Fuel Handling Machine (FHM) intended for the ALFRED reactor, a Generation IV lead-cooled demonstrator belonging to the category of Small Modular Reactors (SMRs). The FHM is the machine responsible for the handling of fuel assemblies during the refueling and maintenance operations of the reactor. The work retraces the main phases of the machine design process, developed in accordance with the KTA 3902 criteria, from the analysis of the requirements to the sizing of selected components. In the first phase, the system specifications were defined and the conceptual and preliminary design of the machine was developed, identifying the main subsystems and the technical solutions adopted. Subsequently, the work focused on the detailed design of the bridge structure. Starting from the functional specifications and from the regulatory references applicable to lifting machines, the main load cases were defined according to the UNI EN 13001 standard, and the load path was analyzed from the bridge structure to the wheel assembly. Based on these loading conditions, the sizing of the bridge girder and of the main components of the travelling system was performed, including end carriage, flanges, wheels, shaft and bearings, verifying their compliance with the required strength and stiffness criteria. Finally, the main manufacturing processes and the corresponding execution requirements for the designed structural components were described.