УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ВВЕДЕНИЯ ЗАГЛУШКИ В ТРУБУ ОБОЛОЧКИ ЯДЕРНОГО ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩЕГО СТЕРЖНЯ Российский патент 1999 года по МПК G21C3/10 G21C21/02 

Изобретение относится к загрузке таблеток ядерного топлива в трубу оболочки для образования ядерного тепловыделяющего стержня ядерного реактора.

В частности, настоящее изобретение касается введения в трубу оболочки концевой заглушки после загрузки в трубу оболочки набора таблеток ядерного топлива, которые изготовлены из смешанного окисного топлива, состоящего из смеси двуокиси урана с двуокисью плутония.

Из-за радиологической опасности, связанной с работой с таблетками ядерного топлива, содержащего плутоний, таблетки изготавливаются в зоне герметизации, обнесенной защищающим от альфа-излучения экраном. При загрузке таблеток из зоны герметизации в трубу оболочки, находящуюся за пределами зоны герметизации, конец трубы, через который вводятся таблетки, проходит в зону герметизации. В результате концевая часть трубы становится радиоактивно загрязненной. Это вызывает необходимость проведения процесса дезактивации стержня, что нежелательно, поскольку увеличивает производственные затраты.

Целью настоящего изобретения является исключение необходимости дезактивации стержня после операции загрузки таблетками ядерного топлива.

Согласно одному отличительному признаку настоящего изобретения обеспечено создание устройства для введения концевой заглушки в трубу оболочки ядерного тепловыделяющего стержня после загрузки в указанную оболочку таблеток ядерного топлива. Это устройство содержит смонтированную с возможностью перемещения на одном конце трубы оболочки муфту, которая может на скользящей посадке устанавливаться в мягком уплотнении, держатель, имеющий выемку для установки в нее концевой заглушки с целью закрытия указанного одного конца трубы оболочки, который может скользить в муфте, так что при его перемещении через муфту концевая заглушка вводится в указанный один конец трубы оболочки, причем конструкция такова, что при извлечении трубы оболочки с установленной в нее концевой заглушкой муфта и держатель остаются в уплотнении.

Предпочтительно, чтобы муфта имела внутреннюю посадочную поверхность, содержащую часть уменьшенного диаметра, проходящую от одного конца муфты, и приспособленную для посадки на конец трубы оболочки.

Посадочная поверхность предпочтительно проходит от указанного одного конца муфты до внутренней концевой поверхности, которая совпадает с концевой поверхностью трубы оболочки.

Посадочная поверхность может являться прессовой посадкой на трубу оболочки.

В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения концевая заглушка имеет головную часть с концевой поверхностью и периферийной поверхностью, а глубина выемки в держателе достаточна, чтобы окружать концевую поверхность и периферийную поверхность.

Предпочтительно, чтобы было предусмотрено стопорное средство для удержания муфты и держателя в мягком уплотнении после извлечения трубы оболочки.

Мягкое уплотнение может быть уплотнением сфинктерного типа, имеющим множество упругих колец, приспособленных обжимать муфту.

Согласно следующему отличительному признаку настоящего изобретения обеспечен способ введения концевой заглушки в трубу оболочки ядерного тепловыделяющего стержня после загрузки в указанную трубу оболочки таблеток ядерного топлива, содержащий следующие этапы: установка муфты на одном конце трубы оболочки, введение муфты в мягкое уплотнение, введение держателя в муфту, причем держатель имеет закрытую выемку, содержащую концевую заглушку, которая вставляется в указанный один конец трубы оболочки после введения держателя в муфту, и извлечение трубы оболочки со вставленной в нее концевой заглушкой, оставляя муфту и держатель в уплотнении.

Предпочтительно, чтобы способ включал в себя еще и этап смещения муфты и держателя из уплотнения муфтой, установленной на новую трубу оболочки тепловыделяющего стержня во время следующей последовательности загрузки таблеток.

Ниже следует описание вариантов осуществления настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи.

Фиг. 1 представляет собой схему устройства для загрузки таблеток ядерного топлива в трубу оболочки тепловыделяющего стержня;
фиг. 2,a,b,c,d,e иллюстрирует последовательные этапы последовательности загрузки таблеток.

Согласно фиг. 1 цилиндрические таблетки топлива 1, которые изготовлены из смешанного окисного топлива, содержащего двуокись урана и двуокись плутония, расставлены в ряды в зоне герметизации 2, которая заключена в экранирующие излучение стенки 3. Таблетки топлива последовательно загружаются в трубу оболочки тепловыделяющего стержня 4, находящуюся вне зоны герметизации, с целью образования ядерного тепловыделяющего стержня.

В зоне герметизации 2 таблетки 1 расположены конец к концу в отверстии, предусмотренном в несущем поддоне 5. Поддон 5 имеет ряд параллельных отверстий, в которых формируются несколько рядов таблеток ядерного топлива. Из поддона 5 ряд таблеток 1 вытягивается во взвешивающий канал 6 толкателями 7, связанными с перемещающим механизмом 8. Стопор подачи 9 ограничивает перемещение идущей таблетки до тех пор, пока не будет сформирован набор, содержащий необходимое число таблеток. Когда набор достигнет требуемой длины, что определяется взвешивающим оборудованием, связанным со взвешивающим каналом, он перемещается на вибрационный стол 10. Это может достигаться с помощью вибрации взвешивающего канала 6.

Вне зоны герметизации 2 труба оболочки 4, снабженная нижней концевой заглушкой 11, выставляется соосно с набором таблеток. Перемещаемая муфта 12, напрессовываемая на конец трубы оболочки, предпочтительно изготовлена из пластмассового материала и установлена на скользящей посадке в мягком сфинктерном уплотнении 13. Сфинктерное уплотнение 13 прикреплено к установочной плате 14, которая упруго соединена со стенкой 3 экрана зоны герметизации диафрагмой 15. Муфта 12 проходит через центральное отверстие 16 в установочной плате так, что конечная поверхность 17 находится напротив способной отводиться назад стопорной пластины 18. Сфинктерное уплотнение снабжено несколькими резиновыми кольцами 19, каждое из которых разделено на секторы. Когда муфта 12 проходит через центр уплотнения, кольца 19 деформируются, но сохраняют положительный герметизирующий контакт за счет напрессовки на муфту. Зажимы 20 предназначены для легкого удерживания трубы оболочки 4 на месте, а концевой стопор 21 надвигается на нижнюю концевую заглушку 11 для предотвращения продольного перемещения трубы.

В процессе работы вибрационный стол 10 и труба оболочки 4 подвергаются вибрации за счет соединения с двухрежимным вибратором (не показан). Это заставляет набор таблеток перемещаться вдоль направляющей трубы 22, образующей единое целое со столом 10. Конец трубы 22 имеет форму полукруглого канала 23, который проводит таблетки через муфту и вводит их в трубу оболочки 4. Желательно, чтобы труба 22 была изготовлена из материала, совместимого с таблетками ядерного топлива, подходящим примером которого может служить нержавеющая сталь или циркониевый сплав. Таблетки перемещаются по трубе оболочки 4 до тех пор, пока первая таблетка не столкнется с нижней концевой заглушкой 11.

Описанная конструкция для введения таблеток ядерного топлива в трубу оболочки является чисто иллюстративной и может включать в себя другие системы, содержащие, например, мягкие опорные поверхности или толкатели для введения таблеток.

После отвода назад и остановки вибрационного стола 10 и направляющей трубы 24 используется перемещаемый держатель заглушки 24 (см. фиг. 2c) для введения верхней концевой заглушки 25 и давящей пружины 26 в конец трубы оболочки 4. Предпочтительно, чтобы держатель заглушки 24 был изготовлен из пластмассового материала. Опорные платы 27 предназначены для установки за муфтой 12, при этом зажимы 20 разжимаются, и убирается концевой стопор 21. Труба оболочки 4 извлекается, в то время как муфта 12 и держатель заглушки 24 ограничиваются опорными платами, так чтобы оставаться зажатыми в сфинктерном уплотнении 13. Извлеченная труба оболочки проходит через машину для роликовой сварки кольцевых швов 28, которая делает круговую сварку для соединения верхней концевой заглушки 25 с трубой оболочки. Последующее извлечение трубы оболочки вводит верхнюю концевую заглушку 25 в устройство заполнения гелием и сварки 29, которое закачивает в трубу гелий через небольшое отверстие 30 (см. фиг. 2c) в заглушке и заполняет отверстие сварочным материалом.

Теперь со ссылками на фиг. 2,a,b,c,d,e рассмотрим последовательность загрузки таблеток.

На фиг. 2a показана труба оболочки 4 с нижней концевой заглушкой 11 на одном конце и с перемещаемой муфтой 12 на другом конце. Муфта на одном конце имеет посадочное место 31 уменьшенного диаметра, которое посажено на прессовой посадке на конец трубы оболочки 4. Таким образом, внешняя концевая поверхность трубы оболочки 4 закрыта посадочным местом 31 и за счет этого защищена от радиоактивного загрязнения средой зоны герметизации 2.

По мере того, как труба оболочки 4 перемещается в направлении стрелки A, муфта 12 входит в зацепление с муфтой 12a, содержащей держатель заглушки 24a, который удерживался в сфинктерном уплотнении 13 после предыдущей операции загрузки таблеток. При нахождении стопорной платы 18 в отведенном назад положении новая муфта 12 выталкивает муфту и узел держателя заглушки из сфенктерного уплотнения 13 в зону герметизации 2 (фиг. 2b). Поскольку новая муфта 12 входит в сфинктерное уплотнение 13 прежде чем из него будут удалены ранее использованная муфта и держатель заглушки, утечка радиоактивных веществ из зоны герметизации исключается. Стопорная плата 18 затем опускается, чтобы предоставить место для концевой поверхности 17 муфты 12.

На фиг. 2c показан полукруглый концевой канал 23 направляющей трубы 22, проходящей в муфту 12. При вибрации вибрационного стола 10 и трубы оболочки 4, как говорилось выше, таблетки 1 перемещаются вдоль полукруглого канала 23 и вниз по трубе оболочки до тех пор, пока первая таблетка не столкнется с нижней концевой заглушкой 11. Когда набор таблеток будет загружен в трубу оболочки 4, стол 10 и направляющая труба 22 отводятся назад.

Верхняя концевая заглушка 25 вместе с давящей пружиной 26 впрессовывается затем в конец трубы оболочки 4 с помощью перемещаемого держателя заглушки 24. Держатель заглушки имеет цилиндрическую форму и внешней диаметр такой, что устанавливается в муфте 12 на скользящую посадку. Глухое отверстие 35, просверленное вдоль продольной оси держателя заглушки 24, имеет выемку с увеличенным диаметром 36 на своем переднем конце. Глубина выемки достаточна для полного приема головной части 37 верхней заглушки 25. Особенно важно обеспечить, чтобы конечная поверхность 38 и периферийная поверхность 39 головной части 37 были полностью закрыты, чтобы защитить их от возможного загрязнения. На переднем конце верхней заглушки 25 имеется плечо 40, которое обеспечивает посадочное место для давящей пружины 26. После отвода назад и остановки вибрационного стола 10 и направляющей трубы 22 можно использовать предусмотренный в зоне герметизации дистанционно управляемый манипулятор (не показан), чтобы протолкнуть держатель заглушки 24 через муфту 12 и впрессовать верхнюю заглушку 25 в конец трубы оболочки 4. При установке верхней заглушки концевой стопор 21 предотвращает осевое смещение трубы оболочки. Давящая пружина 26 служит для удержания таблеток ядерного топлива при последующих манипуляциях и транспортировке ядерного тепловыделяющего стержня так, чтобы они при этом не повреждались.

Как показано на фиг. 2d, опорные платы 27 смещены внутрь, чтобы находиться за муфтой 12 в то время как разжимаются зажимы 20, а концевой стопор 21 отводится назад от нижней заглушки 11. После извлечения ядерного тепловыделяющего стержня муфта 12 и держатель заглушки 24 остаются зажатыми в сфинктерном уплотнении 13 (фиг. 2e). Затем ядерный тепловыделяющий стержень проходит через машину 28 для сварки концевой заглушки и заполнения гением, а также через сварочное устройство 29 для окончательной сборки ядерного тепловыделяющего стержня. Затем указанная последовательность операций повторяется для следующего ядерного тепловыделяющего стержня.

Как можно заметить, во время операции загрузки таблеток никакие внешние поверхности трубы оболочки и верхней концевой заглушки не оказываются открытыми для радиоактивной среды, содержащейся в зоне герметизации. Это исключает необходимость проведения дорогостоящего процесса дезактивации ядерного тепловыделяющего стрежня.

Концевая заглушка вводится в конец трубы оболочки после загрузки в нее таблеток ядерного топлива. Во время операции загрузки таблеток муфта и держатель заглушки защищают внешние поверхности трубы оболочки и заглушку от загрязнений. Муфта, установленная на конец трубы, вводится в мягкое уплотнение, расположенное в стенке зоны герметизации. Заглушка находится в выемке держателя, вводится в конец трубы за счет перемещения по скользящей посадке держателя через муфту. При извлечении трубы муфта и держатель удерживаются в уплотнении. 2 с. и 6 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для введения концевой заглушки в трубу оболочки ядерного тепловыделяющего стержня после загрузки таблеток ядерного топлива в указанную трубу оболочки, отличающееся тем, что содержит муфту, установленную с возможностью перемещения на конец трубы оболочки, так что муфта может на скользящей посадке устанавливаться в мягком уплотнении, держатель, имеющий закрытую выемку для размещения в ней концевой заглушки для закрытия указанного одного конца трубы оболочки, перемещающийся на скользящей посадке в муфте, так что при его перемещении через муфту концевая заглушка вводится в конец трубы оболочки, и стопорное средство для удержания муфты и держателя в мягком уплотнении при извлечении трубы оболочки из муфты. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что имеет внутреннюю посадочную поверхность, включающую в себя часть с уменьшенным диаметром, проходящую от одного конца муфты, причем посадочная поверхность приспособлена для посадки на указанный один конец трубы оболочки. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что посадочная поверхность проходит от указанного одного конца муфты к внутренней концевой поверхности, которая совпадает с концевой поверхностью трубы оболочки. 4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что посадочная поверхность является прессовой посадкой на трубу оболочки. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что концевая заглушка имеет головную часть с концевой поверхностью и периферийной поверхностью, причем указанная выемка имеет глубину, достаточную для того, чтобы окружать концевую поверхность и периферийную поверхность. 6. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что мягкое уплотнение включает в себя сфинктерное уплотнение, имеющее множество упругих колец, обжимающих муфту. 7. Способ введения концевой заглушки в трубу оболочки ядерного тепловыделяющего стержня после загрузки в нее таблеток ядерного топлива, отличающийся тем, что включает в себя следующие этапы: установка муфты на одном конце трубы оболочки, введение муфты в мягкое уплотнение, введение держателя в муфту вместе с содержащейся в нем концевой заглушкой, которая вводится в указанный конец трубы оболочки при введении держателя в муфту, извлечение трубы оболочки с концевой заглушкой, введенной в нее, и установку стопорного средства в положение, позволяющее удержать муфту и держатель в мягком уплотнении при извлечении трубы оболочки из муфты. 8. Способ по п.7, отличающийся тем, что проводят следующий этап перемещения муфты и держателя из уплотнения муфтой, установленной на новую трубу оболочки ядерного тепловыделяющего стержня во время следующей последовательности загрузки таблеток.