АВТОМАТИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ Российский патент 2000 года по МПК G21C21/02 G21C3/02 

Изобретение относится к ядерной энергетике и может найти применение на предприятиях изготовления тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) для ядерных реакторов, например ВВЭР.

Эксплуатационная надежность ТВЭЛов во многом определяется качеством выполненных сварных соединений. Главная задача герметизации - сохранить герметичность ТВЭЛов в течение всего срока эксплуатации, хранения и транспортировки вплоть до момента разрушения при операциях регенерации топлива.

Известна установка для контактной стыковой сварки, включающая станину, на которой смонтирована подвижная сварочная камера с рабочей полостью, снабженной сквозными соосными каналами и связанной со средствами создания разряжения и подачей нейтрального газа, устройство подачи свариваемых изделий деталей в рабочую полость и механизм их захвата, привод сварочного давления и источник сварочного тока (заявка Франции N 2331126, кл. В 23 К 11/02, 1977 г.). Недостатками установки является недоступность рабочей полости сварочной камеры для профилактического осмотра, производства наладки, ремонтных работ и отсутствие конструктивных элементов, позволяющих использование установки в автоматической линии изготовления ТВЭЛ.

Известна установка для контактной стыковой сварки преимущественно тепловыделяющих элементов атомных реакторов, включающая станину, на которой смонтированы подвижная сварочная камера с рабочей полостью, снабженная сквозными соосными каналами и связанная со средствами создания разряжения и подачи нейтрального газа, устройство подачи свариваемых деталей в рабочую полость и механизм их захвата, привод сварочного давления и источник сварочного тока, где сварочная камера выполнена с перпендикулярным ее оси разъемом, разделяющим камеру на две части, каждая из которых установлена на станине с возможностью автономного возвратно-поступательного перемещения и снабжена цанговыми зажимами механизма захвата свариваемых деталей и трубчатыми тягами, расположенными в сквозных каналах и связывающими захваты с соответствующими приводами, смонтированными на торцах сварочной камеры по обе стороны от разъема, при этом привод сварочного давления связан жестко с одним из приводов трубчатых тяг с возможностью совместного перемещения (см. Авторское свидетельство N 941070, МПК³ В 23 К 11/04 от 15.09.1980 г.). Недостатком является отсутствие конструктивных элементов, позволяющих использовать установку в автоматической линии изготовления ТВЭЛ.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является автоматическая линия изготовления ТВЭЛ, содержащая устройства: подготовки оболочек к снаряжению со сваркой заглушки к одному концу оболочки, снаряжения столба топливных таблеток запрессовки фиксаторов, очистки открытого конца, герметизации открытого конца снаряженной оболочки с механизмом подачи заглушки и сваркой под давлением инертного газа под оболочкой, поверхностной химической обработки, размещены в одном потоке и имеющих транспортные средства проводки с устройства на устройство, где в устройстве герметизации отверстие ввода снаряженной оболочки на герметизацию сваркой является одновременно отверстием вывода ТВЭЛ из устройства герметизации, соосно которому расположен рольганг с реверсивными двигателями являющимися средством проводки снаряженных оболочек в устройство герметизации и средством проводки ТВЭЛ из устройства герметизации в устройство поверхностной химической обработки (см. Патент N 2070740 Автоматическая линия изготовления ТВЭЛ по заявке N 94018136/25 (017700) от 15.05.94 г., МПК⁶ G 21 C 21/02).

В процессе сварочных операций цанговые зажимы обоих частей сварочной камеры совершают многократные возвратно-поступательные движения, что не исключает задиров поверхностей как внешней поверхности цанговых зажимов, так и внутренних поверхностей обеих частей сварочной камеры, что может привести как к перекосу цанговых зажимов, так и к слабому зажиму свариваемых снаряженной таблетированным ядерным топливом оболочки и заглушки к ней. Многократные возвратно-поступательные движения цанговых зажимов могут привести и к самопроизвольному их осевому смещению. При перекосе и не соосности оболочки и заглушки при их контактно-стыковой сварке ТВЭЛы уходят в брак, а при неплотном зажиме оболочки или заглушки в цанговых зажимах возможны прожоги ТВЭЛа из-за электрического разряда цанговый зажим - ТВЭЛ.

Технической задачей изобретения является повышение надежности герметизации ТВЭЛа и увеличение выхода годных.

Эта техническая задача решается тем, что в автоматической линии изготовления ТВЭЛ, содержащей устройства:
- подготовки оболочки к снаряжению со сваркой заглушки к одному концу оболочки,
- снаряжения столба топливных таблеток в открытый конец оболочки,
- запрессовки фиксаторов с очисткой открытого конца оболочки,
- герметизации в сварочной камере, выполненной с перпендикулярным ее оси разъемом, разделяющим камеру на две части, каждая из которых установлена на станине с возможностью автономного возвратно-поступательного перемещения и снабжена патрубками, сообщенными со средствами создания разряжения и подачи нейтрального газа, устройством подачи заглушки в рабочую полость сварки, отверстием ввода снаряженной оболочки на герметизацию сваркой, являющимся одновременно отверстием вывода ТВЭЛ из устройства герметизации, цанговыми зажимами механизма захвата свариваемых снаряженной таблетированным ядерным топливом оболочки и заглушки, трубчатыми тягами в сквозных каналах соединяющих захваты с соответствующими приводами, смонтированными на торцах сварочной камеры по обе стороны от разъема, приводом сварочного давления, жестко связанным с одним из приводов трубчатых тяг с возможностью совместного перемещения, рольгангом с реверсивными двигателями, являющимся средством проводки снаряженной оболочки в устройство герметизации и средством проводки ТВЭЛ из устройства герметизации в устройство поверхностной химической обработки,
- транспортные средства проводки с устройства на устройство и
- средства контроля;
согласно изобретению коаксиально с внешней стороны каждого цангового зажима размещены сменные конусные втулки с полированной внутренней поверхностью с твердостью выше, чем твердость ответной поверхности цангового зажима с углом внутреннего конуса, равным ответному углу цангового зажима, а во внутренние полости механизмов захватов цанговых зажимов в момент контроля и настройки установлено устройство контроля и настройки соосности обоих частей камеры в виде съемных имитаторов оболочки с диаметром посадочной части, равным диаметру оболочки и заглушки с диаметром его посадочной части, равным диаметру посадочной части заглушки, где стыкующиеся между собой части имитаторов равны по диаметру, имеют полированную поверхность, как торцов, перпендикулярных горизонтальной оси, так и боковой поверхности и снабжены коаксиально размещенной втулкой на скользящей посадке с внутренней полированной поверхностью.

Выполнение металлической втулки с полированной внутренней поверхностью с углом внутреннего конуса, равным ответному углу цангового зажима и размещение цангового зажима во втулке с возможностью его возвратно-поступательного движения в указанной втулке, исключает задиры как внутренней поверхности втулки, так и внешней поверхности цангового зажима, и обеспечивает соосность свариваемых оболочки и заглушки ТВЭЛа, надежный зажим оболочки и заглушки и повышение выхода годных.

Выполнение устройства контроля и настройки соосности обеих частей сварочной камеры в виде съемных имитаторов, устанавливаемых в момент контроля и настройки во внутренние полости механизмов захвата цанговых зажимов с коаксиально размещенной втулкой со скользящей посадкой позволит производить контроль соосности и настройку соосности, исключить брак ТВЭЛ по несоосности заглушки на снаряженной оболочке, повысить выход годных.

На чертежах представлена автоматическая линия изготовления тепловыделяющих элементов, где
на фиг. 1 - общий вид линии,
на фиг. 2 - устройство герметизации,
на фиг. 3 - устройство контроля и настройки соосности.

Автоматическая линия изготовления ТВЭЛ содержит:
- устройство 1 подготовки оболочки 2 к снаряжению со сваркой 3 заглушки 4 к одному концу оболочки 2;
- устройство 5 снаряжения столба 6 топливных таблеток в открытый конец оболочки 2;
- устройство 7 запрессовки фиксаторов 8 с очисткой 9 открытого конца оболочки 2;
- устройство 10 герметизации в сварочной камере 11, выполненной с перпендикулярным ее оси разъемом, разделяющим камеру на две части 12, 13, каждая из которых установлена на станине (не показано) с возможностью автономного возвратно-поступательного перемещения и снабжена патрубками 14, сообщенными со средствами создания разряжения и подачи нейтрального газа, устройством 15 подачи заглушки 16 в рабочую полость 11 сварки отверстием 17 ввода снаряженной оболочки на герметизацию сваркой, являющимся одновременно отверстием вывода ТВЭЛ 2 из устройства 10 герметизации, цанговыми зажимами 18, 19 механизма захвата 20 свариваемых снаряженной топливными таблетками оболочки 2 и заглушки 16, трубчатыми тягами 21 в сквозных каналах 22, 23, соединяющих захваты с соответствующими приводами 24, 25, смонтированных на торцах сварочной камеры по обе стороны от разъема 11, приводом 26 сварочного давления, жестко связанными с одним из приводов трубчатых тяг с возможностью совместного перемещения, рольгангом 27 с реверсивными двигателями 28, являющимися средством проводки снаряженной оболочки 2 в устройство 10 герметизации и средством проводки ТВЭЛ 2 из устройства 10 герметизации в устройство 29 поверхностной химической обработки;
- транспортные средства проводки с устройства на устройство (номера позиций не показаны);
- средства контроля и разбраковки (номера позиций не показаны).

Коаксиально с внешней стороны каждого цангового зажима 18 и 19 размещены сменные конусные втулки 30, и 31 с полированной внутренней поверхностью с твердостью выше, чем твердость ответной поверхности цангового зажима с углом внутреннего конуса, равным ответному углу цангового зажима. Во внутренние полости 32, 33 механизмов захватов цанговых зажимов 18, 19 в момент контроля и настройки установлено устройство контроля и настройки соосности обеих частей 12, 13 сварочной камеры в виде съемных имитаторов 34, 35 оболочки 2 с диаметром посадочной части, равным диаметру оболочки 2 и заглушки 16 с диаметром его посадочной части, равным диаметру посадочной части заглушки, где стыкующиеся между собой части имитаторов 34, 35 равны по диаметру, имеют полированную поверхность как торцов, перпендикулярных горизонтальной оси, так и боковой поверхности и снабжены коаксиально размещенной втулкой 36 на скользящей посадке с внутренней полированной поверхностью.

Автоматическая линия изготовления тепловыделяющих элементов работает следующим образом.

Предварительно перед началом работы линии производят настройку соосности цанговых зажимов 18, 19 обеих частей 12, 13 устройства 10 герметизации, для чего в полость 32 механизма 20 захвата цангового зажима 18 устанавливают имитатор 34 оболочки 2 и с помощью трубчатых тяг 21 в сквозном канале 22 приводом 24 закрепляют имитатор.

Во внутреннюю полость 33 цангового зажима 19 устанавливают имитатор 35 заглушки 16 и с помощью трубчатых тяг в сквозном канале 23 приводом 25 закрепляют. С помощью приводов 24, 25 части 12, 13 камеры сближают для стыковки стыкующихся между собой частей имитаторов 34, 35. После стыковки втулку 36 перемещают через место стыковки. Если соосность имитаторов 34, 35 достигнута, то втулка 36 свободно пройдет через место стыковки. Если же допущена не соосность, то втулка 36 через место стыковки не пройдет и требуется с помощью имеющихся механизмов произвести настройку соосности. По достижении соосности части 12, 13 камеры фиксируют. Контроль соосности может быть произведен на любом этапе работы. После настройки соосности имитаторы убирают и линия работает в обычном режиме, т.е. в устройстве 1 подготавливают оболочку 2 к снаряжению со сваркой 3 заглушки 4 к одному концу оболочки 2, в устройстве 5 снаряжают столб 6 топливных таблеток в открытый конец оболочки 2, на устройстве 7 запрессовывают фиксаторы 8 в открытый конец снаряженной оболочки 2, очищают на устройстве 9 открытый конец оболочки 2 и герметизируют в устройстве 10, где с помощью рольганга 27 снаряженную оболочку 2 открытым концом вводят через отверстие 17 ввода в камеру 11 сварки, где она закрепляется в механизме 20 захвата в цанговом зажиме 18. С помощью устройства 15 заглушка 16 вводится в камеру сварки 11 и закрепляется в цанговом зажиме 19, затем части 12, 13 смыкаются образуя зону сварки, которая через патрубок 14 сообщается со средством создания разряжения, и со средством подачи нейтрального газа. Привод 26 сварочного давления, воздействуя на привод 25, состыковывает и сваривает заглушку 16 к снаряженной оболочке 2.

Срабатывает реверсивный двигатель 28 и ТВЭЛ выводится на устройство 29 поверхностной химической обработки. Благодаря сменным конусным втулкам 30, 31 поверхность цанговых зажимов 18, 19 при их возвратно-поступательном перемещении не повреждается, исключаются задиры и соответственно перекосы по этой причине и брак ТВЭЛ при сварке.

Возникновение перекосов по другим причинам легко выявляется и устраняется с помощью устройства контроля и настройки соосности. В линии предусмотрены транспортные средства проводки с устройства на устройства и средства контроля и разбраковки (номера позиций не показаны). Линия прошла испытания и получены положительные результаты.

Использование: при изготовлении тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов), для повышения надежности герметизации ТВЭЛа и увеличения выхода годных. Сущность изобретения: в автоматической линии изготовления ТВЭЛ в устройстве их герметизации коаксиально с внешней стороны каждого цангового зажима размещены сменные конусные втулки с полированной внутренней поверхностью с твердостью выше, чем твердость ответной поверхности цангового зажима, с углом внутреннего конуса, равным ответному углу цангового зажима, а во внутренние полости механизмов захватов цанговых зажимов в момент контроля и настройки установлено устройство контроля и настройки соосности обеих частей сварочной камеры в виде съемных имитаторов оболочки с диаметром посадочной части, равным диаметру оболочки и заглушки с диаметром его посадочной части, равным диаметру посадочной части заглушки, где стыкующиеся между собой части имитаторов равны по диаметру, имеют полированную поверхность как торцов, перпендикулярных горизонтальной оси, так и боковой поверхности и снабжены втулкой на скользящей посадке с внутренней полированной поверхностью. 3 ил.

Автоматическая линия изготовления тепловыделяющих элементов, содержащая устройства: подготовки оболочек к снаряжению со сваркой заглушки к одному концу оболочки; снаряжения столба топливных таблеток в открытый конец оболочки; герметизации в сварочной камере, выполненной с перпендикулярным ее оси разъемом, разделяющим камеру на две части, каждая из которых установлена на станине с возможностью автономного возвратно-поступательного перемещения и снабжена патрубками, сообщенными со средствами создания разряжения и подачи заглушки в рабочую полость сварки, отверстием ввода снаряженной оболочки на герметизацию сваркой, являющимся одновременно отверстием вывода тепловыделяющего элемента из устройства герметизации цанговыми зажимами механизма захвата свариваемых снаряженной топливными таблетками оболочки и заглушки, трубчатыми тягами в сквозных каналах, соединяющих захваты с соответствующими приводами, смонтированными на торцах сварочной камеры по обе стороны от разъема, приводом сварочного давления, жестко связанным с одним из приводов трубчатых тяг с возможностью совместного перемещения рольгангом с реверсивными двигателями, являющимся средством проводки снаряженной оболочки в устройство герметизации и средством проводки тепловыделяющего элемента из устройства поверхностной химической обработки; транспортные средства проводки с устройства на устройство и средства контроля, отличающаяся тем, что коаксиально с внешней стороны каждого цангового зажима размещены сменные конусные втулки с полированной поверхностью с твердостью выше, чем твердость ответной поверхности цангового зажима с углом внутреннего конуса, равным ответному углу цангового зажима, а во внутренние полости механизмов захватов цанговых зажимов в момент контроля и настройки установлено устройство контроля и настройки соосности в виде съемных имитаторов оболочки с диаметром посадочной части, равным диаметру оболочки и заглушки с диаметром его посадочной части, равным диаметру посадочной части заглушки, где стыкующиеся между собой части имитаторов равны по диаметру, имеют полированную поверхность как торцов, перпендикулярных горизонтальной оси, так и боковой поверхности и снабжены коаксиально расположенной втулкой на скользящей посадке с внутренней полированной поверхностью.