УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЛИНИИ ДЛЯ ФИКСАЦИИ СТОЛБА ТОПЛИВНЫХ ТАБЛЕТОК В ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩЕМ ЭЛЕМЕНТЕ Российский патент 2000 года по МПК G21C3/00 G21C21/02 

Изобретение относится к ядерной энергетике и может найти применение на предприятиях по изготовлению тепловыделяющих элементов для ядерных реакторов.

Известен тепловыделяющий элемент ядерного реактора, включающий оболочку с размещенными в ней кольцевыми таблетками из диоксида урана, закрытую торцевыми заглушками с зафиксированным пружинным фиксатором столбом таблеток (см.патент РФ N 2059300, МКИ G 21 С 3/16). Фиксация столба топливных таблеток в известном тепловыделяющем элементе осуществляется пружинным фиксатором, однако в приведенном техническом решении не предусмотрена его автоматическая установка в снаряженную таблетками оболочку, что снижает производительность при изготовлении тепловыделяющих элементов.

В известном решении по патенту США N 4871509, МКИ G 21 С 3/00, пружина сжатия установлена в тепловыделяющем элементе ядерного реактора, содержащем столб цилиндрических топливных таблеток, диаметр которых меньше внутреннего диаметра оболочки тепловыделяющего элемента, длина столба меньше длины оболочки, которая с обеих сторон герметизирована заглушками, а пружина располагается у одного конца оболочки, отжимая столб таблеток к другому концу оболочки, и содержит по меньшей мере первую спиральную секцию меньшего диаметра и вторую спиральную секцию большего диаметра, которые соединены друг с другом, причем наружный диаметр первой секции, которая сжата и давит на столб таблеток в сторону противоположного конца оболочки, меньше внутреннего диаметра оболочки, а вторая секция заклинивается внутри оболочки, упираясь в ее внутреннюю поверхность.

Приведенным известным решениям присущи такие недостатки, как отсутствие автоматической установки фиксаторов, что снижает производительность изготовления тепловыделяющих элементов; не исключен также ошибочный ввод пружинного фиксатора в открытый конец снаряженного тепловыделяющего элемента другим концом - расклинивающимся, что приведет к браку тепловыделяющего элемента.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для фиксации столба топливных таблеток автоматической линии изготовления тепловыделяющих элементов по патенту РФ N 2094866, МКИ G 21 С 21/00 (прототип), содержащее шток с приводом ввода в открытый конец снаряженной топливньми таблетками оболочки фиксатора, который предназначен для цилиндрических пружинящих втулочных разрезных фиксаторов и не может быть использован для пружинных фиксаторов из-за их конструктивного и размерного отличия (длина разрезного втулочного фиксатора - 8 мм, а длина пружинного фиксатора - 175+5 мм).

Технической задачей изобретения является создание устройства для фиксации столба топливных таблеток тепловыделяющего элемента такой конструкции, которая позволила бы автоматизировать ввод пружинных фиксаторов в открытый конец снаряженной топливными таблетками оболочки, что в качестве технического результата позволило бы достигнуть повышения производительности изготовления тепловыделяющих элементов и исключить ошибочный ввод в оболочку пружинного фиксатора расклинивающимся концом вперед, результатом чего стало бы повышение качества изготавливаемых элементов.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве автоматической линии для фиксации столба топливных таблеток в тепловыделяющем элементе пружинным фиксатором сжатия в виде двух спиральных секций, соединенных между собой, из которых одна с диаметром меньшим, чем внутренний диаметр оболочки, - фиксирующая столб топливных таблеток, а другая с диаметром большим, чем диаметр оболочки, - расклинивающаяся внутри оболочки, содержащем шток с приводом ввода в открытый конец снаряженной топливными таблетками оболочки пружинного фиксатора фиксирующей секцией вперед, согласно изобретению устройство снабжено питателями и накопителем фиксаторов, выполненными в виде полого барабана с глухой торцевой стенкой с одной стороны, с закрывающейся с другой стороны крышкой торца и реверсивным двигателем возвратно-поступательного колебания полого барабана на своей оси, механизмом поштучной выдачи фиксаторов на запрессовку в канал ввода, выполненным в нижней части корпуса полого барабана в виде провального окна с профилем, повторяющим форму пружинного фиксатора, каналом ввода фиксатора, размещенным под провальным окном соосно открытому концу снаряженной оболочки в ложементе, повторяющем форму полого барабана, на высоту радиуса полого барабана и имеющим конусное уширение со стороны стыковки открытого конца снаряженной оболочки с каналом ввода фиксатора, на торце штока ввода фиксатора в открытый конец снаряженной оболочки выполнена проточка с диаметром больше внутреннего диаметра фиксирующей секции пружинного фиксатора и меньше внутреннего диаметра расклинивающейся секции пружинного фиксатора, а перпендикулярно оси канала ввода фиксатора в открытый конец снаряженной оболочки размещены по крайней мере два штока электромагнитов с датчиками, взаимодействующими с реверсивным двигателем.

Выполнение питателя и накопителя фиксаторов в виде полого барабана позволяет загружать в него партию фиксаторов, поштучно выдавать их и вводить в открытый конец снаряженной оболочки, что позволит поддерживать высокую производительность автоматической линии.

Выполнение реверсивного двигателя на глухой торцевой поверхности полого барабана позволяет осуществлять возвратно-поступательное колебание барабана с пружинными фиксаторами внутри и, используя эффект качения последних по наклонной стенке, осуществлять поштучный их вывод через провальное окно, что позволяет поддерживать высокую производительность автоматической линии.

Выполнение провального окна с профилем пружинного фиксатора позволит выдавать пружинные фиксаторы строго поштучно и строго в определенном направлении, то есть фиксирующей секцией в сторону свободного конца снаряженной оболочки, что исключает брак по вводу пружинного фиксатора в оболочку расклинивающейся секцией вперед и повышает качество тепловыделяющих элементов.

Выполнение канала ввода фиксатора непосредственно под провальным окном соосно открытому концу снаряженной оболочки в ложементе, повторяющем форму барабана, позволяет при колебании барабана вокруг своей оси отсекать пружинный фиксатор за счет смещения провального окна относительно канала в ложементе, изолировать в канале фиксатор и вводить фиксаторы в открытый конец снаряженной оболочки фиксирующей секцией вперед строго по одному, что позволит повысить как производительность линии, так и качество ввода и фиксации столба топливных таблеток в оболочке.

Выполнение конусного уширения на канале ввода фиксаторов со стороны подачи и стыковки открытого конца снаряженной оболочки к каналу ввода фиксатора позволит строго соосно располагать оболочку относительно канала ввода фиксатора, исключить брак по фиксации пружинным фиксатором столба топливных таблеток в снаряженной оболочке, повысить качество тепловыделяющего элемента за счет исключения перекоса фиксатора и вместе с ним верхней топливной таблетки, соприкасающейся с торцом фиксирующей секции пружинного фиксатора.

Выполнение проточки на конце штока с диаметром больше, чем внутренний диаметр фиксирующей секции пружинного фиксатора, и меньше, чем внутренний диаметр его расклинивающейся секции, позволит вводить шток проточкой внутрь расклинивающейся секции пружинного фиксатора, центровать фиксатор относительно стенок открытого конца снаряженной оболочки, исключить перекос фиксатора относительно столба топливных таблеток в снаряженной оболочке, опереться торцом штока в стык фиксирующей и расклинивающейся секций, сжать в момент ввода штока пружинную фиксирующую секцию фиксатора, разжать расклинивающуюся часть пружинного фиксатора за счет того, что диаметр последней больше внутреннего диаметра оболочки, уменьшить диаметр расклинивающейся секции при ее разжатии штоком, ввести в оболочку, а при выводе штока из открытого конца снаряженной оболочки качественно зафиксировать столб топливных таблеток без их перекоса фиксирующей секцией и расклинить фиксатор расклинивающейся секцией внутри оболочки, так как при выводе штока расклинивающаяся секция пружинного фиксатора будет стремиться к первоначальному ее диаметру вследствие ее упругости, что повысит качество тепловыделяющего элемента.

Выполнение двух штоков электромагнитов перпендикулярно оси канала ввода фиксатора в открытый конец снаряженной оболочки с датчиками, взаимодействующими с реверсивным двигателем, позволит возвратить из канала ввода фиксатор обратно в барабан, если он при загрузке в барабан был неправильно ориентирован, то есть расклинивающейся секцией в сторону открытого конца снаряженной оболочки. В случае, если фиксатор опустится в провальное окно своей фиксирующей секцией, датчики отключат реверсивный двигатель, и штоки электромагнитов возвратят из канала ввода фиксатор обратно в барабан. Таким образом, исключается ввод в открытый конец снаряженной оболочки фиксатора расклинивающейся секцией вперед даже при ошибке оператора, что позволяет избежать брак тепловыделяющих элементов.

Устройство автоматической линии для фиксации столба топливных таблеток в тепловыделяющем элементе поясняется чертежами:
фиг. 1 - общий вид сбоку;
фиг. 2 - вид с торца;
фиг. 3 - момент ввода фиксатора в открытый конец снаряженной оболочки.

Устройство автоматической линии для фиксации столба топливных таблеток в тепловыделяющем элементе пружинным фиксатором сжатия в виде двух спиральных соединенных между собой секций 1, 2, из которых одна с диаметром меньше, чем внутренний диаметр оболочки 3, - фиксирующая 2 столб топливных таблеток 4, а другая, с диаметром больше, чем диаметр оболочки 3, - расклинивающаяся 1 внутри оболочки 3, содержит привод 5 со штоком 6 ввода в открытый конец снаряженной топливными таблетками 4 оболочки 3 пружинного фиксатора фиксирующей секцией 2 вперед, питатель фиксаторов и накопитель фиксаторов, выполненные в виде полого барабана 7 с механизмом подачи фиксаторов в канал ввода и в открытый конец снаряженной оболочки 3, причем барабан 7 имеет глухую торцевую стенку 8 с одной стороны, закрывающуюся крышку 9 с другой стороны и реверсивный двигатель 10 возвратно-поступательного колебания барабана 7 на своей оси, расположенный на глухой стенке 8 барабана 7, а механизм подачи фиксаторов в канал 11 ввода выполнен в нижней части корпуса полого барабана 7 в виде провального окна 12 с профилем, повторяющим форму пружинного фиксатора.

Канал ввода 11 фиксатора размещен под провальным окном 12 соосно открытому концу снаряженной оболочки 3 в ложементе 13, повторяющем форму полого барабана 7, на высоту радиуса полого барабана 7 и снабжен конусным уширением 14 со стороны стыковки открытого конца снаряженной оболочки 3 с каналом ввода 11 фиксатора. На торце штока 6 с приводом 5 ввода фиксатора в открытый конец снаряженной оболочки 3 выполнена проточка 15 с диаметром большим, чем внутренний диаметр фиксирующей секции 2 пружинного фиксатора, и меньше, чем внутренний диаметр его расклинивающейся секции 1.

Перпендикулярно оси канала ввода 11 фиксатора в открытый конец снаряженной оболочки 3 размещены по крайней мере два штока 16 электромагнитов 17 с датчиками 18, взаимодействующими с реверсивным двигателем 10.

Устройство автоматической линии для фиксации столба топливных таблеток в тепловыделяющем элементе работает следующим образом.

При открытой крышке 9 в полый барабан 7 загружают пружинные фиксаторы фиксирующей секцией 2 вперед, крышку 9 закрывают. Снаряженную топливными таблетками 4 оболочку 3 открытым концом соосно подводят к конусному уширению 14 и стыкуют с каналом ввода 11, с обратной стороны которого уже введен шток 6 с проточкой 15 привода 5. Включают реверсивный двигатель 10, установленный на глухой стенке 8 барабана 7, и барабан 7 начинает осуществлять возвратно-поступательные колебания на своей оси на ложементе 13. При совпадении провального окна 12, имеющего профиль фиксатора, с каналом ввода 11 фиксатор проваливается через это окно в канал ввода 11, провальное окно 12 смещается по ложементу 13, канал ввода 11 перекрывается в верхней части стенкой барабана, срабатывает привод 5, и его шток 6 своей проточкой 15 проходит расклинивающуюся секцию 1 и опирается в стык секций 1, 2 пружинного фиксатора, перемещает его по каналу ввода 11 и вводит фиксатор в открытый конец снаряженной оболочки 3, который своей фиксирующей секцией 2 поджимает столб топливных таблеток 4. При этом за счет приложения усилия ввода фиксатора в оболочку 3 расклинивающаяся секция 1 растягивается, ее диаметр уменьшается, секция 1 входит в оболочку 3, и при выводе штока 6 с проточкой 15 из оболочки 3 секция 1 расклинивается во внутренней полости оболочки за счет упругой деформации и стремления к возврату первоначального диаметра, и процесс подачи фиксаторов из полого барабана 7 повторяется.

В случае, когда оператором ошибочно сделана загрузка фиксаторов в полый барабан 7 расклинивающейся секцией 1 вперед, то подачи фиксаторов в канал ввода 11 не произойдет, так как провальное окно 12 имеет профиль для пропуска фиксаторов только в одном положении - фиксирующей секцией 2 вперед.

В случае, когда оператор осуществил загрузку барабана 7 фиксаторов и фиксирующей 2, и расклинивающейся секцией 1, то после того, как через провальное окно 12 прошел фиксатор секцией 2 вперед, фиксаторы с секцией 1 остались в барабане 7, колебания его прекратятся, срабатывают датчики 18 отключения реверсивного двигателя 10 и включения двух электромагнитов 17, штоки 16 которых выталкивают обратно ошибочно загруженный фиксатор, и процесс выдачи правильно загруженных фиксаторов в канал ввода 11 из барабана 7 повторяется до полной выработки.

Использование: при изготовлении тепловыделяющих элементов ядерных реакторов для автоматизированного ввода пружинных фиксаторов в открытый конец снаряженной топливными таблетками оболочки и исключения их ошибочного ввода в оболочку расклинивающим концом вперед, а также для повышения производительности и качества их изготовления. Сущность изобретения: в устройстве питатель и накопитель фиксаторов совмещены и выполнены в виде полого барабана с глухой торцевой стенкой с одной стороны, с закрывающейся с другой стороны крышкой торца и реверсивным двигателем возвратно-поступательного колебания полого барабана на своей оси, механизм поштучной выдачи фиксаторов на запрессовку в канал ввода выполнен в нижней части корпуса полого барабана, канал ввода фиксатора размещен под провальным окном соосно открытому концу снаряженной оболочки в ложементе и имеет конусное уширение со стороны стыковки открытого конца снаряженной оболочки с каналом ввода фиксатора, на торце штока с приводом ввода фиксатора в открытый конец снаряженной оболочки выполнена проточка с диаметром больше внутреннего диаметра фиксирующей секции пружинного фиксатора и меньше внутреннего диаметра расклинивающейся секции пружинного фиксатора, а перпендикулярно оси канала ввода фиксатора в открытый конец снаряженной оболочки размещены по крайней мере два штока электромагнитов с датчиками, взаимодействующими с реверсивным двигателем. 3 ил.

Устройство автоматической линии для фиксации столба топливных таблеток в тепловыделяющем элементе, осуществляемой пружинным фиксатором сжатия в виде двух спиральных соединенных между собой секций, одна из которых с диаметром меньшим, чем внутренний диаметр оболочки тепловыделяющего элемента, фиксирующая столб топливных таблеток, а другая с диаметром большим, чем диаметр оболочки тепловыделяющего элемента, расклинивающаяся внутри оболочки, содержащее шток привода ввода в открытый конец снаряженной топливными таблетками оболочки пружинного фиксатора фиксирующей секцией вперед, отличающееся тем, что оно снабжено питателем и накопителем фиксаторов, выполненными в виде полого барабана с глухой торцевой стенкой с одной стороны, с закрывающейся крышкой с другой стороны торца и реверсивным двигателем возвратно-поступательного колебания полого барабана на своей оси, механизмом поштучной подачи фиксаторов на запрессовку в канал ввода, выполненным в нижней части корпуса полого барабана в виде провального окна с профилем, повторяющим форму пружинного фиксатора, каналом ввода фиксатора, размещенным под провальным окном соосно открытому концу снаряженной оболочки в ложементе, повторяющем форму полого барабана, на высоту радиуса полого барабана, и имеющим конусное уширение со стороны стыковки открытого конца снаряженной оболочки с каналом ввода фиксатора, на торце штока с приводом ввода фиксатора в открытый конец снаряженной оболочки выполнена проточка с диаметром больше внутреннего диаметра фиксирующей секции пружинного фиксатора и меньше внутреннего диаметра расклинивающейся секции пружинного фиксатора, а перпендикулярно оси канала ввода фиксатора в открытый конец снаряженной оболочки размещены, по крайней мере, два штока электромагнитов с датчиками, взаимодействующими с реверсивным двигателем.