УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЛИНИИ ДЛЯ ФИКСАЦИИ СТОЛБА ТАБЛЕТОК ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА В ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩЕМ ЭЛЕМЕНТЕ Российский патент 2002 года по МПК G21C3/00 G21C21/02 

Изобретение относится к ядерной энергетике и может найти применение на предприятиях по изготовлению тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) для ядерных реакторов преимущественно водо-водяных энергетических реакторов (ВВЭР).

Известен стержневой ТВЭЛ реактора на тепловых нейтронах, состоящий из цилиндрической металлической оболочки, внутри которой размещается таблеточное ядерное топливо в виде диоксида обогащенного урана, столб которого зафиксирован фиксатором в виде разрезной пружинящей втулки, служащей для осевого сжатия топливного столба, а оболочка загерметизирована по торцам концевыми деталями (см. Разработка, производство и эксплуатация тепловыделяющих элементов энергетических реакторов. Книга 1, Ф.Г.Решетников, Ю.К.Бибилашвили, И. С. Головнин и др., под редакцией Ф.Г.Решетникова, М., Энергоатомиздат, 1995 г., стр.45, рис.2.1).

В процессе работы тепловыделяющих элементов в ядерном реакторе таблетки ядерного топлива диоксида урана линейно и радиально расширяются (см. там же, стр.47). Соответственно происходит удлинение столба таблеток ядерного топлива диоксида урана, в результате которого происходит смещение фиксатора - разрезной пружинящей втулки в сторону концевой детали. При изменении режима, например, - снижения температуры в реакторе столб таблеток ядерного топлива займет первоначальное по длине столба положение или близкое к первоначальному положению, но фиксатор при этом первоначальное положение не займет, т.е. столб таблеток ядерного топлива становится не зафиксированным, так как фиксатор - разрезная втулка является пружинящей только в радиальном направлении.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для фиксации столба таблеток ядерного топлива в ТВЭЛе автоматической линии изготовления тепловыделяющих элементов по патенту РФ 2094866, 27.10.97, кл.6 G 21 С 21/00, содержащее шток с приводом ввода в открытый конец снаряженной таблетками ядерного топлива оболочки ТВЭЛа фиксатора. Устройство-прототип предназначено для запрессовки в открытый конец снаряженной таблетками ядерного топлива оболочки фиксатора в виде пружинящих разрезных цилиндрических втулок.

Однако, как указывалось, что фиксаторы в виде разрезных пружинящих втулок не выполняют роль фиксаторов при колебании температур в ядерном реакторе из-за их смещения в сторону концевой детали ТВЭЛа при повышении температур и невозврате при охлаждении на первоначальное место в ТВЭЛе. Шток с приводом ввода фиксаторов в открытый конец снаряженной таблетками ядерного топлива оболочки предназначен для цилиндрических втулочных пружинящих разрезных фиксаторов и не может быть использован для пружинных фиксаторов из-за их конструктивного и размерного отличия.

Технической задачей изобретения является создание устройства для фиксации таблеток ядерного топлива, позволяющего автоматизировать ввод пружинных фиксаторов в открытый конец снаряженной таблетками ядерного топлива оболочки, что в качестве технического результата позволило бы достигнуть повышения производительности изготовления ТВЭЛ и качества фиксации столба таблеток ядерного топлива в ТВЭЛе. Поставленная техническая задача решается тем, что в устройстве автоматической линии для фиксации столба таблеток ядерного топлива в тепловыделяющем элементе фиксатором, содержащем шток с приводом ввода в открытый конец снаряженной таблетками ядерного топлива оболочки фиксатора; согласно изобретению устройство снабжено питателем, накопителем и механизмом поштучной подачи фиксаторов на запрессовку в канал ввода и в открытый конец снаряженной таблетками ядерного топлива оболочки в виде соединенных между собой двух спиральных секций, из которых одна с диаметром, меньшим, чем внутренний диаметр оболочки, - фиксирующая столб таблеток ядерного топлива, а другая с диаметром, большим, чем внутренний диаметр оболочки, - расклинивающаяся внутри оболочки, питатель, накопитель и механизм поштучной подачи фиксаторов совмещены и выполнены в виде барабана с приводом его шагового поворота с сквозными отверстиями по периферии барабана с размещенными в них пружинными фиксаторами фиксирующей секцией вперед в сторону открытого конца снаряженной таблетками ядерного топлива оболочки параллельно оси барабана, шток выполнен ступенчатым с двумя проточками, где первая проточка от торца штока выполнена с диаметром, меньшим внутреннего диаметра фиксирующей секции и длиной, равной длине фиксирующей секции в сжатом состоянии пружинного фиксатора, вторая проточка выполнена с диаметром, меньшим внутреннего диаметра расклинивающейся секции, но больше внутреннего диаметра фиксирующей секции пружинного фиксатора, третья часть штока выполнена с диаметром меньше внутреннего диаметра оболочки, но больше внутреннего диаметра расклинивающей секции пружинного фиксатора, соосно оси штока размещено одно из периферийных отверстий барабана, канал ввода пружинного фиксатора и открытый конец снаряженной таблетками ядерного топлива оболочки, взаимодействующий с рычагом датчика "наличие оболочки на позиции запрессовки фиксатора", а по образующей барабана выполнена кольцевая проточка, в ней под нижним периферийным отверстием барабана размещен подпружиненный датчик, взаимодействующий с пружинным фиксатором "наличие пружинного фиксатора на позиции запрессовки".

Другим отличием является то, что барабан снабжен со стороны привода шагового поворота торцевой крышкой, а с другой стороны - съемной торцевой крышкой с отверстиями на позиции запрессовки пружинного фиксатора.

Совмещение питателя, накопителя фиксаторов и механизма подачи фиксаторов и выполнение в виде барабана с приводом шагового поворота с отверстиями по периферии для размещения в них пружинных фиксаторов позволит автоматизировать ввод пружинных фиксаторов в открытый конец снаряженных таблетками ядерного топлива оболочки ТВЭЛа, повысить при этом производительность и качество фиксации за счет выполнения штока ступенчатым и осуществления при запрессовке центровки пружинного фиксатора непосредственно в оболочке ТВЭЛа.

Выполнение датчиков, взаимодействующих с одной стороны с открытым концом снаряженной таблетками ядерного топлива оболочкой, а с другой стороны - с пружинным фиксатором, позволяет запрограммировать работу устройства в автоматическом режиме так, что только при наличии оболочки и пружинного фиксатора сработает привод штока, а после привод шагового поворота барабана повернет барабан на один шаг до выхода на позицию запрессовки нового пружинного фиксатора и очередной оболочки, снаряженной таблетками ядерного топлива. Выполнение крышек по торцам барабана исключит самопроизвольное выпадение пружинных фиксаторов из периферийных отверстий барабана. Загрузку в периферийные отверстия барабана пружинных фиксаторов можно произвести любым известным способом при снятой съемной крышке.

На чертежах представлено устройство автоматической линии для фиксации столба таблеток ядерного топлива в ТВЭЛе, где на фиг.1 показан общий вид; на фиг.2 - вид сбоку; на фиг.3 - пружинный фиксатор в ТВЭЛе.

Устройство автоматической линии для фиксации столба таблеток ядерного топлива в ТВЭЛе пружинным фиксатором в виде двух спиральных секций 1,2, соединенных между собой, из которых секция 2 имеет диаметр меньше, чем внутренний диаметр оболочки 3, фиксирующая столб 4 таблеток ядерного топлива, а другая секция 1 с диаметром, большим, чем внутренний диаметр оболочки 3, расклинивающаяся внутри оболочки 3. Устройство содержит привод 5 ввода штоком 6 в открытый конец 7, снаряженной таблетками ядерного топлива оболочки 3 фиксатора, фиксирующей секцией 2 вперед.

Питатель, накопитель фиксаторов и механизм поштучной подачи фиксаторов в канал ввода 8 и на запрессовку в открытый конец 7 снаряженной таблетками ядерного топлива оболочки 3 совмещены и выполнены в виде барабана 9 с приводом 10 его шагового поворота и по периферии выполненными сквозными отверстиями 11, с размещенными в них пружинными фиксаторами фиксирующей секцией 2 вперед в сторону открытого конца 7 снаряженной таблетками ядерного топлива оболочки 3 параллельно оси барабана 9. Шток 6 выполнен ступенчатым с двумя проточками, где первая проточка 12 от торца штока 6 выполнена с диаметром, меньшим внутреннего диаметра фиксирующей секции 2, и длиной, равной длине фиксирующей секции 2 в сжатом состоянии пружинного фиксатора, вторая проточка 13 выполнена с диаметром, меньшим внутреннего диаметра расклинивающейся секции 1, но больше внутреннего диаметра фиксирующей секции 2 пружинного фиксатора, третья часть штока 6 выполнена с диаметром, меньше внутреннего диаметра оболочки 3, но больше внутреннего диаметра расклинивающейся секции 1 пружинного фиксатора. Соосно оси штока 6 размещено одно из периферийных отверстий 11 барабана. 9, канал ввода 8 пружинного фиксатора и открытый конец 7 снаряженной таблетками ядерного топлива оболочки 3, взаимодействующей с рычагом 14 датчика 15 "наличие оболочки на позиции запрессовки фиксатора". По образующей барабана 9 выполнена кольцевая проточка 16, в ней, под нижним периферийным отверстием 11 барабана 9, размещен подпружиненный датчик 17, взаимодействующий с пружинным фиксатором "наличие пружинного фиксатора на позиции запрессовки". Барабан 9 снабжен со стороны привода 10 торцевой крышкой 18, а с другой стороны - съемной торцевой крышкой 19 с отверстиями 20 на позиции запрессовки.

Устройство работает следующим образом. При открытой съемной крышке 19 в сквозные отверстия 11 барабана 9 размещают пружинные фиксаторы фиксирующей секцией 2 вперед в сторону торцевой крышки 18 и закрывают съемную крышку 19 так, чтобы отверстие 20 в крышке 19 стало соосным штоку 6 привода 5.

Снаряженную таблетками ядерного топлива оболочку 3 открытым концом 7 соосно штоку 6 подводят с другой стороны барабана 9 до касания с рычагом 14 датчика 15, который выдает сигнал приводу 5 "наличие оболочки на позиции запрессовки фиксатора". Привод 10 шагового поворота барабана 9 поворачивает барабан 9 на один шаг так, чтобы одно из периферийных отверстий 11 с пружинным фиксатором внутри стало соосным штоку 6, каналу ввода 8 и открытому концу 7 оболочки 3. При этом подпружиненный датчик 17 вступает во взаимодействие с фиксатором через кольцевую проточку 16 и выдает сигнал приводу 5 "пружинный фиксатор на позиции запрессовки". Шток 6 привода 5 своей первой проточкой 12 входит во внутреннюю полость пружинной секции 2, а проточкой 13 - во внутреннюю полость секции 1, перемещает пружинный фиксатор через канал ввода 8 в открытый конец 7 оболочки 3 до касания со столбом 4 таблеток ядерного топлива. В момент запрессовки переходная часть проточки 12 на проточку 13 давит на секцию 2, сжимает ее и одновременно растягивает секцию 1, которая при растяжении становится меньше внутреннего диаметра оболочки 3 и входит в оболочку. При возвращении штока 6 проточки 12, 13 выходят из пружинного фиксатора, и секция 2 начинает работать как фиксирующая, а секция 1 как расклинивающаяся во внутренней полости оболочки 3. При выходе штока 6 из периферийного отверстия 11 датчик 17 в кольцевой проточке 16 под воздействием своей пружины займет положение, перекрывающее периферийное отверстие 11, и выдает сигнал приводу 10 "нет фиксатора на позиции запрессовки". Привод шагового поворота поворачивает барабан 9 на один шаг, на позицию запрессовки выходит новый пружинный фиксатор, а на рычаг 14 датчика 15 воздействует новая оболочка 3 для запрессовки нового фиксатора. Цикл автоматически продолжается. Устройство прошло испытание и получены положительные результаты.

Использование: при изготовлении ТВЭЛ для ядерных реакторов преимущественно типа ВВЭР-440 для повышения производительности изготовления тепловыделяющих элементов и качества фиксации столба таблеток. Сущность изобретения: устройство снабжено питателем, накопителем и механизмом поштучной подачи фиксаторов на запрессовку в канал ввода и в открытый конец снаряженной таблетками ядерного топлива оболочки, выполненными в виде барабана с приводом его шагового поворота со сквозными отверстиями по периферии барабана с размещенными в них пружинными фиксаторами фиксирующей секцией вперед в сторону открытого конца оболочки параллельно оси барабана, шток выполнен ступенчатым с двумя проточками, первая - от торца штока выполнена с диаметром, меньшим внутреннего диаметра фиксирующей секции, и длиной, равной длине фиксирующей секции в сжатом состоянии пружинного фиксатора, вторая - с диаметром, меньшим внутреннего диаметра расклинивающей секции, но больше внутреннего диаметра фиксирующей секции пружинного фиксатора, третья часть штока выполнена с диаметром меньше внутреннего диаметра оболочки, но больше внутреннего диаметра расклинивающей секции пружинного фиксатора, соосно оси штока размещены одно из периферийных отверстий барабана, канал ввода пружинного фиксатора и открытый конец оболочки, взаимодействующий с рычагом датчика "наличие оболочки на позиции запрессовки фиксатора", а по образующей барабана выполнена кольцевая проточка, в ней под нижним периферийным отверстием барабана размещен подпружиненный датчик, взаимодействующий с пружинным фиксатором "наличие пружинного фиксатора на позиции запрессовки". 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство автоматической линии для фиксации столба таблеток ядерного топлива в тепловыделяющем элементе фиксатором, содержащее шток с приводом ввода в открытый конец снаряженной таблетками ядерного топлива оболочки фиксатора, отличающееся тем, что оно снабжено питателем, накопителем и механизмом поштучной подачи фиксаторов на запрессовку в канал ввода и в открытый конец снаряженной таблетками ядерного топлива оболочки в виде соединенных между собой двух спиральных секций, из которых одна с диаметром, меньшим, чем внутренний диаметр оболочки, - фиксирующая столб таблеток ядерного топлива, а другая с диаметром, большим, чем внутренний диаметр оболочки, - расклинивающаяся внутри оболочки, питатель, накопитель и механизм поштучной подачи фиксаторов совмещены и выполнены в виде барабана с приводом его шагового поворота с сквозными отверстиями по периферии барабана с размещенными в них пружинными фиксаторами фиксирующей секцией вперед в сторону открытого конца снаряженной таблетками ядерного топлива оболочки параллельно оси барабана, шток выполнен ступенчатым с двумя проточками, где первая проточка от торца штока выполнена с диаметром, меньшим внутреннего диаметра фиксирующей секции, и длиной, равной длине фиксирующей секции в сжатом состоянии пружинного фиксатора, вторая проточка выполнена с диаметром, меньшим внутреннего диаметра расклинивающейся секции, но больше внутреннего диаметра фиксирующей секции пружинного фиксатора, третья часть штока выполнена с диаметром меньше внутреннего диаметра оболочки, но больше внутреннего диаметра расклинивающейся секции пружинного фиксатора, соосно оси штока размещено одно из периферийных отверстий барабана, канал ввода пружинного фиксатора и открытый конец снаряженной таблетками ядерного топлива оболочки, взаимодействующий с рычагом датчика "наличие оболочки на позиции запрессовки фиксатора", а по образующей барабана выполнена кольцевая проточка, в ней под нижним периферийным отверстием барабана размещен подпружиненный датчик, взаимодействующий с пружинным фиксатором "наличие пружинного фиксатора на позиции запрессовки". 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что барабан снабжен со стороны привода шагового поворота торцевой крышкой, а с другой - съемной торцевой крышкой с отверстиями на позиции запрессовки пружинного фиксатора.