АВТОМАТИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ Российский патент 2004 года по МПК G21C21/02 

Изобретение относится к атомной промышленности и может найти применение на предприятиях изготовления тепловыделяющих элементов для ядерных реакторов.

Известна автоматическая линия изготовления тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ), содержащая устройства:

- подготовки оболочки к снаряжению со сваркой заглушки к одному концу оболочки, вибрационного снаряжения столба топливных таблеток в открытый конец оболочки, включающего вибропитатель подачи топливных таблеток на горизонтальные ложементы для формирования столбов топливных таблеток, отсекатели-упоры начала столбов и отсекатели-прижимы концов столбов топливных таблеток, стол с ложементами для укладки в них оболочек открытыми концами в сторону и соосно столбам топливных таблеток с механизмами укладки и съема снаряженных оболочек, зачистки открытого конца снаряженной оболочки, замера длины столба топливных таблеток,

- запрессовки фиксаторов в открытый конец снаряженной оболочки,

- герметизации сваркой заглушки к открытому торцу снаряженной оболочки под давлением инертного газа под оболочкой,

- контроля и разбраковки по давлению внутри оболочки (в дальнейшем ТВЭЛа) и по наличию внутренних компонентов,

- поверхностной обработки ТВЭЛа, транспортные средства проводки ТВЭЛа с устройства на устройство, вывода бракованных ТВЭЛ и систему автоматики (см. патент Российской Федерации № 2070740, МПК G 21 С 21/02 от 17.05.1994 г., опубл. 20.12.1996 г.).

На известной линии возможно изготавливать либо ТВЭЛы ВВЭР-1000, либо ТВЭЛы ВВЭР-440, так как они имеют разную длину (3837 мм и 2500 мм), а линия предусматривает изготовление ТВЭЛов одного размера.

Контроль и разбраковка по наличию внутренних компонентов в известной линии проводится после герметизации ТВЭЛа, т.е. если при контроле в ТВЭЛе будет обнаружено несоответствие по наличию внутренних компонентов, то потребуется расчехловка ТВЭЛа и удаление топливных таблеток с выбросом в брак оболочки.

Согласно требованиям к ТВЭЛам для нормальной работы ядерного реактора, исключения искажений нейтронного и температурного полей в каждом ТВЭЛе должно быть строго заданное количество ядерного топлива (делящегося изотопа) и равномерное его распределение по длине ТВЭЛа.

На снаряжение ТВЭЛов должны поступать топливные таблетки со строго заданным обогащением по урану 235, строго заданной длиной столба топливных таблеток, заданной плотности и заданной массой топлива в ТВЭЛе (см. Разработка, производство и эксплуатация тепловыделяющих элементов энергетических реакторов. Книга 2. Под ред. Ф.Г. Решетникова. - М.: Энергоатомиздат, 1995 г., с.283).

Этим требованиям известная автоматическая линия изготовления ТВЭЛ не соответствует, поскольку не определяется обогащение по урану 235 топливных таблеток в снаряженной оболочке. Не исключено попадание при снаряжении одним видом обогащения таблеток разного обогащения при массовом их производстве.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является автоматическая линия изготовления ТВЭЛ, содержащая устройства:

- подготовки оболочки к снаряжению со сваркой заглушки к одному концу оболочки и взвешиванием,

- вибрационного снаряжения столба топливных таблеток в открытый конец оболочки, включающего вибропитатель подачи топливных таблеток на горизонтальные ложементы столешницы с отсекателем-упором начала столбов и отсекателем-прижимом конца столбов топливных таблеток, примыкающий к столешнице стол с ложементами укладок оболочек открытыми концами соосно столбам топливных таблеток с механизмами укладки, досылки на снаряжение и съема снаряженных оболочек, очистки, запрессовки фиксаторов, контроля и разбраковки по внутренним компонентам и средство проводки на герметизацию,

- герметизации сваркой заглушки к открытому концу снаряженной оболочки под давлением инертного газа под оболочкой, контроля и разбраковки по давлению внутри оболочки ТВЭЛа, ультразвукового контроля сварного шва,

- поверхностной обработки ТВЭЛов, снабженных съемными удлинителями для ТВЭЛов ядерного реактора ВВЭР-440, средствами проводки с устройства на устройство, вывода бракованных ТВЭЛ и системной автоматики (см. патент Российской Федерации RU 2155395, МПК 7 G 21 C 21/02 от 17.02.1999 г., опубл. 27 августа 2000 г.).

Автоматическая линия-прототип устраняет недостатки известной линии в части расширения технологических возможностей изготовления как ТВЭЛов ВВЭР-1000, так и ТВЭЛов ВВЭР-440 на одной линии, контролю и разбраковке по наличию внутренних компонентов до герметизации снаряженной оболочки, что позволяет принять оперативные меры без перевода оболочки в брак, что имело место в известной линии.

Однако в автоматической линии-прототипе не предусмотрен контроль и выявление топливных таблеток с другим обогащением по ²³⁵U в столбе топливных таблеток, отличающихся от заданных топливных таблеток обогащением по ²³⁵U, не предусмотрен контроль суммарного содержания ²³⁵U в ТВЭЛах. Известный пассивный метод, основанный на регистрации γ-квантов, испускаемых ²³⁵U, имеет ряд недостатков (влияние изотопного состава, замедление в топливе и оболочке, низкий выход и т.д.), из-за чего он не нашел широкого применения (см. Разработка, производство и эксплуатация тепловыделяющих элементов энергетических реакторов. Книга 2. Под ред. Ф.Г. Решетникова. - М.: Энергоатомиздат, 1995 г., с.283-284).

Технической задачей является повышение качества изготовления тепловыделяющих элементов путем контроля и отбраковки топливных таблеток с отличающимся от заданного обогащения по ²³⁵U и определения суммарного содержания ²³⁵U в столбе топливных таблеток, снаряжаемых в оболочку тепловыделяющего элемента при сохранении ритма выпуска тепловыделяющих элементов.

Эта техническая задача решается тем, что в автоматической линии изготовления ТВЭЛ, содержащей устройства:

- подготовки оболочки к снаряжению с ее взвешиванием и сваркой заглушки к одному концу оболочки со съемным удлинителем для ТВЭЛа водо-водяного энергетического реактора 440,

- вибрационного снаряжения столба топливных таблеток в открытый конец оболочки, включающего вибропитатель подачи топливных таблеток на горизонтальные ложементы с отсекателем-упором начала столбов и отсекателем-прижимом конца столбов топливных таблеток, примыкающий к столешнице стол с ложементами укладки оболочек открытыми концами соосно столбам топливных таблеток с механизмами укладки, досылки на снаряжение и съема снаряженных оболочек, очистки, запрессовки фиксаторов, контроля и разбраковки по внутренним компонентам и средство проводки на герметизацию в виде рольганга,

- герметизации сваркой заглушки к открытому концу снаряженной оболочки под давлением инертного газа под оболочкой, контроля и разбраковки по давлению внутри оболочки ТВЭЛа, ультразвукового контроля сварного шва,

- поверхностной обработки ТВЭЛов,

- средства проводки с устройства на устройство, вывода бракованных ТВЭЛ и систему автоматики;

согласно изобретению между отсекателем-упором начала столбов и отсекателем-прижимом конца столбов топливных таблеток устройства вибрационного снаряжения с верхней и боковых сторон на всю длину столбов топливных таблеток, находящихся на горизонтальных ложементах столешницы, установлены блоки детектирования с коллимационными каналами γ-квантов, испускаемых ²³⁵U топливных таблеток, установки автоматического контроля параметров обогащения по ²³⁵U и суммарного содержания ²³⁵U в топливных таблетках тепловыделяющих элементов для водо-водяных энергетических реакторов 1000, 440, количество блоков детектирования по длине столба топливных таблеток установлено достаточным для обеспечения скорости перемещения топливных таблеток в снаряжаемую оболочку в соответствии с заданным ритмом выпуска тепловыделяющих элементов и при этом блоки детектирования снабжены фотоэлектронными умножителями, спектрометрами и компьютером выдачи данных по параметрам обогащения и выявления топливных таблеток с отклонением обогащения по ²³⁵U от заданного обогащения и их места расположения в столбе топливных таблеток.

Другим отличием является то, что коллимационные каналы блоков детектирования относительно друг друга по длине столба топливных таблеток размещены со смещением.

Такое выполнение позволит осуществлять контроль топливных таблеток до их снаряжения в оболочку, т.е. исключить при контроле оболочку и тем самым исключить помехи, создаваемые оболочкой, и при этом достичь выполнения поставленной технической задачи.

На чертежах представлена автоматическая линия изготовления тепловыделяющих элементов, где

на фиг.1 - общий вид линии,

на фиг.2 - устройство вибрационного снаряжения,

на фиг.3 - установка автоматического контроля (варианты 1 и 2).

Автоматическая линия изготовления тепловыделяющих элементов содержит устройства: подготовки 1 оболочки 2 к снаряжению со сваркой 3 заглушки 4 к одному концу оболочки 2 с ее взвешиванием 5, вибрационного снаряжения 6 столба топливных таблеток 7 в открытый конец оболочки 2, включающего вибропитатель 8 подачи топливных таблеток 7 на горизонтальные ложементы 9 столешницы 10 с отсекателем-упором 11 начала столбов и отсекателем-прижимом 12 конца столбов топливных таблеток 7, примыкающий к столешнице стол 13 с ложементами укладки оболочек 2 открытыми концами соосно столбам топливных таблеток 7 с механизмами укладки, досылки на снаряжение и съема снаряженных оболочек 2 (не указаны), очистки 14, запрессовки 15 фиксаторов 16, контроля и разбраковки по внутренним компонентам 17 и средство 18 проводки на герметизацию, герметизации 19 сваркой заглушки 20 к открытому концу снаряженной оболочки 2 под давлением инертного газа под оболочкой 2, контроля и разбраковки 21 по давлению внутри оболочки 2 ТВЭЛа, ультразвукового контроля 22 сварного шва, поверхностной обработки 23 ТВЭЛов, средства проводки с устройства на устройство, вывода бракованных ТВЭЛ и систему автоматики (не показано).

Вариант 1.

Между отсекателем-упором 11 начала столбов и отсекателем-прижимом 12 конца столбов топливных таблеток 7 устройства 6 вибрационного снаряжения с верхней и боковых сторон на всю длину столба топливных таблеток 7 установлены блоки 24 детектирования γ-квантов, испускаемых ²³⁵U топливных таблеток 7 установки автоматического контроля параметров обогащения по ²³⁵U и суммарного содержания ²³⁵U в топливных таблетках 7 ТВЭЛ для водо-водяных энергетических реакторов 1000, 440.

Количество блоков 24 детектирования по длине столба топливных таблеток 7 установлено достаточными для обеспечения скорости перемещения топливных таблеток 7 в снаряжаемую оболочку 2 в соответствии с заданным ритмом выпуска ТВЭЛ и при этом блоки 24 детектирования снабжены фотоэлектронными умножителями 25, спектрометрами 26 и компьютером 27 выдачи данных по параметрам обогащения и выявления топливных таблеток 7 с отклонением обогащения ²³⁵U от заданного обогащения и их места расположения в столбе топливных таблеток 7.

Вариант 2.

Коллимационные каналы 28 блоков 24 детектирования относительно друг друга по длине столба топливных таблеток 7 размещены со смещением. Для ТВЭЛов ядерного реактора ВВЭР 440 применены съемные удлинители 29.

Автоматическая линия изготовления ТВЭЛ работает следующим образом.

После устройства 1 подготовки оболочек 2 к снаряжению со сваркой 3 заглушки 4 к одному концу оболочки 2 и взвешивания 5 оболочку 2 направляют на устройство 6 вибрационного снаряжения столба топливных таблеток 7 в открытый конец оболочки 2. Подачу топливных таблеток 7 при вибрационном снаряжении осуществляют из вибропитателя 8 на горизонтальные ложементы 9 столешницы 10 с закрытым отсекателем-упором 11 и открытым отсекателем-прижимом 12 до формирования шести параллельных столбов топливных таблеток 7. Закрывается отсекатель-прижим 12, открывается отсекатель-упор 11 и столбы топливных таблеток под действием вибрации перемещаются в открытые концы оболочек 2, размещенных на ложементах стола 13, примыкающего к столешнице 10.

При вибрационном перемещении столба топливных таблеток 7 осуществляют контроль и отбраковку топливных таблеток 7, отличающихся от заданного обогащением по ²³⁵U, определяют суммарное содержание ²³⁵U в столбе топливных таблеток 7, снаряжаемых в оболочку 2 тепловыделяющего элемента при сохранении ритма выпуска ТВЭЛ.

Контроль основан на детектировании блоками детектирования 24, установленными с верхней и боковых сторон на всю длину столба топливных таблеток 7 γ-квантов, испускаемых ²³⁵U топливных таблеток 7.

Контролю подвергаются столбы топливных таблеток 7 для ТВЭЛ водо–водяных энергетических реакторов ВВЭР-1000, 440. Сигналы с блоков 24 детектирования через фотоэлектронные умножители 25, спектрометры 26 поступают в компьютер 27 выдачи данных по выявлению топливных таблеток 7 с отклонением обогащения по ²³⁵U от заданного обогащения и их места расположения в столбе топливных таблеток 7, а также по суммарному содержанию ²³⁵U.

Коллимационные каналы 28 блоков 24 детектирования относительно друг друга по длине столба топливных таблеток 7 могут быть размещены со смещением. Снаряженная оболочка 2 после запрессовки 15 фиксаторов 16, очистки 14 открытого конца оболочки 2 от пыли топливных таблеток подвергаются контролю и разбраковке 17 по внутренним компонентам и средством 18 транспортируются на герметизацию 19, где заглушка 20 герметизируется контактной стыковой сваркой к открытому концу снаряженной оболочки 2 (в дальнейшем ТВЭЛ) под давлением инертного газа (гелия) под оболочкой.

ТВЭЛ подвергают контролю и разбраковке по давлению 21 и ультразвуковому контролю 22 сварного шва и поверхностной обработке 23.

При изготовлении ТВЭЛ для водо-водяного энергетического реактора используют съемные удлинители 29, позволяющие на существующей автоматической линии изготовления ТВЭЛ ВВЭР-1000 изготавливать ТВЭЛы ВВЭР-440.

Изобретение относится к атомной энергетике и может найти применение на предприятиях по изготовлению тепловыделяющих элементов для тепловыделяющих сборок энергетических ядерных реакторов. Технический результат изобретения - повышение качества изготовления тепловыделяющих элементов. Между отсекателем-упором начала столба топливных таблеток и отсекателем-прижимом конца столба устройства вибрационного снаряжения с верхней и боковых сторон на всю длину столбов таблеток, находящихся на горизонтальных ложементах столешницы, установлены блоки детектирования с коллимационными каналами γ-квантов, снабженные фотоэлектронными умножителями, спектрометрами и компьютером выдачи данных по параметрам обогащения и выявления таблеток с отклонениями обогащения по ²³⁵U от заданного и их места расположения в столбе топливных таблеток. Коллимационные каналы размещены со смещением относительно друг друга. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Автоматическая линия изготовления тепловыделяющих элементов, содержащая устройства подготовки оболочки к снаряжению с ее взвешиванием и сваркой заглушки к одному концу оболочки со съемным удлинителем для тепловыделяющего элемента для водоводяного энергетического реактора 440, вибрационного снаряжения столба топливных таблеток в открытый конец оболочки, включающего вибропитатель подачи топливных таблеток на горизонтальные ложементы столешницы с отсекателем-упором начала столбов и отсекателем-прижимом конца столбов топливных таблеток, примыкающий к столешнице стол с ложементами укладки оболочек открытыми концами соосно столбам топливных таблеток с механизмами укладки, досылки на снаряжение и съема снаряженных оболочек, очистки, запрессовки фиксаторов, контроля и разбраковки по внутренним компонентам и средство проводки на герметизацию в виде рольганга, герметизации сваркой заглушки к открытому концу снаряженной оболочки под давлением инертного газа под оболочкой (в дальнейшем тепловыделяющего элемента), контроля и разбраковки по давлению внутри оболочки тепловыделяющего элемента, ультразвукового контроля сварного шва, поверхностной обработки тепловыделяющих элементов, средства проводки с устройства на устройство, вывода бракованных тепловыделяющих элементов и систему автоматики, отличающаяся тем, что между отсекателем-упором начала столбов топливных таблеток и отсекателем-прижимом конца столбов топливных таблеток устройства вибрационного снаряжения с верхней и боковых сторон на всю длину столбов топливных таблеток, находящихся на горизонтальных ложементах столешницы, установлены блоки детектирования с коллимационными каналами γ-квантов, испускаемых ²³⁵U топливных таблеток, установки автоматического контроля параметров обогащения по ²³⁵U и суммарного содержания ²³⁵U в топливных таблетках тепловыделяющих элементов для водоводяных энергетических реакторов 1000, 440, количество блоков детектирования по длине столба топливных таблеток установлено достаточным для обеспечения скорости перемещения топливных таблеток в снаряжаемую оболочку в соответствии с заданным ритмом выпуска тепловыделяющих элементов, при этом блоки детектирования снабжены фотоэлектронными умножителями, спектрометрами и компьютером выдачи данных по параметрам обогащения и выявления топливных таблеток с отклонением обогащения по ²³⁵U от заданного обогащения и их места расположения в столбе топливных таблеток.2. Автоматическая линия по п.1, отличающаяся тем, что коллимационные каналы блоков детектирования относительно друг друга по длине столба топливных таблеток размещены со смещением.