УСТРОЙСТВО СНАРЯЖЕНИЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЛИНИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ Российский патент 2004 года по МПК G21C17/00 G21C21/02 

Изобретение относится к атомной энергетике и может найти применение при снаряжении топливными таблетками тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) для ядерных водо-водяных энергетических реакторов 1000, 440.

Топливные таблетки из диоксида урана UO₂ являются одной из основных составляющих тепловыделяющих элементов (ТВЭЛов), в значительной степени определяющих их работоспособность в ядерном реакторе.

Важной характеристикой топливных таблеток является их геометрия, особенно высота топливных таблеток, однако в процессе изготовления высота может колебаться. Известно изготовление топливных таблеток с фасками и центральным отверстием (см. Разработка, производство и эксплуатация тепловыделяющих элементов энергетических реакторов. Книга 1. Под редакцией Решетникова Ф.Г. - М.: Энергоатомиздат, 1995, с. 89, рис. 4.3), формирование топливных таблеток в столб и снаряжение его в оболочку (см. Разработка, производство и эксплуатация тепловыделяющих элементов энергетических реакторов. Книга 2. Под редакцией Решетникова Ф.Г. - М.: Энергоатомиздат, 1995, с. 159-161). При этом из-за колебания топливных таблеток по высоте столб топливных таблеток может быть равным, либо меньше, либо больше заданной длины столба. При формировании длины столба топливных таблеток меньше заданной длины не вызывает трудности доснаряжение топливной таблетки или таблеток до заданной длины столба, при формировании длины столба топливных таблеток больше заданной длины возникают трудности с извлечением топливной таблетки или таблеток из снаряженной топливными таблетками оболочки.

Наиболее близким по техническим условиям и достигаемому эффекту является устройство снаряжения тепловыделяющих элементов в автоматической линии изготовления ТВЭЛ, включающее столешницу с вибратором, с горизонтальными ложементами формирования столбов топливных таблеток, сообщенных с одной стороны с открытыми концами оболочек, а с другой стороны с вибропитателем поштучной подачи топливных таблеток на упомянутые ложементы, снабженные отсекателем-упором начала столба и отсекателем-прижимом конца столба топливных таблеток (см. Патент 2070740 Российской Федерации по заявке 94018136 Автоматическая линия изготовления тепловыделяющих элементов от 17 мая 1994 г., опубл. 20 декабря 1996 года, 6 МПК G 21 c 21/02).

Из-за колебаний по высоте топливных таблеток сформированные столбы топливных таблеток в ложементах после прижима отсекателем-прижимом концов столбов топливных таблеток будут либо равными, либо меньше, либо больше заданных длин столбов топливных таблеток, и соответственно снаряженные топливными таблетками оболочки будут иметь внутри столбы топливных таблеток либо равными, либо меньше, либо больше заданных длин столбов топливных таблеток.

Согласно конструкторской разработке (см. там же Разработка..., книга 1, с. 45-46, рис. 2.1) ТВЭЛ должен иметь строго ограниченный по высоте столб топливных таблеток и строго ограниченный по длине свободный объем между концевой деталью и границей столба топливных таблеток (газосборник), снижающий давление газов на оболочку, возникающее при накоплении газообразных продуктов деления (Хе, Кч) при работе в ядерном реакторе. Если не достающее до заданной длины столба количество топливных таблеток легко восполнить, то изъятие лишних таблеток из оболочки представляет известную трудность, особенно при массовом производстве на автоматической линии изготовления ТВЭЛов.

Удаление лишних топливных таблеток из оболочки ее встряхиванием, наклоном в сторону открытого конца недопустимо, т.к. при таких операциях будут нарушены зазоры между топливными таблетками, и впоследствии такой ТВЭЛ будет отбракован по зазорам между топливными таблетками и суммарному зазору между топливными таблетками.

Технической задачей является разработка конструкции устройства снаряжения тепловыделяющих элементов автоматической линии, позволяющего контролировать в процессе снаряжения длину свободного объема между открытым концом снаряженной оболочки и границей столба топливных таблеток в ней и извлекать топливные таблетки из снаряженной оболочки до заданной длины столба топливных таблеток в снаряженной оболочке без снижения производительности работы автоматической линии, без нарушений технологического процесса снаряжения и без разрушения извлекаемых топливных таблеток.

Эта техническая задача решается тем, что в устройстве снаряжения тепловыделяющих элементов автоматической линии, включающем столешницу с вибратором, с горизонтальными ложементами формирования столбов топливных таблеток с центральными отверстиями, сообщенных с одной стороны с открытыми концами оболочек, а с другой с вибропитателем поштучной подачи топливных таблеток на упомянутые ложементы, снабженные отсекателем-упором начала столба и отсекателем-прижимом конца столба топливных таблеток, согласно изобретению устройство снаряжения тепловыделяющих элементов автоматической линии дополнительно снабжено измерителем длины свободного объема между открытым концом снаряженной оболочки и границей столба топливных таблеток в ней и совмещенным с ним съемником топливных таблеток из столба топливных таблеток через открытый конец снаряженной оболочки, выполненных в виде подвижной в осевом направлении с возможностью ввода в открытый конец снаряженной оболочки трубки-измерителя длины свободного объема от открытого конца снаряженной оболочки до границы столба топливных таблеток, внутри которой коаксильно размещен подвижной шток-съемник с конусным торцом, взаимодействующий с стенками центрального отверстия топливной таблетки при ее извлечении из столба топливных таблеток.

Другим отличием является выполнение конусного торца штока-съемника с углом 4-5°.

Такое выполнение совмещенных трубки измерителя длины свободного объема и съемника топливных таблеток позволяет осуществлять контроль за длиной свободного объема в оболочке, длиной столба топливных таблеток и извлекать топливные таблетки из оболочки без снижения производительности и качества снаряжения столба топливных таблеток.

На чертежах представлено устройство снаряжения автоматической линии изготовления тепловыделяющих элементов, где на фиг.1 - общий вид устройства с совмещенными измерителем и съемником топливных таблеток с автоматическими приводами; на фиг.2 - измеритель с съемником топливных таблеток ручного исполнения.

Устройство снаряжения тепловыделяющих элементов 1 автоматической линии включает столешницу 2 с вибратором 3 с горизонтальными ложементами 4 формирования столбов топливных таблеток 5 с центральными отверстиями 6, сообщенных с одной стороны с открытыми концами оболочек 7, а с другой с вибропитателем 8 поштучной подачи топливных таблеток 5 на упомянутые ложементы 4, снабженные отсекателем-упором 9 начала столба топливных таблеток 5 и отсекателем-прижимом 10 конца столба топливных таблеток 5.

Устройство снаряжения тепловыделяющих элементов 1 автоматической линии дополнительно снабжено измерителем 11 длины свободного объема между открытым концом снаряженной оболочки 7 и границей столба топливных таблеток 5 в ней и совмещенным с ним съемником 12 топливных таблеток 5 из столба топливных таблеток 5 через открытый конец снаряженной оболочки 7, выполненных в виде подвижной в осевом направлении с возможностью ввода в открытый конец снаряженной оболочки 7 трубки-измерителя 11 длины свободного объема от открытого конца снаряженной оболочки 7 до границы столба топливных таблеток 5, внутри которой коаксиально размещен подвижной шток-съемник 12 с конусным торцом, взаимодействующим с стенками центрального отверстия 6 топливной таблетки 5 при ее извлечении из столба топливных таблеток 5.

Конусный торец штока-съемника 12 выполнен с углом α, равным 4-5°.

Совмещенные трубка-измеритель 11 и шток-съемник 12 могут быть выполнены в двух вариантах:

а) с автоматическим приводом 13 штока-съемника 12, автоматическим приводом 14 трубки-измерителя 11, снабженным подвижным блоком 15 и взаимодействующим с датчиком 16 пути (см. фиг.1);

б) с ручным приводом 17 штока-съемника 12, с ручным приводом 18 трубки-измерителя 11, где шток-съемник подпружинен в полости ручного привода 18, а на трубке-измерителе нанесены размерные деления 19.

Устройство снаряжения автоматической линии изготовления тепловыделяющих элементов 1 работает следующим образом.

При закрытом отсекателе-упоре 9 из вибропитателя 8 топливные таблетки 5 с центральными отверстиями 6 при включенном вибраторе 3 столешницы 2 поступают на горизонтальные ложементы 4, где формируются столбы топливных таблеток 5.

Отсекателем-прижимом 10 конец столба топливных таблеток 5 прижимается, но при этом из-за колеблющейся высоты топливных таблеток 5 столб топливных таблеток 5 в ложементе может быть либо равным, либо меньше, либо больше заданной длины столба топливных таблеток 5. При закрытом отсекателе-прижиме 10 и открытом отсекателе-упоре 9 столбы топливных таблеток 5 снаряжаются в открытые концы оболочек 7, и снаряженные оболочки 7 перемещаются на позицию измерения длины свободного объема между открытым концом снаряженной оболочки 7 и границей столба топливных таблеток 5 в ней с помощью трубки-измерителя 11.

Измерение осуществляют либо автоматически, либо вручную. При автоматическом измерении автоматическим приводом 14, например пневмоцилиндром, трубка-измеритель 11 вводится в открытый конец снаряженной оболочки 7 до упора со столбом топливных таблеток 5, при этом перемещается подвижной блок 15, взаимодействующий с датчиком 16 пути, дающим информацию о длине свободного объема и соответственно о длине столба топливных таблеток 5. При длине столба топливных таблеток 5, равной заданной, снаряженная оболочка 7 тепловыделяющего элемента 1 направляется на операцию запрессовки фиксаторов (не показано), при длине столба топливных таблеток меньше заданной снаряженная оболочка 7 тепловыделяющего элемента 1 направляется на доснаряжение, а при длине столба топливных таблеток больше заданной срабатывает автоматический привод 13, например пневмоцилиндр, и шток-съемник 12 своим конусным торцом вводится в отверстие 6 топливной таблетки 5, извлекает ее из снаряженной оболочки 7, и при касании топливной таблетки 5 о торец трубки-измерителя при обратном ходе штока-съемника 12 топливная таблетка 5 снимается с конусного торца штока-съемника 12.

При ручном измерении трубка-измеритель 11 приводится в движение вручную - ручным приводом 18, а результат измерения определяется по размерным делением 19 на трубке-измерителе. Извлечение топливной таблетки 5 из снаряженной оболочки 7 осуществляют ручным приводом 17 штоком-съемником 12, подпружиненным в полости ручного привода 18. После извлечения топливной таблетки 7 ручной привод 17 под действием пружины возвращается вместе с штоком-съемником 12 в исходное положение, и топливная таблетка 5 торцом трубки-измерителя 11 снимается с конусного торца штока-съемника 12. Угол конусного торца выбран оптимальным, и любое отклонение в большую или меньшую сторону снизит эффективность работы устройства.

Устройство снаряжения автоматической линии изготовления тепловыделяющих элементов предназначено для использования в области ядерной техники. Устройство снабжено измерителем длины свободного объема между открытым концом снаряженной оболочки и границей столба топливных таблеток в ней и совмещенным с ним съемником топливных таблеток из столба топливных таблеток через открытый конец снаряженной оболочки. Внутри трубки-измерителя длины свободного объема от открытого конца снаряженной оболочки до границы столба топливных таблеток коаксиально размещен подвижный шток-съемник с конусным торцом. Последний взаимодействует со стенками центрального отверстия топливной таблетки при ее извлечении из столба топливных таблеток. Конусный торец штока съемника выполнен с углом 4-5°. Обеспечивается извлечение топливных таблеток в снаряженной оболочке без снижения производительности работы автоматической линии и без нарушений технологического процесса снаряжения. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство снаряжения автоматической линии изготовления тепловыделяющих элементов, включающее столешницу с вибратором, с горизонтальными ложементами формирования столбов топливных таблеток с центральными отверстиями, сообщенных с одной стороны с открытыми концами оболочек, а с другой с вибропитателем поштучной подачи топливных таблеток на упомянутые ложементы, снабженные отсекателем-упором начала столба и отсекателем-прижимом конца столба топливных таблеток, отличающееся тем, что устройство снаряжения тепловыделяющих элементов автоматической линии дополнительно снабжено измерителем длины свободного объема между открытым концом снаряженной оболочки и границей столба топливных таблеток в ней и совмещенным с ним съемником топливных таблеток из столба топливных таблеток через открытый конец снаряженной оболочки, выполненных в виде подвижной в осевом направлении с возможностью ввода в открытый конец снаряженной оболочки трубки-измерителя длины свободного объема от открытого конца снаряженной оболочки до границы столба топливных таблеток, внутри которой коаксиально размещен подвижный шток-съемник с конусным торцом, взаимодействующий со стенками центрального отверстия топливной таблетки при ее извлечении из столба топливных таблеток.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что конусный торец штока съемника выполнен с углом 4-5°.