УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЛИНИИ КОНТРОЛЯ И РАЗБРАКОВКИ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩЕГО ЭЛЕМЕНТА Российский патент 2004 года по МПК G21C3/00 G21C21/02 

Изобретение относится к ядерной энергетике и может найти применение в автоматических линиях на предприятиях изготовления тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ), преимущественно для ядерного водо-водяного энергетического реактора (ВВЭР). Известно устройство автоматической линии для фиксации столба топливных таблеток в тепловыделяющем элементе, осуществляемое пружинным фиксатором 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 (см. Патент РФ 2154311 по заявке 98106735/06 от 07.04.1998 г., Мпк 7 G 21 с 3/00, 21/02).

Известное устройство предусматривает только фиксацию столба топливных таблеток в ТВЭЛе, но не предусматривает контроля за правильностью сборки основных компонентов ТВЭЛа при его снаряжении и удаления пружинного фиксатора из бракованного ТВЭЛа. Наиболее близким по техническим условиям и достигаемому эффекту является устройство контроля и разбраковки тепловыделяющего элемента на установке γ-абсорбционного контроля после фиксации столба топливных таблеток пружинным фиксатором в оболочке тепловыделяющего элемента на правильность сборки основных компонентов, включающее определение длины столба топливных таблеток, зазоров между топливными таблетками, длины газосборника, наличие пружинного фиксатора, наличие сколов топливных таблеток в газосборнике, расколовшихся топливных таблеток или сколов топливных таблеток, попавших в зазоры между топливными таблетками (см. Разработка, производство и эксплуатация тепловыделяющих элементов энергетических реакторов. Книга 2. Под ред. Ф.Г.Решетникова - М.: Энергоатомиздат, 1955 г., с. 280-283).

Устройство предусматривает контроль и разбраковку снаряженных топливными таблетками оболочек ТВЭЛ с пружинными фиксаторами внутри по выше указанным параметрам перед их герметизацией, но полной разборке основных компонентов забракованной снаряженной оболочки ТВЭЛа препятствует пружинный фиксатор, у которого расклинивающаяся секция расклинена внутри снаряженной оболочки. Известно, что оболочку ТВЭЛ для водо-водяных энергетических реакторов изготавливают из сплава циркония с 1% ниобия (см. Разработка, производство и эксплуатация тепловыделяющих элементов. Книга 1. Под ред. Ф.Г.Решетникова - М.: Энергоатомиздат 1995 г., с. 126-127) и известно также, что цирконий отличается склонностью к разъедающей коррозии, появляющейся в результате контакта между соприкасающимися поверхностями (см. Металлургия циркония. Перевод с английского. под ред. Г.А.Меерсона, Ю.В.Гагаринского. М.: Издательство иностранной литературы, 1959 г., с. 298), то извлечение пружинного фиксатора из снаряженной оболочки без ее повреждения из-за расклиненной в ней секции пружинного фиксатора представляет известную трудность, так как простое извлечение пружинного фиксатора из оболочки ТВЭЛа вызовет задиры ее внутренней поверхности, а отрезка оболочки вместе с находящимся в ней пружинным фиксатором переводит оболочку в окончательный брак и при отрезке не исключено повреждение топливных таблеток.

Технической задачей изобретения является повышение выхода годных за счет сохранения топливных таблеток и оболочки при извлечении из нее пружинного фиксатора.

Эта техническая задача решается тем, что в устройстве автоматической линии контроля и разбраковки тепловыделяющего элемента на установке γ-абсорбционного контроля на правильность сборки основных компонентов в оболочке тепловыделяющего элемента после устройства фиксации пружинным фиксатором с расклинивающейся и фиксирующей секциями столба топливных таблеток в оболочке тепловыделяющего элемента; согласно изобретению после установки γ-абсорбционного контроля размещен съемник пружинных фиксаторов из открытого конца снаряженной оболочки ТВЭЛа, забракованного при γ-абсорбционном контроле, выполненный в виде поворотного вокруг своей оси, подвижного в осевом направлении с возможностью ввода во внутрь расклиненной секции пружинного фиксатора в оболочке ТВЭЛа штока, на котором на длину больше длины расклиненной в оболочке ТВЭЛа секции пружинного фиксатора выполнена винтовая канавка с направлением витков идентично направлению витков пружинного фиксатора, при этом ширина, глубина винтовой канавкой выполнены достаточными для обеспечения зацепления винтовой канавки штока с витками пружинного фиксатора, а шаг между витками винтовой канавки выполнен больше шага между витками расклинивающейся секции пружинного фиксатора.

Другим отличием является то, что ширина винтовой канавки выполнена в 3-3,5 раза больше диаметра проволоки пружинного фиксатора, а глубина винтовой канавки больше диаметра проволоки пружинного фиксатора. Все параметры конструкции съемника оптимальны и любое изменение ухудшит его работу.

Такое выполнение устройства автоматической линии позволит извлекать из отбракованных ТВЭЛ пружинные фиксаторы без повреждения топливных таблеток, внутренней части оболочки ТВЭЛа и непосредственно самих пружинных фиксаторов, которые (таблетки, оболочки, фиксаторы) можно будет использовать повторно, за исключением бракованных таблеток, что повысит выход годных ТВЭЛ.

На фиг. 1 представлена γ-абсорбционная установка контроля и съема пружинных фиксаторов; на фиг. 2 - съемник пружинных фиксаторов (ручной).

Устройство автоматической линии контроля и разбраковки ТВЭЛ 1 содержит установку γ-абсорбционного контроля 2, включающую измерительный блок 3, расположенный на механизме 4 протяжки ТВЭЛов 1 и блок 5 обработки информации. В измерительном блоке 3 имеются два источника γ-излучения 57 Со, просвечивающих ТВЭЛ 1 в двух взаимно перпендикулярных направлениях двумя коллимированными потоками γ-квантов. Размеры щелей коллиматоров: 0,45 мм вдоль оси ТВЭЛа и 7 мм в поперечном направлении (не показаны). В качестве детекторов используются спинтилляпионные блоки детекторования с кристаллом диаметром 10 мм и толщиной 10 мм и фотоэлектронного умножителя ФЭУ-675 (не показаны).

Скорость протяжки ТВЭЛа 1 через измерительный блок контролируется датчиком 6, состоящим из прижатого к ТВЭЛу 1 измерительного ролика, на оси которого сидит кодовый диск 7 с прорезями по периферии и фотодатчик (не показаны). Геометрические размеры ролика и количество отверстий (щелей) на кодовом диске 7 подобраны так, чтобы при перемещении ТВЭЛа на 0,1 мм фотодатчиком вырабатывался один импульс. Поступающий на контроль ТВЭЛ 1 содержит оболочку 8 с нижней заглушкой 9, внутри которой размещен столб 10 топливных таблеток, зафиксированный в оболочке 8 пружинным фиксатором, у которого секция 11, соприкасающаяся со столбом 10, - фиксирующая, а секция 12 - расклиненная в оболочке 8.

Устройство снабжено датчиком 13 остановки осевого перемещения ТВЭЛа 1, разбракователями 14, сбрасывателями 15 годных ТВЭЛ 1 и съемником 16 пружинных фиксаторов из открытого конца снаряженной оболочки ТВЭЛа 1, забракованного при γ-абсорбционном контроле на установке 2 γ-абсорбционного контроля. Съемник 16 пружинных фиксаторов может быть выполнен в двух вариантах:

а) поворотным вокруг своей оси и подвижным в осевом направлении с применением механизмов перемещения и поворота (см. фиг.1),

б) поворотным вокруг своей оси и подвижным в осевом направлении ручного исполнения (фиг.2).

У съемника 16 обоих исполнений шток выполнен с возможностью его ввода вовнутрь расклиненной секции 12 пружинного фиксатора в оболочке ТВЭЛа 1. На штоке съемника 16 на длину “L” выполнена винтовая канавка 17, которая больше “L₁” расклиненной секции 12 пружинного фиксатора в оболочке ТВЭла 1 с направлением витков идентично направлениям витков пружинного фиксатора (L>L₁). Ширина канавки “L₂” выполнена больше диаметра “D” проволоки пружинного фиксатора в 3-3,5 раза (L>D), глубина “S” винтовой канавки больше “D”, проволоки (S>D) пружинного фиксатора, а шаг “L₃” витков винтовой канавки 17 больше шага “L₄) витков расклиненной в оболочке ТВЭЛа 1 секции 12 прижимного фиксатора “L₃>L₄”.

Устройство работает следующим образом на γ-абсорбционной установке 2 ТВЭЛ 1 после снаряжения и установки в него фиксатора с расклинивающейся 12 и фиксирующей 11 секциями и столбом топливных таблеток 10 внутри оболочки 8 нижней заглушкой 9 вперед на механизме 4 перемещают через измерительный блок 3 и датчик 6 с кодовым диском 7. Результаты измерения передаются в блок 5 обработки информации.

ТВЭЛ 1 отбраковывается если:

1) длина зазора между нижней заглушкой и топливной таблеткой превышает 3 мм,

2) длина зазора между топливными таблетками превышает 3 мм,

3) сумма зазоров превышает 8 мм,

4) скол превышает 6-2,5 мм²,

5) объем единичной крошки в компенсационном зазоре превышает 8 мм²,

6) длина зазора между последней топливной таблеткой и фиксатором превышает 4 мм,

7) длина компенсационного зазора превышает или меньше (209±14) мм.

После остановки движения ТВЭЛа 1 датчиком 13 дается команда на сбрасыватели 15 годного или на разбраковыватели 14 бракованного ТВЭЛа 1. В отбракованный ТВЭЛ 1 в его открытый конец вводят шток съемника 16 с винтовой канавкой 17 до упора с фиксирующей секцией 11 пружинного фиксатора и при вращении последнего вокруг своей оси происходит зацепление витков винтовой канавки 17 с витками расклиненной секции 12, которые входят в винтовую канавку 17.

Благодаря тому, что длина “L” винтовой канавки 17 больше длины “L₁), расклиненной секции 12 пружинного фиксатора, ширина “L₂”винтовой канавки 17 больше диаметра “D” проволоки пружинного фиксатора, глубина “S” винтовой канавки 17 больше диаметра “D” проволоки пружинного фиксатора и шаг “L₃” витков винтовой канавки 17 больше шага “L₄” витков расклиненной секции 12 пружинного фиксатора L₃>L₄, то при вращении вокруг своей оси штока съемника 16 проволока расклинивающейся секции 12 прижимного фиксатора займет место в винтовой канавке 17, при этом шаг “L₄” витков расклинивающей части 12 увеличится, станет равным шагу “L₃” витков винтовой канавки 17, уменьшится за счет растяжения диаметр расклинивающейся части и пружинный фиксатор свободно извлекается из оболочки 8 ТВЭЛа 1 без каких-либо ее повреждений.

Съемник пружинных фиксаторов прошел испытания, рекомендован к внедрению, достигнут положительный результат.

Устройство автоматической линии контроля и разбраковки тепловыделяющего элемента предназначено для использования в области ядерной техники. В устройстве после установки γ-абсорбционного контроля размещен съемник пружинных фиксаторов из открытого конца снаряженной оболочки тепловыделяющего элемента. Съемник выполнен в виде поворотного вокруг своей оси и подвижного в осевом направлении с возможностью ввода внутрь расклиненной секции пружинного фиксатора в оболочке тепловыделяющего элемента штока. На последнем на длину больше длины расклиненной в оболочке тепловыделяющего элемента секции пружинного фиксатора выполнена винтовая канавка с направлением витков идентично направлению витков пружинного фиксатора. Ширина и глубина винтовой канавки выполнены достаточными для обеспечения зацепления винтовой канавки штока с витками пружинного фиксатора. Шаг между витками винтовой канавки выполнен больше шага между витками расклинивающейся секции пружинного фиксатора. Обеспечивается повышение выхода годных топливных таблеток и оболочки при извлечении из нее пружинного фиксатора. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство автоматической линии контроля и разбраковки тепловыделяющего элемента на установке γ-абсорбционного контроля на правильность сборки основных компонентов в оболочке тепловыделяющего элемента после устройства фиксации пружинным фиксатором с расклинивающейся и фиксирующей секциями столба топливных таблеток в оболочке тепловыделяющего элемента, отличающееся тем, что в устройстве после установки γ-абсорбционного контроля размещен съемник пружинных фиксаторов из открытого конца снаряженной оболочки тепловыделяющего элемента, забракованного при γ-абсорбционного контроле, выполненный в виде поворотного вокруг своей оси, подвижного в осевом направлении с возможностью ввода внутрь расклиненной секции пружинного фиксатора в оболочке тепловыделяющего элемента штока, на котором на длину больше длины расклиненной в оболочке тепловыделяющего элемента секции пружинного фиксатора выполнена винтовая канавка с направлением витков идентично направлению витков пружинного фиксатора, при этом ширина и глубина винтовой канавки выполнены достаточными для обеспечения зацепления винтовой канавки штока с витками пружинного фиксатора, а шаг между витками винтовой канавки выполнен больше шага между витками расклинивающейся секции пружинного фиксатора.2. Устройство автоматической линии контроля и разбраковки тепловыделяющего элемента по п.1, отличающееся тем, что ширина винтовой канавки выполнена в 3-3,5 раза больше диаметра проволоки пружинного фиксатора, а глубина винтовой канавки больше диаметра проволоки пружинного фиксатора.