УСТАНОВКА ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО РАДИОИЗОТОПНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ТОПЛИВНЫХ ТАБЛЕТОК И ИХ РАЗБРАКОВКИ Российский патент 2008 года по МПК G01N9/24 

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к неразрушающим методам контроля при производстве ядерного топлива, а именно - топливных таблеток.

Известны устройства для измерения плотности топливных таблеток с помощью ионизирующего излучения, содержащие источник и приемник ионизирующего излучения, коллиматоры, узлы подачи изделий на контроль в зону измерения, измерительную станцию, регистрирующую аппаратуру (см. Владыкин А.Н. и др. Методы и приборы контроля в производстве таблеток ядерного топлива. Обзор. М.: 1982 г., стр.37; патент РФ №2109265, G01N 9/24; заявка №95118227 с приоритетом от 24.04.98, БИ №11.1,2).

Топливные таблетки энергетических реакторов, изготовленные из двуокиси урана, обладают повышенной абразивностью и хрупкостью, наличием на поверхности таблеток пыли, что является следствием технологического процесса получения таблеток. В связи с этим организация автоматической подачи топливных таблеток в зону измерения, фиксирование таблеток на измерительной призме и вывод из зоны измерения связаны с трудностями в обеспечении точной объемной фиксации таблеток.

Абразивная крошка и пыль, попадая на узлы и элементы измерительной станции, приводит к заклиниванию подвижных элементов конструкции, в результате чего происходят сбои в процессе измерения.

Недостатком данных устройств является невысокая точность измерения и надежность работы, обусловленная скоплением абразивной крошки и пыли на измерительной призме и самой таблетке, что приводит к погрешности базирования, и наличием шарнирных узлов в элементах станции.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для измерения и сортировки таблеток ядерного топлива (см. патент РФ №2209477, G01N 9/24; заявка №2001103168/28 с приоритетом от 02.02.2001, опубликована 27.07.2003, бюл. №21) - прототип, содержащее источник ионизирующего излучения, блок детектирования, коллиматоры, средство подачи таблеток, измерительную станцию с измерительной призмой и поджимной пятой, снабженной механизмом вращения таблеток, выполненным в виде двух приводных валов с возможностью поворота каждого вала, при этом измерительная призма закреплена над потоком таблеток, механизм вращения таблеток расположен под потоком таблеток, а поджимная пята установлена между валами.

Недостатками данного устройства являются низкая точность повторяемости результатов измерений, обусловленная применением фрикционной передачи вращения от шагового двигателя к валам измерительной станции, неравномерностью вращения валов, проскальзыванием таблетки при вращении на валах, использование вращающегося торца вала для фиксации таблетки, применение трех измерений при контроле, что не дает возможности провести точное измерение плотности по объему таблетки. Пыль и мелкие частицы, скапливающиеся на поверхности валов измерительной станции, ухудшают позиционирование таблетки при вращении и снижают надежность работы механизма вращения. Поштучная подача требует применения дополнительных устройств для перемещения таблетки по измерительной станции. Отсутствие защитной камеры приводит к тому, что частицы двуокиси урана в виде пыли и крошки поступают в окружающую среду. Пыль из окружающей среды также поступает на узлы и механизмы, что приводит к снижению надежности работы устройства.

Технической задачей изобретения является повышение точности измерения, надежности работы, исключение вредного влияния на окружающую среду при изготовлении топливных таблеток.

Поставленная задача решается тем, что в установке для автоматического радиоизотопного определения плотности топливных таблеток и их разбраковки, содержащей источник ионизирующего излучения, блок детектирования, коллиматор, узел поштучной подачи топливных таблеток, измерительную станцию, содержащую измерительную призму, механизм вращения топливных таблеток в виде двух приводных валов и прижимное устройство, расположенное между приводными валами, управляющую и регистрирующую аппаратуру, согласно изобретению коллиматор снабжен блокиратором излучения, выполненным в виде заслонки, соединенной с пневмоцилиндром, один из приводных валов механизма вращения таблеток соединен с поворотным пневмоцилиндром через муфту свободного хода, узел поштучной подачи топливных таблеток содержит питатель, представляющий собой систему вращающейся и неподвижной чаш, на последней из которых жестко закреплен ворошитель, и снабжено пылеулавливающим каналом, соединенным с системой очистки воздуха, прижимное устройство выполнено в виде нижнего и верхнего поджимных упоров, при этом нижний поджимной упор содержит элемент вогнутой формы в виде ложа для таблетки, имеющего длину и радиус вогнутости, соответствующие этим размерам у таблетки, а верхний поджимной упор выполнен в виде ролика, закрепленного между ножами измерительной призмы с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном оси вращения топливной таблетки, измерительная станция соединена с узлом разбраковки, содержащим трубчатый канал, соединенный с пневмоцилиндром, при этом установка снабжена защитной камерой, на которой размещена пневмопанель, система очистки воздуха и шлюзовая камера, а управляющая и регистрирующая аппаратура размещена в отдельной стойке.

Указанная совокупность признаков является новой, не известной из уровня техники, так как:

- применение в момент перезагрузки топливных таблеток блокиратора излучения позволяет настроить детектор на фоновое значение излучения и снизить ионизирующее излучение от источника;

- применение в механизме вращения топливной таблетки поворотного пневмоцилиндра, соединенного с одним из приводных валов через муфту свободного хода и настраиваемого на требуемый угол поворота, позволяет производить измерения плотности топливных таблеток в любом сечении;

- выполнение питателя узла поштучной подачи топливных таблеток в виде системы чаш, одна из которых вращающаяся, а другая неподвижная, с жестко закрепленным в ней ворошителем, позволяет исключить повреждение поверхности топливных таблеток, такое как сколы, царапины, и запыление вследствие этого;

- использование пылеулавливающего канала для удаления пыли и абразива с исследуемых топливных таблеток до проведения контроля исключает попадание пыли и абразива на измерительную призму, что повышает качество контроля;

- выполнение прижимного устройства в виде системы прижимных упоров позволяет обеспечить прижим таблетки при ее исследовании более качественно, при этом выполнение на нижнем прижимном упоре, обеспечивающем прижим таблетки в процессе контроля к измерительной призме, элемента вогнутой формы в виде ложа для таблетки, имеющего длину и радиус вогнутости, соответствующие этим размерам у таблетки, и выполнение верхнего прижимного упора, обеспечивающего прижим таблетки при вращении на приводных валах, в виде ролика, закрепленного между ножами измерительной призмы с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном оси вращения таблетки, позволяет равномерно прижимать таблетку к измерительной призме и обеспечивает точное позиционирование таблетки при повороте, что уменьшает погрешность базирования;

- поворот трубчатого канала узла разбраковки из одного крайнего положения в другое с помощью пневмоцилиндра позволяет осуществлять сортировку таблеток на годные и брак, исключив совмещение системы разбраковки с механизмом вращения, усложняющее процесс;

- размещение установки в защитной камере, в которой обеспечивается разрежение не менее 20 мм рт.ст., предотвращает попадание посторонней пыли на измерительную станцию и другие узлы установки;

- размещение на защитной камере установки пневмопанели позволяет использовать в средстве подачи таблеток, измерительной станции, узле разбраковки приводов с использованием пневматики, тем самым исключить влияние электромагнитного излучения на блок детектирования, что повышает точность измерения.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг.1 - чертеж внешнего вида установки для автоматического радиоизотопного определения плотности топливных таблеток и их разбраковки.

На фиг.2 - чертеж общего вида узлов и механизмов установки.

На фиг.3 - чертеж узлов установки: измерительная станция, узел поштучной подачи.

На фиг.4 - чертеж узлов установки: механизм разбраковки, блокиратор излучения.

Установка для автоматического радиоизотопного определения плотности топливных таблеток и их разбраковки содержит отдельную стойку 1 с расположенными в ней управляющей и регистрирующей аппаратурой 2, защитную камеру 3, выполненную в виде герметичного короба с окнами и перчаточными проемами, на которой расположены шлюзовая камера 4, система очистки воздуха 5, выполненная в виде вакуумного насоса со сменным фильтром, и пневмопанель 6, транспортный контейнер 7, источник 8 ионизирующего излучения, блок детектирования 9, коллиматор 10, питатель 11, блокиратор излучения 12, контейнер для годных изделий 13, контейнер для бракованных изделий 14, пылеулавливающий канал 15, узел 16 поштучной подачи таблетки на измерительную позицию, измерительная станция 17, содержащая измерительную призму, механизм вращения топливных таблеток в виде двух приводных валов 34, один из которых соединен с поворотным пневмоцилиндром через муфту свободного хода, и расположенное между приводными валами прижимное устройство, выполненное в виде нижнего и верхнего прижимных упоров, узел разбраковки 18.

Шлюзовая камера 4 снабжена наружной дверью 19 и внутренней дверью 20. Питатель 11 выполнен в виде вращающейся чаши 21, неподвижной чаши 23 с ворошителем 22, жестко закрепленным на неподвижной чаше 23, и датчиком наличия таблеток 24.

Блокиратор излучения 12 выполнен в виде заслонки 25 и пневмоцилиндра 26. Пылеулавливающий канал 15 содержит трубку 27 с расположенными на ней штуцером 28 и каналом 29 и представляет собой наклонную гибкую конструкцию с подачей избыточного давления с одновременным отсосом пыли в систему очистки воздуха.

Узел поштучной подачи топливных таблеток на измерительную позицию 16 включает прижим 30, упор 31, датчик 32.

Измерительная станция 17 содержит упор 33, приводные валы 34, один из которых соединен с поворотным пневмоцилиндром пневматического узла 39 через муфту свободного хода, измерительную призму 35, прижимное устройство в виде верхнего поджимного упора 36 и нижнего поджимного упора 37, датчик наличия таблетки на позиции контроля 38, пневматический узел 39 поворота вала. Канал перемещения таблеток по измерительной станции расположен под углом 45 градусов. Нижний поджимной упор 37 содержит элемент вогнутой формы в виде ложа для таблетки, имеющего длину и радиус вогнутости, соответствующие этим размерам у таблетки, а верхний поджимной упор 36 выполнен в виде ролика, закрепленного между ножами измерительной призмы с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном оси вращения топливной таблетки.

Узел разбраковки 18 соединен с измерительной станцией 17 и содержит трубчатый канал 40, соединенный с пневмоцилиндром 41.

Установка для автоматического радиоизотопного определения плотности топливных таблеток и их разбраковки работает следующим образом.

Таблетки через наружную дверь 19 и внутреннюю дверь 20 шлюзовой камеры 4, расположенной на защитной камере 3, транспортным контейнером 7 поступают в чашу 23 питателя 11. При вращении чаши 21 от электродвигателя таблетки перемешиваются ворошителем 22 и поступают через отверстие в чаше 21 в пылеулавливающий канал 15, где в процессе перемещения таблетки по трубке 27 на штуцер 28 подается избыточное давление по сравнению с внутренним давлением защитной камеры 3. В канал 29, имеющий выход в систему очистки воздуха 5, собирается с поверхности таблеток пыль и абразив. Торец таблетки упирается в выдвинутый конец упора 31. При получении стабильного сигнала от датчика 24 электродвигатель питателя 11 прекращает работу ворошителя 22, срабатывает пневмоцилиндр прижима 30, блокирующий следующую от упора 31 таблетку в канале. Конец упора 31 поднимается, и таблетка под действием собственного веса поступает в измерительную станцию 17, останавливается фиксатором 33. Датчик 32 предназначен для считывания количества таблеток, поступающих на позицию измерения. Срабатывает пневмоцилиндр нижнего поджимного упора 37. Таблетка прижимается к измерительной призме 35, и датчик наличия таблетки на позиции контроля 38 выдает сигнал о готовности измерения. По этому сигналу срабатывает пневмоцилиндр 26, и заслонка 25 блокиратора излучения 12 освобождает канал коллиматора 10.

Поток гамма-излучения от источника 8 формируется в узкий пучок коллиматором 10, просвечивает таблетку, находящуюся на измерительной призме 35. Прошедший через измеряемую таблетку поток регистрируется детектором 9. Регистрирующая аппаратура 2 производит обработку сигнала по заданному алгоритму. По окончании времени измерения управляющая аппаратура выдает команду, и нижний поджимной упор 37 возвращается в исходное положение.

Срабатывает верхний поджимной упор 36, прижимающий измеряемую таблетку к приводным валам 34. Пневматический узел 39 поворота вала по команде от системы управления поворачивает приводные валы и лежащую на них таблетку на заданный угол. После поворота поджимной упор 36 поднимается, а нижний поджимной упор 37 поджимает таблетку к измерительной призме 35, и происходит измерение в следующем сечении. Аналогично происходит измерение и в других сечениях.

После завершения измерений поджимной упор 37 возвращается в исходное положение. Заслонка 25 блокиратора излучения 12 возвращается в исходное положение, перекрывая канал коллиматора 10.

Упор 33 поднимается, и таблетка поступает в узел разбраковки 18. Положение канала 40 изменяется пневмоцилиндром 41, и в зависимости от результатов измерения таблетка поступает под действием силы тяжести в один из контейнеров для таблеток 13 или 14 с наклоненным дном, в результате чего таблетки при выгрузке не соприкасаются.

Цикл контроля и разбраковки повторяется.

После окончания контроля партии таблеток таблетки перегружаются в транспортный контейнер 7 и извлекаются из защитной камеры 3 установки через шлюзовую камеру 4.

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к неразрушающим методам контроля при производстве ядерного топлива, а именно - топливных таблеток. Сущность изобретения заключается в том, что коллиматор, содержащийся в установке, снабжен блокиратором излучения, один из валов механизма вращения таблеток соединен с поворотным пневмоцилиндром, узел поштучной подачи топливных таблеток содержит питатель, представляющий собой систему вращающейся и неподвижной чаш, на последней из которых жестко закреплен ворошитель. Пылеулавливающий канал соединен с системой очистки воздуха, прижимное устройство выполнено в виде нижнего и верхнего поджимных упоров, при этом нижний поджимной упор содержит элемент вогнутой формы в виде ложа для таблетки, а верхний поджимной упор выполнен в виде ролика, закрепленного с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном оси вращения топливной таблетки. Измерительная станция соединена с узлом разбраковки, содержащим трубчатый канал, соединенный с пневмоцилиндром, при этом установка снабжена защитной камерой, а управляющая и регистрирующая аппаратура размещена в отдельной стойке. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения, надежности работы, исключение вредного влияния на окружающую среду при изготовлении топливных таблеток. 4 ил.

Установка для автоматического радиоизотопного определения плотности топливных таблеток и их разбраковки, содержащая источник ионизирующего излучения, блок детектирования, коллиматор, узел поштучной подачи топливных таблеток, измерительную станцию, содержащую измерительную призму, механизм вращения топливных таблеток в виде двух приводных валов и прижимное устройство, расположенное между приводными валами, управляющую и регистрирующую аппаратуру, отличающаяся тем, что коллиматор снабжен блокиратором излучения, выполненным в виде заслонки, соединенной с пневмоцилиндром, один из приводных валов механизма вращения таблеток соединен с поворотным пневмоцилиндром через муфту свободного хода, узел поштучной подачи топливных таблеток содержит питатель, представляющий из себя систему вращающейся и неподвижной чаш, на последней из которых жестко закреплен ворошитель, и снабжено пылеулавливающим каналом, соединенным с системой очистки воздуха, прижимное устройство выполнено в виде нижнего и верхнего поджимных упоров, при этом нижний поджимной упор содержит элемент вогнутой формы в виде ложа для таблетки, имеющего длину и радиус вогнутости, соответствующие этим размерам у таблетки, а верхний поджимной упор выполнен в виде ролика, закрепленного между ножами измерительной призмы с возможностью перемещения в направлении, перпендикулярном оси вращения топливной таблетки, измерительная станция соединена с узлом разбраковки, содержащим трубчатый канал, соединенный с пневмоцилиндром, при этом установка снабжена защитной камерой, на которой размещена пневмопанель, система очистки воздуха и шлюзовая камера, а управляющая и регистрирующая аппаратура размещена в отдельной стойке.