СПОСОБ ПРОСЕИВАНИЯ И ОРИЕНТИРОВАНИЯ ТАБЛЕТОК ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2011 года по МПК B65G27/04 B65G27/34 B65G47/19 B65G47/30 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к производству ядерных тепловыделяющих элементов в виде заполняемых таблетками стержней, в частности к способу помещения таблеток в заданное положение перед их вставкой в оболочку стержня.

В целом изобретение относится к способу ориентирования цилиндрических объектов с одновременным удалением смешанных с ними элементов, в частности обломков ядерных топливных таблеток. Также изобретение относится к устройству для осуществления этого способа.

Уровень техники

При производстве ядерного топлива, описанном, например, в документе FR 2825307, таблетки получают посредством прессования порошков с последующим спеканием при высокой температуре. Спекание выполняют в огнеупорных лодочках, в которых спрессованные таблетки могут быть расположены случайным образом. Затем спеченые таблетки шлифуют, то есть подгоняют под размер оболочки, в которую после большого количества промежуточных проверок (таких, как контроль размеров) они будут вставлены для формирования топливных стержней.

Таким образом, хранящиеся насыпью в лодочках таблетки необходимо сориентировать для обеспечения непрерывности производственного процесса. В документе FR 2667398 описано ориентирование таблеток посредством вибробункера, в который засыпают таблетки. Такой бункер можно использовать для минимизации остатка, как, например, это описано в документе JP 10029719. Кроме того, на различных этапах производства таблетки перемещают, например, по конвейеру, который, в частности, может представлять собой ленту или «двойную проволоку», описанную в документе FR 2779134.

Если таблетка смещена от заданного положения и/или на конвейере осаждаются обломки или пыль, могут происходить сбои и засорения. Это влечет за собой финансовые издержки и затраты времени из-за вынужденной остановки линии, а также отбраковку застрявших таблеток, удовлетворяющих техническим требованиям.

Таким образом, необходимо избавляться от обломков таблеток, фрагментов и пыли как можно раньше, в частности при ориентировании таблеток перед шлифованием, чтобы снизить риски засорения на производственной линии. Известные устройства не удовлетворяют всем предъявленным требованиям.

Раскрытие изобретения

Изобретение направлено на преодоление недостатков известных устройств.

Задачей изобретения является создание устройства для отделения более или менее одинаковых хранящихся насыпью цилиндрических объектов, их сортировки и удержания только тех, которые удовлетворяют заданным техническим требованиям, удаления остатка в мусоросборник и ориентирования подходящих объектов. Устройство может применяться при изготовлении ядерных топливных таблеток, может быть расположено в перчаточной камере (защитной камере с перчатками для работы с опасными объектами) и работать в автоматическом режиме.

Одним объектом изобретения является транспортирующая система, на входной стороне которой может быть расположен вибротранспортер и которая содержит по меньшей мере два последовательно установленных сита, расположенных на выходной стороне вибротранспортера и предпочтительно приводимых в движение посредством вибрирующего основания. Средства приведения сита в вибрацию независимы друг от друга, и, например, выполнены с возможностью сообщения различной скорости перемещения каждому из них. Кроме того, по меньшей мере два сита отделены друг от друга в вертикальном направлении (фактически перпендикулярном направлению перемещения), так что расположенные на устройстве цилиндрические объекты движутся, не соприкасаясь друг с другом, и могут переворачиваться.

Эти два сита предпочтительно являются одинаковыми (отличаются только скорости их перемещения) и образованы горизонтальными стержнями, оси которых параллельны траектории перемещения объектов. Указанные стержни расположены относительно друг друга с шагом, соответствующим размеру объектов и предпочтительно равным диаметру стержней. Предпочтительно, чтобы два сита были смещены относительно друг друга не только в вертикальном направлении, но и по горизонтали на половину шага так, чтобы стержни первого сита были установлены в промежутке между стержнями второго сита.

Каждое сито предпочтительно связано с емкостью (возможно, с единым баком для этих двух сит) для утилизации проходящих между стержнями обломков.

На выходной стороне конвейер согласно изобретению предпочтительно связан с вибробункером, выполненным с возможностью ориентации цилиндрических объектов, а на входной стороне - с устройством переворота емкости для хранения этих объектов.

Другим объектом изобретения является способ ориентации хранящихся насыпью цилиндрических объектов с одновременной первой сортировкой объектов заданных размеров, в частности, посредством удаления обломков и пыли от цилиндрических объектов с конвейера в связанный с ним бак. Способ включает этапы, на которых помещают объекты на первый транспортирующий элемент, который может быть двойным и который содержит вибрационное сито, в частности параллельные стержни, расположенные на некотором расстоянии друг от друга; перемещают объекты посредством вибрирующего сита ко второму ситу, предпочтительно идентичному первому, причем стержни второго сита отделены от стержней первого сита по вертикали и смещены в горизонтальной плоскости; сбрасывают объекты на второе сито, возможно с переворотом; перемещают объекты по второму ситу посредством его вибрации, предпочтительно со скоростью, более высокой, чем на первом сите.

Способ предпочтительно применяется при производстве ядерных топливных таблеток, высыпаемых из перевернутой лодочки в замкнутом окружающем пространстве с их последующей передачей в вибробункер, обеспечивающий их упорядоченное ориентирование.

Особенности и преимущества настоящего изобретения будут более понятны из нижеследующего описания со ссылкой на чертежи.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 схематично показано известное ориентирующее устройство; на фиг.2А и 2В показано устройство согласно изобретению.

Осуществление изобретения

После прессования ядерные топливные таблетки помещают в систему хранения, такую как лодочка, которая может быть помещена в печь для спекания. В частности, согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения лодочки содержат от 9 до 12 кг хранящихся насыпью таблеток.

После спекания таблетки могут представлять собой тела вращения в виде цилиндров длиной от 11 до 12 мм с диаметром основания от 8 до 9,5 мм и весить от 6 до 8 г. Таблетки во время спекания могут раскрошиться, образуя частицы остатка, которые большую часть времени остаются смешанными с таблетированным материалом.

Для размещения таблеток в ядерных топливных стержнях в соответствии с известными системами лодочки переворачивают на ленточный конвейер посредством традиционного механического устройства. Как схематично показано на фиг.1, известный ленточный конвейер 1 подает содержимое лодочек 3 в вибробункер 2 посредством выпускного желоба 4. Подающая лента конвейера 1 перемещает расположенные насыпью таблетки 5 до вибробункера 2, например, посредством трехфазного электродвигателя 6, при этом ход заполнения управляется датчиком 7 заполнения вибробункера 2.

Геометрия бункера 2 и создаваемые вибрации вызывают ориентирование таблеток 5: таблетки 5 вращаются внутри бака бункера 2, поднимаясь при этом по наклонным поверхностям 8, и, таким образом, переносятся к выходу из бункера 2, где они подхватываются конвейером 9, который доставляет их к шлифовальным кругам.

Очевидно, как для известного устройства, так и для устройства согласно изобретению, эти этапы производства ядерного топлива выполняются автоматически в герметически закрытом окружающем пространстве, таком как перчаточная камера, и любое необходимое вмешательство человека производится дистанционно.

В устройстве согласно изобретению известный конвейер 1 и выпускной желоб 4 заменены устройством, позволяющим производить предварительную сортировку и ссыпать в бункер 2 только таблетки 5, удовлетворяющие минимальным требованиям, избегая загрязнений от пыли или обломков.

В частности, вместо высыпания таблеток на простой конвейер 1, лодочка 3 постепенно переворачивается механическими средствами, которые могут быть аналогичны известным средствам, на транспортирующее устройство 10, выполненное с возможностью распределения по себе таблеток так, чтобы регулировать поток. Как показано на фиг.2А и 2В, это транспортирующее устройство на входной стороне предпочтительно содержит транспортер 12, аналогичный вышеупомянутому конвейеру 1 и выполненный с возможностью распределения всех высыпанных таблеток по своей поверхности, чтобы не задерживать прибытие новой лодочки 3.

Вибротранспортер 12 питает первое сито 14, длина которого достаточна для удаления обломков таблеток 5. Содержимое лодочки 3 может быть высыпано непосредственно на первое сито 14. В частности, первое сито 14 может быть образовано слоем параллельных металлических стержней 16, расположенных друг от друга на таком расстоянии, чтобы целые таблетки 5 передавались дальше, а обломки падали между стержнями 16 и удалялись. Предпочтительно диаметр каждого стержня 16 составляет примерно 6 мм для данного целевого применения, и их шаг в слое также составляет примерно 6 мм.

Предпочтительно, чтобы сито 14 приводилось в вибрацию посредством вибрирующего основания 18, с которым соединены стержни 16, при этом амплитуда и частота вибраций определяют скорость продвижения таблеток 5. Такая система перемещения известна, например, из документа JP 1318996.

Согласно изобретению транспортирующее устройство 10 также содержит второе сито 24, предпочтительно того же типа, что и первое, которое смещено относительно первого сита в вертикальном направлении вниз так, чтобы поворачивать таблетки 5, достигающие конца первого сита, при движении их с верхнего сита 14 на нижнее сито 24. Предпочтительно, чтобы второе сито 24 было отделено от первого в вертикальном направлении на расстояние d, которое немного меньше длины таблетки 5, так чтобы таблетка 5 не смогла «упасть» на входную сторону сита 24 и сломаться.

Предпочтительно стержни 26 второго сита 24 также смещены на половину шага в горизонтальной плоскости и расположены в шахматном порядке, усиливая поворот таблеток 5 при их вертикальном перемещении. Так, могут быть также удалены самые крупные обломки, которые, возможно, беспрепятственно преодолели первую часть 14 устройства 10.

Предпочтительно второе сито 24 также приводится в вибрацию посредством основания 28, однако желательно, чтобы частота и амплитуда вибраций были такими, чтобы скорость перемещения таблеток на втором сите 24 была больше скорости их перемещения на первом сите 14. Таким образом, цилиндрические объекты 5 можно отделять друг от друга, изменяя скорость и задержку, вызванную падением, с исключением их скопления.

В результате выходная часть 14 и 24 транспортирующего устройства 10 согласно изобретению может удалить все обломки и пыль из потока таблеток 5, выходящего из вибротранспортера 12. Например, обломки могут быть помещены в бак 30, расположенный под ситами 14 и 24 и снабженный датчиком заполнения.

Термин «обломки» относится к частям таблеток, их остаткам от поломки во время прессования, а также, например, к дискам (коротким таблеткам) и кускам (таблеткам, поломанным во время спекания). Таблетки 5 могут быть предварительно выбраны в зависимости от шага сит 14 и 24 так, чтобы минимизировать риск затора на транспортирующих средствах на выходной стороне устройства 10.

Как и в известном устройстве, показанном на фиг.1, отсортированные таблетки 5 высыпаются через желоб 34 в ориентирующее устройство, такое как вибробункер 32, который предпочтительно содержит винтовую спираль 38, открытую наверху так, чтобы таблетки можно было захватить сверху. Поток таблеток 5 на выходе из устройства, включающего в себя вибротранспортер 12, сита 14, 24 и вибробункер 32, может быть отрегулирован в диапазоне между 2 и 3,3 таблетками в секунду (±5%).

Известный конвейер 9 (фиг.1) может доставлять продольно ориентированные таблетки от выхода из вибробункера 32 до шлифовального круга, а затем до системы контроля диаметра и так далее, пока стержни не будут полностью обработаны.

Таблетки с возможным содержанием обломков подают на транспортирующее устройство (12), содержащее два последовательно расположенных вибрационных сита (14, 24), вертикально отделенных друг от друга и питающих ориентирующий бункер. Скорость перемещения таблеток по второму ситу выше скорости перемещения объектов по первому ситу. Повышается эффективность отделения таблеток от обломков и их ориентирования. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Транспортирующее устройство (10) для перемещения цилиндрических объектов (5), таких как ядерные топливные таблетки с возможным содержанием обломков, содержащее по меньшей мере первое (14) и второе (24) вибрационные сита, выполненные с возможностью перемещения объектов вдоль первого направления посредством вибрации, причем каждое сито образовано параллельными, расположенными с равными интервалами стержнями (16, 26), продольные оси которых образуют первое направление, причем стержни расположены один за другим в направлении перемещения и отделены друг от друга во втором вертикальном направлении, а каждое сито (14, 24) соединено с вибрирующим средством (18, 28) независимо друг от друга так, что скорость перемещения по второму ситу (24) больше скорости перемещения по первому ситу (14).

2. Устройство по п.1, в котором стержни каждого сита одинаковы, причем стержни (26) второго сита (24) смещены на половину шага относительно стержней (16) первого сита (14) в плоскости сита.

3. Устройство по п.1, содержащее транспортер (12), соединенный с входной стороной первого сита (14) и выполненный с возможностью перемещения цилиндрических объектов (5) вдоль первого направления к первому ситу (14).

4. Устройство по п.1, содержащее по меньшей мере один бак (30) для улавливания обломков и пыли, проходящих через сита (14, 24).

5. Устройство по п.1, содержащее вибробункер (32), расположенный на выходе из последнего сита (24).

6. Способ ориентирования цилиндрических объектов (5), таких как ядерные топливные таблетки с возможным содержанием обломков, включающий этапы, на которых цилиндрические объекты подают на первое сито (14), перемещают объекты (5) посредством вибрации первого сита (14) к его концу вдоль первого направления, сбрасывают цилиндрические объекты (5) на второе сито (24), расположенное под первым ситом (14), и перемещают объекты (5) по второму ситу (24) посредством его вибрации, причем скорость перемещения объектов (5) по второму ситу (24) выше скорости перемещения объектов (5) по первому ситу (14).

7. Способ по п.6, в котором второе сито (24) отстоит в вертикальном направлении от первого сита (14) на расстояние (d), меньшее длины объектов (5).

8. Способ по п.6, в котором каждое сито (14, 24) образовано параллельными стержнями (16, 26), расположенными с постоянным шагом вдоль направления перемещения цилиндрических объектов (5), причем стержни (26) второго сита (24) смещены на половину шага относительно стержней (16) первого сита (14) в плоскости сит.

9. Способ по п.6, включающий этап, на котором посредством второго сита (24) питают ориентирующее устройство (32).

10. Способ по п.6, включающий этап, на котором систему (3) хранения с цилиндрическими объектами (5) опрокидывают на первое сито (14).

11. Способ по п.6, включающий этап, на котором улавливают обломки и пыль с цилиндрического объекта, проходящего через сита (14, 24).

12. Применение устройства по п.1 или способа по п.6 для ориентирования ядерных топливных таблеток.