Установка спекания таблеток, содержащая транспортный канал Российский патент 2023 года по МПК G21C3/62 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к технологическому нестандартизированному оборудованию для изготовления таблеток уран-плутониевого топлива (СНУП и МОКС-топлива) и предназначено для подтверждения параметров и конструктивных решений, принятых при разработке технического проекта установки спекания таблеток с учетом возможности ее обслуживания робототехнологическим комплексом в условиях роботизированного производства уран-плутониевого топлива.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Стандартный процесс изготовления топливных таблеток для ядерных реакторов заключается в формировании порошков уран-плутониевых оксидов или нитридов в сырые таблетки, которые затем спекаются до необходимой плотности. К спеченным таблеткам предъявляются довольно жесткие требования по плотности, микроструктуре, термической стабильности и другим параметрам, которые обеспечиваются соответствующими технологическими процессами на специальном технологическом оборудовании, преимущественно в виде газонаполненных многокамерных печей резистивного нагрева.

Из уровня техники известно устройство для осуществления способа изготовления таблетированного топлива из диоксида урана (RU 2158030 С2, G21C 3/62, 2000), в котором режим спекания обеспечивается продвижением лодочек с таблетками в печи тоннельного типа, работающей в непрерывном режиме и имеющей три температурные зоны: нагрева и удаления связующего, спекания таблеток в восстановительной среде и охлаждения.

Однако при таком способе спекание таблеток начинается задолго до наступления максимальной температуры. При этом в первую очередь происходит спекание и уплотнение поверхностных слоев таблетки. Уплотненный спеченный поверхностный слой таблетки затрудняет выход газообразных продуктов, образующихся при разложении связующих веществ, что приводит к растрескиванию и разрушению таблеток.

Известен также способ изготовления таблетированного топлива для тепловыделяющих элементов (RU 2256245 С2, G21C 3/62, 2005), реализующий спекание таблеток путем постепенной, более длительной подготовки таблеток для последующей термообработки в печи тоннельного типа с тремя секциями нагрева, спекания и охлаждения, которые имеют девять температурных зон. В первых трех зонах осуществляют постепенный нагрев «сырых» таблеток, подготавливая их для последующей термообработки, в четвертой и пятой зонах происходит дальнейший нагрев таблеток, в шестой и седьмой зонах проводят спекание таблеток, в восьмой зоне продолжают спекать таблетки с дожиганием водорода, в девятой зоне охлаждают таблетки с падением температуры.

При такой технологии спекания таблеток, за счет более длительной подготовки таблеток к спеканию, повышается качество таблеток и увеличивается выход годных. С другой стороны, предварительный нагрев таблеток приходится осуществлять в течение 4-5 часов, выдерживать таблетки в высокотемпературной зоне до 6 часов, а продолжительность полного удаления связующего до остаточного доводить до 14 часов. При этом весь цикл производства таблеток от загрузки в печь до выгрузки из печи займет 30-35 часов, что удлиняет технологических процесс и снижает его производительность, что в свою очередь не позволяет осуществить более современную технологию спекания таблеток в печах толкательного типа с возможностью их обслуживания робототехнологическим комплексом.

При этом удаление связующего целесообразно осуществлять в отдельной печи, а спекать таблетки в другой печи, перемещая лодочки с таблетками по общему транспортному каналу.

Из уровня техники известен способ спекания гранул в топливные таблетки и устройство для осуществления этого способа (US 4655978 А, G21C 3/62, 1987), при котором гранулы перемещают по транспортному каналу, выполненному в виде муфеля тоннельной печи путем продавливания гранул через муфель на направляющем устройстве, смонтированном на входе в муфель и содержащим лодочки для загрузки в них гранул.

Известное техническое решение печи спекания по изобретению US 4655978 А можно принять за наиболее близкий аналог (прототип) по наибольшему количеству одинаковых с заявляемым изобретением существенных признаков.

Недостаток прототипа заключается в сложности конструкции известной печи по причине применения специфичной технологии изготовления топливных таблеток из гранул первичного сырья с последующим спеканием в виде топливного столбика в одной и той же многозонной тоннельной печи резистивного нагрева толкательного типа, используя единый транспортный канал перемещения лодочек.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей заявленного изобретения является создание установки спекания таблеток упрощенной конструкции, содержащей единый транспортный канал с целью подтверждения параметров и конструктивных решений, принятых при разработке технического проекта установки спекания включая:

- возможность осуществления нагрева рабочей реторты на максимальную температуру до 1900 град. С;

- возможность осуществления безаварийной цикличной загрузки, выгрузки и перемещения транспортных тележек с лодочками через реторту при температуре 1100 град. С;

- возможность осуществления оптимизации подачи и поддержания газовой среды в корпус и реторту печи спекания и корпус камер модулей загрузки/выгрузки;

- возможность осуществления эффективного охлаждения транспортных тележек с лодочками до заданного параметра температуры в заданный временной период;

- возможность обслуживания отдельных узлов установки робототехнологическим комплексом в условиях роботизированного производства уран-плутониевого топлива.

Техническим результатом является повышение надежности работы основных узлов и механизмов установки спекания таблеток с обеспечением заданной производительности рабочего цикла.

Поставленная задача может быть реализована, а ее технический результат может быть достигнут посредством конкретного технического решения изобретения, заключающегося в том, что установка спекания таблеток, содержащая транспортный канал, преимущественно для перемещения спекаемых таблеток, включает модули загрузки/выгрузки тележек с лодочками, заполненными таблетками, печь спекания таблеток, холодильник и установку газоочистки. Транспортный канал перемещения таблеток образован сочлененными между собой в единое целое внутренними камерами модуля загрузки, модуля выгрузки, холодильника и внутренним каналом печи спекания таблеток, выполненным в виде реторты. Модуль загрузки отделен от печи спекания таблеток шибером с газовым барьером, аналогичные по конструкции шиберы установлены между холодильником и модулем выгрузки, а также на входе в модуль загрузки и выходе из модуля выгрузки соответственно.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Изобретение проиллюстрировано рисунками:

фиг.1 - общий вид установки спекания таблеток;

фиг.2 - модуль загрузки;

фиг.3 - печь спекания таблеток;

фиг.4 - транспортный контейнер;

фиг.5 - шибер с газовым барьером;

фиг.6 - установка газоочистки.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Далее со ссылками на сопроводительные рисунки описан предпочтительный вариант реализации заявленного изобретения.

Как видно из фиг.1 заявленное изобретение установки спекания таблеток, содержащей транспортный канал, включает в себя модуль загрузки 1, печь спекания таблеток 2, холодильник 3, модуль выгрузки 4, установку газоочистки 6 для регулирования и подачи газа в установку спекания таблеток. Сочлененные между собой в единое целое внутренние камеры модуля загрузки 1, модуля выгрузки 4, холодильника 3 и внутренний канал печи спекания таблеток 2, выполненный в виде реторты, образуют транспортный канал перемещения спекаемых таблеток.

Установка смонтирована на основании 5, в нижней части которого находятся панель водогазовая 12 и коннекторы 13 для подачи в установку воды, газов и электроэнергии.

Модуль загрузки 1 отделен от печи спекания таблеток 2 шибером 8 с газовым барьером. Такой же шибер 9 установлен между холодильником 3 и модулем выгрузки 4. Аналогичные шиберы 10 и 11 установлены на входе в модуль загрузки 1 и выходе из модуля выгрузки 4 соответственно.

На фиг.2 изображен модуль загрузки 1. Модуль включает корпус 14, линейный привод перемещения 15, манипулятор 16 и линейный привод 17 со столиком 18. Корпус 14 имеет фланцы 19 и 20. Конструкция модуля выгрузки 4 аналогична конструкции модуля загрузки 1, при этом модули загрузки/выгрузки 1, 4 смонтированы зеркально друг другу.

На фиг.3 изображена печь спекания таблеток 2. Печь включает корпус 21 с теплоизоляцией 22 и системой водяного охлаждения 23 в виде кожуха 24, смонтированного на наружной поверхности корпуса 21, внутри которого циркулирует охлаждающая жидкость. Корпус 21 разделен на части теплоизоляционными перегородками 25 по количеству тепловых зон. Печь снабжена нагревателями 26 и термоэлектрическими преобразователями 27, обеспечивающими нагрев, поддержание и контроль температурного режима.

С обеих торцовых частей корпуса 21 установлены крышки 28 и 29, герметично изолирующие внутреннюю полость корпуса 21. Внутри корпуса 21 находится проходная реторта 30 с вытяжными патрубками 31, по которым удаляются газы продукта переработки. Нагреватели 26 своей фланцевой частью герметично устанавливаются в корпус 21 быстросъемными зажимами 33. К торцовой крышке 29 присоединен холодильник 34 с сильфоном 35.

На фиг.4 изображен транспортный контейнер 32. Транспортный контейнер 32 включает транспортную тележку 36 с лодочкой 37, заполненной топливными таблетками. Транспортная тележка 36 имеет ролики 38, позволяющие транспортному контейнеру 36 перемещаться вдоль реторты 30.

На фиг.5 изображен шибер с газовым барьером. Шибер 9 содержит герметичный корпус 38, фланцы 39 и 40, шиберную заслонку 41 с экранами 42, прикрепленными к заслонке 41 со стороны печи спекания 2 и разделяющую внутреннюю полость корпуса 38 на две части. Шиберная заслонка 41 установлена с возможностью вертикального перемещения с помощью актуатора 43. Во внутреннюю полость корпуса через патрубки 44 подается газ, создающий газовую завесу.

На фиг.6 изображена установка газоочистки. Установка газоочистки 6 содержит два блока газоочистки 45, соединенных через трубопроводы 46 с трехходовым краном 47, позволяющим переключать газовый поток с одного блока на другой. Блок газоочистки 45 состоит из газовых охлаждаемых ловушек 48 и фильтров 49. Термоэлектрические преобразователи 50 позволяют контролировать температуру газов, проходящих через ловушки 48. Через подающий 51 и водоотводящий 52 трубопроводы в ловушки 48 подается вода для охлаждения ловушек и газов, проходящих через них. Клапаны 53 позволяют управлять потоком воды, а датчики 54 контролировать параметры отходящей воды и подавать сигнал на клапаны 53.

Принцип работы установки спекания таблеток заключается в следующем.

Транспортный контейнер 32 с таблетками из внешнего транспортного коридора попадает в модуль загрузки 1 через открытую заслонку 41 шибера 10, в котором при помощи манипулятора 16 перегружается на столик 18, а затем с помощью линейного привода 17 перемещается в зону загрузки печи спекания 2 в направлении шибера 8. При этом шибер 10 закрывается и происходит продувка модуля загрузки технологическим газом, обеспечивая инертную атмосферу в модуле загрузки 1.

Далее открывается шибер 8 и контейнер 32 с тележкой 36 и лодочкой 37 линейным приводом перемещения 15 проталкивается в реторту 30 печи спекания 2. Шибер 8 закрывается, перекрывая сообщение атмосферы в реторте 30 с атмосферой в модуле загрузки 1. Цикл загрузки одной лодочки с таблетками в реторту завершился. Аналогичным образом осуществляется последовательная загрузка остальных контейнеров 32.

В процессе движения вереницы контейнеров 32 с лодочками 37 вдоль реторты 30 в печи спекания 2 осуществляется ступенчатый нагрев таблеток до заданной температуры. При этом через вытяжные патрубки 31 происходит удаление продуктов реакции, которые попадают в установку газоочистки 6. В холодильнике 3 происходит охлаждение спеченных таблеток.

При выталкивании контейнера 32 из холодильника 3 открывается шибер 9 и контейнер 32 попадает в модуль выгрузки 4. Шибер 9 закрывается, прерывая сообщение газовой среды в модуле выгрузки 4 и печи спекания 2 с холодильником 3. Принцип работы узлов и механизмов модуля выгрузки 4 аналогичен принципу работы модуля загрузки 1. Далее шибер 11 открывается и происходит выгрузка одного контейнера 32 с лодочкой 37.

Аналогичным образом осуществляется последовательная выгрузка всех остальных контейнеров 32 с лодочками 37, содержащими охлажденные спеченные таблетки.

Описанный выше рабочий процесс спекания топливных таблеток при условии обеспечения требуемых параметров основных технологических характеристик, обусловленных заданным режимом работы, гарантирует повышение надежности работы основных конструктивных решений установки спекания таблеток с обеспечением заданной производительности.

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности к оборудованию для спекания топливных таблеток, и предназначено для подтверждения параметров и конструктивных решений, принятых при разработке технического проекта установки. Установка спекания таблеток содержит транспортный канал, включает модули загрузки 1 и выгрузки 4 тележек с лодочками, заполненными таблетками, печь спекания 2, холодильник 3 и установку газоочистки 6. Транспортный канал перемещения таблеток образован сочлененными между собой в единое целое внутренними камерами модуля загрузки 1, модуля выгрузки 4, холодильника 3 и внутренним каналом печи спекания 2 таблеток, выполненным в виде реторты. Модуль загрузки 1 отделен от печи спекания 2 таблеток шибером 8 с газовым барьером. Аналогичные по конструкции шиберы 9, 10, 11 установлены между холодильником 3 и модулем выгрузки 4, а также на входе в модуль загрузки 1 и выходе из модуля выгрузки 4 соответственно. Техническим результатом является повышение надежности работы основных конструктивных решений установки с обеспечением заданной производительности рабочего цикла. 6 ил.

Установка спекания таблеток, содержащая транспортный канал, преимущественно для перемещения спекаемых таблеток, включающая модули загрузки/выгрузки тележек с лодочками, заполненными таблетками, печь спекания таблеток, холодильник и установку газоочистки, отличающаяся тем, что транспортный канал перемещения таблеток образован сочлененными между собой в единое целое внутренними камерами модуля загрузки, модуля выгрузки, холодильника и внутренним каналом печи спекания таблеток, выполненным в виде реторты, при этом модуль загрузки отделен от печи спекания таблеток шибером с газовым барьером, аналогичные по конструкции шиберы установлены между холодильником и модулем выгрузки, а также на входе в модуль загрузки и выходе из модуля выгрузки соответственно.