Установка для получения прочных гранул ядерного топлива Российский патент 2023 года по МПК B01J2/00 B01J2/22 

Изобретение предназначено для формирования высокопрочных топливных гранул требуемого размера из порошковых материалов и может быть использована в различных областях металлургии, химической промышленности, атомной промышленности, в частности, при работе с радиоактивными и токсичными материалами.

Наиболее близким решением, позволяющим получать прочные гранулы, является способ гранулирования порошков и оборудование для его осуществления, содержащее последовательно установленные подающий шнек предварительного прессования, один или несколько валковых или вальцевых прессов с прессующими валками или вальцами, измельчитель, протирочные сита, тарельчатый или трубчатый гранулятор (патент РФ №2613917, B01J 2/00, опубл. 22.03.2017).

Известное устройство позволяет получать гранулы сферической формы с сохранением состава обрабатываемого порошка и твердостью, измеренной по стандарту ASTM D5230, не превышающей 100 грамм. Однако операции прессования посредством вышеуказанных прессов недостаточно для получения прочных спрессованных брикетов, пригодных для измельчения с получением готовых гранул, так как образуется большое количество неуплотненного порошка, что требует наличия дополнительного устройства для накатывания гранул (гранулятора). Учитывая вышесказанное, можно сделать вывод, что известный способ характеризуется высокой степенью запыленностью в рабочей зоне, что необходимо минимизировать при работе с радиоактивными и токсичными материалами.

Технической задачей заявляемого изобретения является создание конструкции установки, позволяющей получать прочные гранулы ядерного топлива.

Техническим результатом заявляемого изобретения является получение высокопрочных топливных гранул требуемого размера из радиоактивных и токсичных материалов.

Технический результат достигается благодаря тому, что установка для получения прочных гранул ядерного топлива (далее - установка) содержит бункер-контейнер с исходным продуктом, узел прессования, представляющий собой планшетный пресс, содержащий башмак, матрицу, пуансон верхний, пуансон нижний, транспортирующее устройство, кроме этого содержит узел измельчения, представляющий собой мельницу с установленными в ней размольной насадкой в виде ротора с ножами и сепарирующей насадкой. Бункер-контейнер присоединен к узлу прессования посредством герметичной трубы с запорной арматурой. Планшетный пресс может использоваться, например, электромеханический.

Заявляемое техническое решение иллюстрируется следующими чертежами, на фиг. 1 изображена схема установки, на фиг. 2 - общий вид мельницы.

Установка включает бункер-контейнер 2 с исходным продуктом (подготовленным пресс-порошком), узел 1 прессования прочных таблеток, состоящий из планшетного пресса 3, например, электромеханического. В верхней части пресса 3 расположен трубопровод 4 питающий с клапаном-регулятором уровня порошка, снабженный вибропобудителем (на фиг. не указан) для улучшения истечения порошка (при необходимости). Трубопровод 4 питающий подсоединяется посредством фланцевого соединения к герметичной трубе 5 с арматурой 6 запорной. Труба 5 предназначена для стыковки узла 1 прессования с бункером-контейнером 2.

Пресс 3 содержит башмак 7 с пружинными элементами и пресс-инструмент в виде пуансона 8 верхнего, пуансона 9 нижнего и неподвижной матрицы 10. С целью обеспечения простоты и доступности операции смены пресс-инструмента его крепление осуществляется с помощью быстросъемных зажимов. Башмак 7 служит для заполнения матрицы 10 пресс-порошком, а также для перемещения прочных спрессованных таблеток на устройство 11 транспортирующее.

Таким образом, узел 1 прессования прочных таблеток обеспечивает дозированную подачу пресс-порошка из бункера-контейнера 2 на прессование, а также перемещение прочных спрессованных таблеток на устройство 11 транспортирующее.

Устройство 11 транспортирующее выполнено в виде ленты из износостойкого материала и содержит центрирующие устройства и электрические или пневматические привода (на фиг. не указаны).

Установка включает узел 12 измельчения, который содержит воронку 13 для загрузки таблеток с устройства 11 транспортирующего, и мельницу 14. Мельница 14 состоит из корпуса 15, статора 16, режущей размольной насадки в виде ротора 17 с ножами 18, вставной насадки 19 сепарирующей с ячейками требуемого размера, а также патрубка 20, который служит для выгрузки готовых гранул.

Установка также содержит транспортер 21 для перемещения лодочек 22 с готовым продуктом на следующий участок.

Заявляемая установка работает следующим образом.

Исходный продукт в виде подготовленного пресс-порошка поступает из бункера-контейнера 2 к узлу 1 прессования прочных таблеток. Бункер-контейнер 2 автоматически стыкуется с герметичной трубой 5, далее пресс-порошок через трубопровод 4 питающий начинает поступать в пресс 3. При плохой текучести порошка включается вибропобудитель.

За счет пружинных элементов башмак 7 плотно прилегает к плите, в которую вставлена матрица 10 и по которой перемещается башмак 7, что значительно уменьшает выбивание порошка из-под башмака 7. Внутрь башмака 7 входит порошок. Башмак 7, перемещаясь, заполняет матрицу 10 порошком, пуансон 8 верхний и пуансон 9 нижний давят на матрицу 10 и порошок прессуется. При движении вверх пуансон 9 нижний выталкивает спрессованную таблетку из матрицы 10. Прочные спрессованные таблетки посредством башмака 7 поступают на устройство 11 транспортирующее, которое перемещает таблетки к узлу 12 измельчения. Затем башмак 7 перемещается назад, в этот момент происходит прессование, а затем пуансон 9 нижний выталкивает прессованные таблетки из матрицы 10 на уровень плиты. При движении вперед башмак 7 передвигает таблетки, пуансон 9 нижний опускается, порошок из башмака 7 снова высыпается в матрицу 10, процесс повторяется.

Далее спрессованные таблетки через воронку 13 попадают в мельницу 14. Вращение ротора 17 с ножами 18 обеспечивает измельчение прочных спрессованных таблеток, которые проходят через ячейки насадки 19 сепарирующей. Для получения гранул различных размеров производится замена вставной насадки 19 сепарирующей на насадку с ячейками требуемого размера. Затем измельченные гранулы через патрубок 20 пересыпаются в лодочки 22, которые на транспортере 21 поступают на следующий участок.

Таким образом, использование заявленной установки позволяет изготавливать высокопрочные топливные гранулы из радиоактивных и токсичных материалов путем подачи порошка на прессование и последующего измельчения прочных спрессованных таблеток до гранул требуемого размера.

Изобретение предназначено для формирования высокопрочных топливных гранул требуемого размера из порошковых материалов и может быть использовано в различных областях металлургии, химической промышленности, атомной промышленности, в частности при работе с радиоактивными и токсичными материалами. Установка для получения прочных гранул ядерного топлива содержит бункер-контейнер с исходным продуктом, узел прессования, представляющий собой планшетный пресс, содержащий башмак, матрицу, пуансон верхний, пуансон нижний, транспортирующее устройство, кроме этого содержит узел измельчения, представляющий собой мельницу с установленными в ней размольной насадкой в виде ротора с ножами и сепарирующей насадкой. Бункер-контейнер присоединен к узлу прессования посредством герметичной трубы с запорной арматурой. Планшетный пресс может использоваться, например, электромеханический. Техническим результатом изобретения является получение высокопрочных топливных гранул требуемого размера из радиоактивных и токсичных материалов. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Установка для получения прочных гранул ядерного топлива, содержащая бункер-контейнер с исходным продуктом, узел прессования, представляющий собой планшетный пресс, содержащий башмак, матрицу, пуансон верхний, пуансон нижний, транспортирующее устройство, отличающаяся тем, что содержит узел измельчения, представляющий собой мельницу с установленными в ней размольной насадкой в виде ротора с ножами и сепарирующей насадкой.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что бункер-контейнер присоединен к узлу прессования посредством герметичной трубы с запорной арматурой.

3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что планшетный пресс используется электромеханический.