УСТРОЙСТВО УСТАНОВКИ ПРУЖИН ДЛЯ СТЕРЖНЕВОГО ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩЕГО ЭЛЕМЕНТА ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА
SPRING INSTALLATION DEVICE FOR ROD-TYPE FUEL ELEMENT OF NUCLEAR REACTOR

Изобретение относится к устройству установки пружин в трубчатой оболочке для реализации стержневых тепловыделяющих элементов ядерных реакторов.
Стержневой тепловыделяющий элемент содержит трубчатую оболочку, снабженную первой заглушкой на конце, пружину, таблетки ядерного топлива, например типа МОХ (смеси оксида плутония и оксида урана), и вторую заглушку для герметизации трубчатой оболочки.
Пружина дает возможность резервировать определенный объем в трубчатой оболочке, чтобы учесть расширение газов, содержащихся в стержневом тепловыделяющем элементе, во время нагрева таблеток и гарантировать поддержание таблеток на месте во время транспортировки стержневого тепловыделяющего элемента.
Эту пружину можно устанавливать в трубчатой оболочке перед укладкой или после укладки таблеток на место. Эту пружину можно устанавливать вручную, но в процессе изготовления стержневого тепловыделяющего элемента предпочтительно ограничивать ручные манипуляции, чтобы сократить время изготовления.
Кроме того, важно удостовериться в эффективной установке пружины на место, поскольку отсутствие пружины вызывает выпадение стержневого тепловыделяющего элемента.
Следовательно, целью этого изобретения является разработка автоматизированного устройства для установки пружин в трубчатых оболочках.
Целью этого изобретения также является разработка устройства установки пружин в трубчатых оболочках, обеспечивающего надежную установку.
Вышеупомянутые цели достигаются с помощью устройства установки, содержащего распределитель пружин, связанный с загрузчиком пружин в трубчатую оболочку, причем активация загрузчика пружин вызывает подачу пружины в загрузчик.
Иными словами, механический орган управления соединяет загрузчик с распределителем пружин, и тогда не нужно предусматривать электрические или электронные средства синхронизации между загрузчиком и распределителем. Таким образом, устройство установки становится проще и устойчивее к нежелательным воздействиям.
Соответственно, объектом изобретения является главным образом устройство установки пружин в трубчатой оболочке для ядерного топлива, содержащее распределитель пружин, загрузчик пружин в трубчатую оболочку, причем распределитель подает пружины в загрузчик, при этом упомянутый загрузчик содержит продольный ползун для приема пружины, при этом упомянутый ползун содержит выпускной конец, посредством которого пружина посылается в трубчатую оболочку, толкатель, способный двигаться в ползуне, чтобы установить пружину на место в трубчатой оболочке, и средства перемещения упомянутого толкателя, при этом упомянутое устройство также содержит механические средства для обеспечения связи срабатывания средств перемещения со срабатыванием распределителя пружин.
Распределитель может содержать цилиндрическую гильзу с продольной осью, выполненную с возможностью поворота вокруг своей оси, причем упомянутая цилиндрическая гильза содержит продольные канавки на ее внешней периферийной поверхности, каждая из которых выполнена с возможностью заключения в ней пружины, кожух, окружающий цилиндрическую гильзу и снабженный продольным пазом, выполненным с возможностью прохождения по нему пружины, причем упомянутая цилиндрическая гильза и упомянутый кожух выполнены с возможностью поворота друг относительно друга вокруг продольной оси для выравнивания паза с канавкой, при этом кожух выполнен с возможностью занимать положение заполнения цилиндрической гильзы и положение распределения, причем упомянутый паз располагается напротив ползуна загрузчика в положении распределения, а срабатывание средств перемещения вызывает осуществляемый при участии механических средств поворот цилиндрической гильзы относительно кожуха и выравнивание паза с канавкой, в которую загружена пружина.
Механические средства преимущественно содержат невозвратное средство типа храпового колеса, расположенное между цилиндрической гильзой и средствами перемещения.
Механические средства могут содержать звено, прикрепленное к собачке храпового колеса, причем звездочка храпового колеса выполнена с возможностью поворота как единое целое с цилиндрической гильзой, при этом первый конец рычага соединен со вторым концом звена шарнирным соединением, причем рычаг установлен с возможностью поворота на опоре вокруг оси поворота, при этом упомянутая опора поддерживает второй конец цилиндрической гильзы, а второй конец рычага, противоположный первому концу по отношению к оси поворота, выполнен с возможностью введения в контакт с подвижным элементом, выполненным как единое целое со средствами перемещения, чтобы поворачивать рычаг вокруг оси поворота.
Подвижный элемент может содержать наклонную поверхность, вдоль которой может скользить второй конец рычага.
В возможном варианте осуществления рычаг содержит ролик, установленный на втором конце рычага, причем упомянутый ролик выполнен с возможностью вращения вокруг оси, параллельной оси поворота.
Распределитель преимущественно содержит средства для фиксации кожуха либо в положении заполнения, либо в положении распределения.
Средства фиксации могут содержать гайку, завинчиваемую в опоре, поддерживающей первые продольные концы цилиндрической гильзы и кожуха, и взаимодействующую с кожухом в положении заполнения и положении распределения.
Кроме того, средства перемещения могут содержать ремень, проходящий продольно под ползуном, при этом толкатель выполнен с возможностью движения как единое целое с упомянутым ремнем.
Загрузчик может содержать направляющий элемент, взаимодействующий с отрытым концом трубчатой оболочки для выравнивания упомянутого конца с выпускным концом ползуна.
Загрузчик преимущественно содержит средства, вызывающие в конце установки пружины схождение направляющего элемента и толкателя, при этом упомянутый толкатель движется в направлении выпускного конца трубчатой оболочки.
Объектом изобретения является также способ установки пружины в трубчатой оболочке, осуществляемый с помощью устройства установки пружин, содержащего загрузчик пружин и распределитель пружин для упомянутого загрузчика, причем способ включает в себя этапы, на которых
приводят в действие загрузчик,
приводят в действие распределитель с помощью загрузчика,
подают пружину в упомянутый загрузчик,
загружают пружину в трубчатую оболочку.
Упомянутый способ может дополнительно включать в себя этап установки на место трубчатой оболочки при выравнивании с пружиной.
Изобретение можно будет лучше понять, воспользовавшись нижеследующим описанием и прилагаемыми чертежами, причем передняя и задняя части конструкции соответствуют левой и правой сторонам чертежей соответственно и при этом
на фиг.1 показан вид сбоку нижней части, образующей загрузчик пружин, устройства установки пружин в соответствии с изобретением,
на фиг.2А-2Е представлены виды сверху согласно фиг.1 на разных этапах работы,
на фиг.3 представлено продольное сечение согласно фиг.1,
на фиг.4 представлен вид сбоку верхней части, образующей распределитель пружин устройства установки в соответствии с изобретением,
на фиг.5А и 5В представлены подробные виды согласно фиг.4 в двух рабочих положениях,
на фиг.6 представлен вид в соответствии со стрелкой А, показанной на фиг.4,
на фиг.7А и 7В представлены сечения в соответствии с секущей плоскостью Е-Е, показанной на фиг.5В, в положении заполнения и в положении распределения соответственно.
На фиг.1 можно рассмотреть вариант осуществления устройства установки пружин в соответствии с этим изобретением, содержащего загрузчик 2 пружин, показанный сплошной линией и образующий нижнюю часть устройства, и распределитель 4 пружин для загрузчика 2, показанный пунктирной линией и образующий верхнюю часть устройства. Распределитель 4 показан сплошной линией на фиг.4.
Устройство в соответствии с изобретением предназначено для установки пружин в трубчатых оболочках до или после укладки на место таблеток ядерного топлива, особенно типа МОХ, для формирования стержневых тепловыделяющих элементов.
Используемые трубчатые оболочки имеют цилиндрическую форму с большой - по отношению к диаметру - длиной, причем один конец закрыт, чтобы обеспечить загрузку пружины, а затем - столбика таблеток ядерного топлива, или сначала столбика таблеток ядерного топлива, а затем - пружины.
Пружина представляет собой цилиндрическую пружину и предназначена для резервирования определенного объема для расширения газов, заключенных в стержневом тепловыделяющем элементе, во время их нагревания и для поддержания таблеток, по существу, неподвижными.
Распределитель 4 в соответствии с изобретением содержит цилиндрическую гильзу 8 (фиг.7В) вдоль оси X, выполненную с возможностью поворота вокруг оси X, и кожух 10, окружающий упомянутую цилиндрическую гильзу 8; кожух 10 выполнен с возможностью поворота относительно цилиндрической гильзы 8.
Цилиндрическая гильза содержит на своей внешней периферийной поверхности продольные канавки 12 для заключения в них пружины 14, причем канавки 12 преимущественно распределены через одинаковые интервалы.
Кожух 10 содержит паз 16, выполненный с возможностью обеспечения прохождения по нему пружины 14, при этом, когда паз выровнен с канавкой 12, в которую загружена пружина 14, последняя может проходить через паз 16.
Кожух может иметь положение I заполнения, показанное на фиг.7А, и положение II распределения цилиндрической гильзы, показанное на фиг.7В. Тогда распределитель содержит средства 18 для лишения кожуха 10 подвижности в одном или другом положении - положении I заполнения или положении II распределения.
Распределитель содержит первую и вторую боковые опоры 20, 22, установленные на каждой стороне кожуха 10 и цилиндрической гильзы 8 для поддержания их при повороте.
Средства 18 фиксации кожуха образованы пальцем 26, движущимся в осевом направлении в опоре 20 и выполненным с возможностью взаимодействия с кожухом 10 в положении I заполнения и в положении II распределения.
В положении I заполнения один конец (невидимый) пальца 26 проникает в первое отверстие (невидимое), расположенное в первом продольном конце 28 кожуха 10, а в положении II распределения - во второе отверстие (невидимое) кожуха 10.
В показанном примере палец 26 образован резьбовым концом гайки, которая завинчена в опоре 20; переход из положения I в положение II осуществляется путем отвинчивания и завинчивания гайки. Палец 26 можно выполнить с возможностью упругого перемещения в направлении кожуха 10, а изменение положения кожуха 10 при этом осуществляется путем втягивания пальца 26 для извлечения конца пальца 26 из одного из отверстий кожуха 10.
Распределитель может содержать средства для подтверждения присутствия пружины 14 в канавке 12, например оптические средства типа лазера.
Вместе с тем предпочтительно прямое подтверждение присутствия пружины в трубчатой оболочке с помощью датчика, например, оптического типа.
Распределитель 4 распределяет пружины в загрузчик 2. В частности пружина, заключенная в канавке 12, падает через паз 16 в ползуне 32 загрузчика 2, причем ползун 32 имеет ось XI, параллельную оси Х (фиг.2).
Загрузчик 2 расположен под распределителем 4, и поэтому пружины распределяются в ползуне 32 под действием силы тяжести.
Загрузчик 2 также содержит толкатель 34, движущийся в продольном направлении вдоль оси XI, чтобы приложить толкающую силу на первом конце 14.1 пружины 14 или заднем конце. Ползун 32 имеет выпускной конец 36, благодаря чему пружина 14 выходит. Трубчатая оболочка 38, в особенности - ее открытый конец 37, преимущественно поддерживается направляющим элементом 40, чтобы выровнять открытый конец 37 трубчатой оболочки 38 с выпускным концом 36 ползуна 32.
Трубчатую оболочку 38 можно поддерживать на месте зажимом 41, расположенным у переднего конца загрузчика 2.
Загрузчик содержит средства 42 для перемещения толкателя вдоль оси XI. На фиг.1 показано, что средства 42 образованы, например, ремнем 44, снабженным зубцами, которые приводят в движение две звездочки 46, вращающиеся между задним концом ползуна и его передним концом. По существу, толкатель 34 может двигаться вдоль всей длины ползуна. Могут оказаться подходящими и другие средства перемещения, например можно также рассмотреть устройство, снабженное червячным винтом.
В соответствии с изобретением распределителем управляют средства 42 перемещения толкателя 34. По существу, при каждом срабатывании загрузчика 2 последний управляет распределителем 4, снабжая его пружиной 14.
С этой целью устройство в соответствии с изобретением содержит механические средства 48, предназначенные для обеспечения связи перемещения ремня 44 с поворотом цилиндрической гильзы 8.
Механические средства 48 содержат звено 50, установленное первым концом 52 на средстве 72 сопряжения, выполненном с возможностью поворота как единое целое в одном направлении с задней поперечной поверхностью 53 цилиндрической гильзы 8. По существу, перемещение конца 52 вызывает перемещение цилиндрической гильзы 8 только в направлении F поворота. Помимо поворота конец 52 и цилиндрическая гильза 8 имеют независимые движения.
Средство 72 сопряжения образовано, например, храповым колесом - колесом (не показано), которое снабжено на своей периферии наклонными зубьями и установлено с возможностью поворота как единое целое с цилиндрической гильзой 8 параллельно заднему торцу 53 цилиндрической гильзы, и собачкой (не показана), выполненной с возможностью приведения упомянутого колеса в движение таким образом, что оно будет совершать поворот как единое целое с концом 52.
Можно рассмотреть и любое другое устройство, обеспечивающее привод в одном направлении при повороте цилиндрической гильзы вокруг оси X.
Вторая опора 22 имеет форму кольца, и тогда доступ к заднему торцу 53 цилиндрической гильзы осуществляется через центральную открытую часть второй опоры 22.
Конец 52 звена 50 установлен с возможностью свободного поворота вокруг штока 54, выполненного как единое целое с собачкой; по существу, звено 50 может совершать угловое движение относительно собачки.
Направленная вверх или вниз сила, прикладываемая к штоку 54, вызывает перемещение собачки вокруг оси X, которое за счет приведение в движение зубца колеса вызывает поворот цилиндрической гильзы вокруг оси Х в направлении F.
Во время возврата в исходное положение штока 54 собачка поворачивается вокруг оси Х в направлении, противоположном направлению F, затем скользит по зубу, а потом оказывается в положении, позволяющем сразу же приводить храповое колесо в движение снова. По существу, при каждом повороте цилиндрической гильзы 8 канавка 12, снабженная пружиной 14, оказывается напротив паза 16 кожуха 10.
Звено 50 соединено вторым концом 58 с первым концом 57 рычага 56, вращающегося вокруг опоры 22, по существу, в его средней части вокруг оси Z. Звено 50 и рычаг 58 поворачиваются друг относительно друга.
В показанном примере рычаг является коленчатым, причем колено расположено на оси поворота рычага.
Рычаг выполнен с возможностью сообщения ему поворота вокруг оси Z подвижным элементом 59 с помощью ремня 44 загрузчика.
В показанном примере подвижный элемент содержит наклонную поверхность 60, выполненную с возможностью взаимодействия со вторым концом 62 рычага 56.
Можно предусмотреть реализацию толкателя 34 и подвижного элемента 59 как единой детали.
По существу, когда второй конец 62 встречается с наклонной поверхностью 60, положение рычага 56 изменяется, последний поворачивается вокруг оси Z и при этом приводит в движение звено 50, которому затем сообщается движение, по существу, вдоль оси Y, перпендикулярной осям Х и Z. Движение звена 50 вдоль оси Y вызывает поворот цилиндрической гильзы 8 в направлении стрелки F (фиг.6).
Наклонная поверхность 60 наклонена назад. Подвижный элемент 59 также содержит участок 64, который, по существу, параллелен плоскости ремня и расположен перед наклонной поверхностью 60. По существу, когда подвижный элемент 59 движется обратно, второй конец 62 рычага 56 сначала встречается с наклонной поверхностью 60, а потом - с участком 64.
Участок 64 обеспечивает поддержание рычага в положении высвобождения пружины, т.е. поддержание канавки цилиндрической гильзы 8 напротив ползуна 32, предотвращая любое другое движение цилиндрической гильзы 8.
Наклонная поверхность 60 не обязательно является плоской, последняя может быть вогнутой, выпуклой или ступенчатой. Можно также рассмотреть подвижный элемент 59 в форме эксцентрика, которому поворот сообщается посредством перемещения ремня 44.
Второй конец 62 рычага 56 преимущественно снабжен роликом 66, установленным с возможностью свободного вращения на рычаге 56 с целью уменьшения трения рычага 56 на подвижном элементе 62.
Упругое средство 70 соединяет опору 22 со средством 72 сопряжения, причем в этом примере упругое средство отводит собачку назад в исходное положение.
Теперь поясним работу устройства установки пружин в соответствии с изобретением.
Приводят в действие загрузчик 2, ремень 44 движется в направлении В к задней части конструкции (фиг.2А), приводя в движение подвижный элемент 59. Затем наклонная поверхность 60 встречается с роликом 66, вызывая наклон рычага 56 вокруг оси Z в соответствии со стрелкой С (фиг.5В). Затем рычагу 50 сообщают движение вдоль оси Y вниз, происходит приложение направленной вниз силы тяги к штоку 54 и собачке, что вызывает поворот цилиндрической гильзы 8 вокруг оси Х при участии средства 72 сопряжения, такого как описанное выше. Затем канавка 12, в которую загружена пружина, оказывается напротив паза 16.
Пружина падает в ползун 32 загрузчика.
На фиг.2В показано, что направляющий элемент 40 продвигается вперед, чтобы выровнять трубчатую оболочку с ползуном 32, а зажим смыкается, лишая подвижности трубчатую оболочку.
Затем ремень 44 приводится в движение по стрелке В' к передней части конструкции, а потом толкатель 34 прикладывает толкающую силу к пружине 14, которая вводится в трубчатую оболочку (фиг.2С)
Затем, в процессе комбинированного движения, направляющий элемент движется в направлении В, а толкатель 34 движется в направлении В', чтобы поддержать пружину 14 в трубчатой оболочке (фиг.2D).
И, наконец, направляющий элемент и толкатель движутся в направлении В до тех пор, пока не достигают своего исходного положения (фиг.2Е).
Трубчатая оболочка готова к приему таблеток или к герметическому закрытию, если таблетки уложены на место до введения пружины, а устройство установки пружин готово к загрузке новой трубчатой оболочки.
На первом этапе можно предусмотреть заполнение распределителя. С этой целью отвинчивают гайку, поворачивают кожух 10 вокруг оси X, чтобы установить паз 16 в положение I, показанное на фиг.7А, при этом паз 16 находится в верхнем положении, а потом завинчивают гайку для фиксации этого положения I.
В этом положении I паз 16 находится напротив желобка для загрузки пружин (не показан). Затем пружину 14 устанавливают на место в канавке 12, после чего поворачивают цилиндрическую 8 гильзу вокруг ее оси, чтобы расположить следующую пустую канавку 12 напротив паза 16 и обеспечить загрузку в нее пружины. На цилиндрической гильзе 8 преимущественно предусмотрена рукоятка 68, чтобы сообщать гильзе поворот вокруг оси X.
Канавка 12 остается пустой напротив паза 16.
Можно предусмотреть заполнение всех канавок 12, за исключением некоторых из них.
Когда некоторое количество желаемых канавок загружены пружинами, гайку снова отпускают, а кожух 10 поворачивают вокруг оси, чтобы установить паз в положение II распределения, показанное на фиг.7В. Во время этого поворота цилиндрическая гильза 8 поворачивается одновременно с кожухом 10, и тогда паз 16 остается напротив пустой канавки 12. Потом затягивают гайку, чтобы зафиксировать кожух в этом положении II.
После этого распределитель 4 готов к подаче пружин в загрузчик 2.