АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТВЭЛОВ АТОМНЫХ РЕАКТОРОВ

Полезная модель относится к области атомного машиностроения, а конкретно, к изготовлению тепловыделяющих элементов, используемых в ядерных реакторах.
Известна автоматизированная линия по сборке твэлов типа БН (П РФ №2094866, 1994). Она содержит по ходу технологического процесса накопитель в виде наклонных реек, на которых размещаются трубы-оболочки твэлов, автомат горизонтального снаряжения, состоящий из бокса., в котором установлены 4 вибропитателя с ушами загрузки и подачи таблеток и снаряжения ими оболочек, автомат сварки, автотранспортный автомат;
установку ввода-вывода готовых изделий, связанные между собой межоперационным транспортом, и систему управления.
Недостатками этого устройства являются следующее.
Так как снаряжение твэлов производится в горизонтальном положении, данная автоматическая линия может быть использована только для снаряжения твэлов с таблеточным топливом, и она не подходит дли изготовления снаряжения твэлов с виброуплотненным гранулированным топливом.
Автоматизированная линия представляет собой последовательную "линейную" схему компоновки оборудования, следовательно, имеет большие габаритные размеры Транспортировка оболочек твэлов осуществляется без охранных приспособлений, препятствующих повреждению оболочки (например, изгиб, вмятины и т.д.), что может привести к повышению брака.
Известна автоматическая линия для изготовления тепловыделяющих элементов (П РФ.No 2155395, 1999 г) содержащая установку подготовки оболочек к снаряжению тепловыделяющих элементов, включающая наклонный реечный стол, вдоль которого в технологической
последовательности размещены механизмы (стенды) для проведения технологических операций: механизм загрузки, оболочек твэлов топливными таблетками, установка виброснаряжения столба топливных таблеток, включающая вибропитатель подачи топливных таблеток на горизонтальные ложементы в виде направляющих для формирования столбов топливных таблеток, запрессовки комплектующих изделий, сварки заглушки к оболочке, снабжено транспортными средствами перемещения оболочки твэла с устройства на устройство и системой автоматики. Снаряжение таблеточным топливным сердечником происходит в горизонтальном положении для сохранения целостности топливных таблеток.
Недостатками этого устройства является следующее.
Так как снаряжение твэлов производится в горизонтальном положении, данная автоматическая линия может быть использована только для снаряжения твэлов с таблеточным топливом, и она не подходит для изготовления снаряжения твэлов с виброуплотненным гранулированным топливом.
Автоматизированная линия представляет собой последовательную "линейную" схиму компоновки оборудования, следовательно, имеет большие габаритные размеры Транспортировка оболочек твэлов осуществляется без охранных приспособление препятствующих повреждению оболочки (например, изгиб, вмятины и т.д.), что может привести к повышению брака
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой автоматизированной установке для изготовления твэлов ядерных реакторов с виброуплотненным гранулированным топливом является выбранная в качестве прототипа автоматизированная линия для изготовления твэлов с уран-плутониевым оксидным топливом. (StdbaO.V, Mayorshm АА, Makarov VA, Porodnov RT. "Development and Operation Experience of the Pilot Plant for Fud Pin Assembly Production Based on Vibropac Urammn-Plutonium Oxide Fuel" / Ptoc.Int. Conference on Fast Reactors and Related Fud Cydes, October 28-November 1, 1991, Куото, Japan, V2, R 15-4/). На данной установке
автоматически снаряжают твэлы для реактора на быстрых нейтронах Участок сборки твэлов размещен в защитной камере, оснащенной электромеханическими манипуляторами. Она содержит линейную последовательность технологических операций изготовления виброуплотненного гранулированного твэла. Основное оборудование для изготовления и контроля твэлов представляет собой технологические комплексы, которые могут работать независимо друг от друга. Комплекс для изготовления твэлов имеет в своем составе следующее технологическое оборудование: блок подготовки гранулята, блок смешивания, блок заполнения оболочек гелием и загрузки гранулята, блок вибрации, блок загрузки комплектующими материалами, блок сварки и магазины-накопители для годных и бракованных твэлов, транспортная тележка с захватами оболочек.
Данная установка, имея линейную последовательную схему компоновки оборудования и магазины-накопители для годных и бракованных твэлов, занимает большой технологический (внутрикамерный) объем.
Наличие захватов (электро-механических манипуляторов) оболочек твэлов при их транспортировке от блока к блоку может приводить к повреждению оболочек твэлов (изгиб, вмятины и т.д).
Каждая транспортная тележка обслуживает несколько технологических блоков, что приводит к простою некоторых из них, Поэтому производительность всей установки резко снижается.
Для повышения качества твэлов, увеличения производительности и уменьшения требуемого внутрикамерного пространства, занимаемого установкой для изготовления твэлов ядерных реакторов с гранулированным виброуплотненным топливом предлагается автоматизированная установка для изготовления твэлов ядерных реакторов, которая содержит расположенные по замкнутой траектории технологические блоки для проведения отдельных операций, например, блок загрузки компонентов топлива, блок загрузки комплектующих изделий, например, фиксаторов или заглушек, блок
герметизации, блоки загрузки пустых оболочек и выгрузки готовых изделий и устройство для последовательной одновременной транспортировки оболочек твэлов от блока к блоку в процессе изготовления твэла, выполненое в виде барабана и снабжено защитными трубами, расположенными вертикально, причем высота трубы меньше чем длина оболочки твэла, а внутренний диаметр трубы позволяет свободное вертикальное перемещение оболочки твэла.
Транспортировка осуществляется непосредственно в вертикальной защитной трубе транспортного устройства, с длиной меньшей, чем длина оболочки твэла, и с внутренним диаметром, позволяющим свободное вертикальное перемещение оболочки твэла, причем перемещение оболочки твэла для ее стыковки с технологическими блокми осуществляется внутри защитной трубы с помощью толкающего устройства» например, пневмоцилиндра.
Управление и контроль всех технологических и транспортных операций осуществляется автоматически.
Наличие защитной трубы вместо перехватывающих механизмов (манипуляторов) при транспортировке оболочек твэлов способствуют изготовлению качественных твэлов, так как исключается вероятность брака из-за деформации оболочек твэлов в процессе изготовления твэлов (изгиб, вмятины, и т.д.).
Так как все технологические блоки расположены компактно по замкнутой траектории и отсутствуют дополнительные магазины-накопители готовых и бракованных твэлов, занимаемый установкой внутрикамерный объем сводится к минимуму Расположение технологических блоков по замкнутой траектории и транспортная система, обеспечивающая одновременное перемещение оболочек твэлов от одного блока к другому исключает простой оборудования и повышается производительность установки по изготовлению твэлов.
В настоящее время изготовлен макет автоматизированной установки для изготовления твэлов, в дальнейшем планируется создание штатной автоматизированной установки для изготовления виброуплотненных твэлов для ядерного реактора на быстрых нейтронах на базе Научно-исследовательского института атомных реакторов.
На рис.1 представлена схема общего вида автоматизированной установки для изготовления твэлов ядерных реакторов где:
1 - транспортировочное устройство барабанного типа;
2 - блок загрузки пустых оболочек в основной барабан;
3 - блок вакуумирования и гелирования оболочек;
4 - блок формирования топливной навески, включая геттер;
5 - блок контрольного взвешивания оболочек вместе топливной навеской; стенд
6 - блок виброуплотнения твэлов;
7 - блок загрузки верхней зоны воспроизводства;
8 - блок загрузки заглушек;
9 - блок герметизация твэлов сваркой;
10 - блок выгрузки готовых твэлов.
На рис.2 показано транспортировочное устройство с защитными трубами
Установка работает следующим образом:
Основной барабан 1 поворачивается на один шаг. При этом оболочка твэла с поз.2 перемещается на поз.3, а с поз.3 на поз.4 и т.д.
Барабан пустых оболочек 2 при помощи шагового двигателя проворачивается на один шаг, при этом очередная оболочка при помощи роликовой пары поступает в основной барабан 1.
На поз.3 по команде системы управления происходит вертикальное перемещение оболочки пневмоцилиндром до стыковки с узлом
вакуумирования-гелирования. ГЬ истечении заданного временного интервала производится заполнение оболочки гелием при заданном давления. По истечении заданного временного интервала заполнение оболочки гелием завершается и пневмоцилиндр возвращает оболочку в исходное положение.
На поз.4 при помощи пневмоцилиндра происходит вертикальное перемещение оболочки до стыковки с узлом засыпки и происходит формирование топливной навески непосредственно в оболочку твэла. После завершения операции засыпки пневмоцилиндр возвращает оболочку в исходное положение.
На поз.5 осуществляется контроль массы топливной навески.
На поз.6 происходит виброуплотнение топливного столба твэла. Сначала происходит захват хвостовика оболочки в зажиме узла вибратора, внутрь оболочки вводится нагрузочный шток и происходит включение вибратора. При достижении заданной высоты топливного сердечника вибратор отключается. Далее нагрузочный шток поднимается в исходное положение и хвостовик оболочки освобождается от захвата
Пневмоцилиндр на поз.7 поднимает оболочку в стыковочный узел стенда загрузки верхней зоны воспроизводства (ВЗВ). Шток стенда опускается и загружает ВЗВ и пружинный фиксатор из барабана внутрь оболочки. После загрузки шток поднимается в начальное положение. Пневмоцилиндр опускается, возвращая оболочку в исходное положение, а барабан с ВЗВ и пружинными фиксаторами поворачивается на одну позицию.
На поз.8 происходит установка верхней заглушки. Пневмоцилиндр поз.8 поднимает оболочку в стыковочный узел стенда. Установочный шток стенда, опускается и устанавливает верхнюю заглушку внутрь оболочки. После установки верхней заглушки шток поднимается в исходное положение. Пневмоцилиндр опускает оболочку в исходное положение, а барабан с заглушками поворачивается на одну позицию.
На поз.10 происходит герметизация твэла сваркой. С помощью шагового двигателя оболочка поднимается к узлу сварки и зажимается цангами стенда. Поезде завершения процесса сварки в атмосфере аргона и охлаждения изделия зажимные цанги устройства раскрываются, и шаговый двигатель опускает оболочку в исходное положение.
На поз.10 происходит выгрузка готового твэла. При помощи пневмоцилиндра и роликовой пары твэл поднимается в промежуточную транспортную кулису Барабан готовых твэлов поворачивается на очередную позицию. Транспортная кулиса поворачивается к барабану готовых твэлов и с помощью роликовой пары твэл опускается в барабан. Транспортная кулиса поворачивается в исходное положение.
Поезде завершения операций на всех позициях процесс начинается с начала (поворачивается на один шаг основной барабан 1.)