ИСПЫТАТЕЛЬНАЯ КАМЕРА ДЛЯ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩЕГО ЭЛЕМЕНТА

Полезная модель относится к ядерной технике, в частности к средствам для сборки тепловыделяющих элементов (твэлов), а именно для контроля состава газовой среды в твэле после его сборки.
После заполнения твэла гелием, приварки верхней заглушки к оболочке твэла и холодного контроля герметичности сварного шва осуществляется выборочный контроль состава газовой среды в партии твэлов.
Для проведения контроля герметичности выполненного сварного шва на ФГУП «Горно-химический комбинат» при изготовлении твэлов с МОКС-топливом используется испытательная камера для твэлов, выполненная по чертежу А.40.570.1300 разработки ОАО «СвердНИИхиммаш, г. Екатеринбург.
Известная испытательная камера содержит собственно камеру с вакуумным каналом, пневматический блок прокола оболочки твэла и пневматический блок уплотнения хвостовой части твэла, подлежащий проколу. К торцам камеры на винтах прикреплены стойки, служащие для крепления камеры в защитном боксе. Камера имеет штуцеры, соединенные с вакуумным каналом, для подключений датчиков давления, форвакуумного насоса, линии передачи газовой пробы на хроматограф, размещенный вне бокса. В камере на переднем торце соосно с вакуумным каналом выполнена расточка, соединенная с ним. В передней стойке, присоединяемой к переднему торцу камеры винтами, выполнено отверстие, соосное с расточкой и с диаметром, равным диаметру расточки. Пневматический блок уплотнения хвостовой части твэла содержит чашу, присоединенную вместе с передней стойкой к камере винтами. Чаша снабжена хвостовиком, входящим в расточку камеры через отверстие в передней стойке. В хвостовике чаши выполнена расточка с буртом, снабженным центральным отверстием. К чаше присоединена на болтах крышка, а между чашей и крышкой установлена мембрана с образованием между ними внутренней полости, в которой размещен плунжер. Плунжер снабжен хвостовиком, входящим в расточку чаши и снабженным центральным отверстием. В расточке чаши между ее буртом и торцом хвостовика плунжера установлено резиновое нажимное кольцо. Мембрана по наружному диаметру зажимается между чашей и крышкой, а по внутреннему диаметру - между крышкой и буртом резьбовой втулки с помощью гайки. Центральные отверстия резьбовой втулки, хвостовика плунжера, резинового нажимного кольца и бурта расточки чаши образуют сквозной канал, служащий для введения твэла в вакуумный канал. В крышке установлен штуцер для подачи сжатого газа на мембрану и его сброса.
Известная камера используется в следующей последовательности: установка твэла в вакуумный канал камеры, уплотнение твэла в камере, вакуумирование вакуумного канала, прокол оболочки твэла в вакуумном канале и передача газа из-под оболочки в хроматограф на анализ газовой среды.
Твэл устанавливается в вакуумный канал камеры через пневматический блок уплотнения, проходя последовательно через центральные отверстия резьбовой втулки, хвостовика плунжера, нажимного резинового кольца, и бурта расточки чаши.
Далее через штуцер на крышке пневматического блока уплотнения на мембрану подается сжатый газ, воздействующий через мембрану на плунжер и перемещающий его. В результате плунжер своим хвостовиком прижимает резиновое нажимное кольцо к бурту расточки чаши и, вытесняя часть резинового нажимного кольца внутрь, обжимает твэл. В результате этого обжатия участок твэла оказывается в вакуумном канале камеры в изолированном от воздушной среды бокса объеме, после чего становятся возможными вакуумирование вакуумного канала, прокол оболочки твэла и передача газа из-под оболочки в хроматограф на анализ газовой среды.
К недостаткам известной камеры относится то, что обжатие резиновым нажимным кольцом твэла и поверхностей паза, образованного торцами хвостовика плунжера и бурта расточки чаши, осуществляемое перемещением плунжера, не обеспечивает постоянную герметичность вакуумного канала камеры, определяемую по скорости натекания в него газа (падению разрежения) при постоянных значениях давления сжатого газа, подаваемого на мембрану с плунжером. Падение разрежения в вакуумном канале не должно превышать 10 Па/мин.
Герметичность вакуумного канала может быть достигнута только при определенном удельном давлении резинового нажимного кольца на оболочку твэла. Для достижения требуемого удельного давления необходимо плунжером сжимать резиновое нажимное кольцо, перемещая его по оболочке твэла, при этом усилие плунжера делится на усилие сжатия и усилие на преодоление силы трения при перемещении кольца. С учетом того, что коэффициент трения пары «металл - резина» составляет 0,35-0,7 и недопустимости наличия смазки в этой трущейся паре, получить значения удельного давления резинового нажимного кольца на оболочку твэла, пропорциональные давлению сжатого газа, действующего на мембрану с плунжером, не представляется возможным.
Для повышения герметичности (снижения скорости натекания) вакуумного канала необходимо повышать удельное давление сжатого резинового нажимного кольца на оболочку твэла, повышая давление сжатого газа, воздействующего на мембрану с плунжером, но это приведет к возрастанию силы трения и еще большему разбросу значений скорости натекания.
Учитывая, что натекание воздуха через уплотнение твэла может исказить истинную концентрацию гелия в твэле и необоснованно отправить в брак всю партию твэлов, получение стабильных значений скорости натекания через уплотнение твэла, а также ее снижение имееют принципиальное значение.
Известная камера выбрана заявителем в качестве прототипа.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в получении стабильных значений скорости натекания при постоянных значениях давления сжатого газа и возможности ее снижения.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении полезной модели, заключается в получении удельного давления на оболочку твэла от резинового нажимного кольца, пропорционального давлению сжатого газа в нем.
Для достижения указанного технического результата в известной камере, содержащей выполненную на ее переднем торце расточку, соосно соединяющуюся с вакуумным каналом, переднюю стойку, присоединенную к переднему торцу камеры и снабженную соосным с расточкой камеры отверстием, пневматический блок уплотнения твэла, соединенный с пневмораспределителем системы управления и включающий резиновое нажимное кольцо,
резиновое нажимное кольцо установлено в расточку камеры и снабжено внутренней кольцевой полостью, соединенной через отверстие, выполненное в камере, с пневмораспределителем системы управления, а к переднему торцу камеры вместе с передней стойкой винтами прикреплен нажимной фланец, снабженный центральным отверстием, соосным с вакуумным каналом камеры и выступом, взаимодействующим с резиновым нажимным кольцом.
В частном случае исполнения внутренняя кольцевая полость резинового нажимного кольца выполнена в виде катушки с центральным отверстием диаметром, превышающим наружный диаметр оболочки твэла, и замкнута по наружному диаметру распорным кольцом с отверстиями с помощью выступа нажимного фланца.
Установка резинового нажимного кольца в расточку камеры и снабжение его внутренней кольцевой полостью, соединенной через отверстие, выполненное в камере, с пневмораспределителем системы управления, позволяет при подаче сжатого газа во внутреннюю кольцевую полость за счет ее расширения создать требуемое удельное давление резинового нажимного кольца на оболочку твэла, пропорциональное давлению сжатого газа. Исходя из этого, создается возможность снижения скорости натекания воздуха через уплотнение твэла путем повышения давления сжатого газа, подаваемого во внутреннюю полость резинового нажимного кольца.
Кроме того, создается возможность упрощения конструкции пневматического блока уплотнения твэла за счет исключения чаши, мембраны, плунжера и втулки с гайкой, что повышает его надежность при работе.
Прикрепление к переднему торцу камеры вместе с передней стойкой винтами нажимного фланца, снабженного центральным отверстием, соосным с вакуумным каналом камеры, позволяет вводить твэл в вакуумный канал.
Выполнение внутренней кольцевой полости резинового нажимного кольца в виде катушки с центральным отверстием диаметром, превышающим наружный диаметр оболочки твэла, позволяет при установке твэла в вакуумный канал свободно проходить твэлом через резиновое нажимное кольцо, когда в нем нет давления.
Замыкание внутренней кольцевой полости по наружному диаметру распорным кольцом с отверстиями с помощью выступа нажимного фланца, позволяет обжать стенки резинового нажимного кольца, расположенные между выступом нажимного фланца и распорным кольцом и между буртом расточки и распорным кольцом и, тем самым, получить внутреннюю кольцевую полость, герметичную относительно вакуумного канала и соединенную через отверстия в распорном кольце и в камере с пневмораспределителем системы управления.
Предлагаемая испытательная камера иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1 и фиг. 2.
На фиг. 1 показана часть предлагаемой испытательной камеры с пневматическим блоком уплотнения твэла;
на фиг. 2 - камера с установленным в нее и уплотненным твэлом.
Испытательная камера (см. фиг. 1) состоит из камеры 1 с вакуумным каналом 2, соединенным соосно с выполненной на ее переднем торце 3 расточкой 4. К переднему торцу 3 винтами 5 присоединены передняя стойка 6, снабженная центральным отверстием 7, и нажимной фланец 8, снабженный центральным отверстием 9 и выступом 10. В расточку 4 установлен пневматический блок уплотнения 11, включающий резиновое нажимное кольцо 12, выполненное в виде катушки, с центральным отверстием 13 и размещенным между боковинами 14 по наружному диаметру распорным кольцом 15 с отверстиями 16. При взаимодействии выступа 10 нажимного фланца 8 с боковинами 14 и распорным кольцом 15 в резиновом нажимном кольце 12 образуется внутренняя кольцевая полость 17. В камере 1 над распорным кольцом 15 выполнено отверстие 18, в котором установлен штуцер 19, соединенный трубкой 20 с пневмораспределителем системы управления (на чертежах не показан). Центральные отверстия 9 и 13 нажимного фланца 8 и резинового нажимного кольца 12 соответственно, образуют сквозной канал, служащий для свободного введения твэла 21 в вакуумный канал 2.
К камере присоединен блок прокола, игла которого входит в вакуумный канал (на чертежах не показаны).
Предлагаемая испытательная камера работает следующим образом.
В вакуумный канал 2 через центральные отверстия 9 и 13 вводится участок твэла 21, подлежащий проколу (см. фиг. 2).
Далее по команде системы управления пневмораспределителем по трубке 20 через отверстие 18 во внутреннюю кольцевую полость 17 резинового нажимного кольца 12 подается сжатый газ. Под действием давления резиновое нажимное кольцо 12 увеличивается в объеме и обжимает твэл 21, изолируя вакуумный канал 2 с расположенным в нем участком твэла 21 от воздушной среды бокса. Далее осуществляют вакуумирование вакуумного канала 2, контроль скорости натекания (падение разрежения в вакуумном канале 2), прокол оболочки твэла 21 и передачу газа из-под оболочки твэла 21 в хроматограф на анализ газовой среды.
После проведения анализа и снятия вакуума из вакуумного канала 2 пневмораспределитель системы управления осуществляет сброс сжатого газа из внутренней кольцевой полости 17 резинового нажимного кольца 12. При этом снимается обжатие резиновым нажимным кольцом 12 участка твэла 21, который свободно извлекается из камеры 1.