УСТРОЙСТВО ДЛЯ УСТАНОВКИ КОМПЛЕКТУЮЩИХ ДЕТАЛЕЙ, ВАКУУМИРОВАНИЯ И ЗАПОЛНЕНИЯ ГЕЛИЕМ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩЕГО ЭЛЕМЕНТА

Полезная модель относится к ядерной технике, в частности, к средствам для сборки тепловыделяющих элементов (твэлов), в частности для снаряжения твэла пробкой, фиксатором и верхней заглушкой с одновременным вакуумированием твэла и заполнения его гелием.
Устройство входит в состав комплекса оборудования, используемого на ФГУП «Горно-химический комбинат» для изготовления твэлов с МОКС-топливом.
Известное устройство для снаряжения твэла пробкой, фиксатором и верхней заглушкой с одновременным вакуумированием твэла и заполнения его гелием, выполнено по проекту 1726-11-0004 разработки ОАО «Центральное конструкторское бюро машиностроения», г. Санкт-Петербург.
Известное устройство содержит корпус с фланцем, присоединенным к стенке бокса. Внутри корпуса установлена гильза, приводимая в движение пневмоцилиндром и снабженная центральным отверстием. На правом конце вне бокса к фланцу гильзы прикреплен магазин барабанного типа, а на левом - втулка. В гнезда барабана загружаются пробки, фиксаторы и верхние заглушки. Вращение барабана и его позиционирование осуществляются автоматизированной системой управления, обеспечивающей соосность гнезд барабана и центрального отверстия гильзы. К магазину присоединен кожух, в котором размещен шток, соединенный с пневматическим приводом, оснащенным системой управления, позволяющей задавать величину хода штока и контроля положения устанавливаемых деталей. К фланцу корпуса присоединен тройник, соединенный выполненными в корпусе и гильзе каналами с внутренней полостью устройства и соответственно твэла, и двумя трубками с пневмораспределителями автоматической системы управления, соединенными, в свою очередь, с источниками вакуума и гелия. Герметизация внутренней полости устройства осуществляется с помощью эластичных уплотнений: установленным между гильзой и втулкой эластичным кольцом, круглыми кольцами, установленными между гильзой и корпусом, манжетными уплотнениями на оси барабана и прокладками на узлах присоединения магазина к фланцу гильзы, чехла со штоком к магазину и других уплотнений.
Известное устройство работает следующим образом.
При перемещении гильзы пневмоцилиндром втулка наезжает на твэл и упирается в барабан снаряжения твэла, расположенный в боксе. При этом гильза продолжает перемещаться и деформирует эластичное кольцо, которое обжимает оболчку твэла. Далее устройство в автоматическом режиме посредством штока осуществляет выталкивание из магазина, перемещение по центральному отверстию в гильзе и постановку в твэл пробки, а затем, после поворота барабана, фиксатора, после чего производится вакуумирование внутренней полости устройства и твэла и последующее их заполнение гелием.
После вакуумирования и заполнения твэла гелием процесс его сборки завершается постановкой в твэл верхней заглушки.
При эксплуатации известного устройства наблюдаются отклонения значений концентрации гелия в твэле от нормируемого показателя.
К недостаткам известного устройства, приводящим к отклонениям значений концентрации гелия в твэле, следует отнести то, что вакуумируется и заполняется гелием не только твэл, но и вся внутренняя полость устройства, включая присоединенные последовательно через уплотнения магазин к гильзе и кожух штока к магазину. Наличие значительного количества уплотнений приводит к утечкам гелия и повышает вероятность получения твэлов с концентрацией гелия ниже нормируемого значения и, как следствие их выбраковки.
При перемещении гильзы пневмоцилиндром деформация эластичного кольца, которое должно обжать не только внешнюю полость устройства, но и оболочку твэла, не обеспечивает стабильной герметизации. Величина деформации эластичного кольца с его выдавливанием из паза между втулкой и гильзой и обжатием твэла зависит от множества факторов, в том числе формы паза, усилия пневмоцилиндра, физических свойств эластомера, из которого изготовлено кольцо. На практике это уплотнение не всегда обеспечивает герметичность соединения при вакуумировании и заполнении твэла гелием.
Кроме того, при вхождении оболочки твэла с острыми кромками в эластичное кольцо, высока вероятность его повреждения, что также приводит к потере герметичности соединения.
Известное устройство принято заявителем в качестве прототипа.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, является получение стабильных значений концентрации гелия в собранном твэле и сокращение продолжительности его вакуумирования и заполнения гелием.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении полезной модели, заключается в сокращении объема вакуумируемой и заполняемой гелием внутренней полости устройства.
Для достижения указанного технического результата в известном устройстве, содержащем корпус с фланцем, установленную внутри корпуса гильзу с центральным отверстием и фланцами, прикрепленный к одному фланцу магазин барабанного типа, а к другому - втулку, установленное между втулкой и гильзой уплотнение твэла, прикрепленный к магазину кожух со штоком, присоединенным к пневматическому приводу и установленным с возможностью выталкивать загруженные в барабан пробки, фиксаторы и верхние заглушки, перемещать их по центральному отверстию в гильзе и устанавливать в твэл, и систему автоматического управления с пневмораспределителями, соединенными, в свою очередь, с источниками вакуума и гелия,
во фланце крепления гильзы к магазину установлено дополнительное уплотнение штока.
Уплотнение твэла и дополнительное уплотнение штока выполнены с внутренними полостями, соединенными трубками с пневмораспределителями системы управления, соединенными, в свою очередь, с источником гелия.
В гильзе между уплотнением твэла и дополнительным уплотнением штока выполнено отверстие с установленным в нем штуцером, соединенным трубкой с распределителями системы управления, соединенными, в свою очередь, с источниками вакуума и гелия.
Установка во фланце крепления гильзы к магазину дополнительного уплотнения позволила отделить внутреннюю полость гильзы и твэла от внутренней полости магазина и чехла штока и, тем самым, сократить объем вакуумируемой и заполняемой гелием внутренней полости устройства.
Выполнение дополнительного уплотнения и уплотнения твэла с внутренними полостями, соединенными трубками с распределителями системы управления, подающими гелий под давлением, позволяет при подаче давления во внутренние полости уплотнений обеспечить их расширение и надежную герметизацию твэла и штока, а при сбросе давления - возвращение в исходное положение. Кроме того, соединение внутренних полостей с пневмораспределителями системы управления позволяет осуществлять управление уплотнениями при работе устройства: без подачи давления во внутренние полости уплотнений свободно перемещать через них твэл, шток, пробки, фиксаторы и верхние заглушки, а после подачи давления в уплотнения обеспечивать их расширение и надежную герметизацию твэла и штока.
Также подача гелия в уплотнения при возникновении протечек через них не приведет к снижению концентрации гелия и ее отклонению от нормируемого показателя.
Выполнение в гильзе между уплотнением твэла и дополнительным уплотнением штока отверстия с установленным в нем штуцером, соединенным трубкой с распределителями системы управления, подающими вакуум и гелий, позволило осуществить вакуумирование и заполнение гелием только внутренней полости гильзы и твэла и, тем самым, уменьшить объем вакуумируемой и заполняемой гелием внутренней полости устройства. Уменьшение объема вакуумируемой и заполняемой гелием внутренней полости устройства значительно сокращает продолжительность вакуумирования и объем используемого гелия для заполнения твэла..
Предлагаемое устройство иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4 и фиг. 5.
На фиг. 1 показано предлагаемое устройство в разрезе при постановке комплектующих деталей в твэл;
на фиг. 2 - выносной элемент А с фиг. 1;
на фиг. 3 - выносной элемент Б с фиг. 1;
на фиг. 4 - уплотнение твэла при вакуумировании и заполнении твэла гелием;
на фиг. 5 - уплотнение штока при вакуумировании и заполнении твэла гелием.
Предлагаемое устройство содержит (см. фиг. 1) корпус 1 с фланцем 2, присоединенным к стенке бокса 3, установленную внутри корпуса 1 гильзу 4 с центральным отверстием 5 и фланцами 6 и 7. К фланцу 6 прикреплен магазин 8 барабанного типа, а к фланцу 7 - втулка 9. Между втулкой 9 и гильзой 4 установлено эластичное уплотнение 10 твэла 11, размещенного в боксе 3.
К магазину 8 прикреплен кожух 12 со штоком 13, присоединенным к пневматическому приводу 14 и установленным с возможностью выталкивать загруженные в магазин 8 пробки 15, фиксаторы 16 и верхние заглушки 17, перемещать их по центральному отверстию 5 в гильзе 4 и устанавливать в твэл 11 (см. фиг. 2).
Во фланце 6 установлено дополнительное эластичное уплотнение 18 штока 13 (см. фиг. 3).
В гильзе 4 между уплотнениями 10 и 18 выполнено отверстие 19 с установленным в нем штуцером 20, соединенным трубкой 21 с пневмораспределителями системы управления, соединенными с источниками вакуума и гелия, в качестве которых используется вакуумный насос и баллон со сжатым гелием (на чертежах не показаны).
Дополнительное уплотнение 18 и уплотнение 10 выполнены с внутренними полостями 22, соединенными трубками 23 и 24 с распределителями системы управления, подающими по команде системы управления во внутренние полости 22 гелий под давлением.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
При работе устройства системой управления обеспечивается автоматический режим его работы. При перемещении гильзы 4 влево (фиг. 1) втулка 9 наезжает на твэл 10, установленный в боксе 3 в барабане размещения твэлов (на чертежах не показан). Конец твэла 10 свободно проходит через уплотнение 10, во внутренней полости 22 которого давление отсутствует (фиг. 2), и входит в центральное отверстие 5 гильзы 4. Устройство в автоматическом режиме посредством штока 13 производит последовательную постановку в твэл 11 пробки 15, фиксатора 16, а верхней заглушки 17 - в центральное отверстие 5 гильзы 4, недоводя ее до твэла 11 на 20-30 мм. При достижении штоком 13 этого положения системой управления в полости 22 эластичных уплотнений 10 и 18 по трубкам 23 и 24 подается под давлением гелий, при этом эластичные уплотнения 10 и 18 увеличиваются в объеме и обжимают (см фиг. 4 и 5) по периметру твэл 11 и шток 13, а также поверхности пазов, в которых они установлены. Далее распределителями системы управления осуществляется по трубке 21 через штуцер 20 и отверстие 19 последовательная подача в центральное отверстие 5 гильзы 4, расположенное между уплотнениями 10 и 18, вакуума, а затем гелия.
После заполнения твэла 11 гелием, системой управления осуществляется одновременные сброс давления из внутренних полостей 22 уплотнений 10 и 18 и доведение и установка штоком 13 верхней заглушки 17 в твэл 11, после чего твэл передается на установку ее сварки с корпусом.