ЛОДОЧКА ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ И СПЕКАНИЯ СМЕШАННОГО ЯДЕРНОГО ТОПЛИВА

Полезная модель относится к ядерной технике, в частности к получению ядерного топлива, а более конкретно к средствам для транспортировки и спекания таблеток смешанного ядерного топлива из смеси диоксидов урана и плутония (далее по тексту - таблеток).
На предприятии ФГУП «Горно-химический комбинат» производство таблеток включает в себя, в частности, подготовку смеси порошков и связующего, прессование таблеток и их спекание. В связи с повышенной токсичностью плутония к боксам изготовления и обработки таблеток, включая соединяющую их транспортную систему, предъявляются повышенные требования по герметичности. В частности, транспортная система, соединяющая пресс и печь спекания состоит из транспортеров и перегрузочных устройств, размещенных в герметичных и соединенных между собою коробах, заполненных азотом.
Для облегчения прессования топливных таблеток в смесь порошков вводится связующее - стеарат цинка, снижающий трение как внутри порошка, так и между порошком и матрицей с пуансоном пресса и используемый в качестве сухой смазки при прессовании. Спрессованные таблетки загружаются в молибденовые лодочки, в которых передаются по транспортной системе от пресса к печи спекания. Спекание осуществляется в садочной печи GERO, температурный режим которой задается системой управления. Спекание проводится при температуре 1750°С в восстановительной газовой среде - смеси аргона и водорода с содержанием последнего менее 8%. Чтобы избежать перегрузки «сырых» спрессованных таблеток, обладающих низкой прочностью, конструкция лодочки должна обеспечивать ее работоспособность в транспортной системе и в печи спекания.
Известны молибденовые лодочки, применяемые на предприятии для транспортировки и спекания таблеток ядерного топлива, изготавливаемые АО «ПОЛЕМА», (www.polema.net/molibdenovye-lodochki.html). Лодочки представляют собой квадратные отбортованные сосуды со стороной равной 230 мм, выполненные из листового молибдена с центральной расточкой в дне. Известная молибденовая лодочка содержит днище и боковые стенки, причем в боковых стенках выполнены отверстия, а в центре днища - расточка, служащая для фиксирования лодочки на опоре перегрузочного устройства, расположенного в транспортной системе между прессом и печью.
Известные молибденовые лодочки, заполненные спрессованными таблетками, транспортируются к печи, размещаются на этажерке одна над другой и загружаются в садковую печь. Садка в печь состоит из 4-х лодочек. Недостатком известной лодочки является отсутствие перфорации на днище, что не обеспечивает прохождение потока восстановительной газовой среды через слой таблеток в вертикальном направлении и снижает качество и интенсивность спекания таблеток.
Одним из условий качественного спекания таблеток является обеспечение потока восстановительной газовой среды непосредственно через слой таблеток, что способствует не только восстановлению двуокисей урана и плутония, но и более полному удалению газов, выделяющихся из таблеток, изготовленных с применением стеарата цинка.
Известна лодочка для спекания (патент №2181221, МПК G21C 21/02, G21C 3/62), содержащая днище, стенки и ложное днище, причем в днище лодочки выполнены два ряда отверстий с расстоянием между рядами, равным ширине шагающего пода печи, а стенки и ложное днище выполнены перфорированными.
Известная лодочка принята заявителем в качестве прототипа.
Так как одним из условий качественного спекания таблеток является обеспечение необходимого потока восстановительной газовой среды непосредственно через слой таблеток, то наличие в известной лодочке двух рядов отверстий на днище и отверстий в боковых стенках обеспечивает в некоторой степени контактирование газа с загруженными в лодочку таблетками через отверстия в стенках и днище.
К недостаткам известной лодочки для спекания относится то, что перфорация на боковых стенках обеспечивает контактирование газа только с таблетками, находящимися вблизи боковых стенок.
Наличие в днище лодочки только двух рядов отверстий с расстоянием между рядами, равным ширине шагающего пода печи, не обеспечивает равномерного потока газа по всему сечению лодочки. Так как таблетки загружаются в лодочку «навалом», то в центральной части лодочки обычно образуется горка таблеток. Отсутствие отверстий в центральной части днища известной лодочки под горкой таблеток не может обеспечить равномерного потока газа по всему сечению лодочки, и в результате по сечению лодочки будет различное контактирование таблеток с восстановительной средой, что приведет к получению таблеток с различными характеристиками и к снижению качества спекаемых таблеток.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в повышении качества спекаемых таблеток.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении полезной модели, заключается в организации равномерного потока восстановительной газовой среды через слой таблеток по всему сечению лодочки.
Для достижения указанного технического результата в известной лодочке, содержащей перфорированные стенки, днище с рядами отверстий и выполненной на его наружной стороне центральной цилиндрической расточкой радиусом R мм, в днище лодочки выполнены отверстия, центры которых размещены по квадратной сетке, а в центральной цилиндрической расточке - на поверхности, ограниченной радиусом г, причем R>r.
В частном случае исполнения на поверхности, ограниченной радиусом r, центры отверстий размещены по квадратной сетке с меньшей стороной квадрата.
В другом частном случае исполнения отверстия в центральной цилиндрической расточке выполнены на поверхности, ограниченной радиусом R.
Выполнение в днище лодочки отверстий, центры которых размещены по квадратной сетке, позволяет обеспечить вертикальный поток восстановительной газовой среды по сечению лодочки и получить в результате одинаковое контактирование таблеток в лодочке с восстановительной газовой средой и, тем самым, повысить качество спекаемых таблеток. Кроме того, равномерный поток восстановительной газовой среды по сечению лодочки способствует не только восстановлению двуокисей урана и плутония, но и более полному удалению газов и паров, выделяющихся из таблеток, изготовленных с применением стеарата цинка.
Выполнение отверстий в центральной цилиндрической расточке на поверхности, ограниченной радиусом r позволяет получить поток восстановительной газовой среды, проходящей через горку таблеток и, тем самым, обеспечить достаточное контактирование таблеток в горке с восстановительной газовой средой.
Выполнение отверстий в центральной цилиндрической расточке на поверхности, ограниченной радиусом r с условием, что R>r, позволяет получить в центральной цилиндрической расточке кольцевую поверхность шириной R - r без отверстий, что, в свою очередь, позволяет осуществлять ее взаимодействие с вакуумными присосками, используемыми в перегрузочных устройствах и, тем самым, использовать заявляемую лодочку и для транспортировки спресованных таблеток, и для спекания в печи.
Размещение центров отверстий на поверхности, ограниченной радиусом r, по квадратной сетке с меньшей стороной квадрата позволяет расположить большее количество отверстий под горкой таблеток в лодочке и увеличить поток восстановительной газовой среды, проходящей через горку таблеток и, тем самым, обеспечить достаточное контактирование таблеток в горке с восстановительной газовой средой.
Выполнение отверстий в центральной цилиндрической расточке на поверхности, ограниченной радиусом R, позволяет осуществлять ее взаимодействие с опорами в перегрузочных устройствах, не использующих вакуумные присоски, и обеспечить равномерный газовый поток по всему сечению лодочки и получить в результате одинаковое контактирование таблеток в лодочке с восстановительной газовой средой и, тем самым, повысить качество таблеток.
Заявляемая лодочка иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1 - фиг. 3.
На фиг. 1 показана лодочка в аксонометрической проекции;
на фиг. 2 - лодочка, вид снизу;
на фиг. 3-лодочка, опирающаяся на вакуумную присоску, при ее транспортировании;
на фиг. 4 - лодочка, опирающаяся на опору;
на фиг. 5 - лодочка в садочной печи.
Лодочка 1 (см. фиг. 1) выполнена из листового молибдена и содержит перфорированные днище 2 и боковые стенки 3, скрепленные по углам уголками 4 на заклепках 5. На внешней поверхности днища 2 выполнены глухие пазы 6 и центральная цилиндрическая расточка 7 радиусом R.
В днище 2 (см. фиг. 2) выполнены отверстия 9, расположенные по квадратной сетке со стороной квадрата 12 мм, а в центральной цилиндрической расточке 7 отверстия 9 выполнены на поверхности 10, ограниченной радиусом r, при этом R - r = 15-20 мм. На образовавшейся кольцевой поверхности 11 между радиусами R и r отверстия не выполняются. В этом случае лодочка 1 устанавливается (см. фиг. 3) кольцевой поверхностью 11 на вакуумную присоску 12 перегрузочного устройства (на чертежах не показано).
В варианте исполнения (см. фиг. 4) отверстия 7 выполнены по всей площади центральной цилиндрической расточки 7. В этом случае лодочка 1 устанавливается на опору 13 перегрузочного устройства.
Заявляемая лодочка используется следующим образом.
Спрессованные «сырые» топливные таблетки 14 на прессе (на чертежах не показан) загружаются в лодочки 1, которые устанавливаются кольцевой поверхностью 11 на вакуумную присоску 12 или опору 13 перегрузочного устройства, которым передаются на транспортер (на чертежах не показан) и далее поступают к садочной печи 15. Четыре лодочки 1 устанавливаются (см. фиг. 5) на этажерку 16, располагаясь одна над другой, и устанавливаются в садочную печь 15. Печь 15 снабжена системой управления с программным обеспечением, обеспечивающим контроль и регулирование режимов и продолжительности сушки, удаления связующего, спекания и охлаждения таблеток 14.
При термической обработке таблеток 12 восстановительная газовая среда, подаваемая в нижнюю часть печи 14, поступает в лодочки 1 через многочисленные отверстия 9 в днище 2 и боковых стенках 3 и проходит между таблетками 12, контактируя с ними, что способствует не только восстановлению двуокисей урана и плутония, но и более полному удалению газов и паров, выделяющихся из таблеток 12, изготовленных с применением стеарата цинка.