УДЛИНИТЕЛЬ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБРАЗЦА-СВИДЕТЕЛЯ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩЕГО ЭЛЕМЕНТА ЯДЕРНОГО РЕАКТОРА

Предполагаемая полезная модель относится к атомной энергетике и может найти применение на предприятиях по изготовлению и контролю тепловыделяющих элементов (твэлов) для ядерных реакторов.
Эксплуатационная надежность твэлов в большой степени определяется качеством выполненных сварных соединений, обеспечивающих герметичность внутренней полости твэла в течение всего срока эксплуатации и последующего хранения облученного ядерного топлива. Герметизация - один из основных технологических процессов, определяющих эксплуатационную надежность твэлов. Основным технологическим процессом герметизации твэлов является сварка, в частности, контактно-стыковая сварка. Важным моментом в процессе выполнения контактно-стыковой сварки является подготовка сварочных машин и используемой в них оснастки к изготовлению штатной продукции, а также аттестация сварочных машин после их технического обслуживания и текущих ремонтов. При проведении этих работ необходимо изготовить технологический образец со сварным соединением, повторяющим по конструкции и по режимам сварки сварное соединение твэла, изготавливаемого по штатной технологии (см. Разработка, производство и эксплуатация тепловыделяющих элементов энергетических реакторов. Книги 1, 2. Ф.Г.Решетников, Ю.К.Бибилашвили, И.С.Головнин, М., Энергоатомиздат, 1995 год).
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство, применяемое в качестве технологической заглушки при изготовлении технологического образца-свидетеля, - многократно используемый удлинитель с диаметром, равным наружному диаметру оболочки твэла, и длиной, равной разнице между длиной оболочки для тепловыделяющего элемента и длиной отрезка трубки, у которого предварительно выполняют с одного конца стыковочный узел в виде цанги с открытым концом отрезка оболочки, а с другого конца - стыковочный узел в виде углубления, повторяющего форму верхней части заглушки, приваренной к концу отрезка оболочки (см. патент Российской Федерации 2231833, МПК G21C 3/06, G21C 21/02 от 05.06.2002 - прототип).
В соответствии с патентом 2231833, стыковочный узел многократно используемого удлинителя, снабженный цангой, используется в качестве технологической заглушки. Такая конструкция стыковочного узла позволяет удерживать на удлинителе трубку, используемую в качестве оболочки для технологического образца-свидетеля тепловыделяющего элемента, на стыковочном узле только при вакуумировании сварочной камеры и соединенного с ней открытым торцом внутреннего объема трубки, поскольку при этом усилие, действующее на стыковочный узел, направлено со стороны атмосферы, т.е. со стороны удлинителя. Процесс вакуумирования применяется при сварке нижней заглушки твэла к оболочке при помощи электронно-лучевой сварки.
В новых конструкциях твэлов сварка к оболочке нижней заглушки так же, как и верхней заглушки, выполняется при помощи контактно-стыковой сварки. При выполнении контактно-стыковой сварки во внутреннюю полость сварочной камеры, в которую помещается открытым торцом оболочка твэла, подается под давлением инертный газ, использующийся для защиты разогретого металла в зоне сварки от окисления при сварке нижней заглушки к оболочке твэла, а также для создания в твэле рабочего давления при сварке верхней заглушки к оболочке твэла. При изготовлении технологического образца-свидетеля с наличием давления инертного газа под оболочкой стыковочный узел в виде цанги не обеспечивает герметичность и прочность стыка между удлинителем и образцом-свидетелем. Осевое усилие, возникающее при наличии давления газа под оболочкой образца-свидетеля, сдвигает с оболочки удлинитель со стыковочным узлом, снабженным цангой, который используется в качестве технологической заглушки, и таким образом не позволяет создать избыточное давление под оболочкой образца-свидетеля.
Применение в качестве технологической заглушки многократно используемого удлинителя, у которого с одного конца выполняют стыковочный узел в виде цанги, не позволяет изготовить технологический образец-свидетель в условиях, идентичных условиям изготовления тепловыделяющего элемента с давлением инертного газа под оболочкой, как это необходимо при изготовлении твэла с применением контактно-стыковой сварки для сварки заглушек к оболочке твэла.
Технической задачей полезной модели является возможность изготовления технологического образца-свидетеля тепловыделяющего элемента с давлением инертного газа под оболочкой.
Эта техническая задача решается тем, что удлинитель для изготовления технологического образца-свидетеля тепловыделяющего элемента выполнен в виде отрезка трубки из материала оболочки тепловыделяющего элемента, снабжен жестко закрепленными по обоим торцам стыковочными узлами с наружным диаметром, не превышающим диаметр трубки, один из которых является технологической заглушкой, а второй снабжен захватом для штатной заглушки тепловыделяющего элемента, выполненным в виде углубления, повторяющего форму верхней заглушки, при этом, согласно полезной модели, стыковочный узел, являющийся технологической заглушкой, выполнен в виде ступенчатой оправки, больший диаметр которой равен наружному диаметру, а меньший внутреннему диаметру оболочки тепловыделяющего элемента, снабженной подвижным в осевом направлении наконечником, упорной втулкой и эластичным элементом, причем подвижный наконечник снабжен ступенчатым каналом, предназначенным для взаимодействия внутренней полости образца-свидетеля с атмосферой, и резьбовым хвостовиком.
Выполнение стыковочного узла, являющегося технологической заглушкой, в виде ступенчатой оправки, снабженной подвижным в осевом направлении наконечником с эластичным элементом, позволяет обеспечить герметичность стыковочного узла и необходимую силу сцепления технологической заглушки с трубкой, обеспечивающую противодействие осевому усилию, вызванному наличием давления защитного газа во внутренней полости трубки.
Равенство большего диаметра ступенчатой оправки наружному диаметру трубки, диаметр которой, в свою очередь, равен диаметру твэла и меньшего диаметра, равного внутреннему диаметру твэла, позволяет использовать для изготовления и контроля технологического образца-свидетеля штатную оснастку, использующуюся при изготовлении и контроле твэла, что позволяет обеспечить предусмотренное технологическими документами требование об идентичности условий изготовления твэла и образца-свидетеля.
Снабжение подвижного наконечника ступенчатым каналом, предназначенным для взаимодействия внутренней полости образца-свидетеля с атмосферой, позволяет обеспечить плавное снижение давления во внутренней полости технологического образца-свидетеля после сварки заглушки к оболочке и таким образом обеспечить требования к качеству, а также к безопасности условий труда при снятии технологического образца-свидетеля с удлинителя.
Снабжение подвижного наконечника резьбовым хвостовиком позволяет обеспечить необходимое усилие для деформации эластичного элемента, обеспечивающего герметичность стыковочного узла
Сущность полезной модели поясняется чертежом.
На чертеже изображен продольный разрез удлинителя.
Удлинитель состоит из трубки 1, стыковочного узла 2 с углублением 3, стыковочного узла 4, состоящего из подвижного наконечника 5 со ступенчатым каналом 6 и резьбовым хвостовиком 7, эластичного элемента 8, упорной втулки 9, гайки 10, штифта 11.
Удлинитель при изготовлении технологического образца-свидетеля тепловыделяющего элемента работает следующим образом.
На стыковочный узел 4 устанавливается отрезок трубки 12 из материала оболочки для тепловыделяющего элемента. Путем вращения гайки 10 наконечник 5 перемещается вдоль оси и сжимает эластичный элемент 8, который уплотняет зазор между трубкой 12 и наконечником 5. Удлинитель стыковочным узлом 4 с закрепленной на нем трубкой 12 устанавливается торцом 13 трубки 12 в штатную технологическую оснастку с герметичной внутренней полостью, и по штатной технологии изготавливается технологический образец-свидетель со сваркой заглушки к торцу 13 трубки 12 и с давлением инертного газа под оболочкой трубки 12. При сварке заглушки герметичность зазора 14 между упорной втулкой 9 и гайкой 10 обеспечивается размещением его в герметичной полости технологической оснастки, и инертный газ, подающийся под давлением в герметичную полость технологической оснастки и, соответственно, под оболочку трубки 12, не имеет возможности выйти в атмосферу. После окончания процесса сварки заглушки к торцу 13 внутренняя полость технологической оснастки разгерметизируется, и давление инертного газа в ней снижается до атмосферного. Поскольку к торцу 13 приварена заглушка, под оболочкой трубки 12 находится инертный газ под давлением. Удлинитель с трубкой 12 вынимается из технологической оснастки. Герметичность зазора 14 нарушается, и инертный газ через канал 6 и зазоры между наконечником 5, втулкой 9 и зазор 14 плавно вытекает в атмосферу до выравнивания давления под оболочкой с атмосферным. Путем вращения гайки 10 наконечник 5 перемещается вдоль оси и освобождает эластичный элемент 8. Изготовленный из трубки 12 образец-свидетель снимается со стыковочного узла 4.