УСТРОЙСТВО СНАРЯЖЕНИЯ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩЕГО ЭЛЕМЕНТА

Полезная модель относится к ядерной технике, в частности к средствам для изготовления тепловыделяющих элементов (твэлов).
В составе комплекса оборудования, используемого на ФГУП «Горнохимический комбинат» для изготовления твэлов с МОКС-топливом, используется устройство снаряжения твэлов, выполненное по проекту 1726-06-0002 разработки ОАО «Центральное конструкторское бюро машиностроения», г. Санкт-Петербург. Устройство снаряжения твэлов предназначено для загрузки в оболочки твэлов топливных таблеток, установки комплектующих деталей, вакуумирования и заполнения оболочек гелием с последующей установкой заглушки.
Известное устройство содержит расположенные в корпусе бокса барабан, приемную стойку, позиционирующее устройство, устройства управления зажимом оболочек твэлов, устройство подачи и приемник технологических втулок, передающие ролики, каналы загрузки и выгрузки оболочек. Снаружи на корпусе бокса установлены привод барабана и устройства загрузки в оболочки комплектующих.
Барабан включает в себя вал, установленные на валу дистанционирующие решетки, в которых равномерно по окружности закреплены расположенные между решетками 6 тубусов. Тубусы представляют собой трубы, имеющие центральные внутренние гнезда под оболочки. При вращении барабан последовательно переводит тубусы на позиции установки оболочек, загрузки в них топливных столбов, установки пробки и фиксатора, вакуумирования, заполнения гелием и постановки заглушки, и выгрузки оболочки. В решетках выполнены перпендикулярно к гнездам продольные расточки, в которых установлены механизмы зажима оболочек, состоящие из корпуса, втулки, упора с плунжером, призмы и пружины.
Устройства управления зажимом оболочек твэлов включают в себя стойки, на которых установлены пневмоцилиндры с возможностью взаимодействия их штоков с упорами механизмов зажима оболочек. В известном устройстве снаряжения твэла установлены 4 устройства управления зажимом оболочек, по 2 с каждой стороны дистанционирующей решетки напротив каналов загрузки и выгрузки оболочек.
Известное устройство работает следующим образом.
Вращение барабана осуществляются по алгоритму, задаваемому автоматизированной системой управления, обеспечивающей его позиционирование с необходимой точностью.
Вращением привода барабана соответствующее гнездо барабана устанавливается напротив канала загрузки оболочек. Штоки пневмоцилиндров двух устройств управления механизмами зажима оболочек этого гнезда перемещаются до упора в решетки барабана, нажимая на упоры механизмов зажима оболочек. При этом присоединенные к упорам плунжеры перемещаются к оси барабана, сжимая пружины. По каналу загрузки оболочек начинается подача оболочки в известное устройство снаряжения, где оболочки подхватываются приемными роликами и устанавливаются в гнездо барабана. Штоки пневмоцилиндров устройств управления механизмами зажима оболочек втягиваются в корпуса пневмоцилиндров, освобождая упоры, а пружины перемещают призмы и плунжеры с упорами, зажимая призмами оболочку в гнезде. Включением привода барабан поворачивается до установки следующего гнезда барабана напротив канала загрузки оболочек, через который в следующее гнездо устанавливается следующая оболочка и так до заполнения оболочками всех гнезд барабана. На следующей позиции барабана питателем, расположенным в соседнем боксе, в оболочки устанавливаются топливные столбы таблеток, после чего барабан последовательно по определенному алгоритму устанавливает оболочки с топливными столбами на позицию установки пробки и фиксатора, позицию вакуумирования, заполнения оболочки гелием и постановки верхней заглушки. В связи с тем, что постановка верхней заглушки не обеспечивает герметичности оболочки, а гелий в оболочке необходимо сохранить для последующих испытаний твэла на герметичность после приварки верхней заглушки к оболочке, продолжительность между постановкой верхней заглушки и ее сваркой с оболочкой ограничена несколькими минутами. Поэтому гнездо с оболочкой после постановки верхней заглушки сразу устанавливается барабаном напротив канала выгрузки оболочек, где штоки пневмоцилиндров двух устройств управления механизмами зажима оболочек этого гнезда перемещаются до упора в решетки барабана, нажимая на упоры механизмов зажима оболочек. При этом присоединенные к упорам плунжеры перемещаются к оси барабана, сжимая пружины и освобождая оболочку, которая передается из устройства снаряжения на сварочную установку.
К недостаткам известного устройства относится то, что после снаряжения в нем твэлов, на блестящих наружных поверхностях оболочек появляются механические повреждения в виде царапин и следов в местах взаимодействия оболочек с механизмами зажима оболочек. Причиной их появления является взаимодействие оболочки с зажимающими ее призмой и плунжером при осевых усилиях на оболочку, возникающих при постановке в оболочку топливных столбов и верхней заглушки.
Известное устройство принято заявителем в качестве прототипа.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении полезной модели, заключается в исключении механических повреждений на наружной поверхности оболочек в местах зажима.
Для достижения указанного технического результата в известном устройстве, содержащем расположенный в корпусе бокса барабан, включающий вал, дистанционирующие решетки и расположенные между решетками тубусы с центральными гнездами под оболочки, установленные в решетках механизмы зажима оболочек, устройства управления зажимами оболочек, каналы загрузки и выгрузки оболочек и установленные снаружи на корпусе бокса привод барабана и устройства загрузки в оболочки комплектующих, механизмы зажима оболочек установлены в ступенчатых расточках стаканов, закрепленных в отверстиях решеток, и представляют собой манжеты, изготовленные из эластичного материала и выполненные в виде катушек с центральным отверстием, диаметр которого превышает наружный диаметр оболочки твэла.
Манжеты замкнуты по наружному диаметру распорными кольцами с помощью выступов нажимных фланцев с образованием кольцевых внутренних полостей, соединенных трубопроводами с устройствами управления зажимами оболочек, включающими установленные на решетках пневмораспределители, соединенные, в свою очередь, трубопроводами с валом, который выполнен полым и внутренняя полость которого соединена с источником сжатого газа через поворотный штуцер.
В частном случае исполнения в качестве устройств управления зажимами оболочек применены установленные на решетках пневмораспределители с двухсторонним механическим управлением и установленные на стойках бесштоковые пневмоцилиндры двустороннего действия.
Установка механизмов зажима оболочек в ступенчатых расточках стаканов, закрепленных в отверстиях решеток, позволяет сначала выполнять расточки непосредственно в стаканах, а затем закреплять их в отверстиях решеток, что позволяет упростить изготовление и повысить точность расточек, по сравнению с выполнением продольных расточек непосредственно в решетках прототипа.
Выполнение механизмов зажима оболочек в виде манжет из эластичного материала, выполненных по форме катушки с центральным отверстием, диаметр которого превышает наружный диаметр оболочки твэла, позволяет свободно вводить в тубусы оболочки через центральные отверстия манжет, а при взаимодействии оболочек с эластичным материалом манжет исключить механические повреждения наружной поверхности оболочек.
Замыкание манжет по наружному диаметру распорными кольцами с помощью выступов нажимных фланцев с образованием кольцевых внутренних полостей позволяет подавать в эти полости сжатый газ и, тем самым, обеспечить за счет их расширения обжатие и фиксацию оболочек. При этом взаимодействие эластичного материала манжет с оболочками исключает механические повреждения наружной поверхности оболочек в местах зажима. Соединение кольцевых внутренних полостей трубопроводами с устройствами управления зажимами оболочек, включающими установленные на решетках пневмораспределители, соединенные, в свою очередь, трубопроводами с валом, который выполнен полым и внутренняя полость которого соединена с источником сжатого газа через поворотный штуцер, позволяет осуществлять подачу сжатого газа во внутренние полости манжет и его сброс. Подача сжатого газа позволяет обеспечить обжатие и фиксацию оболочек манжетами, а сброс сжатого газа из внутренней полости - возвращение диаметра центрального отверстия манжет к значению, превышающему диаметр оболочки. Выполнение вала полым и его соединение с источником сжатого газа через поворотный штуцер позволяет подать сжатый газ во вращающийся вал, а затем по трубопроводам на пневмораспределители.
Применение в качестве устройств управления зажимами оболочек установленных на решетках пневмораспределителей с двухсторонним механическим управлением и установленных на стойках бесштоковых пневмоцилиндров двустороннего действия позволяет осуществить переключения пневмораспределителей, вращающихся вместе с барабаном, установленными на стойках бесштоковыми пневмоцилиндрами двустороннего действия в позициях гнезд напротив каналов загрузки и выгрузки оболочек. При этом в позиции гнезда напротив канала загрузки пневмораспределители сначала переключаются на сброс сжатого газа, а после введения в тубус оболочки - на подачу сжатого газа в манжеты и фиксацию ими оболочки. В позиции тубуса напротив канала выгрузки снаряженных оболочек пневмораспределители переключаются на сброс сжатого газа, при котором осуществляется разжим и освобождение снаряженных оболочек и их выгрузка из устройства снаряжения. При перемещении гнезд по остальным позициям внутренние полости манжет остаются соединенными пневмораспределителями с внутренней полостью вала и находятся под давлением, а оболочки зафиксированными в гнездах барабана.
Предлагаемое устройство иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3.
На фиг. 1 показано предлагаемое устройство в аксонометрии;
на фиг. 2 - выносной элемент А с фиг. 1;
на фиг. 3 - разрез Б-Б с фиг. 1.
Предлагаемое устройство содержит (см. фиг. 1) барабан 1, установленный в боксе 2 на подшипниковых опорах 3 и стойки 4, установленные по обе стороны барабана 1. Снаружи бокса 2 установлены привод 5 барабана 1 и устройства 6 загрузки комплектующих деталей твэла. Барабан 1 включает в себя вал 7, прикрепленные к валу 7 по его концам решетки 8, в которых в равномерно расположенных по окружности отверстиях 9 (см. фиг. 2 и 3). установлены стаканы 10 со ступенчатыми внутренними расточками 11, заканчивающимися центральными отверстиями 12. В отверстия 12 введены тубусы 13, расположенные между решетками 8, и представляющие собой трубы, концы которых снабжены фасками 14. Во внутренней расточке 10 стаканов 9 установлены механизмы 15 зажима оболочек 16, включающие последовательно установленные втулки 17, манжеты 18 с распорными кольцами 19 и выступы 20 нажимных фланцев 21. Нажимные фланцы 21, манжеты 18, втулки 17 и тубусы 13 снабжены центральными отверстиями, образующим гнездо 22 для размещения в нем оболочки 16. Втулки 17 и нажимные фланцы 21 снабжены заходными фасками 23, способствующими беспрепятственному вхождению и перемещению в гнездах 22 оболочек 16. Внутренние полости 24 манжет 18 через отверстия 25 в распорных кольцах 19 и каналы 26 в решетках 8 соединены трубопроводами 27 с устройствами 28 управления механизмами 15 зажима оболочек 16.
Устройства 28 управления состоят из пневмораспределителей 29 с двухсторонним механическим управлением, установленных на решетках 7, и бесштоковых пневмоцилиндров 30 двустороннего действия, снабженных траверсой 31 и установленных на стойках 4.
Входные штуцеры пневмораспределителей 29 соединены трубопроводами 31 с внутренней полостью 32 вала 6, а выходные штуцеры - трубопроводами 27 с механизмами зажима 15. Внутренняя полость 32 вала 7 соединена через поворотный штуцер 33 с источником сжатого газа (на чертежах не показан).
В предлагаемом устройстве снаряжения твэла установлены 4 устройства 28 управления зажимом оболочек 16, по 2 с каждой стороны решеток 8 напротив позиций загрузки оболочек 16 и позиции выгрузки заполненных оболочек 16.
Известное устройство работает следующим образом.
Вращение барабана 1 и его позиционирование осуществляются автоматизированной системой управления, обеспечивающей точность его позиционирования
Вращением привода 5 соответствующее гнездо 22 барабана 1 устанавливается напротив канала загрузки оболочек (на чертежах не показан). Бесштоковые пневмоцилиндры 30 двух устройств 28 управления, перемещаясь и взаимодействуя с соответствующими рычагами пневмораспределителей 29, переключают их, соединяя внутренние полости 24 манжет 18 с атмосферой. По каналу загрузки оболочка 16 подается и устанавливается в гнезде 22. Автоматической системой управления бесштоковые пневмоцилиндры 30 перемещаются в другую сторону и переключают пневмораспределители 29, подавая сжатый газ во внутренние полости 24 манжет 18 из внутренней полости 32 вала 7 через трубопроводы 31 и 27, каналы 26 в решетках 7 и отверстия 25 в распорных кольцах 19. При подаче сжатого газа внутренние полости 24 манжет 18 увеличиваются в объеме и обжимают оболочку 16. С учетом высокого значения коэффициента трения пары «эластомер-металл» оболочка 16 надежно фиксируется в гнезде 22 барабана 1.
Включением привода 5 барабан 1 поворачивается до установки следующего гнезда 22 напротив канала загрузки оболочек, через который в следующее гнездо 22 устанавливается следующая оболочка 16 и так до заполнения оболочками 16 всех гнезд 22 барабана 1.
На следующих позициях барабана 1 в оболочки 16 последовательно устанавливаются топливные столбы таблеток и комплектующие, осуществляют вакуумирование и заполнение оболочек гелием с установкой верхних заглушек (на чертежах не показаны). При перемещении гнезд 22 по этим позициям внутренние полости 24 манжет 18 остаются соединенными пневмораспределителями 29 с внутренней полостью 32 вала 6 и находятся под давлением, а оболочки зафиксированными в гнездах 22 барабана 1.
Затем гнездо 22 с заполненной оболочкой 16 устанавливается барабаном 1 напротив канала выгрузки оболочек 16, где бесштоковые пневмоцилиндры 30 двух устройств 28 управления, перемещаясь и взаимодействуя с соответствующими рычагами пневмораспределителей 29, переключают их, соединяя внутренние полости 24 манжет 18 с атмосферой. В результате вследствие упругости материала манжет 18 внутренние полости 24 уменьшаются в объеме до начального состояния, освобождая оболочку 16, которая передается из устройства снаряжения на сварочную установку (на чертежах не показана).