УСТРОЙСТВО ОТМЕРА ДЛИНЫ СТОЛБА СТЕРЖНЕВЫХ ТЕПЛОВЫДЕЛЯЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ И ПОДАЧИ ТОПЛИВНЫХ ТАБЛЕТОК В ОБОЛОЧКУ

Полезная модель относится к ядерной технике и может быть использовано при снаряжении оболочек тепловыделяющих элементов (твэл) ядерным топливом в виде таблеток.
Наиболее близким аналогом предлагаемого устройства является устройство отмера длины столба и подачи топливных таблеток в оболочку, используемое в установке для горизонтального снаряжения таблетками оболочек стержневых твэлов в линии ВВЭР-440 (см. RU 2302047 С1, опубл. 2007 г.).
Известное устройство содержит линейный привод с кареткой и шаговым двигателем, соединенным со спутником-накопителем с возможностью его шаговой подачи и перемещения неполных столбов топливных таблеток в зону отмера длины столба и далее на ленточный транспортер, размещенный перед стыковочным узлом, который жестко связан со вторичной частью вибропривода для введения неполных столбов топливных таблеток в оболочку, устройство отмера длины столба и подачи топливных таблеток включает также датчики, установленные на границах зоны отмера с возможностью переключения одного из них при начале перемещения каретки линейного двигателя и другого - при пересечении границы зоны отмера торцом неполного столба для подсчета количества импульсов, поданных на шаговый двигатель перемещения каретки.
Ближайший аналог имеет следующие недостатки:
- применение линейного привода с парой винт-гайка и шаговым двигателем имеет ограничение по скорости перемещения каретки, на которой закреплен упор толкателя (заталкиватель): на малых скоростях возникает вибрация, которая влияет на точность измерения частичного столба, максимальная скорость также имеет ограничения, что снижает производительность установки в целом
- заложенный принцип измерения частичных столбов в данной реализации не обеспечивает необходимую точность. Испытания показали, что реальная погрешность измерения длины частичного столба при данной скорости измерения может достигать 0.3 мм
- после разделения последнего частичного столба необходимо дополнительным ходом каретки измерить остаточную длину. При этом расстояние, на котором каретка движется со скоростью измерения значительно превышает расстояние для измерения частичного столба и времени затрачивается больше. При этом продолжается процесс снаряжения, под воздействием вибрации (в том числе и от перемещения линейного привода на маленькой скорости) передняя таблетка остатка может соскользнуть на ленточный транспортер и попасть в оболочку.
- заталкиватель после измерения перемещает частичный столб на ленточный транспортер и лоток стыковочного узла. В оболочку топливный столб вводится под действием горизонтальных виброколебаний, совершаемых виброприводом. Однако было замечено, что с горизонтально расположенного лотка стыковочного узла таблетки заходят в оболочку, когда имеется подпор следующими таблетками. Последняя таблетка часто остается на лотке
- при настройке узла отмера требуется ручное перемещение настроечного образца после каждого измерения
- данная схема не позволяет создать устройство для снаряжения более одного твэла одновременно. Над накопителем физически возможно разместить не более 2-х приводов. Крепление датчика SQ5 не позволяет смещать накопитель, когда на нем лежит остаток частичного столба.
Техническими задачами предлагаемой полезной модели являются:
- повышение производительности;
- уменьшение погрешности, используя стандартное оборудование;
- обеспечить возможность снаряжения нескольких, например, 4-х твэлов одновременно;
- автоматизировать процесс настройки.
Поставленные задачи решаются тем, что устройство отмера длины столба стержневых тепловыделяющих элементов и подачи топливных таблеток в оболочку, содержащее линейный привод с двигателем, соединенный со спутником-накопителем с возможностью его шаговой подачи и перемещения неполных столбов топливных таблеток в зону отмера длины столба и далее по ручью спутника-накопителя в зону для введения неполных столбов топливных таблеток в оболочку, и датчики начала и конца измерения длины частичного столба, отличающееся тем, что линейный привод содержит две каретки, с которыми связано по меньшей мере одно устройство заталкивания, каждое из которых выполнено в виде пневмоцилиндра со стержнем, который расположен над соответствующим ручьем спутника-накопителя с возможностью захода в оболочку при заталкивании частичного столба.
Пневмоцилиндр может быть выполнен с возможностью смещения стержня в вертикальной плоскости.
Выполнение пневмоцилиндра с возможностью смещения стержня в вертикальной плоскости позволяет перемещать каретку над частичным столбом, что дает возможность сдвигать остаток таблеток на накопителе назад и смещать накопитель для отмера остатка столба в другую оболочку, а так же автоматизировать процесс настройки и решить проблему с принудительным заталкиванием последней таблетки.
Предпочтительно упомянутый двигатель выполнен в виде серводвигателя с ременной передачей. Кроме улучшенной динамики перемещения привод с серводвигателем обеспечивает контроль усилия заталкивания, что позволяет остановить процесс снаряжения в случае заклинивания таблеток в стыковочном узле или оболочке.
Для уменьшения погрешности измерения датчики начала и конца измерения длины частичного столба соединены с блоком дискретных входов с аппаратными прерываниями, на линейном приводе в качестве источника импульсов для расчета длины закреплена магнитная лента, а на по меньшей мере одной из кареток закреплены датчики положения по числу ручьев спутника-накопителя, связанные каждый с соответствующим блоком быстрого счета, при этом датчик начала измерения установлен с возможностью формирования сигнала от перемещения кареток, а блоки быстрого счета выполнены с возможностью независимой работы друг от друга при получении импульсов от датчиков положения и остановки счета при получении сигналов с соответствующих датчиков конца измерений.
Сущность полезной модели поясняется с помощью фиг.1, на которой показан вид сверху на 4-х ручьевое устройство отмера, фиг.2, на которой показан вид сбоку на данное устройство, и фиг.3, на которой показана схема шаговой подачи спутника-накопителя.
Предлагаемое устройство отмера длины столба стержневых твэлов и подачи топливных таблеток в оболочку содержит два линейных привода. Первый линейный привод состоит из прецизионного серводвигателя 1 MTR-AC-70-3S-GA с ременной передачей, двух кареток 3 и 4, перемещающихся по двум параллельным направляющим. На каретках 3 и 4 закреплена металлическая пластина 5 с четырьмя устройствами заталкивания, каждое из которых выполнено в виде пневмоцилиндра 6 с металлическим стержнем 7, который расположен над соответствующим ручьем спутника-накопителя 8 с возможностью захода в оболочку 9 при заталкивании частичного столба. Пневмоцилиндры 6 выполнены с возможностью смещения стержней 7 в вертикальной плоскости, что позволяет перемещать каретки 3 и 4 над частичными столбами. Второй линейный привод, состоящий из прецизионного серводвигателя 2 (аналогичного серводвигателю 1) соединен со спутником-накопителем 8 с возможностью его шаговой подачи и перемещения неполных столбов топливных таблеток в зону отмера длины столба. Неполные столбы топливных таблеток после отмера сдвигаются стержнями 7 на ленточный транспортер 11 и через стыковочный узел 12 в оболочку 9.
Система управления установкой построена на базе контроллера SIMATIC S7-300. Это контроллер модульного типа. Основной модуль процессорный, к нему стыкуются специализированные периферийные модули: дискретные, аналоговые, сигнальные и прочие (в том числе модуль (блок) дискретных входов с аппаратными прерываниями и модули (блоки) быстрого счета). Контроллер циклично опрашивает модули ввода, затем выполняет заложенную в него программу и затем выводит сигналы на модули выхода. В результате такой работы возможна задержка реакции на изменение состояния какого-либо датчика может составить около 18 мс, что соответствует погрешности вычисления длины около 0,4 мм. Поэтому используется модуль - блок дискретных входов с аппаратными прерываниями. Этот блок при изменении состояния датчика прерывает работу контроллера и вызывает подпрограмму обработки данного прерывания. Таким образом задержки при изменении состояния датчиков сведены практически к нулю.
Установка содержит датчик 13 начала (SQ 120) и датчики 14 конца (SQ41, SQ42, SQ43, SQ44) измерения длины частичного столба, соединенные с блоком дискретных входов с аппаратными прерываниями (не показан). В качестве источника импульсов для расчета длины используется магнитная лента (с рисками, нанесенными с шагом 0,02 мм), закрепленная на линейном приводе, и датчики положения Kubler LIME SL2 (4 шт. по количеству ручьев, не показаны), которые крепятся на каретках 3 и 4 привода. Датчики положения, перемещаясь вдоль магнитной ленты, генерируют импульсы в соответствии с рисками на магнитной ленте. Сигналы с датчиков положения поступают на блоки быстрого счета FM350 (не показаны). Датчик 12 начала измерения формирует сигнал от перемещения металлической пластины 5. Блоки быстрого счета работают независимо друг от друга, получая импульсы от датчиков положения и останавливая счет при получении сигналов с датчиков 12 конца измерения. Число импульсов преобразуется в значение длины.
Устройство отмера обеспечивает выполнение следующих функций:
- прием частичных столбов таблеток с платформы осмотра (спутник 10) на спутник-накопитель 8
- перемещение спутника-накопителя 8 на позицию отмера;
- одновременное заталкивание 4-х частичных столбов таблеток с независимым отмером длины каждого столба.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
После включения автоматического режима загерметизированная с одной стороны оболочка 9 транспортным механизмом подается на роликовые опоры, а затем открытый конец вводится в стыковочный узел и зажимается.
Алгоритм автоматического режима для 4-х ручьев
1. Спутник 10 с таблетками стыкуется к спутнику-накопителю 8, на который сдвигают таблетки. Привод с серводвигателем 2 подает заполненный спутник-накопитель 8 в зону отмера топливного столба (на рабочую позицию в точку «а» - стыковка первого ручья накопителя 8 с зоной отмера топливного столба в первую оболочку). По завершении позиционирования сервоконтроллер выдает сигнал. Дальнейшее пошаговое (поручьевое) перемещение спутника-накопителя 8 обеспечивается выбором точки «b» сервоконтроллера, в которой задано относительное смещение на 11 мм от текущей позиции. Металлические стержни 7 опускаются в нижнее положение (SQ30=SQ32=SQ34=SQ36=1).
ном
2. При измерении частичных столбов каретки 3, 4 находятся в крайнем левом положении (точка «с»). После опускания стержней 7 (толкателей) каретки 3 и 4 привода с серводвигателем 1 начинают движение в точку «а» со скоростью V 300 мм/сек. По заднему фронту сигнала от датчика начала счета вызывается аппаратное прерывание, которое запускает счет на блоках быстрого счета. Стержни 7 перемещают частичные столбы по спутнику-накопителю, блоки быстрого счета считают импульсы. При наезде передним торцом частичного столба из 4-х ручьев на датчик конца счета SQ41-SQ44 на каждом вызывается аппаратное прерывание, которое останавливает счет импульсов соответствующего частичного столба. Число импульсов умножается на цену деления и получается пройденное расстояние в мм.
3. При срабатывании одного из датчиков SQ41, SQ42, SQ43, SQ44 фиксируется текущая позиция каретки 3 или 4 (в мм), вычитается из базового расстояния на данном ручье и рассчитывается длина частичного столба.
чсi
bi
t
где L - длина частичного столба на i ручье; L - базовая длина на i ручье; L - текущая позиция каретки.
4. Определяется длина частичного столба, которую необходимо набрать, где:
cti
L - длина столба, которую необходимо набрать на i ручье;
min доп
L - заданная минимально допустимая длина топливного столба;
Σotпрi
L - длина столба таблеток загруженных в i оболочку.
чсi
cti
5. Полученная длина частичного топливного столба L сравнивается с длиной L, которую необходимо набрать.
чсi
cti.,
Если L<L то вернуться к п.3 и ожидать сигналов от оставшихся датчиков.
чсi
cti
Если L<L на всех четырех столбах, то переместить каретку в т.«b» с прерыванием позиционирования в т.«а». Затем вернуть каретку в т.«с». Сдвинуть спутник-накопитель на 1 шаг. Повторить п.2
чсi
cti
Если L≥L, то отмер части столба происходит по следующему алгоритму:
6. Алгоритм разделения столба
ст
таблетки
- каретки 3 и 4 перемещается на расстояние (L-2*L);
min
- скорость перемещения каретки снижается до V≈40 мм/сек, что приводит к дискретизации таблеток на ленточном транспортере и поштучному сталкиванию таблеток;
Σotпpi
ocтi
- по сигналу датчика начала счета (датчика переднего торца таблеток) проводится перерасчет длины отправленного столба L и оставшейся длины столба L на данном ручье;
Σotпpi
min доп
Если длина L≥L, то подается команда - стержень 7 первого пневмоцилиндра вверх.
- Если сигналы от других датчиков не получены, то вернуться к п.3.
- Если измерения по всем ручьям проведены, то переместить каретку в т.«b».
- По сигналу завершения позиционирования сервоконтроллера серводвигателя 1 опустить все четыре стержня 7.
- Переместить каретку в т.«d» со скоростью 500 мм/сек.
- Переместить каретку в т.«b» со скоростью 1500 мм/сек.
- Переместить каретку в т.«е» со скоростью 200 мм/сек.
- Поднять все стержни 7. SQ29=SQ31=SQ33=SQ35=1
- Переместить каретку в т.«с» со скоростью 1500 мм/сек
- Опустить все четыре стержня 7 вниз.
Σotпpi
7. Вычислить, на каком ручье столб таблеток, загруженных в оболочку, имеет минимальную длину MIN L.
Определить, на каком ручье находится максимальная длина оставшихся таблеток.
oстj
min доп
Σotпpi.
oстj
min доп
Σotпpi
Если MAX L<L-MIN L, то переместить j оставшийся столб в i оболочку. Если MAX L>L-MIN L, то переместить j оставшийся столб в i оболочку в соответствии с алгоритмом разделения частичного столба.
Повторять п.6 до момента, когда на спутнике не останется таблеток или будут набраны все 4-е топливных столба.
Если в ходе выполнения алгоритма на спутнике не останется таблеток, то выполняется перезагрузка спутника-накопителя.
Если все 4-топливных столба набраны, то производится смена изделий. Повторяется цикл с п.2.