Автоматическая линия изготовления тепловыделяющих элементов

 

Изобретение относится к атомной промышленности и может найти применение на предприятиях по изготовлению тепловыделяющих элементов для ядерных реакторов. Технический результат: автоматизация контроля и разбраковки снаряженных оболочек по весу топливного столба, исключение при этом колебаний массы топлива и недопустимых локальных всплесков энерговыделения в активной зоне при работе ядерного реактора, снижение трудозатрат при обслуживании электронно-лучевых установок сварки заглушки к оболочке. В автоматической линии перед установкой герметизации установлен механизм взвешивания снаряженной оболочки тепловыделяющего элемента с едиными весами и единым грузоприемным устройством с вертикальными стойками для укладки на них снаряженной оболочки тепловыделяющего элемента. Между стойками размещены поворотные механизмы подачи снаряженных оболочек на вертикальные стойки грузоприемного устройства и съема с них при вращении поворотных механизмов. Механизм взвешивания снабжен компьютером и программируемым контроллером. Программируемый контроллер осуществляет остановку линии при несоответствии веса заданному весу с разбраковкой как оболочки, так и снаряженной оболочки. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к атомной промышленности и может найти применение на предприятиях изготовления тепловыделяющих элементов (твэл), для ядерных водо-водяных энергетических реакторов (ВВЭР).

Известна автоматическая линия изготовления твэлов, содержащая устройства: - подготовки оболочек к снаряжению со сваркой заглушки к одному концу оболочки; - снаряжения столба топливных таблеток в открытый конец оболочки; - запрессовки фиксаторов в открытый конец снаряженной оболочки; - герметизации открытого конца снаряженной оболочки с механизмом подачи заглушки и сварки ее к оболочке под давлением инертного газа под оболочкой; - контроля и разбраковки по давлению внутри оболочки твэлов, размещенного после устройства герметизации; - контроля и разбраковки по наличию внутренних компонентов; - поверхностной обработки, размещенных в едином потоке, снабженных транспортными средствами проводки с устройства на устройство и устройствами для вывода отбракованных твэлов (см. Патент ЕР 0192137, МПК G 21 C 21/02, 1986г. ).

Известная автоматическая линия изготовления твэлов не предусматривает в едином технологическом потоке размещение механизма зачистки сварного шва после сварки заглушки к одному из концов трубки-оболочки в устройстве подготовки оболочки к снаряжению, что приводит к сокрытию возможных дефектов сварки, т. е. последние выявляются после зачистки, кроме того, на известной линии возможно изготавливать твэлы ВВЭР-1000, либо твэлы ВВЭР-440, т.е. они имеют разную длину (3837 мм и 2500 мм), а линия предусматривает изготовление твэлов одного размера.

Известна автоматическая линия изготовления тепловыделяющих элементов (см. Патент Российской Федерации 2070740, МПК G 21 C 21/02 от 17.05.1994, опубл. 20.12.1996), содержащая: - установку подготовки оболочек к снаряжению твэлов, включающую наклонный реечный стол, вдоль которого в технологической последовательности размещены механизмы отрезки трубок с двух сторон в размер оболочки для твэла, механизм контроля длины трубки-оболочки, механизм калибровки одного конца трубки-оболочки, примыкающие к наклонному столу смежные ванны обезжиривания и сушки наружной и внутренней поверхностей трубки-оболочки, примыкающий к ваннам наклонный реечный стол, вдоль которого в технологической последовательности размещены механизм запрессовки заглушки в калиброванный конец трубки-оболочки, механизм взвешивания оболочки, установку электронно-лучевой сварки заглушки к оболочке, механизм зачистки сварного шва, механизм ультразвукового контроля сварного шва; - установку виброснаряжения столба топливных таблеток в открытый конец оболочки с механизмом укладки и досылки оболочек на снаряжение и съема снаряженных оболочек;
- устройство очистки открытого конца снаряженной оболочки;
- устройство запрессовки фиксаторов в открытый конец снаряженной оболочки;
- установку герметизации открытого конца снаряженной оболочки с механизмом подачи заглушки и сваркой ее к оболочке под давлением инертного газа под оболочкой;
- механизм контроля и разбраковки по давлению внутри оболочки твэла, по наличию внутренних компонентов;
- установку поверхностной обработки с оксидированием поверхности оболочки твэла, снабженных средствами проводки с устройства на устройство, вывода бракованных твэлов и системой автоматики.

Автоматическая линия устраняет недостатки известной линии в части зачистки сварных швов на оболочках после электронно-лучевой сварки заглушки к оболочке, но не может быть использована для изготовления твэлов двух модификаций для ядерного реактора ВВЭР-1000 и ВВЭР-440 из-за разных длин твэлов.

В известной линии предусмотрено размещение механизма взвешивания трубки-оболочки перед электронно-лучевой сваркой заглушки к оболочке, однако не предусмотрено взвешивание снаряженной оболочки, т.е. учет снаряженного ядерного топлива осуществляется только по длине снаряженного столба топливных таблеток, но не по его весу, что не исключает колебаний массы топлива в твэле и недопустимых локальных всплесков энерговыделения по высоте твэла при его работе в активной зоне ядерного реактора (см. "Разработка, производство и эксплуатация энергетических реакторов". Книга 1 под ред. Ф.Г. Решетникова. М.: Энергоатомиздат, 1995г. с.213).

В технических решениях по патенту ЕР 0192137 и по патенту RU 2070740 предусмотрен контроль и разбраковка по наличию внутренних компонентов, осуществляемой после герметизации твэла, т.е. если при контроле будет выявлен брак по сплошности топливного столба, суммарному и единичному зазору между топливными таблетками, сколам, крошке топливных таблеток, наличию фиксаторов и т.д., то потребуется расчехловка твэла с разрушением оболочки и возможным частичным разрушением топливных таблеток при расчехловке твэла.

Кроме того, из-за большой длины трубки-оболочки - 3837 мм и малой осевой жесткости, практически равной нулю, при взвешивании использовались двое весов с двумя соосными ложементами во избежание прогиба и деформации трубки-оболочки, что создавало известные трудности при выполнении этой операции из-за требуемого согласования двух весов на один вес - трубки-оболочки, т.е. требовалось постоянно соблюдать соосность весов, нахождение грузоподъемных устройств на одной прямой, перпендикулярной оси весов, и на одной высоте.

Допускаемая разность высот не должна была превышать 1 мм. При определении веса оболочки необходимо было суммировать показания двух весов. При массовом производстве любое отклонение выше перечисленных требований может вывести большое количество оболочек в брак по весу и сорвать производственный ритм или наоборот, выдать в годные оболочки бракованные по весу оболочки.

В процессе массового изготовления твэлов неизбежно применение нескольких установок электронно-лучевой сварки заглушки к оболочке, каждая из которых снабжена компьютерной системой, позволяющей поддерживать процесс с высокой точностью (по току луча, ускоряющему напряжению, по скорости вращения изделия и т.д. (см. "Разработка, производство и эксплуатация энергетических реакторов". Книга 1 под ред. Ф.Г. Решетникова. М.: Энергоатомиздат, 1995г. С. 208...212).

Присутствие оператора на каждой установке при компьютерной системе контроля обязательно, что требует соответственно увеличенных трудозатрат.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому эффекту является автоматическая линия изготовления тепловыделяющих элементов (см. патент Российской Федерации RU 2155395, МПК7 G 21 С 21/02 от 17.02.1999, опубл. 27 августа 2000г.), содержащая:
- установку подготовки оболочек к снаряжению, включающую наклонный реечный стол, вдоль которого в технологической последовательности размещены механизмы отрезки трубок в размер оболочки, контроля длины трубки-оболочки, примыкающие к наклонному столу ванны обезжиривания, промывки и сушки, примыкающий к ваннам наклонный реечный стол, вдоль которого в технологической последовательности размещены механизм запрессовки заглушки в калиброванный конец трубки-оболочки (в дальнейшем оболочки), механизм взвешивания оболочки, установка электронно-лучевой заглушки к оболочке, механизм зачистки сварного шва, механизм ультразвукового контроля сварного шва и средства проводки с механизма на механизм с системой автоматики;
- установку виброснаряжения столба топливных таблеток в открытый конец оболочки с механизмами укладки и досылки оболочек на снаряжение и съема снаряженных оболочек;
- устройство зачистки открытого конца снаряженной оболочки;
- устройство запрессовки фиксаторов в открытый конец снаряженной оболочки;
- механизм контроля и разбраковки по внутренним компонентам;
- установку герметизации с контактной стыковой сваркой заглушки к снаряженной оболочке под давлением инертного газа гелия под оболочкой;
- механизм контроля и разбраковки по давлению внутри тепловыделяющего элемента;
- механизм ультразвукового контроля сварного шва;
- установку поверхностной обработки оболочки твэла;
- транспортные средства проводки с механизма на механизм годных оболочек твэлов, средства вывода бракованных твэлов и систему автоматики.

Автоматическая линия - прототип устраняет недостатки известных линий в части размещения механизма контроля и разбраковки снаряженной оболочки по внутренним компонентам непосредственно перед герметизацией, т.е. в случае выявления дефектов и отклонений от нормальных значений не представляет трудности вмешательства оператора по ликвидации отклонений без разрушения оболочки, т. к. на данный момент оболочка имеет открытый торец, по выпуску твэлов двух модификаций ВВЭР-1000 и ВВЭР-440 путем применения удлинителей для твэлов ВВЭР-440 и смещения датчиков, однако недостатки по отсутствию механизма взвешивания после снаряжения, использования двух весов для взвешивания оболочки и по обслуживанию электронно-лучевых установок остаются.

Технической задачей является автоматизация контроля и разбраковки снаряженных оболочек по весу топливного столба, исключения при этом колебаний массы топлива и недопустимых локальных всплесков энерговыделения при работе в активной зоне ядерного реактора, а также снижение трудозатрат при обслуживании электронно-лучевых установок сварки заглушки к оболочке.

Эта техническая задача решается тем, что в автоматической линии изготовления тепловыделяющих элементов, содержащей:
- установку подготовки оболочек к снаряжению, включающую наклонный реечный стол, вдоль которого в технологической последовательности размещены механизмы отрезки трубок в размер оболочки, контроля длины, калибровки одного конца трубки-оболочки, примыкающие к наклонному столу ванны обезжиривания, промывки и сушки, примыкающий к ваннам наклонный реечный стол, вдоль которого в технологической последовательности размещены механизм запрессовки заглушки в калиброванный конец трубки-оболочки (в дальнейшем оболочки), механизм взвешивания оболочки, установки электронной лучевой сварки заглушки к оболочке с компьютерными системами контроля электронно-лучевой сварки, механизм зачистки сварного шва, механизм ультразвукового контроля сварного шва и средства проводки с механизма на механизм с системой автоматики;
- установку виброснаряжения столба топливных таблеток в открытый конец оболочки с механизмами укладки и досылки оболочек на снаряжение и съема снаряженных оболочек;
- устройство зачистки открытого конца снаряженной оболочки;
- устройство запрессовки фиксаторов в открытый конец снаряженной оболочки;
- механизм контроля и разбраковки по внутренним компонентам;
- установку герметизации с контактной стыковой сваркой заглушки к снаряженной оболочке под давлением инертного газа гелия под оболочкой;
- механизм контроля и разбраковки по давлению внутри оболочки твэла;
- механизм ультразвукового контроля сварного шва;
- установку поверхностной обработки оболочки твэла;
- транспортные средства проводки с механизма на механизм годных оболочек твэлов, средства вывода бракованных твэлов и систему автоматики;
согласно изобретения перед установкой герметизации установлен механизм взвешивания снаряженной оболочки твэла с едиными весами и единым грузоприемным устройством с вертикальными стойками для укладки на них снаряженной оболочки твэла, между которыми размещены поворотные механизмы подачи снаряженной оболочки твэла на вертикальные стойки грузоприемного устройства и съема с них при вращении поворотных механизмов, механизм взвешивания снабжен компьютером и программируемым контроллером, осуществляющим остановку линии при несоответствии веса с заданным весом с разбраковкой как оболочки, так и снаряженной оболочки, компьютерные системы контроля установок электронно-лучевой сварки заглушки к оболочкам обеспечены выводами параметров контроля по току луча, ускоряющему напряжению, скорости вращения твэла на объединенный пульт с экраном показа всех параметров, и управления режимами сварки, объединенных в единую систему автоматического управления технологическими процессами с возможностью анализа и диагностирования составных частей электронно-лучевых установок.

Другими отличиями является то, что расстояние между стойками грузоприемного устройства, исключающее прогиб и деформацию оболочки твэла, составляет не более 250 мм.

Размещение механизма взвешивания непосредственно после снаряжения столба топливных таблеток в открытый конец оболочки позволяет определить вес столба топливных таблеток в каждой снаряженной оболочке и отбраковать снаряженные оболочки, у которых имеется несоответствие веса топливного столба с заданным, принять соответствующие меры к доснаряжению или изъятию таблеток из топливного столба до уровня заданного без разрушения оболочек, поскольку на данной операции снаряжения оболочка имеет открытый конец.

Компьютерная взаимосвязь между механизмами взвешивания оболочки и снаряженной оболочки позволяет определять чистый вес столба топливных таблеток в каждой снаряженной оболочке, что предотвращает выдачу в годные твэлов с перегрузом или недогрузом топливного материала топливных таблеток и исключит недопустимые локальные всплески энерговыделения при работе в активной зоне ядерного реактора.

Применение единых весов с единым грузоприемным устройством на операциях взвешивания оболочки вместо двух весов с двумя грузоприемными устройствами на каждой операции взвешивания позволит исключить регулировки соосности весов, соосности грузоприемных устройств, снизить трудозатраты на регулировку, вдвое уменьшить погрешность взвешивания и высвободить оборудование взвешивания.

Выполнение грузоприемного устройства с вертикальными стойками с расстоянием между стойками не более 250 мм позволит исключить прогиб и деформацию как оболочек, так и снаряженной оболочки, размещаемых на этих стойках.

Размещение между стойками поворотных механизмов подачи оболочек и снаряженных оболочек и снятия последних с механизмов взвешивания позволит автоматизировать этот процесс.

Снабжение механизмов взвешивания оболочки и снаряженной оболочки компьютером, программируемым контроллером с электрической связью позволит автоматизировать этот процесс и учитывать вес каждой оболочки и останавливать линию при несоответствии веса.

Объединение компьютерных систем контроля всех установок электронно-лучевой сварки с выводом параметров контроля на объединенный пульт с экраном показа всех параметров и управления режимами сварки позволит осуществлять технологический процесс с одного места оператора всеми установками электронно-лучевой сварки и осуществлять диагностику составных частей электронно-лучевых установок, что снизит трудозатраты.

На чертежах представлена:
- на фиг.1 - автоматическая линия изготовления твэлов;
- на фиг.2 - структурная схема механизма взвешивания;
- на фиг.3 - механизм взвешивания.

Автоматическая линия изготовления тепловыделяющих элементов, содержащая установку подготовки оболочек 1 к снаряжению, включающую наклонный реечный стол 2, вдоль которого в технологической последовательности размещены механизмы отрезки 3 трубок в размер оболочки 1, контроля 4 длины, калибровки 5 одного конца трубки-оболочки 1, примыкающие к наклонному столу 2 ванны 6 обезжиривания, промывки и сушки, примыкающий к ваннам наклонный реечный стол 7, вдоль которого в технологической последовательности размещены механизм запрессовки 8 заглушки 9 в калибровочный конец трубки-оболочки 1 (в дальнейшем оболочки 1), механизм 10 взвешивания оболочки 1, установки 11 электронной лучевой сварки заглушки 9 к оболочкам 1 с компьютерными системами 12 контроля электронно-лучевой сварки, механизм зачистки 13 сварного шва, механизм ультразвукового контроля 14 сварного шва и средства проводки с механизма на механизм с системой автоматики (не показаны);
- установку 15 виброснаряжения столба топливных таблеток 16 в открытый конец оболочки 1 с механизмами укладки и досылки оболочек на снаряжение и съема снаряженных оболочек 1;
- устройство зачистки 17 открытого конца снаряженной оболочки 1;
- устройство запрессовки 18 фиксаторов 19 в открытый конец снаряженной оболочки 1;
- механизм 20 контроля и разбраковки по внутренним компонентам;
- установку 21 герметизации с контактной стыковой сваркой заглушки 22 к снаряженной оболочке 1 под давлением инертного газа гелия под оболочкой;
- механизм 23 контроля и разбраковки по давлению внутри тепловыделяющего элемента;
- механизм 24 ультразвукового контроля сварного шва;
- установку 25 поверхностной обработки твэла с его оксидированием;
- транспортные средства проводки с механизма на механизм годных оболочек и твэлов, средства вывода бракованных твэлов и систему автоматики (не показана).

Перед установкой герметизации 21 установлен механизм взвешивания снаряженной оболочки 1 твэла с едиными весами 26 и единым грузоприемным устройством 27 с вертикальными стойками 28 для укладки 29 на них снаряженной оболочки 1 твэла с расстоянием между стойками 28, исключающим прогиб и деформацию снаряженной оболочки 1 твэла, между которыми размещены поворотные механизмы 30 с местами 31 подачи снаряженной оболочки 1 твэлов на места 29 для твэлов грузоприемного устройства 27 при соосном совпадении осей мест 29, 31 для твэлов при вращении поворотного механизма 30 и съема оболочки 1 при совпадении осей мест 29, 32, механизм взвешивания снабжен компьютером 33 и программируемым контроллером 34.

На механизме взвешивания осуществлена выдача данных по чистому весу столбов топливных таблеток 16 без оболочки 1 каждого тепловыделяющего элемента с остановкой линии при несоответствии веса с заданным весом с разбраковкой как оболочки 1, так и снаряженной оболочки.

Компьютерные системы контроля 12 установок 11 электронно-лучевой сварки заглушки 9 к оболочкам 1 объединены с выводом параметров контроля по току луча, ускоряющему напряжению, скорости вращения твэла на объединенный пульт 35 с экраном показа всех параметров и управления режима сварки, объединенных в единую систему автоматического управления технологическим процессом с возможностью анализа и диагностирования составных частей электронно-лучевых установок.

Расстояние между вертикальными стойками 28 грузоприемного устройства 27, исключающее прогиб и деформацию оболочки 1 твэла, составляет не более 250 мм.

Поворотные механизмы 30 выполнены в виде насадок на валу с местами для твэлов 31, орбита вращения которых проходит через ось мест для твэлов 29 грузоприемного устройства 27 и оси приема и съема оболочки 1 с грузоприемного устройства.

Автоматическая линия изготовления тепловыделяющих элементов работает следующим образом.

По наклонному реечному столу 2 трубка поступает на механизм 3 отрезки трубок в размер оболочки 1, на механизм контроля 4 длины и на механизм 5 калибровки одного конца. После калибровки трубка-оболочка 1 в ваннах 6 проходит обезжиривание, промывку и сушку и поступает на реечный наклонный стол 7, где в калиброванный конец на механизме 8 запрессовки запрессовывается заглушка 9.

Оболочка 1 с запрессованной заглушкой 9 на механизме 10 взвешивается и на установке 11 электронно-лучевой сварки заглушки 9 приваривается к оболочке 1.

Компьютерные системы 12 контроля электронно-лучевой сварки установок 11 электронно-лучевой сварки заглушки 9 к оболочке 1 снабжены выводами параметров контроля по току луча, ускоряющему напряжению, скорости вращения твэла на объединенный пульт 35 с экраном показа всех параметров и управления режимами сварки, объединенных в единую систему автоматического управления технологическим процессом с возможностью анализа и диагностирования составных частей электронно-лучевых установок 11.

На механизме 13 зачистки осуществляется зачистка сварного шва, а на механизме 14 проверяют качество сварного шва ультразвуковым методом.

Транспортным средством оболочки 1 подаются на установку 15 виброснаряжения столбами топливных таблеток 16 одновременно шести оболочек в их открытые концы, а затем на устройство 17 зачистки открытого конца снаряженной оболочки от пыли топливного материала, на устройство 18 запрессовки фиксаторов 19 в открытый конец оболочки и на механизм 20 контроля и разбраковки по внутренним компонентам, где при несоответствии заданным компонентам снаряженная оболочка выводится из технологического процесса для принятия мер по комплектации компонентов, а годные снаряженные оболочки 1 направляются на механизм взвешивания на весах 26, где поворотным механизмом 30 с помощью мест 31 для твэлов снаряженная оболочка 1 укладывается в места 29 для твэл вертикальных стоек 28 грузоприемного устройства 27 механизма взвешивания.

Данные взвешивания поступают в компьютер 33 и программируемый контроллер 34, где уже имеются данные по весу взвешиваемой оболочки с механизма взвешивания 10 пустой оболочки 1.

При соответствии чистого веса столба топливных таблеток 16 заданному снаряженная оболочка 1 направляется на герметизацию, а в случае несоответствия веса снаряженная оболочка 1 выводится из потока для принятия мер по приведению веса в соответствии с заданным.

Вторым поворотным механизмом 30 с помощью мест 32 для твэлов снаряженная оболочка 1 снимается с мест 29 для твэлов и в установке 21 осуществляется контактно-стыковая сварка заглушки 22 к оболочке 1 под давлением гелия под оболочкой.

После контроля давления газа под оболочкой на механизме 23 годная загерметизированная снаряженная оболочка 1 твэла направляется на ультразвуковой контроль на механизм 24, а брак с механизма 23 и механизма 24 выводится из технологического процесса.

После оксидирования поверхности оболочки твэла на установке 25 поверхностной обработки твэлы направляются на сборку тепловыделяющих сборок.

Формула изобретения

1. Автоматическая линия изготовления тепловыделяющих элементов, содержащая установку подготовки оболочек к снаряжению, включающую наклонный реечный стол, вдоль которого в технологической последовательности размещены механизмы отрезки трубок в размер оболочки, контроля длины, калибровки одного конца трубки-оболочки, примыкающие к наклонному столу ванны обезжиривания, промывки и сушки, примыкающий к ваннам наклонный реечный стол, вдоль которого в технологической последовательности размещены механизм запрессовки заглушки в калиброванный конец трубки-оболочки, механизм взвешивания оболочки, установки электронной лучевой сварки заглушки к оболочке с компьютерными системами контроля электронно-лучевой сварки, механизм зачистки сварного шва, механизм ультразвукового контроля сварного шва и средства проводки с механизма на механизм с системой автоматики, установку виброснаряжения столба топливных таблеток в открытый конец оболочки с механизмами укладки и досылки оболочек на снаряжение и съема снаряженных оболочек, устройство зачистки открытого конца снаряженной оболочки, устройство запрессовки фиксаторов в открытый конец снаряженной оболочки, механизм контроля и разбраковки по внутренним компонентам, установку герметизации с контактной стыковой сваркой заглушки к снаряженной оболочке под давлением инертного газа гелия под оболочкой, механизм контроля и разбраковки по давлению внутри оболочки тепловыделяющего элемента, механизм ультразвукового контроля сварного шва, установку поверхностной обработки с оксидированием оболочки тепловыделяющего элемента, транспортные средства проводки с механизма на механизм годных оболочек тепловыделяющих элементов, средства вывода бракованных тепловыделяющих элементов и систему автоматики, отличающаяся тем, что перед установкой герметизации установлен механизм взвешивания снаряженной оболочки тепловыделяющего элемента с едиными весами и единым грузоприемным устройством с вертикальными стойками для укладки на них снаряженной оболочки тепловыделяющего элемента, между которыми размещены поворотные механизмы подачи снаряженной оболочки тепловыделяющих элементов на вертикальные стойки грузоприемного устройства и съема с них при вращении поворотных механизмов, механизм взвешивания снабжен компьютером и программируемым контроллером, осуществляющим остановку линии при несоответствии веса заданному весу с разбраковкой как оболочки, так и снаряженной оболочки, компьютерные системы контроля установок электронно-лучевой сварки заглушки к оболочкам обеспечены выводами параметров контроля по току луча, ускоряющему напряжению, скорости вращения тепловыделяющего элемента на объединенный пульт с экраном показа всех параметров и управления режимами сварки, объединенных в единую систему автоматического управления технологическими процессами с возможностью анализа и диагностирования составных частей электронно-лучевых установок.

2. Автоматическая линия изготовления тепловыделяющих элементов по п. 1, отличающаяся тем, что расстояние между стойками грузоприемного устройства, исключающее прогиб и деформацию оболочки тепловыделяющего элемента, составляет не более 250 мм.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3