Способ изготовления оболочки тепловыделяющего элемента ядерного реактора (варианты)

Группа изобретений относится к атомной энергетике и предназначена для изготовления оболочек для тепловыделяющих элементов ядерных реакторов. Способ изготовления оболочки тепловыделяющего элемента ядерного реактора включает операции загрузки трубы, подрезки торцов трубы, контроль длины оболочки, формирование фасок, маркирование номера оболочки, очистку полости оболочки от стружки, герметизацию одного конца оболочки сваркой заглушки специальной конструкции к оболочке, взвешивание оболочки, считывание маркированного номера оболочки. Сварку заглушки к одному из торцов оболочки производят контактно-стыковым способом. Считывание номера маркированной оболочки осуществляют оптико-электронным устройством последовательно после взвешивания. Вес оболочки идентифицируют с маркированным номером оболочки. Выполнение операций осуществляют в технологическом потоке. Перемещение оболочки в технологическом потоке осуществляют пошагово, преимущественно транспортными гребенками. Группа изобретений направлена на снижение трудоемкости изготовления оболочки и на повышение качества оболочки. 2 н.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к атомной энергетике и может найти применение на предприятиях по изготовлению оболочек для тепловыделяющих элементов энергетических ядерных реакторов типа ВВЭР.

Известен способ изготовления оболочки тепловыделяющего элемента, включающий операции отрезки трубы в размер, контроля длины оболочки, калибровки ее конца, обезжиривания наружной и внутренней поверхностей оболочки, сушки оболочки, выполнения на посадочном месте заглушки горизонтального и вертикального технологических каналов - «лысок», запрессовки заглушки в калиброванный торец оболочки, взвешивания и электронно-лучевой сварки заглушки к оболочке (см. патент РФ №2084026).

Недостатком данного способа является то, что для выполнения на посадочном месте заглушки горизонтального и вертикального технологических каналов - «лысок» требуется дополнительная операция механической обработки, а также применение для герметизации стыка между заглушкой и трубой установки электронно-лучевой сварки, являющейся устройством с большим энергопотреблением, что вызывает дополнительные затраты электроэнергии при изготовлении оболочки тепловыделяющего элемента.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является способ изготовления оболочки тепловыделяющего элемента, включающий операции отрезки трубы в размер оболочки, снятия внутренней фаски, калибровки внутреннего диаметра одного из концов оболочки, контроля внешнего вида торцов оболочки, пневмопродувки оболочки, маркирования и обезжиривания нижней заглушки, запрессовки нижней заглушки и взвешивания оболочки, электронно-лучевой сварки нижней заглушки к оболочке, зачистки и контроля сварного шва (см.Техпроцесс изготовления оболочек для твэлов 02200.00005 от 07.12.2000 г. ОАО «НЗХК») - прототип.

Недостатками данного способа является следующее. Поскольку отрезка трубы и обработка внутренней и наружной фасок осуществляется на одной технологической позиции, требуется использование фасонного резца со сложной формообразующей поверхностью. Заточка такого инструмента требует высокой квалификации оператора и применения специального высокоточного заточного станка. Износ режущих формообразующих кромок резца происходит неравномерно, что требует постоянного визуального контроля качества обработанной поверхности, а также приводит, как показал опыт работы, к необходимости частой замены режущего инструмента для исключения возможности появления брака. Обработка внутренней фаски производится резцом со специальной формой режущей части, которая позволяет осуществлять обработку фаски на этой же позиции, однако, как показывает опыт работы, возможно попадание стружки после операции отрезки и обработки наружной фаски между резцом для обработки внутренней фаски и оболочкой, что приводит к деформации, так называемой «завальцовке», торца оболочки и, как результат, к браку изделия.

Маркирование на цилиндрической образующей нижней заглушки идентификационного номера оболочки, который впоследствии становится номером тепловыделяющего элемента, осуществляется арабскими цифрами и выполняется на автомате матричного маркирования механическим способом, в результате чего заглушка загрязняется смазочными материалами, попадающими на нее с движущихся частей автомата, поэтому после операции маркирования необходимо заглушку обезжирить в моющем растворе, промыть в дистиллированной воде и просушить горячим воздухом для удаления влаги. Длительность этих операций в три раза превышает длительность любой другой операции, что не позволяет встроить их в технологический поток и за счет дополнительных транспортных операций увеличивает время цикла изготовления оболочек, что ведет к увеличению трудозатрат.

Определение веса единичной оболочки производится групповым методом, поскольку визуальное считывание номера оболочки, нанесенного на цилиндрической образующей нижней заглушки, оператором не позволяет с необходимой вероятностью идентифицировать номер оболочки с ее весом. Поэтому суммарный вес всех оболочек в партии делится на количество оболочек и таким образом определяется средний вес. Отклонение фактического веса оболочки от среднего веса оболочки в партии не позволяет в дальнейшем определить с необходимой точностью вес топливного сердечника тепловыделяющего элемента из диоксида урана, что вызывает проблему качества учета ядерных материалов с точностью, требуемой нормативными документами в области учета и контроля ядерных материалов. Также операция определения среднего веса оболочки увеличивает технологический цикл изготовления оболочки.

Применение электронно-лучевой сварки требует повышенной точности обработки поверхностей трубы и заглушки, подлежащих расплавлению в процессе сварки, поскольку неравномерность зазора в стыке «труба-заглушка» приводит к ухудшению качества шва за счет неравномерности проплавления. В сварочной камере установки электронно-лучевой сварки создается и поддерживается высокий вакуум (1×10^-4 мм рт.ст.), необходимый для работы электронно-лучевой пушки. Опыт эксплуатации установок электронно-лучевой сварки показал, что сложность конструкции узлов герметизации вследствие необходимости использования высоковакуумных эластичных уплотнительных элементов скольжения для герметизации ввода в сварочные камеры подвижного элемента - оболочек - требует ежедневного осмотра и еженедельной замены эластичного уплотнительного элемента узла герметизации, что приводит к увеличению трудозатрат.

Перемещение оболочек в технологическом потоке осуществляется перекатыванием, и, как следствие, в результате взаимного трения оболочек приводит к возникновению дефектов оболочки в виде потертостей и царапин, величина и глубина которых в ряде случаев выходят за пределы поля допуска на допустимые механические дефекты оболочки. Неравномерность движения противоположных концов оболочки при перекатывании вследствие ее большой гибкости (отношение длины оболочки к ее диаметру составляет 420) приводит в ряде случаев к искривлению (непрямолинейности) оболочки и, как следствие, к необходимости выполнения дополнительной операции - рихтовке - для исправления этого дефекта. В результате снижается качество, требуются дополнительные трудозатраты на устранение подлежащих исправлению дефектов оболочки.

Технической задачей настоящего изобретения является снижение непроизводительных трудозатрат и повышение качества оболочек тепловыделяющих элементов.

Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления оболочек тепловыделяющих элементов, включающем операции загрузки трубы, подрезки торцов трубы, контроля длины оболочки, формирования фасок, маркирования номера оболочки, очистки полости оболочки от стружки, герметизации одного конца оболочки сваркой заглушки специальной конструкции к оболочке, взвешивания оболочки, считывания маркированного номера оболочки, согласно изобретению операцию формирования фасок осуществляют на отдельной позиции после операции подрезки торцов трубы, сварку заглушки специальной конструкции к одному из торцов оболочки производят контактно-стыковым способом, считывание маркированного номера оболочки осуществляют оптико-электронным устройством последовательно после взвешивания и вес оболочки идентифицируют с номером оболочки, выполнение операций осуществляют в технологическом потоке, причем перемещение оболочки в технологическом потоке осуществляют пошагово преимущественно транспортными гребенками.

Поставленная задача решается также тем, что в способе изготовления оболочек тепловыделяющих элементов, включающем операции загрузки трубы, подрезки торцов трубы, контроля длины оболочки, формирования фасок, маркирования номера оболочки, очистки полости оболочки от стружки, герметизации одного конца оболочки сваркой заглушки специальной конструкции к оболочке, взвешивания оболочки, считывания маркированного номера оболочки, согласно изобретению операцию формирования фасок осуществляют на отдельной позиции после операции подрезки торцов трубы, сварку заглушки специальной конструкции к одному из торцов оболочки производят контактно-стыковым способом, после операции сварки производят маркирование номера оболочки способом лазерного маркирования штрихкода по образующей оболочки, считывание маркированного номера оболочки осуществляют оптико-электронным устройством последовательно после взвешивания и вес оболочки идентифицируют с номером оболочки, выполнение операций осуществляют в технологическом потоке, причем перемещение оболочки в технологическом потоке осуществляют пошагово преимущественно транспортными гребенками.

Указанная совокупность признаков является новой, не известной из уровня техники, и обладает изобретательским уровнем, так как выполнение операции подрезки торцов трубы и операции формирования фасок на разных технологических позициях позволяет использовать на этих операциях универсальный режущий инструмент, не требующий специальной заточки, которая является трудоемкой операцией и, как следствие, снизить трудоемкость изготовления оболочки за счет исключения применения специального режущего инструмента. Также разделение операции отрезки и операции формирования фасок позволяет исключить возможность попадания стружки между резцом для обработки внутренней фаски и оболочкой и, таким образом, исключить появление брака на этой операции.

Сварка заглушки специальной конструкции к одному из торцов оболочки контактно-стыковым способом взамен электронно-лучевой сварки не требует повышенной точности подготовки свариваемых поверхностей заглушки и оболочки, поскольку свариваемые поверхности в процессе сварки необходимо поджимать друг к другу с большим усилием (5 кН), в результате свариваемые поверхности деформируются, обеспечивая необходимую контактную площадку для прохождения сварочного тока, что в результате упрощает подготовку поверхностей к сварке и, как следствие, снижает трудоемкость изготовления оболочки. Также применение контактно-стыковой сварки не требует использования высоковакуумных эластичных уплотнительных элементов для узлов герметизации ввода подвижных элементов в сварочную камеру, в которой, в случае электронно-лучевой сварки, создается и поддерживается высокий вакуум для обеспечения работы электроннолучевой пушки, поскольку при контактно-стыковой сварке заглушки к оболочке достаточно подавать в сварочную камеру инертный газ для обдува зоны контакта свариваемых поверхностей с целью последующей защиты от окисления кислородом воздуха зоны нагрева и расплавления металла, что в итоге снижает трудоемкость изготовления оболочки.

Считывание маркированного номера оболочки оптико-электронным устройством, производимое последовательно после взвешивания каждой оболочки со сваренной нижней заглушкой, позволяет гарантировать идентификацию веса оболочки с ее номером, что впоследствии дает возможность с требуемой нормативными документами точностью определить вес делящихся ядерных материалов в каждом тепловыделяющем элементе, что в результате приводит к повышению качества учета и контроля ядерных материалов, а также к исключению необходимости вычисления среднего веса оболочки по весу партии изготавливаемых оболочек.

Шаговое перемещение оболочки в технологическом потоке по сравнению с перекатыванием позволяет минимизировать риск возникновения таких видов брака, как потертости, царапины, искривление оболочки (непрямолинейность) за счет размещения оболочек раздельно и параллельно друг другу в гнездах транспортных гребенок.

В том случае, когда маркирование номера оболочки производится способом лазерного маркирования штрихкода по образующей оболочки, достигается гарантированная возможность считывать номер оболочки и в дальнейшем идентифицировать вес оболочки и вес ядерного делящегося материала с ее номером для целей учета, контроля, а также позволяет прослеживать технологические операции, осуществляемые над оболочкой и тепловыделяющим элементом. Также в связи с тем, что способ лазерного маркирования при его осуществлении не вызывает загрязнения маркируемой поверхности, отпадает необходимость в последующем обезжиривании поверхностей, как это происходит в случае маркирования на автомате матричного маркирования.

Способ изготовления оболочек тепловыделяющих элементов осуществляют следующим образом.

Прошедшие входной контроль трубы загружают на приемное устройство установки подрезки торцов трубы. С приемного устройства каждая труба снимается с помощью устройства, состоящего из параллельно расположенных транспортных гребенок, приводящихся в действие механизмом шаговых перемещений, и далее между технологическими позициями перемещается посредством этого устройства, затем передается на позицию подрезки торцов трубы, где с помощью механизма осевого перемещения трубу подает поочередно в механизмы отрезки в размер каждого торца трубы, которая после этой операции именуется оболочкой. Далее оболочка перемещается на позицию снятия фасок, после этого внутренняя полость оболочки продувается сжатым воздухом для удаления частиц стружки, затем контролируется длина оболочки и внешний вид торцов. В случае обнаружения брака оболочка удаляется в накопитель брака и далее после контрольной перепроверки направляется в изолятор брака.

После этого годные оболочки перемещаются на позицию сварки, где механизмом осевого перемещения поочередно подаются в сварочное устройство установки контактно-стыковой сварки. Также в сварочное устройство из питающего устройства подается заглушка специальной конструкции, которая затем силовым механизмом поджимается к торцу оболочки, и при пропускании импульсного тока образуется сварное соединение заглушки с оболочкой.

Оболочка с приваренной заглушкой перемещается на позицию взвешивания, где помещается на приемное устройство электронных весов, и после определения веса оболочки данные о весе оболочки поступают в электронное записывающее устройство, далее оболочка подается на позицию считывания номера, который также передается в электронное записывающее устройство, где вес и номер оболочки идентифицируются.

В случае выполнения операции лазерного маркирования оболочка после операции сварки подается на позицию маркирования, где механизмом осевого перемещения подается в устройство для нанесения штрихкода, в котором способом лазерного маркирования на образующую оболочки наносится штрихкод.

Готовая оболочка перемещается на устройство загрузки межоперационной кассеты, где производится загрузка оболочек в межоперационную кассету, которая отправляется либо на временное хранение, либо на линию изготовления тепловыделяющих элементов.

1. Способ изготовления оболочки тепловыделяющего элемента ядерного реактора, включающий операции загрузки трубы, подрезки торцов трубы, контроля длины оболочки, формировании фасок, маркирования номера оболочки, очистки полости оболочки от стружки, герметизации одного конца оболочки сваркой заглушки специальной конструкции к оболочке, взвешивания оболочки, считывания маркированного номера оболочки, отличающийся тем, что сварку заглушки к одному из торцов оболочки производят контактно-стыковым способом, считывание номера маркированной оболочки осуществляют оптико-электронным устройством последовательно после взвешивания, вес оболочки идентифицируют с маркированным номером оболочки, выполнение операций осуществляют в технологическом потоке, причем перемещение оболочки в технологическом потоке осуществляют пошагово, преимущественно транспортными гребенками.

2. Способ изготовления оболочки тепловыделяющего элемента ядерного реактора, включающий операции загрузки трубы, подрезки торцов трубы, контроля длины оболочки, формировании фасок, маркирования номера оболочки, очистки полости оболочки от стружки, герметизации одного конца оболочки сваркой заглушки специальной конструкции к оболочке, взвешивания оболочки, считывания маркированного номера оболочки, отличающийся тем, что операцию формирования фасок осуществляют на отдельной позиции после операции подрезки торцов трубы, сварку заглушки к одному из торцов оболочки производят контактно-стыковым способом, маркирование номера оболочки осуществляют после операции сварки способом лазерного маркирования штрих-кода по образующей оболочки, считывание маркированного номера оболочки осуществляют оптико-электронным устройством последовательно после взвешивания, вес оболочки идентифицируют с номером оболочки, выполнение операций осуществляют в технологическом потоке, причем перемещение оболочки в технологическом потоке осуществляют пошагово, преимущественно транспортными гребенками.