Способ изготовления топливных стержней с циркониевой оболочкой


 


Владельцы патента RU 2497211:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт Научно-производственное объединение "ЛУЧ" (ФГУП "НИИ НПО "ЛУЧ") (RU)

Изобретение относится к ядерной технике. Способ может быть использован при изготовлении тепловыделяющих элементов (твэлов) ядерных реакторов с керметными топливными стержнями. Блок заготовок топливных стержней размещают в контейнере поверх брикетов рабочей среды из стекла, закрывают контейнер колпаком, помещают контейнер в проходную печь и снимают колпак на выходе печи после погружения блока в рабочую среду. Технический результат - уменьшение адгезии стекла к заготовкам и облегчение освобождения заготовок от стекла после их прессования за счет ограничения доступа атмосферы проходной печи к поверхностям заготовок в процессе их погружения. Для предотвращения выброса рабочей среды в объем колпака на поверхности брикетов размещают слой более легкоплавкого по сравнению со стеклом брикетов слой стекла, например, в виде пудры. 1 з.п. ф-лы.

 

1. Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности, к технологии изготовления тепловыделяющих элементов (твэлов) с керметными топливными стержнями.

2. Уровень техники

Одним из направлений в ядерной энергетике является использование твэлов, в которых тепловыделяющие сердечники набраны из керметных топливных стержней с циркониевой оболочкой (см., например, Федик И.И., Гаврилин С.С., Денискин В.П. и др. «Новое поколение твэлов на основе микротоплива для ВВЭР», «Атомная энергия», Москва, 2004, т.96, вып.4, с.280; Гаврилин С.С., Денискин В.П., Федик И.И., «Керметный тепловыделяющий элемент водоводяного ядерного реактора». Патент РФ №2313142 от 28.03.2006, опубл. 20.12.2007, бюл. №35).

В качестве заготовки при изготовлении таких керметных стержней используется циркониевая трубка, заполненная порошками ядерного топлива и материала матрицы и закрытая с двух сторон заглушками (см., например, Гаврилин С.С., Денискин В.П., Леонов А.В., Федик И.И. «Заготовка стержня топливного сердечника керметного тепловыделяющего элемента ядерного реактора». Патент РФ №2305333 от 15.03.2006, опубл. 27.08.2007, бюл. №24).

После высокотемпературной дегазации заготовки и герметизации ее пайкой производится обжатие заготовки давлением инертного газа (Гаврилин С.С., Денискин В.П., Кочнов В.Ю., Федик И.И., «Способ изготовления керметного стержня топливного сердечника тепловыделяющего элемента ядерного реактора», Патент РФ №2371789 от 04.05.2008, опубл. 27.10.2009, бюл. №30).

Изготовление топливных стержней из таких заготовок может осуществляться различными способами.

Известен способ изготовления топливных стержней, в котором заготовку размещают в контейнере, подают в контейнер газовую рабочую среду, посредством которой передается давление на заготовку, нагревают контейнер и рабочую среду до температуры прессования, выдерживают заготовку под давлением необходимое время, выгружают заготовку из контейнера и производят механическую обработку заготовки до получения номинальных размеров стержня (см., например, Самойлов А.Г., Волков B.C., Солонин М.Н., "Тепловыделяющие элементы ядерных реакторов", Энергоатомиздат, М., 1996, с.220). Для прессования указанной заготовки при температуре около 1000°С требуется давление газа не менее 100 МПа при времени прессования 1-1,5 часа. Обеспечение такого давления газа при высокой температуре и при значительных объемах выпуска продукции решается созданием сложного производственного оборудования, требует больших временных затрат и жесткой регламентации работы обслуживающего персонала с точки зрения выполнения правил техники безопасности.

С предлагаемым способом этот способ совпадает по операции размещения заготовки в контейнере, подаче в контейнер рабочей среды для передачи давления на заготовку, нагреве контейнера и рабочей среды до температуры прессования, выдержке заготовки под давлением необходимое время, выгрузке заготовки из контейнера и механической обработке.

Известен также способ изготовления топливных стержней, в котором заготовку нагревают до температуры прессования, размещают заготовку в контейнере, зазоры между заготовкой и стенками контейнера заполняют предварительно расплавленной рабочей средой, в качестве которой используют стекло, устанавливают контейнер в прессформу пресса и прикладывают усилие прессования повышением давления рабочей среды при перемещении пуансона пресса, выгружают заготовку из контейнера, освобождают ее от рабочей среды и производят механическую обработку заготовки до получения номинальных размеров стержня (см., например, В.И.Уральский, B.C.Плахотин и др., "Деформация металлов жидкостью высокого давления", "Металлургия", М., 1976, с.390).

Поскольку расплавленное стекло имеет высокую вязкость, то в этом способе велика вероятность образования в расплаве газовых пузырей, что влечет неравномерность прикладываемого давления по поверхности прессуемой заготовки и ее искривление. В результате снижается выход годных стержней.

С предлагаемым способом этот способ совпадает по следующим существенным признакам:

- заготовку нагревают до температуры прессования вне пресса,

- размещают заготовку в контейнере,

- заполняют рабочей средой, в качестве которой используют стекло, зазоры между заготовкой и стенками контейнера,

- устанавливают контейнер в прессформу пресса,

- прикладывают усилие прессования повышением давления рабочей среды при перемещении пуансона пресса,

- выгружают заготовку из контейнера,

- освобождают заготовку от рабочей среды,

- производят механическую обработку заготовки до получения номинальных размеров стержня.

Известен также способ изготовления топливных стержней, в котором заготовку размещают в контейнере, заполняют промежутки между заготовкой и стенками контейнера рабочей средой в твердом состоянии, в качестве которой используют измельченное стекло, проводят дегазацию контейнера с заготовкой и рабочей средой в вакууме, устанавливают контейнер в прессформу пресса, нагревают контейнер в прессформе до температуры прессования и прикладывают усилие прессования повышением давления рабочей среды при перемещении пуансона пресса, выгружают заготовку из контейнера, освобождают заготовку от рабочей среды и производят механическую обработку заготовки до получения номинальных размеров стержня (см., например, Karl M., Vincent С., Microstructurally toughened metal matrix composite article and method of making same, US Pat. №4885212, Dec. 5, 1989).

Недостатком такого способа, как и предыдущего, является высокая вероятность образования в расплаве стекла закрытых полостей, устранение которых затруднено вследствие высокой вязкости расплава. Такие полости, непредсказуемо объединяясь друг с другом, приводят к неравномерности распределения давления прессования по поверхности заготовки и, следовательно, к ее искривлению. В результате снижается выход годных стержней. Кроме того, поскольку при расплавлении измельченного стекла происходит его значительная усадка, то для реализации этого способа требуется контейнер увеличенных размеров, что, в свою очередь, влечет увеличение энергетических затрат на разогрев пресса.

С предлагаемым способом этот способ совпадает по следующим существенным признакам:

- размещают заготовку в контейнере,

- в контейнер помещают рабочую среду, в качестве которой используют стекло в твердом состоянии,

- устанавливают контейнер в прессформу пресса,

- нагревают контейнер с заготовкой и рабочей средой до температуры прессования,

- прикладывают усилие прессования повышением давления рабочей среды при перемещении пуансона пресса,

- выгружают заготовку из контейнера,

- освобождают заготовку от рабочей среды,

- производят механическую обработку заготовки до получения номинальных размеров стержня.

Известен также способ изготовления топливных стержней, заключающийся в том, что заготовку размещают в контейнере, на дно контейнера помещают рабочую среду, выполненную в виде брикетов стекла, заготовку устанавливают поверх брикета, контейнер с заготовкой и рабочей средой нагревают в проходной печи вне пресса до погружения заготовки в рабочую среду, переносят контейнер в прессформу пресса, прикладывают усилие прессования повышением давления рабочей среды при перемещении пуансона пресса, выгружают заготовку из контейнера, освобождают заготовку от рабочей среды и производят механическую обработку заготовки до получения номинальных размеров стержня (Гаврилин С.С., Денискин В.П., Стафеева Н.В., Федик И.И. «Способ горячего изостатического прессования заготовки стержня топливного сердечника керметного твэла ядерного реактора». Патент РФ №2388081 от 04.05.2008, опубл. 27.04.2010).

В этом способе заготовка находится длительное время в воздушном потоке проходной печи, в результате чего циркониевая поверхность заготовки претерпевает различные физико-химические превращения, имеющие следствием повышенную адгезию стекла, препятствующую самопроизвольному удалению стекла с цилиндрической поверхности заготовки. Это явление определяет основной недостаток последнего способа - большая вероятность наличия на поверхности заготовки прочно связанных с ней стеклянных осколков, что вызывает искажение формы заготовки при механической обработке. Полное освобождение поверхности заготовки от остатков рабочей среды достигается автоклавированием заготовки и растворением стекла в воде при высокой температуре. Эта операция существенно усложняет технологию и снижает производительность производства стержней.

С предлагаемым способом этот способ совпадает по следующим существенным признакам:

- в цилиндрический контейнер загружают рабочую среду в виде стеклянных брикетов,

- устанавливают блок заготовок стержней поверх стеклянных брикетов,

- нагревают контейнер в проходной печи до температуры расплавления стекла и погружения в него блока заготовок,

- переносят контейнер в прессформу пресса,

- подвергают блок заготовок изостатическому прессованию,

- выгружают заготовки из контейнера,

- освобождают заготовки от рабочей среды,

- производят механическую обработку заготовок до получения номинальных размеров стержней.

Последний способ изготовления топливных стержней по совокупности существенных признаков наиболее близок к заявляемому и выбран в качестве прототипа.

3. Сущность изобретения

Предлагается способ изготовления топливных стержней с циркониевой оболочкой, заключающийся в том, что в цилиндрический контейнер загружают стеклянные брикеты, устанавливают блок заготовок стержней поверх стеклянных брикетов, нагревают контейнер в проходной печи до температуры расплавления стекла брикетов и погружения в нее блока заготовок, переносят контейнер в пресс-форму пресса, подвергают блок заготовок изостатическому прессованию, выгружают прессовку из контейнера, производят разблокировку заготовок и размерную механическую обработку заготовок до получения номинальных размеров стержней.

В отличие от прототипа после установки блока заготовок в контейнер его закрывают колпаком, который снимают перед переносом контейнера в прессформу.

Такое отличие обеспечивает уменьшение адгезии рабочей среды к поверхности заготовок и самопроизвольное освобождение поверхностей заготовок от стекла, что имеет следствием увеличение выхода годных стержней при дальнейшей механической обработке заготовок.

В развитие заявляемого способа предлагается на поверхность брикетов помещать более легкоплавкий по сравнению со стеклом брикетов слой стекла, например, в виде пудры. Такой слой, расплавляясь, предотвращает выброс жидкого стекла брикетов в колпак при начале погружения заготовок в рабочую среду, что обеспечивает съемность колпака при выходе контейнера из проходной печи.

4. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Блок из семи заготовок топливных стержней с циркониевой оболочкой размещался в стальном контейнере с внутренним диаметром 46 мм поверх брикетов стекла их силиката натрия весом 320 г.Контейнер закрывался сверху колпаком из нержавеющей стали и помещался в проходную печь, где разогревался в течение 30 мин до температуры 1000°С. После погружения блока заготовок в рабочую среду на выходе из проходной печи колпак снимался, контейнер с блоком заготовок переносился в прессформу пресса и подвергался горячему изостатическому прессованию при нагрузке 120 тонн и машинном времени 30 с. Прессовка выгружалась из контейнера и после разблокировки заготовок освобождалась от стекла, причем стекло осыпалось самопроизвольно, а цилиндрическая поверхность заготовок имела черный цвет, что, в частности, свидетельствует о достехиометрическом составе оксидной пленки циркония. Таким образом, поверхности заготовок, поступающих на механическую размерную обработку, свободны от стеклянных включений, обеспечивают однородный съем материала и, следовательно, увеличивается выход годных стержней.

1. Способ изготовления топливных стержней с циркониевой оболочкой, заключающийся в том, что в цилиндрический контейнер загружают стеклянные брикеты, устанавливают блок заготовок стержней поверх стеклянных брикетов, нагревают контейнер в проходной печи до температуры расплавления стекла брикетов и погружения в нее блока заготовок, переносят контейнер в прессформу пресса, подвергают блок заготовок изостатическому прессованию, выгружают прессовку из контейнера, производят разблокировку заготовок и размерную механическую обработку заготовок до получения номинальных размеров стержней, отличающийся тем, что после установки блока заготовок контейнер закрывают колпаком, который снимают на выходе из проходной печи перед переносом контейнера в прессформу.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на поверхность брикетов помещают более легкоплавкий по сравнению со стеклом брикетов слой стекла, например, в виде пудры.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к ядерной энергетике, к технологии изготовления тепловыделяющих элементов (ТВЭЛ) для ядерных реакторов, и может найти применение в исследовательских реакторах небольшой мощности.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при изготовлении крупногабаритных обечаек корпусов реакторов типа ВВЭР-1000. Изготавливают цельнокованую заготовку длиной не менее длины обечайки с учетом технологических припусков.

Изобретение относится к атомной энергетике и может применяться в установках для контактно-стыковой сварки, герметизирующих с помощью заглушек стержневые тепловыделяющие элементы (твэлы) тепловыделяющих сборок энергетических ядерных реакторов.

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к технологическим способам защиты элементов активной зоны ядерных реакторов канального и корпусного типа от разрушения, и может быть использовано для подавления дебриз-эффекта, фреттинг и локальной коррозии элементов.

Изобретение относится к технике эксплуатации ядерных канальных реакторов, касается, в частности, способов оценки остаточного ресурса телескопических соединений трактов и может быть использовано для контроля за состоянием телескопических соединений трактов в период проведения ремонта.
Изобретение относится к способам технологической обработки материалов и изделий, предназначенных для использования в активной зоне атомных реакторов. .

Изобретение относится к устройству для изготовления дисперсионного тепловыделяющего элемента ядерного реактора. .

Изобретение относится к способу изготовления тепловыделяющих элементов ядерного реактора и может быть использовано в атомной энергетике при изготовлении с применением контактно-стыковой сварки тепловыделяющих элементов (твэл) и направляющих каналов стержневого типа для тепловыделяющих сборок энергетических ядерных реакторов.

Изобретение относится к технике эксплуатации ядерных канальных реакторов и предназначено для контроля за состоянием телескопических соединений трактов топливных ячеек в период проведения ремонта.

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к элементам тепловыделяющей сборки (ТВС) ядерного реактора типа ВВЭР-440, и направлено на обеспечение возможности увеличения мощности и энерговыработки ТВС ВВЭР-440. Тепловыделяющая сборка ядерного реактора содержит головку, хвостовик, соединяющий их чехол и пучок твэлов, размещенный в каркасе. Каркас включает дистанционирующие решетки с шестигранными ободами, соединенные центральной трубой. На каждой из дистанционирующих решеток, находящихся в верхней части каркаса, на верхней кромке каждой грани обода между двумя угловыми твэлами на каждом из концов грани, а также между средним по грани и соседними с ним твэлами периферийного ряда выполнены отклоняющие элементы в виде пластин, отогнутых от обода под острым углом и выступающих в пространство между указанными твэлами. Техническим результатом изобретения является повышение эффективности выравнивания температуры теплоносителя по поперечному сечению ТВС. 2 з.п.ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к системе наполнения емкостей порошковым материалом, например, для изготовления ядерного топлива. Система содержит устройство для соединения емкости и системы подачи материалов. Устройство содержит неподвижную соединительную часть (I), выполненную с возможностью соединения с системой подачи, и подвижную соединительную часть (II), выполненную с возможностью перемещения относительно неподвижной соединительной части (I) и с возможностью соединения с отверстием наполнения контейнера (4). Подвижная соединительная часть (II) содержит на уровне нижнего по потоку конца, по меньшей мере, одно средство (30) уплотнения, выполненное с возможностью образования герметичного соединения путем примыкания к контуру отверстия наполнения. При этом нижний по потоку конец подвижной соединительной части (II) соединен с неподвижной соединительной частью (I) посредством гибкого средства (42) уплотнения с возможностью обеспечения механического разъединения нижнего по потоку конца подвижной соединительной части (II) и неподвижной соединительной части (I). 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к изготовлению тепловыделяющих элементов ядерного реактора. Предложен способ снаряжения сердечников твэлов стержневыми топливными элементами, при котором из партии топливных элементов со средней длиной L0 случайным образом набирают столбы с количеством элементов n. Если длины столбов D лежат в пределах (nLo-d; nL0+d), где d=min[h-(H-nL0), h+(H-nL0)], h - половина поля допуска на длину сердечника, Н - номинальная длина сердечника, то их направляют на снаряжение сердечников. Из оставшихся стержней партии снова случайным образом набирают столбы и далее операции повторяют. Технический результат - практически полное использование партии стержней на снаряжение сердечников и возможность значительного упрощения автоматизированных линий производства твэл. 7 ил.

Заявленная группа изобретений относится к атомной энергетике и может быть использована при изготовлении тепловыделяющих элементов (твэлов) и снаряжении их в тепловыделяющую сборку (ТВС) преимущественно для водо-водяных энергетических реакторов. В способе нанесения лакового покрытия на поверхность тепловыделяющих элементов (твэлов) с оболочками из циркониевых сплавов приводят поверхность твэлов в контакт с лаком, проводят их сушку с образованием лакового покрытия на поверхности твэла. Приведение поверхности твэлов в контакт с лаком и их сушку осуществляют путем их перемещения в горизонтальном направлении вдоль собственной оси последовательно через зону нанесения лака и зону сушки и принудительного и дозированного смачивания в зоне нанесения лака цилиндрической поверхности твэла лаком при проходе его через плотно облегающий эластичный капиллярно-пористый элемент, в который подают лак до заполнения им его пор. Технический результат - подготовка тепловыделяющих элементов к сборке в ТВС в непрерывном, легко автоматизируемом режиме. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к атомной энергетике, а именно к элементам тепловыделяющих сборок (ТВС) ядерных реакторов типа ВВЭР. Дистанционирующая решетка ТВС содержит обод, трубчатые ячейки, каждая из которых имеет пять-шесть плоских граней, соединенных с аналогичными гранями соседних ячеек или с ободом посредством сварки, и расположенные между плоскими гранями три грани, которые предназначены для контакта с твэлами и на части высоты каждой из которых выполнено углубление в виде гофра, направленное внутрь ячейки. Каждый гофр расположен в средней части по высоте соответствующей грани, плоскость симметрии каждого гофра расположена под углом 0…30 градусов к оси ячейки, а плоские грани соседних ячеек, соединенные посредством сварки, контактируют друг с другом по всей своей поверхности. Кроме того, часть ячеек соединена с ободом посредством сварки по грани, предназначенной для контакта с твэлом, на ее участках, примыкающих к торцам, где гофр отсутствует. Технический результат - обеспечение сопротивления ячеек нагрузкам по всей высоте ячеек, а также исключение застойных зон. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к высокотемпературным топливным элементам. Технический результат - упрощение нанесения межсоединительного слоя. В заявке описан способ изготовления твердооксидного топливного элемента, имеющего электролит трубчатой формы, на который наносят по меньшей мере один располагаемый с его внутренней стороны (внутренний) электрод и по меньшей мере один располагаемый с его наружной стороны (наружный) электрод, заключающийся в выполнении по меньшей мере следующих стадий: подготавливают формовочный стержень, на который наносят по меньшей мере один образующий межсоединение материал и внутренний электрод, формовочный стержень помещают в литьевую форму, из литьевой массы литьем под давлением формуют электролит и удаляют формовочный стержень по типу метода литья с разовым литейным стержнем. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к гайковертам. Устройство для переключения блока передач гайковерта фланцевых соединений применимо для фланцевых соединений верхнего блока ядерного реактора, при этом является составной частью блока передач, к которому подключены две шестерки штанг для затяжки и/или ослабления шпилек. Переключение блока передач предназначено для присоединения или отсоединения привода шестерок штанг. Образовано двумя рычагами (1), (1'), соединенными с шестернями (12), (12') для управления управляющими кольцами (9), (10). Управляющие кольца (9), (10) предназначены для управления вилками (14), (15). Вилки (14), (15) опираются на венчики зубчатых муфт (8), (8'), подвижно размещены на валах (7), (7'), снабженных штангами. Зубчатые муфты (8), (8') зафиксированы от поворота по отношению к валам (7), (7'), а с помощью пружин (16), (16') находятся в зацеплении с зубчатыми колесами (6), (6'), для передачи крутящего момента с зубчатых колес (6), (6') на валы (7), (7') через шпонки (17), (17'). Зубчатые колеса (6), (6') соединены с шестерками приводов блока передач. Вилками (14), (15), установленными в направляющих скольжения (18), (18'), могут сжиматься и отжиматься пружины (16), (16'), что приводит зубчатые муфты (8), (8') в состояние зацепления или расцепления с зубчатыми колесами (6), (6'). Изменением положения рычагов (1), (1') с одного положения в другое можно поворачивать управляющее кольцо (9), (10), для того чтобы зубчатые муфты (8), (8') вошли в зацепление с зубчатыми колесами (6), (6'), или наоборот. Технический результат заключается в уменьшении времени для завинчивания или отвинчивания фланцевых соединений блока ядерного реактора. 4 ил.
Наверх