Способ изготовления топливных стержней


 


Владельцы патента RU 2507616:

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

Изобретение относится к технологиям изготовления топливных стержней, предназначенных для снаряжения сердечников керметных тепловыделяющих элементов ядерных реакторов. Заготовки стержней помещают в цилиндрический контейнер, заплавляют стеклом и переносят контейнер в пресс-форму пресса, где осуществляют горячее изостатическое прессование. После выгрузки контейнера из пресс-формы его охлаждают на воздухе в течение 2-3 минут и выдавливают стеклянную прессовку из контейнера на холодном прессе со скоростью 0,3-0,5 мм/с. Размерную механическую обработку заготовок до получения номинальных размеров стержней проводят после скалывания стекла. Технический результат - исключение операции механической обдирки прессовки от материала контейнера, повышение уровня автоматизации производства.

 

1. Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области ядерной энергетики, в частности, к технологии изготовления керметных стержней топливных сердечников тепловыделяющих элементов ядерных реакторов различного назначения.

2. Уровень техники

Одним из направлений в ядерной энергетике является использование твэлов, в которых тепловыделяющие сердечники набраны из керметных стержней (см., например, Федик И.И., Гаврилин С.С. и др. "Новое поколение твэлов на основе микротоплива для ВВЭР", "Атомная энергия", Москва, 2004, т.96, вып.4, с.276-285).

В качестве заготовки при изготовлении таких керметных стержней используется циркониевая трубка, заполненная порошком ядерного топлива и закрытая с двух сторон заглушками (патент РФ №2305333 от 15.03.2006, опубл. 27.08.2007, бюл. №24). После капсулирования топлива в циркониевой оболочке производится обжатие заготовки и уплотнение в ней топлива путем изостатического прессования (см., например, патент РФ №2305334 от 15.03.2006, опубл. 27.08.2007, бюл. №24, патент РФ №2371789 от 04.05.2008, опубл. 27.10.2009, бюл. №30). Конечный продукт получают после освобождения заготовок от рабочей среды, передающей давление на заготовки при их прессовании, и размерной механической обработки до получения номинальных размеров стержней.

Известен способ изготовления спеченных изделий, который может быть применен при изготовлении керметных стержней, заключающийся в том, что заготовки и стекло, являющееся средой для передачи давления, помещают в стальной контейнер, нагревают контейнер до заплавления заготовок, после чего контейнер охлаждают и герметизируют. После герметизации контейнера производят его повторный нагрев до температуры прессования, переносят контейнер в стальную пресс-форму и осуществляют горячее изостатическое прессование. Затем производят охлаждение контейнера, освобождают прессовку от контейнера и скалывают стекло. Далее осуществляют размерную механическую обработку заготовок до получения номинальных размеров стержней (Авторское свидетельство СССР №445 526, опубл. 05.10.74, бюл. №37).

Недостатком данного способа является сложность операции освобождения прессовки от контейнера, которая осуществляется механической обдиркой металла контейнера с прессовки. Такая операция при массовом производстве стержней практически не поддается автоматизации. Кроме того, к недостаткам этого способа следует отнести применение дробленого стекла, добавляемого в горячий контейнер по мере его расплавления, а также наличие операции герметизации контейнера, что усложняет технологию и увеличивает время производственного цикла.

С предлагаемым способом этот способ совпадает по операциям размещения заготовок и стекла в контейнере, нагреве контейнера до заплавления заготовок стеклом, переносе контейнера в пресс-форму, изостатическом прессовании, выгрузке контейнера из пресс-формы, охлаждения контейнера и освобождения прессовки от контейнера.

Известен также способ изготовления топливных стержней, включающий изготовление заготовок стержней и их последующее горячее изостатическое прессование, заключающееся в том, что заготовки размещают поверх стеклянных брикетов в стальном контейнере, выполненном в виде цилиндрического стакана, нагревают контейнер с заготовками и брикетами до заплавления заготовок стеклом, переносят контейнер в пресс-форму пресса, прикладывают усилие прессования повышением давления рабочей среды при перемещении пуансона пресса (патент РФ №2388081 от 04.05.2008, опубл. 27.04.2010). После прессования контейнер выгружают из пресс-формы, механически освобождают стеклянную прессовку с заготовками стержней от контейнера, скалывают стекло с заготовок и проводят их размерную механическую обработку до получения номинальных размеров стержней.

К недостаткам данного способа изготовления топливных стержней относится необходимость механического освобождения стеклянной прессовки от контейнера, что затрудняет автоматизацию производства.

С предлагаемым способом этот способ совпадает по операциям: размещения заготовок в контейнере поверх стеклянных брикетов, нагреве контейнера до погружения заготовок в расплавленное стекло, переноса контейнера в пресс-форму, изостатического прессования заготовок, выгрузке контейнера из пресс-формы, освобождения прессовки от контейнера, скалывания стекла с заготовок и размерной механической обработке заготовок до получения номинальных размеров стержней.

По совокупности существенных признаков последний способ наиболее близок к заявляемому и выбран в качестве прототипа.

3. Раскрытие изобретения

Данное техническое решение направлено на решение задачи автоматизации производства топливных стержней.

Для решения данной задачи предлагается способ изготовления топливных стержней, включающий изготовление заготовок стержней, горячее изостатическое прессование заготовок путем их размещения поверх стеклянных брикетов в контейнере, заплавления заготовок стеклом, помещения контейнера в пресс-форму пресса с последующим приложением давления, освобождение стеклянной прессовки с заготовками стержней от контейнера, скалывание стекла с заготовок и проведение размерной механической обработки заготовок до получения номинальных размеров стержней, в котором согласно изобретению после прессования контейнер с заготовками охлаждают на воздухе в течение 2-3 мин, а стеклянную прессовку освобождают от контейнера при помощи холодного пресса со скоростью 0,3-0,5 мм/с.

В отличие от известного способа контейнер после выгрузки из пресс-формы охлаждают на воздухе в течение 2-3 минут и освобождают стеклянную прессовку с заготовками от контейнера на холодном прессе со скоростью 0,3-0,5 мм/с.

После выгрузки контейнера из пресс-формы и в процессе охлаждения контейнера на воздухе происходит отверждение на глубину 2-3 мм цилиндрического слоя стекла у внутренней поверхности контейнера. При выдавливании прессовки на холодном прессе холодным пуансоном создается и растет отвержденная стеклянная пробка, образующая единое целое с цилиндрическим (утвержденным слоем. При перемещении холодного пуансона отвержденная часть стеклянной прессовки двигается также как единое целое, причем заготовки при этом свободны от деформирующих воздействий, поскольку находятся в жидкой фазе. Таким образом, выдавливание стеклянной прессовки из контейнера происходит без механического его разрушения, что способствует решению задачи автоматизации производства.

4. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

В стальной контейнер-стакан с внутренним диаметром 46 мм загружался стеклянный брикет из силиката натрия и блок из семи заготовок керметных стержней. В районе днища стакана на его внутренней поверхности выполнялась кольцевая проточка для облегчения отделения днища при операциях выпрессовки. Стакан вместе с брикетом и заготовками нагревали в печи до температуры 1000°С в течение 30 мин. После погружения блока в стекло стакан переносился в нагретую до 450°С пресс-форму пресса и подвергался прессованию при нагрузке 120 тонн и машинном времени 30 с.После выгрузки из пресс-формы стакан охлаждался в течение 3 минут. Выдавливание стеклянной прессовки из стакана осуществляли сверху вниз холодным пуансоном диаметром 20 мм со скоростью 0,5 мм/с. Выдавленные прессовки имели цилиндрическую форму. Освобожденные от стекла заготовки не носили следов деформаций, отличных от характерных для изостатического прессования, что обеспечило изготовление из них стержней с номинальными размерами и допусками.

Способ изготовления топливных стержней, включающий изготовление заготовок стержней, горячее изостатическое прессование заготовок путем их размещения поверх стеклянных брикетов в контейнере, заплавления заготовок стеклом, помещения контейнера в пресс-форму пресса с последующим приложением давления, освобождение стеклянной прессовки с заготовками стержней от контейнера, скалывание стекла с заготовок и проведение размерной механической обработки заготовок до получения номинальных размеров стержней, отличающийся тем, что после прессования контейнер с заготовками охлаждают на воздухе в течение 2-3 мин, а стеклянную прессовку освобождают от контейнера при помощи холодного пресса со скоростью 0,3-0,5 мм/с.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области ядерной энергетики и может быть использовано в технологии производства спеченных керамических топливных таблеток с выгорающим поглотителем для ядерных реакторов.

Контейнер предназначен для размещения в нем заготовок стержней сердечников твэлов при горячем изостатическом прессовании и может быть использован при изготовлении твэлов ядерных реакторов различного назначения.

Изобретение относится к области атомной техники и может быть использовано при изготовления топливного материала для тепловыделяющих элементов (твэлов) исследовательских ядерных реакторов.

Изобретение относится к производству тепловыделяющих твэлов ядерного реактора. .

Изобретение относится к атомной энергетике и может найти применение на предприятиях по изготовлению тепловыделяющих элементов (твэлов) для энергетических ядерных реакторов.

Изобретение относится к ядерной технике и может быть использовано при снаряжении оболочек тепловыделяющих элементов (твэл) ядерным топливом в виде таблеток. .

Изобретение относится к устройству установки пружин в трубчатой оболочке для реализации стержневых тепловыделяющих элементов ядерных реакторов. .

Изобретение относится к защитному кожуху топливной оболочки, способу изготовления топливных стержней и устройству для его осуществления. .
Изобретение относится к атомной энергетике и может найти применение на предприятиях по изготовлению тепловыделяющих элементов для энергетических ядерных реакторов.

Изобретение относится к атомной энергетике и может найти применение при изготовлении оболочек тепловыделяющих элементов для ядерных энергетических реакторов. .
Изобретение относится к способам прессования заготовок керметных стержней тепловыделяющих элементов ядерных реакторов. Заготовки, заплавленные силикатом натрия в цилиндрическом контейнере, выполненном из стали с содержанием углерода (0,1-0,35) мас.%, после образования на поверхности контейнера слоя окалины подвергаются изостатическому прессованию. Выпрессовку контейнера осуществляют после минутной выдержки контейнера в пресс-форме при снятом давлении. Технический результат - значительное уменьшение усилия выпрессовки и, как следствие, повышение ресурса работы прессового оборудования за счет уменьшения износа пресс-формы.

Изобретение относится к ядерной энергетике, в частности к способам изготовления газонаполненных тепловыделяющих элементов (твэлов) с топливными сердечниками из нитрида или карбонитрида урана. Способ изготовления твэла включает изготовление «трубы в сборе» путем герметичного соединения оболочки с одной из концевых заглушек и формирование топливного сердечника путем укладки в «трубу в сборе» топливных таблеток. Перед укладкой топливных таблеток «трубу в сборе» предварительно вакуумируют и заполняют тяжелым инертным газом, например аргоном, а последующую укладку таблеток осуществляют при помощи направленной под избыточным давлением струи упомянутого тяжелого инертного газа. Затем проводят повторное вакуумирование, заполнение внутреннего объема гелием и окончательную герметизацию твэла при помощи второй концевой заглушки. При заполнении «трубы в сборе» тяжелым инертным газом и при укладке топливных таблеток ее располагают вертикально, открытым концом вверх. Технический результат - удаление в процессе изготовления твэла пылевидных частичек топлива в зазоре между таблетками и оболочкой и обеспечение бесконтактного воздействия на топливные таблетки, а также улучшение состава атмосферы под оболочкой. Это в свою очередь позволяет увеличить ресурс и надежность работы твэлов. 9 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к изготовлению тепловыделяющих сборок ядерного реактора (ТВС), в частности к дистанционированию тепловыделяющих элементов (твэлов). Способ дистанционирования твэлов в рабочей сборке ядерного реактора включает следующие операции: проволоку различного поперечного сечения навивают в спираль виток к витку, растягивают до требуемого диаметра, отжигают, рассекают на отрезки штатной длины, а отрезки спирали размещают между смежными твэлами внешнего и внутренних рядов рабочей сборки. Технический результат - снижение гидравлического сопротивления ТВС, упрощение изготовления ТВС. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к технологии изготовления тепловыделяющих элементов для высокотемпературных ядерных реакторов. Способ включает изготовление матрицы на основе пластин(2) из углеродных материалов, в которых выполнены посадочные места с заложенными в них микротвэлами (1) с защитными покрытиями. Согласно изобретению в качестве углеродного материала используют высокоплотный изотропный графит, пластины выполняют толщиной 2÷3 диаметра микротвэла, посадочные места в пластинах выполняют в виде углублений с округлым днищем для каждого микротвэла, диаметром, равным 1,4÷1,6 диаметра микротвэла, с шагом 2,5÷3,5 диаметра микротвэла и глубиной 1,6÷2,2 диаметра микротвэла, на микротвэлы с защитными покрытиями наносят матричную композицию (3) толщиной слоя 150÷250 мкм. Далее микротвэлы помещают до упора в выполненные углубления, каждое из которых после размещения микротвэла заполняют матричной композицией до верха пластины. Затем пластины скрепляют между собой углеродным связующим в количестве 0,02÷0,06 от массы пластин и термообрабатывают при температуре 1800-1900°C. Технический результат заключается в увеличении прочности твэла и его теплопроводности за счет снижения объема пустот в матрице твэла, а также снижении вероятности возникновения сквозных дефектов в покрытиях микротвэла и уменьшении выхода продуктов деления. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Устройство относится к изготовлению тепловыделяющих элементов (твэлов) ядерного реактора. Устройство снаряжения фольгой оболочки твэла содержит валики, ложемент, штангу с цилиндром, губки и узел формирования отбортовки на фольге. Ложемент выполнен в виде уголка с промежуточной и торцевыми стенками. На одной торцевой стенке закреплена штанга с цилиндром, равным диаметру таблетки делящегося материала. Между промежуточной и другой торцевой стенками установлена подвижная каретка, передвигающаяся по полкам уголка. При этом цилиндр охватывают радиально перемещающиеся губки. Перед губками размещен узел формирования радиальной отбортовки на фольге. Устройство установлено под углом к горизонту, а каретка выполнена с весом, способным преодолевать момент свободного вращения редуктора привода. Технический результат - упрощение механизма перемещения оболочки твэла. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к атомной промышленности и гидрометаллургии и может быть использовано, например, для получения уран-графитовых тепловыделяющих элементов (твэл) или композиционных высокотемпературных материалов методом пропитки пористых материалов (графит, металлы, оксиды металлов и т.п.) растворами солей и последующей термообработки. Способ насыщения пористых заготовок оксидами металлов включает вакуумную обработку заготовок, пропитку их растворами солей металлов, сушку и термообработку. Пропитку осуществляют при температуре 5÷12°C метастабильным раствором соли соответствующего металла с уротропином, а после пропитки пористые заготовки помещают в предварительно нагретую до 80÷95°C инертную среду и выдерживают в течение 0,5÷1,0 час. В качестве инертной среды используют воздух, воду, масло. Технический результат - упрощение процесса введения оксидов металлов, в том числе оксидов урана, в пористую матрицу (заготовку) за счет исключения использования легколетучих и взрывоопасных органических жидкостей (ацетон и изопропиловый спирт), а так же сокращение продолжительности процесса и, соответственно, энергозатрат. 4 з.п. ф-лы, 3 табл., 1 ил.

Изобретение относится к изготовлению тепловыделяющих элементов (твэлов) ядерного реактора. Изготовление твэла ядерного реактора осуществляют в два этапа. На первом - снаряжают заготовку оболочки твэла контактным материалом, таблетками делящегося материала, пружиной, сжатой хвостовиком, сваривают, вакуумируют, герметизируют, нагревают до температуры плавления контактного материала, охлаждают. На втором - через переходник дополняют отражателем и газосборником. В качестве контактного материала применяют: магний, натрий, свинец, медь-магний, свинец-висмут, алюминий-кремний-никель. Технический результат - повышение теплопроводности между внутренней поверхностью оболочки твэла и столбом таблеток делящегося материала. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к ядерной технике, в частности к сборке стержневых тепловыделяющих элементов (твэлов), и может быть использовано в ядерных реакторах разного типа. Пружинный фиксатор топливного столба, располагаемый в компенсационном объеме твэла, имеет последовательно расположенные от торца топливного столба компенсирующую, буферную и фиксирующую группы витков. Фиксатор устанавливается в оболочку твэла цилиндрическим трехступенчатым штоком, имеющим длину ступени наименьшего диаметра, обеспечивающую требуемое усилие поджатия топливного столба, а общую длину ступеней с наименьшим и средним диаметрами менее длины компенсационного объема на 1,5…2,0 диаметра твэла. Перемещение штока продолжается до упора компенсирующей части фиксатора в топливный столб и сжатия ее до момента касания штоком торца топливного столба. Далее шток извлекается из твэла, а открытый торец оболочки герметизируется с помощью заглушки. Технический результат - уменьшение разброса и длины пружинного фиксатора топливного столба после установки, что обеспечивает возможность увеличения загрузки топлива в твэл, повышения его энерговыработки. 8 ил.
Наверх