Способ прессования заготовок керметных стержней


 


Владельцы патента RU 2508572:

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

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.

 

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).

При прессовании заготовок керметных стержней может быть применен способ, 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, осуществляют горячее изостатическое прессование и выпрессовывают контейнер из пресс-формы (Авторское свидетельство СССР №445526 от 15.11.1972, опубл. 05.10.74, бюл. №37).

Недостатком этого способа является уменьшение ресурса работы прессового оборудования, что обусловлено необходимостью приложения значительных усилий на выталкивание контейнера из пресс-формы.

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 и выпрессовки контейнера из пресс-формы.

Известен также способ прессования заготовок керметных стержней, заключающийся в том, что заготовки размещают поверх стеклянных брикетов из силиката натрия 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 и выпрессовывают контейнер из прессформы (патент РФ №2388081 от 04.05.2008, опубл. 27.04.2010).

Недостатком этого способа, как и предыдущего, является уменьшение ресурса работы прессового оборудования, что обусловлено необходимостью приложения значительных усилий на выталкивание контейнера из пресс-формы

С предлагаемым способом этот способ совпадает по операциям размещения заготовок в стальном цилиндрическом контейнере, выполненном в виде стакана, поверх стеклянных брикетов, нагреве контейнера до погружения заготовок в расплавленное стекло, переносе контейнера в пресс-форму, изостатическом прессовании заготовок и выпрессовки контейнера из пресс-формы.

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

3. Раскрытие изобретения

Решаемая задача - повышение ресурса работы прессового оборудования за счет уменьшения износа пресс-формы пресса.

Предлагается способ прессования заготовок керметных стержней, который решает указанную задачу, заключающийся в том, что заготовки размещают поверх стеклянных брикетов из силиката натрия 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 стекла при перемещении пуансона пресса и выпрессовывают контейнер из пресс-формы. В предлагаемом способе согласно изобретению применяют контейнер, изготовленный из стали с содержанием углерода (0,1-0,35) мас.%, нагрев контейнера до температуры 900°С осуществляют за время (10-15) мин и за такое же время поднимают температуру до 1000°C, а после окончания прессования снимают давление со стекла и перед выпрессовкой делают минутную выдержку при снятом давлении.

При подъеме температуры контейнера с 900°С до 1000°C за указанное время на его поверхности образуется слой окалины толщиной (400-500) мкм, теплопроводность которой существенно меньше теплопроводности материала контейнера. За счет этого к моменту окончания прессования перепад температуры между пресс-формой и контейнером составляет величину около 80°C. При снятии давления прессования контейнер разгружается от давления стекла на его стенки и у стенки контейнера в течение минуты происходит отверждение стекла с ростом толщины слоя от долей миллиметра до (1,5-2) мм. В результате снижается величина теплового потока из контейнера в пресс-форму, что ведет к уменьшению температуры контейнера примерно на 40°C и, как следствие, к возникновению радиальных напряжений, сжимающих контейнер.

Таким образом, обеспечивается уменьшение усилия выпрессовки контейнера и, как следствие, повышение ресурса работы прессового оборудования за счет уменьшения износа пресс-формы пресса.

4. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

В стальной контейнер - стакан, с внутренним диаметром 46 мм, изготовленный из стали Ст.20, загружались стеклянный брикет из силиката натрия и блок из семи заготовок керметных стержней. В районе днища контейнера на его внутренней поверхности выполнялась кольцевая проточка для облегчения отделения днища при операциях выпрессовки. Стакан вместе с брикетом и заготовками нагревали в печи в течение 15 минут до 900°C. После погружения блока в стекло в течение 15 минут поднимали температуру до 1000°C, переносили контейнер в нагретую до 450°C пресс-форму пресса и подвергался прессованию при нагрузке 120 тонн и машинном времени 30 с. После окончания прессования снимали давление со стекла, делали минутную выдержку при снятом давлении и выпрессовывали контейнер из пресс-формы усилием в 10 тонн. В случае выпрессовки контейнера по способу-прототипу это усилие составляет (80-100)% от усилия прессования.

Способ прессования заготовок керметных стержней, заключающийся в том, что заготовки размещают поверх брикетов из силиката натрия 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 стекла при перемещении пуансона пресса и выпрессовывают контейнер из пресс-формы, отличающийся тем, что контейнер изготавливают из стали с содержанием углерода (0,1-0,35) мас.%, нагрев контейнера до температуры 900°C осуществляют за время (10-15) мин и за такое же время поднимают температуру от 900°C до 1000-1050°C, а после окончания прессования снимают давление со стекла и перед выпрессовкой делают выдержку в течение 1-2 мин при снятом давлении.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к технологиям изготовления топливных стержней, предназначенных для снаряжения сердечников керметных тепловыделяющих элементов ядерных реакторов.
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 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