CN102252929A - 一种石墨球磨损设备及磨损速率测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种石墨球磨损设备及磨损速率测量方法，特别是涉及检测高温气冷堆燃料元件制造中石墨球磨损速率的设备及操作方法，所述石墨球磨损设备由滚筒、电机、计时装置和控制器组成，计时装置控制实验时间，控制器控制设备启停。同时本发明提供的设备还增加了防尘罩、减震架，并选用变频电机，该种石墨球磨损设备实现自动计时显示、实验完毕自动停机、不受停电影响、实验效率高、实验数据可靠、体积小、装卸样品方便、操作便利、改善实验环境并节省能耗。

Description

一种石墨球磨损设备及磨损速率测量方法

技术领域

本发明涉及一种用于石墨球磨损的专用设备，及涉及高温气冷堆球形燃料元件制造中基体石墨球磨损速率的测量方法。

背景技术

我国球床式高温气冷堆所使用的陶瓷型燃料元件直径为60mm，结构为球形包覆颗粒(TRISO)弥散在燃料区的石墨基体中。作为燃料元件的结构材料，基体石墨使包覆燃料颗粒获得热工水力学条件，包括将热量传给冷却剂氦气。并作为慢化材料，对快中子有足够的慢化能力。同时还具有一定的滞留裂变产物的能力。

在球床堆内，燃料元件缓慢流动，形成球流。在球流过程中，他们相互之间产生摩擦，使球产生磨损。因此，抗磨损性能是球形燃料元件的一个重要力学性能指标。

目前原有设备存在以下缺点：1.人工计时，误差大；2.电机转速不可调，存在误差，且能耗大；3.石墨粉尘污染大、噪音大；4.装卸样品复杂；5.设备体积大。

随着高温气冷堆的推广应用，其燃料元件的规模化生产对设备的自动化检测、数据可靠性、节省能耗、实验效率、实验环境、操作便利性及减小设备体积等方面都提出了更高的要求，基体石墨球磨损专用设备作为元件性能检测的关键设备之一，在以上提及的各方面都需要得到改善。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明需要提供一种石墨球磨损设备，主要解决的技术问题：

第一、实现自动计时，减少人工介入；

第二、实现电机速率可调，节省能耗；

第三、简化样品装卸程序，简化设备开启关闭的操作；

第四、优化实验环境，减少石墨粉尘污染及噪声污染；

同时，本发明还要提供该石墨球磨损速率测量方法。

(二)技术方案

为了解决上述第一技术问题，本发明提供一种石墨球磨损设备，包括：滚筒、电机、计时装置和控制器，所述滚筒包括筒体和筒盖，所述滚筒还设置有传动轴，所述传动轴连接所述电机，所述计时装置用于记录所述设备的实验时间，所述控制器分别与所述计时装置和电机电连接，所述计时装置达到预定时间时，发送信号到所述控制器，所述控制器控制所述电机的启停。

进一步地，所述计时装置在断电时停止计时，复电后继续计时。

进一步地，所述石墨球磨损设备还包括显示装置，所述显示装置与所述计时装置及所述控制器电连接，所述显示装置用于显示实验时间或所述测量设备运行状态的一种或多种。

进一步地，所述筒体内部光滑，筒体内壁轴向方向上设置有至少一个筋结构。

为了解决上述第二技术问题，所述电机为变频式电机。

进一步地，所述电机的转速为预设转速

为了解决上述第三技术问题，所述筒体上设置有至少一个锁扣，所述筒盖上设置有与所述锁扣相对应的装卸扳手，所述装卸扳手穿过所述锁扣固定筒盖于筒体上。

为了解决上述第四技术问题，所述筒体或筒盖上设置有至少一个排尘孔，用于排出实验过程中产生的石墨粉尘。

进一步地，石墨球磨损设备还包括防尘罩，所述防尘罩扣于所述滚筒外部。

进一步地，石墨球磨损设备还包括减震架，所述减震架位于所述滚筒及电机下方，所述减震架与地面接触部分还设置有减震垫。

本发明还提供所述石墨球磨损速率测量方法，包括步骤：

步骤1、抽取N个样品石墨球，观察所述石墨球是否有破损，有破损的不选作实验样本；

步骤2、擦去上述石墨球表面粉尘；

步骤3、称出每个石墨球质量并记录；

步骤4、将所述N个石墨球装入滚筒，合上筒盖并固定；

步骤5、设置所述控制器及计时装置；

步骤6、计时装置累计时间达到T小时时设备自动停止实验；

步骤7、擦去上述N个石墨球表面粉尘；

步骤8、称出每个石墨球质量并记录；

步骤9、计算磨损前后N个石墨球的总质量，分别记为M和M′；

步骤10、按公式(M-M′)/(N×T)计算磨损率。

(三)有益效果

上述技术方案所提供石墨球磨损设备及磨损速率测量方法，所述石墨球磨损设备由滚筒、电机、计时装置和控制器组成，计时装置控制实验时间，控制器控制设备启停。同时选用变频电机，还增加了防尘罩、减震架等设置，该种石墨球磨损设备实现自动计时显示、实验完毕自动停机、不受停电影响、实验效率高、实验数据可靠、体积小、装卸样品方便、操作便利、改善实验环境并节省能耗。

附图说明

图1是本发明实施例的石墨球磨损设备的结构示意图；

图2是本发明实施例的滚筒筒盖结构示意图；

图3是本发明实施例的防尘罩正视图；

图4是本发明实施例的防尘罩侧视图；

其中，1：滚筒；2：电机；3：计时装置；4：防尘罩；5：减震架；6：控制器；7：筒盖；8：筒体；9：装卸扳手；10：排尘孔；11：显示装置；12：防尘罩提手；13：锁扣。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，图1为本实施例的石墨球磨损设备的结构示意图。石墨球磨损设备包括：滚筒1、电机2、计时装置3和控制器6。滚筒1包括筒体8和筒盖7，滚筒1还设置有传动轴，传动轴连接电机2。计时装置3用于记录设备的实验时间。控制器6分别与计时装置3和电机2电连接。计时装置3达到预定时间时，发送信号到控制器6，控制器6控制电机2的启停。通过设置计时装置3和控制器6，可以实现石墨球磨损设备的自动启停，减少了人工参与和控制，实验数据可靠，保证了试验可靠性及便利性。在使用初通过设置控制器6及计时装置3，设备自动运转，达到实验时间后，设备自动停机。采用滚筒，装卸样品方便快捷，节省实验时间。

本实施例中采用的计时装置3在断电时停止计时，复电后可以继续计时，即石墨球磨损设备不受到停电等意外因素的影响。等停电或故障恢复后，计时装置3计时继续，并且设备继续进行运转。可以有效的降低外界因素对实验过程的影响，不会因为停电等意外因素而使得进行到一半的实验无法继续，大大提高了实验的效率。所选用的计时装置3可以为电子计时器或机械计时装置。如果选用电子计时器时需要有单独的供电系统或备用电源，当停电情况出现时，对已记录的时间数据进行存储或保存，以便在电力恢复时继续计时。如果选用机械计时装置，需要设置与电路相关联的机构例如电磁阀，当停电情况出现时，电磁阀发生动作，机械计时装置停止运行，在恢复供电时，电磁阀发生动作，机械计时装置继续计时。本发明中计时装置3的计时方式可以为从零计时到指定时间，也可以通过设定指定时间倒计时到零。

本发明提供的石墨球磨损设备，其滚筒筒体8内部光滑，筒体内壁轴向方向上设置至少一个筋结构。有助于促进基体石墨球在滚筒内的相互之间进行充分摩擦。

如图1所示，石墨球磨损设备还包括显示装置11。显示装置11与计时装置3及控制器6电连接，用于显示实验时间，还可显示设备运行状态等。例如显示设备已运行时间，剩余时间，设备正常运行，意外情况报警等。可以方便操作人员的对设备运行时间及状况了解。所述显示装置11也可以为触屏的控制器输入口，既可以显示实验时间，还可显示设备运行状态等，还可以通过操作者触摸将控制信息输送至设备。

计时装置3、显示装置11及控制器6可以集成在一个控制箱中，可以同时增加操作的便利性，也可以大大缩减设备的体积。

本发明实施例中应用的电机2为变频式电机。变频电机具有平滑启动和停止的特点，且比固定转速的电机节省电能，可以有效的节省能耗。电机2通过传动轴与滚筒1连接，能够精确控制滚筒的转速，本实施例中需要的转速为预设转速。直流电机等一些调速范围宽广、调速特性平滑、平滑启动和停止的电机也可以适用作为本发明中的电机。

结合图1及图2，筒体8上设置有4个锁扣13，所述筒盖7上设置有与所述锁扣13相对应的装卸扳手9，所述装卸扳手9穿过所述锁扣13固定筒盖7于筒体8上。提高了操作的便利性，装卸石墨球时，需要先打开装卸扳手9，从所述锁扣13中分离，将筒盖7与所属筒体8分离，将石墨球放入，再将装卸扳手9穿入所述锁扣13。筒盖7与筒体8可以是分离的，也可以通过连接件如合页等用栓接、铆接、焊接等方式连接。同样地，本发明也可以使用筒单的锁结构，进行筒盖7与筒体8的固定；还可以在筒盖7和筒体8之间接触的部位设置相互配合卡紧的结构。开启筒盖7的扶手可以单独设计在所述筒盖7上，如所述筒盖7的端面。

为了保障实验时滚筒1内石墨粉尘的排出，筒体8或筒盖7上应设置有至少一个排尘孔10，用于排出实验过程中产生的石墨粉尘。为了使设备整体美观，优选所述排尘孔大小相同，均匀分布在筒体8或筒盖7。如图2所示，本实施例中排尘孔10有20个，均匀设置在筒盖7上，形状为大小相同的圆形，用于实验时滚筒1内石墨粉尘的排出。排尘孔10的形状也可以为方形、棱形等一种或多种。

如图1所示，本实施例中石墨球磨损设备还包括防尘罩4，防尘罩4扣于滚筒1外部。可以防止在实验过程中石墨粉尘飘出，保证了操作环境的清洁环保。结合图3及图4，本发明中选用的防尘罩4为顶部成圆弧形，与滚筒1相对应，下部设置为矩形，便于放置。本发明中的防尘罩4也可以设计成矩形、梯形、圆弧形的一种或多种。为方便拿取，本事示例中防尘罩4顶端设置有防尘罩提手12。在防尘罩的一个侧面设置有与滚筒1的传动轴对应的空槽，使滚筒1的传动轴伸出防尘罩4外。防尘罩4可以选用的材质如金属、塑料等材质，防尘罩4可以设置吸附粉尘的层，隔音层等。

如图1所示，石墨球磨损设备还包括减震架5，减震架5位于滚筒1及电机2下方。滚筒1、电机2和防尘罩4可以集中安装在减震架上，为配合滚筒1、电机2及防尘罩4，本实施例中减震架的尺寸为1m(长)×0.5m(宽)×1m(高)。可以有效的减小实验时候的噪音。结合实际情况，减震架4可以选择金属、木材、塑料等制作。减震架4与地面接触部分还设置有减震垫。设置减震垫可以减小设备运行时和地面冲击产生的噪声，及减小设备在震动时对实验结果的影响，减小设备晃动，提高设备寿命。

本发明还提供了一种石墨球磨损速率测量方法，包括步骤：

步骤1、抽取多个石墨球样品，观察所述石墨球是否有破损，有破损的不选作实验样本。在进行磨损速率实验时，因为有破损的石墨球破损处与石墨球整体粘合力差，非常容易磨损处崩掉而非磨损掉，会影响实验的结果，使实验结果不准确。本发明中优选N个石墨球(例如10-50个)。

步骤2、擦去上述石墨球表面粉尘；减少因为被检测石墨球原有粉尘对实验结果的影响。可以选用软纸、柔软布或软刷等进行石墨球表面粉尘的清洁。

步骤3、称出每个石墨球质量并记录；考虑到电子天平的精度及稳定性等因素，优选电子天平进行石墨球质量的测量。预先称重，作为石墨球质量的初始值。

检查设备筒盖的各装卸扳手9与筒体上锁扣13是否可以卡紧，防尘罩4是否能够盖好，电机是否可以运转正常。

步骤4、将所述20个石墨球装入滚筒1，合上筒盖7并通过装卸扳手9和锁扣13固定；石墨球放入滚筒1时需要小心，完好地装入。

步骤5、设置所述控制器6及计时装置3；开通设备电源，设置控制器6，如电机运转速度等参数，并设置计时装置3，实验需要的时间进行设置。本发明实施例设置的时间为T小时，时间可以根据被实验石墨球的性能等因素选取，如选取20，30小时等。设置完毕后，滚筒1开始运转，于此同时，计时装置计时开始。

在实验过程中，操作人员可以观察显示装置11，以便对实验过程出现的状况有所了解。

步骤6、计时装置累计时间达到T小时时设备自动停止实验，即计时时间累计时间达到T小时时设备停止运行。由于本发明石墨球磨损设备不受停电等因素影响的功能，所以中间过程无需操作人员动作的介入。

步骤7、擦去上述N个石墨球表面粉尘；同样的为减少因为被实验石墨球上附有粉尘对实验结果的影响。可以选用软纸、柔软布或软刷等进行石墨球表面粉尘的清洁。

步骤8、称出每个石墨球质量并记录；选用称石墨球初始重量的同一个电子天平进行称重，可以相对地减少由于光电天平在称重时带来的误差。

步骤9、计算磨损前后N个石墨球的总质量，分别记为M和M′；即单个石墨球初始重量和实验后重量求和分别得到M和M′。

步骤10、按公式(M-M′)/(N×T)计算磨损率，进行相应地计算，得到的磨损率单位为(mg/h·石墨球)。

在测量结束后，将测量结果进行记录，填表。磨损速率实验后的石墨球应装入专用容器中，做好标记，由有关管理人员妥善保管，并最终退还取样人员处理。

为了减小实验结果的误差，对同一批次的石墨球，可以选择几组石墨球分别进行实验，对实验结果进行平均处理。为了避免偶然误差如某个石墨球有破损但目测时未发现，对实验结果产生的影响，可以选用一些常用的物理实验减小误差的方法，例如用最小二乘的方法，来减小偶然误差的影响。

由以上实施例可以看出，所述石墨球磨损速率测量设备由滚筒1、电机2、计时装置3和控制器6组成，计时装置3控制实验时间，控制器6控制设备启停。同时还增加了防尘罩4、减震架5，并选用变频电机，该种石墨球磨损速率测量设备实现自动计时显示、实验完毕自动停机、不受停电影响、实验效率高、实验数据可靠、体积小、装卸样品方便、操作便利、改善实验环境并节省能耗。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种石墨球磨损设备，其特征在于，包括：滚筒、电机、计时装置和控制器；

所述滚筒包括筒体和筒盖，所述滚筒还设置有传动轴，所述传动轴连接所述电机，所述计时装置用于记录所述设备的实验时间，所述控制器分别与所述计时装置和电机电连接，所述计时装置达到预定时间时，发送信号到所述控制器，所述控制器控制所述电机的启停。

2.根据权利要求1所述的石墨球磨损设备，其特征在于，所述计时装置在断电时停止计时，复电后继续计时。

3.根据权利要求1所述的石墨球磨损设备，其特征在于，所述石墨球磨损设备还包括显示装置，所述显示装置与所述计时装置及所述控制器电连接，所述显示装置用于显示实验时间或所述设备运行状态的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的石墨球磨损设备，其特征在于，所述筒体内部光滑，筒体内壁轴向方向上设置有至少一个筋结构。

5.根据权利要求1所述的石墨球磨损设备，其特征在于，所述电机为变频式电机。

6.根据权利要求5所述的石墨球磨损设备，其特征在于，所述电机的转速为预设转速。

7.根据权利要求1至6任一项所述的石墨球磨损设备，其特征在于，所述筒体上设置有至少一个锁扣，所述筒盖上设置有与所述锁扣相对应的装卸扳手，所述装卸扳手穿过所述锁扣固定筒盖于筒体上。

8.根据权利要求1至6任一项所述的石墨球磨损设备，其特征在于，所述筒体或筒盖上设置有至少一个排尘孔，用于排出实验过程中产生的石墨粉尘。

9.根据权利要求1至6任一项所述的石墨球磨损设备，其特征在于，石墨球磨损设备还包括防尘罩，所述防尘罩扣于所述滚筒外部。

10.根据权利要求1至6任一项所述的石墨球磨损设备，其特征在于，石墨球磨损设备还包括减震架，所述减震架位于所述滚筒及电机下方，所述减震架与地面接触部分还设置有减震垫。

11.一种权利要求1所述的石墨球磨损速率测量方法，其特征在于，包括步骤：

步骤1、抽取N个样品石墨球，观察所述石墨球是否有破损，有破损的不选作实验样本；

步骤2、擦去上述石墨球表面粉尘；

步骤3、称出每个石墨球质量并记录；

步骤4、将所述N个石墨球装入滚筒，合上筒盖并固定；

步骤5、设置所述控制器及计时装置；

步骤6、计时装置累计时间达到T小时时设备自动停止实验；

步骤7、擦去上述N个石墨球表面粉尘；

步骤8、称出每个石墨球质量并记录；

步骤9、计算磨损前后N个石墨球的总质量，分别记为M和M′；

步骤10、按公式(M-M′)/(N×T)计算磨损率。

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