CN102612718B - 隔离设备以及相关隔离方法 - Google Patents

Abstract

用于隔离特别是核燃料芯块(6)的成堆进给的物体的隔离设备(2)，隔离设备(2)具有进给传送带(10)并具有输出传送带(26)，隔离设备(2)以这样的方式构成，使得可以特别可靠和无中断地隔离进给的物体同时以高处理速度隔离。为此目的，根据本发明，在位于进给传送带(10)与输出传送带(26)之间的移送区(38)中，设置由压力气体驱动的分离装置(24)，在设备操作过程中，在分离装置(24)中，进给的物体由目的性压力气体脉冲彼此分离，以便逐个地移送到输出传送带(26)。

Description

隔离设备以及相关隔离方法

本发明涉及一种用于隔离特别是核燃料芯块的成堆进给的物体的隔离设备，所述隔离设备具有进给装置和输出装置，所述进给装置特别是进给传送带，所述输出装置特别是输出传送带。本发明还涉及一种相关方法。

通常以所谓的芯块或大体圆柱形的小块的形式提供核电厂运行所必需的核燃料。在例如由浓缩铀氧化物或另一可裂变材料构成的这样的燃料芯块插入到用于设置在反应堆芯中的燃料棒包壳管中之前，通常对各个芯块进行彻底检测。为此目的，燃料芯块优选进给到自动检测装置的检测线。尺寸、质量或其他物理性能不满足规定要求的燃料芯块将被当做不合格品，并将被挑选出。

通常，这些燃料芯块以粘在一起的柱或堆的形式成组进给到检测装置，并必需在进入检测线之前被隔离。这例如是借助于从DE 42 13 180A1已知的隔离设备实现的，该隔离设备包括以V形朝向对方定向的两个同步循环的传送带，待被隔离的燃料芯块在传送带上成堆进给到隔离区。在此，在两个进给传送带上方，存在以“悬置”配置安装并设置有向外突伸出的推动销的第三传送带的转向带轮。

通过适当协调以V形设置的两个进给传送带的循环速度和设置有推动销并设置在两个进给传送带上方的输出传送带的循环速度，推动销在绕着转向带轮循环的同时在进给的堆的各芯块之间移动，并因此发生希望的分离。然后，在滑轨上被引导的已隔离的芯块进一步借助于输出传送带的推动销输送，并进给到例如检测线。位于各芯块之间的推动销同时防止芯块再次以不希望的方式彼此接近。

已知的隔离设备具有许多缺点：燃料芯块的适当输送和隔离需要所包括的传送带的循环速度与中间加速阶段和制动过程的极其精确的协调。为此目的，必需以相对高的精度检测芯块和推动销的瞬时位置，并在具有复杂控制逻辑的控制单元中实时处理所述瞬时位置，特别是在变化尺寸的芯块的情况下更是如此。用于传送带的驱动马达的选择还必须相对准确及快速地实现，这需要相当大量的工作。然而，在隔离中一次又一次地发生错误，在最坏情况下这些错误可能会导致设备停顿，然后将必需进行人工干预。

相对频繁地发生所谓的双隔离，即，不是单一的燃料芯块，而是一次有两个燃料芯块放置在两个连续推动销之间的部分中。在后续检测中，这些芯块作为废料被丢弃，而对于每个被丢弃的单元，必需再次通过所有必要的生产步骤，这导致相应的工作和费用。

如果在同一设备中处理具有不同质量和尺寸以及因此具有不同程度的摩擦和滑动性能的不同芯块类型，将特别高程度地发生上述问题。

因此，本发明的任务是提供一种上述类型的隔离设备以及相关方法，通过所述设备和方法，可以特别可靠和无中断地隔离成组进给的物体，同时以高处理速度隔离。

关于根据本发明的设备，该任务的解决是因为压力气体驱动式分离装置设置在位于进给装置与输出装置之间的移送区中，在设备操作过程中，进给的物体在压力气体驱动式分离装置中由目的性压力气体脉冲彼此分离，以逐个地移送到输出装置。

优选地，进给装置和输出装置都各自包括传送带。

因此，物体的分离和它们从一个传送带到另一个传送带的移送有利地以纯气动方式实现，即无直接的机械互相作用。令人惊讶的是，特别是当用持续时间相对较短的压力气体脉冲充入分离装置时，可以实现特别可靠的隔离，而没有过多的紊流或漩涡发生。以此方式，特别是在处理核燃料芯块时，避免了放射性尘埃从芯块表面分离并旋转，然后被带入到周围大气中。

在有利的实施方式中，分离装置通过压力气体管线连接至压力气源，在压力气体管线中设置有借助于同步装置与位于进给传送带上的物体的运动同步的阀。

有利地，压力气体是压缩空气，压缩空气借助于压缩机引入必需的操作压力。如果需要的话，可以提供将压缩空气置于压缩空气储压器或罐中的中间存储。但是，替代地，也可以使用其他加压气体，除非它们以不希望的方式与待隔离的物体发生化学反应。

在另一有利实施方式中，分离装置包括输送管，在设备操作过程中，待隔离的物体通过所述输送管，并且所述输送管包括形成在管壁中并连接至压力气体管线的许多压力气体分布槽。便利地，输送管的内部横截面的形状和尺寸适于待隔离的物体，以便一方面，待隔离的物体可以以无相当大摩擦阻力的方式滑动通过输送管，而另一方面，每个物体的外侧与输送管的内壁之间不存在相当大的间隙。这意味着，待隔离的物体基本以气密性方式密封输送管。通过压力气体分布槽施加的压力气垫，使各个物体加速，像枪管中的发射一样，并将物体射出输送管。

有利地，压力气体分布槽设置在输送管的端部区中，所述端部区面向输出传送带。便利地，它们设置并尺寸形成为，使得施加的压力气体脉冲总是沿输送方向仅加速所进给的堆的沿输送方向位于最前面的物体，从而将最前面的物体从所述堆分离。

有利地，设置在压力气体管线中的阀是高速电磁阀，通过所述高速电磁阀，可以实现持续时间在1ms与50ms之间范围内的压力气体脉冲。如前面所述，以此方式，已经可以用例如0.4巴或更大一点的相对低的气体压力，实现相应的最前面的物体与所述堆的其余部分的可靠分离，而没有以放射性尘埃或类似物污染压力气体或周围大气的风险。

当其余的堆与单独的物体相比具有相对较大的质量，并且此外被用一定的力连续推入输送管中时，可以忽略作用在所插入的堆上的任何反冲效应。

在有利实施方式中，同步装置包括挡光板，只要进给到输送管或位于输送管内的物体到达或通过相应的位置，所述挡光板的光路就被上述进给到输送管或定位在输送管中的物体中断。这触发电信号，所述电信号在相关的控制单元中转换成用于打开设置在压力气体管线中的阀的打开信号，以便以此方式启动分离装置中希望的压力脉冲。在有利改进中，打开信号根据需要而延迟，并且仅在输出传送带上的推动销的位置被检测为正确之后才传输到阀。优选地，挡光板设置在输送管的面向输出传送带的端部区中，并且优选地，沿输送方向看，位于压力气体分布槽后的短距离处，以便相应的物体在从输送管离开之前的短时内中断挡光板。然后，上述相应的物体必须被以此方式触发的压力脉冲输送通过在仅输送管内直到其全部射出之间的相对短距离。

如上所述，在优选改进中可以如下设置，即在控制单元中实施的用于阀控制的控制或调节算法，还考虑进固定在输出传送带上的推动销的瞬时位置。为此目的，同步装置有利地包括检测推动销的瞬时位置的位置检测器，例如第二挡光板。

关于上述方法，上述任务是通过推动一堆物体通过输送管来解决的，所述输送管包括连接至压力气体管线并形成在管壁中的许多压力气体分布槽，通过用压力气体脉冲充入压力气体分布槽，使单独的物体加速并因此与所述堆分离。

就此而言，特别有利的是，如果进给的堆被连续推入输送管中，并且如果至少大致以周期时间间隔施加压力气体脉冲，那么实现物体的准连续隔离。但是，通常，不给出精确的周期。而是，进给传送带的循环速度的控制单元和借助于用于检测燃料芯块和推动销位置的传感器的高速阀的打开来确保，一方面避免双分离，并且另一方面还避免所谓的零分离，在所谓的零分离中，推动销之间的间隔因为没有足够快速“供应”的燃料芯块，仍是空置的。

用本发明实现的优点特别在于：在隔离设备中，通过用压力气体脉冲为成堆进给的物体、特别是用于核电厂的核燃料芯块有目的性地充气，可以实现对各堆的可靠和无中断的隔离，而无需借助于任何夹持器、捕获器或操纵工具进行的任何互相机械作用。通过适当选定的压力气体进给装置的几何形状并通过对压力脉冲的简单定时，可以几乎完全排除零分离或双分离的风险，甚至在高输送速度和相应高生产率时也是如此。无方向上的不连续变化的线性运动过程，防止了物体定向的不希望变化，例如，从躺卧变成竖直的定向(相对于相应的传送带)。通过以超出周围大气的较小的超压施加相对短的压力脉冲，避免了从相应物体分离的污染物或放射性活动污染周围大气。此外，隔离过程对材料来说极其轻柔的，这在处理来自压缩核燃料的相对敏感的燃料芯块时是特别有利的。

通过附图详细解释本发明的示例性实施方式，其中：

图1是用于核燃料芯块的隔离设备的示意性侧视图，

图2以更详细地并从一个角度观察所得的更形象化的立体俯视图来示出根据图1的隔离设备，

图3示出图2的一个细节，即气动分离装置，以及

图4示出图3的一个细节，即用于燃料芯块的输送管，在此所示的输送管与图3相比，不具有封闭壳体。

在所有图中，相同参考标号表示同一部件。

图1和图2中所示的隔离设备2用于隔离以粘在一起的柱或堆4的形式成组进给的燃料芯块6，燃料芯块6由诸如二氧化铀的压缩的核燃料制成。每个单独的燃料芯块6具有大体上圆柱形的形状(平均直径例如是9mm，长度例如是11mm)，以便由燃料芯块6形成堆4，在堆4中，若干个燃料芯块6沿它们的对称轴线一个接一个地排列，它们的端面8彼此邻接。在根据图1和图2的隔离设备2中，这样的堆4在循环进给传送带10上以卧式姿势沿输送方向12进给到隔离区14，确切地说，侧向导轨16防止相应的堆4滚动到侧面。进给传送带10在至少两个转向带轮上引导，但是，在图1和图2中仅一个转向带轮可见(参考标号18)。转向带轮中的至少一个与驱动单元相连，并因此用作驱动滚轮。借助于将在下面更详细描述的控制单元20，可调节可变输送速度，所述可变输送速度典型地在v₁＝100mm/s的平均值附近变化。以此，可以实现每秒大约10个燃料芯块6进给到隔离区14的生产率。燃料芯块6直接躺卧在进给传送带10的输送表面22上，并且借助于静态摩擦运送。

确切地说，成堆进给的燃料芯块6的分离是在分离装置24中实现的，分离装置24在图1中仅以示意方式示出，并将在下面更详细描述。之后，将借助于输出传送带26带走彼此分离的燃料芯块6。像进给传送带10一样，输出传送带26设计为在至少两个转向带轮上引导并由未详细示出的驱动装置驱动(在此，仅一个转向带轮28可见)的传送带。设置例如v₂＝300mm/s的恒定输送速度，因此所述恒定输送速度高达进给传送带10的典型输送速度的大约3倍。

与进给传送带10相比，输出传送带26包括推动销30，推动销30以规则的间距安装在循环带上。推动销30安装在带上的方式为，它们总是从(外部)带的表面垂直突伸出，甚至在转向带轮28的区域中也是如此。两个连续推动销之间的(恒定)距离例如是I＝15mm或I＝30mm。与进给传送带10相比，燃料芯块6在由输出传送带26输送时，不与带表面32直接接触。而是，它们例如搁置在两个圆柱形滑轨34上，圆柱形滑轨34设置在输出传送带26上方并平行于输出传送带26对齐。两个滑轨34彼此平行，并且间隔的距离为，一方面，已隔离的燃料芯块6以卧式姿势在滑轨34上滑动而不从间隙掉落，另一方面，推动销30不受阻碍地穿过上述滑轨34之间的间隙突伸出，以推动燃料芯块6。由于滑轨34的形状，滑轨34还提供侧面支撑。

进给传送带10、分离装置24、输出传送带26以及滑轨34的配置和对齐选定为，使燃料芯块6在设备操作过程中在输送方向12上沿直的、水平轨迹36移动。这意味着，进给传送带10和输出传送带26沿共同的纵向方向一前一后地设置，并以相同方式对齐。由于燃料芯块6在设置在分离装置24的输出侧上的滑轨34上的引导，故输出传送带26定位得比进给传送带10深一些。

在两个传送带10与26之间，即更确切地说，在彼此面对的具有转向带轮18与28的多个端部区之间，存在下文中也称为隔离区14或移送区38的空间，分离装置24设置在隔离区14或移送区38处。在设备操作过程中，进给传送带10将躺卧着的燃料芯块6形成的堆4输送到设置在移送区38内的分离装置24中。在分离装置24中，堆4被连续地分离。然后，已隔离的燃料芯块6被分离装置24在另一侧上排出，并逐个地移送到输出传送带26，由此，绕着转向带轮28运转的推动销30从下面突伸进先前在滑轨34上滑动的燃料芯块6之间所产生的间隔中，并沿输送方向12向前推动燃料芯块6。这同时阻止已隔离的燃料芯块6再次以不希望的方式彼此接近。

对于燃料芯块6甚至在高生产率下的特别可靠和无中断的分离而言，在图3中以放大比例示出的分离装置24基于气动作用原理。分离装置24的中心元件是图4中单独示出的——无围绕壳体块40——的输送管42，输送管42在其安装位置平行于输送方向12定向。输送管42包括位于由硬化钢或工程陶瓷制成的长方体44内的圆筒形通道46，在设备操作过程中由进给传送带10进给的燃料芯块6被推动通过圆筒形通道46。通道46的直径比燃料芯块6的直径稍大，以使这些燃料芯块6可以几乎无摩擦并无“卡住”的风险的方式被推动通过，但是，尽管如此，当燃料芯块6插入时，仍实现对通道46的很大程度上的气密性封闭或密封。在入口侧48，通道46可以漏斗形的方式扩张，以确保燃料芯块6容易、自定中心地插入。在当前示例性实施方式中，输送管42的长度为，使得输送管42能够接收至少两个燃料芯块6，甚至三个燃料芯块6。

根据图4的输送管42在面向出口侧50的端部区中包括形成在管壁52中的许多有利地成槽形的压力气体分布开口或压力气体分布槽54，压力气体分布开口或压力气体分布槽54可以通过与壳体块40结合在一起的压力气体管线充入压力气体。在图3中，仅管线部分的连接部件56可见，连接部件56结合在壳体块40中，并如果需要的话，包括许多通到压力气体分布槽54的分支。在根据图1和图2的隔离设备中，外部压力气体管线58(仅在图1中示出)连接至连接部件56，所述压力气体管线58转而与压力气体存储器60相连，在当前示例性实施方式中与压缩空气存储器相连。在压力气体存储器60中，存储气体，在当前情况下存储加压到例如0.5巴的压缩空气。为此目的，周围大气被吸入，被在此未示出的压缩机压缩，并且送入到用于中间存储的压力气体存储器60中。

为了控制从压力气体存储器60到压力气体分布槽54的压力气体流动，由螺线管致动并设计为高压电磁阀的阀62插入到位于压力气体存储器60与压力气体分布槽54之间的压力气体管线58中。当适当选择时，以另外方式完全封闭的阀62暂时地接通流动通道，以使压力气体分布槽54以及因此在输送管42内被引导的燃料芯块6充入短压力脉冲。通过压力气体分布槽54的适当配置和形成尺寸、以及适当选择的定时(充气时刻和持续时间)和压力脉冲的压力，实现对燃料芯块6的加速，加速的所述燃料芯块6与其余堆相比重量相对较轻，并可在输送管42的沿输送方向12的前部出口侧端部处沿输送方向12自由移动，即，可朝向输出传送带26自由移动。

这意味着，位于在输送管42内的堆4的端部处的燃料芯块6，可以说，通过穿过压力气体分布槽54进入到输送管42中的压力气体的膨胀趋势，而射到输送管42外，并射到滑轨34上，从而放置在以比进给传送带10更高速度循环的输出传送带26的推动销30之间。以此方式，实现所希望的隔离一个燃料芯块6，每个燃料芯块6位于两个连续推动销30之间。当堆4在进给传送带上被连续向前推动，并且输出传送带26也连续循环时，尽管各个压力脉冲有不连续的特性，但也以准连续方式实现整个隔离过程。

压力气体分布槽54的精确位置和尺寸可以变化；但是，应该有利地确保，沿输送方向12看，仅堆4的最前面的燃料芯块6加速。

位于各燃料芯块6的前端面和/或后端面8的边缘区中的燃料芯块6中的周缘槽口或切角，便利于压力气体初始时穿入最前面的燃料芯块6与后一燃料芯块6之间的缝隙或间隙内。这特别有助于在燃料芯块6第一阶段时的分离。

为了检测进给的燃料芯块6的当前位置，在根据图1和图2的隔离设备2中设置挡光板64。在当前示例性实施方式中，挡光板64设置为，使得沿输送方向12看，一旦推入到输送管42中的堆4的最前面的燃料芯块6的前端面8到达输送管42的出口开口66，挡光板64的光束就被中断。但是，如果需要的话，也可以以不同方式选择光束的精确定位。为了简要起见，在图2和图3中未绘出挡光板64的光源(发射器)和光传感器(接收器)、以及如果需要的话在反射挡光板的情况下存在的反射镜。但是，可见在壳体块40中的圆筒形凹口68，挡光板64的光束被引导通过圆筒形凹口68。

如在根据图1的示意性图示中可见的，挡光板64的传感器通过信号线70与电子控制单元20的信号输入端72相连。控制单元20根据先前固定的控制算法处理该输入信号、以及可能还有其他传感器的输入信号，并通过连接至信号输出端74的控制信号线76发射合适控制信号到设置在压力气体管线58中的阀62的致动单元。其他输入信号，可能考虑用于阀62的选择的其他输入信号，可以例如来自在此未示出的用于对输出传送带26上的推动销30进行位置检测的传感器。此外，可以设置借助于上述的、以及有可能的其他输入量，来控制进给传送带10的循环速度v₁和/或输出传送带26的循环速度v₂。为此目的，控制单元20通过其信号输出端74并通过连接至信号输出端74的控制信号线78作用于相应传送带10、26的驱动单元，所述驱动单元在此未详细示出。

例如在图3中可见的，由支撑件80支撑的分离装置24的壳体块有利地包括接收输送管42的下部82以及以可拆卸的方式与所述下部相连的上部84。当移除上部84时，可以容易地从下部82取出输送管42，并且，如果需要的话，例如要处理其他尺寸的燃料芯块6，那么更换为例如具有另一直径的通道46的输送管42。

如在图2中可见的，钢板86或类似物可设置在分离装置24的出口侧50上，从而防止射出输送管42的燃料芯块6通过不正确定位的推动销30而被错误地向上推出导轨。

以上关联核燃料芯块6的制造和检测描述了本发明，但是本发明不限于该应用领域。相反，也可想象到在其他工业生产过程中的其他应用可能性，在这些应用中，成堆进给的优选圆柱形物体的可靠分离是重要的。因此，如果需要的话，通过调节输送管42的通道46，将可以隔离甚至具有非圆柱形截面的物体。

参考标号列表

Claims (12)

1.用于隔离成堆进给的核燃料芯块(6)的隔离设备(2)，所述隔离设备(2)具有进给装置(10)并具有输出装置(26)，

其特征在于，

在位于所述进给装置(10)与所述输出装置(26)之间的移送区(38)中，设置有由压力气体驱动的分离装置(24)，在所述设备操作过程中，进给的物体在所述分离装置(24)中由目的性压力气体脉冲彼此分离，以便逐个地移送到所述输出装置(26)。

2.根据权利要求1所述的隔离设备(2)，所述隔离设备(2)的分离装置(24)通过压力气体管线(58)连接至压力气源，在所述压力气体管线(58)中设置有借助于同步装置与位于所述进给装置(10)上的物体的运动同步的阀(62)。

3.根据权利要求2所述的隔离设备(2)，所述分离装置(24)包括输送管(42)，在所述设备操作过程中待被隔离的物体通过所述输送管(42)，并且所述输送管(42)包括形成在管壁(52)中并连接至所述压力气体管线(58)的许多压力气体分布槽(54)。

4.根据权利要求3所述的隔离设备(2)，所述压力气体分布槽(54)设置在所述输送管(42)的端部区中，所述端部区面向所述输出装置(26)。

5.根据权利要求3所述的隔离设备(2)，所述压力气体分布槽(54)设置并尺寸形成为，使得施加的压力气体脉冲总是沿输送方向(12)仅加速所进给的堆的沿输送方向(12)位于最前面的物体，从而将所述最前面的物体从所述堆分离。

6.根据权利要求2至5中任一项所述的隔离设备(2)，所述阀(62)是高速电磁阀，通过所述高速电磁阀，能实现持续时间在1ms与50ms之间范围内的压力气体脉冲。

7.根据权利要求3至5中任一项所述的隔离设备(2)，所述同步装置包括挡光板(64)，所述挡光板(64)的光路在所述设备操作过程中被从所述输送管(42)的输出侧上出来的物体中断。

8.根据权利要求2至5中任一项所述的隔离设备(2)，所述进给装置(10)包括进给传送带，所述输出装置(26)包括输出传送带。

9.根据权利要求8所述的隔离设备(2)，所述输出传送带包括多个以彼此规则间隔的方式设置的推动销(30)，在所述设备操作过程中，已隔离的物体放置在所述多个推动销(30)之间。

10.根据权利要求9所述的隔离设备(2)，所述同步装置包括检测所述推动销(30)的瞬时位置的位置检测器。

11.用于隔离成堆进给的核燃料芯块(6)的方法，其中，将一堆物体推动通过输送管(42)，所述输送管(42)包括连接至压力气体管线(58)并形成在管壁(52)中的许多压力气体分布槽(54)，通过用压力气体脉冲充入所述压力气体分布槽(54)使单独的物体加速并因此与进给的堆分离。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，将进给的堆连续推入所述输送管(42)中，并且其中，至少大致以周期时间间隔施加压力气体脉冲，从而实现对物体的准连续隔离。