CN106531260B - 一种燃料棒端塞压塞机及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃料棒端塞压塞机及使用方法，该装置包括基座、驱动系统和控制系统，固定机构、操作室、密封机构和推送机构均设于所述基座上，给排气机构连接于所述操作室，所述控制系统控制所述驱动系统带动所述推送机构和给排气机构；该装置的使用方法为在密封的操作室中抽真空及充气，并在充入惰性气体达到预定比例后直接进行压塞直至压紧。该装置能够提高燃料棒的密封效果，有利于密封检漏，操作更便利，降低混入其他空气成分的可能，有效推迟燃料棒中的芯块与包壳管的接触，提高燃料棒的性能和安全性；该使用方法有利于准确控制所充气体的容积比，简化了压塞的步骤，提高了燃料棒的性能及安全性，降低成本，提高生产效率。

Description

一种燃料棒端塞压塞机及使用方法

技术领域

本发明涉及一种核工业燃料领域，特别涉及一种燃料棒端塞压塞机及使用方法。

背景技术

在环境污染问题和能源危机问题越来越严重的背景下，作为新型清洁能源的核电能源必然会得到大力加速的发展。核燃料的形式通常为由铀混合物粉末烧结成的二氧化铀陶瓷芯块。瓷芯块为直径1厘米，高度1厘米的圆柱体。几百个芯块叠在一起装入直径1厘米，长度约4米，壁厚为1毫米左右的细长锆合金材料包壳管内，因为核裂变反应就像是在燃烧原子，因此称为燃料棒。

燃料棒制造工艺主要包括燃料芯块制备、包壳管准备和燃料棒装配，燃料棒装配时，包括装入芯块、抽真空充氦和压紧端塞，现有技术中，通常在装入芯块后，将端塞用压塞机压紧并焊接，再通过端塞上的细孔对包壳内抽真空及充氦气，最后再将细孔进行密封，采用上述方法装配燃料棒，容易造成密封不严，而燃料棒内的氦气容积比是影响燃料堆运行的关键因素，不满足要求的容积比将会影响燃料棒的性能及安全性，当密封出现失误时，再次充氦也难以确保燃料棒内的氦气容积比，并会额外增加检测步骤，导致成本增加，效率降低，并且影响燃料棒的性能，若因此混入其他空气中的气体成分，不仅会进一步影响燃料棒的性能，还会增加包壳的破损风险，影响燃料棒的焊接性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有燃料棒装配技术中，容易造成密封不严，要增加密封性的检测步骤，增加成本，效率低下等上述不足，提供一种燃料棒端塞的压塞机及使用方法，提高燃料棒的密封性，提高装配效率，简化装配步骤。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种燃料棒端塞压塞机，包括基座，还包括固定机构，设于所述基座上，用于固定燃料棒；操作室，设于所述基座上；密封机构，设于所述基座上，位于所述操作室一侧，所述燃料棒的压塞端穿过所述密封机构伸入所述操作室；推送机构，设于所述基座上，位于所述操作室相对所述密封机构的另一侧，用于将端塞压入所述燃料棒的压塞端，所述推送机构、密封机构适配所述操作室，并将所述操作室形成密闭腔体；给排气机构，连接于所述操作室，用于对所述操作室内抽真空或充惰性气体；驱动系统和控制系统，所述控制系统控制所述驱动系统带动所述推送机构和给排气机构。

采用本发明所述的一种燃料棒端塞压塞机，包括基座、驱动系统和控制系统，所述基座上设有固定机构、操作室、密封机构和推送机构，燃料棒的压塞端位于操作室中，另一端由所述固定机构进行固定，防止压塞过程中出现回退、倾斜，造成端塞无法压紧，所述密封机构，设于压塞端一侧，所述燃料棒的外形尺寸适配，保证所述操作室放入燃料棒后能够实现密封，所述推送机构适配所述操作室，能够使推送机构连接于所述操作室时形成密封，同时所述推送机构位于所述密封机构的对侧，即所述燃料棒压塞端的对侧，保证所述燃料棒的端塞与燃料棒的压塞端位于一条直线上，便于压塞，所述给排气机构连接于所述操作室，当所述密封机构与推送机构将所述操作室形成密闭腔体后，与所述操作室联通的所述燃料棒的棒体内也达到密封，所述给排气机构对所述操作室内，即所述燃料棒的内部进行抽真空和充惰性气体，所述控制系统控制所述驱动系统带动所述推送机构密封操作室，然后带动所述给排气机构抽真空及充气，最后带动所述推送机构压紧所述燃料棒的端塞，完成燃料棒的装配，采用本发明中的装置能够先将燃料棒的棒体内抽真空及充惰性气体后，再压紧燃料棒的端塞，简化燃料棒的装配步骤，提高燃料棒的密封效果，有利于密封检漏，并且在密封的操作室内抽真空及充气，操作更便利，降低混入其他空气成分的可能，有效推迟燃料棒中的芯块与包壳管的接触，避免燃料棒在先压塞后充气密封的情况下出现漏气，造成燃料棒的包壳管的外压失稳和蠕变坍塌，提高燃料棒的性能和安全性。

优选的，还包括光电安全装置 ，所述控制系统控制所述光电安全装置。

本发明的装置还包括光电安全装置，由所述控制系统控制，如燃料棒采用人工上料时，使光电安全装置发出的光幕被遮挡，装置发出遮光信号，控制系统控制具有潜在危险的机械设备停止工作，避免发生安全事故。

优选的，所述固定机构包括一个夹持部件，所述夹持部件用于夹紧所述燃料棒的棒体，所述控制系统控制所述驱动系统调节所述夹持部件的夹持力。

采用夹持部件作为固定机构，不仅能够固定所述燃料棒，避免其在压紧的过程滑动，影响压紧的效果，还能支撑所述燃料棒，避免因燃料棒过长在重力作用下下坠，致使包壳管发生变形影响密封效果，所述控制系统控制所述驱动系统调节所述夹持部件的夹持力，避免使燃料棒的包壳管发生变形。

优选的，所述操作室上设有进气口、观察窗、进料口和压塞口，所述进气口与给排气机构相连接，所述密封机构适配所述进料口，所述推送机构适配所述压塞口。

所述操作室上设有进气口、观察窗、进料口和压塞口，所述观察窗便于确定燃料棒的压塞端放入的位置，避免因放入的太深或太浅影响端塞压紧的效果，所述密封机构适配所述进料口，所述推送机构适配所述压塞口，所述进料口和压塞口处均设有密封圈，便于推送机构和密封机构及燃料棒对操作室进行密封，所述进气口与给排气机构相连接，对形成密闭空间的所述操作室进行抽真空和充气。

进一步优选的，所述推送机构包括活塞部件和滑动部件，所述活塞部件的活塞杆的端部套接一个套筒，所述滑动部件用于带动所述套筒密封所述压塞口。

所述推送机构包括活塞部件和滑动部件，燃料棒的端塞设置于所述活塞杆的端部上，所述活塞杆的端部套接一个套筒，所述套筒与所述活塞杆之间也设有密封圈，所述套筒适配所述压塞口，所述滑动部件带动所述套筒压紧所述压塞口，用于将压塞口密封便于抽真空及充气，待充气完成后，由所述活塞杆带动端塞压入压塞端，所述活塞杆上设有压力传感器，便于检测压塞力，确保所述端塞压紧。

进一步优选的，所述活塞杆上套接弹簧，所述弹簧位于所述滑动部件与套筒之间。

所述活塞杆上套接弹簧，所述弹簧位于所述滑动部件与套筒之间，设置弹簧便于确定所述套筒的推动情况，当所述弹簧产生压缩形变时，所述弹簧的一端接触所述滑动部件，另一端接触所述套筒，则此时所述套筒已压紧所述压塞口，停止所述滑动部件即能避免继续推动套筒而导致设备损伤，而压缩的所述弹簧能够使所述套筒持续压紧所述压塞口达到密封，所述滑动部件推动所述套筒致使所述弹簧刚开始发生形变的设置微动开关，即可实现滑动部件的自动停止。

优选的，所述给排气机构包括真空泵、充气部件和电磁阀。

所述给排气机构包括真空泵、充气部件和电磁阀，所述真空泵和充气部件各连接有一个所述电磁阀，当所述真空泵对所述操作室内抽真空时，关闭所述充气部件处的电磁阀，当所述充气部件对所述操作室内充惰性气体时，关闭所述真空泵处的电磁阀。

优选的，所述给排气机构还连有真空规和压力表。

所述真空规用于检测显示真空度，所述压力表用于检测显示充气的压力。

优选的，所述密封机构为压紧部件。

采用压紧部件作为密封机构，在放入燃料棒的压塞端后，用压紧部件不管能够便于密封，同时将所述燃料棒放入操作室的位置进行固定。

本发明还提供了一种燃料棒端塞压塞机的使用方法，包括使用如上述任一的一种燃料棒端塞压塞机，其使用方法包括以下步骤：

a、将所述燃料棒的压塞端穿过所述密封机构后放入所述操作室；

b、用所述密封机构密封所述燃料棒的压塞端；

c、用所述固定机构固定所述燃料棒；

d、将所述端塞放入所述推送机构并固定；

e、所述推送机构、密封机构适配所述操作室，并将所述操作室形成密闭腔体；

f、所述给排气机构将所述腔体抽真空；

g、所述给排气机构将所述腔体充入惰性气体；

h、所述推送机构将所述端塞压入所述燃料棒的压塞端，完成压塞。

由人工或机械先将所述燃料棒的压塞端穿过所述密封机构后放入所述操作室的合适位置，如中部，由所述密封机构配合所述燃料棒对所述操作室的该方向进行密封，所述固定机构将所述燃料棒固定，便于后续压塞步骤的完成，然后将端塞放入所述推送机构，所述控制系统控制驱动系统带动所述推送机构运动至所述操作室直至将其在该方向上实现密封，此时连接有所述给排气机构的所述操作室形成密闭腔体，然后由给排气机构对所述腔体抽真空到预定真空度后再充入预定比例的惰性气体，最后由所述推送机构将所述端塞压入所述燃料棒的压塞端，完成压塞过程，该方法在密封的操作室中抽真空及充气，并在充入惰性气体达到预定比例后直接进行压塞直至压紧，提高了燃料棒的密封效果，有效避免了混入其他空气成分，有利于准确控制所充气体的容积比，简化了压塞的步骤，提高了燃料棒的性能及安全性，降低成本，提高生产效率。

优选的，在所述步骤f和g中，若检测到所述腔体的真空度和惰性气体的容积比未达到设定要求，所述控制系统控制警报装置报警。

根据燃料棒的性能要求，未达到设定的真空度，则可能出现密封不严或残留有空气，将会影响充气的容积比和燃料棒的性能；若惰性气体的容积比未达到设定要求，同样会影响燃料棒的性能，甚至带来安全隐患，影响使用，当未达到上述要求时，警报系统出现报警，有利于提高燃料棒的装配质量，有效保障燃料棒的性能和安全性。

综上所述，与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、采用本发明所述的一种燃料棒端塞压塞机，能够先将燃料棒的棒体内抽真空及充惰性气体后，再压紧燃料棒的端塞，简化燃料棒的装配步骤，提高燃料棒的密封效果，有利于密封检漏，并且在密封的操作室内抽真空及充气，操作更便利，降低混入其他空气成分的可能，有效推迟燃料棒中的芯块与包壳管的接触，避免燃料棒在先压塞后充气密封的情况下出现漏气，造成燃料棒的包壳管的外压失稳和蠕变坍塌，提高燃料棒的性能和安全性。

2、采用本发明所述的一种燃料棒端塞压塞机，所述轨道次龙骨设于所述轨道主龙骨卡口中，使轨道主龙骨与轨道次龙骨之间连接更加稳定。

3、采用本发明所述的一种燃料棒端塞压塞机，设有光电安全装置，使具有潜在危险的机械设备停止工作，避免发生安全事故。

4、采用本发明所述的一种燃料棒端塞压塞机，能够固定并支撑燃料棒，且夹持力能够调节，避免包壳管变形影响密封效果。

5、采用本发明所述的一种燃料棒端塞压塞机，能够观察到压塞端伸入操作室的位置，便于调节。

6、采用本发明所述的一种燃料棒端塞压塞机，设置弹簧便于判断所述套筒的推动情况，有利于确定所述推送机构对所述操作室的密封情况。

7、采用本发明所述的一种燃料棒端塞压塞机，能够准确显示所述操作室，即所述燃料棒的真空度及惰性气体的容积比，有利于提高所述燃料棒的性能。

8、采用本发明所述的一种燃料棒端塞压塞机的使用方法，将操作室和所述燃料棒形成密闭腔体，然后在所述腔体中抽真空及充气，并在充入惰性气体达到预定比例后直接对燃料棒进行压塞直至压紧，提高了燃料棒的密封效果，有效避免了混入其他空气成分，有利于准确控制所充气体的容积比，简化了压塞的步骤，提高了燃料棒的性能及安全性，降低成本，提高生产效率。

9、采用本发明所述的一种燃料棒端塞压塞机的使用方法，设置报警系统，有利于提高燃料棒的装配质量，有效保障燃料棒的性能和安全性。

附图说明：

图1为本发明所述的一种燃料棒端塞压塞机的结构示意图 。

图2为本发明实施例1中的夹持部件的结构示意图 。

图3为本发明实施例1中的操作室、密封机构及推送机构的结构示意图。

图4为本发明实施例1中的操作室密封时的结构俯视图。

图5为本发明实施例1中的操作室及给排气机构的结构示意图。

图6为本发明实施例2中步骤一、二的结构剖视图。

图7为本发明实施例2中步骤三的结构示意图。

图8为本发明实施例2中步骤四的结构示意图。

图9为本发明实施例2中步骤五的结构示意图。

图10为本发明实施例2中步骤八的结构剖视图。

图中标记：101-燃料棒，102-端塞，1-基座，2-固定机构，21-夹持部件，3-操作室，31-进料口，32-压塞口，33-进气口，34-观察窗，4-密封机构，5-推送机构，51-活塞部件，511-活塞杆，512-套筒，513-弹簧，52-滑动部件，521-滑轨，6-给排气机构，61-真空泵，62-充气部件，63-真空规，64-压力表，65-电磁阀，7-光电安全装置，8-支撑轮。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

实施例1

如图1所示，一种燃料棒端塞压塞机，包括基座1、驱动系统和控制系统，固定机构2、操作室3、密封机构4和推送机构5均设于所述基座1上，给排气机构6连接于所述操作室3，所述控制系统控制所述驱动系统带动所述推送机构和给排气机构，所述固定机构2用于固定燃料棒101，所述基座1上还设有支撑轮8，用于支撑所述燃料棒101压塞端的另一端，避免其因为棒体太长而受重力下落造成包壳管损坏，所述密封机构4，位于所述操作室3一侧，所述燃料棒101的压塞端穿过所述密封机构4伸入所述操作室3，所述推送机构5位于所述密封机构4对侧，用于将端塞102压入所述燃料棒101的压塞端，所述推送机构5、密封机构4适配所述操作室3，并将所述操作室3形成密闭腔体，由所述给排气机构6对所述操作室3内抽真空或充惰性气体，所述给排气机构6的对侧设有光电安全装置7。

如图2，所述固定机构2包括一个夹持部件21，所述夹持部件21可以开合，并且夹持力可以调节，避免夹持不稳或损伤包壳管，所述夹持部件21靠近所述密封机构4设置，如图3，所述密封机构4为压紧部件，所述所述操作室3上设有观察窗34、进料口31和压塞口32，所述观察窗34能够看到所述燃料棒101的压塞端在所述操作室3中的位置，便于调整，所述进料口31和压塞口32处均设有密封圈，所述密封机构4与所述燃料棒101间设有密封圈，所述密封机构4适配所述进料口31，所述燃料棒101通过所述进料口31进入所述操作室3，由所述压紧部件压紧所述密封圈，并配合所述燃料棒101封堵进料口31，所述推送机构5适配所述压塞口32，所述推送机构5包括活塞部件51和滑动部件52，所述活塞部件51的活塞杆511的端部套接一个套筒512，所述活塞杆511与所述套筒512间也设有密封圈，所述活塞杆511上套接弹簧513，所述弹簧513位于所述滑动部件52与套筒512之间，所述滑动部件52用于带动所述套筒512密封所述压塞口32，当所述弹簧513产生压缩形变时，即所述弹簧513的一端接触所述滑动部件52，另一端接触所述套筒512，则此时所述套筒512已压紧所述压塞口32上的密封圈，所述活塞杆511的端部上放置有端塞102，所述端塞102通过所述压塞口32进入所述操作室，所述活塞杆511带动端塞102压入所述燃料棒101的压塞端，如图4-5，所述操作室3上还设有进气口33，所述给排气机构6连接于所述进气口33，所述进气口33连接有真空泵61、充气部件62、真空规63、压力表64和电磁阀65，通过电磁阀控制真空泵61和充气部件62对所述操作室3进行抽真空或充惰性气体。

实施例2

一种燃料棒端塞压塞机的使用方法，包括使用如实施例1中的一种燃料棒端塞压塞机，其使用方法包含以下步骤：

步骤一、将所述燃料棒101的压塞端穿过所述密封机构4后放入所述操作室3；

步骤二、用所述密封机构4密封所述燃料棒101的压塞端；

步骤三、用所述固定机构2固定所述燃料棒101；

步骤四、将所述端塞102放入所述推送机构5并固定；

步骤五、所述推送机构5、密封机构4适配所述操作室3，并将所述操作室3形成密闭腔体；

步骤六、所述给排气机构6将所述腔体抽真空；

步骤七、所述给排气机构6将所述腔体充入惰性气体；

步骤八、所述推送机构5将所述端塞102压入所述燃料棒101的压塞端，完成压塞。

如图6所示，将所述燃料棒101的压塞端穿过所述密封机构4通过所述进料口31伸入所述操作室3，所述密封机构4与所述燃料棒的外形尺寸适配，通过所述操作室3顶部的所述观察窗34确认压塞端的位置，使其尽量靠近所处操作室3的中部，然后将所述密封机构4压紧所述燃料棒101，使所述进料口31封闭，如图7，用所述固定机构2的夹持部件21夹持所述燃料棒101，避免其在压塞的过程发生回退、滑动，同时支撑棒体避免棒体下坠影响密封性或外观产生破损，如图8-9，将所述端塞102固定在所述活塞杆511的端部，所述端塞102对准压塞口32，所述滑动部件52带动所述套筒512压紧所述压塞口32，挤压所述压塞口32处的密封圈形成密封，所述滑动部件52与所述套筒512之间设有弹簧513，当所述套筒512压紧所述压塞口32时，所述滑动部件52继续前进，所述弹簧513产生形变，此时停止所述滑动部件52，避免压坏所述压塞口32或密封圈，而压缩的所述弹簧能够使所述套筒512持续压紧所述压塞口32，使所述压塞口32达到密封，即所述操作室3和燃料棒101内形成密闭腔体，然后如图5，关闭充气部件62处的电磁阀65，打开真空泵61处的电磁阀65，用所述真空泵61对所述操作室3内抽真空时，当真空规63检测达到预定的真空度时，关闭所述真空泵61处的电磁阀65，打开所述充气部件62处的电磁阀65，用所述充气部件对所述操作室内充入氦气时，当压力表64检测到所述操作室3的氦气达到预定的压力时，关闭所述充气部件62处的电磁阀65，此时所述燃料棒101的棒体内的氦气已达到预定压力，可以进行压塞，如图10，所述活塞杆511带动所述端塞102压入所述压塞端，直至压紧。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种燃料棒端塞压塞机，包括基座(1)，其特征在于，还包括：

固定机构(2)，设于所述基座(1)上，用于固定燃料棒(101)；

操作室(3)，设于所述基座(1)上；

密封机构(4)，设于所述基座(1)上，位于所述操作室(3)一侧，所述燃料棒(101)的压塞端穿过所述密封机构(4)伸入所述操作室(3)，所述；

推送机构(5)，设于所述基座(1)上，位于所述操作室(3)相对所述密封机构(4)的另一侧，用于将端塞(102)压入所述燃料棒(101)的压塞端，所述推送机构(5)、密封机构(4)适配所述操作室(3)，并将所述操作室(3)形成密闭腔体；

给排气机构(6)，连接于所述操作室(3)，用于对所述操作室(3)内抽真空或充惰性气体；

驱动系统和控制系统，所述控制系统控制所述驱动系统带动所述推送机构(5)和给排气机构(6)。

2.根据权利要求1所述的一种燃料棒端塞压塞机，其特征在于，还包括光电安全装置(7)，所述控制系统控制所述光电安全装置(7)。

3.根据权利要求1所述的一种燃料棒端塞压塞机，其特征在于，所述固定机构(2)包括一个夹持部件(21)，所述夹持部件(21)用于夹紧所述燃料棒(101)的棒体，所述控制系统控制所述驱动系统调节所述夹持部件(21)的夹持力。

4.根据权利要求1-3任一所述的一种燃料棒端塞压塞机，其特征在于，所述操作室(3)上设有进气口(33)、观察窗(34)、进料口(31)和压塞口(32)，所述进气口(33)与给排气机构(6)相连接，所述密封机构(4)适配所述进料口(31)，所述推送机构(5)适配所述压塞口(32)。

5.根据权利要求4所述的一种燃料棒端塞压塞机，其特征在于，所述推送机构(5)包括活塞部件(51)和滑动部件(52)，所述活塞部件(51)的活塞杆(511)的端部套接一个套筒(512)，所述滑动部件(52)用于带动所述套筒(512)密封所述压塞口(32)。

6.根据权利要求5所述的一种燃料棒端塞压塞机，其特征在于，所述活塞杆(511)上套接弹簧(513)，所述弹簧(513)位于所述滑动部件(52)与套筒(512)之间。

7.根据权利要求1-3任一所述的一种燃料棒端塞压塞机，其特征在于，所述给排气机构(6)包括真空泵(61)、充气部件(62)和电磁阀(65)。

8.根据权利要求1-3任一所述的一种燃料棒端塞压塞机，其特征在于，所述密封机构(4)为压紧部件。

9.一种燃料棒端塞压塞机的使用方法，其特征在于，包括使用如上述权利要求1-8任一所述的一种燃料棒端塞压塞机，其使用方法包括以下步骤：

a、将所述燃料棒(101)的压塞端穿过所述密封机构(4)后放入所述操作室(3)；

b、用所述密封机构(4)密封所述燃料棒(101)的压塞端；

c、用所述固定机构(2)固定所述燃料棒(101)；

d、将所述端塞(102)放入所述推送机构(5)并固定；

e、所述推送机构(5)、密封机构(4)适配所述操作室(3)，并将所述操作室(3)形成密闭腔体；

f、所述给排气机构(6)将所述腔体抽真空；

g、所述给排气机构(6)将所述腔体充入惰性气体；

h、所述推送机构(5)将所述端塞(102)压入所述燃料棒(101)的压塞端，完成压塞。

10.根据权利要求9所述的一种燃料棒端塞压塞机的使用方法，其特征在于，在所述步骤f和g中，若检测到所述腔体的真空度和惰性气体的容积比未达到设定要求，所述控制系统控制警报装置报警。