CN106601315B - 一种燃料棒全自动氦检漏装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种燃料棒全自动氦检漏装置，包括上料装置、运输小车、检漏容器及下料装置，所述运输小车设置在检漏容器的开口侧、用于向检漏容器输送待检测的燃料棒；上料装置设置在运输小车的一侧、用于接收从上工序来的燃料棒并将该燃料棒传输至运输小车上；下料装置设置在运输小车的另一侧、用于将检测完成的燃料棒从运输小车上卸下并输送到下一工序。本发明的检漏装置，可在核燃料元件生产线中成批次地检测燃料棒的密封性，将氦检漏工序与生产线前后工序衔接，实现了氦检漏装置从上料、检漏到下料整个流程的自动化操作，有效解决原氦检漏过程中存在的人工离线检测、生产效率低等问题，提高了生产效率和经济效益；结构简单、安全可靠。

Description

一种燃料棒全自动氦检漏装置

技术领域

本发明属于核工业技术领域，具体涉及一种燃料棒全自动氦检漏装置，用于燃料棒的氦检漏。

背景技术

随着“十二五”以来核电事业的发展，我国对核燃料元件产能的需求不断增加。为了迅速提升我国的核燃料元件产能和生产效率，提升核电技术水平，通过引进和自主创新，我国核燃料元件生产线技术水平较以往有了很大的提高。

氦检漏技术作为高可靠性和灵敏度最高的无损检漏技术手段之一，取得了长足的进步，在电子、飞机制造、航天、核技术等领域得到了越来越广泛的应用。燃料棒由包壳管、端塞及封闭在其内的UO₂芯块、贮气腔压紧弹簧组成，并在其内的自由冷空间预充一定压力的氦气，氦气泄漏小于规定的漏率才合格，才能用于组件的制造。燃料棒氦检漏是燃料棒生产过程中的最后一个无损检测环节，用于检测燃料棒的整体密封性，是关系到燃料棒质量及最终入堆安全的关键环节。

目前，国内使用的用于AFA3G及AFA3GLE燃料棒的氦检漏装置，采用人工离线方式，存在不能与燃料棒生产线其它工序衔接，劳动强度大、人工上下料存在一定的安全风险、准备工作较复杂且时间长、系统单循环时间长、检漏容器结构较复杂且空间利用率低、控制繁琐容易出错、数据不能实时准确归集等缺点。从提高生产效率、提高生产经济效益、减少人员操作强度等多方面考虑，需要研制一种自动化程度高、能够在线检测的燃料棒氦检漏装置，以满足可靠、连续、自动化生产的要求。

发明内容

针对现有氦检漏装置中存在的问题，本发明提供一种燃料棒全自动氦检漏装置，可在核燃料元件生产线中成批次地检测燃料棒的密封性，将氦检漏工序与与生产线前后工序衔接，实现了氦检漏装置从上料、检漏到下料整个流程的自动化操作，有效解决氦检漏过程中存在的人工离线检测、生产效率低等问题，提高了生产效率和经济效益，满足可靠、连续、自动化生产的要求。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：提供一种燃料棒全自动氦检漏装置，包括上料装置、运输小车、检漏容器及下料装置，所述运输小车设置在检漏容器的开口侧、用于向检漏容器输送待检测的燃料棒；上料装置设置在运输小车的一侧、用于接收从上工序来的燃料棒并将该燃料棒传输至运输小车上；下料装置设置在运输小车的另一侧、用于将检测完成的燃料棒从运输小车上卸下并输送到下一工序。

进一步，所述上料装置包括上料支架、倾斜的设置在上料支架上作为燃料棒滚动路径的上料导轨、设置在上料导轨上作为燃料棒从上料装置滚动到运输小车时起桥接作用的平移机构、设置在上料导轨上用于将燃料棒暂存于上料装置的挡料机构、设置在上料支架上用于将运输小车推到指定位置的平推机构及设置在上料支架上用于将上工序来的燃料棒进行输送的上料拨料机构、设置在上料支架上用于将燃料棒推至指定位置的推齐机构和用于读取燃料棒条码的条码扫描仪。

进一步，所述上料拨料机构包括第一拨片，该第一拨片通过摆动动作或升降动作能够将上工序来的燃料棒输送至读码工位，同时将读码后的燃料棒输送至上料暂存区，第一拨片的端部具有弧度，能同时对两根燃料棒进行操作。

进一步，所述运输小车包括车架及设置在车架尾部的拉杆，所述拉杆与运输小车的驱动装置对接，用于驱动运输小车运行。

进一步，所述车架上设有燃料棒的支撑杆，该支撑杆具有一定倾斜角度，支撑杆低端设有防止燃料棒掉落的挡板。

进一步，所述检漏容器包括壳体，所述壳体一端通过端盖密封，另一端通过自动密封门密封；壳体上设有抽气口、真空测量口、标准漏孔接口、放气口；抽气口与抽真空系统连接，用于使检漏容器内产生真空环境；真空测量口与真空测量装置连接，用于对检漏容器内的真空度进行测量；标准漏孔接口，用于连接标准漏孔对氦质谱检漏仪进行标定。

进一步，所述自动密封门包括盖板装置及用于驱动盖板装置做升降运动的驱动装置；所述盖板装置包括箱型盖板，盖板箱体内设有能够沿盖板四周做水平运动的压板，所述盖板装置还包括导向轴，该导向轴头部穿过盖板与压板连接，尾部设有调节螺母；所述导向轴上设有复位弹簧。

进一步，所述下料装置包括下料支架、设置在下料支架上的倾斜式下料导轨及用于将检测完成的燃料棒托起并置于下料导轨上的下料拨料机构。

进一步，所述下料拨料机构包括第二拨片，该第二拨片通过摆动动作或升降动作将检测完的燃料棒托起并置于下料导轨上，第二拨片的端部具有弧度。

进一步，所述检漏装置还包括控制系统，该控制系统分别与上料装置、运输小车、检漏容器及下料装置相连接，用于控制上料装置、运输小车、检漏容器及下料装置的自动化操作，并记录、统计生产检测数据，建立燃料棒氦检漏检测数据库，实现了检测质量的可追溯性。

本发明的有益技术效果在于：

(1)本发明通过设置检漏容器、上料装置、运输小车及下料装置，检漏容器、上料装置、运输小车及下料装置均通过控制系统控制，从而实现了分料、读码、上料、转运、检漏、下料整个流程的自动化操作，将氦检漏工序与与生产线前后工序衔接，满足了生产线现代化、流水化、自动化生产的需要，提高了生产效率和经济效益，减少操作人员的劳动强度；

(2)本发明将上料装置和下料装置中的支板、导轨以及运输小车支撑杆采用倾斜式设置，从而使燃料棒在不同工位之间的输送依靠其自身的重力就能够实现，无需提供动力源；结构简单，安全可靠；

(3本发明适用范围广；只需对装置尺寸做适应性调整，即可适应不同尺寸规格燃料棒氦检漏的需要。

附图说明

图1是本发明检漏装置的结构示意图；

图2是图1中上料装置的结构示意图；

图2a是图2中沿A-A的剖视图，即拨料机构一种实施方式的结构示意图；

图2b是图2中拨料机构另一种实施方式结构示意图；

图3是图1中运输小车的结构示意图；

图3a图3中沿B-B的剖视图；

图4是图1中驱动装置的结构示意图；

图5是图1中检漏容器的结构示意图；

图6是图1中下料装置的结构示意图；

图6a是图6中沿C-C的剖视图，即下料拨料机构一种实施方式的结构示意图；

图6b是下料拨料机构另一种实施方式的结构示意图。

图中：

1-上料装置 2-运输小车 3-驱动装置 4-检漏容器 5-下料装置

111-上料支架 112-上料导轨 113-平推机构 114-平移机构

115-传感器 116-挡料机构 117-上料拨料机构 118-推齐机构

119-条码扫描仪 120-拖轮 121-第一拨片 122-第一转轴

123-第一支板 124-第二支板 125-第三支板 126-第一气缸

211-导向轮 212-车架 213-转动轮 214-拉杆 215-支撑杆

216-挡板

311-支撑架 312-运行导轨 313-拉板 314-第二气缸 315-伺服

电机 316-电缸

411-容器支架 412-壳体 413-端盖 414-盖板 415-压板

416-夹紧气缸 417-导向轴 418-弹簧 419-密封垫片 420-第三气

缸 421-法兰 422-导向槽

511-下料支架 512-下料导轨 513-下料拨料机构 514-传感器

515-第二转轴 516-第二拨片 517-第四气缸

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

如图1所示，是本发明提供的燃料棒全自动氦检漏装置，该检漏装置包括上料装置1、运输小车2、驱动装置3、检漏容器4、下料装置5、真空系统及控制系统。运输小车2设置在检漏容器4的开口端、通过驱动装置3将燃料棒输送至检漏容器4内；上料装置1设置在运输小车2的一侧、用于接收从上工序来的燃料棒并将该燃料棒传输至运输小车2上；下料装置5设置在运输小车2的另一侧、用于将将检测完成的燃料棒从运输小车2上卸下并输送到下一工序；真空系统与检漏容器连接，能够实现检漏容器检测时所需的真空环境；标准漏孔接口用于连接标准漏孔对氦质谱检漏仪进行标定；控制系统分别与上料装置、运输小车、检漏容器及下料装置连接，实现整个流程的自动化控制，并记录、统计生产检测数据，建立燃料棒氦检漏检测数据库。

如图2所示，是本发明上料装置的结构示意图。上料装置1包括上料支架111及设置在上料支架111上的上料导轨112、平推机构113、上料拨料机构117、推齐机构118及条码扫描仪119。上料导轨112上设有平移机构114、传感器115、挡料机构116及拖轮120。

其中，上料导轨112、第一支板123、第二支板124、第三支板125采用倾斜式结构，是燃料棒的输送路径，依靠其自身重力滚动，无需提供动力源，简单便捷。另外，燃料棒滚动速度，可通过坡度大小进行调节。

平推机构113采用气缸驱动，能够将运输小车推至指定位置并将其姿态调整好。

平移机构114采用气缸驱动，能够作为燃料棒从上料装置滚动到运输小车时的桥接。

传感器115，用于检测燃料棒是否到达指定位置，其与控制系统连锁控制，能够对燃料棒计数。

挡料机构116采用气缸驱动，能够将燃料棒阻挡并暂存在上料装置上，避免燃料棒滑落。

推齐机构118采用气缸驱动，将燃料棒推至指定位置，以便于条码扫描仪读取燃料棒条形码。

上料拨料机构117包括穿设在上料支架上的第一转轴122及设置在第一转轴122上的第一拨片121，第一转轴122通过伺服电机或摆动气缸驱动实现往复摆动，第一拨片121能够随第一转轴122的摆动实现摆动动作，第一拨片121的摆动能够将上工序来的燃料棒输送至读码工位，同时将读码后的燃料棒输送至上料暂存区，从而完成上料工作。为了保证同时满足对两根燃料棒操作，第一拨片121的上表面设置成台阶面结构，上台阶面的端部设有用于阻挡燃料棒滚动的凸起，下台阶面的端部设成便于将燃料棒勾起的弧形结构。为了在上料的同时完成燃料棒条形码的读取工作，以便控制系统对检测的燃料棒进行检测质量跟踪，第一拨片121的结构与设置在上料导轨上的支板结构配合，支板结构包括第一支板123、第二支板124及第三支板125，第二支板124与第三支板125之间安装有拖轮120，拖轮120位置与条码扫描仪119的位置对应。工作时，第一拨片121下台阶面的端部抬起将第三支板125前端的燃料棒抬升，将燃料棒置于第三支板125顶部，燃料棒依靠自身重力沿第三支板125顶部滚动，落至拖轮120位置，条码扫描仪119读取条码，与此同时，第一拨片121的上台阶面将燃料棒从拖轮120处抬升，使燃料棒落在第二支板124顶部，燃料棒依靠自身重力沿第二支板124顶部滚动并经第一支板123输送至上料导轨上，完成上料，第一支板123、第二支板124、第三支板125上表面为倾斜式结构，如图2a所示。

本发明上料拨料机构117还可以采用另一种方式实现，即第一拨片121不采用摆动形式，改用升降形式，即在第一拨片121的下部设有第一气缸126，通过第一气缸驱动第一拨片121作升降运动，从而将第一拨片121抬起，使燃料棒落在支板顶部，依靠自身重力沿支板顶部滚动至上料导轨上，如图2b所示。

如图3所示，运输小车2包括车架212、设置在车架212上的导向轮211、转动轮213、支撑杆215及拉杆214。其中，导向轮211和转动轮213均采用轴承型式，对运输小车起导向和运行作用。支撑杆215设有一定的倾斜角度，便于燃料棒滚动。支撑杆215低端处设有挡板216，防止燃料棒从支撑杆215上滑落，如图3a所示。

如图4所示，驱动装置3设置在运输小车2的下方，用于将运输小车2运入、运出检漏容器。驱动装置3包括支撑架311、设置在支撑架311上的运行导轨312及设置在支撑架311上的驱动部件。该驱动部件包括拉板313，该拉板313一端设有第二气缸314，拉板313另一端与电缸316连接，伺服电机315驱动电缸316运动。第二气缸314与运输小车的拉杆214相对接，作为与运输小车的对接装置，从而能够将运输小车2运入、运出检测容器。其中，运行导轨312优选L形结构，起运行及导向作用。

如图5所示，检漏容器4设置在容器支架411上，是燃料棒的检漏场所。检漏容器4包括壳体412，壳体412一端设置端盖413，另一端设有自动密封门。该自动密封门包括盖板装置和驱动盖板装置做升降运动的驱动装置。

盖板装置包括盖板414，盖板414为箱型结构，盖板414内设有压板415，该压板415通过设置在盖板414上的夹紧气缸416的驱动能够在盖板414内沿四周做水平运动。夹紧气缸416采用膜片式夹紧气缸，与压板不作固定连接。

为了保证压板415运行的稳定性，盖板414上穿设有起导向作用的导向轴417，该导向轴417的头部与压板415焊接，尾部设有调节螺母。导向轴417上套有弹簧418。在密封门解除密封，夹紧气缸卸荷后，依靠弹簧拉力将压板415复位。弹簧拉力大小可通过弹簧直径、长度、压缩量进行调节。

为了减小压板415在运动时，其与盖板414之间的摩擦力和卡阻现象，在压板415的四周设置凸台，在盖板内底部设置板式滚柱链，当压板水平移动时，凸台沿盖板内壁和板式滚柱链运动。由此，可减少压板与盖板之间的摩擦力和阻力。为了保证自动密封门的密封性，在压板上设有密封垫片419。这样，在关闭密封门时，密封垫片与压板在夹紧气缸的驱动下，与检漏容器开口的法兰421面紧密配合，达到自动密封的目的，同时，检漏容器工作时，容器内外的压差对压板提供了额外的压紧力。

法兰421的另一侧面设有导向槽422，作为直线导轨安装的基础。驱动装置包括第三气缸420，第三气缸420的活塞杆通过固定在盖板底部的支座与盖板连接，第三气缸420缸体通过连接座与检漏容器支架连接。第三气缸具有夹紧机构，防止因供气系统突然断气后密封门在重力下自行下降。第三气缸驱动密封门沿直线导轨运行，实现密封门的打开与关闭。

本发明的自动密封门，当检漏容器开口需要关闭时，第三气缸带动盖板装置沿直线导轨向上运动至检漏容器开口，此时，夹紧气缸驱动压板和密封垫片在盖板内做水平运动，从而使夹紧气缸的夹紧力通过压板施加到检漏容器的法兰面上，实现密封关闭；当检漏容器开口需要打开时，夹紧气缸卸载，依靠弹簧回复力将压板和密封垫片复位，解除密封。密封门下降到位时，其顶部作为运输小车进出检漏容器的桥接，以便于运输小车进出检漏容器。

本发明检漏容器自动密封门，能够实现自动打开、关闭及密封，可用于燃料棒氦检漏装置检漏容器中，实现自动化操作，提高了工作效率和经济效益，降低了操作人员的劳动强度。

检漏容器4上还设有抽气口、真空测量口、标准漏孔接口、放气口。抽气口与抽真空系统连接，用于保证检漏容器内的真空环境；真空测量口与真空测量装置连接，用于对检漏容器内的真空度进行测量；标准漏孔接口用于连接标准漏孔对氦质谱检漏仪进行标定。当检漏容器内达到工作压力后，氦质谱检漏仪开始检漏工作，检漏完毕后，容器内压力恢复大气压，密封门打开后，驱动装置将运输小车从容器内拉出。

如图6所示，下料装置6包括下料支架511、设置在下料支架511上的下料导轨512及下料拨料机构513。下料导轨512上设有传感器514，检测燃料棒是否到达指定位置，其与控制系统连锁控制，能够对燃料棒计数。

下料导轨512采用倾斜式结构，是燃料棒输送路径，燃料棒可依靠自身重力在下料导轨上滚动。燃料棒滚动速度，可通过下料导轨的坡度进行调节。

下料拨料机构513包括第二转轴515及设置在第二转轴515上的第二拨片516。第二转轴515通过摆动气缸或伺服电机驱动实现往复运动，带动第二拨片516摆动，第二拨片516将运输小车上的燃料棒托起并置于下料导轨上，燃料棒依靠自身重力在下料导轨上滚动，完成下料操作。为了更好的对燃料棒进行操作，第二拨片516上表面设计成具有一定弧度的结构，如图6a所示。本发明为了实现下料操作，还可以采用下述方式，即第二拨片516下部设有第四气缸517，第四气缸517可驱动第二拨片516作升降运动，第二拨片上升将燃料棒抬起，使燃料棒落在下料导轨上，完成下料操作，如图6b所示。

真空系统为工艺过程提供所需的工作真空度，其包括抽气系统和真空测量系统。抽气系统选用罗茨泵组预抽低真空，分子泵抽高真空的模式；真空测量系统采用真空计测量容器真空度，氦质谱检漏仪对氦气进行检测。

控制系统包括可编程逻辑控制器、监控组态软件、执行元件、外部设备仪表等，实现上料—进料传输—真空抽气—真空检漏—判定检漏结果—出料传输—下料的整套控制流程，实现数据的采集、统计、状态的监控。

本发明燃料棒全自动氦检漏装置，可在核燃料元件生产线中对燃料棒中的氦气是否泄漏进行检测，其工作过程如下：

从上工序来的燃料棒，暂存于燃料棒暂存区，由上料装置依次逐根完成25根燃料棒分料，分料过程中由条码扫描仪读取每一根燃料棒条码号并传输至控制系统数据库中，依次逐根完成燃料棒分料和条码号的读取，在读码前，需要通过推齐机构对燃料棒的位置进行调整，以便能够准确读码。读完码的燃料棒输送至上料暂存区。需要上料时，挡料机构解除阻挡限制，燃料棒传输至运输小车上。

打开检漏容器自动密封门，启动驱动装置，驱动装置第二气缸伸出，通过拉板与运输小车对接，将运输小车运入检漏容器。关闭检漏容器自动密封门，开始检漏程序。

检漏完毕后，打开放气阀，容器压力升至大气压，打开检漏容器自动密封门。启动驱动装置，将运输小车从检漏容器中运出，关闭检漏容器自动密封门，由下料装置将燃料棒逐根从运输小车上卸下并输送到下一工序，完成一批次燃料棒的检漏。

本装置能够在线自动完成分料、读码、上料、转运、检漏、下料过程，实现一个完整的检漏工序，具有数据自动记录跟踪功能，实现了检测质量的可追溯性。

本发明的检漏装置主要用于AFA3G、AFA3GLE燃料棒的氦检漏，此外，通过对装置尺寸适应性的调整，也可以满足其他燃料棒的氦检漏。

本发明的燃料棒全自动氦检漏装置并不限于上述具体实施方式，本领域技术人员根据本发明的技术方案得出其他的实施方式，同样属于本发明的技术创新范围。

Claims (9)

1.一种燃料棒全自动氦检漏装置，包括上料装置(1)、运输小车(2)、检漏容器(4)及下料装置(5)，其特征是：所述运输小车(2)设置在检漏容器(4)的开口侧，用于向检漏容器(4)输送待检测的燃料棒；上料装置(1)设置在运输小车(2)的一侧，用于接收从上工序来的燃料棒并将该燃料棒传输至运输小车(2)上；下料装置(5)设置在运输小车(2)的另一侧，用于将检测完成的燃料棒从运输小车(2)上卸下并输送到下一工序；

所述上料装置(1)包括上料支架(111)、倾斜的设置在上料支架(111)上作为燃料棒滚动路径的上料导轨(112)、设置在上料导轨(112)上作为燃料棒从上料装置滚动到运输小车时起桥接作用的平移机构(114)、设置在上料导轨(112)上用于将燃料棒暂存于上料装置的挡料机构(116)、设置在上料支架(111)上用于将运输小车(2)推到指定位置的平推机构(113)及设置在上料支架(111)上用于将上工序来的燃料棒进行输送的上料拨料机构(117)、设置在上料支架(111)上用于将燃料棒推至指定位置的推齐机构(118)和用于读取燃料棒条码的条码扫描仪(119)。

2.如权利要求1所述的一种燃料棒全自动氦检漏装置，其特征是：所述上料拨料机构(117)包括第一拨片(121)，该第一拨片(121)通过摆动动作或升降动作能够将上工序来的燃料棒输送至读码工位，同时将读码后的燃料棒输送至上料暂存区，第一拨片(121)的端部具有弧度，能同时对两根燃料棒进行操作。

3.如权利要求1或2所述的一种燃料棒全自动氦检漏装置，其特征是：所述运输小车(2)包括车架(212)及设置在车架(212)尾部的拉杆(214)，所述拉杆(214)与运输小车(2)的驱动装置对接，用于驱动运输小车运行。

4.如权利要求3所述的一种燃料棒全自动氦检漏装置，其特征是：所述车架(212)上设有燃料棒的支撑杆(215)，该支撑杆(215)具有一定倾斜角度，支撑杆(215)低端设有防止燃料棒掉落的挡板(216)。

5.如权利要求4所述的一种燃料棒全自动氦检漏装置，其特征是：所述检漏容器包括壳体(412)，所述壳体(412)一端通过端盖(413)密封，另一端通过自动密封门密封；壳体(412)上设有抽气口、真空测量口、标准漏孔接口和放气口；抽气口与抽真空系统连接，用于使检漏容器内产生真空环境；真空测量口与真空测量装置连接，用于对检漏容器内的真空度进行测量；标准漏孔接口，用于连接标准漏孔对氦质谱检漏仪进行标定。

6.如权利要求5所述的一种燃料棒全自动氦检漏装置，其特征是：所述自动密封门包括盖板装置及用于驱动盖板装置做升降运动的驱动装置；所述盖板装置包括箱型盖板(414)，盖板(414)箱体内设有能够沿盖板四周做水平运动的压板(415)，所述盖板装置还包括导向轴(417)，该导向轴(417)头部穿过盖板(414)与压板(415)连接，尾部设有调节螺母；所述导向轴(417)上设有复位弹簧(418)。

7.如权利要求6所述的一种燃料棒全自动氦检漏装置，其特征是：所述下料装置(5)包括下料支架(511)、设置在下料支架(511)上的倾斜式的下料导轨(512)及用于将检测完成的燃料棒托起并置于下料导轨(512)上的下料拨料机构(513)。

8.如权利要求7所述的一种燃料棒全自动氦检漏装置，其特征是：所述下料拨料机构(513)包括第二拨片(516)，该第二拨片(516)通过摆动动作或升降动作将检测完的燃料棒托起并置于下料导轨(512)上，第二拨片(516)的端部具有弧度，顶部具有斜度。

9.如权利要求8所述的一种燃料棒全自动氦检漏装置，其特征是：所述检漏装置还包括控制系统，该控制系统分别与上料装置、运输小车、检漏容器及下料装置相连接，用于控制上料装置、运输小车、检漏容器及下料装置的自动化操作，并记录和统计检测数据，建立燃料棒氦检漏检测数据库，实现了检测质量的可追溯性。

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