CN1089749A - 自动分类核燃料芯块的方法和装置 - Google Patents

Abstract

自动分类装置可将核燃料芯块分成合格的、可接 受的或废品燃料芯块。它包括：供给燃料芯块的站； 输入和定位转台，这个转台沿着一个轴在抓取部件处 于接收位置与它们处于传送位置之间旋转；检查转 台，它装有用于同时接收n个燃料芯块的装置，它在 一个位置与输出位置之间旋转；一个用于将放在检查 站上的n个燃料芯块同时进行光学检查的装置；一 个用于对燃料芯块按批料进行接收和分类的装置。

Description

本发明涉及圆柱形核燃料芯块的检查，旨在检测燃料棒上的表面缺陷。并根据这些圆柱形核燃料芯块所具有的缺陷的特性和严重性，将它们分成不同的类别。核燃料芯块通常具有一个氧化铀基，用于核反应堆的燃料棒中。

目前对核燃料芯块分类最常用的方法是：在不同的批燃料中，通过视力对这些燃料检查并通过人工对这些燃料分类，如对由合格的核燃料芯块组成的批料，由可用于燃料棒中的燃料芯块组成的批料（这些燃料棒安装在中子流量较小的核反应堆区域中），以及由不能使用并且要重新生产的核燃料芯块组成的批料进行人工检查和分类。

这种人工操作繁重而且速度慢。经过一段操作时间后操作员的疲劳可能会导致错误。最终会有污染的危险，特别是在核燃料芯块是重新处理生成的及/或是由含钚燃料生成时。

已经提出了各种不同类型核燃料芯块检查装置。特别是，文献FR-A-2，638，983描述了对核燃料芯块进行处理及外部检查的装置，该装置允许每个燃料芯块顺次地被带到该燃料芯块围绕其轴旋转的地方，从而允许顺次沿母线。这样的装置的实际检查方法并没有描述，似乎并不能取得高分类率。

本发明的目的是提供自动分类装置及方法，从而可获得高分类率并且可在完全自动方式下实施。

根据这个目的，本发明提出了如下方法：

-推出n个并行的燃料芯块串（n是大于1的整数）以便于将燃料芯块串的n个未端燃料芯块相邻地放入彼此纵向偏移的位置中。

-通过旋转的夹子同时抓n个末端燃料芯块从而使得燃料芯块对齐。

-n个对齐的燃料芯块同时传送到一个检查工作台上，然后该工作台被送到一个光学检查装置底下。

-燃料芯块同时加以旋转，从而可通过光学检查装置对其进行检查。

-由光学检查装置供给燃料芯块的光信号被处理。

-通过一组夹子的各个夹子，同时抓n个燃料芯块。

-以及夹有n个燃料芯块的各个夹子沿着一条通路移到一起，该通路使得这些夹子连续不断地传到至少一个接收标准燃料芯块的站上，在该站中，夹有合格的燃料芯块的夹子被打开。在另一个站中，不符合标准的燃料芯块被释放掉，处理过的信号控制着上述夹子的开启。

这里也提供了一个装置，它包括：

-用于释放和给出燃料芯块的站，它用于沿着平等于燃料芯块串方向的通路同时移动n串燃料芯块（n是大于1的整数），直到n个末端燃料芯块处于纵向偏移的接收位置。

-装设有用于在抓取位置时同时抓n个末端燃料芯块并且使得旋转的装置的输入和定位转台，从而使其互相对齐，上述转台围绕一个轴在一个位置（在该位置下，所说的抓取装置位于接收位置）与另一个位置（在该位置下燃料芯块位于传送站）之间旋转。

-装有用于同时接收n个燃料芯块并且同时使其旋转的装置的检查转台，该旋转台处于两个位置之间旋转，一个位置是接收装置处于传送位置时的位置，该位置位于一个站;另一个位置是输出位置。

-装有用于同时对放在检查站的n个燃料芯块进行检查的装置的光学检查装置，以及

-用于分别将燃料芯块送到输出位置并根据光学检查装置的测定对这些燃料芯块按批料分类的装置。通过阅读一个给出例子的特定实施，就能更好地理解本发明。

-图1是一个现实中可能遇到的具有缺陷的核燃料芯块的透视图;

-图2是根据特定实施例，用于自动对燃料芯块进行分类的装置元件的俯视图。

-图3是图2装置元件的正视图，为使情形更清楚，这些部件按流水线而不是按其实际相对布置表示出的。

-图4是燃料芯块向位于图2所示装置中的释放站处的传送带上传送的透视图。

-图5是图2所示装置中的传送带和释放站的平面图。

-图6是一个简化的，输入和定位转台及提供燃料芯块的传送带的部分平面图。

-图6A是一放大图形，表明由抓住装置带来的燃料芯块的定位的变化。

-图7是检查燃料芯块站的正视图。

-图8是检查燃料芯块站的部分平面图，在图7沿着箭头Ⅷ方向可见该部分。

-图9是图2装置中可能的输入和定位转台结构的平面图。

-图10是允许夹子开启和关闭的机械装置的正视图和垂直部分。

-图11是一个放大的，属于同时储放n个燃料芯块装置中的一个夹子的正视图。

-图12是图10中位于支架位置（实线）及获取燃料芯块位置（点划线）处的夹子的部分分正视图。

-图13是对燃料芯块分类的装置的部分结构的正视图，通过该装置，燃料芯块可形成合格的或可接受的燃料配料。

图1说明了当前使用于核反应堆中的燃料芯块类型10。合格的燃料芯块呈圆柱形，其外围是磨光的，并且其末端面有一个凹的中心槽以及（可能的话）一个圆槽30，图1表明了可能遇到的缺陷。举例来说，有一个小缺口12，一个裂缝14，一个凹痕16，一个金属杂质18，以及爪形裂纹19等缺陷。

将要说明的装置可对燃料芯块进行检查并可将燃料芯块分成几种类别，燃料芯块类别包括合格燃料芯块批料。可接受的燃料芯块批料以及不能使用的燃料芯块批料。通过例子来说明这种装置。

图2和图3所示装置中包括：

-一个释放及供给站20

-一个输入和定位转台22

-一个检查转台24

-一个光电装置26

-一个接收及分类装置，它有一个输出转台28，用于将燃料芯块分别放到接收标准燃料芯块的站30上，接收可接受的燃料芯块的站32上以及接收有缺陷燃料芯块的容器34中。

对于这些不同装置的说明，以顺序方式，首先是他的总的结构然后通过一个特定实施例来进行说明。

释放和供给站：

图2和图3中的释放和供给站包含了一个接收长方形架子38的工作台36，长方形架子38用于装载按串放置的燃料芯块，如装有25串，每串有40个的燃料芯块。装在该站的工作台可以使架子沿着前头f1方向顺次移动，从而每次把n串燃料芯块送到面对传送带40的位置上。图3中由安装了钉齿的的循环带形成的可移动装置使得n串燃料芯块可同时沿着前头f2方向被推向传送带。传送带用于将n串头上的n个燃料芯块送到接收位置。这些位置彼此之间有位移并且站着与箭头f2斜向对齐，也就是沿着燃料串斜向对齐。传送带是由一个驱动器抑制的（图中没有画出），该驱动器可使传送带的速度稍快于循环带42的速度，并且如果需要的话，能停止传送带运行，如，当n个燃料芯块占据接收位置时。当装满燃料芯块的架子替换空的架子时，传送带40作为过渡存储这允许不断地送给输入及定位转台。

图4图5表明通过将架子38作为波浪形或其他合适形状，就可将燃料芯块串存放在架子38合适的间隔中，传送带40上方提供了法兰44及导轮46以便将燃料串放在合适的间隔中。纵向位移的接收位置可由挡块48（图5）实际地给出。这些挡块48安装在一个单支座50上，允许燃料芯块的对齐方向与传送带方向之间的α角可调。

输入及定位转台22的功能是在接收位置同时抓住n个燃料芯块，使他们通过α角旋转，从而使其对齐（即将这些燃料从图6A中实线表示的位置传送到点划线表示的位置上），并将这些燃料芯块送到传送站上，在传送站，通过检查转台24将这些燃料放下。通过相对于传送带40横向偏移转台52轴可获得燃料芯块的同时旋转。用于在接收位置挡住燃料芯块的挡块位置是沿线54排列的，与轴52线交成直角。挡块挡住的燃料芯块可用夹子抓住，这将在后面说明。

为了允许高速运行，转台不是只包括1组n个夹子，而是包括4组，这4组夹子围着转台转轴彼此之间以90角分布，因此当另一组夹子位于站56用于向检查转台24传送时，允许一组夹子位于接收n个燃料芯块40的位置上。在图2所示情况下，传送站56放在相对于轴52的接收位置的对面，并提供了转台22以便当转台沿着箭头f3指定的方向旋转时，能接收4个连续有角度的位置。然后燃料芯块暂时处于一备用位置，这些燃料芯块相对于接收位置及传送和放置燃料芯块的站以90角间隔放置。

检查转台：

检查转台24的提供是用于同时接收n个对齐了的燃料芯块，然后这些燃料芯块通过输入转台22被送到传送站56。在图2所示的情况下，该转台本身也接受围绕轴58的四个带间度的位置（这些位置以90度角分隔开）。它最少装有4个检查工作台57，这些工作台也围绕着转台轴58以90度角分布。在转台连续90度角旋转时，每个工作台37连续地经过传送站56，一个检查站59，一个备用位置及一个输出位置60，形成了一个与输出转台28的接触面，输出转台28属于接收和分类装置。工作台57的提供是用于同时接收n个燃料芯块，这在以后会看到。

每个工作台57（图3和图7）包括一个倾斜台74，允许其沿着其倾斜方向前后运动，用于接收n个对齐的燃料芯块;工作台57还包括一个固定的条状物76，用于压住燃料芯块。可移动阶74是以这样方式形成：即其磨擦系数比固定条状物76上的磨擦系数要高。选择合适的移动台斜倾度以便使倾斜台74装载的燃料芯块10产生一致和准确的旋转过程，如以每秒一圈旋转。

对燃料芯块分别地接收和分类的装置

该装置的主要部件是输入转台28，输出转台28本身包含最少一组n个夹子（在特性情况下包含有分布一致的4组n个夹子，这种情况将在以后说明）。通过光学检查装置26在检查站59对燃料芯块进行检查，其检查的结果可单独地抑制同一组的n个夹子。在输出转台沿着箭头f4方向旋转时，每一组夹子连续地经过输出位置60，以其为开始，又经过：

-接收合格燃料芯块的站30，这里，夹存合格燃料块的夹子打开关将燃料芯块释放到传送带62上，然后传送带62将燃料芯块送到接收架子64上;

-从站32，传送带66将可接受的燃料芯块送到架子68上;

-容器34上方，这里剩余的夹子打开以便释放掉有缺陷及不能使用的燃料芯块。

可以提供不同类别个数及修改放置燃料芯块的次作为这些类别的功能。

光电装置

光电装置26宜采用关于“自动对圆柱形核燃料芯块进行分类的光学方法和装置”专利申请一文中所描述的那种装置，该专利申请与本专利申请同日提出。图7表示如此装置中的光学检查部件70，该部件放在检查站以便观察所有燃料芯块侧面的母线72。特别提供了可同时处理n＝12个燃料芯块的夹子组和工作台以及一个由四个单独传感器形成的光学检查部件70。每个传感器可探测3个燃料芯块。

传感器摄象的速率取决于燃料芯块的旋转速度，而该速度又被斜台74的运动速度所固定，并且燃料芯块的映象按母线逐个生成，每次宽度仅为百分之几这毫米。

斜台74的运动可通过电动机，齿轮链及放在箱盒71中的螺杆加以控制。

图8表示斜台的一部分，允许接收n＝12燃料芯块，这些燃料芯块彼间隔放置，以便于光学检查部件70甚至在燃料芯块没有凹痕时，也能最后检测出缺陷来。可移动台7载有一个钉齿124，其与传感器126配合，决定可移动台的移动。固定条状物76和可移动台74上分别有沟槽129和128，这些沟槽使得夹爪能无冲击地抓住和释放掉燃料芯块10。突出物131的装设为的是纵向持握料芯。

自动控制，信号处理及计算装置（图中未画）控制了所有机械的和光学的部件运行并且处理由光学检查部件70提供的测量信号。

如图3所示，为了保证各种燃料芯块的同步操作，提供了相同的驱动器80用于通过带有凹槽带82驱动这些燃料芯块。所有机械部分通过一个支座架84支承在地面之上。

上述每个部件都可以有不同的结构。现在将描述每个部件的一种结构，该结构已被表明有特殊的优势。

输入和供给转台22（图3和图9）包括一个台85，其装载夹子组。通过一个轴86驱动该台旋转，该台通过垂直导向柱88连接到轴86上。一个驱动器载体90通过升降器92固定在台85之上，升降器92是固定到支座架84上的。一个中心驱动器94将成达载体90与台85连接在一起，并可使台85降到较低抓取位置和一个较高位置，用于传送燃料芯块。分别提供了两侧的驱动器96a和96b，这两个驱动器用于国释放和供给站20内强迫夹子关闭及在传送站56上强迫夹子打开。

图9表示四组夹子中的三组夹子98，每组有n＝12个夹子，每组都有图10所示的通用结构。夹子具有一主体100，装有夹爪104的两个弹性叶片102固定在主体100上。夹子主体100安装在台85内从而能围绕其轴通过α角（图6A）旋转，夹子主体是中空的并包含一个控制芯子105，该控制芯子105可在上下两个位置之间移动，在弹簧叶片102作用下，当控制芯子105移到下面时，强迫夹爪104打开，当控制芯子105移到上面时，允许夹爪关闭（图12）。

这些装置的提供是用于使同组的所有夹子沿着角度α同时旋转及同时使同组的所有夹子打开或关闭。

为了完成这样的功能，每个夹子主体100的上端链接在链接棒109上，链接棒109将夹子主体100的上端连接到偶合棒108上。棒108未端带有一滚轮110，该滚轮是由一个弹簧112固定并被挤压在凸轮114上。凸轮114有一个凸出部分。

凸出部分115有一个倾斜位置，倾斜过渡及一个凸出物，该凸出物的作用是：它提供给夹子98必要的定位以便抓住放在释放和供给站处所n个偏移燃料芯块及当台85走近放置定位时并且n个燃料芯块已经对齐位置，它强迫夹子接收这种定位。但是夹子定位的变化可能涉及另一个位置。

图10详细表出了转台22的同时打开笔关闭夹子98的机械装置，图10中的关闭驱动器96a（点划线表示）及打开驱动器96b是紧拼在一起表示的，然而实际中，他们分别处于传送位置和释放和供给站。

每个驱动器包含一个驱动器壳体，该壳体固定到载体90上，还包括一个棒116a或116b，该棒可垂直地在停止位置与活动的下方位置之间移动，图10显示了其停止位置。

驱动器96b是这样放置的，以便使摇臂106在相应的支架108附近摆动并将芯子105推入，以便当加电时打开夹爪。相反的，当加电时，驱动器96a通过举起芯子105引起位于传送站处的夹子关闭。

芯子的下端是圆形的并且夹爪104具有内齿该内齿允许夹子98顺次地打以便无冲击地放置燃料芯块。芯105及夹齿104的组成材料是经过特殊处理以延缓其磨损。最后夹齿的内部形状是这样的使得在芯子105的上升和下降过程中夹齿可有效地夹住燃料芯块并可保持尽可能长的时间。

输出转台28与转台22相似，但是它的夹子是以这样方式提供的：即分别控制这些夹子的开启而不是一次控制一组，然而夹子的关闭是一起控制的，就如转台22的一样。

图11表示输出转台28的夹子98中的一个夹子。在该图中，相应的已说明过的部件具有相同的标号。夹子的主体100固定在转台的旋转台121（图3）上并且它的芯子105是用一个控制连接部件120安装的。输出转台28的驱动器载体90与单个驱动96c安装在一起，位于输出位置的上面，用于关闭在燃料芯块上的一组所有的夹子。这些燃料芯块占据着检查工作台，该工作台位于输出位置。它还包括装在容器34上面的单个驱动器（没有画出），用于打开所有关闭的夹子。最后在接收站30和32（图2）上面，它有两组不同的驱动器，每组有n个单独的驱动器122（图3）这些驱动器可选择地将合格燃料芯块及可接受的燃料芯块释放到相应的传送器62和66上。

图13表示了架子装置64的一个部分，该装置允许放在接收站30处的合格燃料芯块按批料放在一起，这些批料排放在架子上，每个架子包括一定数目的燃料芯块。安装在站32上的装置68具有相同的结构。

接收装置将任意个对齐了的燃料芯块放到传送器62的带上，该传送器，通过沿着箭头f5（图2）方向运动形成一串燃料芯块（图中未画出），这些燃料芯块挤压在档块上。夹子132通过移动装置，装载在支座架84上，它包括与夹齿104相似的具有齿型的夹齿，但是相应于m个燃料芯块长的长度需在每个并行接收通道中建立，并行接收通道是在一个架子34上通过一个间隔P（必须大于燃料芯块的直径）提供的。因此夹子132可同时抓起一串m个燃料芯块并将这些燃料芯块传送进一个通道中。

移动装置必须允许夹子沿着X方向水平移动及沿着Z方向垂直移动，传送器62的移动方向与X方向相交。为了这个目的，图13所示的移动装置包括一个安装板135，它用于沿着水平X方向移动，水平X方向也与加载的架子134的通道相交。装载在支座架84上的驱动器136控制X方向的运动。安装板本身包括一个夹子载体装置138，该装置通过驱动器140可垂直（Z方向）移动。夹子132的主体固定到这个装置上，该装置也装有一个驱动器142，用于打开和关闭夹子。

现在以简明的方式说明装置实施的方法，因为该方法直接来源于装置的结构。所给数值仅为示例。

要检查的燃料芯块被送到架子38上，举例来说，架子38装有25行燃料芯块，每行40个燃料芯块。装有要检查的燃料芯块的架子被放到工作台36上，工作台36允许架子按每次相应12串燃料芯块的次序横向移动。在一个步骤过程中要检查的12串燃料芯块沿着f2方向被推向传送带40。

输入和定位转台22可接收四个工作定位。在每一个定位中，在供给站处一组夹子被排放在n个燃料芯块之上并且将他们夹齿定位，以便指向燃料芯块。第二个夹子组位于备用位置，第3个夹子组位于传送站而第四个夹子组位于备用站。

从一个给定定位开始并且当载物台85通过中央驱动94固定在上方位置时，运行的顺序如下：

驱动器94将载物台降到夹子98与12个燃料芯块侧面相接的位置，这时夹子是打开的并位于供给站处。位于传送站56，此时已关闭的夹子98将12个燃料芯块下放到工作台57上，该工作台位于传送站处。控制驱动器96a和96b，拿起位于供给站20处的燃料芯块并将这些燃料芯块释放到检查工作台57上。然后驱动器94举起载物台并且后者在驱动器80的作用下，同时于转台24及28一起旋转1/4圈。这个90度旋转转到检查工作台57处，该工作台正好接收燃料芯块。这个90度旋转也转到检查工作台59并将一个空检查工作台带到供给站处。当这个检查工作台正被加载时，位于检查站的十二个燃料芯块被检查。传送器将取得的信号传送给信号处理、计算及自动控制部件（图中未画出）。

检查操作的速率是在小于3秒的时间内（位置和处理）对n个燃料芯块进行了检查（n是每个站的燃料芯块的个数）。

在下面的运行过程中，检查工作台被带到输出位置60，在这里，通过输出转台28的一组夹子98抓住了12个燃料芯块。输出转台的夹子载体台121的垂直移动可象输入及定位转台22的夹子载体台85一样加以控制。在下面3个运行过程中，标准的燃料芯块被放在站30处，可接受的燃料芯块被放在站32处及不能使用的燃料芯块丢进容器34中。单独的驱动器122可通过信号处理、计算及自动控制部件加以电控制。在将一组燃料芯块从检查站传送到站30所需的时间过程中，信号处理，计算及自动控制部件可处理相应于该组燃料芯块的信号。站30用于接收合格的燃料芯块。

本发明可有多种变形，举例来说，机械夹子可由另一类型的夹子装置取代，如吸子，另一可变体包括3个转台，每一个转台包括3个站，这些站用于将燃料芯块仅分成合格和不合格类别。

Claims (10)

1、自动对圆柱形核燃料芯块分类的方法，包含下列步骤：

-移动n个平行燃料芯块串，n是大于1的整数，将n串燃料芯块的n个末端燃料芯块相邻地放入彼此纵向偏移的位置中。

-用夹子同时抓住n个末端燃料芯块并旋转夹子以便将所述的n个末端燃料芯块对齐。

-同时将n个对齐的燃料芯块传送到检查工作台上并将所述的工作台放在光学检查装置的底下。

-当用所述光学检查装置检查燃料芯块时同时旋转燃料芯块。

-处理由每个燃料芯块返回给光学检查装置的信号。

-用一组夹子的各个夹子同时抓住n个燃料芯块。

-以及将夹有n个燃料芯块的各个夹子作为一个整体沿着一条路径移动，该路径可将这些燃料芯块连续地传送到至少一个接收合格燃料芯块的站中(在这个站中，夹有合格燃料芯块的夹子被打开)及传送到至少一个其他站中，在这个站中，不能使用的燃料芯块被释放掉，所说的夹子的打开是由处理过的信号来控制的。

2、自动对圆柱形核燃料芯块分类的装置，包含有：

-释放和供给燃料芯块站，该站的构成是用于沿着与燃料芯块串方向平行的路径同时移动n串燃料芯块直到n个末端燃料芯块是位于纵向偏移的接收位置。

-输入和定位转台，它装有用于在接收位置同时夹住n个末端燃料芯块并使这些燃料芯块旋转从而使他们互相对齐的装置，所述的转台围着转轴在两个位置（在这个位置下，所述的抓取装置位于接收位置）与另一个位置（在这个位置下，抓取装置位于传送站）之间旋转。

-检查转台，它装有用于同时接收n个燃料芯块并且同时旋转他们的装置，这种旋转发生在一个位置（在这个位置下，所说的接收装置位于传送位置，该位置位于检查站）与输出位置之间。

-光学检查站，它装有可同时对位于检查站的n个燃料芯块进行光学检查的装置，以及

-一个装置，用于将燃料芯块分别放到输出位置并根据光学检测装置的测定对这些燃料芯块按批料分类。

3、根据权利要求2的装置，其中分别地提取和分类装置包括一个旋转的输出转台（该转台装有一组可分别控制的夹子）和用于在接收站可选择性打开夹有经光学检查装置指明是合格的燃料芯块的夹子的装置以及用于打开处于接收缺陷的燃料芯块的夹子的装置。

4、根据权利要求3的装置，其中输出转台也包括打开夹子的装置，这些夹子将可接受的燃料芯块送到第二个接收站上。

5、根据权利要求2的装置，其中释放和供给燃料芯块站包括一个传送带，该传送带将n串燃料芯块的n个末端燃料芯块送到所述的接收位置，接收位置是沿着一个线段公布的，该线段的中垂线通过输入和定位转台的旋转轴。

6、根据权利要求2的装置中，所述的输入和定位转台包括多组n个夹子，这些夹子均匀地斜装在旋转载物台上，所有的夹子在载物台上都有一个旋转主体并且所有夹子的主体被连接在一起以便当载物台旋转时，如当夹子组到达释放和供给站时，在一固定凸轮作用下，使得所有夹子同时旋转。

7、根据权利要求6的装置中，每个夹子包含一个芯子，该芯子可在强迫夹子打开位置与关闭位置之间移动，并且其中输入和定位转台与固定的驱动器相联，这些驱动器用于在释放和供给站处关闭夹子及在传送站处打开夹子。

8、根据权利要求2的装置中，检查转台包括一个旋转载物台，该台至少安装3台检查工作台（这些工作台是均匀地斜装在旋转载物台上）以便连抟地到达检查站，每个工作台包括一个用于接收n个燃料芯块的倾斜载物台并且该台与装置安装在一起使其能在装置上前后移动，并且每个工作台还有一个固定的条状物，用于保持住燃料芯块，允许这些燃料料芯块沿着他们自己的轴旋转。

9、根据权利要求8的装置，其中检查站包括一个固定的光学检查部件，用于观察n个对齐的燃料芯块的母线（generatrix）。

10、根据权利要求2的装置，其中还包括一个信号处理、计算及自动控制部件，控制所有的转台，处理由光学检查装置提供的信号并且控制对燃料芯块分类的装置。

Images