RU177143U1

RU177143U1 - HEATING TEST CAMERA

Info

Publication number: RU177143U1
Application number: RU2017129516U
Authority: RU
Inventors: Вадим Альбертович Кравченко; Владимир Алексеевич Глазунов; Сергей Иванович Бычков; Юрий Вячеславович Гамза; Борис Николаевич Бараков; Юрий Сергеевич Ильиных; Сергей Вячеславович Русанов; Сергей Викторович Томилин
Original assignee: Федеральное государственное унитарное предприятие "Горно-химический комбинат" (ФГУП "ГХК")
Priority date: 2017-10-18
Filing date: 2017-10-18
Publication date: 2018-02-12

Abstract

Полезная модель относится к ядерной технике, в частности к средствам для сборки тепловыделяющих элементов (твэлов), а именно для контроля состава газовой среды в твэле после его сборки.Испытательная камера для тепловыделяющих элементов содержит выполненную на ее переднем торце расточку, соосно соединяющуюся с вакуумным каналом, в которую установлено резиновое нажимное кольцо. К переднему торцу камеры присоединены передняя стойка, снабженная соосным с расточкой камеры отверстием, и нажимной фланец, снабженный выступом, взаимодействующим с резиновым нажимным кольцом, и центральным отверстием, соосным с вакуумным каналом камеры и выступом, взаимодействующим с резиновым нажимным кольцом. Резиновое нажимное кольцо снабжено внутренней кольцевой полостью, соединенной через отверстие, выполненное в камере, с пневмораспределителем системы управления. Внутренняя кольцевая полость резинового нажимного кольца выполнена в виде катушки с центральным отверстием диаметром, превышающим наружный диаметр оболочки твэла, и замкнута по наружному диаметру распорным кольцом с отверстиями с помощью выступа нажимного фланца.Технический результат, который может быть получен при осуществлении полезной модели, заключается в получении удельного давления на оболочку твэла от резинового нажимного кольца, пропорционального давлению сжатого газа в нем.The utility model relates to nuclear engineering, in particular, to means for assembling fuel elements (fuel elements), namely, to control the composition of the gas medium in a fuel element after its assembly. The test chamber for fuel elements contains a bore made at its front end and connected coaxially with the vacuum channel into which the rubber pressure ring is mounted. A front strut is attached to the front end of the chamber, provided with an opening coaxial with the chamber bore, and a pressure flange provided with a protrusion interacting with the rubber pressure ring and a central hole coaxial with the chamber vacuum channel and the protrusion interacting with the rubber pressure ring. The rubber pressure ring is provided with an internal annular cavity connected through a hole made in the chamber to the pneumatic control valve. The inner annular cavity of the rubber pressure ring is made in the form of a coil with a central hole with a diameter exceeding the outer diameter of the fuel rod cladding, and is closed along the outer diameter with a spacer ring with holes using the protrusion of the pressure flange. The technical result that can be obtained by implementing the utility model is obtaining specific pressure on the cladding of a fuel rod from a rubber pressure ring proportional to the pressure of the compressed gas in it.

Description

Полезная модель относится к ядерной технике, в частности к средствам для сборки тепловыделяющих элементов (твэлов), а именно для контроля состава газовой среды в твэле после его сборки.The utility model relates to nuclear engineering, in particular, to means for assembling fuel elements (fuel elements), namely, to control the composition of the gaseous medium in a fuel element after its assembly.

После заполнения твэла гелием, приварки верхней заглушки к оболочке твэла и холодного контроля герметичности сварного шва осуществляется выборочный контроль состава газовой среды в партии твэлов.After filling the fuel rod with helium, welding the top plug to the fuel cladding and cold checking the tightness of the weld, selective control of the gas composition in the batch of fuel elements is carried out.

Для проведения контроля герметичности выполненного сварного шва на ФГУП «Горно-химический комбинат» при изготовлении твэлов с МОКС-топливом используется испытательная камера для твэлов, выполненная по чертежу А.40.570.1300 разработки ОАО «СвердНИИхиммаш, г. Екатеринбург.To check the tightness of the weld at the Federal State Unitary Enterprise Mining and Chemical Combine in the manufacture of fuel elements with MOX fuel, a test chamber for fuel elements is used, made according to drawing A.40.570.1300 developed by OJSC SverdNIIkhimmash, Ekaterinburg.

Известная испытательная камера содержит собственно камеру с вакуумным каналом, пневматический блок прокола оболочки твэла и пневматический блок уплотнения хвостовой части твэла, подлежащий проколу. К торцам камеры на винтах прикреплены стойки, служащие для крепления камеры в защитном боксе. Камера имеет штуцеры, соединенные с вакуумным каналом, для подключений датчиков давления, форвакуумного насоса, линии передачи газовой пробы на хроматограф, размещенный вне бокса. В камере на переднем торце соосно с вакуумным каналом выполнена расточка, соединенная с ним. В передней стойке, присоединяемой к переднему торцу камеры винтами, выполнено отверстие, соосное с расточкой и с диаметром, равным диаметру расточки. Пневматический блок уплотнения хвостовой части твэла содержит чашу, присоединенную вместе с передней стойкой к камере винтами. Чаша снабжена хвостовиком, входящим в расточку камеры через отверстие в передней стойке. В хвостовике чаши выполнена расточка с буртом, снабженным центральным отверстием. К чаше присоединена на болтах крышка, а между чашей и крышкой установлена мембрана с образованием между ними внутренней полости, в которой размещен плунжер. Плунжер снабжен хвостовиком, входящим в расточку чаши и снабженным центральным отверстием. В расточке чаши между ее буртом и торцом хвостовика плунжера установлено резиновое нажимное кольцо. Мембрана по наружному диаметру зажимается между чашей и крышкой, а по внутреннему диаметру - между крышкой и буртом резьбовой втулки с помощью гайки. Центральные отверстия резьбовой втулки, хвостовика плунжера, резинового нажимного кольца и бурта расточки чаши образуют сквозной канал, служащий для введения твэла в вакуумный канал. В крышке установлен штуцер для подачи сжатого газа на мембрану и его сброса.The known test chamber contains the actual chamber with a vacuum channel, a pneumatic puncture unit for the cladding of a fuel rod and a pneumatic unit for sealing the tail of the fuel element to be punctured. Racks are attached to the ends of the camera on the screws, which serve to mount the camera in a protective box. The chamber has fittings connected to a vacuum channel for connecting pressure sensors, a foreline pump, and a line for transferring a gas sample to a chromatograph located outside the box. In the chamber at the front end coaxially with the vacuum channel, a bore is made connected to it. In the front strut attached to the front end of the chamber with screws, a hole is made coaxial with the bore and with a diameter equal to the diameter of the bore. The pneumatic unit for sealing the tail of the fuel rod contains a bowl attached with the front strut to the camera with screws. The bowl is equipped with a shank that enters the chamber bore through an opening in the front pillar. A bore with a shoulder provided with a central hole is made in the shank of the bowl. A cap is attached to the bowl with bolts, and a membrane is installed between the bowl and the cover with the formation of an internal cavity between them, in which the plunger is located. The plunger is equipped with a shank included in the bore of the bowl and provided with a central hole. A rubber pressure ring is installed in the bore of the bowl between its shoulder and the end of the plunger shank. The outer diameter of the membrane is clamped between the cup and the lid, and the inner diameter is clamped between the lid and the collar of the threaded sleeve with a nut. The central holes of the threaded sleeve, the plunger shank, the rubber pressure ring and the bowl boring collar form a through channel, which serves to introduce the fuel rod into the vacuum channel. A fitting is installed in the lid to supply compressed gas to the membrane and discharge it.

Известная камера используется в следующей последовательности: установка твэла в вакуумный канал камеры, уплотнение твэла в камере, вакуумирование вакуумного канала, прокол оболочки твэла в вакуумном канале и передача газа из-под оболочки в хроматограф на анализ газовой среды.The known camera is used in the following sequence: installing a fuel rod in the vacuum channel of the camera, sealing the fuel rod in the camera, evacuating the vacuum channel, puncture the fuel cladding in the vacuum channel and transferring gas from under the shell to the chromatograph for analysis of the gas medium.

Твэл устанавливается в вакуумный канал камеры через пневматический блок уплотнения, проходя последовательно через центральные отверстия резьбовой втулки, хвостовика плунжера, нажимного резинового кольца, и бурта расточки чаши.A fuel rod is installed in the chamber’s vacuum channel through the pneumatic sealing unit, passing sequentially through the central holes of the threaded sleeve, plunger shank, pressure rubber ring, and the bowl boring collar.

Далее через штуцер на крышке пневматического блока уплотнения на мембрану подается сжатый газ, воздействующий через мембрану на плунжер и перемещающий его. В результате плунжер своим хвостовиком прижимает резиновое нажимное кольцо к бурту расточки чаши и, вытесняя часть резинового нажимного кольца внутрь, обжимает твэл. В результате этого обжатия участок твэла оказывается в вакуумном канале камеры в изолированном от воздушной среды бокса объеме, после чего становятся возможными вакуумирование вакуумного канала, прокол оболочки твэла и передача газа из-под оболочки в хроматограф на анализ газовой среды.Then, through the fitting on the cover of the pneumatic sealing unit, compressed gas is supplied to the membrane, acting through the membrane on the plunger and moving it. As a result, the plunger presses the rubber pressure ring against the shoulder of the bore of the bowl with its shank and, forcing out the part of the rubber pressure ring inward, compresses the fuel rod. As a result of this reduction, the fuel element section is in the chamber’s vacuum channel in a volume isolated from the box’s air, after which vacuum channel vacuuming, fuel rod puncture, and gas transfer from under the membrane to the chromatograph for analysis of the gas medium become possible.

К недостаткам известной камеры относится то, что обжатие резиновым нажимным кольцом твэла и поверхностей паза, образованного торцами хвостовика плунжера и бурта расточки чаши, осуществляемое перемещением плунжера, не обеспечивает постоянную герметичность вакуумного канала камеры, определяемую по скорости натекания в него газа (падению разрежения) при постоянных значениях давления сжатого газа, подаваемого на мембрану с плунжером. Падение разрежения в вакуумном канале не должно превышать 10 Па/мин.The disadvantages of the known chamber include the fact that compression of the fuel rod and the groove surfaces formed by the ends of the shank of the plunger and the shoulder of the bore of the bowl by a rubber pressure ring, carried out by moving the plunger, does not provide a constant tightness of the chamber’s vacuum channel, which is determined by the rate of gas leakage into it (pressure drop) at constant pressure values of the compressed gas supplied to the membrane with a plunger. The pressure drop in the vacuum channel should not exceed 10 Pa / min.

Герметичность вакуумного канала может быть достигнута только при определенном удельном давлении резинового нажимного кольца на оболочку твэла. Для достижения требуемого удельного давления необходимо плунжером сжимать резиновое нажимное кольцо, перемещая его по оболочке твэла, при этом усилие плунжера делится на усилие сжатия и усилие на преодоление силы трения при перемещении кольца. С учетом того, что коэффициент трения пары «металл - резина» составляет 0,35-0,7 и недопустимости наличия смазки в этой трущейся паре, получить значения удельного давления резинового нажимного кольца на оболочку твэла, пропорциональные давлению сжатого газа, действующего на мембрану с плунжером, не представляется возможным.The tightness of the vacuum channel can only be achieved with a specific specific pressure of the rubber pressure ring on the fuel cladding. To achieve the required specific pressure, it is necessary to compress the rubber pressure ring with a plunger, moving it along the cladding of the fuel rod, while the plunger force is divided by the compression force and the force to overcome the friction force when moving the ring. Taking into account that the coefficient of friction of the metal – rubber pair is 0.35–0.7 and the inadmissibility of the presence of lubricant in this rubbing pair, we obtain the specific pressure of the rubber pressure ring on the fuel cladding, proportional to the pressure of the compressed gas acting on the membrane with plunger is not possible.

Для повышения герметичности (снижения скорости натекания) вакуумного канала необходимо повышать удельное давление сжатого резинового нажимного кольца на оболочку твэла, повышая давление сжатого газа, воздействующего на мембрану с плунжером, но это приведет к возрастанию силы трения и еще большему разбросу значений скорости натекания.To increase the tightness (decrease in leakage rate) of the vacuum channel, it is necessary to increase the specific pressure of the compressed rubber pressure ring on the fuel cladding, increasing the pressure of the compressed gas acting on the membrane with the plunger, but this will lead to an increase in the friction force and an even greater spread in the leakage velocity.

Учитывая, что натекание воздуха через уплотнение твэла может исказить истинную концентрацию гелия в твэле и необоснованно отправить в брак всю партию твэлов, получение стабильных значений скорости натекания через уплотнение твэла, а также ее снижение имееют принципиальное значение.Considering that air leakage through the fuel rod seal can distort the true helium concentration in the fuel rod and unreasonably send the entire batch of fuel rods to marriage, obtaining stable values of the leakage velocity through the fuel rod seal, as well as its reduction, are of fundamental importance.

Известная камера выбрана заявителем в качестве прототипа.A well-known camera is selected by the applicant as a prototype.

Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в получении стабильных значений скорости натекания при постоянных значениях давления сжатого газа и возможности ее снижения.The problem to which the utility model is directed is to obtain stable values of the leakage rate at constant values of the pressure of the compressed gas and the possibility of its reduction.

Технический результат, который может быть получен при осуществлении полезной модели, заключается в получении удельного давления на оболочку твэла от резинового нажимного кольца, пропорционального давлению сжатого газа в нем.The technical result that can be obtained by implementing the utility model is to obtain the specific pressure on the cladding of a fuel rod from a rubber pressure ring proportional to the pressure of the compressed gas in it.

Для достижения указанного технического результата в известной камере, содержащей выполненную на ее переднем торце расточку, соосно соединяющуюся с вакуумным каналом, переднюю стойку, присоединенную к переднему торцу камеры и снабженную соосным с расточкой камеры отверстием, пневматический блок уплотнения твэла, соединенный с пневмораспределителем системы управления и включающий резиновое нажимное кольцо,In order to achieve the indicated technical result, in a known chamber containing a bore made on its front end, coaxially connected to the vacuum channel, a front strut connected to the front end of the chamber and provided with an opening coaxial with the chamber bore, a pneumatic fuel rod sealing unit connected to the pneumatic distributor of the control system and including rubber push ring,

резиновое нажимное кольцо установлено в расточку камеры и снабжено внутренней кольцевой полостью, соединенной через отверстие, выполненное в камере, с пневмораспределителем системы управления, а к переднему торцу камеры вместе с передней стойкой винтами прикреплен нажимной фланец, снабженный центральным отверстием, соосным с вакуумным каналом камеры и выступом, взаимодействующим с резиновым нажимным кольцом.a rubber pressure ring is installed in the chamber bore and provided with an internal annular cavity connected through a hole made in the chamber with a control valve, and a pressure flange is attached to the front end of the chamber together with the front strut, equipped with a central hole coaxial with the chamber’s vacuum channel and the protrusion interacting with the rubber pressure ring.

В частном случае исполнения внутренняя кольцевая полость резинового нажимного кольца выполнена в виде катушки с центральным отверстием диаметром, превышающим наружный диаметр оболочки твэла, и замкнута по наружному диаметру распорным кольцом с отверстиями с помощью выступа нажимного фланца.In the particular case of execution, the inner annular cavity of the rubber pressure ring is made in the form of a coil with a central hole with a diameter exceeding the outer diameter of the fuel rod cladding, and is closed along the outer diameter with a spacer ring with holes using the protrusion of the pressure flange.

Установка резинового нажимного кольца в расточку камеры и снабжение его внутренней кольцевой полостью, соединенной через отверстие, выполненное в камере, с пневмораспределителем системы управления, позволяет при подаче сжатого газа во внутреннюю кольцевую полость за счет ее расширения создать требуемое удельное давление резинового нажимного кольца на оболочку твэла, пропорциональное давлению сжатого газа. Исходя из этого, создается возможность снижения скорости натекания воздуха через уплотнение твэла путем повышения давления сжатого газа, подаваемого во внутреннюю полость резинового нажимного кольца.The installation of a rubber pressure ring in the bore of the chamber and supplying it with an internal annular cavity connected through a hole made in the chamber to the pneumatic distributor of the control system makes it possible to create the required specific pressure of the rubber pressure ring on the fuel rod clad by supplying compressed gas to the internal annular cavity proportional to the pressure of the compressed gas. Based on this, it is possible to reduce the rate of air leakage through the fuel rod seal by increasing the pressure of the compressed gas supplied to the internal cavity of the rubber pressure ring.

Кроме того, создается возможность упрощения конструкции пневматического блока уплотнения твэла за счет исключения чаши, мембраны, плунжера и втулки с гайкой, что повышает его надежность при работе.In addition, it becomes possible to simplify the design of the pneumatic block of the fuel rod seal by eliminating the bowl, membrane, plunger and sleeve with nut, which increases its reliability during operation.

Прикрепление к переднему торцу камеры вместе с передней стойкой винтами нажимного фланца, снабженного центральным отверстием, соосным с вакуумным каналом камеры, позволяет вводить твэл в вакуумный канал.Attaching to the front end of the chamber together with the front strut with screws of the pressure flange equipped with a central hole coaxial with the vacuum channel of the camera allows fuel elements to be inserted into the vacuum channel.

Выполнение внутренней кольцевой полости резинового нажимного кольца в виде катушки с центральным отверстием диаметром, превышающим наружный диаметр оболочки твэла, позволяет при установке твэла в вакуумный канал свободно проходить твэлом через резиновое нажимное кольцо, когда в нем нет давления.The execution of the inner annular cavity of the rubber pressure ring in the form of a coil with a central hole with a diameter greater than the outer diameter of the fuel rod sheath allows the fuel rod to pass freely through the rubber pressure ring when the fuel element is inserted into the vacuum channel when there is no pressure in it.

Замыкание внутренней кольцевой полости по наружному диаметру распорным кольцом с отверстиями с помощью выступа нажимного фланца, позволяет обжать стенки резинового нажимного кольца, расположенные между выступом нажимного фланца и распорным кольцом и между буртом расточки и распорным кольцом и, тем самым, получить внутреннюю кольцевую полость, герметичную относительно вакуумного канала и соединенную через отверстия в распорном кольце и в камере с пневмораспределителем системы управления.Closing the inner annular cavity along the outer diameter with a spacer ring with holes using the protrusion of the pressure flange allows you to squeeze the walls of the rubber pressure ring located between the protrusion of the pressure flange and the spacer ring and between the shoulder of the bore and the spacer ring and, thereby, obtain an inner annular cavity, tight relative to the vacuum channel and connected through holes in the spacer ring and in the chamber with the pneumatic control valve.

Предлагаемая испытательная камера иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1 и фиг. 2.The proposed test chamber is illustrated in the drawings shown in FIG. 1 and FIG. 2.

На фиг. 1 показана часть предлагаемой испытательной камеры с пневматическим блоком уплотнения твэла;In FIG. 1 shows a part of the proposed test chamber with a pneumatic fuel rod sealing unit;

на фиг. 2 - камера с установленным в нее и уплотненным твэлом.in FIG. 2 - a camera with a fuel rod mounted and sealed in it.

Испытательная камера (см. фиг. 1) состоит из камеры 1 с вакуумным каналом 2, соединенным соосно с выполненной на ее переднем торце 3 расточкой 4. К переднему торцу 3 винтами 5 присоединены передняя стойка 6, снабженная центральным отверстием 7, и нажимной фланец 8, снабженный центральным отверстием 9 и выступом 10. В расточку 4 установлен пневматический блок уплотнения 11, включающий резиновое нажимное кольцо 12, выполненное в виде катушки, с центральным отверстием 13 и размещенным между боковинами 14 по наружному диаметру распорным кольцом 15 с отверстиями 16. При взаимодействии выступа 10 нажимного фланца 8 с боковинами 14 и распорным кольцом 15 в резиновом нажимном кольце 12 образуется внутренняя кольцевая полость 17. В камере 1 над распорным кольцом 15 выполнено отверстие 18, в котором установлен штуцер 19, соединенный трубкой 20 с пневмораспределителем системы управления (на чертежах не показан). Центральные отверстия 9 и 13 нажимного фланца 8 и резинового нажимного кольца 12 соответственно, образуют сквозной канал, служащий для свободного введения твэла 21 в вакуумный канал 2.The test chamber (see Fig. 1) consists of a chamber 1 with a vacuum channel 2 connected coaxially with a bore made on its front end 3 4. To the front end 3 by screws 5 are connected the front strut 6 provided with a central hole 7 and the pressure flange 8 provided with a central hole 9 and a protrusion 10. A pneumatic sealing unit 11 is installed in the bore 4, including a rubber pressure ring 12, made in the form of a coil, with a central hole 13 and a spacer ring 15 with an opening located between the sides 14 on the outer diameter 16. During the interaction of the protrusion 10 of the pressure flange 8 with the sides 14 and the spacer ring 15, an inner annular cavity 17 is formed in the rubber pressure ring 12. In the chamber 1, an opening 18 is made over the spacer ring 15, in which the fitting 19 is connected by a pipe 20 to the air distributor control systems (not shown in the drawings). The Central holes 9 and 13 of the pressure flange 8 and the rubber pressure ring 12, respectively, form a through channel, which serves for the free introduction of the fuel rod 21 into the vacuum channel 2.

К камере присоединен блок прокола, игла которого входит в вакуумный канал (на чертежах не показаны).A puncture unit is attached to the chamber, the needle of which enters the vacuum channel (not shown in the drawings).

Предлагаемая испытательная камера работает следующим образом.The proposed test chamber operates as follows.

В вакуумный канал 2 через центральные отверстия 9 и 13 вводится участок твэла 21, подлежащий проколу (см. фиг. 2).In the vacuum channel 2 through the Central holes 9 and 13 is introduced to the portion of the fuel rod 21, to be punctured (see Fig. 2).

Далее по команде системы управления пневмораспределителем по трубке 20 через отверстие 18 во внутреннюю кольцевую полость 17 резинового нажимного кольца 12 подается сжатый газ. Под действием давления резиновое нажимное кольцо 12 увеличивается в объеме и обжимает твэл 21, изолируя вакуумный канал 2 с расположенным в нем участком твэла 21 от воздушной среды бокса. Далее осуществляют вакуумирование вакуумного канала 2, контроль скорости натекания (падение разрежения в вакуумном канале 2), прокол оболочки твэла 21 и передачу газа из-под оболочки твэла 21 в хроматограф на анализ газовой среды.Then, at the command of the control system of the pneumatic distributor, compressed gas is supplied through the hole 18 through the hole 18 to the inner annular cavity 17 of the rubber pressure ring 12. Under pressure, the rubber pressure ring 12 increases in volume and compresses the fuel rod 21, isolating the vacuum channel 2 with the portion of the fuel rod 21 located in it from the air of the box. Next, vacuum channel 2 is evacuated, leakage rate is monitored (vacuum decrease in vacuum channel 2), the fuel rod shell 21 is punctured and gas is transferred from under the fuel rod shell 21 to the chromatograph for analysis of the gaseous medium.

После проведения анализа и снятия вакуума из вакуумного канала 2 пневмораспределитель системы управления осуществляет сброс сжатого газа из внутренней кольцевой полости 17 резинового нажимного кольца 12. При этом снимается обжатие резиновым нажимным кольцом 12 участка твэла 21, который свободно извлекается из камеры 1.After analyzing and removing the vacuum from the vacuum channel 2, the pneumatic control valve discharges compressed gas from the inner annular cavity 17 of the rubber pressure ring 12. In this case, the compression of the fuel rod 21 by the rubber pressure ring 12 is removed, which is freely removed from the chamber 1.

Claims

1. A test chamber for fuel elements, comprising a bore made on its front end, coaxially connected to the vacuum channel, a front strut connected to the front end of the chamber and provided with an opening coaxial with the chamber bore, a pneumatic fuel rod sealing unit connected to a control system air distributor and including a rubber pressure ring, characterized in that the rubber pressure ring is installed in the bore of the camera, and the screws are attached to the front end of the camera together with the front stand captive pressure flange provided with a central hole coaxial with the vacuum chamber channel, and a protrusion cooperating with a rubber pressure ring.

2. The chamber according to claim 1, characterized in that the rubber pressure ring is provided with an inner annular cavity connected through an opening made in the chamber to a control valve.

3. The chamber according to claim 2, characterized in that the inner annular cavity of the rubber pressure ring is made in the form of a coil with a central hole with a diameter greater than the outer diameter of the fuel rod cladding and closed on the outer diameter with a spacer ring with holes using the protrusion of the pressure flange.